JP2763516B2 - 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法 - Google Patents
窒化アルミニウム基板のメタライズ方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
質焼結体に金属層を形成した半導体素子基板等を製造す
る際に、好適な窒化アルミニウム基板のメタライズ方法
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、絶縁性基体部品、例えば、半導体
用基板、ＩＣ基板、各種絶縁部品などには、一般的にア
ルミナ磁器が用いられてきた。 【０００３】ところが、近年は、集積密度の高い、高速
作動のＬＳＩの実装基板として多層セラミック基板が必
要とされてきた。 【０００４】その結果、回路の高集積密度化に伴って実
装基板にはさらに高熱が加わることとなり、さらに高い
熱伝導性のセラミック基板、すなわち放熱性の良い基板
が求められ、窒化アルミニウム質焼結体基板が登場して
きた。 【０００５】窒化アルミニウムは、その熱伝導率がアル
ミナの約３〜４倍以上で、熱膨張率がアルミナの約半分
であり、強度はアルミナ、ベリリアと大差ないことなど
の優良な特性を有するものである。 【０００６】ところで、半導体用基板、ＩＣ基板等には
その一部表面を金属化する必要があり、多くのメタライ
ズ方法が提案されている。 【０００７】従来、アルミナセラミック基板にメタライ
ズする方法は、モリブデン−マンガン法をはじめ多くの
優れた方法が開発されてきたが、非酸化物系セラミック
スのメタライズ法は余り開発されていない。 【０００８】特に、窒化アルミニウム焼結体は濡れ性が
悪く、これに対する強固なメタライズ層の形成は困難で
あり、現在種々の研究、技術開発が進められている。 【０００９】最近公知のものとして、例えばＰｂ又はＳ
ｉの少なくとも一種を含有する厚膜ペーストにより回路
を形成した窒化アルミニウム基板が、特開昭６１−８４
０８９号公報に提示されているが、密着強度が２ｋｇ
／ｍｍ2 以下と低く、スクリーン印刷による回路形成
のため、ファインパターン化ができにくい等の問題があ
る。 【００１０】また、例えば、Ｗ，Ｗ−Ｍｏ，Ｗ−Ｐｔ系
メタライズ層を形成したＡｌＮ多層基板が特開昭６０−
２５３２９４号公報に、またＹ，希土類，アルカリ土類
金属の少なくとも１種を有するＡｌＮ基体表面に、Ａ
ｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕの１種以上からなる導電ペースト
で形成された導体路を具備した回路基板が特開昭６０−
１７８６８８号公報に記載されている。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６０−２５３２９４号公報記載の発明においては、
焼結助剤にＣａＣ2 を使用したＡｌＮに対しＷ，Ｍｏ，
Ｐｔの単体又は合金でメタライズがなされているが密着
性について記載はなく、特開昭６０−２５３２９４号の
発明においては本願発明者等はメタライズ密着性は相当
低いレベルであると考えている。 【００１２】また、後者特開昭６０−１７８６８８号公
報記載の発明においては、メタライズ層の密着強度は、
Ａｕペーストを用いた場合、１．９５ｋｇ／ｍｍ2 （Ｍ
ａｘ２．３ｋｇ／ｍｍ2 ）、Ａｇ−Ｐｄペーストを用い
た場合、１．６５ｋｇ／ｍｍ2 （Ｍａｘ２．１ｋｇ／ｍ
ｍ2 ）、Ｃｕペーストを用いた場合、１．４２ｋｇ／ｍ
ｍ2 （Ｍａｘ１．９ｋｇ／ｍｍ2 ）であって、密着強度
が満足しえるものではない。Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕ系
の厚膜ペーストはガラスにより接合するか、化合物を形
成して接合するかであるが、こうした接合法はそれ程強
い密着性がなく、そして、焼き上がった基板上のみに回
路形成が可能であって、多層回路基板を作製することは
できない。 【００１３】さらにまた、メタライズペーストとしてＷ
＋ＡｌＮを用いる方法も提案されており、その密着強度
も２ｋｇ／ｍｍ2 と比較的に高いが、シート抵抗が２０
ｍΩ／□（ｍｉｎ）〜３０ｍΩ／□（ｍａｘ）であっ
て、従来のアルミナの２倍程度であり満足し得るもので
はない。 【００１４】また、一般に焼結体を作製するには、特開
昭５８−５５３７７号に記載されるように、ＡｌＮ粉末
に焼結助剤とパラフィンを添加して成形した後、それを
窒素雰囲気中で加熱しパラフィンを除去し、焼成して作
製される。ところが、パラフィンは窒素雰囲気での分解
性には優れるが、成形時の離型性が悪く、シート成形性
にも適さない。 【００１５】また、特開昭６０−１７１２７０号には、
ＡｌＮ粉末に、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 などの焼結助剤および
ブチラール系やアクリル系樹脂などの有機バインダーを
添加混合して作製したシート状成形体を、大気などの酸
素含有雰囲気で脱バインダー処理した後、窒素雰囲気中
で焼成する方法が開示されている。 【００１６】このようなブチラール系やアクリル系樹脂
などの有機バインダーを添加した場合には、成形が容易
であり量産性に優れるが、完全に有機バインダ成分を飛
散させるためには、特開昭６０−１７１２７０号に開示
されるように、酸素を含有する雰囲気中で脱バインダー
処理する必要があった。しかしながら、シート状成形体
の表面にＷメタライズ層を有する場合において、酸素を
含有する雰囲気中で脱バインダー処理した場合には、窒
化アルミニウム生成形体上に形成されたＷメタライズが
酸化され、この後窒素雰囲気中で焼成してもＷの酸化物
が形成されたままで、シート抵抗が大きくなり、メタラ
イズ層としての機能が低下するという問題があった。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明者等は上記事情に
鑑み更に研究の結果、同時焼成法において厚膜メタライ
ズ層の密着強度を更に向上させ、かつシート抵抗を低下
せしめたＷメタライズ層を窒化アルミニウム基板上に形
成させる方法を開発した。 【００１８】即ち、本発明の窒化アルミニウム基板のメ
タライズ方法は、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤と有機バ
インダーを含有する窒化アルミニウム生成形体の表面
に、Ｗメタライズペーストを塗布し、乾燥、脱脂した
後、水素窒素含有雰囲気中において１４００〜２１００
℃で焼成する方法である。 【００１９】ここで、焼結助剤は、カルシウム化合物と
イットリウム化合物とからなり、該カルシウム化合物と
イットリウム化合物を、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 に換算した図
１に示す線分Ｓ−Ｃ−Ｔ−Ｈ−Ｓ〔Ｓ（Ｙ2 Ｏ3 ：１
０．０重量％、ＣａＯ：０．０１重量％）−Ｃ（Ｙ2 Ｏ
3 ：１０．０重量％、ＣａＯ：１．８重量％）−Ｔ（Ｙ
2 Ｏ3 ：０．０１重量％、ＣａＯ：１．８重量％）−Ｈ
（Ｙ2 Ｏ3 ：０．０１重量％、ＣａＯ：１．８重量％）
−Ｓ〕で囲まれた範囲内、即ち、カルシウム化合物をＣ
ａＯ換算で０．０１〜１．８重量％、イットリウム化合
物をＹ2 Ｏ3 換算で０．０１〜１０重量％の割合で含む
ものである。 【００２０】 【００２１】 【００２２】さらに、窒化アルミニウム基板上のＷメタ
ライズ層の上に、さらに導体層を設けることが望まし
い。この導体層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ
ｄ、Ｐｔのうちの１種以上であることが望ましい。 【００２３】 【作用】本発明の窒化アルミニウム基板のメタライズ方
法は、焼結助剤と有機バインダーを含有する窒化アルミ
ニウム生成形体の表面に、Ｗメタライズペーストを塗布
し、乾燥、脱脂した後、水素窒素混合雰囲気中において
１４００〜２１００℃で焼成することに特徴があり、こ
のような方法を採用することにより、窒化アルミニウム
基板に対するＷメタライズ層の密着強度を向上するとと
もに、シート抵抗を小さくすることができる。 【００２４】即ち、焼結助剤と有機バインダーを含有す
る窒化アルミニウム生成形体の表面に、Ｗメタライズペ
ーストを塗布し、同時焼成することにより、密着強度を
向上し、シート抵抗を小さくすることができる。さら
に、本発明では、水素窒素混合雰囲気中において焼成す
ることにより、例えば、酸素含有雰囲気中での脱バイン
ダー処理時にＷメタライズが酸化されたとしても、水素
の弱い還元性を利用して、磁器中の焼結助剤を還元させ
ることなく、Ｗメタライズ層の酸化物のみを還元し、シ
ート抵抗を小さくすることができる。 【００２５】また、本発明の窒化アルミニウム基板のメ
タライズ方法では、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤として
カルシウム化合物とイットリウム化合物を前記組成範囲
内の量で含むＡｌＮ基板を用いることにより、Ｗメタラ
イズ層の密着強度３ｋｇ／ｍｍ2 以上を確保できる。 【００２６】以上のように本発明によれば、窒化アルミ
ニウム基板表面のＷメタライズ層の密着強度は２ｋｇ／
ｍｍ2 以上であって、強固なものであるため、メタライ
ズ回路ファインパターンの形成が可能となるとともに、
多層化が可能となる。 【００２７】しかも、シート抵抗は、ＡｌＮ基板とし
て、カルシウム化合物およびイットリウム化合物を前記
組成範囲内で含む基板を用いることにより、１０ｍΩ／
□以下の低シート抵抗のＷメタライズ層が提供できる。 【００２８】 【００２９】本発明によれば、特にカルシウム化合物を
ＣａＯ換算で０．２〜０．９５重量％、イットリウム化
合物をＹ2 Ｏ3 換算で４〜８．５重量％含有する場合に
は、メタライズ層の密着強度を４ｋｇ／ｍｍ2 以上、シ
ート抵抗を９．１ｍΩ／□以下を達成できる。 【００３０】 【発明の実施の形態】本発明の窒化アルミニウム基板の
メタライズ方法では、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤と有
機バインダーを含有する窒化アルミニウム生成形体の表
面に、Ｗメタライズペーストを塗布し、乾燥、脱脂した
後、水素窒素混合雰囲気中において１４００〜２１００
℃で焼成する方法である。 【００３１】本発明の窒化アルミニウム生成形体は、望
ましくは、Ｗメタライズ密着強度を向上するとともに、
シート抵抗を小さくするため、焼結助剤としてカルシウ
ム化合物をＣａＯ換算で０．０１〜１．８重量％および
イットリウム化合物をＹ2 Ｏ3 換算で０．０１〜１０重
量％の割合で含むものである。 【００３２】窒化アルミニウム生成形体の表面にはＷメ
タライズペーストを塗布するが、このＷメタライズペー
ストは、単にタングステン粉末に通常用いられる有機バ
インダー、溶剤等が添加混合され、所定粘度のものとし
て調製される。 【００３３】そのＷメタライズペーストのＡｌＮ生成形
体上への塗布は、通常スクリーン印刷法により所定のパ
ターンを構成するごとく行われる。 【００３４】メタライズ焼成処理温度は、１４００℃〜
２１００℃の範囲が好ましく、下限より低いか、又は上
限を越えるとメタライズ層の密着強度が非常に弱くなっ
て実用にならない。 【００３５】Ｗメタライズとの同時焼成雰囲気は、窒素
水素混合雰囲気であることが重要で、酸化雰囲気では窒
化アルミニウムが酸化したり、Ｗが酸化して高抵抗体と
なって、シート抵抗が非常に高くなるので好ましくな
い。さらに、酸素含有雰囲気での脱バインダー処理（脱
脂）によりＷメタライズが酸化されたとしても、窒素水
素混合雰囲気であれば磁器中の焼結助剤を還元させるこ
となく、Ｗメタライズ層の酸化物のみを還元することが
できる。還元性を有するガスとしては、水素以外にもカ
ーボン等あるが、窒化アルミニウム基板中の焼結助剤の
還元を防止し、Ｗメタライズ層のみの還元を達成するた
め、還元力の制御が容易な水素を選択したのである。窒
素／水素比は、望ましくは８８／２２である。 【００３６】また、本発明方法により形成された窒化ア
ルミニウム基板上のＷメタライズ層の上には、半導体回
路基板となすためにさらに導体層が設けられている。 【００３７】導体層として、メタライズ回路ファインパ
ターンの形成のため、従来法と同様に、例えばＮｉ，Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔ等がメッキ、ろう付
け等によって形成される。 【００３８】 【実施例】 実施例１ 平均粒径１．４μｍのＡｌＮ粉末に、平均粒径０．８μ
ｍのＹ2 Ｏ3 粉末をＹ2 Ｏ3 換算で１２重量％、１．３
μｍのＣａＣＯ3 粉末をＣａＯ換算で０．０３重量％を
添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合して基板の原料
調製をした。次にこの原料にポリメタクリレート１０重
量％を添加して混練した後、ドクターブレード法によ
り、４５ｍｍ×４５ｍｍ×３ｍｍの生シート積層成形体
とした。 【００３９】得られた該シート成形体の表面に、Ｗ粉末
（平均粒径１．３μｍ）１００ｇをアセトン中で湿式粉
砕した後、エチルセルロース２重量部、ブチルカルビド
ール１５重量部を添加混合、アセトンを揮発させること
によって得られたＷメタライズペースト組成物を２４μ
ｍ厚でプリント印刷し、乾燥後脱脂し、８８％Ｎ2 ＋１
２％Ｈ2 雰囲気中（１気圧）、１６８０℃で１時間加熱
することによって同時焼成し、焼結体となった窒化アル
ミニウム基板上に２０μｍ厚のＷメタライズ層を形成し
た。 【００４０】試験の結果、このメタライズ層の密着強度
は３．１ｋｇ／ｍｍ2 であって、高い密着強度のもので
あることが判った。また、そのシート抵抗は１０．８ｍ
Ω／□で低いものであった。この結果を表１の試料Ｎo.
１に記載する。 【００４１】 【表１】 【００４２】実施例２〜２２ 表１の試料番号２〜２２に記載量のＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 焼
結助剤を含有する窒化アルミニウム生成形体上に、実施
例１と同様にして、Ｗメタライズペーストを２４μｍ厚
でプリント印刷し、乾燥後脱脂し、８８％Ｎ2 ＋１２％
Ｈ2 雰囲気中、１６８０℃で１時間加熱してメラタイズ
をした。 【００４３】試験の結果は表１に示すとおりであって、
Ｗメタライズ層の密着強度は、基板を形成する窒化アル
ミニウム焼結体中にカルシウム化合物をＣａＯ換算で
０．０１〜１．８重量％、イットリウム化合物をＹ2 Ｏ
3 換算で０．０１〜１０重量％の割合で含む試料Ｎo.２
〜１０、１２、１３は、Ｗメタライズ層の密着強度は
３．０ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、特に良好なものは５．
０ｋｇ／ｍｍ2 にも及ぶ非常に高い密着強度のものであ
る。また、そのシート抵抗は１０ｍΩ／□以下で低抵抗
であった。なお、前記基板とＷメタライズ層間の密着強
度の測定方法は、窒化アルミニウム基板上に２ｍｍ□の
Ｗメタライズパッドを形成し、これにＮｉメッキし、８
００℃でシンターした後、さらに９００℃で０．８ｍｍ
φのＮｉ線を銀ろう付けし、垂直引張法で強度試験する
ことによった。 【００４４】比較例１ 表１の試料Ｎo.４において、脱バインダー処理を窒素雰
囲気において８００℃３時間で行い、この後窒素雰囲気
中において１６８０℃１時間焼成する以外は、上記実施
例２と同様にして窒化アルミニウム基板上にメタライズ
層を形成した。 【００４５】試験の結果、このメタライズ層の密着強度
は２．３ｋｇ／ｍｍ2 であり、そのシート抵抗は３１ｍ
Ω／□であり、本発明の試料Ｎo.４と比較して、密着強
度が低く、またシート抵抗が高かった。 【００４６】比較例２ 表１の試料Ｎo.４において、脱バインダー処理を大気雰
囲気（酸素源含有雰囲気）において５００℃３時間で行
い、この後窒素雰囲気中において１６８０℃１時間焼成
する以外は、上記実施例２と同様にして窒化アルミニウ
ム基板上にメタライズ層を形成した。試験の結果、この
メタライズ層の密着強度は０．８ｋｇ／ｍｍ2 であり、
そのシート抵抗は４７ｍΩ／□であり、本発明の試料Ｎ
o.４と比較して、密着強度が低く、またシート抵抗が高
かった。 【００４７】 【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム基板のメタラ
イズ方法では、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤としてカル
シウム化合物、イットリウム化合物を特定組成範囲で含
む窒化アルミニウム生成形体の表面に、Ｗメタライズペ
ーストを塗布し、乾燥、脱脂した後、水素窒素混合雰囲
気中において１４００〜２１００℃で焼成することによ
り、シート抵抗を低くできるとともに、窒化アルミニウ
ム基板とＷメタライズ層との密着強度を非常に高いもの
とすることができる。従って、基板上にファインピッチ
で強固且つ低抵抗のメタライズ回路パターンを形成する
ことができ、半導体パッケージ等の全体の発熱量も同時
に低減できる。
質焼結体に金属層を形成した半導体素子基板等を製造す
る際に、好適な窒化アルミニウム基板のメタライズ方法
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、絶縁性基体部品、例えば、半導体
用基板、ＩＣ基板、各種絶縁部品などには、一般的にア
ルミナ磁器が用いられてきた。 【０００３】ところが、近年は、集積密度の高い、高速
作動のＬＳＩの実装基板として多層セラミック基板が必
要とされてきた。 【０００４】その結果、回路の高集積密度化に伴って実
装基板にはさらに高熱が加わることとなり、さらに高い
熱伝導性のセラミック基板、すなわち放熱性の良い基板
が求められ、窒化アルミニウム質焼結体基板が登場して
きた。 【０００５】窒化アルミニウムは、その熱伝導率がアル
ミナの約３〜４倍以上で、熱膨張率がアルミナの約半分
であり、強度はアルミナ、ベリリアと大差ないことなど
の優良な特性を有するものである。 【０００６】ところで、半導体用基板、ＩＣ基板等には
その一部表面を金属化する必要があり、多くのメタライ
ズ方法が提案されている。 【０００７】従来、アルミナセラミック基板にメタライ
ズする方法は、モリブデン−マンガン法をはじめ多くの
優れた方法が開発されてきたが、非酸化物系セラミック
スのメタライズ法は余り開発されていない。 【０００８】特に、窒化アルミニウム焼結体は濡れ性が
悪く、これに対する強固なメタライズ層の形成は困難で
あり、現在種々の研究、技術開発が進められている。 【０００９】最近公知のものとして、例えばＰｂ又はＳ
ｉの少なくとも一種を含有する厚膜ペーストにより回路
を形成した窒化アルミニウム基板が、特開昭６１−８４
０８９号公報に提示されているが、密着強度が２ｋｇ
／ｍｍ2 以下と低く、スクリーン印刷による回路形成
のため、ファインパターン化ができにくい等の問題があ
る。 【００１０】また、例えば、Ｗ，Ｗ−Ｍｏ，Ｗ−Ｐｔ系
メタライズ層を形成したＡｌＮ多層基板が特開昭６０−
２５３２９４号公報に、またＹ，希土類，アルカリ土類
金属の少なくとも１種を有するＡｌＮ基体表面に、Ａ
ｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕの１種以上からなる導電ペースト
で形成された導体路を具備した回路基板が特開昭６０−
１７８６８８号公報に記載されている。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６０−２５３２９４号公報記載の発明においては、
焼結助剤にＣａＣ2 を使用したＡｌＮに対しＷ，Ｍｏ，
Ｐｔの単体又は合金でメタライズがなされているが密着
性について記載はなく、特開昭６０−２５３２９４号の
発明においては本願発明者等はメタライズ密着性は相当
低いレベルであると考えている。 【００１２】また、後者特開昭６０−１７８６８８号公
報記載の発明においては、メタライズ層の密着強度は、
Ａｕペーストを用いた場合、１．９５ｋｇ／ｍｍ2 （Ｍ
ａｘ２．３ｋｇ／ｍｍ2 ）、Ａｇ−Ｐｄペーストを用い
た場合、１．６５ｋｇ／ｍｍ2 （Ｍａｘ２．１ｋｇ／ｍ
ｍ2 ）、Ｃｕペーストを用いた場合、１．４２ｋｇ／ｍ
ｍ2 （Ｍａｘ１．９ｋｇ／ｍｍ2 ）であって、密着強度
が満足しえるものではない。Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｃｕ系
の厚膜ペーストはガラスにより接合するか、化合物を形
成して接合するかであるが、こうした接合法はそれ程強
い密着性がなく、そして、焼き上がった基板上のみに回
路形成が可能であって、多層回路基板を作製することは
できない。 【００１３】さらにまた、メタライズペーストとしてＷ
＋ＡｌＮを用いる方法も提案されており、その密着強度
も２ｋｇ／ｍｍ2 と比較的に高いが、シート抵抗が２０
ｍΩ／□（ｍｉｎ）〜３０ｍΩ／□（ｍａｘ）であっ
て、従来のアルミナの２倍程度であり満足し得るもので
はない。 【００１４】また、一般に焼結体を作製するには、特開
昭５８−５５３７７号に記載されるように、ＡｌＮ粉末
に焼結助剤とパラフィンを添加して成形した後、それを
窒素雰囲気中で加熱しパラフィンを除去し、焼成して作
製される。ところが、パラフィンは窒素雰囲気での分解
性には優れるが、成形時の離型性が悪く、シート成形性
にも適さない。 【００１５】また、特開昭６０−１７１２７０号には、
ＡｌＮ粉末に、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 などの焼結助剤および
ブチラール系やアクリル系樹脂などの有機バインダーを
添加混合して作製したシート状成形体を、大気などの酸
素含有雰囲気で脱バインダー処理した後、窒素雰囲気中
で焼成する方法が開示されている。 【００１６】このようなブチラール系やアクリル系樹脂
などの有機バインダーを添加した場合には、成形が容易
であり量産性に優れるが、完全に有機バインダ成分を飛
散させるためには、特開昭６０−１７１２７０号に開示
されるように、酸素を含有する雰囲気中で脱バインダー
処理する必要があった。しかしながら、シート状成形体
の表面にＷメタライズ層を有する場合において、酸素を
含有する雰囲気中で脱バインダー処理した場合には、窒
化アルミニウム生成形体上に形成されたＷメタライズが
酸化され、この後窒素雰囲気中で焼成してもＷの酸化物
が形成されたままで、シート抵抗が大きくなり、メタラ
イズ層としての機能が低下するという問題があった。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明者等は上記事情に
鑑み更に研究の結果、同時焼成法において厚膜メタライ
ズ層の密着強度を更に向上させ、かつシート抵抗を低下
せしめたＷメタライズ層を窒化アルミニウム基板上に形
成させる方法を開発した。 【００１８】即ち、本発明の窒化アルミニウム基板のメ
タライズ方法は、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤と有機バ
インダーを含有する窒化アルミニウム生成形体の表面
に、Ｗメタライズペーストを塗布し、乾燥、脱脂した
後、水素窒素含有雰囲気中において１４００〜２１００
℃で焼成する方法である。 【００１９】ここで、焼結助剤は、カルシウム化合物と
イットリウム化合物とからなり、該カルシウム化合物と
イットリウム化合物を、ＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 に換算した図
１に示す線分Ｓ−Ｃ−Ｔ−Ｈ−Ｓ〔Ｓ（Ｙ2 Ｏ3 ：１
０．０重量％、ＣａＯ：０．０１重量％）−Ｃ（Ｙ2 Ｏ
3 ：１０．０重量％、ＣａＯ：１．８重量％）−Ｔ（Ｙ
2 Ｏ3 ：０．０１重量％、ＣａＯ：１．８重量％）−Ｈ
（Ｙ2 Ｏ3 ：０．０１重量％、ＣａＯ：１．８重量％）
−Ｓ〕で囲まれた範囲内、即ち、カルシウム化合物をＣ
ａＯ換算で０．０１〜１．８重量％、イットリウム化合
物をＹ2 Ｏ3 換算で０．０１〜１０重量％の割合で含む
ものである。 【００２０】 【００２１】 【００２２】さらに、窒化アルミニウム基板上のＷメタ
ライズ層の上に、さらに導体層を設けることが望まし
い。この導体層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐ
ｄ、Ｐｔのうちの１種以上であることが望ましい。 【００２３】 【作用】本発明の窒化アルミニウム基板のメタライズ方
法は、焼結助剤と有機バインダーを含有する窒化アルミ
ニウム生成形体の表面に、Ｗメタライズペーストを塗布
し、乾燥、脱脂した後、水素窒素混合雰囲気中において
１４００〜２１００℃で焼成することに特徴があり、こ
のような方法を採用することにより、窒化アルミニウム
基板に対するＷメタライズ層の密着強度を向上するとと
もに、シート抵抗を小さくすることができる。 【００２４】即ち、焼結助剤と有機バインダーを含有す
る窒化アルミニウム生成形体の表面に、Ｗメタライズペ
ーストを塗布し、同時焼成することにより、密着強度を
向上し、シート抵抗を小さくすることができる。さら
に、本発明では、水素窒素混合雰囲気中において焼成す
ることにより、例えば、酸素含有雰囲気中での脱バイン
ダー処理時にＷメタライズが酸化されたとしても、水素
の弱い還元性を利用して、磁器中の焼結助剤を還元させ
ることなく、Ｗメタライズ層の酸化物のみを還元し、シ
ート抵抗を小さくすることができる。 【００２５】また、本発明の窒化アルミニウム基板のメ
タライズ方法では、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤として
カルシウム化合物とイットリウム化合物を前記組成範囲
内の量で含むＡｌＮ基板を用いることにより、Ｗメタラ
イズ層の密着強度３ｋｇ／ｍｍ2 以上を確保できる。 【００２６】以上のように本発明によれば、窒化アルミ
ニウム基板表面のＷメタライズ層の密着強度は２ｋｇ／
ｍｍ2 以上であって、強固なものであるため、メタライ
ズ回路ファインパターンの形成が可能となるとともに、
多層化が可能となる。 【００２７】しかも、シート抵抗は、ＡｌＮ基板とし
て、カルシウム化合物およびイットリウム化合物を前記
組成範囲内で含む基板を用いることにより、１０ｍΩ／
□以下の低シート抵抗のＷメタライズ層が提供できる。 【００２８】 【００２９】本発明によれば、特にカルシウム化合物を
ＣａＯ換算で０．２〜０．９５重量％、イットリウム化
合物をＹ2 Ｏ3 換算で４〜８．５重量％含有する場合に
は、メタライズ層の密着強度を４ｋｇ／ｍｍ2 以上、シ
ート抵抗を９．１ｍΩ／□以下を達成できる。 【００３０】 【発明の実施の形態】本発明の窒化アルミニウム基板の
メタライズ方法では、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤と有
機バインダーを含有する窒化アルミニウム生成形体の表
面に、Ｗメタライズペーストを塗布し、乾燥、脱脂した
後、水素窒素混合雰囲気中において１４００〜２１００
℃で焼成する方法である。 【００３１】本発明の窒化アルミニウム生成形体は、望
ましくは、Ｗメタライズ密着強度を向上するとともに、
シート抵抗を小さくするため、焼結助剤としてカルシウ
ム化合物をＣａＯ換算で０．０１〜１．８重量％および
イットリウム化合物をＹ2 Ｏ3 換算で０．０１〜１０重
量％の割合で含むものである。 【００３２】窒化アルミニウム生成形体の表面にはＷメ
タライズペーストを塗布するが、このＷメタライズペー
ストは、単にタングステン粉末に通常用いられる有機バ
インダー、溶剤等が添加混合され、所定粘度のものとし
て調製される。 【００３３】そのＷメタライズペーストのＡｌＮ生成形
体上への塗布は、通常スクリーン印刷法により所定のパ
ターンを構成するごとく行われる。 【００３４】メタライズ焼成処理温度は、１４００℃〜
２１００℃の範囲が好ましく、下限より低いか、又は上
限を越えるとメタライズ層の密着強度が非常に弱くなっ
て実用にならない。 【００３５】Ｗメタライズとの同時焼成雰囲気は、窒素
水素混合雰囲気であることが重要で、酸化雰囲気では窒
化アルミニウムが酸化したり、Ｗが酸化して高抵抗体と
なって、シート抵抗が非常に高くなるので好ましくな
い。さらに、酸素含有雰囲気での脱バインダー処理（脱
脂）によりＷメタライズが酸化されたとしても、窒素水
素混合雰囲気であれば磁器中の焼結助剤を還元させるこ
となく、Ｗメタライズ層の酸化物のみを還元することが
できる。還元性を有するガスとしては、水素以外にもカ
ーボン等あるが、窒化アルミニウム基板中の焼結助剤の
還元を防止し、Ｗメタライズ層のみの還元を達成するた
め、還元力の制御が容易な水素を選択したのである。窒
素／水素比は、望ましくは８８／２２である。 【００３６】また、本発明方法により形成された窒化ア
ルミニウム基板上のＷメタライズ層の上には、半導体回
路基板となすためにさらに導体層が設けられている。 【００３７】導体層として、メタライズ回路ファインパ
ターンの形成のため、従来法と同様に、例えばＮｉ，Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔ等がメッキ、ろう付
け等によって形成される。 【００３８】 【実施例】 実施例１ 平均粒径１．４μｍのＡｌＮ粉末に、平均粒径０．８μ
ｍのＹ2 Ｏ3 粉末をＹ2 Ｏ3 換算で１２重量％、１．３
μｍのＣａＣＯ3 粉末をＣａＯ換算で０．０３重量％を
添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合して基板の原料
調製をした。次にこの原料にポリメタクリレート１０重
量％を添加して混練した後、ドクターブレード法によ
り、４５ｍｍ×４５ｍｍ×３ｍｍの生シート積層成形体
とした。 【００３９】得られた該シート成形体の表面に、Ｗ粉末
（平均粒径１．３μｍ）１００ｇをアセトン中で湿式粉
砕した後、エチルセルロース２重量部、ブチルカルビド
ール１５重量部を添加混合、アセトンを揮発させること
によって得られたＷメタライズペースト組成物を２４μ
ｍ厚でプリント印刷し、乾燥後脱脂し、８８％Ｎ2 ＋１
２％Ｈ2 雰囲気中（１気圧）、１６８０℃で１時間加熱
することによって同時焼成し、焼結体となった窒化アル
ミニウム基板上に２０μｍ厚のＷメタライズ層を形成し
た。 【００４０】試験の結果、このメタライズ層の密着強度
は３．１ｋｇ／ｍｍ2 であって、高い密着強度のもので
あることが判った。また、そのシート抵抗は１０．８ｍ
Ω／□で低いものであった。この結果を表１の試料Ｎo.
１に記載する。 【００４１】 【表１】 【００４２】実施例２〜２２ 表１の試料番号２〜２２に記載量のＣａＯ、Ｙ2 Ｏ3 焼
結助剤を含有する窒化アルミニウム生成形体上に、実施
例１と同様にして、Ｗメタライズペーストを２４μｍ厚
でプリント印刷し、乾燥後脱脂し、８８％Ｎ2 ＋１２％
Ｈ2 雰囲気中、１６８０℃で１時間加熱してメラタイズ
をした。 【００４３】試験の結果は表１に示すとおりであって、
Ｗメタライズ層の密着強度は、基板を形成する窒化アル
ミニウム焼結体中にカルシウム化合物をＣａＯ換算で
０．０１〜１．８重量％、イットリウム化合物をＹ2 Ｏ
3 換算で０．０１〜１０重量％の割合で含む試料Ｎo.２
〜１０、１２、１３は、Ｗメタライズ層の密着強度は
３．０ｋｇ／ｍｍ2 以上であり、特に良好なものは５．
０ｋｇ／ｍｍ2 にも及ぶ非常に高い密着強度のものであ
る。また、そのシート抵抗は１０ｍΩ／□以下で低抵抗
であった。なお、前記基板とＷメタライズ層間の密着強
度の測定方法は、窒化アルミニウム基板上に２ｍｍ□の
Ｗメタライズパッドを形成し、これにＮｉメッキし、８
００℃でシンターした後、さらに９００℃で０．８ｍｍ
φのＮｉ線を銀ろう付けし、垂直引張法で強度試験する
ことによった。 【００４４】比較例１ 表１の試料Ｎo.４において、脱バインダー処理を窒素雰
囲気において８００℃３時間で行い、この後窒素雰囲気
中において１６８０℃１時間焼成する以外は、上記実施
例２と同様にして窒化アルミニウム基板上にメタライズ
層を形成した。 【００４５】試験の結果、このメタライズ層の密着強度
は２．３ｋｇ／ｍｍ2 であり、そのシート抵抗は３１ｍ
Ω／□であり、本発明の試料Ｎo.４と比較して、密着強
度が低く、またシート抵抗が高かった。 【００４６】比較例２ 表１の試料Ｎo.４において、脱バインダー処理を大気雰
囲気（酸素源含有雰囲気）において５００℃３時間で行
い、この後窒素雰囲気中において１６８０℃１時間焼成
する以外は、上記実施例２と同様にして窒化アルミニウ
ム基板上にメタライズ層を形成した。試験の結果、この
メタライズ層の密着強度は０．８ｋｇ／ｍｍ2 であり、
そのシート抵抗は４７ｍΩ／□であり、本発明の試料Ｎ
o.４と比較して、密着強度が低く、またシート抵抗が高
かった。 【００４７】 【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム基板のメタラ
イズ方法では、ＡｌＮを主体とし、焼結助剤としてカル
シウム化合物、イットリウム化合物を特定組成範囲で含
む窒化アルミニウム生成形体の表面に、Ｗメタライズペ
ーストを塗布し、乾燥、脱脂した後、水素窒素混合雰囲
気中において１４００〜２１００℃で焼成することによ
り、シート抵抗を低くできるとともに、窒化アルミニウ
ム基板とＷメタライズ層との密着強度を非常に高いもの
とすることができる。従って、基板上にファインピッチ
で強固且つ低抵抗のメタライズ回路パターンを形成する
ことができ、半導体パッケージ等の全体の発熱量も同時
に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒化アルミニウム基板における焼
結助剤の組成範囲を示す図である。
結助剤の組成範囲を示す図である。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．ＡｌＮを主体とし、焼結助剤としてカルシウム化合
物をＣａＯ換算で０．０１〜１．８重量％およびイット
リウム化合物をＹ2 Ｏ3 換算で０．０１〜１０重量％
と、有機バインダーを含有する窒化アルミニウム生成形
体の表面に、Ｗメタライズペーストを塗布し、乾燥、脱
脂した後、水素窒素混合雰囲気中において１４００〜２
１００℃で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム
基板のメタライズ方法。 ２．窒化アルミニウム基板上のＷメタライズ層の上に、
さらに導体層を設けることを特徴とする請求項１記載の
窒化アルミニウム基板のメタライズ方法。 ３．導体層が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、
Ｐｔのうちの１種以上であることを特徴とする請求項２
記載の窒化アルミニウム基板のメタライズ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8051420A JP2763516B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8051420A JP2763516B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62240948A Division JPH0723273B2 (ja) | 1987-09-28 | 1987-09-28 | 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08295580A JPH08295580A (ja) | 1996-11-12 |
| JP2763516B2 true JP2763516B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=12886441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8051420A Expired - Fee Related JP2763516B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2763516B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63195183A (ja) * | 1987-02-06 | 1988-08-12 | 住友電気工業株式会社 | メタライズ面を有するＡｌＮ焼結体の製造方法 |
-
1996
- 1996-03-08 JP JP8051420A patent/JP2763516B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08295580A (ja) | 1996-11-12 |
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