(57)【要約】  窒化アルミニウム焼結体基板上に高融点金属層を形成する工程（工程Ａ）、高融点金属層上に、ニッケル、銅、銅−銀、銅−錫、および金からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる中間金属層をメッキ法により形成する工程（工程Ｂ）、および、中間金属層上に、ガラス成分の含有量が１質量％以下である銀ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気中で焼成して銀を主成分とする表面金属層を形成する工程（工程Ｃ）、を備えて構成される窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法とすることで、表面に高融点金属層を有する窒化アルミニウム基板の当該高融点金属層上に、高い接合強度で接合したガラス成分を含まない銀層を、厚膜化が容易な銀ペーストを用いた厚膜法により形成することができる。
2008081758.tif 000002
【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形成する工程（工程Ａ）、
前記高融点金属層上に、ニッケル、銅、銅−銀、銅−錫、および金からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる中間金属層をメッキ法により形成する工程（工程Ｂ）、および、
前記中間金属層上に、ガラス成分の含有量が１質量％以下である銀ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気中で焼成して銀を主成分とする表面金属層を形成する工程（工程Ｃ）、
を備えて構成される窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｃにおける焼成を４５０℃以上、銀の融点未満の温度で行う、請求の範囲第１項に記載の窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法。
【請求項３】
前記工程Ｃにおいて使用する銀ペーストが、表面が酸化されていてもよい銀粒子を含むものであり、該銀粒子の１０〜１００質量％が平均粒子径１ｎｍ〜８００ｎｍの粒子である、請求の範囲第１項または第２項に記載の窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法。
【請求項４】
前記工程Ｂと前記工程Ｃとの間に、中間金属層が形成された基板を非酸化性雰囲気中で７００℃以上の温度に加熱する熱処理工程（工程Ｄ）をさらに備えている、請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法。
【請求項５】
窒化アルミニウム焼結体基板上に金属層が形成された窒化アルミニウムメタライズド基板であって、
前記金属層が、窒化アルミニウム焼結体基板側から高融点金属層；ニッケル、銅、銅−銀、銅−錫、および金からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる中間金属層；および、ガラス成分の含有量が１質量％以下であり、銀を主成分とする表面金属層が順次積層された構造を有する、窒化アルミニウムメタライズド基板。
【請求項６】
前記各金属層の接合強度が５０ＭＰａ以上である請求の範囲第５項に記載の窒化アルミニウムメタライズド基板。
【請求項７】
前記表面金属層の表面の少なくとも一部にニッケルメッキ層および／または金メッキ層が形成されている請求の範囲第５項または第６項に記載の窒化アルミニウムメタライズド基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱量の多い半導体素子を搭載するための基板として好適に用いることができる窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法、および、該方法により製造された窒化アルミニウムメタライズド基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の小型化、高出力化・高密度化に伴い、素子からの発熱量が増大し、素子温度が上昇することが問題となっている。素子温度が上昇し許容値を越えると、半導体素子がＬＥＤの場合には、発光波長の長波長側へのシフト、発光波長のブロード化による彩度低下、あるいは輝度の低下といった素子特性の低下が起こる。また、電力用半導体素子や集積回路用半導体素子の場合には、動作が不安定になるといった問題が発生する。
素子の温度上昇を防ぐためには基板を通して放熱部材に熱を放散させる必要があり、そのために素子搭載用基板としては、熱伝導率の高い窒化アルミニウム焼結体基板表面に金属層を形成した窒化アルミニウムメタライズド基板が用いられるようになってきている。【０００３】
窒化アルミニウム基板上に金属層を形成する工業的な方法としてはタングステンやモリブデンなどの高融点金属粉末を含むペーストを用いた同時焼成法（コファイア法）および後焼成法（ポストファイア法）が知れている。コファイア法とは窒化アルミニウムグリーンシート上に高融点金属ペーストを塗布して焼成することにより窒化アルミニウムの焼結と高融点金属の焼付けを同時行う方法であり、強固に密着した金属層が形成できる反面、窒化アルミニウム焼結に伴う収縮により高い寸法精度で金属パターン形成を行うのが難しいという特徴がある。ポストファイア法とはあらかじめ焼結された窒化アルミニウム基板上に高融点金属ペーストを塗布してからこれを焼き付ける方法であり、上記のような寸法精度上の問題は基本的に起こらない。これまでポストファイア法では金属層の接合強度（密着強度）を高くすることが難しいとされていたが、高い接合強度で密着した高融点金属層を形成することのできるポストファイア法も開発されている（特許文献１参照）。【０００４】
なお、高融点金属ペースト以外の金属ペーストを用いて窒化アルミニウム基板上に金属層を形成することも可能であるが、工業的な観点からそのような技術は確立されているとは言い難い。例えば、銀ペーストを用いて窒化アルミニウム基板上に直接銀層を形成する場合にはペーストに特定のガラス成分を配合すると共に基板としても特定の添加剤を使用しなければならないといった制約があるばかりでなく、そのような条件を満たして膜形成しても得られる金属膜（層）と基板との密着強度は高融点金属ペーストを用いた場合と比べて低いものとなっている（特許文献２参照）。【０００５】
基材に対する制約が少なく、低コストで、高い接合強度で接合した金属層を確実に形成できるという観点から、高融点金属ペーストを用いる厚膜法（具体的には上記コファイア法またはポストファイア法）は、窒化アルミニニウムのメタライズ法として汎用されているが、実際の使用に際しては、目的に応じて該方法で形成した高融点金属層上に他の金属層を形成するのが一般的である。例えば、高出力用配線基板として使用する場合には、配線部分の電気抵抗は低い方が好ましいため、銅、金、銀といったような電気伝導率の高い金属層が形成されている。また、ＬＥＤ素子を搭載する配線基板については、その配線部分にはＬＥＤから放出された光を外部に効率良く反射させる機能を付与するために金属層の最上層として反射率の高い銀層を形成している（特許文献３参照）。【０００６】
高融点金属層上に銀層を形成する方法としては、高融点金属層上に銀メッキを施す方法（特許文献３参照）が知られている。また、別な方法として高融点金属層上に銀ペーストを焼き付ける方法が考えられる。
【特許文献１】ＷＯ２００６／０５１８８１号パンフレット
【特許文献２】特開平１１−２７８９４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２０７２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に開示されているように、高融点金属層上に銀メッキを施すことは広く一般に行われているが、金属層の抵抗値を下げようとして銀メッキを厚くつけようとすると、メッキ時間を長くしなければないという問題があった。また、良好なメッキ膜を与える無電解銀メッキ法は工業的に確立されていないため、通常電解銀メッキ法が採用されているが、電解メッキを行うためにはメッキ用に配線を引き回す必要があり、配線パターンの小型化が難しいという問題もあった。【０００８】
一方、銀ペーストを用いる場合には、厚膜化は容易で、メッキ用配線も特に必要とならないが、ガラス成分を有する銀ペーストを使用した場合には、ガラス成分が含まれることにより電気抵抗を十分に下げることができない。また、本発明者らがガラス成分を含まない銀ペーストを含めて種々の銀ペーストを用いて検討を行った結果、銀ペーストを高融点金属層上に直接塗布して焼き付けた場合には、高融点金属層に十分な接合強度で密着した銀層を形成することができないという問題があることも判明した。【０００９】
そこで、本発明は、高融点金属ペーストを用いたコファイア法またはポストファイア法で製造した表面に高融点金属層を有する窒化アルミニウム基板の当該高融点金属層上に、高い接合（密着）強度で接合したガラス成分を実質的に含まない銀層を、厚膜化が容易な銀ペーストを用いた厚膜法により形成して、窒化アルミニウムメタライズド基板を製造する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、この方法により製造される、配線パターンとなる金属層の電気抵抗を低く抑えることが可能なため高出力用配線基板として有用な窒化アルミニウムメタライズド基板、ならびに、金属層の表面が反射率の高い銀で構成されているためにＬＥＤ素子を搭載するための基板として有用な窒化アルミニウムメタライズ基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意検討を行った。その結果、高融点金属層上に特定の金属からなる中間金属層を設けることにより、ガラス成分を実質的に含まない銀ペーストを用いて厚膜法により形成した表面金属層を強固に接合できることを見出し、以下の本発明を完成するに到った。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、これにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。【００１１】
第１の本発明は、窒化アルミニウム焼結体基板（１０）上に高融点金属層（２０）を形成する工程（工程Ａ）、高融点金属層（２０）上に、ニッケル、銅、銅−銀、銅−錫、および金からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる中間金属層（３０）をメッキ法により形成する工程（工程Ｂ）、および、中間金属層（３０）上に、ガラス成分の含有量が１質量％以下である銀ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気中で焼成して銀を主成分とする表面金属層（４０）を形成する工程（工程Ｃ）、を備えて構成される窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）の製造方法である。【００１２】
工程Ｃにおける「非酸化性雰囲気」とは、例えば、窒素、水素等の非酸化性ガスの雰囲気をいい、このような条件下で焼成することにより下地の高融点金属層（２０）の酸化を防ぐことができる。【００１３】
また、「銀を主成分とする表面金属層」の「主成分」とは、表面金属層（４０）が銀合金および／または酸化銀を含有する形態を許容する意味であり、表面金属層（４０）全体を基準（１００質量％）として、銀を５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含むことをいう。【００１４】
また、中間金属層（３０）を形成する金属には、上記に挙げた金属以外に、リン、ホウ素等の添加剤成分が含まれていてもよい。【００１５】
第１の本発明では、高融点金属ペーストを用いた厚膜法、メッキ法、銀ペーストを用いた厚膜法を順次行って各金属層を形成している。これによって次の効果が得られる。すなわち、
（１）高融点金属ペーストを用いた厚膜法を用いることにより窒化アルミニウム焼結体基板（１０）と高融点金属層（２０）との密着を強固なものとすることができる。
（２）メッキ法により特定金属からなる中間金属層（３０）を形成することによりその上に形成される表面金属層（４０）の密着性を確保することができる。
（３）表面金属層（４０）は、厚膜法で形成しているので膜厚の制御が容易で、厚い膜を形成する場合にも長時間を要することがない。
（４）銀ペーストとしてガラス成分の含有量が極めて少ないものを使用しているため、表面金属層（４０）の電気抵抗を低くすることができる。【００１６】
第１の本発明において、工程Ｃにおける焼成を４５０℃以上、銀の融点未満の温度で行うことが好ましい。このような温度範囲で焼成を行うことで、表面金属層（４０）のパターン断面が崩れることを防ぐことができると共に、銀ペーストを良好に焼結することができる。また、このような温度範囲で焼成を行うことによって、メッキ工程で中間金属層（３０）に浸透したメッキ液を揮散させることができる。よって、この方法で得られた窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）の中間金属層（３０）からメッキ液が染み出すことはない。【００１７】
第１の本発明において、工程Ｃにおいて使用する銀ペーストは、表面が酸化されていてもよい銀粒子を含むものであり、該銀粒子の１０〜１００質量％が平均粒子径１ｎｍ〜８００ｎｍの粒子であることが好ましい。銀ペーストを構成する銀粒子は、表面が酸化された粒子であっても、酸化されていない粒子であってもよい。微粒子になると表面が酸化され易くなるが、表面が酸化された粒子を含んでいても焼成時に還元されるので特に問題なく使用することができる。また、上記の所定の粒子径を備えた粒子を所定量含有することにより、焼成温度を低くすることができる。そして、配線パターンの崩れを防ぐと共に、経済性の高い製法とすることができる。【００１８】
第１の本発明においては、工程Ｂと工程Ｃとの間に、中間金属層（３０）が形成された基板を、非酸化性雰囲気中で７００℃以上の温度に加熱する熱処理工程（工程Ｄ）をさらに備えていることが好ましい。工程Ｄをさらに備えることにより、中間金属層（３０）中の残留メッキ液をより確実に除去することができる。【００１９】
第２の本発明は、窒化アルミニウム焼結体基板（１０）上に金属層が形成された窒化アルミニウムメタライズド基板であって、該金属層が、窒化アルミニウム焼結体基板（１０）側から高融点金属層（２０）；ニッケル、銅、銅−銀、銅−錫、および金からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる中間金属層（３０）；および、ガラス成分の含有量が１質量％以下であり、銀を主成分とする表面金属層（４０）が順次積層された構造を有する、窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）である。【００２０】
第２の本発明においては、焼結体基板上に形成された金属層が、上記のような積層構造を有していることから、各金属層の密着を強固にすることができる。各金属層の接合強度は、好ましくは５０ＭＰａ以上である。【００２１】
第２の本発明の窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）は、第１の本発明の方法によって得られるものであり、特殊な層構造を有する金属層が窒化アルミニウム焼結体（１０）の表面に形成されているという点で新規な構成の基板である。そして、このような層構造を採ることにより、金属層の露出表面の少なくとも一部は光反射率の高い銀で構成されるため、ＬＥＤ用パッケージとして好適に使用できる。また、本発明の窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）は、金属層における高融点金属層（２０）の占める割合を低くすることにより、金属層の電気抵抗を低くすることができるので、高出力用配線基板としても好適に使用できる。【００２２】
第２の本発明において、表面金属層（４０）の表面の少なくとも一部にニッケルメッキ層および／または金メッキ層が形成されていることが好ましい。このような層を設けることによりワイヤーボンディング性やはんだ付け性をより高くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
第１の本発明の方法によれば、光反射率が高くしかも電気伝導率が高い銀で最上層が構成された各金属層（２０、３０、４０）が窒化アルミニウム焼結体基板（１０）上に強固に接合した窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）を効率良く製造することができる。また、銀を主成分とする表面金属層（４０）を、ガラス成分を全く含まないか含んでいてもその含有量が極めて少ない銀ペーストを用いた厚膜法で形成することができるので、表面金属層（４０）の厚さを厚くすることにより金属層全体の電気抵抗を容易に低くすることができる。このような方法で製造される本発明の窒化アルミニウムメタライズド基板（１００）は、高出力用配線基板、あるいはＬＥＤやＬＤを搭載するための基板（パッケージやサブマウントを含む）として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の方法により製造される窒化アルミニウムメタライズド基板の層構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  窒化アルミニウム焼結体基板
２０  高融点金属層
３０  中間金属層
４０  表面金属層
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
＜窒化アルミニウムメタライズド基板１００の製造方法＞
図１に本発明の方法により製造される窒化アルミニウムメタライズド基板１００の層構成を示す模式図を示した。以下、図中の図番を用いて本発明の方法を説明する。本発明の窒化アルミニウムメタライズド基板１００の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体基板１０上に、高融点金属層２０を形成する工程（工程Ａ）、高融点金属層２０上に中間金属層３０をメッキ法により形成する工程（工程Ｂ）、および、中間金属層３０上に所定の銀ペーストを塗布、焼成して、銀を主成分とする表面金属層４０を形成する工程（工程Ｃ）を備えて構成される。以下、各工程について説明する。【００２７】
（高融点金属層２０を形成する工程（工程Ａ））
本発明の製造方法においては、はじめに、窒化アルミニウム焼結体基板１０上に高融点金属層２０を形成する。窒化アルミニウム焼結体基板１０は、所定形状の窒化アルミニウムグリーンシートあるい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作製することができる。その形状、厚み等は特に制限されない。焼結体原料には、通常用いられる希土類等の焼結助剤を含んでいてもよい。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。【００２８】
窒化アルミニウム焼結体基板１０上に高融点金属層２０を形成する方法としては、上記グリーンシートあるいは加圧成形体に高融点金属ペーストを塗布した後、高融点金属ペーストとグリーンシートあるいは加圧成形体とを同時に焼成する方法（コファイア法）と、あらかじめ焼成した窒化アルミニウム焼結体１０に高融点金属ペーストを塗布した後、高融点金属ペーストを焼成する方法（ポストファイア法）とがある。コファイア法は基板焼成時に高融点金属層も焼成され、その収縮によって変形が生じ、このため、その上に表面金属層を重ねて配置しようとしても高融点金属層の変形によってうまく重ね合わせることが難しい。この理由のため、本発明においては、高融点金属層２０はポストファイア法で作製することが好ましい。【００２９】
ポストファイア法では、窒化アルミニウム焼結体基板１０の表面の配線パターンを形成する所定の位置に、高融点金属ペーストを塗布する。高融点金属ペーストは、高融点金属粒子、バインダーおよび溶媒を備えて構成されるものであることが好ましく、特に、ガラス成分、酸化物を含んでいないことが好ましい。高融点金属ペーストがガラス成分等を含んでいると、後の工程における銀ペーストの焼成条件によって、該ガラス成分が溶解し表面に浮き上がってくる場合もあり、金属層同士の接合性が劣ってしまうおそれがある。高融点金属としては、タングステンまたはモリブデンを挙げることができる。【００３０】
高融点金属の平均粒径は１μｍ〜５μｍのものが好ましく、より好適には２μｍ〜５μｍのものが用いられる。アンカー効果により中間金属層３０との接合強度を高くするという観点から高融点金属の粒径は大きい方が好ましく、高融点金属の焼結性の観点からは高融点金属の粒径は小さい方が好ましい。両者のバランスから上記範囲が選定されたものである。なお、本発明において、高融点金属粉末の平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ社製  Ｓｕｂ  Ｓｉｅｖｅ  Ｓｉｚｅｒを用いて空気透過法によって測定した。【００３１】
また、高融点金属ペーストには、窒化アルミニウム焼結体基板１０との密着力を高めるために窒化アルミニウム粉末を添加することが好ましい。具体的には窒化アルミニウム粉末を添加することで、焼成時に高融点金属と窒化アルミニウムとが複雑な形態で絡み合うような構造を取り、高融点金属ペースト中の窒化アルミニウム粉末が窒化アルミニウム焼結体基板１０の窒化アルミニウムと結合することでアンカー効果が発現し、高い密着力を得られるため好ましい。【００３２】
このため、添加する窒化アルミニウム粉末の平均粒径は、０．５μｍ〜２μｍと高融点金属粉末の平均粒径よりも小さいものの方が、窒化アルミニウム焼結体基板１０の窒化アルミニウムと結合しやすいため好ましい。なお、本発明において、窒化アルミニウム粉末の平均粒径は、レーザー回折法によって測定した体積平均粒子径である。【００３３】
高融点金属ペーストの塗布は、精密配線を形成する観点から、印刷により行うことが好ましい。印刷としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等を採用することができる。【００３４】
窒化アルミニウム焼結体基板１０上に塗布した高融点金属ペーストは、通常１７００℃〜１９００℃の温度で非酸化性雰囲気下において焼成する（ポストファイア法）。このようにしてポストファイア法を採用して高融点金属層２０を形成することにより、高融点金属ペーストの収縮が制限され、かつ、高融点金属として粒径が大きいものを用いることで、作製した高融点金属層２０は、セラミックスのグリーンシートと高融点金属ペーストを同時に焼成したもの（コファイア法により作製したもの）に比べて、より多数の空孔を有する構造となっている。焼成条件の非酸化性雰囲気下とは、例えば、不活性ガス（例えば窒素）、水素等の非酸化性ガスの雰囲気をいう。なお、これら非酸化性ガスは、炭素蒸気や一酸化炭素を含んでいてもよい。【００３５】
高融点金属層２０の厚みは、１μｍ〜１５μｍであることが好ましい。この厚みが薄すぎると、窒化アルミニウム焼結体基板１０上に高い接合強度で表面金属層４０を形成するという目的が達成できなくなる。また、この厚みが厚すぎると、低抵抗な配線パターンとするために、表面金属層４０の厚みをある程度確保する必要があることから、結局金属層全体の厚みを厚くする必要が生じ、スペース上の問題が生じる。また、焼結により高融点金属層２０は、６０％〜９０％程度に厚みが収縮するため、高融点金属からなる配線パターン２０の厚みを上位範囲とするために、高融点金属ペーストの厚みは、３μｍ〜２５μｍとすることが好ましい。【００３６】
（中間金属層３０をメッキ法により形成する工程（工程Ｂ））
上記した高融点金属層２０と後に説明する表面金属層４０との接合強度を向上させるため、本発明においては、高融点金属層２０上に、中間金属層３０をメッキ法により形成することが好ましい。中間金属層３０の種類としては、ニッケルめっき、銅めっき、銅−銀めっき、銅−錫めっき、金めっき、あるいは、これらの合金めっきが挙げられる。これらのめっきは安価であり、後工程で形成される表面金属層４０との密着力が良好で、また、高融点金属層２０との密着力も良好なため好ましい。中間金属層３０には、上記の金属以外にリン、ホウ素等の添加剤成分が含まれていてもよい。また、めっきの手法は、特に制限はなく、公知の電解めっき、無電解めっきを用いることができる。また、表面金属層４０の焼き付け温度を６００℃以上とし、無電解めっきを用いる場合は、Ｎｉ−Ｂめっきが高融点金属に拡散しやすいためより好ましい。【００３７】
このように中間金属層３０を形成し、以下に説明する表面金属層４０の焼成を行うことで、各金属層間で拡散が生じ、高融点金属層２０、中間金属層３０、および、表面金属層４０が強固に接合し、各層間の接合強度が上昇するものと考えられる。【００３８】
また、工程Ｂにおいてメッキ工程を行っているが、工程Ｃにおける焼成で残留めっき液が飛散するため、製造後の窒化アルミニウムメタライズド基板１００から残留メッキ液が染み出してくるという問題が発生しにくい。また、めっき液の残留をより確実に無くす目的として、工程Ｂの後に、中間金属層３０が形成された基板を非酸化性雰囲気中で７００℃以上の温度に加熱する熱処理工程（工程Ｄ）を行ってもよい。ここで「非酸化性雰囲気」とは、高融点金属ペースト焼成時の非酸化性雰囲気と同義である。【００３９】
中間金属層３０の厚みは、０．０５μｍ以上とすることが好ましい。中間金属層３０の厚みが０．０５μｍ以上とすることにより、高融点金属層２０と表面金属層４０との接合強度を向上させることができる。また、中間金属層３０の厚みの上限値は、特に制限されるものではないが、メッキにより中間金属層３０を形成する場合には、経済的なことを考慮すると、１０．０μｍとすることが好ましい。【００４０】
（表面金属層４０を形成する工程（工程Ｃ））
上記で作製した中間金属層３０上に、ガラス成分の含有量が１質量％以下である銀ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気下で焼成して銀を主成分とする表面金属層４０を形成する（工程Ｃ）。銀ペーストの塗布は、精密配線を形成する観点から、印刷により行うことが好ましい。印刷としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等を採用することができる。【００４１】
銀ペーストは、銀粒子、バインダー、溶媒を備えて構成されるものである。銀粒子は、銀あるいは銀合金粒子である。銀合金とは、銀を除く金属元素が銀１００質量部に対して１００質量部未満含まれているものを意味し、例えば、銀−銅合金が挙げられる。【００４２】
また、銀粒子は、表面が酸化された銀粒子であってもよい。また、銀粒子全体の質量を基準（１００質量％）として、１０質量％から１００質量％の銀粒子の平均粒子径は１ｎｍから８００ｎｍの銀微粒子であることが好ましい。これにより、焼成温度を低くすることができ、焼成時の加熱により表面金属層４０からなる配線パターンが崩れることがなく、高精度の配線パターンを形成できる。なお、該銀微粒子以外の銀粒子の平均粒子径は、０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましい。本発明において、銀粒子（銀微粒子および銀粒子）の平均粒子径は、レーザー回折法によって測定した体積平均粒子径である。【００４３】
また、銀ペースト中のガラス成分の含有量は、１質量％以下であることが好ましい。このように、ガラス成分が少ない銀ペーストを用いて、最終的に形成される表面金属層４０中に絶縁性のガラス成分がほとんど存在させないことによって、表面金属層４０の抵抗を低くすることができる。また、表面金属層４０の表面へのワイヤーボンディングもより容易となる。【００４４】
なお、ガラス成分とは、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物、ホウ素酸化物、酸化鉛、銅酸化物、亜鉛酸化物、希土類酸化物、１Ａ族酸化物、２Ａ族酸化物を指す。なお、ガラス成分の含有量を１質量％以下としたのは、意図的にガラス成分を添加しなくても、不純物としてガラス成分が含まれる場合があり、このような場合を許容する意味である。【００４５】
また、本発明の表面金属層４０は、粒界および／または空隙を有する金属層である。このような金属層は、銀粒子を焼成することによって得られ、メッキでは得られない。このような構造の表面金属層４０を備えているため本発明においては、金属膜中に液体が残り、経時と共に液体が染み出してくるという問題が発生しない。【００４６】
塗布した銀ペーストは、非酸化性雰囲気下で焼成される。例えば大気中で焼成した場合には下地の高融点金属あるいはメッキ膜が酸化され、密着力が低下する。「非酸化性雰囲気下」とは、例えば窒素、水素等の非酸化性ガスの雰囲気下をいい、この雰囲気下で焼成することで下地の高融点金属層２０の酸化を防ぐことができる。また、水蒸気や水分を含む水素雰囲気あるいは窒素−水素雰囲気などで焼成を行うと、ペーストに含まれるバインダー成分が分解され易くなり、銀ペーストが焼結しやすくなるためより好適である。また、銀ペーストが、表面が酸化された銀粒子を含む場合には、酸化物を還元できるという観点から、非酸化性雰囲気として、炭素や一酸化炭素を含む窒素ガスや水素ガスのような還元性ガス雰囲気を採用することが好ましい。【００４７】
また、焼成は、銀の融点（９６１℃）未満の温度で行うことが、表面金属層４０のパターン断面が崩れることなく、精細なパターンが形成できるので好ましい。このため焼成温度は低いほど良いが、銀ペーストの焼結性を考えた場合、焼成温度の下限は、４５０℃以上であることが好ましく、６００℃以上であることがより好ましい。さらに、表面金属層４０の下地として、ニッケルを含有する中間金属層３０を形成した場合は、中間金属層３０と高融点金属層２０との密着性を向上させるため焼成温度は６００℃以上とすることがより好ましい。また、焼成温度の上限は、９６０℃以下であることが好ましく、９５０℃以下であることがより好ましい。【００４８】
本発明の配線基板の製造方法においては、このように、配線材料である銀の融点未満の温度において焼成することが好ましく、これにより、焼成の際に表面金属層４０が溶解して崩れ、精密配線とすることができないという問題を解決することができる。【００４９】
表面金属層４０の厚みは、目的とする用途に応じて適宜決定してやればよいが、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍである。表面金属層４０の厚みがこの範囲を満足することにより、低抵抗な配線パターンを形成することができ、さらに、様々な用途に使用することが可能となる。また、焼結により６０％〜９０％程度厚みが収縮するため、この収縮を勘案して銀ペースト層を形成すればよい。【００５０】
銀を主成分とする表面金属層４０は表面が酸化されにくいので、表面にメッキをする必要がなく、そのまま、ワイヤーボンディング、はんだ付けが可能であるという特長を有する。また、上記した銀−銅合金ペーストの上にさらに銀ペーストを塗布する積層構造を取ってもよい。このように、先ず、銀−銅ペースト層を積層し、さらに、この層上に連続して銀ペースト層を積層し焼き付けを行うことで、金属層間の密着力をより高くすることができる。また、必要に応じて、表面金属層４０の表面を研磨などで平滑にすることも可能であり、これにより半導体素子の搭載性を良好なものとすることができる。【００５１】
また、めっき膜を施す必要がある場合は、基板の特性に応じて種々のめっきを行うことも可能である。例えば、表面を金としたい場合は、表面金属層４０の表面にニッケルメッキ層および金メッキ層を順次形成すればよい。また、銀と金とは密着性が良好であるので、表面金属層４０の上に直接金メッキを行ってもよい。めっき方法は、特に制限なく、公知の手法を採用することができ、既存の電解めっきあるいは無電解めっきなどを採用でき、配線によって使い分けることができる。また、揺動メッキ、バレルメッキ、スプレーメッキ等の手法を採用できる。必要に応じて、メッキをつけたくない部分にレジストやテープなどでコーティングを行った後メッキを行い、メッキ後レジストやテープを取り除くことで部分的にメッキを行うことも可能である。【００５２】
以上のように作製した金属層２０、３０、４０の接合強度は、５０ＭＰａ以上であることが好ましく、８０ＭＰａ以上であることがより好ましく、１００ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。接合強度の測定方法としては、例えば、表面にニッケルメッキを施したφ１．１ｍｍの４２アロイネイルヘッドピン用いて、該ネイルヘッドピンを表面金属層４０の表面にＰｂ−Ｓｎ半田等の半田材料にて半田付けし、該ネイルヘッドピンを１０ｍｍ／分の速度で垂直方向に引っ張り、各金属層２０、３０、４０、またはネイルヘッドピン接合用のはんだ層のいずれかの層の層内破壊、または下地層とこれら層のいずれかとの間の界面破壊によって、該ネイルヘッドピンが剥がれた時の強度を接合強度（ＭＰａ）とした。【００５３】
また、金属層２０、３０、４０の抵抗は、２ｍΩ以下であることが好ましく、１ｍΩ以下であることがより好ましく、０．５ｍΩ以下であることがさらに好ましい。金属層の抵抗値は四端子法により測定した。
【実施例】
【００５４】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
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、窒化アルミニウム焼結体基板からなる原料基板を得た。平均粒径２．１μｍ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４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８０Ｐａ・ｓに調整した高融点金属ペーストを作製した。その後、この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□２ｍｍ（１辺が２ｍｍの正方形を意味する）のパターンをパターン間１００μｍで縦・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１３μｍであった。【００５５】
上記のようにして得られた基板を、窒素ガス中、１７５０℃にて４時間焼成を行い、高融点金属配線パターンを有する窒化アルミニウム焼結基板を得た。焼成後の高融点金属配線パターンの膜厚は、１０μｍであった。
そののち、無電解Ｎｉ−Ｂめっき０．２μｍを高融点金属配線パターン上に施すことにより中間金属層を形成した。【００５６】
次いで、平均粒径５００ｎｍの銀１００質量部、エチルセルロース２質量部、テルピネオール１２質量部、分散剤１質量部を混練し、２５℃における粘度が３０Ｐａ・ｓの銀ペーストを調製した。その後、上記で形成した中間金属層上に銀ペーストを重ね塗りし、１００℃で５分乾燥を行った。銀ペーストの乾燥後の膜厚は２０μｍであった。
その後、水素雰囲気中、９５０℃で０．５時間銀ペーストを焼成し、表面金属層を形成した。焼成後の配線部（金属層全体）の膜厚は２５μｍであった。【００５７】
このようにして得られた窒化アルミニウムメタライズド基板について金属層（配線パターン）の密着力（接合強度）を測定したところ、９９ＭＰａであり、剥離モード（剥離が起こった場所）は、半田層間であった。なお、接合強度の測定は、表面にニッケルメッキを施したφ１．１ｍｍの４２アロイネイルヘッドピンを表面金属層の表面にＰｂ−Ｓｎ半田にて半田付けした後に、ネイルヘッドピンを１０ｍｍ／分の速度で垂直方向に引っ張る、引張試験により行った（表１には、同様の引張試験を５回繰り返し、その平均値を示した。）。また、四端子法で□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定したところ０．３ｍΩであった。【００５８】
（実施例２）
平均粒径５００ｎｍの銀１００質量部の代わりに平均粒径５００ｎｍの銀５０質量部、平均粒径３μｍの銀５０質量部を含む銀ペーストを使用し、銀ペースト焼成温度を表１に示すものとした他は、実施例１と同様として窒化アルミニウムメタライズド基板を作製した。得られた基板について金属層の接合強度を測定したところ、接合強度は１０６ＭＰａであり、剥離モードは半田間であった。また、四端子法で□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定したところ、０．３ｍΩであった。
なお、以下の実施例、比較例においては、めっき膜厚（中間金属層の厚み)を変えているものがあるが、これらは、銀ペーストの重ね塗りの程度を調製して、焼成後の配線部（金属層全体)の膜厚が２５μｍとなるようにした。【００５９】
（実施例３〜１０）
無電解めっきの種類、無電解めっき膜厚、または銀ペーストの焼成温度を表１に示すように変更した他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。【００６０】
（実施例１１〜１３）
中間金属層の形成を表１に示す２種の無電解めっきを用いた多層めっき層とした他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。なお、めっきの順番は、例えば、実施例１１では、タングステン上にまず銅めっきを施し、その上に銀めっきを施している。つまり、表１の左記の金属をまずタングステン上にめっきし、その上に右記の金属をめっきする（以下の実施例において同様である。）。【００６１】
（実施例１４）
銀ペーストの焼成温度を５００℃とした他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。なお、剥離モードは半田間と一部タングステン−Ｎｉめっき間であった。【００６２】
（実施例１５）
タングステン上に無電解銅めっきを０．６μｍ施し、さらにその上に無電解銀めっきを０．５μｍ施すことによって中間金属層の形成を行い、さらに銀ペーストの焼き付け温度を５００℃とした他は、実施例１１と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。なお、剥離モードは半田間と一部タングステン−銅めっき間であった。【００６３】
（実施例１６〜２７）
めっき後（中間金属層形成後）、水素ガス雰囲気中で表１に示す温度で０．５時間熱処理を行い、その後、銀ペーストの塗布・焼成を行った他は、それぞれ実施例２〜１３と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。【００６４】
（実施例２８）
銀ペーストの焼成を窒素ガスと水素ガスを混合した雰囲気中（混合比＝７０：３０）で行った他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。【００６５】
（比較例１）
Ｎｉ−Ｂめっきを行わずに銀ペーストを直接高融点金属層上に塗布・焼成した他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。中間金属層を形成しなかったため、接合強度は２７ＭＰａと低くなってしまった。なお、剥離モードは、タングステン−銀間で一部タングステン−半田間であった。【００６６】
（比較例２）
タングステン上のＮｉ−Ｂめっきの代わりに電解銀めっきを０．６μｍ施した他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。なお、剥離モードは、タングステン−銀間で一部タングステン−半田間であった。中間金属層が本発明で特定する金属とは別の金属（銀）であったため、接合強度は２４ＭＰａと低くなってしまった。【００６７】
（比較例３）
中間金属層形成せず、さらに銀ペーストとして平均粒径５００ｎｍの銀１００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、ホウ酸、シリカを含むガラス１０質量部を混練した、２５℃における粘度が３５Ｐａ・ｓのペーストを使用してこれを高融点金属層上に直接塗布し、銀ペースト焼成温度を表１に示すものとした他は、実施例１と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。なお、銀ペーストの乾燥（１００℃で５分）後の膜厚は２０μｍであり焼成後の配線部の膜厚は２５μｍであった。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。中間金属層を形成しなかったため、接合強度は１５ＭＰａと低く、表面金属層にガラス成分を含むため、銀層の厚さが厚いにもかかわらず、抵抗は１．５ｍΩと高くなっていた。なお、剥離モードは、銀層間およびはんだ−タングステン間であった。【００６８】
（比較例４）
銀ペーストの焼成を大気中６００℃、０．５時間とした他は、実施例２と同様にして窒化アルミニウムメタライズド基板を製造した。得られた基板の金属層の接合強度および□２ｍｍの配線パターンの抵抗を測定した。結果を表１に示す。銀ペーストの焼成を酸化性雰囲気で行ったため銀の焼結が始まる前にタングステンメタライズ層の表面あるいはメッキ膜が酸化されたために銀との密着性が落ち、接合強度が上がらなかったものと考えられる。【００６９】
【表１】
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【００７０】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う窒化アルミニウムメタライズド基板の製造方法、および窒化アルミニウムメタライズド基板もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の方法で製造される窒化アルミニウムメタライズド基板は、高出力用配線基板、あるいはＬＥＤやＬＤを搭載するための基板（パッケージやサブマウントを含む）として有用である。
【図１】
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【国際調査報告】
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