JPS6379780A

JPS6379780A - 窒化アルミニウム用メタライズペ−スト組成物

Info

Publication number: JPS6379780A
Application number: JP22368986A
Authority: JP
Inventors: 征彦中島; 明宮井; 保宏大橋; 正浩伊吹山
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1986-09-24
Publication date: 1988-04-09

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、窒化アルミニウム用メタライズペースト組成
物に関し、実用的な密着強度例えば２、　ｓ　Ｋ４ｆ／
２１１１Ｐ以上を有し、且つ導体抵抗の小さいメタライ
ズ層を得ることを目的とする。

（従来の技術）セラミックは、これまで酸化物が主流であつたが、要求
物性の多様化により、酸化物以外のセラミックスの用途
が拡がりつつある。しかしながら、非酸化物系セラミッ
クスのメタライズ技術は、未だ充分に確立されていない
ために、実使用に於て、かなりの制約を受は普及の妨げ
罠なっている。例えば、電子部品のセラミック基板材料
は、素子の高密度化にともない、発生する熱の放散が極
めて重要な問題となっており、これまでのアルミナに代
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値
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、その表面に導体材料
で回路を描いてやる必賛があり、アルミナの場合には、
次の技術がある。

■モリブデン　マンガンペーストを基板に印刷し、湿潤
水素あるいは、湿潤水系／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　の金属
微粉末をガラスフリット、有機バインダー等と混合しペ
ースト化したものを、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、これらのメタライズ技術は、密化アルミ
ニウム等の非酸化物セラミックスには適用できない。な
ぜなら、メタライズ品に要求される最も重要な性質であ
る尚い密着力が得られないからである。これは、上記方
法がいずれもアルミナ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、充分な密着強度を得るのに対し
、密化アルミナ基板のよう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、接着層の形
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２イズ組成物と
メタライズ方法については、種々検討されており、窒化
ケイ素に使用されるンモリブデンーマンｊ煽の組成物については、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関して
は、未だ実用強度を備えたものは提案されていないとい
うのが現状である。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、先にタングステン及び／又はモリブデン
粉末とマンガン粉末に、チタン及ン又はチタン化合物、
あるいはニオブ粉末を配置したメタライズペースト組成
物を開発し、特許出願した。

ごれらの組成物は初期密着ｇ度がビール強度で３に４・
ｆ／２−以上エージング強度が２．５１ｆ−ｆ／２■０
で実用的な強度をもっているが、導体抵抗が大きいとい
う問題があった。

即ち、マンガン粉末は窒化アルミニウムと低温下で反応
し、Ｍ４４Ｎを形成付着するが、高融点金属の焼結が起
る１３００℃以上の温度では一４Ｎの分解が起こり１強
度低下と導体抵抗用人をひきおこす。そこで、チタンを
添加することにより強度低下を押えることができたが導
体抵抗の低減は充分ではなかった。

一方、ニオブ粉末も窒化アルミニウムと反応しＮｂ２Ｎ
の如き化合物を形成付着するので強度は向上するが導体
抵抗の低減は十分でなかった。

本発明者は、タングステン及び／又はモリブデン粉末、
マンガン及びニオブ粉末の混合粉末に、チタン、水素化
チタン、ニッケル、コバルトの中から選ばれる一棟以上
の粉末を添加することにより上記問題を解決し本発明を
完成するに至った。

すなわち、本発明は、タングステン（ト）及び／又はモ
リブデン粉末７６〜９７．９３（量チ、マンガン−粉末
１〜ｌＯ重量％、ニオブ（Ｎｂ）粉末１〜１０重撓チ並
びにチタン（ハ）粉末、水素化チタン粉末、ニッケル（
Ｎｉ　）粉末及びコバル）　（Ｃｏ）粉末から選ばれた
一棟以上なＯ，１〜４１（ｔｉｔ％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。

以下更に詳しく本発明を説明する。

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
大効果と、導体抵抗低減の作用は次の様に説明すること
ができる。

マンガンとニオブは、メタライズ処理温度に加熱された
時、接合界面で、窒化アルミニウムと反応し、窒化ニオ
ビウムマンガンと思われる化合物及びニオブ−アルミ合
金を生成し、これが強固な接合層を形成する。しかし、
この相は＆４Ｎに比較し熱安定に優れ比較的紗密なＩ−
となるため密着性のメタライズ層を祷ることができるが
、導体抵抗が高い。これに対し、チタン、水素化チタン
、ニッケル、コバルトを添加すると理由はよく判らない
が導体抵抗が減少する。

恐ら（チタン取分はＬＬ＋＋４Ｎの分解によるＮ又は窒
化アルミニウムのＮと反応しチタンナイトライド（ｎＮ
　）を形成するが、このｎＮは高尋電性のためと考えら
れる。一方、ニッケルとコバルトの場合は、もし窒化物
を作るとすると一般的には抵抗は高くなると考えられる
が、導体抵抗が低下するのはより微密な膜を形成するた
めと考えられる。

本発明罠おいて、チタン、水素化チタン、ニッケル及び
コバルトから選ばれた一種以上の粉末の添加量を０．１
〜４重ｉｔｓとしたのは、０．１重量−未満では添加効
果が机われず抵抗の減少はなく、また、４重！１％を越
えると緻密性はある程度出現するが抵抗が上昇してしま
うためである。

一方、ニオブ粉末及びマンガン粉末は窒化アルミニウム
と反応し密着力を出現させるために用いるが、マンガン
の添加量がｌム１１チ未満では充分な強度が得られず、
また、１０重量％を越えると一４Ｎが一部形成されるよ
うになり強度低下を起こすので好ましくない。ニオブに
ついても１重量％未満ては光分な効果が出す１０重量％
な超えて添加する効果の上昇はなく高価な金属であるこ
とから利点はない。ニオブのマンガンに対する割合は０
．１〜１重１％が好ましい。

さらに、タングステン及び／又はモリブデンを７６〜９
７．９重ｔチとしたのは、７６ＭＬｉｔ％未満では反応
性金属の総量が２４重１に％を超えることになり、難焼
結性の反応生成物層の厚みが大となって焼結不足による
気泡が残り、小さな密着強度しか得られないし、導体抵
抗も高（なってしまう。また、９７．９重量−を超える
と、逆に、反応生成物量が少な過ぎることによる強度低
下が起るので好ましくない。

金属粉末の粒径としては、接合面での反応を高めメタラ
イズ層の緻密化を高めるために、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、マンガーン、ニオブ
、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組成物を
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
とともに、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６０〜７０容量部に対し、金
属粉末１８〜３０容量部、有機バインダ−１０〜２０容
量部である。ペーストの粘度としては、２２，０００〜
１５α０００ＣＰ８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狭面に前記メタライズペー
スト組成物をスクリーン印刷などの方法で塗布し乾燥し
た後、水素雰囲気あるいはアルゴンや窒素等の不活性雰
囲気中で、約１時間程度加熱する。加熱温度としては、
１００（）−１５００℃の範囲で行われるが、好ましく
は１１５０〜１４００℃である。

このようにして得られた金属化層に、さらに無電解メッ
キあるいはｔＳメッキ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。

本発明のメタライズペースト組成物は、窒化アルミニウ
ムに対して最もすぐれた効果を示すが、炭化ケイ素、ジ
ルコニウムナイトライド、チタンナイトライド、窒化ケ
イ素にも適用できる。

（実施例）以下、実施例及び比較例をあげてさらに具体的に説明す
る。

実施例衣に示す組成粉末の全１１０Ｆを採取し、これにＰＭＭ
Ａを１０ｉｆ＆％溶解したテルピネオール３．５０：を
加え、充分に混合して、均一なペーストを調製した。こ
のペーストをスクリー：／　印刷により、２ｍｓ＋’の
パターン９ケ及び０．４　ｍ巾８０ｗ長の配線パターン
を、２５鴫角、１１厚みの窒化アルミニウム焼結基板に
印刷した。この基板を８０℃のオーブン中に２時装置い
て、ペーストの乾燥を行ない、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た仮、１　
ｔ／―　の水素を流しながら１２５０℃の温度で１時間
焼成した。冷却後、炉内なＮ２で置換し、基板を取り出
した。次に１このメタライズ基板の金桝化鳩都に無電解
ニッケルメッキを施し、０．６φのスズメッキ銅巌を２
鵡０のメタライズパッドに半田付けし、Ｌ型別っ張りに
よるビール強度を９点について測定した。その平均値を
表に示す。

一方、メタライズ層の厚みをｌＯ〜１５μの間になるよ
うにしたものＫついて配［ＩＳの抵抗値をテスターで測
定し導電抵抗を求めた。その値を同様に表に示した。

こ＼で、実験随１〜２０は本発明例、夷験凰２１〜２６
は比較例である。尚、使用した金属粉末はいずれも市販
品で平均粒径は５μ以下である。

Ｊこｌ、　ｊ−’　］Ｈ白（発明の効果）本１発明によれば、窒化アルミニウムに十分高い密着強
度をもつメタライズ層を形成させることができ、且つ緻
密で導体抵抗を充分下げることができる。

Claims

【特許請求の範囲】１、タングステン及び／又はモリブデン粉末７６〜９７
．９重量％、マンガン粉末１〜１０重量％、ニオブ粉末
１〜１０重量％並びにチタン粉末、水素化チタン粉末、
ニッケル粉末及びコバルト粉末から選ばれた一種以上を０．１〜４重量％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。