(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質焼結体からなる基板上に、Ｗ又はＭｏを主成分とする金属化層を有する配線基板において、上記金属化層中にＶ、Ｎｂ、Ｔａのうち一種以上を窒化物換算で前記主成分をなすＷ又はＭｏ１００体積部に対し１．２５〜１０．０体積部の範囲で含有することを特徴とする配線基板。
【請求項２】
Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質グリーンシートに、Ｗ又はＭｏを主成分とし、該主成分１００体積部に対してＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち一種以上を窒化物換算で１．２５〜１０．０体積部含む金属ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気にて１５５０℃〜１７００℃の温度で焼成することを特徴とする配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不純物としてＦｅを多く含む窒化アルミニウム質焼結体からなる基板上に、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属化層を有する配線基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、集積度の高い実装基板を目的としたセラミック配線基板において、高熱伝導性が要求される時には、基板材料として窒化アルミニウム質焼結体が使用されていた。
【０００３】
窒化アルミニウムは難焼結性材料であるため、酸化物系の液相焼結助剤を添加することにより焼結温度を下げて焼結体を得る方法が主流となっており、液相焼結助剤として希土類金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が主に用いられていた。
【０００４】
また、これらの窒化アルミニウム質焼結体からなる基板（以下、窒化アルミニウム質基板と称す。）上に形成する金属化層としては、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属が用いられ、これらの金属ペーストを前記窒化アルミニウムのグリーンシート上に塗布したあと、非酸化性雰囲気にて１６００℃〜１９００℃程度の温度で同時に焼結させることで配線基板を製造していた（特公平３−２３５１２号公報参照）。
【０００５】
しかしながら、これらの窒化アルミニウム質基板には、微粒で不純物の少ない高純度の窒化アルミニウム原料が一般的に使用されており、このような原料を用いた窒化アルミニウム質基板を使用した配線基板は高価なものとなってしまうことから、一般的な電気機器等には使用し難しいものであった。
【０００６】
一方、不純物の多い窒化アルミニウム原料は安価に入手することができるため、このような原料を用いて窒化アルミニウム質基板を製作すれば、配線基板を安価に製造することができるものの、基板の表面上に形成する金属化層との十分な密着強度が得られず、配線基板として使用できないといった課題があった。
【０００７】
即ち、本件発明者らは、不純物の多い窒化アルミニウム原料を用いて形成した窒化アルミニウム質基板からなる配線基板について研究を繰り返したところ、窒化アルミニウム原料中に含まれている不純物、特にＦｅが多く含まれていると焼成時に金属化層を構成するタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）と反応してタングステン粒子やモリブデン粒子を粒成長させて異常焼結する結果、基板との密着強度が得られなくなることを知見した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本件発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を進めた結果、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属化層中に、周期律表第５ａ族元素のバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）のうち一種以上を含有させることにより、主成分のタングステン粒子やモリブデン粒子の粒成長を抑制し、金属化層と窒化アルミニウム質基板との密着強度を高めることができることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は、Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質焼結体からなる基板上に、Ｗ又はＭｏを主成分とする金属化層を有する配線基板において、上記金属化層中にＶ、Ｎｂ、Ｔａのうち一種以上を窒化物換算で前記主成分をなすＷ又はＭｏ１００体積部に対し１．２５〜１０．０体積部の範囲で含有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質グリーンシートに、Ｗ又はＭｏを主成分とし、該主成分１００体積部に対してＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち一種以上を窒化物換算で１．２５〜１０．０体積部含む金属ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気にて１５５０℃〜１７００℃の温度で焼成することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の配線基板は、窒化アルミニウム質基板と、その表面に被着形成したタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属化層とからなり、不純物として鉄（Ｆｅ）を含む窒化アルミニウム原料を用いて製作した窒化アルミニウム質基板、特にＦｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質基板により形成したものである。
【００１３】
このような鉄（Ｆｅ）を多く含む窒化アルミニウム原料は安価に入手することができるため、従来の高純度窒化アルミニウム原料を用いた配線基板と比べ、安価な配線基板を提供することができる。
【００１４】
また、上記窒化アルミニウム質基板上に形成する金属化層は、主成分として高融点金属のタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）からなるため、後述する温度で焼成しても融解することがなく、また、窒化アルミニウム質基板との熱膨張差が小さいことから、基板との密着性に優れている。
【００１５】
なお、金属化層のシート抵抗値が２０ｍΩ／□より大きくなると高密度配線基板には適さなくなるなるため、金属化層のシート抵抗値は２０ｍΩ／□以下、好ましくは１８ｍΩ／□以下が良い。
【００１６】
また、不純物の鉄（Ｆｅ）を含む窒化アルミニウム質基板にタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）からなる金属化層を被着形成すると、不純物の鉄（Ｆｅ）が焼成時に金属化層のタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）と反応してタングステン粒子やモリブデン粒子を粒成長させて異常焼結することから基板との密着強度を低下させるが、本発明は上記タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする金属化層中に周期律表第５ａ族元素のバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）のうち一種以上を含有してあることから、金属化層と基板との密着強度を高めることができる。
【００１７】
この理由としては明らかではないが、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により分析を行うと、添加したバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）が金属化層中で選択的に不純物の鉄（Ｆｅ）と反応し、ＸＦｅ２（Ｘ＝Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）の結晶として存在しており、これらの化合物が生成させることで主成分をなすタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）と反応する鉄の量を減少させ、結果としてタングステン粒子やモリブデン粒子の粒成長を抑制し、基板との密着強度を向上させるものと考えられる。なお、このような効果を得るためには、主成分をなすタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）１００体積部に対し、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）〔以下、粒成長抑制剤と称する。〕のうち一種以上を窒化物換算で１．２５〜１０．０体積部含有することが重要である。
【００１８】
即ち、粒成長抑制剤の含有量が窒化物換算で１．２５体積部未満であると、焼成時における金属化層を構成するタングステン粒子やモリブデン粒子の粒成長を抑制する効果が得られず、基板との密着性を高めることができないからであり、逆に、１０．０体積部より多くなると金属化層の抵抗値を低下させ、所定のシート抵抗範囲を大きく外れるとともに、基板との密着性も低下する傾向にあるからである。
【００１９】
さらに、金属化層中には上記粒成長抑制剤以外に、密着力を高めるために希土類元素を酸化物換算で前記主成分１００体積部に対して０．６〜５．０体積部、好適には１．０〜３．０体積部の割合で含有しても良く、さらにはＡｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣのうち一種以上を前記主成分１００体積部に対して１０〜６５体積部、好適には２０〜４０体積部の割合で含有することもできる。ところで、このような配線基板を製造するには、まず、窒化アルミニウム質基板を作製する。
【００２０】
基板を製作するには、出発原料としてＦｅを含む窒化アルミニウム粉末を用い、この窒化アルミニウム粉末に対し、焼結助剤としてＥｒ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｌａ2 Ｏ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ、，Ｄｙ2 Ｏ3 などの希土類金属酸化物や、ＭｇＯ、ＣａＯなどのアルカリ土類金属酸化物を添加し、さらにバインダーと溶媒を添加して泥漿を作製する。なお、これらの焼結助剤は３〜２０重量％の割合で添加すれば良く、特に１７００℃以下の温度での焼結性を高めるためには上記希土類金属酸化物を３〜１０重量％、アルカリ土類金属酸化物を０．３〜１．５重量％の割合でそれぞれ添加することが望ましい。さらに着色成分としてチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）など周期律表第４ａ族、第５ａ族、第６ａ族の金属のうち一種以上を酸化物換算で０．０５〜１重量％の割合で添加しても良い。
【００２１】
そして、これらの泥漿をドクターブレード法、カレンダーロール法、圧延法などの手法によりシート状に成形してＦｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質グリーンシートを製作する。
【００２２】
一方、窒化アルミニウム質基板上に形成する金属化層として、主成分をなすタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）１００体積部に対し、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）のうち一種以上の粒成長抑制剤を窒化物換算で１．２５〜１０体積部、好適には１．２５〜５．０体積部の割合で添加して金属ペーストを作製する。なお、粒成長抑制剤は窒化物、酸化物、炭化物のいずれの形態で加えても良い。
【００２３】
また、金属ペーストには上記主成分１００体積部に対し、希土類酸化物を０．６〜５．０体積部、好適には１．０〜３．０体積部の割合で、また、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣのうち一種以上を１０〜６５体積部、好適には２０〜４０体積部の割合でそれぞれ添加することもできる。
【００２４】
そして、得られた上記金属ペーストを前記窒化アルミニウム質グリーンシート上にスクリーン印刷法などの手法でもって塗布、印刷したあと、弱酸化性雰囲気において５００℃にて脱脂し、しかるのち、非酸化性雰囲気にて１５５０℃〜１７００の温度で１〜数時間程度焼成することにより本発明の窒化アルミニウム質基板からなる配線基板を得ることができる。
【００２５】
(実施例)
窒化アルミニウム質基板として、不純物であるＦｅの含有量が４０００ｐｐｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を９１．５重量％、酸化エルビウム（Ｅｒ2 Ｏ3 ）を８．０重量％、酸化カルシウム（ＣａＯ）を０．５重量％の比率になるように各原料粉末を添加混合するとともに、バインダーとしてアクリル系樹脂を加えて混練し、泥漿を作製したあと、ドクターブレード法にて３０００ｐｐｍ含む窒化アルミニウム質グリーンシートを成形した。
【００２６】
また、金属化層として、タングステン（Ｗ）１００体積部に対し、ＮｂＮを６．２５体積部添加するとともに、Ａｌ2 Ｏ3 を２５体積部、Ｅｒ2 Ｏ3 を１．３体積部の割合でそれぞれ添加混練して金属ペーストを作製した。
【００２７】
そして、この金属ペーストを３２５メッシュのスクリーンを通して上記窒化アルミニウム質グリーンシート上に印刷したあと、弱酸化性雰囲気において５００℃にて脱脂し、次いでＮ2 とＨ2 の混合雰囲気中にて１６５０℃の温度で３時間程度焼成することにより、窒化アルミニウム質基板上に１０μm 厚のタングステンを主成分とする金属化層を備えた配線基板を得た。
【００２８】
また、この配線基板において、窒化アルミニウム質基板中のＦｅの含有量をＩＣＰ分析により測定したことを３０００ｐｐｍであり、また、金属化層の組成と含有量を測定したところ、タングステンを主成分とし、タングステン１００体積部に対してニオブ（Ｎｂ）を窒化物換算で６体積部、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を２５体積部、エルビウム（Ｅｒ）を酸化物換算で１体積部含むものであることが確認した。なお、金属化層中の組成はＥＰＭＡ等で面分析して半定量したあと、重量部を体積部に換算して測定した。
【００２９】
次に、金属化層と基板との密着強度を測定するために、２．５ｍｍ×２０ｍの金属化層にリードを銀ロウ付けし、該リードを基板に対して垂直方向に引張り、金属化層が基板から剥がれるピーク強度を測定したところ、５．２ｋｇｆの強度を有し、従来の高純度窒化アルミニウム原料を用いた窒化アルミニウム質基板からなる配線基板と同程度の密着強度を有していた。
【００３０】
さらに、金属化層のシート抵抗を測定するために、幅１００μｍ×厚み１５μｍの金属化層を形成し、４端子法にて測定したところ、１８ｍΩ／□程度であり、２０ｍΩ／□以下を満足していた。
【００３１】
（実施例）
次に、窒化アルミニウム質基板中におけるＦｅ含有量、及び金属化層に添加する粒成長抑制剤の種類及びその含有量の異なる配線基板を製作し、各基板における金属化層の密着強度と抵抗値をそれぞれ測定する実験を行った。
【００３２】
本実験では、窒化アルミニウム質基板として、Ｆｅの含有量が異なるだけで、窒化アルミニウム質基板中に含まれている焼結助剤の種類及び含有量は前記実施例と同じ条件にて製作したものを使用した。
【００３３】
なお、比較のために、Ｆｅを１００ｐｐｍ未満の範囲で含有する窒化アルミニウム質基板からなる従来の配線基板も用意して同様に実験を行った。
【００３４】
窒化アルミニウム質基板中におけるＦｅ含有量、金属化層に添加する粒成長抑制剤の種類とその含有量、及びそれぞれの結果は表１に示す通りである。
【００３５】
【表１】
0003652068.tif 000002
【００３６】
この結果、まず、試料Ｎｏ．３６〜４１に示す比較のために用意した従来の高純度窒化アルミニウム質基板について見ると、金属化層中に粒成長抑制剤を含有させると、金属化層と基板との密着力が低下するのに対し、Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質基板に対しては金属化層中に粒成長抑制剤を含有させることで密着力を高められることが判る。
【００３７】
ただし、試料Ｎｏ．１，８，１５，２２，２９のように、金属化層中に含有する粒成長抑制剤の含有量が窒化物換算で１．２５体積部未満では、主成分をなすタングステン粒子の粒成長を抑制する効果がなく、ほとんどの試料が異常焼結しているためにリードを付けることができず、ピール強度を測定することができなかった。
【００３８】
また、試料Ｎｏ．７，１４，２１，２８，３５のように、金属化層中に含有する粒成長抑制剤の含有量が窒化物換算で１０．０体積部より多いものでは、いずれもシート抵抗値が大きくなり、配線基板として要求される２０ｍΩ／□未満を満足することができなかった。しかも、試料Ｎｏ．７，１４では、金属化層を緻密化することができず、リードをロウ付けすることができないためにピール強度を測定することもできなかった。
【００３９】
これに対し、試料Ｎｏ．２〜６，９〜１３，１６〜２０，２３〜２７，３０〜３４のように、金属化層中に含有する粒成長抑制剤の含有量が窒化物換算で１．２５〜１０．０体積部のものは、いずれもＦｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質基板に対し、従来の高純度窒化アルミニウム原料を用いた窒化アルミニウム質基板からなる配線基板（試料Ｎｏ．３６，３７，３９，４０）と同程度の密着強度まで高めることができるとともに、シート抵抗も２０ｍΩ／□未満と配線基板として要求される所望の抵抗値を満足していた。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質グリーンシートに、ＷまたはＭｏを主成分とし、該主成分１００体積部に対してＶ，Ｎｂ，Ｔａのうち一種以上を窒化物換算で１．２５〜１０．０体積部添加した金属ペーストを塗布し、非酸化性雰囲気にて１５５０℃〜１７００℃の温度で焼成することにより、Ｆｅを１００ｐｐｍ以上含む窒化アルミニウム質焼結体からなる基板上に、Ｗ又はＭｏを主成分とする金属化層を強固に密着させることができるため、優れた熱伝導特性を有する配線基板を安価に提供することができ、一般的な電気機器部品等として好適に使用することができる。