JP4699225B2 - メタライズドセラミックス基板の製造方法、該方法により製造したメタライズドセラミックス基板、およびパッケージ - Google Patents
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Description
本発明における、第1実施形態のメタライズドセラミックス基板の製造方法は、表面にセラミックスペースト層を有していてもよいセラミックス焼結体基板10上に、金属粉末を含有する第1導電ペースト層を形成する工程、該第1導電ペースト層を構成する金属粉末とは異なる平均粒径を有する金属粉末を含有する第2導電ペースト層を形成する工程、ならびに、第1導電性ペースト層および第2導電性ペースト層を焼成して、第1導電層および第2導電層を形成する工程を有する。この製造方法により、第1導電層および第2導電層の表面粗さが異なるメタライズドセラミックス基板を製造することができる。
図1(a)は、本発明の第2の実施形態のメタライズドセラミックス基板の製造方法において、焼成工程前の中間体として作製される、メタライズドセラミックス基板前駆体100の層構成を示す模式図である。また、図1(b)は、このメタライズドセラミックス基板前駆体100を焼成することにより製造した、メタライズドセラミックス基板200の層構成を示す模式図である。
本発明における第1導電ペースト層20の形成工程は、表面にセラミックスペースト層を有していてもよいセラミックス焼結体基板10上に、第1導電ペーストを塗布し、必要に応じて乾燥することで行われる。
(セラミックス焼結体基板10)
本発明において使用するセラミックス焼結体基板10としては、公知のセラミックスからなる基板が特に制限なく使用可能である。
第1導電ペースト層20を形成するための第1導電ペーストとしては、金属粉末、有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの成分からなる公知の導電ペーストが特に制限なく使用可能である。また、第1導電ペーストには、前記した下地セラミックスペースト層を形成する際に用いるセラミックスペーストおよび後で説明するセラミックスペースト層(30)を形成する際に用いるセラミックスペーストに含まれるものと同種のセラミックス粉末が含有されていることが好ましい。セラミックスペーストおよび第1導電ペーストに同種のセラミックス粉末を含有させることによって、焼結後の第1導電層22とセラミックス焼結体基板10およびセラミックス焼結体層32との密着性を向上させることができる。
本発明におけるセラミックスペースト層30の形成工程は、上記の第1導電ペースト層20上にセラミックスペーストを塗布し、必要に応じて乾燥することで行われる。
本発明における第2導電ペースト層20の形成工程は、セラミックスペースト層30上に、第2導電ペーストを塗布し、必要に応じて乾燥することで行われる。
第2導電ペーストとしては、含まれる金属粉末の平均粒径が第1導電ペーストにおける金属粉末よりも大きいものであれば、第1導電ペーストと同様のものを使用することができる。第2導電ペーストに含まれる金属粉末の平均粒径は、好ましくは3μm以上、より好ましくは3.5μm以上であり、また、好ましくは6μm以下であり、より好ましくは5μm以下である。
上記のようにして作製された、第1導電ペースト層20、セラミックスペースト層30および第2導電ペースト層40を有するメタライズドセラミックス基板前駆体100を焼成することで本発明における製造物であるメタライズドセラミックス基板200が得られる。なお必要に応じて、焼成の前に脱脂を行ってもよい。
上記で説明した本発明の第2実施形態の製造方法によって、セラミックス焼結体基板10上に、第1導電層22、セラミックス焼結体層32、第2導電層42がこの順で積層された基板であって、第1導電層22の表面粗さが1μm未満であり、第2導電層42の表面粗さが1μm以上である、本発明のメタライズドセラミックス基板200を作製することができる。この場合の表面粗さとは、JISB0601で規定されている中心線平均粗さ(Ra)を意味する。また、例えば、第1導電ペーストに含まれる金属粉末として、3μm未満のものを使用した場合は、第1導電層22の表面粗さを効率よく1μm未満とすることができる。また、第2導電ペーストに含まれる金属粉末として、3.0μm以上のものを使用した場合は、第2導電層42の表面粗さを効率よく1μm以上とすることができる。
平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末および焼結助剤として酸化イットリウムを添加し焼結して得た□5cm(1辺が5cmの正方形の意である)、厚み0.6mmの窒化アルミニウム焼結体基板からなる原料基板を用意した。次いで、平均粒径0.8μmのタングステン100質量部、平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末4質量部、酸化イットリウム0.2質量部、エチルセルロース2質量部、テルピネオール13質量部、分散剤1質量部を混練し、25℃における粘度110Pa・sに調整した導電ペーストを作製した。その後、この導電ペーストを用いてスクリーン印刷法にて原料基板表面に図2に示すようなパターンを縦・横5列(計25個)形成し、100℃で5分乾燥を行った。乾燥後の膜厚は10μmであった。
また、第1導電層の表面粗さはRaで0.6μm、第2導電層の表面粗さは1.2μmであった。
第2導電層の印刷・乾燥後の膜厚を30μmとした他は実施例1と同様にテストピースを作製し、気密性を確認したところ、すべて4.9×10−9Pa・m3/s以下であった。
また、第1導電層の表面粗さはRaで0.6μm、第2導電層の表面粗さは1.2μmであった。
第1導電層のタングステン粒径を2.6μmとした他は実施例1と同様にテストピースを作製し、気密性を確認したところ、すべて4.9×10−9Pa・m3/s以下であった。
また、第1導電層の表面粗さはRaで0.8μm、第2導電層の表面粗さは1.2μmであった。
第2導電層を2層構造とし、下層は平均粒径4.1μmのタングステン100質量部、平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末16質量部、酸化イットリウム1質量部、エチルセルロース4質量部、テルピネオール21質量部、分散剤1質量部を混練し、25℃における粘度100Pa・sに調整した導電ペーストを印刷し、表層は平均粒径4.1μmのタングステン100質量部、エチルセルロース2質量部、テルピネオール11質量部、分散剤1質量部を混練し、25℃における粘度80Pa・sに調整した導電ペーストを印刷した他は実施例1と同様にテストピースを作製し、気密性を確認したところ、すべて4.9×10−9Pa・m3/s以下であった。
また、第1導電層の表面粗さはRaで0.6μm、第2導電層の表面粗さは1.1μmであった。
原料基板表面に平均粒径1.5μmの窒化アルミニウム粉末100質量部、平均粒径0.5μmの酸化イットリウム粉末5質量部とエチルセルロース5質量部、テルピネオール29質量部を混練し25℃における粘度を40Pa・sに調整した窒化アルミニウムペーストをスクリーン印刷した。なお、このときのペースト層の乾燥膜厚は10μmであった。この他は実施例1と同様にテストピースを作製し、気密性を確認したところ、すべて4.9×10−9Pa・m3/s以下であった。また、第1導電層の表面粗さはRaで0.6μm、第2導電層の表面粗さは1.2μmであった。
第1導電ペースト層上のセラミックペースト層の乾燥膜厚を80μmとした他は実施例5と同様にテストピースを作製し、気密性を確認したところ、すべて4.9×10−9Pa・m3/s以下であった。また、第1導電層の表面粗さはRaで0.6μm、第2導電層の表面粗さは1.2μmであった。
第2導電層のタングステン粒径を0.8μmとした他は実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、実施例1と同様の評価を行った。得られた基板の気密性を確認したところ、1〜10×10−7Pa・m3/sと気密性は十分ではなかった。また、第1導電層の表面粗さはRaで0.6μm、第2導電層の表面粗さも0.6μmであった。
第1導電層及び第2導電層のタングステン粒径を2.5μmとした他は実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、実施例1と同様の評価を行った。得られた基板の気密性を確認したところ、1×10−7〜1×10−8Pa・m3/sと気密性は十分ではなかった。また、第1導電層の表面粗さはRaで0.8μm、第2導電層の表面粗さも0.8μmであった。
20、20a、20b 第1導電ペースト層
30 セラミックスペースト層
40 第2導電ペースト層
22 第1導電層
32 セラミックス焼結体層
42 第2導電層
50 半導体素子搭載部
60 半導体素子
62 ワイヤボンディング
70 凹部
80 蓋材
82 金属部
Claims (6)
- 表面にセラミックスペースト層を有していてもよいセラミックス焼結体基板上に、
金属粉末を含有する第1導電ペースト層を形成する工程、
該第1導電ペースト層上に、セラミックスペースト層を形成する工程、
該セラミックスペースト層上に、該第1導電ペースト層を構成する金属粉末よりも大きな平均粒径を有する金属粉末を含有する第2導電ペースト層を形成する工程、
ならびに、これらの第1導電ペースト層、セラミックスペースト層および第2導電ペースト層を焼成して、第1導電層、セラミックス焼結体層および第2導電層を形成する工程を有し、
該第1導電層の表面粗さよりも該第2導電層の表面粗さが大きいメタライズドセラミックス基板の製造方法。 - 前記第1導電ペースト層を構成する金属粉末の平均粒径が、0.1μm以上で3μm未満であり、前記第2導電ペースト層を構成する金属粉末の平均粒径が、3μm以上で6μm以下である、請求項1に記載のメタライズドセラミックス基板の製造方法。
- 前記セラミックス焼結体基板およびセラミックスペースト層を構成するセラミックスが窒化アルミニウムである、請求項1または2に記載のメタライズドセラミックス基板の製造方法。
- 前記第1導電ペースト層および第2導電ペースト層を構成する金属粉末がタングステンおよび/またはモリブデンである、請求項1〜3のいずれかに記載のメタライズドセラミックス基板の製造方法。
- セラミックス焼結体基板、該セラミックス焼結体基板上に形成された表面粗さが1μm未満である第1導電層、該第1導電層上に形成されたセラミックス焼結体層、該セラミックス焼結体層上に形成された表面粗さが1μm以上である第2導電層を有する、メタライズドセラミックス基板。
- 前記第1導電層上であって、基板の中央部に半導体素子搭載部を有し、該半導体素子搭載部の周囲を囲むように、前記セラミックス焼結体層および前記第2導電層が形成されることにより半導体素子を収納するための凹部が形成されている、請求項5に記載のメタライズドセラミックス基板からなるパッケージ。
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