WO2002045470A1

WO2002045470A1 - Substrate and production method therefor

Info

Publication number: WO2002045470A1
Application number: PCT/JP2001/010378
Authority: WO
Inventors: Reo Yamamoto; Yoshihide Kamiyama; Yuichiro Minabe
Original assignee: Tokuyama Corporation
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2002-06-06
Also published as: CA2398613A1; US20030108729A1; JP4498678B2; EP1339271A1; US6762496B2; JPWO2002045470A1; CA2398613C; EP1339271A4; EP1339271B1

Description

明細 ^j 基板およびその製造方法技術分野

本発明は、基板内部に導電層（内部導電層）を有し、該内部導電層と基板表面との間に、導電性ビアホールが形成されてなる窒化アルミニゥム焼結体からなる基板及びその製造方法に関する。特に高い熱伝導率を有し、また、窒化ァルミ-ゥム焼結体と内部導電層おょぴ導電性ビアホールとの密着性が良好で、かつ該内部導電層および導電性ビアホールの緻密性が高く、基板の反りの小さレ、上記基板及びその製造方法に関する。従来の技術 ·

窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導率を有し、電気絶縁性が良く、集積回路を形成するシリコン（S i ) とほぼ同じ熱膨張率を有する等の優れた性質を持っため、半導体回路部品を搭載するための基板（以下、「窒化アルミニゥム基板」とも称する) として使用されている。特に、貫通孔に導電性物質が充填されてなる、いわゆる導電 1·生ビアホール（以下、単に「ビアホール」と記载することもある）を有する窒化アルミニウム基板は、該ビアホールを中継して半導体外部回路間の電気的接続をとることができるため、極めて有用に使用されている。

近年、半導体回路製品の小型化および高機能化が進み、これに伴って、窒ィ匕アルミニウム基板に形成される上記ビアホールの数は増加し、その配置も複雑化してきている。こうした市場の要求に対応して、図 1の断面図に示すような基板 ( 1 ) 内に内部導電層（2 ) を有し、該導電層（2 ) を介して、基板に形成される複数の導電性ビアホール（3 ) が電気的に接続されてなる窒化アルミニゥム基板が利用されてきている。こうした内部に導電層を有する窒化アルミ -ゥム基板は、複数のビアホールを有する窒化アルミニウム成形体を、導電べースト層を介して積層し、得られた積層窒化アルミニウム成形体を脱脂 ·焼成することにより製造することができる。

ところが、このような方法により製造される窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、導電層の焼成と基板の焼結を同時に行うことからくる制約により、せぃぜい、 2 5 °Cで 1 7 O WZmK程度であった。

一方、ビアホールや導電層を持たない窒化アルミニウム（単体）を焼成する方法の 1つとして焼成温度を特定範囲で変化させる 2段焼成法が行われている

(特開平 5— 1 0 5 5 2 5号公報）。この方法では、得られた焼結体の熱伝導率は 2 5 °Cで 2 0 O WZmK程度と、高熱伝導の窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。

しかしながら、上記 2段焼成法により、前記ビアホール及び内部導電層を有する窒化アルミニゥム基板の作製を試みた場合、窒化アルミニウム焼結体と内部導電層との間で十分高い密着強度を得ることが困難であった。また、導電層が十分に緻密化せず、窒ィ匕アルミニウム基板内部にクラックが発生したり、或いは、ビアホールの抵抗値が高くなるなどの問題があった。さらに、基板の反りが大きいという問題点も生じていた。

したがって、ビアホール及び内部導電層を有する窒化アルミニゥム基板において、窒化アルミニウム焼結体が高熱伝導率を有し、且つ上記内部導電層ゃビァホールの、窒化アルミニウム焼結体に対する密着強度が高く、さらには、その他の諸性状についても優れる窒ィヒアルミニウム基板を開発すること望まれてレヽた。発明の開示

本発明者は、上記課題を角军決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、上記した基板の不具合が脱脂後の炭素の作用により生じるとの知見を得、前記積層窒化アルミニウム成形体の脱脂体の残留炭素率を特定の範囲に制御することにより窒化アルミニウム基板内部のクラック及ぴ基板の反りの増加を抑えることができ、さらに、内部導電層あるいはビアホールと窒化アルミニウム焼結体との密着強度が、前記した脱脂体の残留炭素率、使用する導電ペーストの組成、 2段焼成法の温度範囲を各々特定の範囲に制御することにより十分に強く、安定化させることができ、しかも、この操作により窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率も十分に高められることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明に係る基板は、基板内部に導電層を有し、該内部導電層と少なくとも —方の基板表面との間に、少なくとも一個の導電性ビアホールが形成されてなる窒化アルミニゥム焼結体からなり、

2 5 °Cにおける窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が 1 9 O WZmK以上であり、且つ窒ィヒアルミ二ゥム焼結体と内部導電層との密着強度が 5 . O k g / mm²以上であることを特^¾としている。

また、本発明に係る上記基板においては、窒化アルミニウム焼結体と導電性ビアホールとの密着強度が 5 . 0 k g Zmm²以上であることが好ましい。さらに、本発明においては、導電性ビアホールが、高融点金属濃度 8 5〜 9 5重量％の導電ペーストの焼成体からなり、力つ内部導電層が、高融点金属濃度 6 5〜 8 3重量％の導電ペーストの焼成体からなることが好ましい。

また、本発明に係るメタライズ基板は、上記基板の相対する両面の少なくとも一方の面に導電パターンが形成され、導電パターンの少なくとも一部が導電性ビアホールと電気的に接続されてなることを特徴としている。

本発明に係る基板の製造方法は、

窒化アルミニウム粉末、焼結助剤及び有機結合剤よりなる第 1の窒化アルミ二ゥム成形体に、少なくとも一個のビアホール形成用貫通孔を形成し、該貫通孔に、高融点金属粉末 1 0 0重量部およぴ窒化アルミニゥム粉末 2〜 1 0重量部よりなる導電ペースト Aを充填し、

該第 1の窒化アルミニゥム成形体の表面に、高融点金属粉末 1 0 0重量部および窒化アルミニゥム粉末 2〜 2 0重量部よりなる導電ペースト Bを'塗布して導電ペースト層を形成し、

該導電ペースト Bの層を介在させて、上記第 1の窒化アルミニウム成形体の上に、窒化アルミニウム粉末、焼結助剤および有機結合剤よりなる第 2の窒化ァルミニゥム成形体を積層し、

得られた積層窒化アルミニウム成形体を、残留炭素率が 800〜3 0 00 p pmの範囲になるように脱脂した後、 1 200〜 1 700°Cの温度で焼成し、次いで 1 800〜1 950°Cの温度で焼成することを特徴としている。

上記製法において、第 1の窒化アルミニウム成形体のビアホール形成用貫通孔に充填する導電ペースト Aの高融点金属の濃度が 85〜9 5重量％であり、第 1の窒化アルミニウム成形体の表面に塗布する導電ペースト Bの高融点金属の濃度が 6 5〜83重量％であることが好ましい。

また、特に、第 1の窒化アルミニウム成形体のビアホール形成用貫通孔に充 ±真する導電ペースト Aの粘度が 2 5 °C/ 5 r p で、 1 00〜 30000ボイズ (p o i s e) であり、第 1の窒化アルミニウム成形体の表面に塗布する導電ペースト Bの粘度が 25 °C/ 5 r p mで、 800〜： 1 200ボイズ（p o i s e) であることが好ましい。

このような本発明の製造方法によれば、前述した本発明に係る基板を得ることができる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の基板の代表的態様における、概略を示す断面図である。図 2は、本発明の基板の別の態様における、概略を示す断面図である。

図 3は、本発明の基板の別の態様における、概略を示す断面図である。

図 4は、本発明の基板の別の態様における、概略を示す断面図である。

図 5は、本発明の基板の別の態様における、概略を示す斜視図である。

1 ；基板

2 ；内部導電層

3 ；導電性ビアホール発明の実施の形態

本発明において窒化アルミニウム焼結体からなる基板は、基板内部に導電層が形成されている。該内部導電層の厚みは、特に制限されないが、通常 5〜5 O mである。内部導電層を構成する物質は、高融点金属であれば特に限定されないが、通常、タングステン、モリブデンなどの高融点金属であり、後述するように高融点金属 1 0 0重量部に対して 2〜2 0重量部の窒化アルミニウムを含んでいるものが好ましい。

ここで、内部導電層は、基板の内部において、平膜状に形成された導電層であり、基板の両表面にほぼ平行な面として形成されるのが一般的であるが、必要により上記基板表面に対してある程度傾斜した層等として設けられていても良い。

また、内部導電層は、窒化アルミニウム基板の水平断面に対して、必ずしも全面に設ける必要はなく、部分的に設けても良い。特に、形成する導電性ビアホールの位置や数に応じて、所望の回路パターンとして形成させるのが好ましい。窒化アルミニウム基板の水平断面に対する内部導電層の形成割合は、通常、 3 0〜- 1 0 0 %が好ましい。

なお、本発明において、上記内部導電層は、窒化アルミニウム焼結体の内部において所定の間隔を空けて 2層以上設けても良い。この場合、各内部導電層間は、ビアホールを少なくとも 1個形成させることにより、電気的に接続させるのが一般的である。

本努明の窒化アルミニウム基板では、上記内部導電層と少なくとも一方の基板表面とを中継する（電気的に接続する）ビアホールが少なくとも一個形成されている。ここで、ビアホールは、内部導電層と基板の片面との間に形成されるものであっても良く、また、該内部導電層を介して、基板の上下面を貫通して形成されるものであっても良い。

本発明において、基板にビアホールが複数個形成されている場合には、各々のビアホールは、前記内部導電層を介して、その形成パターンに応じたもの同士が電気的に接続される。ビアホールの形成数は、特に制限されないが、ビアホールを含む窒ィ匕アルミニウム焼結体全体の体積に対して、該ビアホールの全体積が占める割合が、 0 . ：!〜 2 0 %であるのが好ましい。

ここで、ビアホールのサイズは特に限定されないが、直径は 0 . 0 3〜0 . 5 O mmが好ましく、その長さと直径の比（長さノ直径）は 4 0以下であるのが好ましい。

また、ビアホールに充填される導電性物質は、高融点金属であれば特に限定されないが、通常、タングステン、モリブデンなどの高融点金属が用いられる。後述するように高融点金属 1 0 0重量部に対して 2〜； L 0重量部の窒ィヒアルミ二ゥムを含んでいるものが好ましい。

本発明において、基板に、内部導電層及ぴビアホールを形成させる代表的態様を例示すれば、図 1〜4の断面図に示されるような態様が挙げられる。

本発明の窒ィ匕アルミニゥム基板は、窒化アルミニゥム焼結体の熱伝導率が 1 9 O W/mK以上で、且つ窒化アルミニウム焼結体と内部導電層との密着強度が 5 . 0 k g Zmm²以上である点に、大きな特 fcを有している。

ここで、本発明の窒ィ匕アルミニウム基板は、ビアホール及び内部導電層を含むいわば複合系であるため、それ自身の熱伝導率を正確に評価することは困難な場合が多い。よって、本発明においては、同一原料、同一脱脂 '焼成バッチで製造した、ビアホールおよび内部導電層を有しない同一厚みの窒化アルミ二ゥム基板の熱伝導率をもって、本発明の窒ィ匕アルミニウム焼結体の熱伝導率とする。無論、内部導電層やビアホールを研削等により取り除いて、これらの部分を避けた残部で、窒化アルミニゥム焼結体部分の熱伝導率が直接的に測定可能な場合は、該測定値を熱伝導率とすることもできる。なお、本努明において、熱伝導率は 2 5

°Cで測定された値である。

本発明において、窒化アルミニウム焼結体と内部導電層との密着強度は、以下の方法により測定される。即ち、基板の表面を、内部導電層が露出するまで研磨し、露出した内部導電層面に T i / P t /A uの薄膜を形成させ、さらに、該基板を約 5 mm X 5 mmのチップ状に切断し、該チップの薄膜上に先端が平坦な φ θ . 5 mmのピンを垂直に半田付けした後、このピンを垂直方向に引つ張った際の破壊強度を測定する方法である。なお、上記測定に際して、ピンを半田付けする内部導電層面の下部に、ビアホールが重なって存在するか否かは、その重複割合に係わらず上記密着強度の測定値にはほとんど影響しない。

なお、上記測定方法は、半田付けするピンの下面全体に内部導電層が形成されている箇所を適宜選定して実施すれば良い。なお、内部導電層が、このような箇所を選定しての測定が困難である細線の回路パターンにより形成されている場合は、実際に評価した内部導電層の面積で換算すれば良い。

従来、窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導化と、窒化アルミニウム焼結体と内部導電層との密着強度の高強度化は、両立させるのが困難であった。し力し、本発明の基板は、窒ィ匕アルミニウム焼結体の熱伝導率が 1 9 0 W/mK以上であり、且つ基板内部に形成される内部導電層と窒化アルミニゥム焼結体との密着強度が 5 . O k g /mm²以上であり、上記両物性が共に高い値にある。さらに、製造条件をより好適な範囲から選べば、窒化アルミ二ゥム焼結体の熱伝導率が 2 0 0 WZmK以上であり、かつ前記密着強度が 7 . O k g /mm²以上、さらには 1 0 . O k g Zmm²以上の基板とすることができる。

また、本発明に係る上記基板においては、窒化アルミニウム焼結体と導電性ビアホールとの密着強度は、好ましくは 5 . O k g Zmm²以上、さらに好ましくは 7 . 0 k g /mm²以上、特に好ましくは 1 0 . 0 k g /mm²以上である。窒化アルミニゥム焼結体と導電性ビアホールとの密着強度とは、ビアの中央で基板を切断し、この切断面に鏡面加工を施し、さらに該切断面上に τ i / p t /A nの薄膜を形成後、先端が平坦な 0 . 5 mmのピンをビア部表面に接触するように、垂直に半田付けした後、このピンを垂直方向に引っ張った際の破壌強度として測定された強度のことを言う。

次に、本発明の窒化アルミニウム基板の製造方法について説明する。上記構成の窒化アルミニウム基板は、如何なる方法により製造したものであってもよいが、好適には、

窒化アルミニゥム粉末、焼結助剤及び有機結合剤よりなる第 1の窒化アルミニゥム成形体に、少なくとも一個のビアホール形成用貫通孔を形成し、

該貫通孔に、高融点金属粉末 1 0 0重量部およぴ窒化アルミニウム粉末 2〜 1 0重量部よりなる導電ペースト Aを充填し、該第 1の窒化アルミニゥム成形体の表面に、高融点金属粉末 1 00重量部およぴ窒化アルミニウム粉末 2〜 2 0重量部よりなる導電ペースト Bを塗布して導電ペースト層を形成し、

該導電ペースト Bの層を介在させて、上記第 1の窒化アルミニウム成形体の上に、窒化アルミニウム粉末、焼結助剤おょぴ有機結合剤よりなる第 2の窒化ァルミニゥム成形体を積層し、

得られた積層窒ィ匕アルミニウム成形体を、残留炭素率が 8 00〜3 0 0 0 p pmの範囲になるように脱脂した後、 1 2 0 0〜 1 7 00°Cの温度で焼成し、次いで 1 8 0 0〜 1 9 5 0°Cの温度で焼成することにより得られる。

上記方法において、第 1および第 2の窒化アルミユウム成形体を構成する窒化アルミニウム粉末は特に限定されず、公知のものが使用できる。特に沈降法で測定した平均粒径が 5 μ m以下の粉末が好適に、 3 μ m以下の粉末がさらに好適に、 0. 5〜 2 ίίπιの範囲にある粉末が最も好適に使われる。また、比表面積から算出した平均粒径 D 1と沈降法で測定した平均粒径 D 2とが下記式

0. 2 μ m≤D 1≤ 1. 5 μ m

D 2/Ό 1≤ 2. 6 0

を満足する窒化アルミニウム粉末は、焼成時における線収縮率を小さくすることができ、焼結体の寸法安定性が向上するばかりでなく内部導電層の線収縮率に近づくため、窒化アルミニウム焼結体とビアホール及ぴ内部導電層との密着強度を一層高めることができるため好適に使用される。

また、上記窒化アルミニウム粉末は、酸素含有が 3. 0重量％以下、カ窒化アルミニウム組成を A 1 Nとするとき、含有する陽イオン不純物が 0. 5重量％以下、特に、酸素含有量が 0. 4〜 1. 0重量％の範囲にあり、そして陽ィオン不純物の含有量が 0. 2重量％以下であり力っ陽ィオン不純物のうち F _e、 C a、 S i及び Cの合計含有量が 0. 1 7重量％以下である窒化アルミ二ゥム粉末が好適である。このような窒ィ匕アルミニウム粉末を用いた場合には、得られる窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率の向上が大きくなるために本発明で好適に用いられる。本発明において窒化アルミニゥム成形体に添カ卩される焼結助剤は、公知のものが特に制限なく使用される。具体的には、アルカリ土類金属化合物、例えば酸ィ匕カルシウムなどの酸化物、イツトリゥムまたはランタ二ド元素よりなる化合物、例えば酸化ィットリゥムなどの酸ィ匕物等が好適に使用される。

また、本発明において窒化アルミニゥム成形体に使用される有機結合剤も公知のものが特に制限なく使用される。具体的には、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、メチノレセルロース、ヒドロキシメチノレセノレロース、ニトロセノレロース、セノレロースアセテートプチレート等のセルロース系樹脂、ポリビュルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリ塩ィ匕ビエル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンォキサイド等の含酸素樹脂などが一種または二種以上混合して使用される。この中でアクリル樹脂は、脱脂性が良好で、ビアホールの抵抗が低減できるため、好適に使用される。その他溶媒、分散剤、可塑剤等、他の成分も公知のものが特に制限なく使用される。

本発明において、第 1および第 2の窒ィ匕アルミニウム成形体を構成する上記各成分の割合は、公知の配合割合が特に制限なく採用される。例えば、窒化ァルミニゥム 1 0 0重量部に対して、焼結助剤 0 . 0 1〜1 0重量部、有機結合剤 0 . 1〜 3 0重量部が好適である。特に焼結助剤 2〜 7重量部の場合、高熱伝導化に有利なため、好適に採用される。また、これら各成分を用いて窒化ァルミニゥム成形体を作製する方法は特に限定されないが、一般的には、ドクタ一ブレード方式によりグリーンシートとして成形される。このグリーンシ一トは、単独で用いても良いし、複数枚を積層して所望の厚みに一体化した後用いても良い。

本発明において、ビアホールの形成及ぴ内部導電層の形成に用いる各導電べ一ストは、前記した種類の高融点金属の粉末を含むものである力 S、該高融点金属粉末としては、ビアホールの形成用の導電ペースト Aには、フィッシャー法で測定した平均粒径が 1〜 2 . 5 μ mのものが好ましく、最も好適には、平均粒径が 1 . 6〜 2 . 0 μ mの範囲のものがビアホール内部の亀裂発生防止に効果的であるため、使用される。また、内部導電層の形成用の導電ペースト Bには、フィッシャー法で測定した平均粒径が 0 . 8〜5 . 0 i mのものが好ましく、最も好適には、平均粒径が 1 . 0〜3 . 0 ^u mの範囲のものが緻密な内部導電層を形成し、窒化アルミニウム基板の反りを低減するには効果的であるため、使用される。

また、両導電ペーストに使用される窒化アルミニウム粉末は、公知のものが特に制限なく使用される。特に前記した窒化アルミニゥム成形体において好適に使用される性状の窒化アルミニウム粉末は、高融点金属粉末との焼結性が良く、内部導電層の密着性を向上させるのに効果があると共に、窒化アルミニゥム部分と内部導電層部分との収縮率の差が減少し、焼結体の寸法安定性が向上するので好適に使用される。

本発明において、導電性ビアホール形成用の導電ペースト Aは、高融点金属の粉末 1 0 0重量部に対して、 2〜1 0重量部の窒化アルミニウム粉末を配合した組成である。上記導電ペーストの組成において、窒ィ匕アルミニウム粉末の割合が 2重量部より少ない場合は、ビアホールと窒ィ匕アルミニウム焼結体との密着強度が低くなったり、ビアホールの部分と窒化アルミニウム焼結体の部分との収縮率の差が増加することにより、接合界面に隙間が生じる。

また、窒化アルミニゥム粉末が 1 0重量部より多、場合は、導電ペーストの粘度が高くなり充填性が悪ィ匕し、その結果発生したボイドによりビアホールと窒化アルミニウム焼結体との密着強度が低くなったり、ビアホール表面に窒化アルミニウムによる変色が発生し易くなり、抵抗値が上昇する。なお、窒化ァルミニゥム粉末の配合量が 3〜 7重量部の場合は、ビアホールとセラミックスの焼成収縮率の差が非常に小さいために、ビアホール周辺にかかる応力が小さく、かつビアホールの電気抵抗が小さくできるため好適である。

一方、内部導電層の形成に用いられる導電ペースト Bは、高融点金属粉末 1 0 0重量部に対して、 2〜2 0重量部の窒ィ匕アルミニウム粉末を配合した組成である。上記導電ペーストの組成において、窒化アルミニウム粉末の割合が 2重量部より少ない場合は、内部導電層と窒化アルミニウム焼結体との密着が悪くなり密着強度が低下したり、窒化アルミニゥム焼結体の部分と内部導電層の部分との収縮率の差が増大することにより、接合界面に剥離が生ずるなどの現象が見られる。また、窒化アルミニウムが 2 0重量部より多い場合は、導電ぺーストの粘度が高くなり、印刷性が悪化する。このため、印刷ムラやかすれが生じ、内部導電層と窒化アルミ二ゥム焼結体との密着強度の低下や内部導電層自体の電気抵抗の増大が発生する。

さらに、窒化アルミニウム粉末が 2 0重量部より多い場合は、導電ペースト自身の保存安定性が低下するため、調製後数日経過した導電ペーストを使用した場合、導電ペーストの粘度が高くなり印刷性が悪化し、その結果発生した印刷ムラやかすれにより内部導電層と窒化アルミニウム焼結体との密着強度が低くなる。内部導電層形成用の導電ペーストにおいて、窒化アルミニウム粉末の配合量は、保存安定性の点から 2〜 1 8重量部、より好適には 1 1〜： I 8重量部であることが特に好ましレ、。

なお、上記ビアホール形成用及び内部導電層形成用のレ、ずれに用いる導電べ一ストとも、ペースト状とするために、一般に、前記高融点金属及び窒化アルミニゥム粉末の他に、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアタリ/レ系樹月旨、メチゾレセノレロース、ェチノレセルロース、ヒドロキシメチノレセノレロー 'ス、ニトロセノレロース、セノレロースアセテートブチレート等のセノレ口ース系樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビュルアルコール、ポリ塩化ビュル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンォキサイド等の有機結合剤；フタル酸ージー n—ブチル、ジエチレンダリコールモノー n—へキシルエーテル、酢酸 2— ( 2—ブドキシェトキシ）ェチル、テルビネオール等の有機溶剤等を配合する。

この際、ビアホール形成用の導電ペースト Aは、ビアホールの密着強度を高め、ビアホール内部の亀裂発生を抑制する観点から、高融点金属の濃度が、 8 5〜 9 5重量％、より好ましくは、 8 7〜 9 3重量％にするのが好適である。また、内部導電層形成用の導電ペースト Bは、得られる導電層の窒化アルミニウム焼結体への密着強度をより強固なものにする観点から、高融点金属の濃度が、 6 5 〜83重量％、より好ましくは 72〜 8 3重量％にするのが好適である。

また、ビアホール形成用の導電ペースト Aは、ビアホールの密着強度を高め、ビアホール内部の亀裂発生を抑制する観点から、 2 5 °0 5 r p mで、 1 00 〜 30000ボイズ（p o i s e) 、より好ましくは 500〜 7000ポィズ（p o i s e) に調整されるのが好ましレ、。また、内部導電層形成用の導電ペースト Bは、得られる導電層の窒ィヒアルミニウム焼結体への密着強度をより強固なものにする観点から、 2 5°0ノ5 111で、 800〜 1 200ボイズ（p o i s e ) 、より好ましくは 8 50〜 1 000ボイズ（p o i s e) の粘度のペーストに調製されるのが好適である。これらの導電ペーストの調製に際しては、その他、分散剤、可塑剤等、他の公知の成分も何ら制限なく使用される。本発明においては、前記第 1の窒化アルミニウム成形体に形成した貫通孔に、上記ビアホール形成用の導電ペースト Aを充填し、ビアホール形成用の貫通孔を有する窒化アルミニゥム成形体を得る。窒ィ匕アルミニゥム成形体に貫通孔を形成する方法は、特に限定されず、一般的に用いられている金型打ち抜き法ゃパンチンダマシンによる方法が使用される。上記貫通孔の大きさは、前記基板に形成するビアホールに所望される孔径を勘案すると、直径 0. 05〜0. 50 mmであるのが好ましい。

また、貫通孔に導電ペースト Aを充填する方法は、公知の方法が特に制限なく採用される。具体的には、印刷法、圧入法などが使用されるが、貫通孔の長さと直径の比（長さ Z直径）が 2.5より大きい場合は、圧入法の方が充填しやすいため、好適に使用される。

本発明においては、貫通孔に導電ペーストが充填された第 1の窒ィヒアルミ二ゥム成形体の表面に、前述の内部導電層形成用の導電ペースト Bを層状に塗布する。塗布する方法は、公知の方法が特に制限なく採用される。一般的には、スクリーン印刷法によって塗布する方法が好適に使用される。

続いて、このようにして形成された導電ペースト層を介在させて、上記第 1 の窒化アルミニゥム成形体上に、これとは別の第 2の窒化アルミニゥム成形体を積層する。第 2の窒化アルミニゥム成形体は、前記と同様の窒化アルミニゥム粉末、焼結助剤及ぴ有機結合剤よりなる。ここで、第 2の窒化アルミニウム成形体とは、ビアホール形成用貫通孔を有するものであっても良いし、このようなビアホール形成用貫通孔は有しないものであっても良い。さらには、貫通孔は形成されているが、該貫通孔にビアホール形成用の導電ペーストが充填されていないものであっても良い。また、第 2の窒化アルミニウム成形体の表面にも、前記と同様の導電ペースト Bの層が形成されていても良い。

さらに、導電ペースト層をそれぞれ介在させて、 3枚以上の窒ィ匕アルミユウム成形体を積層しても良い。また、得られた積層窒化アルミニウム成形体の片面あるいは両面に、前記導電ペースト層を表面層として形成させても良い。このような積層窒化アルミニウム成形体の構造は、所望する窒化アルミニウム基板の構造に応じて適宜に設計すれば良い。

上記窒化アルミニウム成形体を積層する方法は、公知の方法が制限なく採用される。一般的には、熱プレス法や温水等方静水圧法により積層、一体化する方法が好適に使用される。

以上により得られた積層窒化アルミニウム成形体は、窒ィヒアルミニウム部分 (ビアホール及ぴ内部導電層部分を除いた窒ィヒアルミニウム成形体の部分）の残留炭素率が 8 0 0〜3 0 0 0 p p m、好ましくは 1 2 0 0〜2 5 0 0 p p m の範囲となるように脱脂することが必要である。即ち、残留炭素率が 8 0 O p p mに満たない場合、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が 1 9 0WZmKより低い値になり、本発明の目的を達成することができない。また、残留炭素率が 3 0 0 0 p p mを越えた場合、高融点金属粉の焼結性が悪くなることにより、窒化アルミニウム焼結体とビアホール及び内部導電層間の均一かつ十分な密着強度を得ることができない。また、窒化アルミニウム部分にクラックが発生したり、窒ィ匕アルミニウム基板の反りが大きくなり、本発明の目的を達成することができない。

こうした残留炭素率に脱脂する方法において、脱脂の雰囲気としては、髙融点金属を酸化させる恐れのある大気等の酸化性雰囲気を除けば、特に限定されるものではなく、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活^ガス雰囲気、水素等の還元 ¾tガス雰囲気、それらの混合ガス雰囲気、それらの加湿ガス雰囲気、真空などが好適に使用される。 ' 脱脂温度は適宜選択される力通常 500〜1200°C、好ましくは 800 〜1000°Cの温度が採用される。また、かかる温度への昇温速度は、特に限定されるものでないが、一般的に 10°C/分以下が好ましい。

さらに、脱脂時間は、脱脂後の成形体の残留炭素率が、 800〜3000 p pmの範囲内となる時間を設定すればよい。上記脱脂温度での保持時間は、成形体の肉厚、成形体密度、ビアホール及ぴ內部導電層の占める割合、脱脂温度等により多少異なるため、一概に特定することはできないが、一般に 1〜60 0分の範囲で決定される。

上記により脱脂された積層窒化アルミニウム成形体（以下、「脱脂体」という）は、次いで非酸化性雰囲気又は乾燥した還元性ガス雰囲気下で焼成される。上記非酸化 1"生雰囲気としては例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等のガスの単独或いは混合ガスよりなる雰囲気又は真空（又は減圧）雰囲気が使用される。また、乾燥した還元性ガス雰囲気としては、水素や水素と不活†生ガスの混合雰囲気等が使われる。

焼成の温度条件は、 1段目は 1200〜 1700°C、好ましくは、 1500 〜； 1650 °Cで焼成し、次いで 2段目は 1800〜 1950 ° (：、好ましくは、 1820〜 1900 °Cで焼成することが必要である。即ち、 1段目の焼成温度が 1200°Cに満たない場合、脱脂体に残留させた炭素による窒化アルミニゥム中の酸素の還元除去反応が進みにくくなり、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が 19 OW/mKより低い値になり、本発明の目的を達成することができない。一方、 1段目の焼成温度が 1700°Cを越えた場合、残留炭素による窒化アルミニウム中の酸素の還元除去反応が十分進行する前に窒ィヒアルミニウムの焼結が進行してしまい、結果的に酸素が窒化アルミニゥム中に拡散固溶し、窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導ィヒが阻害され、本発明の目的を達成することができない。なお、 1段目の焼成温度が 1500〜1650°Cの場合、酸素の還元除去反応が効果的に進むため好ましい。また、 2段目の焼成温度が 1 8 0 0 °Cに満たない場合、窒化アルミニウムを充分に焼結することができず、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が 1 9 0 W /mKより低い値になり、本発明の目的を達成することができない。また、 2 段目の焼成温度が 1 9 5 0 °Cを越えた場合、ビアホール及び内部導電層と基板との間の密着強度が低下するだけでなく、窒化アルミニウム基板の反りが 2 0 0 : mより大きくなつてしまい、本発明の目的を達成することができない。かかる温度への昇温速度は、特に制限されるものではないが、 1〜4 0 °C/分が一般的である。

上記温度の保持時間は、特に限定されないが、 1段目は 3 0分〜 1 0時間、 2段目は 1分〜 2 0時間の範囲に設定するのが好ましい。さらに、 1段目および 2段目の焼成温度は、途中で降温せずに 1回の焼成で行つても良いし、 1段目と 2段目の間で降温し、 2回の焼成に分けて行っても良い。ただし、時間およびエネルギー効率を考えると途中で降温せずに 1回の焼成で行う方が好ましい。

以上により製造される基板において、上面または下面と內部導電層との間隔が規定されている場合には、例えば、基板の側面に内部導電層の側端面を露出させ、上面または底面からの距離を測定しながら、研削 ·研磨加工を行ない、規定の間隔に到達したところで加工を止めることにより、かかる要求を満足した基板を得ることができる。

上記加工例の場合、内部導電層を有する基板の反りが大きいと、内部導電層の位置を精度良く維持することができなくなる。極端な場合は、内部導電層が加工後に基板表面に露出してしまう。基板表面に露出した内部導電層は、基板表面に形成された導電パターンのショートの原因となるため、このような加工を施す場合には極力そりは小さくするのが好ましい。

本発明の窒化アルミニウム基板は、通常、その相対する両面の少なくとも一方の面に導電パターンを形成し、該導電パターンの少なくとも一部がビアホールと電気的に接続されるように構成したメタライス、基板として使用される。この場合、導電パターンは、基板の一方の面だけに形成しても良いが、その両面に形成し、内部導電層を介して基板の上下面を中継するビアホールにより、該両面が電気的に導通するようにしても良い。

本発明における導電パターンは、導電性を有するものであれば特に限定はされないが、通常は金属薄膜や、金属粉末と無機結合材、有機結合材よりなる厚膜等が使用される。この中でも金属薄膜は、電気電導性が高いため最も好適に用いられる。金属薄膜の構成金属としては公知のものが時に制限なく使用できるが、チタニウム（T i) 、クロム（Cr) 、モリプデン（Mo) 、タングステン（W) 、アルミニウム（A 1) 、タンタル（Ta) 、タングステンチタ二ゥム（W— T i) 、ニッケズレクロム（N i— C r) 、窒化タンタル（Ta—N) は、窒ィヒアルミニウム焼結体との密着性が良好なため、好適に用いられる。これら金属は、単独で用いても良いし、または、 2種類以上を組合せて用いても良い。また、導電パターンは単層でも良いし、 2層以上を積層して用いても良い。

2層以上積層して用いる場合には、前記した金属が窒化アルミニゥム焼結体との密着強度が良好なため、窒化アルミニウム焼結体に直接接する第 1層に好適に使用できる。これらの中でも特に T iは、高い密着強度を安定して得られるために、より好適に用いられる。また、これら第 1層を接着層として用いる場合の膜厚は特に制限されるものではないが、膜厚増加による密着強度の信頼性の確保と膜厚低減に伴う成膜時間の短縮及び使用原料の低減による経済的効果の兼ね合いから、通常は 0. 01 ^πι〜10 μηιの膜厚で用いられ、さらには 0. 05〜5 μιηの膜厚でより好適に用いられる。

第 1層の上に積層する第 2層の金属にも公知の金属を使用できるが、 2層積層膜の導電パターンを用い、第 2層が最上層となる場合には、白金（P t) 、ニッケル（N i) 、パラジウム（P d) 、銅（Cu) 、銀（Ag) 、金（Au) の中の少なくとも 1種は電気電導性が良好なため、好適に用いられる。これらの中でも特に、 P t、 P d、 Ag、 Auは耐食性が良好なため、より好適に用いられる。

また後述するように、第 2層の上にさらに膜を積層し、 3層以上の導電パターンとして用いる場合には、第 1層と第 3層との元素の拡散を防止して、導電パターンと焼結体の間の安定した密着強度を確保するために、拡散防止能力の高い P t、 N i、 P d、 W、 W-T i、 Moがより好適に用いられる。これら第 2層の膜厚としては、特に制限されるものではないが、第 1層と同様な理由で、通常は 0. 01 Atm〜l 0 ^ mの膜厚で用いられ、さらには C 05〜5 μ mの膜厚でより好適に用いられる。

さらに、第 2層上に第 3層を積層する場合、第 3層としては公知の金属を使用することができ、例えば、 P t、 N i、 P d、 Cu、 Ag、 A uの少なくとも一種は電気電導性が良好なため、好適に用いられる。また、これらの中でも特に P t、 P d、 Ag、 A uは耐食性にも優れるので、より好適に用いられる。これら第 3層の膜厚としては特に制限されるものではないが、導伝率の特性の安定性及び信頼性と経済的側面との兼ね合！/ヽから、通常は 0. 〜： 10 μπιの膜厚で用いられる。

また、これら前記最上層の金属層上に、半導体素子等の半田付けを容易にするために、例えば金一錫（Au— Sn) 系半田、鉛一錫（Pb— Sn) 系半田、金一シリコン（Au— S i) 系半田、金一ゲルマニウム（Au— Ge) 系半田といった、少なくとも 1種の半田層を積層、パターニングしても良い。さらには前記最上層の金属層と前記半田層の中間に、はんだ材の拡散防止層を設けても良い。なお、この拡散防止層としては、拡散防止能が高いために P t、 N i、 P d、 W、 W— T i、 Moが好適に使用される。

更に、これら前記の導電パターンの、ある特定のパターン間を、規定の電気抵抗値に保っために、前記導電パターンの特定パターンの間に、ある規定の抵抗値で電気的に接続する抵抗体薄膜パターンを形成しても良い。この抵抗体薄膜パターンは、抵抗値の経時変化が少なく、なおかつメタライズ基板の温度変化によっても抵抗値が変化しないことが望ましい。

このパターンに用いる抵抗体薄膜の種類については特に制限されるものではないが、抵抗値の安定性により一般的には、 T a一 N、 N i— C r等が好適に用いられる。これらの合金の組成は抵抗値の温度変ィヒの少ない組成を選ぶことが望ましく、例えば T a—Nでは T a ₂N層を含む組成が好適に用いられる。またこれらの抵抗体薄膜パターンの膜厚は、同じパターンサイズであっても、膜厚が薄ければ小さな抵抗値が得られること力、ら、要求されるパターンの大きさと抵抗値の大きさによって適宜選ばれるが、抵抗値の安定性と経済的側面との兼ね合いから、通常は 0 . 0 1〜0 . 5 _μ πιの膜厚で用いられる。

更に、これらの導電パターン内にインダクタ素子及ぴキャパシタ素子を形成しても良い。インダクタ素子を形成するためには、例えば渦巻き状のインダクタパターンを作製すれば良く、キャパシタ素子を形成するためには、例えば導電パターン上に五酸ィ匕タンタル（T a ₂0 ₅) 膜等の絶縁膜を積層し、さらに該絶縁膜上に電極膜を積層して上部電極膜としたキャパシタパターンを作製すれば良い。

上記メタライズ基板は、通常、大型の基板を前記方法により作製した後、その表面に以下に示す方法により導電パターンを繰り返して形成し、次いで、所望するサイズに切断して、多数個のメタライズ基板を取得する方法により作製される。

基板のサイズは、多数のメタラィズ基板に一括して導電パターンが形成できるため、大きい方が望ましく、一般的には 1インチ角〜 4インチ角サイズの焼結体が用いられる。

導電パターンを形成する基板表面は、導電パターンと基板との密着強度を上げるために、研削あるいは研磨加工を行うことが好ましい。研削及び研磨の方法は公知の技術が制限無く使用でき、通常は、ラッピング、ポリツシング、ノレル研磨、サンドブラスト、研削盤による研磨等の方法が用いられる。基板の表面粗さは目的により異なるが、通常は平均線中心粗さ（R a ) 1 . O / m以下、より好ましくは、 R a O . 1 m以下になるように研磨を行うことが半導体素子等の半田付けの信頼性が高まるために望ましい。

導電パターンの形成方法としては、公知の方法が制限なく使用することができる。具体的にはスパッタリング法、蒸着法、ィ匕学的気相合成法（C V D法）、イオンプレーティング法、溶射法、スクリーン印刷法、スピンコートゃディップ方式を使用したゾルーゲルコーティング法などが好適に使甩される。例えばスパッタリング法で導電パターンを構成する金属薄膜を形成する場合には、該金属薄膜の成分を含むターゲットを用い、通常基板温度を室温〜 3 0 0 °Cに設定し、真空槽内を 2 X 1 0— ³ P a以下にして真空引き後、アルゴンガスを導入し、真空槽内の圧力を 0 . 2〜1 . O P aに保ち、 R F (高周波）電源のパヮ一を 0 . 2〜 3 k Wにして該金属膜を所定の膜厚に形成する。

上記スパッタリング法の中でも、抵抗体薄膜パターンを構成する例の一つである T a—Nのような窒化物から成る薄膜や、キャパシタパターンを構成する例の一つである T a ₂0₅のような酸化物から成る薄膜を形成する場合には、反応性スパッタリング法がより好適に用いられる。反応性スパッタリング法とは、化合物の金属成分から成るターゲットを用いて、化合物の他の成分である窒素や酸素を含む反応ガスを、放電ガスと同時に真空槽内に導入してスパッタリングを行ない、薄膜を得る方法である。得られる薄膜の組成は、放電ガスと反応ガスの導入比で決定される。

反応性スパッタリングによって、 T a _ Nを成膜する方法の例を挙げれば、ターゲットに T aをい用い、通常基板温度を室温〜 3 0 0 °Cに設定し、真空槽内を 2 X 1 0— ³ P a以下にして真空引き後、放電ガスのアルゴンガスと、反応ガスである窒素ガスを導入し、真空槽内の圧力を 0 . 2〜1 . O P aに保ち、 R F (高周波）電源のパワーを 0 . 2〜 3 k Wにして該金属膜を所定の膜厚に形成する。

本発明で用いられる導電パターンの形状は、用途に応じて任意に選ぶことができ、導電パターンを構成する金属薄膜をパターニングすることにより形成される。パターユングの方法は、基板の用途に応じて適宜公知の技術が採用できる。具体的には、メタルマスク法、湿式エッチング法、リフトオフ法、ドライエツチング法等の方法が採用される。

例えばメタルマスク法でパターニングする場合には、基板の上に、あらかじめ所定のパターンが形成されたメタルマスクを固定して、前記のスパッタリング法ゃ蒸着法等によって、導電パタ一ンを形成するものである。また、ドライエッチング法にて導電パターンを形成する場合は、前記のスパッタ法、蒸着法等によって金属薄膜が形成された基板に、フォトレジスト等を用いて所定のパターンを上記金属薄膜上に形成し、イオンミリング等で該金属薄膜の不要部分を除去後、レジストを剥離することによってパターユングが行われる。

回路パターン内に抵抗体薄膜パターンを含む場合の導電パタ一ンの形成方法としては、特に制限されるものではないが、作製方法の例を挙げれば以下のような方法がある。一つの方法は、まず基板上に、抵抗体薄膜パターンとの接続部分を含む導電パターンを形成する。次に、該導電パターンの上から、抵抗体薄膜パタ一ンを構成する抵抗体薄膜を積層し、抵抗体薄膜パタ一ンを形成する。当方法によれば、接続部分において、抵抗体薄膜が導電パターンの上側に積層された形状の回路パターンを得ることができる。

もう一つは、接続部分も含めた形状の抵抗体薄膜パターンを、あら力じめ基板上に形成しておき、この抵抗体薄膜パターンの上から、導電パターンを形成する方法である。当方法によれば、接続部分において、導電パターンが抵抗体薄膜の上側に積層された形状の回路パターンを得ることができる。さらには、抵抗体薄膜そのものを、基板に直接接する第 1層に用い、その上に抵抗体薄膜よりも電気抵抗率の低い金属薄膜を積層させて導電パターンを形成し、この導電パタ一ンの規定の抵抗値が必要となる特定のパターン間のみにおいて、抵抗体薄膜上の金属薄膜を部分的に除去することにより、パターン内に抵抗体薄膜パターンを含む導電パターンを形成する方法である。

このようにして得られた抵抗体薄膜パターンは、抵抗値の経時変化と温度変化を抑制するために、通常は抵抗体薄膜の表面に酸化皮膜を形成させ、抵抗値を安定化させる処理（抵抗安定化処理）が施される。抵抗安定化処理の方法については、公知の技術が制限なく使用できるが、具体的には陽極酸化法による酸化皮膜の形成や、抵抗体薄膜パターンを形成した基板を大気中で加熱することによる酸化皮膜の形成、等により抵抗値を安定ィ匕することが行われる。さらに得られた抵抗薄膜パターンの抵抗値の調整方法についても、公知の技術が制限なく使用できる。具体的には、レーザートリミング法をその例として挙げることができる。

以上の、メタライズ基板には、半田濡れ性を改善するために N iや A uなどのめつきを表面に施した後、 S iチップやピンなどの電極材料を半田付けあるいはろう付けすることができる。めっきの手段としては、無電解めつき、電角军めっき、及びこれらの組合せなどの手段を特に制限なく採用することができる。なお、本発明の基板は、研削 ·切断などにより溝加工を施し、種々の形状に機械加工しても良い。例えば、図 5の斜視図に示すように、スリット加工を施した後切断し凸型形状のチップにしても良い。この凸型形状の加工品は、サブマウントやチップキャリア等として有効に利用できる。

以上の説明より理解されるように、本発明の窒ィ匕アルミニウム基板は、 2 5 °C での熱伝導率が 1 9 O W mK以上で、かつ内部導電層と窒化アルミ二ゥム焼結.体との密着強度が 5 . 0 k g /mm²以上と極めて強い。また、窒化アルミ二ゥム焼結体内のクラックやビアホール内部の亀裂がなく、基板の反りも小さい基板であり、その工業的価値は極めて大である。

このような性状を有する本発明の窒化アルミニウム基板は、表面に薄膜などのメタラィズを形成することにより、レーザーダイォードゃ発光ダイォードのサブマウントやチップキャリア、およびヒートシンク、 I Cパッケージ等の電子 ·半導体機器部品に好適に利用されうる。実施例

以下、実施例によって本努明を具体的に例示するが、本宪明はこれらの実施例に限定されるものではない。

尚、実施例において、各種物性は以下の方法により測定した。

1 ) 窒ィ匕アルミニウム成形体中の残留炭素率

非分散型赤外吸収法炭素分析装置（EM I A— 1 1 0、（株）堀場製作所製）により分析した。

2 ) 窒化アルミニゥム粉末の平均粒径比表面積から求める平均粒径 D 1は、下記式により算出した。

D 1 (μ ι) = 6/ (S X 3. 2 6)

CS ： A 1 N粉末比表面積（m²/ g) 〕

また、沈降法による平均粒径 D 2は、（株）堀場製作所製遠心式粒度分布測定装置 CAPA 5 0 00で測定した。

3) 窒化アルミニウム基板の外観評価

目視及び実体顕微鏡（X 4 0) により観察し、評価した。

窒化アルミニゥム焼結体およぴ内部導電層との界面にクラック及び剥離が発生しておらず、また、窒ィヒアルミニウム焼結体内部にクラックが発生しておらず、かつ内部導電層にも亀裂が発生していないものを良とし、これらのうち少なくとも一つが発生していれば不良と判断した。

4) 窒化アルミニウム基板の反り

(株）東京精密製の表面粗さ *輪郭形状測定機にて測定した。

5 ) 窒化アルミニゥム焼結体の熱伝導率

同一原料、同一脱脂 ·焼成バッチで製造したビアホールおよび内部導電層を有しない同一厚みの窒化アルミニウム基板を用いて、その熱伝導率をレーザーフラッシュ法にて測定した。

6) 内部導電層と窒化アルミニウム焼結体との密着強度

内部導電層が露出するまで窒化アルミニウム基板を鏡面加工した。次に、 1 0"³T o r rの高真空中にて、該加工面上に、 T i O. 0 6 ,u P t O. 2 μ m、 A 0. 6 z mの順にスパッタを行い金属薄膜を形成した。さらに、該基板を約 5mm X 5 mmのチップ状に切断した。該チップの加工面上に半田プリフォームを置き、 N iメツキを施したピンを 2 3 0°Cホットプレート上にて垂直に半田付けした。ピンは、先端が平坦で、ピン径 φ θ. 5mm, 4 2—ァロィ製であり、半田は、スズ 6 0重量⁰ /₀、鉛 4 0重量⁰ /₀の組成のものである。ピンの半田付けの後、基板を東洋精機製作所製ストログラフ M 2にセットし、ピンを垂直方向に引っ張った際の破壊強度を測定した。引っ張り速度は、 1 0 mm,分とした。また、剥離界面の位置を、試験後のピンおよび焼結体の破壌面を実体顕微鏡 (X 40) 、金属顕微鏡（X400) および X線マイクロアナライザ一により観察することにより調べた。

7 ) 導電性ビアホールと窒ィヒアルミニゥム焼結体との密着強度

窒化アルミニウム焼結体のビア部中央で基板を切断し、この切断面に鏡面加ェを施し、さらに該切断面上に T i/P t /A uの薄膜を形成後、 N iメツキしたピンをビア部表面に接触するように、垂直に半田付けした。ピンは、先端が平坦で、ピン径 φ θ. 5mm, 42—ァロイ製であり、半田は、スズ 60重量％、鉛 40重量％の組成のものである。これを、（株）東洋精機製作所製ストログラフ M2にセットし、ピンを垂直方向に引っ張った際の破壌強度を測定した。引っ張り速度は、 10mm/分とした。また、剥離モードは、試験後のピンおよび焼結体の破壌面を、実体顕微鏡 (χ40) 、金属顕微鏡（χ400) および X線マイクロアナライザ一により観察することにより調べた。

8) ビアホールの電気抵抗

窒化アルミニウム基板の内部導電層より上側あるいは下側を研削除去し、鏡面の基板とした。さらに該基板を小チップへ分割した後、各々のビアホールの電気抵抗を測定した。

9 ) 導電パターンとビアホール間の電気抵抗

メタラィズ基板のビアホールの電気抵抗は、基板を貫通するビアホールの直上に位置する基板両面の導電パターン上に針状のプローブを接触させ、 4端子法にて測定した。

1 0) メタライス'基板外観

目視及び実体顕微鏡 (X 40) によりメタライズ基板の外観を観察し、評価した。

ビアホールの亀裂または、窒化アルミニウム焼結体のクラックにより、導電パターンが断線していないかどうかを検査し、上記不良が全く生じていないものを良、一箇所でも上記不良が発生していれば、不良として評価した。

実施例 1

沈降法による平均粒径が、 1. 50 mで、比表面積が 2. 50 m²/ g、したがって、比表面積から算出された平均粒径が 0. 74^ 111で、酸素含有量が 0.80 %で表 1に示す組成の窒ィ匕アルミニゥム粉 100重量部、イットリア 5 重量部、分散剤として η—プチルメタクリレート 2重量部、有機結合剤としてポリブチルァクリレート 1 1重量部、可塑剤としてジォクチルフタレート 7重量部、トルエン、イソプロピルアルコール混合溶媒 50重量部を秤量し、これらをボールミルポットに投入し、ナイ口ンポールを使用して十分混合した。

A 1 N粉末分析値

A 1 N含有量 97. 9%

兀素含有量

し 3· 105 p p m

S i 63 p p m

F e 12 p p m

T i 16 p p m

V 0. 8 p p m

o 0. 80%

c 0. 03% 得られたスラリ一を脱泡装置にかけ、粘度を 20000 c p sとした後、ドクターブレード方式のシート成形機を用いて、ポリプロピレンフィルム上にシート状に成形し、厚さ約 0. 40mmの窒化アルミニウムグリーンシートを作製した。

上記窒化アルミニウムグリーンシートを 65 X 65 mmに切断した。続いて、この窒化アルミニゥムグリーンシートを 3枚積層して窒ィ匕アルミニゥム成形体 (I) を作成した。積層圧力は、 50 k g f Zcm²、積層温度 80°C、積層時間は 1 5分であった。

次に、この窒化アルミニウム成形体（I) 65 X 65mmを、 ψ 0.28mm のパンチング用金型にて 0. 5 mmピッチに打抜き、貫通孔が 120X 120 個並んだものを用意した。フィッシヤー法測定による平均粒径 1. 8 μπιのタングステン粉末 100重量部に対して、上記窒化アルミニウム粉末 5重量部、有機結合剤としてェチルセルロース 1. 5重量部、溶媒として酢酸 2— （ 2— ブトキシェトキシ）ェチル 5 . 0重量部、その他可塑剤、分散剤の若干量を自動乳鉢、続いて 3本ロールミルで十分に混練して、 2 5 °C/ 5 r p mで 2 3 0 0ボイズ（p o i s e ) のペーストにした（導電性ビアホール形成用ペースト A) 。ペースト Aの高融点金属の濃度は、 9 0 . 8重量％であった。このぺースト Aを、圧入法により窒化アルミニウム成形体（I ) の前記貫通孔内に充填した。充填圧力は 5 0 p s i、充填時間は 1 2 0秒、であった。

次に、フィッシャー法測定による平均粒径 2 . 5 μ ιηのタングステン粉末 1 0 0重量部に対して、上記窒化アルミニウム粉末 5重量部、ェチルセルロース 2重量部、テルビネオール 2 0重量部、その他可塑剤、分散剤の若干量をらい力い機、続いて 3本ロールミルで十分に混練して、 2 5 °C/ 5 r p mで 9 5 0 ボイズ（p o i s e ) のペーストにした（内部導電層形成用ペースト B ) 。ぺ一スト Bの高融点金属の濃度は、 7 9 . 5重量％であった。このペースト Bを、スクリーン印刷により、上記窒化アルミニウム成形体（ I ) の片面に全面ベタパターンの印刷を行い、該窒化アルミニウム成形体（I ) の片面に導電ペースト層を形成した。乾燥後、該導電ペースト層の厚みを、深度計を用いて測定したところ 2 0 mであった。

また、 6 5 X 6 5 mmに切断した別の窒化アルミニウムグリーンシート体 (I I) に、 φ 0 . 2 8 mmのパンチング用金型にて 1 . 5 mmピッチに打抜き、貫通孔が 4 0 X 4 0個並んだものを用意した。そして、該貫通孔内にも、前記ペースト Aを圧入法にて充填し、窒化アルミニウム成形体（II) を製造した。充填圧力は、 6 0 p s i、充填時間は、 1 8 0秒であった。

次に、この窒化アルミニウム成形体（II) を、窒化アルミニウム成形体（I ) の前記導電ペースト層の形成面に積層した。積層圧力は、 8 0 k g f c m²、積層温度 8 0 °C、積層時間は 1 5分であった。

このようにして作製したビアホール形成用貫通孔及ぴ導電ペースト層を内部に有する積層窒化アルミニウム成形体（ i ) を、乾燥窒素ガスを 3 0リツトル Z分流通させながら 9 0 0 °C、 2時間加熱脱脂を行つた。昇温速度は 2 . 5 °C 余分であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 2 4 3 O p p mであった。脱脂後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒素雰囲気中 1 5 8 0 °Cで 6時間加熱し（1段目焼成）、さらに 1 8 7 0 °Cで 1 0時間加熱した（2段目焼成）。以上により、厚みが 1 . 2 mm である、図 1の断面図で示される構造の窒化アルミニウム基板が製造された。得られた窒化アルミニゥム基板の諸所物を測定し、表 3に示した。

実施例 2， 3 比較例 1 , 2

実施例 1においてペースト A (ビアホール形成用導電ペースト）の組成を表 2に示すよう変更した以外は、実施例 1と同様にして窒化アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 3に示した。

実施例 4， 5 比較例 3

実施例 1においてペースト B (内部導電層形成用導電ペースト）の組成を表 2に示すよう変更した以外は、実施例 1と同様にして窒ィ匕アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 3に示した。

実施例 6

実施例 1にお、て作製した積層窒化アルミニゥム成形体 ( i ) を乾燥水素ガスを 1 2リツトル Z分流通させながら 8 5 0°C、 2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は、 2 . 5 °CZ分であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 9 0 0 p p mであった。脱脂後、前記脱脂体を実施例 1と同様にして焼成し、窒ィ匕アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 3に示した。

実施例 7

実施例 1において作製した積層窒化アルミニウム成形体（i ) を乾燥窒素ガスを 2 0リツトルノ分流通させながら 9 0 0 °C、 2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は、 2 - 5 °CZ分であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 2 8 0 0 p p mであった。脱脂後、前記脱脂体を実施例 1と同様にして焼成し、窒化アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 3に示した。

比較例 4 実施例 1において作製した積層窒化アルミニウム成形体（i) を加湿水素ガスを 10リツトル Z分流通させながら 850°C、 2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は、 2. 5°0 分であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 600 p pmであった。脱脂後、前記脱脂体を実施例 1と同様にして焼成し、窒化アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 3に示した。

比較例 5

実施例 1にお!、て作製した積層窒化アルミニゥム成形体（ i ) を乾燥窒素ガスを 15リツトルノ分流通させながら 900°C、 2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は、 2. 5°CZ分であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 3500 p pmであった。脱脂後、前記脱脂体を実施例 1と同様にして焼成し、窒ィ匕アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 3に示した。

表 2

表 3 焼結体焼結体の内部導電層ノ A 1 N 導電性ビアノ A 1 N

ロ 1

の反り熱伝導率密着強度密着強度

の外観剥離モード剥離モード (πιΩ)

(μιη) (kg /mm²) (kg /mm²)

実施例 1 良 50 215 16, 4 半田内 13. 4 半田内 8. 0/8. 1 夹她例 52 21 1 16， 3 半田内 12. 2 半田内 4. 2/4. 3 失施 1タ !J 良 49 209 16， 1 半田内 16. 3 半田内 15. 8/15. 9 小 50 205 3. 1 W/A 1 N 1. 7 W/A 1 N 4. 0/4. 1 C¾1タリ Δ 不良 48 207 2. 2 W/A 1 N 2, 4 W/A 1 N 54. 4/55. 0 笔施例 ^ 良 65 2 X 2 17, 0 半田内 13, 1 半田内 7. 2 7. 3 実施例 5 良 78 208 17. 1 半田内 12. 8 半田内 6. 5/6. 6 比較例 3 不良 47 217 1. 7 W/A 1 N 5. 2 半田内 8. 3/8. 4 実施例 6 良 18 197 13， 5 半田内 10. 8 半田内 5. 2/5. 3 実施例 7 良 72 218 15. 6 半田内 12. 8 半田内 15. 7/16. 0 比較例 4 良 1 5 162 8. 2 W/A 1 N 6. 2 W A 1 N 4. 5/4. 8 比較例 5 不良 262 195 3. 3 W/A 1 N 2. 4 W/A 1 N 46. 0/47. 5

実施例 8〜： I 1 比較例 6〜 9

実施例 1において、積層窒化アルミニウム成形体（ i ) の焼成条件を表 4に示すよう変更した以外は、実施例 1と同様にして窒化アルミニウム基板を製造した。その諸物性を測定し、表 5に示した。

実施例 1 2

実施例 1において作製した窒ィ匕アルミニウムグリーンシートを 6 5 X 6 5 m mに切断した。次に、この窒化アルミニウムグリーンシートを、実施例 1と同様にして作製した窒化アルミニウム成形体（I ) の導電ペースト層の形成面に積層した。積層圧力は、 8 0 k g f Z c m²、積層温度 7 5 °C, 積層時間は 1 5 分であった。

このようにして作製した積層窒化アルミニウム成形体（ii) を、実施例 1と同じ条件で加熱脱脂を行った。同時に脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 2 0 3 0 p p mであった。脱脂後、前記脱脂体を窒化アルミ二ゥム製の容器に入れ、実施例 1と同じ条件で焼成した。

得られた図 2の断面図で示される構造の窒化アルミニゥム基板について、諸物性を測定し表 5に示した。

実施例 1 3

実施例 1で作製したビアホール形成用貫通孔及び導電ペースト層を内部に有する積層窒ィ匕アルミニウム成形体（i ) の片面にスクリーン印刷により、ぺースト Bの全面べタパターンの印刷を行った。印刷膜厚は 1 8 i mであった。また、 6 5 X 6 5 mmに切断した別な窒化アルミニウムグリーンシートに、 φ 0 . 2 8 mmのパンチング用金型にて 1 . O mmピッチに打抜き、貫通孔が 6 0 X 6 0個並んだものを用意した。そして、該貫通孔内にペースト Aを圧入法にて充填し、窒化アルミニウム成形体（ェ II) を作成した。充填圧力は、 5 5 p s i、充填時間は、 1 5 Q秒であった。

次に、この窒ィ匕アルミニウム成形体（III) を、上記片面に導電ペースト層を形成した積層窒化アルミニウム成形体（i ) の該導電ペースト層の形成面に重ねて積層した。積層圧力は、 8 5 k g f Z c m²、積層温度 7 0 °C、積層時間は、 1 5分であった。

このようにして内部に 2層の導電ペースト層を有する積層窒ィ匕アルミニウム成形体（iii) を製造した。この積層窒化アルミニウム成形体（iii) について、実施例 1と同じ条件で加熱脱脂を行った。同時に脱脂したテストサンプルの残留炭素率を調べたところ、 2 8 9 0 p p mであった。脱脂後、前記脱脂体を窒化アルミニゥム製の容器に入れ、実施例 1と同じ条件で焼成した。以上により、厚みが 1 . 5 mmである、図 3の断面図で示される構造の窒ィ匕アルミニウム基板が製造された。

得られた窒ィ匕アルミニウム基板の諸所物を測定し、表 5に示した。

実施例 1 4

実施例 1において、窒化アルミニウム成形体（I ) の片面へのペースト Bのスクリーン印刷を全面べタパターンから回路パターンに変更して印刷し、且つ積層する窒化アルミニウム成形体（II) に形成する貫通孔の数量及び形成位置を、上記回路パターンに対応したものとする以外は、同様に実施して図 4の断面図で示される構造の窒ィ匕アルミニウム基板を作成した。

得られた窒化アルミニゥム基板の諸所物を測定し、表 5に示した。

次に、上記窒化アルミニウム基板について、 R a = 0 . 0 2 i mの表面粗さで鏡面加工を施した後、基板上面から 0 - 1 5 mm下部まで幅 1 . 2 mm、ピツチ 4 . 2 mmのスリット加工を施して、断面視が凸型形状に加工した。さらに、横 2 . O mm縦 4 . 0 mmのチップ形状に切断した。

以上により、内部導電層が、平均線幅 0 . 1 mmであり最小線幅 0 . 0 8 0 mmであり、基板の水平断面に対する内部導電層の形成割合が 6 8 %である回路パターンとして形成され、該回路パターンに対応して、突部上面からと基部下面に貫通するビアホールが 6個形成されてなる図 5の斜視図で示されるような凸型形状基板を製造した。表 4 対応する A 1 N添加量（重量部）焼成温度焼成温度残留灰素率

断面図 (。c) CO

(p pm) ペースト A ペースト B 1

1段目 2段宝偷例 Q

|2¾ 1 5 5 1 Q 70 実翻列 9 | 1¾11 I 2430 5 5 1 0 1 870 夹施例 10 1 j 5 5 1 tJ 0 Q Π u 1 O Q 9 ΠJ

|

她例 11 1¾|

実 11 2430 5 5 1 « 00 1 Q Q 0

図 1 2430 5 5 1100 1870 比較例 Ί 図 1 2430 5 5 1800 1870 比較例 8 図 1 2430 5 5 1580 1750 比較例 9 図 1 2430 5 5 1580 2000 実施例 12 図 2 · 2030 5 5 1580 1870 実施例 13 図 3 2890 5 5 1580 1870 実施例 14 図 4 1870 5 5 1580 1870

表 5

焼結体焼結体の内部導電層 ZA 1 N 導電性ビア A 1 N

しノ电ス ^;;;^コソしの反り熱伝導率密着強度、看強度

の外観剥離モード剥離モード (mQ)

(μιη) (kg /nun²) ( kg/mmつ

実施例 8 良 4 8 2 0 9 1 6. 2 半田内 1 3. 2 半田内 1 8. 5/1 8. 7 失 ^ΐ Ίグ¹ J y 良 5 0 2 1 1 1 6 , 4 半田内 1 3. 4 半田内 8. 1/8. 1 タリ丄 U 良 4 2 2 0 7 - 1 6. 1 半田内 1 3. 5 半田内 9. 0/9. 1

J \7^l 丄丄良 6 0 2 2 0 1 6. 2 半田内 1 2. 0 半田内 6. 3/6. 4 卜 ^ f^H β 良 4 9 1 7 0 1 0. 4 半田内 8. 5 半田内 6 5. 0X6 8 , 0 比齢彻 7 良 44 1 7 1 1 3. 2 半田内 1 0. 8 半田内 1 6. 0/1 6. 5 比較例 8 不良 4 5 1 5 3 7. 9 半田内 6. 5 W/A 1 N 1 2. 0/1 3. 5 比較例 9 不良 2 8 7 2 0 5 2. 4 W/A 1 2. 0 W/A 1 N 2 1. 0/2 1. 3 実施例 1 2 良 4 2 2 1 0 1 6. 9 半田内 1 3. 1 半田内 ― /6. 3 実施例 1 3 良 8 7 2 1 9 15.9/15.1 ,半田内 1 3. 8 半田内 15.8/15.6/16, 0 実施例 1 4 良 2 7 2 1 5 1 5 2 半田内 1 3. 3 半田内 6. 0/6. 1

実施例 1 5〜 2 1 比較例 1 0〜： L 4

実施例 1〜 7及び比較例 1〜 5で得られた各基板の両面に、次の方法により導電パターンを形成しメタライズ基板を得た。

まず、基板表面をダイヤモンドの砥粒を用いて基板厚みが 1 . 2 mm、焼結体表面が鏡面状になるまで加工した。加工の際には、内部導電層の側端面を基板の側面に露出させ、この内部導電層の側端面と基板表面との間隔が 0 . 2 mmとなるように加工した。得られた基板表面の表面粗さを（株）東京精密製サーフコム 5 5 0 Aにて測定したところ、 R aの値は 0 . 0 2 μ mであった。

加工した基板をメチレンクロライド中で超音波洗浄した後、メチレンクロライド蒸気中で乾燥させ、スパッタリング法により、基板表裏全面に（第 1層ノ第 2 層第 3層 = T i ： 0 . 1 μ m P t ： 0 . 2 / m/A u : 0 . 5 ^ m) の金属薄膜を形成した。該金属薄膜を形成後、表裏の金属薄膜をドライエッチング法にてエッチングし、導電パターンを形成した。

次に、導電パターンを含めた基板の表側全面に、反応性スパッタリング法にて丁3— 薄膜を0 . の膜厚で成膜した。該 T a— N薄膜を日本フィリップス（株）製全自動 X線回折装置によって分析したところ、 T a ₂ N相の回折ピークが観察された。該 T a— N薄膜を積層後、湿式エッチング法により不要な部分の T a—N薄膜を除去することにより、抵抗体薄膜パターンを形成した。また、該抵抗体薄膜層を形成した後、当基板を 3 6 0 °Cの大気中で 4時間力 D熱することにより、抵抗安定化処理を行なった。

さらに、当該メタライズ基板を、ダイシングマシンにてチップ状に切断し、メタラィズ基板を作製した。

得られたメタライズ基板の諸所物を測定し、表 6に示した。

3 . 表 6

メタラノズ道雷ノターンビァホール間の基板某板の外観 β'^ΤΒτΦτι (τη Ω

良 4 8 0 / 4 8 6 塞倫例 9 良 2 5 6 / 2 6 1 実施例 3 良 7 8 2 7 9 2 比較例 1 不良 2 4. 0 / 2 4. 6 比較例 2 不良 3 2 1 / 3 3 0 実施例 4 良 4 3. 8 / 4 4. 6 実施例 5 良 3 8. 2 / 3 7. 2 比較例 3 不良 5 1. 2 / 5 3. 4 実施例 6 良 3 0. 8 / 3 1. 3 実施例 7 良 8 2. 4 / 8 3. 1 比較例 4 良 2 8. 2 / 2 8. 8 比較例 5 不良 2 7 7 / 2 9 1

Claims

請求の範囲

1. 基板内部に導電層を有し、該内部導電層と少なくとも一方の基板表面との間に、少なくとも一個の導電性ビアホールが形成されてなる窒化アルミニウム焼結体からなる基板であって、

25 °Cにおける窒ィ匕アルミニウム焼結体の熱伝導率が 19 OWZmK以上であり、且つ窒化アルミニゥム焼結体と内部導電層との密着強度が 5. 0 k g /mm² 以上であることを特徴とする基板。 '

2. 窒化アルミニゥム焼結体と導電性ビアホールとの密着強度が 5. O k g/ mm²以上であることを特徴とする請求項 1に記載の基板。

3. 導電性ビアホールが、高融点金属濃度 85〜 95重量％の導電ペーストの焼成体からなり、力つ内部導電層が、高融点金属濃度 65〜 83重量％の導電べ一ストの焼成体からなることを特徴とする請求項 1または 2に記載の基板。

4. 請求項 1〜 3の何れかに記載の基板の相対する両面の少なくとも一方の面に導電パターンが形成され、導電パターンの少なくとも一部が導電性ビアホールと電気的に接続されてなるメタライズ基板。

5. 窒ィ匕アルミニゥム粉末、焼結助剤及び有機結合剤よりなる第 1の窒ィ匕アルミニゥム成形体に、少なくとも一個のビアホール形成用貫通孔を形成し、

該貫通孔に、高融点金属粉末 100重量部およぴ窒化アルミニゥム粉末 2〜 1 0重量部よりなる導電ペースト Aを充填し、

該第 1の窒ィヒアルミニゥム成形体の表面に、高融点金属粉末 100重量部およぴ窒ィ匕アルミニウム粉末 2〜 20重量部よりなる導電ペースト Bを塗布して導電ペースト層を形成し、

該導電ペースト Bの層を介在させて、上記第 1の窒ィ匕アルミニウム成形体の上に、窒ィ匕アルミニウム粉末、焼結助剤および有機結合剤よりなる第 2の窒化アルミニゥム成形体を積層し、

得られた積層窒化アルミニウム成形体を、残留炭素率が 800〜3000 p p _mの範囲になるように脱脂した後、 1200~1700°Cの温度で焼成し、次いで 1800〜： L 950°Cの温度で焼成することを特徴とする基板の製造方法。

6. 第 1の窒化アルミニゥム成形体のビアホール形成用貫通孔に充填する導電ペースト Aの高融点金属の濃度が 85〜 95重量％であり、第 1の窒化アルミ二ゥム成形体の表面に塗布する導電ペースト Bの高融点金属の濃度が 65〜83重量％である請求項 5に記載の基板の製造方法。

7. 第 1の窒ィ匕アルミニゥム成形体のビアホール形成用貫通孔に充填する導電ペースト Aの粘度が 25 °C/ 5 r p mで、 100〜 30000ポィズ（ p o i s e) であり、第 1の窒化アルミニウム成形体の表面に塗布する導電ペースト Bの粘度が 25 °CZ 5 r p mで、 800〜 1200ボイズ（p o i s e) である請求項 6に記載の基板の製造方法。

8. 請求項 5〜 7の何れかに記載の製造方法により得られうる基板であって、基板内部に導電層を有し、該内部導電層と少なくとも一方の基板表面との間に、少なくとも一個の導電性ビアホールカ形成されてなる窒ィ匕アルミニウム焼結体からなり、

25°Cにおける窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が 19 OWZmK以上であり、且つ窒化アルミニゥム焼結体と内部導電層との密着強度が 5. 0k g Zmm² 以上であることを特徴とする基板。