JPS6379779A - 窒化アルミニウム用メタライズペ−スト組成物 - 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、窒化アルミニウムに好適なメタライズペース
ト組成物に関し、実用的に密着強度、例えば、Ｌ型ビー
ル強ｆ”？’　２．５　ｋｇ−ｆ／　２　ｍ’以上を得
ることを目的とする。

（従来の技術〉 セラミックスは、これまで酸化物が主流でめつ次が、要
求物性の多様化により、散化物以外のセラミックスの用
途が拡がυつつあり、窒化ケイ素や窒化アルミニウム等
の各種の窒化物セラミックスが検討されている。特に、
電子部品のセラミック基板材料は、素子の高密度化に伴
ない、発生する熱の放散が極めてＸ要な問題となってお
シ、これまでのアルミナに代わる高熱伝導性の材料が求
められている。この高熱伝導性の基板材料として、最も
実用の可能性の高い素材に窒化アルミニウムがある。

基板材料としての使用に際しては、その衆面に導体材料
で回路を描く必要がろシ、アルミナの場合Ｋｔｒｉ、次
の技術がある。

■　モリブデン　マンガンペーストラ基板に印刷し、湿
潤水素あるいは、湿潤水素／窒素混合ガス中、１３５０
〜１４５０℃で焼成し回路を形成する方法。

■　Ａｇ／Ｐｄ、　Ａｇ／Ｐｔ　、　Ａｕ、　Ｃｕ等の
金属微粉末をガラス７リツト、有機バインダー等と混合
しペースト化し九ものを１基板に印刷、焼成することに
よって、回路を形成する方法。

■　セラミック基板に銅板を置き、反応性雰囲気中で加
熱して接合する方法。

しかしながら、これらの方法上そのまま、窒化アルミニ
ウムのような非酸化物セラばツクスに適用することはで
きない。なぜなら、配線基板に要求される最も重要な性
質である高い密着力が得らｎないからでるる。これは、
上記方法が、いずれも、アルミナ基板が酸化物であるこ
との特性を利用した接着機構によって、充分な密着強度
増大るのに対し、窒化アルずニウムの様な非酸化物セラ
ミックスの場合゛には、アルミナ基板の場合に形成され
る接合層の形成が無いという理由によるものである。

従って、非酸化物セラミックス用のメタライズ組成物と
メタライズ方法については、種々検討されておフ、炭化
ケイ素や窒化ケイ素については、モリブデン−マンガン
系の組成物について、いくつか提案されている（％開昭
６１−１１１９７７号公報）。しかしながら、窒化アル
ミニウムのメタライズ品については、未だ実用強度を備
え念ものは提案されていないというのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、窒化アルミニウムに対して充分な実用
強度を示す新規なメタライズペースト組成物を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、マンガンが窒化アルミニウムとよく反応す
るという点に着目し、この反応で生成する窒化マンガン
（Ｍｎ４Ｎ）を接合層とし、この接合層上に、接合層物
質となじみの良い緻密な導体層を形成することによって
、密着強度の高いメタライズ層が得られるという考えに
立つて、マンガンと種々金属との組合わせＫついて検討
した結果、モリブデン及び／又はタングステン粉末、マ
ンガン粉末、そしてニッケル及び／又はコバルト粉末を
配合することＫよって、充分に実用的な密着強度を有す
るメタライズ層が得られるということを見い出した。

さらに、この配合組成物にπ及び／又は水素化チタンを
添加することによって、密着強度が、より一層向上する
という知見を得、本発明を完成するに至つｔので６る。

すなわち、本発明の第１発明は、タングステン（Ｗ）及
び／又はモリブデン（Ｍａ）粉末７９〜９５を量％、マ
ンガン（Ｍｎ）粉末４〜２０．５重量％、ニッケル（Ｎ
ｉ）及び／又はコバルト（Ｃｏ）粉末０．２〜４重量％
を含有してなる窒化アルミニウム用メタライズペースト
組成物である。

ま九、本発明の第２発ＥＡＦｉ、上記メタライズイース
ト組成物において、該組成物中の金属成分１００重量部
に対し、チタン及び／又は水素化チタンｆｆ：０．２〜
５重費部添加してなる窒化アルミニウム用メタライズイ
ースト組放物である。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

本発明のメタライズペースト組成物を用いる密着強度増
大の作用効果は次の様に説明することができる。

例えば、マンガンとニッケルはメタライズ処理温度に加
熱され九時、接合界面で、窒化アルミニウムと反応し、
窒化マンガン（Ｍｎ４Ｎ）　、ニッケルーアルミ合金を
生成し、これが高い密着強度を示す接合層を形成する。

まｔ１７７ガンとニッケルはそれぞれ、単独でも、窒化
アルミニウムと反応し、マンガンなＭｎ４Ｎ、　ソして
ニッケルはニッケルーアルミ合金を生成するので、これ
らの各々をモリブデンやタングステンと組合わせること
によって、密着性の優れたメタライズ層の形成が期待で
きるが、マンガン、ニッケルヲ単独でモリブデンやタン
グステンに配合しても、実用的な密着強度増大え次メタ
ライズ層を得ることはできない。

すなわち、−例として、モリブデンにマンガンｔ−１５
重量％配合したベース）を用いて、水素中、メタライズ
処理温度に加熱し念場合、接合界面でＭｌｌ、Ｎを生成
するが、メタル層の焼結が不充分で、導体抵抗が高く、
シかもナイフで簡単に削れてしまう程度のメタライズ層
しか得られない。一方、モリブデンにニッケルミ２重量
％配合し九ベース）ｔ−用いて、水素中、メタライズ処
理温度に加熱しｔ場合、メタル層の焼結は充分に進むが
、接合界面で、ニッケルは窒化アルミニウムと反応して
、ニッケルーアルミ合金を生成すると同時にＮ、を副生
するつこのＮ、が接合界面に空隙を生じさせることにな
り、充分な密着強度を得ることができない。しかしなが
ら、マンガンとニッケルを同時に配合し次ペーストを用
いると、互いの欠点を補い、充分に緻密で、密着強度の
高いメタライズ層を得ることができる。尚、ニッケルを
コバルトに代、ｔても同様の効果があることを確めた。

さらに、これにチタン又は水素化チタンを添加すること
によって、接合界面の空隙が減少し、よシ密着強度の高
いメタライズ層が得られる。

この理由は、添加したチタン成分と窒化アルミニウムと
の反応がニッケルと窒化アルミニウムとの反応に先行し
、ｎＮとＭを生成する。この〃とＮｉとが反応し、ニッ
ケルーアルミ合金を生成するため、窒化アルミニウムと
反応するニッケル量は微かとなシ、馬の生成が抑えられ
、接合界面での空隙の発生が低下することＫよると考え
られる。

本発１ｊｌｌＫ於て、モリブデン及び／又はタングステ
ン、マンガン、ニッケル及ヒ／又はコバルト、並びにチ
タン及び／又は水素化チタンの割合を前述のように限定
した理由は、以上の作用効果を充分に発揮させるためで
ある。

すなわち、第１発明において、モリブデン及び／又はタ
ングステンを、７９〜９５重量％とじたのは、７９重量
％未満では、マンガン量が相対的に多くなって難焼結性
の反応生成物であるＭｎ、Ｎ層の厚みが厚くなシ、接合
界面に焼結不足による空隙が生じ密着強度が低下する。

ま７’ｔ、９５ｆｉＪ１％を超えると接合層形成物質の
生成が少な過ぎることによる強度低下が起こる。

マンガンを４〜２０．５重量％とじたのは、４重量％未
満では、接合物質である反応生成物Ｍｎ４Ｎがや＼不安
定で、一部分解することから、接合取分の絶対量が不足
し、密着強度が極端に低下する。ま念、２０．５重量％
を超えると、難焼結性のＭ１４Ｎが接合界面に大量に生
成し、界面に焼結不足による空隙が多量生じ、密着強度
の低下を招く。

ニッケル及び／又はコバル）ｔｏ、２〜４重量％とじ九
のは、０．２重量％未満では、メタル層の緻密化が進ま
ず、４重量％を超えると、副生ずるＮ層量が多くなシ、
接合界面に大きな空隙を生じさせ、密着強度が低下する
からである。ニッケル及び／又はコバルトの特に好まし
い範囲は０．５〜２重量％である。

次に、第２発明に於て、チタン及び／又は水素化チタン
ｉを、第１発明のメタライズイースト組成物の金ＩＡ戊
分１００重量部に対し、０．２〜５重量部としたのは、
０．２重量部未満では空隙減少の効果が無く、５重量部
を超えると生成したｎＮが接合層の焼結を阻害し、接合
界面に空隙を生じることになシ密着強度が低下すること
による。チタン又は水素化チタンの用い方としては、ニ
ッケル及び／又はコバルト量を超えない範囲で用いるの
が特に好ましい。

金屑粉末の粒径としては、接会面での反応を高めメタラ
イズ層の緻密化を高める之めに、できるだけ、微粉であ
ることが好ましく、具体的には、モリブデンとタングス
テンについては平均粒径５μ以下、ニッケル、コバルト
、チタン、水素化チタンについては、４４μ全通である
ことが望ましい。

以上の金属粉末を用いて、メタライズペーストを調製す
るには、一般のメタライズペーストに用いられている有
機バインダー例えば、エチルセルローズやＰＭＭＡと共
て、溶剤例えばテレピネオールやトルエンに加えて混合
すれば良い。

配合の一例を示せば、溶剤１００容量部に対し、金属粉
末３０〜６０容量部及び有機バインダ−３０〜６０容量
部である。ペーストの粘度としては、２０．０００〜１
５０．０ＯＯＣｐＳ程度である。本発明のメタライズペ
ーストの使用法を説明すると、例えば窒化アルミニウム
基板の異面にスクリーン印刷などの方法でペーストを塗
布し、乾燥した後、水素雰囲気あるいはアルジン等の不
活性雰囲気中、メタライズ処理温度で３０〜９０分間加
熱する。メタライズ処理温度としては、１０００〜１４
００℃の範囲が好ましく、特に好適には、メタル層の焼
結が充分に進み、マンガンと窒化アルミニウムとの反応
が活発になるとともに、虫取し；？Ｍｎ、Ｎの分解がお
だやかである温度範囲１１５０〜１３００℃である。

以上のようにして得られ九メタ２イズ層にさらに無電解
メッキあるいは電解メツ中などで、ニッケルや銅のメッ
キを施し、ろう付などの方法で金属体を接合できるよう
な構造にすることもできる。尚、本発明は、窒化アルｉ
ニウムに対して最も優れた効果を発揮するが、窒化ケイ
素、窒化硼素、窒化チタン、窒化タンタル等にも適用で
きる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を示す。

実施例１ ｆｉｌＫ示す組成粉末の全量２ｆｆ秤取し、これにＰＭ
ＭＡ’ｔ　３０重量％含むトルエン溶液０．５ＣＣ及び
テレピネオールＱ、５　ＣＣ加え、充分に混会して均一
なペーストを調製した。混合中にトルエンは飛散し溶剤
成分はテレピネオールのみとなり、粘度３０．０００　
ＣｐＳ程度のペーストとなつ之。このペーストをスクリ
ーン印刷により、２ｗｍｏツバｆｉ−７９ケｆ　２５　
ｍ！１１ＣＩ、　　０．６５　ｍ厚の窒化アルミニウム
焼結基板に印刷し念。この基板を８０℃のオープン中に
２時装置いて、イーストの乾燥を行い、５０φのアルミ
ナ炉芯管内に置いたモリブデンチューブ内にセットし次
後％　　１１　／ｍｉｎのＨｌを流しながらメタライズ
処理温度１３００℃に昇温し６０分間保持し之。冷却後
、炉内を馬で置換し、基板を取シ出し、た。

次に、このメタライズ基板の金属化層部に、無電解ニッ
ケルメッキを施し、０．６φのスズメツギ銅Ｉ！ｉ！を
２鰭　メタライズパッドに半田付けし、Ｌ型別つ張シに
よるビール強度の測定全行つ之。

次に、以上と同様にして作製したメタライズ基板ｆｔ１
５０℃のオーブン中に一週間放光しビール強度の測定を
行って、エージングによる強度低下の有無を調べ比。こ
れらの結果をまとめて弐１に示す。尚、表１の強度値は
９ケの測定データー平均値である。

実験＆１〜２３は本発明例、実験４２４〜２９は比較例
である。尚、使用したモリブデン粉末の平均粒径ｔｒｉ
２μ、マンガン、コバルト及び、チタンは４４μ全通の
粉末である。

以下全山 実施例２ 実験ム５メタライズペースト組成物について、メタライ
ズ処理温度を種々変えた場合の結果を表２に示す。

表２ 実施例３ 実施例１で示し次実験潔５の組成について、焼成中の雰
囲気をアルゴンにかえ友場合のビール強度は、エージン
グ処理前は、３．６ｋｇ・ｆ／２Ｍ。

エージング処理後は３５ｋｇ・ｆ／　２　ｔｒａｍ”で
あつ比。

実施例４ 実施例１で示し定実験ＪＦＬ５において、ＭＯ粉末９０
重量％のかわシに、Ｗ粉末（平均粒径；０．７５μ）９
０重量％を用いた。その結果、エージング処理前のビー
ル強度は３．８ｋｇ・ｆ／υ♂であり、ニーソング処理
後のそれは３．８ｋｉ９・ｆ／２ｓｌ”であった。

実施例５ 実施例１の実験Ａ５において、ＭＯ粉末のかわりに、Ｍ
Ｏ粉末（平均粒径；２μ）４５重量％とＷ粉末（平均粒
径；０．７５μ）４５重量％を用いた。その結果、ニー
ソング処理のビール強度は３．９に９・ｆ／２目　でめ
り、エージング処理後のそれは３．８ユ・ｆ／ｚ醪　で
めった。

実施例６ 実施例１の実験屋８の組成物及び実験Ａ１４の組成物に
ついて、チタン成分の添加効果について調べた。ペース
トの調製から強度測定までの手順は実施例１と同様であ
る。配合組成と強度測定結果をまとめて表３に示す。実
験＆３７〜４７が本発明例、実験４４８〜５０が参考例
である。尚、ｎ粉髪保素化チタン粉末の粒径は４４μ全
通である。

表　３ 参考例 厚膜導体ペーストとして市販されているｐｄ／Ａｇペー
ストを２５．４１！ＩＩ　、０．６５■厚の９６％アル
ミナ基板にスクリーン印刷によって、（？のパターン９
ケを印刷し、乾燥後、空気中９２５℃で焼キ付け、０．
６１ＩｌＩφのスズメッキ銅線ヲ２薗　メタライズパッ
ドに半田付けし、Ｌ型別つ張シによるビール強度の測定
を行った。ニーソング前は４．１　ｋｇ・ｆ／　２　ｗ
ｓ”　、エーシング処理後ｔｒｉ　２．１　ｋｙ−ｆ／
　２　ｍ’　テ；ｂ　ツ＊０（発明の効果） 本発明によれば、窒化アルミニウム上に充分に実用的な
密着強度を有する緻密なメタライズ層を形成させること
ができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末７９
   〜９５重量％、マンガン粉末４〜２０．５重量％、ニッ
   ケル及び／又はコバルト粉末 ０．２〜４重量％を含有してなる窒化アルミニウム用メ
   タライズペースト組成物。 （２）タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末７９
   〜９５重量％、マンガン粉末４〜２０．５重量％、ニッ
   ケル及び／又はコバルト粉末 ０．２〜４重量％を含有してなる組成物において、該組
   成物中の金属成分１００重量部に対し、チタン粉末及び
   ／又は水素化チタン粉末を０．２〜５重量部添加してな
   ることを特徴とする窒化アルミニウム用メタライズペー
   スト組成物。