メタライズド基板およびその製造方法
【課題】窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、反りが小さく、かつ高融点金属層の接合強度が高いメタライズド基板、および該メタライズド基板を製造する方法を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、該窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、高融点金属層がアルミナを含むメタライズド基板、および窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層、アルミナを含む高融点金属ペースト層を積層し、焼成するメタライズド基板の製造方法である。
【解決手段】窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、該窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、高融点金属層がアルミナを含むメタライズド基板、および窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層、アルミナを含む高融点金属ペースト層を積層し、焼成するメタライズド基板の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なメタライズド基板および該メタライズド基板の製造方法に関する。詳しくは、窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板であって、該焼結体と高融点金属層との接合強度が高く、反りが小さいメタライズド基板、および該メタライズド基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム焼結体基板は、高い熱伝導性、および耐熱衝撃性等の優れた特徴を有しており、半導体素子搭載用のサブマウント、パワーモジュール用の基板等、各種電子回路基板材料として広く使用されている。
【０００３】
窒化アルミニウム焼結体基板を電子回路用基板として使用する場合には、その表面に金属層を形成して電極や回路パターンを形成する必要がある。ところが、窒化アルミニウム焼結体は、アルミナに比べて金属に対する接合性が低いという問題があり、窒化アルミニウム焼結体基板の表面に高い接合強度で接合した金属層を形成するために、様々な工夫が成されている。特に、金属層と馴染みをよくするため、酸化物（アルミナ）を窒化アルミニウム焼結体基板上に形成する方法が数多く提案されている。
【０００４】
例えば、酸化イットリウムを含む窒化アルミニウム焼結体基板上に、ゾルゲル法、スパッタリング法、蒸着法等によりアルミナ層を形成し、その上に、高融点金属層を積層する方法（特許文献１参照）が知られている。この方法では、窒化アルミニウム焼結体基板表面に存在するＹＡｌＯ３とアルミナを反応させ、高融点金属層と馴染みのよいＹ３Ａｌ５Ｏ１２粒界層を形成させることにより、高融点金属層の接合強度を高めている。
【０００５】
しかしながら、この方法が優れた効果を発揮するには、高融点金属層に窒化アルミニウムを含ませる必要があった。そのため、高融点金属層を１７００℃と比較的高温で焼成しなければ、高い接合強度の高融点金属層とすることはできず、高温用の焼成炉が必要となったり、基板に反りなどが生じる場合があり、改善の余地があった。
【０００６】
その他、窒化アルミニウム焼結体基板の表面を酸化処理することによりアルミナ層を形成し、その上に銅よりなる金属層を積層させたメタライズド基板（特許文献２参照）、または、前記アルミナ層の上にチタン、白金、金を積層したメタライズド基板（特許文献３参照）などが知られている。
【０００７】
これら方法では、窒化アルミニウム焼結体基板上に薄膜のアルミナ層を設けることができるが、酸化処理する際に厳密な制御を必要とし、更に、酸化処理時に基板表面にクラックが生じやすいといった問題があった。また、この方法では、一旦、酸化処理をした後、メタライズ層を形成する必要があり、工程が増えるといった問題もあった。
【０００８】
一方、高融点金属層にアルミナを加えることにより、金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度を高める方法も提案されている（特許文献４参照）。この方法は、焼結体にする前の窒化アルミニウム成形体上に、高融点金属およびアルミナを含むペーストを塗布した後、焼成する、所謂、コファイア（同時焼成方法）と言われる方法であり、比較的低温（１７００℃以下）で焼成されている。
【０００９】
しかしながら、この同時焼成方法においては、焼結時に窒化アルミニウム成形体が不均一に収縮し易いため、特に、配線パターンを多く形成する場合や、小さい基板の用途には不向きであった。また、特許文献４に記載の方法では、１７００℃以下の温度で焼成しているが、あまり低温で焼成すると得られる窒化アルミニウム焼結体が本来有する高熱伝導性等の効果が低下するおそれがあり、改善の余地があった。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１２８７２２号公報
【特許文献２】特開平１０−１５２３８４号公報
【特許文献３】特開平６−１１６０７１号公報
【特許文献４】特開２０００−１５９５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、反りが小さく、かつ、窒化アルミニウム焼結体の特徴を生かしたまま、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度が高い、メタライズド基板を提供することにある。また、本発明の目的は、前記メタライズド基板を製造するに際し、高温での焼成を必要とせず、より簡易的な操作により該メタライズド基板を製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、前記課題に対して鋭意検討を行った。その結果、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層を設け、かつ高融点金属層にアルミナを含むメタライズド基板が前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成するに至った。また、前記メタライズド基板を製造するに際し、特定の粒子径である高融点金属粉末、およびアルミナ粉末を特定量含有した高融点金属ペーストを使用することにより、窒化アルミニウム焼結体基板上に、比較的低温で焼成しても、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度が高いメタライズド基板が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち、第一の発明は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、該高融点金属層がアルミナを含むことを特徴とするメタライズド基板である。このような構成のメタライズド基板とすることにより、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度を高くすることができ、かつ反りの小さいメタライズド基板とすることができる。
【００１４】
また、前記メタライズド基板において、前記高融点金属層が、高融点金属１００質量部に対して、アルミナを５〜５０質量部を含むことにより、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板の接合強度をより高くすることができる。
【００１５】
また、前記メタライズド基板は、前記アルミナ焼結体層の厚みが０．５〜１０μｍであることが好ましい。
【００１６】
第二の発明は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することを特徴とするメタライズド基板の製造方法である。このような製造方法とすることにより、工程を簡略化でき、さらに焼成温度を１４５０℃以上１７００℃未満の比較的低温の条件で焼成することができるため、得られるメタライズド基板の性能を高めることができる。
【００１７】
また、前記メタライズド基板の製造方法において、アルミナペースト層が、平均粒子径０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を含むペーストから形成されることにより、得られるメタライズド基板において、アルミナ焼結体層を薄膜化でき、高融点金属層の接合強度を高めることができる。
【００１８】
さらに、前記メタライズド基板の製造方法において、アルミナを含む高融点金属ペースト層が、平均粒子径が０．５〜１０．０μｍの高融点金属粉末１００質量部に対して、平均粒子径が０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を５〜５０質量部含む高融点金属ペーストから形成されることにより、前記効果がより発揮される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高融点金属層の接合強度が高く、かつ反りの小さいメタライズド基板となる。また、本発明の製造方法によれば、窒化アルミニウム焼結体基板上に、比較的低温で高融点金属層を積層することができるため、汎用の焼成炉が使用可能となり、得られるメタライズド基板の反りを小さくできるため、その工業的利用価値は高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を詳しく説明する。
【００２１】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナを含む高融点金属層を有し、該窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在するメタライズド基板である。図１に本発明のメタライズド基板の層構成を示す概略図を示した。以下、図中の図番を用いて本発明を説明する。
【００２２】
（メタライズド基板）
（窒化アルミニウム焼結体基板）
本発明において、窒化アルミニウム焼結体基板１０は、特に制限されるものではなく、公知の方法により製造されたものを使用することができる。具体的には、窒化アルミニウムグリーンシート、または窒化アルミニウム顆粒を加圧成形した加圧成形体を焼成する公知の方法により製造することができる。この窒化アルミニウム焼結体の原料には、通常使用される公知の希土類等の焼結助剤を含んでいてもよい。また、窒化アルミニウム焼結体基板の形状、厚み等についても、特に制限されるものでなはなく、メタライズド基板の用途に応じて適宜決定してやればよい。なお、窒化アルミニウム焼結体基板１０の表面は、必要に応じて研磨して表面を平滑にしてもよい。
【００２３】
前記窒化アルミニウム焼結体基板１０の厚みは、得られるメタライズド基板の用途に応じて適宜決定してやればよいが、好ましくは０．１〜５ｍｍである。
【００２４】
（アルミナ焼結体層）
本発明のメタライズド基板は、前記窒化アルミニウム焼結体基板１０の上に、アルミナ焼結体層２０が積層されてなる。このアルミナ焼結体層２０が存在すること、および下記に詳述する高融点金属層３０がアルミナを含むことにより、高融点金属層３０が高い接合強度を有し、かつ反りの小さいメタライズド基板とすることができる。
【００２５】
本発明において、前記アルミナ焼結体層２０は、特に制限されるものではないが、０．５〜１０μｍの厚みであることが好ましい。前記範囲を満足することにより、アルミナ焼結体層２０の形成が容易となり、かつクラックの少ないアルミナ焼結体層２０となるものと考えられ、高融点金属層３０の接合強度が高くなるため好ましい。また、アルミナ焼結体層２０の厚みが前記範囲を満足することにより、得られるメタライズド基板の反りをより小さくできる。得られるメタライズド基板の反りをより小さくし、高融点金属層３０の接合強度をより高め、アルミナ焼結体層２０の形成を容易にするためには、前記アルミナ焼結体層２０の厚みは、１〜６μｍであることがより好ましい。
【００２６】
（高融点金属層（アルミナを含む高融点金属層））
本発明のメタライズド基板は、前記アルミナ焼結体層２０の上に、アルミナを含む高融点金属層３０が積層されてなる。この高融点金属層３０がアルミナを含むことにより、高融点金属層３０の密着性を高めることができ、さらに、メタライズド基板の反りを小さくすることができる。この高融点金属層３０を構成する高融点金属は、タングステン、またはモリブデンであることが好ましい。中でも、下記に詳述するが、高融点金属層３０の接合強度を高め、かつ、含まれるアルミナの量を低減し、配線抵抗をより低くするためには、タングステンを使用することが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記高融点金属層３０は、特に制限されるものではないが、得られるメタライズド基板の配線抵抗、反り、高融点金属層３０の接合強度を考慮すると、高融点金属１００質量部に対して、アルミナを５〜５０質量部含むことが好ましい。中でも、高融点金属がタングステンの場合には、アルミナを５．０〜３０質量部含むことが好ましく、さらに６．５〜２５質量部含むことが好ましい。一方、高融点金属がモリブデンの場合には、アルミナを１２〜４０質量部含むことが好ましい。この配合割合の違いは、タングステンとモリブデンとの比重の違いにより生じるものである（タングステン１９．１ｇ／ｃｍ３、モリブデン１０．２ｇ／ｃｍ３）。高融点金属とアルミナとの配合割合を体積基準に変換すると、高融点金属１００体積部に対して、アルミナを３０〜１２０体積部含むことが好ましい。ただし、接合強度を考慮すると、高融点金属はタングステンを使用することが好ましい。
【００２８】
本発明において、前記高融点金属層３０の厚みは、通常のメタライズド基板と同程度の厚さであればよく、具体的には４〜５０μｍであることが好ましい。この範囲を満足することにより、メタライズド基板の配線抵抗を低くできる。さらに、後工程にてメッキ処理をする場合、メッキの前処理液等により高融点金属層３０とアルミナ焼結体層２０との接合界面がダメージを受けにくくなり、高融点金属層３０の接合強度を高く維持することができる。
【００２９】
（メタライズド基板の製造方法）
次に、本発明のメタライズド基板の製造方法について説明する。本発明のメタライズド基板は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することにより製造することが好ましい。窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層およびアルミナを含む高融点金属ペースト層を積層した後、焼成することにより、両ペースト層の収縮を小さくすることができるため、得られるメタライズド基板の反りをより小さくすることができる。また、アルミナペースト層および高融点金属ペースト層を同時に焼成するため、操作を簡略化することができ、しかも、アルミナ焼結体層２０および高融点金属層３０との界面に凹凸を生じさせやすくなり、高融点金属層３０の接合強度を高めることができる。
【００３０】
（アルミナペースト層）
本発明においては、先ず、窒化アルミニウム焼結体基板の上に、アルミナペースト層を形成する。前記アルミナペースト層は、アルミナ粉末、バインダー樹脂、溶媒等を含むアルミナペーストにより形成されるものである。
【００３１】
本発明において、前記アルミナペーストは、アルミナの平均粒子径（メジアン径）が好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．４μｍ以下であるものを使用することが好ましい。アルミナ粉末の平均粒子径が前記範囲を満足することにより、アルミナ焼結体層２０に空隙等が生じにくくなり、高融点金属層３０の接合強度をより高めることができる。また、アルミナ粉末の平均粒子径の下限値は、特に制限されるものではないが、操作性を向上させるという観点から、０．１μｍであることが好ましい。なお、前記アルミナ粉末の平均粒子径（メジアン径）は、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定（装置：ベックマン・コールター株式会社製ＬＳ２３０）により得られた体積平均粒子径の値である。
【００３２】
また、前記アルミナペーストには、ガラス成分、具体的には、酸化ケイ素、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムのようなガラス成分（焼結助剤成分）が、実質的に含まれないことが好ましい。前記ガラス成分がアルミナペーストに含まれると、アルミナ焼結体層２０に空隙、亀裂が生じ易くなり、得られるメタライズド基板において、高融点金属層３０の接合強度が低下する場合がある。なお、「実質的に含まない」とは、前記ガラス成分を積極的に添加しないということを意味するのであって、不可避的に含まれる不純物（例えば、１質量％以下）として前記ガラス成分が含まれる場合のものを除外することを意味するものではない。
【００３３】
本発明において、前記アルミナペーストは、前記アルミナ粉末の他、バインダー樹脂および溶媒を含むものである。アルミナペーストに含まれるバインダー樹脂としては、公知のものが特に制限無く使用可能である。たとえば、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース樹脂、ポリビニルブチラール、ボリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンオキサイド等の酸素含有樹脂などを一種または二種以上混合して使用することができる。
【００３４】
アルミナペーストに含まれる溶媒としては、公知のものが特に制限無く使用可能である。たとえば、水、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノール等を使用できる。また、印刷適性や保存安定性等を向上する目的で、公知の界面活性剤、可塑剤等の添加剤が何ら制限無く使用できる。アルミナペーストに含まれる分散剤としては、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などを使用することができる。
【００３５】
本発明においては、このようなアルミナペーストを、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等の印刷法、あるいはスピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、ブレードコーティング等のコーティング法により、所望の形状となるように窒化アルミニウム焼結体基板上に塗布することにより、アルミナペースト層を形成することができる。このアルミナペーストは、採用する塗布法に応じて適宜最適な粘度に調整すればよいが、スクリーン印刷法を用いる場合には、操作性を考慮すると、２５℃において、粘度が５０〜４００Ｐａ・ｓとなるように前記各成分の量を調整したものを使用することが好ましい。
【００３６】
本発明において、前記方法により、窒化アルミニウム焼結体基板上に形成したアルミナペースト層は、次いで、４０〜１５０℃の温度で乾燥することが好ましい。乾燥時間は、特に制限されるものではなく、１〜３０分の範囲で行うことができる。
【００３７】
（高融点金属ペースト層（アルミナを含む高融点金属ペースト層））
次に、本発明においては、前記方法により形成したアルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成する。この高融点金属ペースト層を形成する高融点金属ペーストは、必ず、高融点金属粉末、アルミナ粉末を含むものである。
【００３８】
本発明において、前記高融点金属ペーストに含まれる高融点金属粉末は、タングステン、モリブデン等の粉末である。中でも、得られるメタライズド基板において、高融点金属層の配線抵抗、および接合強度等を考慮すると、前記の通り、タングステンの粉末であることが好ましい。
【００３９】
本発明において、前記高融点金属ペーストは、高融点金属粉末およびアルミナ粉末を含むものであるが、高融点金属層の配線抵抗および接合性を考慮すると、高融点金属粉末１００質量部に対して、アルミナ粉末を５〜５０質量部含むものであることが好ましい。この割合のものを使用することにより、得られるメタライズド基板において、高融点金属層が、高融点金属１００質量部に対して、アルミナが５〜５０質量部となり、配線抵抗が低く、接合強度の優れたものとなる。なお、高融点金属粉末がタングステン粉末の場合には、アルミナ粉末を５．０〜３０質量部含むことが好ましく、さらに６．５〜２５質量部含むことが好ましい。一方、高融点金属粉末がモリブデン粉末の場合には、アルミナ粉末を１２〜４０質量部含むことが好ましい。
【００４０】
また、本発明において、前記高融点金属ペーストは、前記範囲を満足する高融点金属粉末およびアルミナ粉末を含み、かつ、該高融点金属粉末の平均粒子径が０．５〜１０μｍであることが好ましく、さらに１．０〜５．０μｍであることが好ましく、特に１．５〜５．０μｍであることが好ましい。また、高融点金属ペーストに含まれるアルミナ粉末の平均粒子径が０．１〜１．０μｍであることが好ましく、さらに０．１〜０．５μｍであることが好ましく、特に０．１〜０．４μｍであることが好ましい。このような平均粒子径の高融点金属粉末およびアルミナ粉末を使用することにより、得られるメタライズド基板が以下のような形態になるものと考えられ、高融点金属層が特に優れた接合性を示す。この場合、アルミナペースト層に使用するアルミナ粉末の平均粒子径も０．１〜１．０μｍであることが好ましい。なお、高融点金属粉末の平均粒子径はフィッシャーサブシーブサイザ（ＦＳＳＳ）法により測定した値である。
【００４１】
本発明において、高融点金属ペースト層に、前記配合割合の範囲で、前記平均粒子径を満足する粉末を使用することにより、高融点金属ペースト層とアルミナペースト層とを同時に焼成した際、両ペースト層に含まれるアルミナ粉末が同時に焼結され、アルミナ焼結体層２０と高融点金属層３０との界面が適度な凹凸を有するものになる。その結果、本発明は、高融点金属層３０の接合強度をより高くできるものと考えられる。本発明者の検討によると、高融点金属粉末の平均粒子径が前記範囲よりも大きいもの使用した場合には、高融点金属粉末よりも粒子径の小さいアルミナが焼結し易くなるものと考えられ、高融点金属層３０に大きな空隙が生じやすくなり、接合性が低下する傾向にあった。一方、高融点金属粉末が前記範囲よりも小さい場合には、高融点金属層３０とアルミナ焼結体層２０との界面において、高融点金属ペースト層のアルミナがアルミナ焼結体層中へ拡散して焼結してしまい、界面が平滑になるものと考えられ、高融点金属層の密着性が低下する傾向にあった。
【００４２】
本発明において、前記高融点金属ペーストは、高融点金属粉末、アルミナ粉末の他、バインダー樹脂および溶媒を含むものである。高融点金属ペーストに含まれるバインダー樹脂としては、公知のものが特に制限無く使用可能であり、アルミナペーストに含まれるバインダー樹脂として例示したものが使用可能である。
【００４３】
高融点金属ペーストに含まれる溶媒としては、公知のものが特に制限無く使用可能であり、アルミナペーストに含まれる溶媒として例示したものが使用可能である。また、印刷適性や保存安定性等を向上する目的で、公知の界面活性剤、可塑剤等の添加剤が何ら制限無く使用できる。高融点金属ペーストに含まれる分散剤としては、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などを使用することができる。
【００４４】
本発明においては、このような高融点金属ペーストを、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等により、所望の形状となるようにアルミナペースト層上に塗布することにより、高融点金属ペースト層を形成することができる。この高融点金属ペーストは、採用する塗布法に応じて適宜最適な粘度に調整すればよいが、スクリーン印刷法を用いる場合には、操作性を考慮すると、２５℃において、粘度が５０〜４００Ｐａ・ｓとなるように前記各成分の量を調整したものを使用することが好ましい。
【００４５】
本発明において、前記方法により、アルミナペースト層上に形成された高融点金属ペースト層は、次いで、４０〜１５０℃の温度で乾燥することが好ましい。乾燥時間は、特に制限されるものではなく、１〜３０分の範囲で行うことができる。
【００４６】
（焼成条件）
本発明において、前記方法により、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、その上に高融点金属ペースト層を形成した基板は、１４５０℃以上１７００℃未満の温度で焼成することが好ましい。前記範囲の温度で焼成することにより、アルミナ焼結体層２０を緻密化することができる。さらに、アルミナ焼結体層２０と高融点金属層３０との界面に適度な凹凸をつけることができ、高融点金属層３０の接合強度をより高めることができる。また、前記範囲で焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体基板１０の再緻密化などを防ぐことができるため、反りの小さいメタライズド基板を得ることができる。得られるメタライズド基板の反り、高融点金属層の接合性等を考慮すると、焼成温度は、１５００〜１６５０℃であることがより好ましい。なお、焼成時の雰囲気は、特に制限されるものではなく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性雰囲気、又は水素雰囲気、水素・窒素混合雰囲気等の還元雰囲気で焼成してやればよい。また、焼成時間も特に制限されるものではなく、上記温度の保持時間が０．５〜２０時間の間で適宜決定してやればよい。
【００４７】
（メタライズド基板の構成）
本発明のメタライズド基板において、高融点金属層３０を形成するのは、窒化アルミニウム焼結体基板１０の一方の面（片面）のみでも、両面でもよい（図１には、一方の面にのみ高融点金属層３０を積層した場合の図を示す。）。
【００４８】
両面に前記高融点金属層を設ける場合には、窒化アルミニウム焼結体基板の両面に、前記アルミナペースト層を形成し、次いで、前記高融点金属ペースト層を形成した後、前記の焼成条件で焼成してやればよい。なお、当然のことながら、窒化アルミニウム焼結体の両面に高融点金属層を設ける場合には、両面の高融点金属層、アルミナ焼結体層は、前記高融点金属ペースト、アルミナペーストからなり、前記の要件（組成、厚み等）を満足するように形成する。
【００４９】
前記高融点金属層を片面のみに設ける場合には、窒化アルミニウム焼結体基板上に、前記のアルミナ焼結体層、および前記高融点金属層を形成すれば、優れたメタライズド基板を得ることができるが、この場合には、以下の態様とすることもできる。すなわち、窒化アルミニウム焼結体基板１０の両面にアルミナ焼結体層２０、２０’を積層し、一方のアルミナ焼結体層上に、アルミナを含む高融点金属層３０を積層したメタライズド基板とすることもできる（図２ 参照）。この場合、高融点金属層３０は、前記の高融点金属ペーストからなり、厚み、組成、構成する粉末の平均粒子径は前記範囲を満足するものである。また、高融点金属層３０と窒化アルミニウム焼結体基板１０との間に存在するアルミナ焼結層２０も、前記のアルミナペーストからなり、厚み、組成、構成する粉末の平均粒子径も前記範囲を満足するものである。さらに、高融点金属層３０が積層される反対の面のアルミナ焼結体層２０’は、アルミナ焼結層２０と同じアルミナペーストから形成されることが好ましい。このアルミナ焼結体層２０’の厚みは、形成する高融点金属層３０のパターン形状・層の厚みによって適宜決定すればよいが、アルミナ焼結体層２０と同じ厚み以上、アルミナ焼結体層２０と高融点金属層３０との合計の厚み以下とすることが好ましい。こうすることにより、メタライズド基板の反りをより小さくすることができ、厚みの薄い窒化アルミニウム焼結体基板１０を使用する際、より好適に採用することができる。
【００５０】
なお、この態様のメタライズド基板（図２のメタライズド基板）は、窒化アルミニウム焼結体基板１０の両面に、前記アルミナペーストによりアルミナペースト層を形成し、次いで、一方のアルミナペースト層上に、前記高融点金属ペーストにより高融点金属ペースト層を形成した後、前記焼成条件にて焼成することにより得ることができる。
【００５１】
（メタライズド基板の物性）
本発明の方法によれば、反りが小さく、高融点金属層の密着性がよい。そのため、反りが５０μｍ以下のものとすることができる。さらに、下記の方法で測定した高融点金属層の接合強度が５ｋｇｆ以上となるメタライズド基板を得ることができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５３】
実施例１
（アルミナペーストの作製）
平均粒子径が０．２４μｍであるアルミナ粉末１００質量部に対して、バインダーとしてエチルセルロース６質量部と、溶媒としてターピネオール４５質量部と、分散剤２．５質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、アルミナペーストを作製した。
【００５４】
（高融点金属ペーストの作製）
平均粒子径が２．２μｍであるタングステン粉末１００質量部に対して、平均粒子径が０．２４μｍであるアルミナ粉末７質量部と、バインダーとしてエチルセルロース１．８質量部と、溶媒としてターピネオール１１質量部と、分散剤０．９質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、高融点金属ペーストを作製した。
【００５５】
（メタライズド基板の製造）
作製した前記アルミナペーストをスクリーン印刷法にて基板サイズ６０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６４ｍｍの窒化アルミニウム焼結体基板上（（株）トクヤマ製、商品名ＳＨ−３０）に印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが３μｍとなるようアルミナペースト層の印刷膜厚を調整した。次いで、作製した前記高融点金属ペーストをスクリーン印刷法にてアルミナペースト層上へ２ｍｍ角のパターンを印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが１０μｍとなるよう高融点金属ペースト層の印刷膜厚を調製した。次いで、窒素雰囲気中、１５５０℃にて４時間焼成し、メタライズド基板を得た。
【００５６】
以上のアルミナペーストの組成、高融点金属ペーストの組成、各ペーストの２５℃における粘度を表１にまとめ、およびメタライズド基板の焼成温度、時間、アルミナ焼結体層の厚み、高融点金属層の厚みを表３にまとめた。
【００５７】
（メタライズド基板の評価）
反りの評価
得られたメタライズド基板について、以下の方法を用いて基板の反り量を評価した。表面粗さ計を用いて、メタライズド基板上の向かいあう２つの頂点を結ぶ対角線上に測定子をトレースさせて高さ測定をおこない、高さの最大値と最小値の差から基板の高低差（Ｇ）を測定した。予め、メタライズ前の基板についても同様の測定をおこなうことにより初期高低差（Ｇ０）を測定しておき、メタライズド基板の反り量（Ｇ−Ｇ０）を算出した。結果を表３に示す。
【００５８】
接合強度の評価
得られたメタライズド基板にニッケル無電解メッキを約１μｍ施した後、高融点金属層の接合試験を行った。２ｍｍ角のメタライズパターン上にヘッド部が直径１．１５ｍｍのネイルヘッドピンを基板と垂直となるようにハンダ付けし、ピンを１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で垂直に引張り基板と破断した際の荷重を測定した。結果を表３に示す。
【００５９】
実施例２〜４
実施例１において、焼成後の膜厚が表３に示した値となるようにアルミナペースト層を印刷した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６０】
実施例５，６
実施例１において、高融点金属ペーストの原料組成を表１に示した組成とした以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６１】
実施例７
実施例１において、表１に示した平均粒子径のアルミナ粉末を用い、表１に示した組成にてアルミナペースト及び高融点金属ペーストとした以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６２】
実施例８〜１１
実施例１において、表１に示した種類（タングステン又はモリブデン）及び平均粒子径の高融点金属粉末を用い、表１に示したペースト組成に高融点金属ペーストを調製した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６３】
実施例１２〜１４
実施例１において、表３に示した温度及び時間で焼成をおこなった以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果をまとめて表３に示す。
【００６４】
実施例１５
実施例１において、メタライズド基板の製造を以下の方法にておこなった以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果をまとめて表３に示す。
【００６５】
（メタライズド基板の製造）
作製した前記アルミナペーストをスクリーン印刷法にて基板サイズ６０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６４ｍｍの窒化アルミニウム基板焼結体上（（株）トクヤマ製、商品名ＳＨ−３０）に印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが３μｍとなるようアルミナペースト層の印刷膜厚を調整した。次いで、基板の反対の面にも同様にして印刷・乾燥をおこない、焼成後の層の厚みが３μｍとなるようアルミナペースト層を形成した。次いで、作製した前記高融点金属ペーストをスクリーン印刷法にて基板の一方の面のアルミナペースト層上へ２ｍｍ角のパターンを印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが１０μｍとなるよう高融点金属ペースト層の印刷膜厚を調製した。次いで、窒素雰囲気中、１５５０℃にて４時間焼成し、メタライズド基板を得た。
【００６６】
比較例１
実施例１において、窒化アルミニウム基板上にアルミナペースト層を形成せずに、直接導電性ペースト層を形成した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。但し、密着性試験において、ネイルヘッドピンをハンダ付けする際、高融点金属層が容易に剥離したため、接合試験をおこなうことができなかった。結果を表３示す。
【００６７】
比較例２
実施例１において、アルミナ粉末を含有しない表２に示した組成の高融点金属ペーストを使用した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。但し、接合試験において、ネイルヘッドピンをハンダ付けする際、高融点金属層が容易に剥離したため、接合試験をおこなうことができなかった。結果を表３に示す。
【００６８】
比較例３
（窒化アルミニウムペーストの作製）
平均粒子径が１．４μｍの窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、平均粒子径０．５μｍの酸化イットリウム５質量部と、バインダーとしてエチルセルロース８．０質量部と、溶媒としてターピネオール５４質量部と、分散剤１．５質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、窒化アルミニウムペーストを作製した。尚、作製した窒化アルミニウムペーストの２５℃における粘度は４５Ｐａ・ｓであった。
【００６９】
（高融点金属ペーストの作製）
平均粒子径が２．２μｍであるタングステン粉末１００質量部に対して、平均粒子径が１．４μｍである窒化アルミニウム粉末５．３質量部と、バインダーとしてエチルセルロース１．８質量部と、溶媒としてターピネオール１０質量部と、分散剤０．８質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、高融点金属ペーストを作製した。尚、作製した高融点金属ペーストの２５℃における粘度は１２０Ｐａ・ｓであった。
【００７０】
（メタライズド基板の製造）
実施例１において、アルミナペーストの代わりに前記窒化アルミニウムペーストを用いた以外は同様にしてメタライズド基板を製造した。
【００７１】
（メタライズド基板の評価）
実施例１と同様の方法にて評価をおこなった。但し、ニッケル無電解メッキを付与する際、高融点金属層が剥離したため接合試験がおこなうことができなかった。結果を表３に示す。
【００７２】
比較例４
比較例３において、表３に示した温度及び時間で焼成を行った以外は、比較例３と同様にしてメタライズド基板を作製した。得られたメタライズド基板の評価は、実施例１と同様の方法で行った。結果を表３に示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
【表２】
【００７５】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明のメタライズド基板を示す概略図である。
【図２】本発明の他のメタライズド基板を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 窒化アルミニウム焼結体基板
２０ アルミナ焼結体層
３０ 高融点金属層
２０’ アルミナ焼結体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なメタライズド基板および該メタライズド基板の製造方法に関する。詳しくは、窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板であって、該焼結体と高融点金属層との接合強度が高く、反りが小さいメタライズド基板、および該メタライズド基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム焼結体基板は、高い熱伝導性、および耐熱衝撃性等の優れた特徴を有しており、半導体素子搭載用のサブマウント、パワーモジュール用の基板等、各種電子回路基板材料として広く使用されている。
【０００３】
窒化アルミニウム焼結体基板を電子回路用基板として使用する場合には、その表面に金属層を形成して電極や回路パターンを形成する必要がある。ところが、窒化アルミニウム焼結体は、アルミナに比べて金属に対する接合性が低いという問題があり、窒化アルミニウム焼結体基板の表面に高い接合強度で接合した金属層を形成するために、様々な工夫が成されている。特に、金属層と馴染みをよくするため、酸化物（アルミナ）を窒化アルミニウム焼結体基板上に形成する方法が数多く提案されている。
【０００４】
例えば、酸化イットリウムを含む窒化アルミニウム焼結体基板上に、ゾルゲル法、スパッタリング法、蒸着法等によりアルミナ層を形成し、その上に、高融点金属層を積層する方法（特許文献１参照）が知られている。この方法では、窒化アルミニウム焼結体基板表面に存在するＹＡｌＯ３とアルミナを反応させ、高融点金属層と馴染みのよいＹ３Ａｌ５Ｏ１２粒界層を形成させることにより、高融点金属層の接合強度を高めている。
【０００５】
しかしながら、この方法が優れた効果を発揮するには、高融点金属層に窒化アルミニウムを含ませる必要があった。そのため、高融点金属層を１７００℃と比較的高温で焼成しなければ、高い接合強度の高融点金属層とすることはできず、高温用の焼成炉が必要となったり、基板に反りなどが生じる場合があり、改善の余地があった。
【０００６】
その他、窒化アルミニウム焼結体基板の表面を酸化処理することによりアルミナ層を形成し、その上に銅よりなる金属層を積層させたメタライズド基板（特許文献２参照）、または、前記アルミナ層の上にチタン、白金、金を積層したメタライズド基板（特許文献３参照）などが知られている。
【０００７】
これら方法では、窒化アルミニウム焼結体基板上に薄膜のアルミナ層を設けることができるが、酸化処理する際に厳密な制御を必要とし、更に、酸化処理時に基板表面にクラックが生じやすいといった問題があった。また、この方法では、一旦、酸化処理をした後、メタライズ層を形成する必要があり、工程が増えるといった問題もあった。
【０００８】
一方、高融点金属層にアルミナを加えることにより、金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度を高める方法も提案されている（特許文献４参照）。この方法は、焼結体にする前の窒化アルミニウム成形体上に、高融点金属およびアルミナを含むペーストを塗布した後、焼成する、所謂、コファイア（同時焼成方法）と言われる方法であり、比較的低温（１７００℃以下）で焼成されている。
【０００９】
しかしながら、この同時焼成方法においては、焼結時に窒化アルミニウム成形体が不均一に収縮し易いため、特に、配線パターンを多く形成する場合や、小さい基板の用途には不向きであった。また、特許文献４に記載の方法では、１７００℃以下の温度で焼成しているが、あまり低温で焼成すると得られる窒化アルミニウム焼結体が本来有する高熱伝導性等の効果が低下するおそれがあり、改善の余地があった。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１２８７２２号公報
【特許文献２】特開平１０−１５２３８４号公報
【特許文献３】特開平６−１１６０７１号公報
【特許文献４】特開２０００−１５９５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、反りが小さく、かつ、窒化アルミニウム焼結体の特徴を生かしたまま、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度が高い、メタライズド基板を提供することにある。また、本発明の目的は、前記メタライズド基板を製造するに際し、高温での焼成を必要とせず、より簡易的な操作により該メタライズド基板を製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、前記課題に対して鋭意検討を行った。その結果、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層を設け、かつ高融点金属層にアルミナを含むメタライズド基板が前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成するに至った。また、前記メタライズド基板を製造するに際し、特定の粒子径である高融点金属粉末、およびアルミナ粉末を特定量含有した高融点金属ペーストを使用することにより、窒化アルミニウム焼結体基板上に、比較的低温で焼成しても、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度が高いメタライズド基板が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち、第一の発明は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、該高融点金属層がアルミナを含むことを特徴とするメタライズド基板である。このような構成のメタライズド基板とすることにより、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板との接合強度を高くすることができ、かつ反りの小さいメタライズド基板とすることができる。
【００１４】
また、前記メタライズド基板において、前記高融点金属層が、高融点金属１００質量部に対して、アルミナを５〜５０質量部を含むことにより、高融点金属層と窒化アルミニウム焼結体基板の接合強度をより高くすることができる。
【００１５】
また、前記メタライズド基板は、前記アルミナ焼結体層の厚みが０．５〜１０μｍであることが好ましい。
【００１６】
第二の発明は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することを特徴とするメタライズド基板の製造方法である。このような製造方法とすることにより、工程を簡略化でき、さらに焼成温度を１４５０℃以上１７００℃未満の比較的低温の条件で焼成することができるため、得られるメタライズド基板の性能を高めることができる。
【００１７】
また、前記メタライズド基板の製造方法において、アルミナペースト層が、平均粒子径０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を含むペーストから形成されることにより、得られるメタライズド基板において、アルミナ焼結体層を薄膜化でき、高融点金属層の接合強度を高めることができる。
【００１８】
さらに、前記メタライズド基板の製造方法において、アルミナを含む高融点金属ペースト層が、平均粒子径が０．５〜１０．０μｍの高融点金属粉末１００質量部に対して、平均粒子径が０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を５〜５０質量部含む高融点金属ペーストから形成されることにより、前記効果がより発揮される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高融点金属層の接合強度が高く、かつ反りの小さいメタライズド基板となる。また、本発明の製造方法によれば、窒化アルミニウム焼結体基板上に、比較的低温で高融点金属層を積層することができるため、汎用の焼成炉が使用可能となり、得られるメタライズド基板の反りを小さくできるため、その工業的利用価値は高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を詳しく説明する。
【００２１】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナを含む高融点金属層を有し、該窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在するメタライズド基板である。図１に本発明のメタライズド基板の層構成を示す概略図を示した。以下、図中の図番を用いて本発明を説明する。
【００２２】
（メタライズド基板）
（窒化アルミニウム焼結体基板）
本発明において、窒化アルミニウム焼結体基板１０は、特に制限されるものではなく、公知の方法により製造されたものを使用することができる。具体的には、窒化アルミニウムグリーンシート、または窒化アルミニウム顆粒を加圧成形した加圧成形体を焼成する公知の方法により製造することができる。この窒化アルミニウム焼結体の原料には、通常使用される公知の希土類等の焼結助剤を含んでいてもよい。また、窒化アルミニウム焼結体基板の形状、厚み等についても、特に制限されるものでなはなく、メタライズド基板の用途に応じて適宜決定してやればよい。なお、窒化アルミニウム焼結体基板１０の表面は、必要に応じて研磨して表面を平滑にしてもよい。
【００２３】
前記窒化アルミニウム焼結体基板１０の厚みは、得られるメタライズド基板の用途に応じて適宜決定してやればよいが、好ましくは０．１〜５ｍｍである。
【００２４】
（アルミナ焼結体層）
本発明のメタライズド基板は、前記窒化アルミニウム焼結体基板１０の上に、アルミナ焼結体層２０が積層されてなる。このアルミナ焼結体層２０が存在すること、および下記に詳述する高融点金属層３０がアルミナを含むことにより、高融点金属層３０が高い接合強度を有し、かつ反りの小さいメタライズド基板とすることができる。
【００２５】
本発明において、前記アルミナ焼結体層２０は、特に制限されるものではないが、０．５〜１０μｍの厚みであることが好ましい。前記範囲を満足することにより、アルミナ焼結体層２０の形成が容易となり、かつクラックの少ないアルミナ焼結体層２０となるものと考えられ、高融点金属層３０の接合強度が高くなるため好ましい。また、アルミナ焼結体層２０の厚みが前記範囲を満足することにより、得られるメタライズド基板の反りをより小さくできる。得られるメタライズド基板の反りをより小さくし、高融点金属層３０の接合強度をより高め、アルミナ焼結体層２０の形成を容易にするためには、前記アルミナ焼結体層２０の厚みは、１〜６μｍであることがより好ましい。
【００２６】
（高融点金属層（アルミナを含む高融点金属層））
本発明のメタライズド基板は、前記アルミナ焼結体層２０の上に、アルミナを含む高融点金属層３０が積層されてなる。この高融点金属層３０がアルミナを含むことにより、高融点金属層３０の密着性を高めることができ、さらに、メタライズド基板の反りを小さくすることができる。この高融点金属層３０を構成する高融点金属は、タングステン、またはモリブデンであることが好ましい。中でも、下記に詳述するが、高融点金属層３０の接合強度を高め、かつ、含まれるアルミナの量を低減し、配線抵抗をより低くするためには、タングステンを使用することが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記高融点金属層３０は、特に制限されるものではないが、得られるメタライズド基板の配線抵抗、反り、高融点金属層３０の接合強度を考慮すると、高融点金属１００質量部に対して、アルミナを５〜５０質量部含むことが好ましい。中でも、高融点金属がタングステンの場合には、アルミナを５．０〜３０質量部含むことが好ましく、さらに６．５〜２５質量部含むことが好ましい。一方、高融点金属がモリブデンの場合には、アルミナを１２〜４０質量部含むことが好ましい。この配合割合の違いは、タングステンとモリブデンとの比重の違いにより生じるものである（タングステン１９．１ｇ／ｃｍ３、モリブデン１０．２ｇ／ｃｍ３）。高融点金属とアルミナとの配合割合を体積基準に変換すると、高融点金属１００体積部に対して、アルミナを３０〜１２０体積部含むことが好ましい。ただし、接合強度を考慮すると、高融点金属はタングステンを使用することが好ましい。
【００２８】
本発明において、前記高融点金属層３０の厚みは、通常のメタライズド基板と同程度の厚さであればよく、具体的には４〜５０μｍであることが好ましい。この範囲を満足することにより、メタライズド基板の配線抵抗を低くできる。さらに、後工程にてメッキ処理をする場合、メッキの前処理液等により高融点金属層３０とアルミナ焼結体層２０との接合界面がダメージを受けにくくなり、高融点金属層３０の接合強度を高く維持することができる。
【００２９】
（メタライズド基板の製造方法）
次に、本発明のメタライズド基板の製造方法について説明する。本発明のメタライズド基板は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することにより製造することが好ましい。窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層およびアルミナを含む高融点金属ペースト層を積層した後、焼成することにより、両ペースト層の収縮を小さくすることができるため、得られるメタライズド基板の反りをより小さくすることができる。また、アルミナペースト層および高融点金属ペースト層を同時に焼成するため、操作を簡略化することができ、しかも、アルミナ焼結体層２０および高融点金属層３０との界面に凹凸を生じさせやすくなり、高融点金属層３０の接合強度を高めることができる。
【００３０】
（アルミナペースト層）
本発明においては、先ず、窒化アルミニウム焼結体基板の上に、アルミナペースト層を形成する。前記アルミナペースト層は、アルミナ粉末、バインダー樹脂、溶媒等を含むアルミナペーストにより形成されるものである。
【００３１】
本発明において、前記アルミナペーストは、アルミナの平均粒子径（メジアン径）が好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．４μｍ以下であるものを使用することが好ましい。アルミナ粉末の平均粒子径が前記範囲を満足することにより、アルミナ焼結体層２０に空隙等が生じにくくなり、高融点金属層３０の接合強度をより高めることができる。また、アルミナ粉末の平均粒子径の下限値は、特に制限されるものではないが、操作性を向上させるという観点から、０．１μｍであることが好ましい。なお、前記アルミナ粉末の平均粒子径（メジアン径）は、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定（装置：ベックマン・コールター株式会社製ＬＳ２３０）により得られた体積平均粒子径の値である。
【００３２】
また、前記アルミナペーストには、ガラス成分、具体的には、酸化ケイ素、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムのようなガラス成分（焼結助剤成分）が、実質的に含まれないことが好ましい。前記ガラス成分がアルミナペーストに含まれると、アルミナ焼結体層２０に空隙、亀裂が生じ易くなり、得られるメタライズド基板において、高融点金属層３０の接合強度が低下する場合がある。なお、「実質的に含まない」とは、前記ガラス成分を積極的に添加しないということを意味するのであって、不可避的に含まれる不純物（例えば、１質量％以下）として前記ガラス成分が含まれる場合のものを除外することを意味するものではない。
【００３３】
本発明において、前記アルミナペーストは、前記アルミナ粉末の他、バインダー樹脂および溶媒を含むものである。アルミナペーストに含まれるバインダー樹脂としては、公知のものが特に制限無く使用可能である。たとえば、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース樹脂、ポリビニルブチラール、ボリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンオキサイド等の酸素含有樹脂などを一種または二種以上混合して使用することができる。
【００３４】
アルミナペーストに含まれる溶媒としては、公知のものが特に制限無く使用可能である。たとえば、水、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノール等を使用できる。また、印刷適性や保存安定性等を向上する目的で、公知の界面活性剤、可塑剤等の添加剤が何ら制限無く使用できる。アルミナペーストに含まれる分散剤としては、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などを使用することができる。
【００３５】
本発明においては、このようなアルミナペーストを、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等の印刷法、あるいはスピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、ブレードコーティング等のコーティング法により、所望の形状となるように窒化アルミニウム焼結体基板上に塗布することにより、アルミナペースト層を形成することができる。このアルミナペーストは、採用する塗布法に応じて適宜最適な粘度に調整すればよいが、スクリーン印刷法を用いる場合には、操作性を考慮すると、２５℃において、粘度が５０〜４００Ｐａ・ｓとなるように前記各成分の量を調整したものを使用することが好ましい。
【００３６】
本発明において、前記方法により、窒化アルミニウム焼結体基板上に形成したアルミナペースト層は、次いで、４０〜１５０℃の温度で乾燥することが好ましい。乾燥時間は、特に制限されるものではなく、１〜３０分の範囲で行うことができる。
【００３７】
（高融点金属ペースト層（アルミナを含む高融点金属ペースト層））
次に、本発明においては、前記方法により形成したアルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成する。この高融点金属ペースト層を形成する高融点金属ペーストは、必ず、高融点金属粉末、アルミナ粉末を含むものである。
【００３８】
本発明において、前記高融点金属ペーストに含まれる高融点金属粉末は、タングステン、モリブデン等の粉末である。中でも、得られるメタライズド基板において、高融点金属層の配線抵抗、および接合強度等を考慮すると、前記の通り、タングステンの粉末であることが好ましい。
【００３９】
本発明において、前記高融点金属ペーストは、高融点金属粉末およびアルミナ粉末を含むものであるが、高融点金属層の配線抵抗および接合性を考慮すると、高融点金属粉末１００質量部に対して、アルミナ粉末を５〜５０質量部含むものであることが好ましい。この割合のものを使用することにより、得られるメタライズド基板において、高融点金属層が、高融点金属１００質量部に対して、アルミナが５〜５０質量部となり、配線抵抗が低く、接合強度の優れたものとなる。なお、高融点金属粉末がタングステン粉末の場合には、アルミナ粉末を５．０〜３０質量部含むことが好ましく、さらに６．５〜２５質量部含むことが好ましい。一方、高融点金属粉末がモリブデン粉末の場合には、アルミナ粉末を１２〜４０質量部含むことが好ましい。
【００４０】
また、本発明において、前記高融点金属ペーストは、前記範囲を満足する高融点金属粉末およびアルミナ粉末を含み、かつ、該高融点金属粉末の平均粒子径が０．５〜１０μｍであることが好ましく、さらに１．０〜５．０μｍであることが好ましく、特に１．５〜５．０μｍであることが好ましい。また、高融点金属ペーストに含まれるアルミナ粉末の平均粒子径が０．１〜１．０μｍであることが好ましく、さらに０．１〜０．５μｍであることが好ましく、特に０．１〜０．４μｍであることが好ましい。このような平均粒子径の高融点金属粉末およびアルミナ粉末を使用することにより、得られるメタライズド基板が以下のような形態になるものと考えられ、高融点金属層が特に優れた接合性を示す。この場合、アルミナペースト層に使用するアルミナ粉末の平均粒子径も０．１〜１．０μｍであることが好ましい。なお、高融点金属粉末の平均粒子径はフィッシャーサブシーブサイザ（ＦＳＳＳ）法により測定した値である。
【００４１】
本発明において、高融点金属ペースト層に、前記配合割合の範囲で、前記平均粒子径を満足する粉末を使用することにより、高融点金属ペースト層とアルミナペースト層とを同時に焼成した際、両ペースト層に含まれるアルミナ粉末が同時に焼結され、アルミナ焼結体層２０と高融点金属層３０との界面が適度な凹凸を有するものになる。その結果、本発明は、高融点金属層３０の接合強度をより高くできるものと考えられる。本発明者の検討によると、高融点金属粉末の平均粒子径が前記範囲よりも大きいもの使用した場合には、高融点金属粉末よりも粒子径の小さいアルミナが焼結し易くなるものと考えられ、高融点金属層３０に大きな空隙が生じやすくなり、接合性が低下する傾向にあった。一方、高融点金属粉末が前記範囲よりも小さい場合には、高融点金属層３０とアルミナ焼結体層２０との界面において、高融点金属ペースト層のアルミナがアルミナ焼結体層中へ拡散して焼結してしまい、界面が平滑になるものと考えられ、高融点金属層の密着性が低下する傾向にあった。
【００４２】
本発明において、前記高融点金属ペーストは、高融点金属粉末、アルミナ粉末の他、バインダー樹脂および溶媒を含むものである。高融点金属ペーストに含まれるバインダー樹脂としては、公知のものが特に制限無く使用可能であり、アルミナペーストに含まれるバインダー樹脂として例示したものが使用可能である。
【００４３】
高融点金属ペーストに含まれる溶媒としては、公知のものが特に制限無く使用可能であり、アルミナペーストに含まれる溶媒として例示したものが使用可能である。また、印刷適性や保存安定性等を向上する目的で、公知の界面活性剤、可塑剤等の添加剤が何ら制限無く使用できる。高融点金属ペーストに含まれる分散剤としては、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などを使用することができる。
【００４４】
本発明においては、このような高融点金属ペーストを、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等により、所望の形状となるようにアルミナペースト層上に塗布することにより、高融点金属ペースト層を形成することができる。この高融点金属ペーストは、採用する塗布法に応じて適宜最適な粘度に調整すればよいが、スクリーン印刷法を用いる場合には、操作性を考慮すると、２５℃において、粘度が５０〜４００Ｐａ・ｓとなるように前記各成分の量を調整したものを使用することが好ましい。
【００４５】
本発明において、前記方法により、アルミナペースト層上に形成された高融点金属ペースト層は、次いで、４０〜１５０℃の温度で乾燥することが好ましい。乾燥時間は、特に制限されるものではなく、１〜３０分の範囲で行うことができる。
【００４６】
（焼成条件）
本発明において、前記方法により、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、その上に高融点金属ペースト層を形成した基板は、１４５０℃以上１７００℃未満の温度で焼成することが好ましい。前記範囲の温度で焼成することにより、アルミナ焼結体層２０を緻密化することができる。さらに、アルミナ焼結体層２０と高融点金属層３０との界面に適度な凹凸をつけることができ、高融点金属層３０の接合強度をより高めることができる。また、前記範囲で焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体基板１０の再緻密化などを防ぐことができるため、反りの小さいメタライズド基板を得ることができる。得られるメタライズド基板の反り、高融点金属層の接合性等を考慮すると、焼成温度は、１５００〜１６５０℃であることがより好ましい。なお、焼成時の雰囲気は、特に制限されるものではなく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性雰囲気、又は水素雰囲気、水素・窒素混合雰囲気等の還元雰囲気で焼成してやればよい。また、焼成時間も特に制限されるものではなく、上記温度の保持時間が０．５〜２０時間の間で適宜決定してやればよい。
【００４７】
（メタライズド基板の構成）
本発明のメタライズド基板において、高融点金属層３０を形成するのは、窒化アルミニウム焼結体基板１０の一方の面（片面）のみでも、両面でもよい（図１には、一方の面にのみ高融点金属層３０を積層した場合の図を示す。）。
【００４８】
両面に前記高融点金属層を設ける場合には、窒化アルミニウム焼結体基板の両面に、前記アルミナペースト層を形成し、次いで、前記高融点金属ペースト層を形成した後、前記の焼成条件で焼成してやればよい。なお、当然のことながら、窒化アルミニウム焼結体の両面に高融点金属層を設ける場合には、両面の高融点金属層、アルミナ焼結体層は、前記高融点金属ペースト、アルミナペーストからなり、前記の要件（組成、厚み等）を満足するように形成する。
【００４９】
前記高融点金属層を片面のみに設ける場合には、窒化アルミニウム焼結体基板上に、前記のアルミナ焼結体層、および前記高融点金属層を形成すれば、優れたメタライズド基板を得ることができるが、この場合には、以下の態様とすることもできる。すなわち、窒化アルミニウム焼結体基板１０の両面にアルミナ焼結体層２０、２０’を積層し、一方のアルミナ焼結体層上に、アルミナを含む高融点金属層３０を積層したメタライズド基板とすることもできる（図２ 参照）。この場合、高融点金属層３０は、前記の高融点金属ペーストからなり、厚み、組成、構成する粉末の平均粒子径は前記範囲を満足するものである。また、高融点金属層３０と窒化アルミニウム焼結体基板１０との間に存在するアルミナ焼結層２０も、前記のアルミナペーストからなり、厚み、組成、構成する粉末の平均粒子径も前記範囲を満足するものである。さらに、高融点金属層３０が積層される反対の面のアルミナ焼結体層２０’は、アルミナ焼結層２０と同じアルミナペーストから形成されることが好ましい。このアルミナ焼結体層２０’の厚みは、形成する高融点金属層３０のパターン形状・層の厚みによって適宜決定すればよいが、アルミナ焼結体層２０と同じ厚み以上、アルミナ焼結体層２０と高融点金属層３０との合計の厚み以下とすることが好ましい。こうすることにより、メタライズド基板の反りをより小さくすることができ、厚みの薄い窒化アルミニウム焼結体基板１０を使用する際、より好適に採用することができる。
【００５０】
なお、この態様のメタライズド基板（図２のメタライズド基板）は、窒化アルミニウム焼結体基板１０の両面に、前記アルミナペーストによりアルミナペースト層を形成し、次いで、一方のアルミナペースト層上に、前記高融点金属ペーストにより高融点金属ペースト層を形成した後、前記焼成条件にて焼成することにより得ることができる。
【００５１】
（メタライズド基板の物性）
本発明の方法によれば、反りが小さく、高融点金属層の密着性がよい。そのため、反りが５０μｍ以下のものとすることができる。さらに、下記の方法で測定した高融点金属層の接合強度が５ｋｇｆ以上となるメタライズド基板を得ることができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５３】
実施例１
（アルミナペーストの作製）
平均粒子径が０．２４μｍであるアルミナ粉末１００質量部に対して、バインダーとしてエチルセルロース６質量部と、溶媒としてターピネオール４５質量部と、分散剤２．５質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、アルミナペーストを作製した。
【００５４】
（高融点金属ペーストの作製）
平均粒子径が２．２μｍであるタングステン粉末１００質量部に対して、平均粒子径が０．２４μｍであるアルミナ粉末７質量部と、バインダーとしてエチルセルロース１．８質量部と、溶媒としてターピネオール１１質量部と、分散剤０．９質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、高融点金属ペーストを作製した。
【００５５】
（メタライズド基板の製造）
作製した前記アルミナペーストをスクリーン印刷法にて基板サイズ６０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６４ｍｍの窒化アルミニウム焼結体基板上（（株）トクヤマ製、商品名ＳＨ−３０）に印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが３μｍとなるようアルミナペースト層の印刷膜厚を調整した。次いで、作製した前記高融点金属ペーストをスクリーン印刷法にてアルミナペースト層上へ２ｍｍ角のパターンを印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが１０μｍとなるよう高融点金属ペースト層の印刷膜厚を調製した。次いで、窒素雰囲気中、１５５０℃にて４時間焼成し、メタライズド基板を得た。
【００５６】
以上のアルミナペーストの組成、高融点金属ペーストの組成、各ペーストの２５℃における粘度を表１にまとめ、およびメタライズド基板の焼成温度、時間、アルミナ焼結体層の厚み、高融点金属層の厚みを表３にまとめた。
【００５７】
（メタライズド基板の評価）
反りの評価
得られたメタライズド基板について、以下の方法を用いて基板の反り量を評価した。表面粗さ計を用いて、メタライズド基板上の向かいあう２つの頂点を結ぶ対角線上に測定子をトレースさせて高さ測定をおこない、高さの最大値と最小値の差から基板の高低差（Ｇ）を測定した。予め、メタライズ前の基板についても同様の測定をおこなうことにより初期高低差（Ｇ０）を測定しておき、メタライズド基板の反り量（Ｇ−Ｇ０）を算出した。結果を表３に示す。
【００５８】
接合強度の評価
得られたメタライズド基板にニッケル無電解メッキを約１μｍ施した後、高融点金属層の接合試験を行った。２ｍｍ角のメタライズパターン上にヘッド部が直径１．１５ｍｍのネイルヘッドピンを基板と垂直となるようにハンダ付けし、ピンを１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で垂直に引張り基板と破断した際の荷重を測定した。結果を表３に示す。
【００５９】
実施例２〜４
実施例１において、焼成後の膜厚が表３に示した値となるようにアルミナペースト層を印刷した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６０】
実施例５，６
実施例１において、高融点金属ペーストの原料組成を表１に示した組成とした以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６１】
実施例７
実施例１において、表１に示した平均粒子径のアルミナ粉末を用い、表１に示した組成にてアルミナペースト及び高融点金属ペーストとした以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６２】
実施例８〜１１
実施例１において、表１に示した種類（タングステン又はモリブデン）及び平均粒子径の高融点金属粉末を用い、表１に示したペースト組成に高融点金属ペーストを調製した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表３に示す。
【００６３】
実施例１２〜１４
実施例１において、表３に示した温度及び時間で焼成をおこなった以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果をまとめて表３に示す。
【００６４】
実施例１５
実施例１において、メタライズド基板の製造を以下の方法にておこなった以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果をまとめて表３に示す。
【００６５】
（メタライズド基板の製造）
作製した前記アルミナペーストをスクリーン印刷法にて基板サイズ６０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６４ｍｍの窒化アルミニウム基板焼結体上（（株）トクヤマ製、商品名ＳＨ−３０）に印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが３μｍとなるようアルミナペースト層の印刷膜厚を調整した。次いで、基板の反対の面にも同様にして印刷・乾燥をおこない、焼成後の層の厚みが３μｍとなるようアルミナペースト層を形成した。次いで、作製した前記高融点金属ペーストをスクリーン印刷法にて基板の一方の面のアルミナペースト層上へ２ｍｍ角のパターンを印刷し、１００℃で１０分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが１０μｍとなるよう高融点金属ペースト層の印刷膜厚を調製した。次いで、窒素雰囲気中、１５５０℃にて４時間焼成し、メタライズド基板を得た。
【００６６】
比較例１
実施例１において、窒化アルミニウム基板上にアルミナペースト層を形成せずに、直接導電性ペースト層を形成した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。但し、密着性試験において、ネイルヘッドピンをハンダ付けする際、高融点金属層が容易に剥離したため、接合試験をおこなうことができなかった。結果を表３示す。
【００６７】
比較例２
実施例１において、アルミナ粉末を含有しない表２に示した組成の高融点金属ペーストを使用した以外は、実施例１と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。但し、接合試験において、ネイルヘッドピンをハンダ付けする際、高融点金属層が容易に剥離したため、接合試験をおこなうことができなかった。結果を表３に示す。
【００６８】
比較例３
（窒化アルミニウムペーストの作製）
平均粒子径が１．４μｍの窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、平均粒子径０．５μｍの酸化イットリウム５質量部と、バインダーとしてエチルセルロース８．０質量部と、溶媒としてターピネオール５４質量部と、分散剤１．５質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、窒化アルミニウムペーストを作製した。尚、作製した窒化アルミニウムペーストの２５℃における粘度は４５Ｐａ・ｓであった。
【００６９】
（高融点金属ペーストの作製）
平均粒子径が２．２μｍであるタングステン粉末１００質量部に対して、平均粒子径が１．４μｍである窒化アルミニウム粉末５．３質量部と、バインダーとしてエチルセルロース１．８質量部と、溶媒としてターピネオール１０質量部と、分散剤０．８質量部とを乳鉢を用いて混合した後、３本ロールミルを用いて分散処理することにより、高融点金属ペーストを作製した。尚、作製した高融点金属ペーストの２５℃における粘度は１２０Ｐａ・ｓであった。
【００７０】
（メタライズド基板の製造）
実施例１において、アルミナペーストの代わりに前記窒化アルミニウムペーストを用いた以外は同様にしてメタライズド基板を製造した。
【００７１】
（メタライズド基板の評価）
実施例１と同様の方法にて評価をおこなった。但し、ニッケル無電解メッキを付与する際、高融点金属層が剥離したため接合試験がおこなうことができなかった。結果を表３に示す。
【００７２】
比較例４
比較例３において、表３に示した温度及び時間で焼成を行った以外は、比較例３と同様にしてメタライズド基板を作製した。得られたメタライズド基板の評価は、実施例１と同様の方法で行った。結果を表３に示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
【表２】
【００７５】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明のメタライズド基板を示す概略図である。
【図２】本発明の他のメタライズド基板を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 窒化アルミニウム焼結体基板
２０ アルミナ焼結体層
３０ 高融点金属層
２０’ アルミナ焼結体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、該高融点金属層がアルミナを含むことを特徴とするメタライズド基板。
【請求項２】
前記高融点金属層が、高融点金属１００質量部に対して、アルミナを５〜５０質量部を含むことを特徴とする請求項１に記載のメタライズド基板。
【請求項３】
前記アルミナ焼結体層の厚みが０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のメタライズド基板。
【請求項４】
窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することを特徴とするメタライズド基板の製造方法。
【請求項５】
平均粒子径が０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を含むアルミナペーストにより、前記アルミナペースト層を形成することを特徴とする請求項４に記載のメタライズド基板の製造方法。
【請求項６】
平均粒子径が０．５〜１０．０μｍの高融点金属粉末１００質量部に対して、平均粒子径が０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を５〜５０質量部含む高融点金属ペーストにより、前記アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成することを特徴とする請求項４または５に記載のメタライズド基板の製造方法。
【請求項７】
焼成温度が１４５０℃以上１７００℃未満であることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載のメタライズド基板の製造方法。
【請求項１】
窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、該高融点金属層がアルミナを含むことを特徴とするメタライズド基板。
【請求項２】
前記高融点金属層が、高融点金属１００質量部に対して、アルミナを５〜５０質量部を含むことを特徴とする請求項１に記載のメタライズド基板。
【請求項３】
前記アルミナ焼結体層の厚みが０．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のメタライズド基板。
【請求項４】
窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することを特徴とするメタライズド基板の製造方法。
【請求項５】
平均粒子径が０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を含むアルミナペーストにより、前記アルミナペースト層を形成することを特徴とする請求項４に記載のメタライズド基板の製造方法。
【請求項６】
平均粒子径が０．５〜１０．０μｍの高融点金属粉末１００質量部に対して、平均粒子径が０．１〜１．０μｍのアルミナ粉末を５〜５０質量部含む高融点金属ペーストにより、前記アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成することを特徴とする請求項４または５に記載のメタライズド基板の製造方法。
【請求項７】
焼成温度が１４５０℃以上１７００℃未満であることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載のメタライズド基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１４３７６６（Ｐ２００９−１４３７６６Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２２７８０（Ｐ２００７−３２２７８０）
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
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