JPS63103885A - 炭化ケイ素焼結体の金属化組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本゛発明は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体の金属化（メ
タライジング）組成物に係り、特にはんだ付け、接合ろ
う付けおよび配線導体の形成などを施すのに好適なＳｉ
Ｃ焼結体表面の金属化組成物に関する。

〔従来の技術〕

従来のＳＩＣ焼結体上のメタライジングには、特開昭５
８−９９１８３号公報に記載されているように、非酸化
物系セラミックス焼結体上にガラスと反応する第１の薄
膜を設け、その上にガラスと導電材との混合物からなる
薄膜を焼付ける技術がとられている。

他方、有機ケイ素化合物を応用して非酸化物系セラミッ
クス上に金属を接着させる技術は、特開昭５７−７７０
７７号公報に開示されている如く、セラミックス材料と
金属材料の対向面の間隙に有機ケイ素化合物を介在させ
た状態で焼結して接合させる技術、或は、特開昭５７−
７７０８３号に示されている如く、浸漬法或は表面被覆
によりセラミックス材料の全面にメタライジングを形成
する技術が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術のうち、特開昭５８−９９１８３号に示さ
れている技術においては、ガラスと反応する第１の薄膜
は、ＳｉＣ焼結体を熱酸化することによりて形成され、
主としてＳｉｎ、からなる薄膜である。しかし、ＳｉＣ
焼結体を熱酸化することによって、その表面に均一な５
ｉＯ１薄膜を得ることは極めて困難であって、形成され
る８ｉ０１薄膜の膜厚が不均一となり、そのため接着強
度のばらつきが大きく、またＳｉｎ！薄膜による熱伝導
率の低下という問題があった。

また、特開昭５７−７７０７７号、或は特開昭５７−７
７０８３号に示されている技術は、非酸化物系セラミッ
クスの全面に、それぞれ、金属を接合する、或は、メタ
ライズする技術であり、いずれの技術においても、配線
導体や接合用ろう付はパターンなどを施すための部分的
なメタライジングには不適当であった。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消し、
ＳｔＣ焼結体上に、膜厚が均一で接着強度のばらつきが
極めて小さく、配線導体や、ろう付はパターンの形成な
どに適した部分的金属化処理（メタライゼーション）を
施すのに好適なメタライジング組成物を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、溶媒に可溶でかつ非酸化性雰囲気下での焼
成により炭化ケイ素質物質を生じる有機ケイ素高分子化
合物と、Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ　　などの金属又はそれ
らの合金若しくは合金粉末とを含むことを特徴とする炭
化ケイ素焼結体の金属化組成物により達成される。

ここで有機ケイ素高分子化合物の有機溶媒（例エバ、ア
セトン、ベンゼン、トルエン等）への溶解度は、置換基
としてフェニル基（ＣｓＨｓ）を重量％で３０〜６５チ
含有させることにより著しく向上する。

〔作用〕

一般に、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリチタノカ
ルボシラン等の有機ケイ素高分子化合物は、非酸化性の
雰囲気中で１２００℃以上の温度で焼成すると炭化ケイ
素質物質を生じ、この物質は、電気伝導性ならびに熱伝
導性が高＜　、Ｓ　ｉＣ焼結体の熱膨張係数と一致し、
接着強度も大きいことが知られている。本発明者らは、
この特性を利用して配線導体や接合用ろう付はパターン
などの形成に鋭意研究を重ねた結果本発明を完成するに
至った。

すなわち、有機ケイ素高分子化合物は、非酸化性雰囲気
下に２いて、３００〜４００℃の温度で激しく熱分解を
起こし、非晶質の炭化ケイ素質物質を生成するが、ｓｉ
ｃ焼結体との接着強度はほとんど得られない。しかし、
４００℃から１２００Ｃ程度抜で昇温する過程に右いて
、熱分解生成物を徐々に放出しながら接着強度が増大す
ることが判明した。そして、１２００℃以上の温度では
、熱分解反応は完了し分解生成物の放出はなく、１２０
０℃以上１５００℃以下の温度にかけて接着強度は徐々
に増加し、それ以上の温度においては接着強度の変化は
見られないことを知った。つまり、１２００Ｃまでの焼
成温度では、有機ケイ素高分子化合物から生じた炭化ケ
イ素質物質は非晶質であり、８ｉＣ焼結体表面の凹凸に
付着するのみで接着力が生じる結合機構を持たないから
である。しかし、１２００℃以上の焼成温度においては
、非晶質８ｉＣの結晶化が進行し、ＳｉＣ’焼結体表面
の結晶粒に対しても化学結合が形成されるため、接着強
度が増大するものと考えられる。

他方、メタライゼーションの基材であるｒｅ　、　Ｃｏ
　。

Ｎｉなどの金属もしくはそれらの合金粉末と有機ケイ素
高分子化合物から生成した非晶質８ｉＣとの接着強度は
次の様にして得られるものと考えられるすなわち、該有
機ケイ素高分子化合物は有機溶媒に可溶であり、その溶
液は、Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ　　などの金属もしくは合
金粉体底面をよく濡らし、また金属粉体間にもよく浸透
する。１００℃前後の加熱により溶媒が蒸発した後、該
有機ケイ素高分子化合物は、その重合度にもよるが３０
０℃の温度までに軟化溶融する。その後４００−１２０
０℃の温度においては、上記高分子化合物は熱分解し、
その分解生成ガスが金属粉体間から放出される。さらに
１２００℃以上の温度においては、金属粉体相互の焼結
が著しく進行するために、有機ケ゛イ素高分子化合物の
分解によって生じた８ｉＣが金属焼結体中に取り込まれ
、強固な機械的接着機構が形成される。これによってＳ
ｉＣ焼結体上に、有機ケイ素高分子化合物から生成した
ＳＩＣが接着し、その上に焼結した金属物体が接着され
るため、膜厚が均一で接着強度のばらつきの少ない強固
なメタライゼーションが形成されることになる。

本発明の８ｉＣ焼結体上に形成するメタライゼーション
において、有機ケイ素高分子化合物から生成したＳｉＣ
は、上述した如く導電性が高いために電気メッキおよび
無電解メッキによって金属被膜を容易に形成することが
できるので、平滑な表面を持つ、緻密なメタライゼーシ
ョンとすることができる。

本発明における有機ケイ素高分子化合物は、置換基とし
て、フェニル基（０６Ｈ５）を重量％で、３０〜６５　
％含有しており、このことにより有機溶媒への溶解度が
著しく向上し、フェニル基含有に伴なう該高分子化合物
中の８１含有量の低下分を補ってなお、ペースト中にお
けるＳｔ含有量を増大させることができる。フェニル基
は、該高分子化合物の熱分解に伴ない、ベンゼン或はト
ルエンとして蒸発し、焼成後に得られる炭化ケイ素質物
質中には残存しないため、結果として、密度の高い炭化
ケイ素質物質が得られる。該高分子化合物中におけるフ
ェニル基の含有量は、３０％未満では満足な溶解度が得
られず、また６５チより多く含むと該高分子化合物にお
けるＳｉの含有量が低下し、焼成後に得られる炭化ケイ
素質物質の密度を高めることができない。

金属化組成物として、有機溶媒への溶解度の低い有機ケ
イ素高分子化合物の粉末をそのまま金属粉末と混合した
ものを用い、炭化ケイ素焼結体上に付着させ焼成するこ
とも可能ではあるが、これら２種の粉末を均一に分散さ
せることは困難であり、また作業上の取り扱いも難しい
。さらに、上記粉末の混合物を、適当な溶媒中に均一に
分散させた印刷用ペーストを用いることは可能ではある
が、この場合には、金属粉末と炭化ケイ素質物質との接
着強度は本発明に係る組成物より劣る。これは、この場
合には、金属粒子の表面を有機ケイ素高分子化合物で完
全に濡らすことは困難であり、先に述べた接着機構が十
分に働かないためと考えられる。

本発明に係る金属化組成物は、Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ　
　などの金属またはそれらの合金粉末に、有機高分子化
合物であるポリシラン、ポリカルボシラン、ポリチタノ
カルボシランなどを１〜５０ｗｔ％加えたものであって
、金属または合金粉末は、その粒径が１〜１００μｍの
範囲が焼結性が良いので好しく、１μｍ未満では緻密な
焼結体が得られない。またその粒径が１００μｍを超え
ると焼結温度が高くなるので好ましくない。そして、有
機ケイ素高分子化合物の含有量は、１　ｗｔ　４未満で
はＳｉＣ焼結体との接着性が不十分であり、５０ｗｔ％
を超えると金属粉末の焼結性が阻害されるので、１〜５
Ｑｗｔ％の範囲が好しく、より好しい範囲は５〜２０ｗ
ｔ％である。

そして、本発明のメタライゼーションの基材であるＦｅ
、　Ｃｏ、　Ｎｉ　　などの金属または合金粉末以外に
、Ｍｏ　、　Ｗなどの高融点金属または合金粉末を、上
記Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ　　などの金属または合金粉末
に混合して用いることは可能であるが、Ｍｏ、Ｗなどの
粉末の混合可能な量は、メタライジングのための焼成温
度があまり高くならない温度、例えば％１３００℃以下
であるならば、添加することができる。これは、Ｍｏ、
Ｗなどのみの粉末であると、１３５０　〜１７００℃の
高温で焼成しなければＳｉＣ焼結体上にメタライジング
することができないので、その結果、基板となる絶縁性
ＳｉＣ焼結体の粒界がエツチングされ、電気絶縁性発現
機構を破壊する焼成温度でもあり、電気絶縁性を必要と
する配線基板、冷却用筐体などには用いることができな
いからである。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ、図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図（ａｌ　、　（ｂ）　、　（ｃ）および（ｄ）は
ＳｉＣ焼結体上にメタライゼーションが形成される過程
を示す説明図である。まず、第１図（、）に示す如く、
高熱伝導性であり、かつ高電気絶縁性のＳｉＣ焼結体１
上に、ＳｉＣ前駆物質である有機ケイ素高分子化合物、
ポリシラスチレン２をｌＱｗｔ％と、粒径１〜３μｍ（
７）Ｆｅ粉末９Ｑｗｔ％を含有するメタライジング組成
物に、トルエンなどの溶媒を適量加え混合し、ポリシラ
スチレンを溶解させペーストとした後、印刷法によりパ
ターンを形成した。次にこれをＨ，−Ｈｌの非酸化性重
囲気中で、約３００−４００　Ｃの温度で焼成した。こ
の焼成子に有機溶媒は蒸発し、有機ケイ素高分子化合物
は熱分解されて、第１図（ｂ）に示す如く、非晶質Ｓｉ
０４が生成される。十分に上記の有機ケイ素高分子化合
物の熱分解が進行した後、さらに焼成温度を徐々に約１
２００℃程度にまで上げて第１図（ｃ）に示す如く、金
属粉末３を焼結させ焼結金属５を形成させた。その結果
、焼結金属５と、その中に閉じ込められた微結晶化しつ
つある非晶質ＳｉＣ６が生じ、ＳｉＣ焼結体上と強固に
接着されることになる。さらに、１２００ｈ１３００℃
の温度に加熱すると、非晶質ＳｉＣ６から微結晶ＳｉＣ
が形成さ゛れ、ＳｉＣ焼結体１の表面のＳｔＣ結晶粒子
上へも化学結合を持った接合が形成される（図示せず）
。

焼結終了後、徐冷したメタライゼーション表面に、Ｎｉ
メッキ膜あるいはＮ１−Ｐ膜などによる緻密濁７を形成
し、さらにその上にメタライゼーションに耐酸化性を付
与するためにＡｕメッキ膜などの耐酸化性膜８を形成さ
せた。〔第１図（ｄ）〕。この様にして得られたメタラ
イゼーションのＳｉＣ焼結体への接着強度は、２±０．
５　Ｋ４ｆ／ＸＩ”であった。

この様にすることによって、接着強度に勝れ、かつ強度
のばらつきの小さい良質のメタライゼーションを、Ｓｉ
Ｃ焼結体上に形成させることができる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、基板などのＳｉＣ焼
結体上に、表面償化などの特別な表面処理を施す必要が
なく、膜厚が均一で接着強度のばらつきの極めて小さい
強固なメタライゼーションを得ることができるので、配
線導体や接合用ろう付はパターンなどの形成が容易とな
り、厚膜回路を有する高性能な高熱伝導性基板などを作
製することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　＊　（ｃ）および（ｄ）は
本発明に係る金属化組成物がＳｉＣ焼結体上に形成され
る過程の一例を示す説明図である。 １・・・８ｉＣ焼結体 ２・・・有機ケイ素高分子化合物 ３・・・金属粉末　　　　　４・・・非晶質５ｉＣ５・
・・焼結金属粉体 Ｉ 濤　１　ロ ブ仄ｈＩ高昨禾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非酸化性の雰囲気中で加熱によって炭化ケイ素質の
   物質を生じる有機ケイ素高分子化合物と、Ｆｅ、Ｃｏ、
   Ｎｉの金属、又はそれらの合金のうちから選ばれる少な
   くとも１種の金属若しくは合金粉末とを含むことを特徴
   とする炭化ケイ素焼結体の金属化組成物。 ２、該有機ケイ素高分子化合物は、その中にフェニル基
   を重量％で３０〜６５％含有するポリシラン、ポリカル
   ボシラン、ポリチタノカルボシラン、若しくはそれらの
   混合物であり、該有機ケイ素高分子化合物を重量％で１
   〜５０％含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の炭化ケイ素焼結体の金属化組成物。 ３、該Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの金属、又はそれらの合金のう
   ちから選ばれる少なくとも１種の金属若しくは合金粉末
   は、その粒径が１〜１００μｍであり、重量％で、５０
   〜９９％含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の炭化ケイ素焼結体の金属化組成物。