(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム焼結体と、前記窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層とを備えることを特徴とする熱伝導性基材。
【請求項２】
窒化アルミニウム焼結体の表面で窒化アルミニウムとリン酸塩とをｐＨ３以上の条件で反応させて前記焼結体表面に実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層を形成する工程を備えたことを特徴とする熱伝導性基材の製造方法。
【請求項３】
実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層で表面が覆われた窒化アルミニウム焼結体を有するセラミック基材と、前記セラミック基材の表面に形成された導体パターンとを具備したことを特徴とするセラミック回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱伝導性基材、その製造方法およびセラミック回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウム焼結体（ＡｌＮ焼結体）は、放熱特性、製造方法の容易性、環境におよぼす影響、また電気的性質にも優れることから、セラミック回路基板の基材材料として注目されている。しかしながら、前記ＡｌＮ焼結体は空気中の水分や薬品によって窒素が溶出して変質するため、化学安定性の面で問題があった。
【０００３】
このようなことから特開昭６３−１７０２８９号公報にはＡｌＮ焼結体表面に酸化膜を形成して化学安定性を持たせる、つまり前記焼結体からＮ（窒素）の溶出を防止する方法が開示されている。しかしながら、この方法は目的とする酸化膜を形成するために厳格な温度および雰囲気のコントロールが必要である。その結果、製造操作が煩雑化するという問題があった。また、前記酸化膜とＡｌＮ焼結体の熱膨張率の差から前記酸化膜にクラックが発生する恐れがある。さらに、前記酸化膜は焼結体に対する結合力が弱いため、酸化膜上にメタライズした時に容易に剥離するという問題があった。
【０００４】
また、特開昭６３−２１０００５号公報には窒化アルミニウムのようなセラミック基材表面を加熱リン酸により粗面化することが開示されている。前記粗面化処理は、７５〜９０％の濃度、つまりｐＨ１以下の強リン酸を２５０〜３６０℃に加熱した加熱リン酸を使用して行われる。また、前記公報には前記セラミック基板表面を加熱リン酸で粗面化処理した後、メタライジングしてセラミック回路基板を製造することが開示されている。
【０００５】
しかしながら、前記方法はセラミック基材表面を加熱リン酸により粗面化するため、次のような問題を生じる。例えば、前記セラミック基材表面に直接銅接合（direct cupper bonding : DCB）技術により導体パターンを形成する場合には前記セラミック基材の粗面化された表面に銅板を設置し、所定の酸素雰囲気中で酸素と銅の共晶液相が生成される高温度で熱処理して前記銅板を前記セラミック基材に直接接合する。このような処理において、前記セラミック基材と前記銅板との間の熱膨張係数の差による応力がそれらの界面に加わる。その結果、前記セラミック基材の粗面化された部分を起点としてクラックが発生する。また、前記セラミック基材表面に厚膜技術により導体パターンを形成する場合には、導体ペーストの焼成時に前記セラミック基材の粗面化された部分を起点としてクラックが発生する。さらに、前記セラミック基材表面に薄膜技術により導体パターンを形成する場合にはスパッタ蒸着等により堆積される導体薄膜が前記基材の粗面化された表面でクラックを発生し、導体パターンが断線される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＡｌＮ焼結体と前記焼結体に対して密着力の高い被覆層とを有し、耐湿性、耐薬品性に優れ、かつ表面が平坦な熱伝導性基材を提供しようとするものである。
【０００７】
本発明の別の目的は、煩雑な操作を行うことなく前述した優れた特性を有する熱伝導性基材を製造し得る方法をを提供しようとするものである。
本発明の別の目的は、耐湿性、耐薬品性に優れ、かつ表面が平坦な熱伝導性基材（セラミック基材）上に断線のない導体パターンが形成された高信頼性で放熱性の優れたセラミック回路基板を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係わる熱伝導性基材は、窒化アルミニウム焼結体と、前記窒化アルミニウム焼結体の表面に形成された実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係わる熱伝導性基材の製造方法は、窒化アルミニウム焼結体の表面で窒化アルミニウムとリン酸塩とをｐＨ３以上の条件で反応させて前記焼結体表面に実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層を形成する工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係わる回路基板は、実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層で表面が覆われた窒化アルミニウム焼結体を有するセラミック基材と、前記セラミック基材の表面に形成された導体パターンとを具備したことを特徴とするものである。
【００１１】
以下、本発明に係わる熱伝導性基材を図１を参照して詳細に説明する。
熱伝導性基材１は、ＡｌＮ焼結体２と前記焼結体２表面に形成され、実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層３とを有する。
【００１２】
前記ＡｌＮ焼結体は、ＡｌＮ粉末のハンドリング性、スラリー安定性、焼結性の向上等を図る目的で焼結助剤を含む。前記焼結助剤としては、例えばイットリウム化合物またはカルシウム化合物が使用される。前記イットリウム化合物またはカルシウム化合物としては、例えばイットリウムまたはカルシウムの炭酸化物、フッ化物、酸化物などが挙げられる。特に、焼結後の焼結体中に残らない炭素、フッ素などから構成されるイットリイム化合物またはカルシウム化合物が好ましい。このような焼結助剤をＡｌＮ粉末に配合することにより、イットリウムまたはカルシウムがＡｌＮ粉末中の不純物、例えばＡｌ2 Ｏ3 と反応して焼結体を緻密化し、結果的に熱伝導率が高いＡｌＮ焼結体を得ることができる。
【００１３】
前記焼結助剤の配合量は、ＡｌＮ粉末と焼結助剤の合計量中、０．００５〜６重量％、より好ましくは０．００７〜５重量％にすることが望ましい。この理由は、前記焼結助剤の配合量が０．００５重量％未満であると焼結体の緻密化が十分に進行しないため焼結体の強度が不十分となるおそれがある。一方、前記焼結助剤の配合量が６重量％を越えると得られた焼結体中における焼結助剤成分の残留量が多くなり、熱伝導率が低下する恐れがある。
【００１４】
前記被覆層３は、前記ＡｌＮ焼結体２の全表面を覆っていても、片面のみを覆っていてもよい。
前記被覆層３は、５ｎｍ〜１０μｍの厚さを有することが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記被覆層の厚さを５ｎｍ未満にすると前記ＡｌＮ焼結体表面の微細な凹凸部のエッジを完全に覆うことが難しく、連続した層形成が困難になる。一方、前記被覆層の厚さが１０μｍを越えると内部応力が大きくなり層中に亀裂を生じるおそれがある。より好ましい前記被覆層の厚さは、１０ｎｍ〜９μｍの範囲である。
【００１５】
前記被覆層３の表面粗さを規定したのは、次のような理由によるものである。前記被覆層３の表面粗さが２μｍを越えると、熱応力を受けた時にその凹凸部を起点としてクラックを発生する。より好ましい前記被覆層の表面粗さは１μｍ以下である。
【００１６】
前記被覆層３は、前記焼結体との界面において傾斜的に変化する組成を有することを許容する。すなわち、実質的にリン酸アルミニウムからなる前記被覆層は前記焼結体側でＡｌ量が多く、前記焼結体から離れるにしたがってＡｌ量が漸次減少する組成を有することを許容する。
【００１７】
本発明に係わる熱伝導性基材よれば、ＡｌＮ焼結体表面が実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層で覆われ、かつ前記被覆層が酸化膜に比べ緻密であるため、耐湿性、耐薬品性が向上される。また、前記熱伝導性基材は表面粗さが２μｍ以下の被覆層を有するため、表面のメタライジング時の熱応力によるクラック発生を防止できる。したがって、このような熱伝導性基材は前記被覆層が形成されることによって物理的、化学的な劣化を招くことなくＡｌＮが本来有する優れた特性を効果的に発揮できる。例えば、本発明の熱伝導性基材は熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ〜３２０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にあり、ＡｌＮ焼結体そのものの熱伝導率と殆ど変わらない高熱伝導性を有する。
【００１８】
また、前記ＡｌＮ焼結体と前記被覆層との界面において前記被覆層の組成を傾斜的に変化させれば、ＡｌＮ焼結体と前記被覆層との密着強度を向上できる。
また、本発明に係わる熱伝導性基材の製造方法はＡｌＮ焼結体の表面でＡｌＮとリン酸塩とをｐＨ３以上の条件で反応させる。このような反応において、前記焼結体のＡｌＮのＡｌイオンとリン酸塩のリン酸イオンとが選択的に反応し、実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層が前記焼結体の表面に形成できる。また、前記反応条件をｐＨ３以上に規定することにより、前記リン酸塩による前記焼結体表面の過度のエッチングが抑制され、表面粗さが２μｍ以下の被覆層を形成することができる。
【００１９】
このような実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層の形成は、具体的には以下に説明する（１）ウェット法、（２）ドライ法により形成される。
（１）ウェット法
まず、ＡｌＮ焼結体上にｐＨ３以上のリン酸塩の溶液を塗布する。この塗布工程は、複数回行ってもよい。前記塗布工程は、ｐＨ３以上のリン酸塩の水溶液を調製し、この水溶液中にＡｌＮ焼結体を浸漬する方法；リン酸塩の粉末を有機溶媒中に混合した有機溶液を調製し、この有機溶液中にＡｌＮ焼結体を浸漬する方法；リン酸塩の溶融物中にＡｌＮ焼結体を浸漬する方法；またはＡｌＮ焼結体上に前記水溶液もしくは有機溶液を滴下しスピンコートする方法により行われる。
【００２０】
前記リン酸塩としては、各種の金属リン酸塩を用いることができるが、例えば得られた熱伝導性基材をセラミック回路基板に適用する場合には、リン酸塩構成成分としてＮａ、Ｋなどのアルカリ金属イオンまたはＦｅ、Ｍｎなどの多価金属イオンの含有を避ける必要がある。すなわち、前記アルカリ金属イオン、多価金属イオンが前記熱伝導性基材表面に残留すると、これから作られるセラミック回路基板の表面抵抗を低下させる。このため、リン酸塩構成成分として非金属の陽イオンが望ましい。ただし、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｇのイオンはこのような表面抵抗の減少が確認されないために、これらの金属のリン酸塩を使用することができる。このようなリン酸塩としては、例えば（ＮＨ4 ）3 ＰＯ4 、（ＮＨ4 ）2 ＨＰＯ4 、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4 、Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 、Ｍｇ（Ｈ2 ＰＯ4 ）2 ・２Ｈ2 Ｏ、Ｚｎ（Ｈ2 ＰＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏ、（ＣＨ3 ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 Ｏ）3 ＰＯ4 、（ＣＨ3 Ｃ6 Ｈ4 ）3 ＰＯ4 、（Ｃ3 Ｈ5 ）3 ＰＯ4 を挙げることができる。特に、これらのリン酸塩の中でＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4 、（ＮＨ4 ）2 ＨＰＯ4 が好適である。前記リン酸またはリン酸塩中には、数１００ｐｐｍ以下のＦｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒなどのリン酸塩以外の化合物を不純物として含有することを許容する。
【００２１】
前記塗布工程において、前記リン酸塩の水溶液のｐＨを規定したのは次のような理由によるものである。前記リン酸塩水溶液のｐＨを３未満すると、前記水溶液が強酸になってＡｌＮ焼結体のエッチグが進行して、表面が平滑な被覆層を形成できなくなる。また、前記ｐＨが３未満のリン酸塩水溶液は化学的に不安定であるため、前記ＡｌＮ焼結体表面に均一なリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層を形成することが困難になる。
【００２２】
前記リン酸塩水溶液の濃度は、リン換算濃度で５０ｐｐｍ以上にすることが好ましい。この理由は、リン濃度を５０ｐｐｍ未満にすると充分な厚さの被覆層を形成することが困難になる。
【００２３】
前記リン酸塩水溶液は、ｐＨ６．５以上、燐換算濃度で１００ｐｐｍ以上にすることが好ましい。
前記溶液中のリン酸塩とＡｌＮ焼結体との反応は、加熱した条件で行うことが好ましい。熱処理温度は、１００℃以上の温度であれば十分に前記反応を促進することができるが、耐湿性の面から３５０℃以上の熱処理が望ましい。なお、３５０℃以上のリン酸塩の溶融物を用いる場合には、特に熱処理を行わなくても前記反応を促進することが可能である。また、５００℃以上の温度で加熱する場合は前記ＡｌＮ焼結体表面の酸化を防止する観点から窒素、アルゴンのような不活性雰囲気で熱処理を行うことが望ましい。さらに、熱処理温度の上限は９００℃程度にすることが好ましい。
【００２４】
また、前記ＡｌＮ焼結体をリン酸塩を含む溶液を用いて研磨した後、前記溶液が前記ＡｌＮ焼結体表面に残留させた状態で熱処理することにより実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層を前記焼結体表面に形成することができる。このような研磨においては、前記ＡｌＮ焼結体表面に活性面が現れるため、ＡｌＮと研磨液中のリン酸塩との反応が前述した浸漬やスピンコートによる処理方法に比べて向上され、リン酸アルミニウム化合物からなる被覆層の形成速度を高めることができる。また、前記ＡｌＮ焼結体の研磨処理は前記焼結体の研磨面から窒素が放出されて加水分解を促進するが、前記研磨処理にひきつづいて前記被覆層の形成をを行うことによって前記加水分解の進行を阻止する利点を有する。
【００２５】
前記研磨液中に含まれるリン酸塩のｐＨおよび濃度は、前述したのと同様にすればよい。
前記被覆層は、リン酸塩が単独含む研磨液で処理しても、シリカ粉末のような砥粒を含む別の研磨液と共に研磨時に２流路以上で混合して処理しても同様に形成される。前記浸漬やスピンコートの処理では、ＡｌＮ焼結体を予め表面処理することが必要になるが、リン酸塩を含む研磨液を用いて研磨することによって表面処理工程を省略することができ、熱伝導性基材を安価に製造することが可能になる。
【００２６】
（２）ドライ法
Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 、Ｍｇ（Ｈ2 ＰＯ4 ）2 ・２Ｈ2 Ｏ、Ｚｎ（Ｈ2 ＰＯ4 ）2 ・Ｈ2 Ｏ、またはＡｌＰＯ4 のようなリン酸塩からなるターゲットをスパタリングして前記ＡｌＮ焼結体表面にリン酸塩からなるスパッタ膜を形成し、ＡｌＮと前記リン酸塩とを反応させることにより前記焼結体表面に実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層を形成する。前記反応において、その反応速度を促進する目的で熱処理を行うことを許容する。熱処理温度としては１００℃以上であれば十分可能であるが、耐湿性の面から３５０℃以上が望ましい。ただし、３５０℃以上の雰囲気でスパッタリングする場合には、特に熱処理をしなくても前記反応を促進することが可能になる。また、スパッタ蒸着の代わりに前記リン酸塩を真空蒸着、ＣＶＤ法で前記ＡｌＮ焼結体表面にリン酸塩からなる膜を形成してもよい。
【００２７】
前記被覆層の膜厚は、前記ウェット法の場合、前記溶液の塗布回数および燐換算濃度によって適宜設定され、前記ドライ法の場合は膜形成時間によって適宜設定される。安定的な被覆層を形成する観点から、その膜厚を５ｎｍ〜１０μｍの範囲にすることが好ましい。
【００２８】
このような本発明の方法によれば、前記ＡｌＮ焼結体のＡｌイオンとリン酸塩のリン酸イオンとが選択的に反応し、耐湿性および耐薬品性の優れた実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層を前記焼結体の表面に形成することができる。また、前記反応条件をｐＨ３以上に規定することにより、前記リン酸塩による前記焼結体表面のエッチングを抑制できるため、実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層を形成することができる。
【００２９】
次に、本発明に係わるセラミック回路基板を図２を参照して説明する。
セラミック回路基板１１は、セラミック基材１２を有する。複数の導体パターン１３は、前記セラミック基材１２の表面に形成されている。なお、図中の１４は前記回路基板１１の基材１２に搭載され半導体チップである。
【００３０】
前記セラミック基材は、実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層で表面が覆われたＡｌＮ焼結体を備える。
前記セラミック基材は、例えば同時焼結により形成されたＷやＭｏなどの内部導体パターンと、前記内部導体パターン間および前記内部導体パターンと表面の導体パターンを接続するビアフィルとを備えることを許容する。このような内部導体パターンを有するセラミック基材において、前記基材裏面に前記ビアフィルと接続される入出力用のＩ／Ｏピンを設けることを許容する。
【００３１】
前記導体パターンは、例えば次のような方法により形成される。
（ａ）前記セラミック基材の表面にスパッタ蒸着、真空蒸着のような蒸着法により多層の導体薄膜を形成した後、パターンニングする、いわゆる薄膜技術により導体パターンを形成する。
【００３２】
前記多層の導体薄膜としては、例えばＴｉ／Ｃｕの２層導体薄膜；Ｔｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから選ばれる少なくとも１種の金属からなる第１層と、ＮｉまたはＣｕからなる第２層と、Ａｕからなる第３層とを有する多層導体薄膜；Ｔｉと窒素および／または酸素とからなる第１層と、実質的にＣｕからなる第２層と、Ｔｉと窒素および／または酸素とからなる第３層とを有する多層導体薄膜等を挙げることができる。
【００３３】
前記パターニングは、例えば写真蝕刻法により前記多層導体薄膜上にレジストパターンを形成し、前記レジスパターンをマスクとして前記多層導体薄膜を選択的にエッチング除去する方法が採用される。
【００３４】
（ｂ）前記セラミック基材の表面に導体微粉末を含む導体ペーストを例えばスクリーン印刷によりパターン形状に塗布した後、乾燥、焼成する、いわゆる厚膜技術により導体パターンを形成する。
【００３５】
前記導体微粉末としては、例えば銅微粉末、銀微粉末、金微粉末等を用いることができる。
前記焼成は、アルゴン、窒素ガス等の不活性雰囲気中、６００℃以上、好ましくは１０５０〜１０８５℃の温度で行うことが望ましい。
【００３６】
（ｃ）前記セラミック基材の表面を酸化処理して所望の厚さの酸化膜を形成する。つづいて、例えば酸素を１００〜２０００ｐｐｍ含む銅板または導体パターン形状の銅板を前記酸化膜上に接触させた後、前記銅板と前記酸化膜の間にＣｕ−Ｃｕ2 Ｏの共晶合金層が生成される温度で加熱処理して前記銅板を前記セラミック基材に直接接合する、いわゆるＤＣＢ法により導体パターンを形成する。なお、予めパターンニングされていない銅板を用いた場合には、前記接合工程後の銅板をパターンニングして導体パターンを形成する。
【００３７】
本発明に係わるセラミック回路基板１１によれば、実質的にリン酸アルミニウムからなる表面粗さが２μｍ以下の被覆層で表面が覆われたＡｌＮ焼結体を有するセラミック基材１２を有し、前記基材１２の表面に複数の導体パターン１３が形成された構造を有する。このため、前記導体パターン１３を前記（ａ）で説明した多層の薄膜技術により形成した場合、前記基材１２表面には平滑な被覆層が形成されているため、前記被覆層上に堆積される導体薄膜にクラック等が発生するのを防止することができる。
【００３８】
また、前記導体パターン１３を前記（ｂ）で説明した厚膜技術により形成した場合、印刷された導体ペーストの焼成時において前記基材１２とその上に形成された導体パターンとの間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が前記基材１２に加わる。前記導体パターン１３を前記（ｃ）で説明したＤＣＢ法により形成する場合、銅板の接合工程において前記セラミック基材１２と前記銅板との間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が前記基材１２に加わる。このような厚膜技術またはＤＢＣ法により導体パターンを形成する際に熱応力が加わる前記基材１２において、その表面には平滑な被覆層が形成されているため、前記熱応力によって前記基材１２表面にクラックが発生するのを防止することができる。
【００３９】
さらに、前記セラミック回路基板１１は前記導体パターン１３から露出する前記基材１２の表面が実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層で覆われているため、優れた耐湿性、耐薬品性を有する。しかも、前記セラミック回路基板１２は高熱伝導性のＡｌＮ焼結体を主たる構成部材として有するため、前記基材１２に搭載された半導体チップ１４からの熱を外部に良好に放出することができる。したがって、高信頼性で放熱性の優れたセラミック回路路基板を実現することができる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
実施例１〜４
Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 、（ＮＨ4 ）3 ＰＯ4 、（ＮＨ4 ）2 ＨＰＯ4 、ＮＨ4 Ｈ2 ＰＯ4 をそれぞれ下記表１に示す溶媒中に溶解して、同表１に示す濃度、ｐＨを有する複数の水溶液を調製した。つづいて、Ｙ2 Ｏ3 を重量比で５％含んだＡｌＮ粉末を焼成して得たＡｌＮ焼結体を前記各水溶液中にそれぞれ１分間浸漬し、引き上げた。この後、下記表１に示す温度で熱処理を行ない、下記表１に示す表面粗さおよび膜厚を有する実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層を形成することにより５種の熱伝導性基材（セラミック基材）を作製した。なお、下記表１における熱処理温度が５００℃以上の場合にはその雰囲気をＡｒガスとし、これ未満の熱処理温度の場合ではその雰囲気を大気とした。
【００４１】
次いで、前記各熱伝導性基材の片面にスパッタ法によりＴｉ、Ａｕをそれぞれ膜厚が１００ｎｍ、３００ｎｍとなるようにこの順序で形成し、さらに２μｍの厚さのＡｕをメッキして多層構造の導体薄膜を形成した。つづいて、前記導体薄膜上に写真蝕刻法によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして前記導体薄膜を選択的にエッチング除去することによりピッチ９０μｍ、幅５０μｍ、長さ２０ｍｍの導体パターンを形成してセラミック回路基板を製造した。
【００４２】
比較例１
前記実施例１にしたがって作製されたＡｌＮ焼結体をリン酸水溶液で処理することなくスパッタ法によりＴｉ、Ａｕをそれぞれ膜厚が１００ｎｍ、３００ｎｍとなるようにこの順序で形成し、さらに２μｍの厚さのＡｕをメッキして多層構造の導体薄膜を形成した。つづいて、前記導体薄膜上に写真蝕刻法によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして前記導体薄膜を選択的にエッチング除去することによりピッチ９０μｍ、幅５０μｍ、長さ２０ｍｍの導体パターンを形成してセラミック回路基板を製造した。
【００４３】
比較例２
前記実施例１にしたがって作製されたＡｌＮ焼結体をＨ3 ＰＯ4 の濃度が８０％、温度３００℃の加熱リン酸水溶液（ｐＨ；１以下）に５分間浸漬して引き上げた。このような処理を行ったＡｌＮ焼結体は、下記表１に示す表面粗さを有すると共に、表面に同表１に示す厚さの実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層が形成されていた。つづいて、このＡｌＮ焼結体からなる熱伝導性基材の片面にスパッタ法によりＴｉ、Ａｕをそれぞれ膜厚が１００ｎｍ、３００ｎｍとなるようにこの順序で形成し、さらに２μｍの厚さのＡｕをメッキして多層構造の導体薄膜を形成した。その後、前記導体薄膜上に写真蝕刻法によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして前記導体薄膜を選択的にエッチング除去することによりピッチ９０μｍ、幅５０μｍ、長さ２０ｍｍの導体パターンを形成してセラミック回路基板を製造した。
【００４４】
得られた実施例１〜４および比較例１、２のセラミック回路基板について、導体パターンのクラック発生の有無を調べた。また、前記各回路基板を温度１００℃、０．１Ｍの塩酸中に２時間浸漬し、プレッシャークッカー試験を１２１℃、２気圧下で１００時間行い、窒素溶出による重量変化を測定した後、導体パターン間の抵抗値を測定した。
【００４５】
さらに、前記実施例１〜４により得られた熱伝導性基材の表面及び比較例１、２により得られたＡｌＮ焼結体の表面にスパッタ法によりＴｉ、Ａｕをそれぞれ膜厚が１００ｎｍ、３００ｎｍとなるようにこの順序で形成し、２ｍｍ角のパターンに加工した後、パターンの上にピンをろう付けして引張り上げ、密着強度を測定した。
以上の導体パターンのクラック発生の有無、重量変化、線間抵抗および密着強度を下記表１に併記する。
【００４６】
【表１】
0003679815.tif 000002
【００４７】
前記表１から明らかなように表面に平滑な被覆層が形成された熱伝導性基材を有するセラミック回路基板（実施例１〜４）は、クラック発生のない導体パターンが形成されていることがわかる。また、これらのセラミック回路基板は窒素溶出量の測定から極めて耐湿性、耐酸性に優れていることがわかる。
【００４８】
これに対し、比較例１のセラミック回路基板はクラック発生のない導体パターンを形成できるものの、窒素溶出量が多く、耐湿性、耐酸性で劣ることがわかる。また、比較例２の回路基板は窒素溶出量の測定から極めて耐湿性、耐酸性に優れているものの、表面が粗面化されているために導体パターンにクラックが発生した。
【００４９】
実施例５〜８
リン酸塩である（ＮＨ4 ）3 ＰＯ4 、ＮａＨＰＯ4 をそれぞれ用いて下記表２に示すリン濃度およびｐＨを有する４種のリン酸塩水溶液を調製した。つづいて、３５ｍｍ角、厚さ５ｍｍのＡｌＮ焼結体の表面に前記各リン酸塩水溶液を研磨洗浄液として流速１０ｍｌ／ｍｉｎの条件で流しながら１０分間研磨した後、表面に前記研磨洗浄液が残留する程度に水洗し、１００℃、１ｈｒの熱処理することにより実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層層が形成された４種の熱伝導性基材を作製した。
【００５０】
比較例３
３５ｍｍ角、厚さ５ｍｍのＡｌＮ焼結体の表面に水道水を研磨洗浄液として流速１０ｍｌ／ｍｉｎの条件で流しながら１０分間研磨した後、水洗、乾燥することにより熱伝導性基材を作製した。
【００５１】
得られた実施例５〜８の熱伝導性基材の表面に形成された被覆層の表面粗さを測定した。また、実施例５〜８及び比較例３の熱伝導性基材を水、酸により加熱抽出し、水蒸気蒸留−ネスラ吸光光度法により窒素溶出量を定量した。これらの結果を下記表２に併記する。
【００５２】
【表２】
0003679815.tif 000003
【００５３】
前記表２から明らかなように実施例５〜８の熱伝導性基材は、表面が極めて平滑で、かつ窒素溶出量の測定から極めて耐湿性、耐酸性に優れていることがわかる。
【００５４】
実施例９
まず、不純物酸素量１．０重量％、平均一次粒子径０．６μｍのＡｌＮ粉に平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％のＹ2 Ｏ3 粉を３重量％加え、この混合粉をドクタ−ブレ−ド法により厚さ４００μｍの２枚のシ−トに作製した。つづいて、これらシ−トを１５０ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力下、８０℃で４０分間加熱して積層した後、２５ｍｍ角に切断した。ひきつづき、窒素気流中、最高温度６００℃まで加熱し、積層体中のバインダを除去した。この後、前記積層体をカ−ボン製ヒ−タ炉内で１気圧の窒素ガス雰囲気下にて１８００℃で３時間、焼成して２０ｍｍ角、０．６３５ｍｍ厚のＡｌＮ焼結体を作製した。前記焼結体の熱伝導率をレ−ザ−フラッシュ法で測定したところ、２００Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００５５】
次いで、前記ＡｌＮ焼結体を（ＮＨ4 ）3 ＰＯ4 を純水で溶解した濃度０．１モル、ｐＨ１０の水溶液に１分間浸漬し、引き上げた。つづいて、前記焼結体を３５０℃でで熱処理を行なうことによって表面粗さ０．６μｍ、膜厚１０００ｎｍの実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層を形成して熱伝導性基材（セラミック基材）を作製した。ひきつづき、粒径０．９μｍの銅粉末に５％濃度のＰＶＡ水溶液を３重量％添加して混合した後、２００メッシュの篩を通して造粒したペーストを調製した。その後、前記ペーストを前記基材上にスクリーン印刷法によりパターン状に塗布し、窒素雰囲気中で１０７０℃に加熱して焼成することにより表面にピッチ１５０μｍ、幅６０μｍ、長さ２０ｍｍの導体パターンを有するセラミック回路基板を製造した。
【００５６】
得られた実施例１０のセラミック回路基板について、前記導体パターンを含む面を垂直に切断して前記導体パターンが形成された前記回路基板表面のクラック発生の有無を観察した。その結果、前記基材の表面にはクラックが全く発生していなかった。また、実施例１と同様な方法により窒素溶出による重量変化を測定した後、導体パターン間の抵抗値を測定した。その結果、重量変化は零であり、かつ線間抵抗値は２×１０11Ωであった。
【００５７】
実施例１１
まず、焼結助剤として酸化イットリウムを３重量％含有するＡｌＮ粉末を成形し、常圧焼結し、さらに加工して３５ｍｍ×５５ｍｍ×０．７ｍｍの板状のＡｌＮ焼結体を作製した。つづいて、前記ＡｌＮ焼結体を（ＮＨ4 ）3 ＰＯ4 を純水で溶解した濃度０．１モル、ｐＨ１０の水溶液に１分間浸漬し、引き上げた。つづいて、前記焼結体を３５０℃でで熱処理を行なうことによって表面粗さ０．６μｍ、膜厚１０００ｎｍの実質的にリン酸アルミニウム化合物からなる被覆層を形成して熱伝導性基材（セラミック基材）を作製した。
【００５８】
次いで、前記セラミック基材を空気中で１１３０℃、３時間加熱することにより前記基材表面に厚さ１μｍの酸化アルミニウム層を形成した。つづいて、前記基材の酸化アルミニウム層に２０ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍで酸素を４００ｐｐｍ含有する銅板を載置した。ひきつづき、前記銅板が載置された前記基材を加熱炉内にセットし、前記加熱炉内を酸素が７ｐｐｍ含有する窒素ガス雰囲気にし、最高温度１０７０℃で３分間保持して加熱した後、ほぼ室温まで冷却した。加熱炉内から取り出したセラミック基材表面には前記銅板がＣｕとＣｕ2 Ｏからなる共晶合金層を介して接合されていた。また、前記銅板の接合強度を調べるためにピール強度試験を行なったところ、１１ｋｇｆ／ｃｍと高い強度を有することが確認された。ひきつづき、前記銅板及び共晶合金層を写真蝕刻法によりパターニングすることにより銅からなる導体パターンを有するセラミック回路基板を製造した。
【００５９】
得られた実施例１１のセラミック回路基板について、前記導体パターンを含む面を垂直に切断して前記導体パターンが形成された前記セラミック基材表面のクラック発生の有無を観察した。その結果、前記基材の表面にはクラックが全く発生していなかった。また、前記回路基板の導体パターンは、前記銅板の接合時と同様な高いピール強度（１１ｋｇｆ／ｃｍ）を有することが確認された。さらに、実施例１と同様な方法により窒素溶出による重量変化を測定した後、導体パターン間の抵抗値を測定した。その結果、重量変化は零であり、かつ線間抵抗値は２×１０11Ωであった。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＡｌＮ焼結体との密着力が高くかつ平滑な実質的にリン酸アルミニウムからなる被覆層を有する耐湿性、耐薬品性の優れた熱伝導性基材、及び前記優れた特性を有する熱伝導性基材を簡単な工程ににより製造し得る方法を提供できる。
【００６１】
さらに、本発明によれば耐湿性、耐薬品性の優れ、かつ表面が平坦なセラミック基材上に断線のない導体パターンが形成された高信頼性で放熱性の優れたセラミック回路基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる熱伝導性基材を示す断面図。
【図２】本発明に係わるセラミック回路基板を示す斜視図。
【符号の説明】
１…熱伝導性基材、２…ＡｌＮ焼結体、３…被覆層、１１…セラミック回路基板、１２…セラミック基材、１３…導体パターン、１４…半導体チップ。
【図１】
0003679815.tif 000004
【図２】
0003679815.tif 000005