JP4685029B2 - メタライズド窒化アルミニウム基板の製造方法及びそれによって得られる基板 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、このような要求を満足するメタライズド窒化アルミニウム基板を提供することを目的とする。
このように、本発明の製造方法によれば、基板の変形が起こらないというポストファイア法の利点を保持したまま、コファイア法と同等の接合強度を得ることができる。このため、本発明は、第三の本発明として、多数個取り用の基板として有用な下記基板をも提供する。
(1) 前記配線パターンは、タングステン及びモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも1種の高融点金属及び窒化アルミニウム焼結体を含有する高融点金属層を含み且つ当該高融点金属層で前記窒化アルミニウム焼結体基板と接合する導電体層からなり、
(2) 前記導電体層は少なくとも50MPa(5.1kgf/mm2)以上の接合強度で窒化アルミニウム焼結体基板に接合しており、且つ
(3)前記配線パターンについて、以下に定義されるパターン配列公差が10μm以下であることを特徴とするメタライズド窒化アルミニウム基板をも提供する。
2・・・焼成(焼結)前基板の形状
3・・・窒化アルミニウム焼結体基板
301・・・切り欠き
4、4’・・・電極用の未焼成導電体層
401、401’・・・ポートとなる未焼成導電体層
402・・・タイバーパターン
5・・・配線パターンユニット
6・・・中間材料基板
7、7a、7b、7c・・・基準点
8・・・基準線
d・・・基準点と基準線との最短距離
上記窒化アルミニウム基板の表面に形成される未焼成導電体層は、タングステン粉末及びモリブデン粉末からなる群より選ばれた少なくとも1種の高融点金属粉末、窒化アルミニウム粉末、及び窒化アルミニウムの焼結助剤を少なくとも含有する組成物からなる必要がある。上記組成物に含まれる金属粉末がタングステン粉末及びモリブデン粉末以外の金属粉末である場合には、金属の融点が低いため焼結温度を高くすることができないため、焼成工程において該組成物に含まれる窒化アルミニウムを焼結させることができず、結果として十分な接合強度を得ることができない。また、組成物が窒化アルミニウム粉末を含有しない場合には、高い接合強度が得られないばかりでなく、焼成工程において高融点金属粉末を焼結させた後における冷却時において高融点金属焼結体と基板の窒化アルミニウム焼結体との熱膨張係数の違いによる歪に起因して欠陥が発生しやすいため、接合の信頼性が低下する。さらに、焼結助剤を含まない場合には、該組成物に含まれる窒化アルミニウム粉末の焼結が進行しにくいばかりでなく、下地の窒化アルミニウムとの焼結(一体化)も起こらないため十分な接合強度を得ることができない。なお、本発明の製造方法では、上記組成物にTi、Zr、Hf等の活性金属成分を添加しなくても十分に高い接合強度を得ることができる。これら活性金属成分の添加は、最終的に得られる焼結導電体層の電気伝導度を低下させるため、上記組成物はこれら活性金属成分を含まないのが好ましい。
図5に本発明の製造方法で得られたメタライズド基板(具体的には実施例1で得られた基板)断面(導体層との接合部分を含む領域の断面)の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示すと共に、図6は同様の断面におけるエレクトロンプローブマイクロアナライザー(EPMA)によるWおよびAlのマッピング像を示している。なお、図6の左側の写真はWのマッピング像であり、W濃度が高い部分が白くなっている。また、図6の右側の写真はAlのマッピング像であり、Al濃度の高い部分が白くなっている。
たとえば、本発明の製造方法によれば、“実質的に同一な複数の配線パターンユニットが一方向に5個以上整列配置された列が1列以上配置された配線パターンを表面に有するメタライズド窒化アルミニウム基板であって、該配線パターンユニットは、タングステン及びモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも1種の高融点金属を含有する高融点金属層(焼結導電体層に相当する)を含み且つ当該高融点金属層で前記窒化アルミニウム焼結体基板と接合する導電体層からなるメタライズド窒化アルミニウム基板において、前記導電体層は少なくとも50MPa(5.1kgf/mm2)以上の接合強度で窒化アルミニウム焼結体に接合しており、更に前記配線パターンについて、以下に定義されるパターン配列公差が10μm以下であることを特徴とするメタライズド窒化アルミニウム基板”からなる多数個取り用基板を製造することができる。
従来のポストファイア法では、パターン配列公差については上記条件を満足させることはできるが、接合強度について上記条件を満足させることはできない。また、従来のコファイア法では、接合強度に関する条件を満足させることできるが、パターン配列公差についての条件を満足させることはできない。
実施例1
平均粒径2.5μmのタングステン粉末100質量部、平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末3質量部、平均粒径0.5μmの酸化イットリウム粉末0.15質量部とエチルセルロース2質量部、テルピネオール10質量部を混練し、25℃における粘度が3000Pの高融点金属ペーストを調製した。次いで、該ペーストを、酸化イットリウムを5重量部含有する窒化アルミニウム焼結体基板(□50mm)の表面を研磨し(研磨後の基板の厚み0.3mm)、表面粗さをRaで0.03μm(いわゆる鏡面加工)とした基板上に印刷法にて塗布し、図2に示すような配線パターンユニット(□4mm)が縦横夫々10個ずつ格子状に配置されたパターンを形成し、その後60℃で10分乾燥することにより中間材料基板を得た。なお、乾燥後のパターンの厚さは15μmであった。
得られたメタライズド基板の25℃での電気抵抗率は、4端子法にて幅1.5mm、長さ3.5mmの領域の抵抗とメタライズ膜厚より測定したところ、その値は2.1×10-7Ω・mであった。また、該メタライズド基板に電解法にてNi/Auを施し、メタライズの接合強度(密着強度)、パターン配列公差の測定を行なった。なお、メタライズ層の接合強度は、メッキ処理後のメタライズ層に先端が1mm2の金属ピンをPb−Sn半田にてハンダ付けを行ない、ハンダ付けされた金属ピンを垂直方向に10mm/minにて引っ張った時のプル強度試験(ピンが剥がれたときの強度)で評価した。その結果は、接合強度が76MPaであり、パターン配列公差は4μmであった。
焼成条件を1810℃、1時間とした他は実施例1と同様にしてメタライズド基板を製造し、得られた基板について実施例1と同様の評価を行なった。その結果を表1に示した。
実施例3
高融点金属ペーストを印刷する窒化アルミニウム焼結体基板として助剤を含んでいないものを使用し実施例1と同様にしてメタライズド基板を製造し、得られた基板について実施例1と同様の評価を行なった。その結果を表1に示した。
高融点金属ペーストに含まれるタングステン粉末、窒化アルミニウム粉末及び酸化イットリウム粉末の量を、タングステン粉末100質量部、窒化アルミニウム粉末8質量部、酸化イットリウム0.4質量部とした他は実施例1と同様にしてメタライズド基板を製造し、得られた基板について実施例1と同様の評価を行なった。その結果を表1に示した。
高融点金属ペーストを印刷する窒化アルミニウム焼結体基板として助剤を含んでいないものを使用し、焼成条件を1,750℃、4時間とした他は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を製造し、得られた基板について実施例1と同様の評価を行なった。その結果を表1に示した。
窒化アルミニウム粉末100質量部に対して焼結助剤としての酸化イットリウム5質量部を含む窒化アルミニウムグリーンシート(□50mm、厚さ0.6mm)の表面上に実施例1と同様にしてパターンを形成した。次いで、60℃で10分間乾燥してから、水分を含む水素雰囲気中で900℃に1時間保持して脱脂を行なった。その後、脱脂体を窒素雰囲気中で1810℃、4時間焼成してメタライズド基板を得た。得られた基板について実施例1と同様にして評価を行なった。その結果を表1に示した。
実施例1において、中間材料基板を焼成する際に、雰囲気制御用基板を用いない他は同様にしてメタライズド基板を製造した。得られた基板について実施例1と同様にして評価を行なった。その結果を表1に示した。
比較例3
実施例5において、雰囲気制御用基板に代えて酸化イットリウムを含まない窒化アルミニウム焼結体からなる基板を使用し、焼成条件を1,750℃、4時間とした他は、実施例5と同様にしてメタライズド基板を製造し、得られた基板について実施例5と同様の評価を行なった。その結果を表1に示した。
Claims (7)
- タングステン粉末及びモリブデン粉末からなる群より選ばれる少なくとも1種の高融点金属粉末100質量部、窒化アルミニウム粉末1〜10質量部、及び窒化アルミニウムの焼結助剤0.03〜1質量部を含有する組成物からなる層を表面に有する窒化アルミニウム焼結体基板を準備する中間材料基板準備工程、及び当該工程で準備された基板を焼成することにより前記層を焼結する焼成工程を含むメタライズド窒化アルミニウム基板の製造方法であって、
前記焼成工程では、被焼成体である中間材料基板からの距離が10mm以下の位置に焼結助剤蒸気の供給源になる物質を配置して前記組成物に含まれる焼結助剤の揮発を抑制しながら焼成を行うことを特徴とするメタライズド窒化アルミニウム基板の製造方法。 - 前記焼成工程において、中間材料基板準備工程で準備された基板を1700℃〜1900℃の温度に30分以上保持することにより焼成を行なうことを特徴とする請求項1に記載のメタライズド窒化アルミニウム基板の製造方法。
- 前記焼成工程で焼結された層上にタングステン及びモリブデン以外の金属からなる層を形成する工程を更に含む請求項1または2に記載のメタライズド窒化アルミニウム基板の製造方法。
- 前記中間材料基板の表面上に形成される層が、実質的に同一形状を有する複数の配線パターンユニットが規則的に配置された配線パターンを構成することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のメタライズド窒化アルミニウム基板の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の方法で得られるメタライズド窒化アルミニウム基板。
- 請求項1に記載の方法によって製造されるメタライズト窒化アルミニウム基板であって、実質的に同一な複数の配線パターンユニットが一方向に5個以上整列配置された列が1列以上配置された配線パターンを表面に有し、
(1) 前記配線パターンは、タングステン及びモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも1種の高融点金属及び窒化アルミニウム焼結体を含有する高融点金属層を含み且つ当該高融点金属層で前記窒化アルミニウム焼結体基板と接合する導電体層からなり、
(2) 前記導電体層は少なくとも50MPa(5.1kgf/mm2)以上の接合強度で窒化アルミニウム焼結体に接合しており、且つ
(3) 前記配線パターンについて、以下に定義されるパターン配列公差が10μm以下であることを特徴とするメタライズド窒化アルミニウム基板。
〔パターン配列公差〕
配線パターンユニット内に存在する任意の一点を基準点として定め、基板上に存在する全ての「配線パターンユニットが5個以上整列配置された列」について夫々の列の両端に位置する配線パターンユニットの基準点を結んだ直線を基準線とし、各列に属する全ての配線パターンユニットについて各配線パターンユニットの基準点から基準線までの最短距離を求めたときの最大値。 - 請求項6に記載のメタライズド窒化アルミニウム基板を、前記配線パターンユニットの境界に沿って切断することにより、表面に1つの配線パターンユニットを有するメタライズド基板チップを製造することを特徴とする基板チップの製造方法。
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