(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムを主体とするセラミック絶縁基板と、該基板の表面および／または内部に、ＷあるいはＭｏを主体とするメタライズ配線層と、ＷあるいはＭｏを主成分とし、ＦｅおよびＳｉを合計で０．１〜２重量％、ＮｂＮ、Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも１種を０．５〜２０重量％の割合で含有する抵抗体層を具備することを特徴とする窒化アルミニウム質配線基板。
【請求項２】
窒化アルミニウムを主体とするグリーンシートに、ＷあるいはＭｏを主体とするメタライズ配線層用ペーストを所定箇所に印刷塗布すると同時に、ＷあるいはＭｏを主成分とし、ＦｅおよびＳｉを合計で０．１〜２重量％、ＮｂＮ、Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも１種を０．５〜２０重量％の割合で含有する抵抗体層用ペーストを印刷塗布した後、非酸化性雰囲気中で同時焼成することを特徴とする窒化アルミニウム質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、抵抗体層および配線層を具備し、窒化アルミニウム質セラミックスからなる絶縁基板と同時焼成によって作製される抵抗体を具備する窒化アルミニウム質配線基板と、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、セラミック配線基板において、その回路設計上、抵抗体素子を設ける場合、基板表面に抵抗体チップなどの部品を、半田などにより配線基板の表面に形成された配線層に実装することが行われている。最近に至っては、抵抗体部品に代えて、基板表面に酸化レニウムなどの抵抗体ペーストを印刷塗布して基板に焼き付けることにより抵抗体を形成することも行われている。
【０００３】
一方、セラミック配線基板としては、従来よりアルミナセラミックスを絶縁基板とし、その表面にＷやＭｏなどの高融点金属からなるメタライズ配線層を被着形成したものが普及しているが、配線基板表面に半導体素子を搭載する場合、半導体素子の作動に伴う発生する熱を放熱させるために、絶縁基板に対して高熱伝導性が要求され、その要求に対して、窒化アルミニウム質セラミックスが注目されている。
【０００４】
このような窒化アルミニウム質セラミックスを絶縁基板とした配線基板に対して、抵抗体を形成する場合においても、同様に抵抗体素子を表面実装するか、あるいは抵抗体ペーストを印刷塗布して焼き付けることが一般に行われてる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、一般民生電子部品等の高密度実装化、薄型化、小型化に伴い、基板表面の実装面積が小さくなり、抵抗体素子を表面に実装することが困難となりつつあり、また、抵抗体ペーストを焼き付ける場合においても、その抵抗体を形成する箇所は、基板表面に限定されるために、高密度配線化を阻害する大きな要因となっていた。
【０００６】
このような高密度配線化に対しては、セラミック配線基板を多層配線化するとともに、セラミック絶縁基板とメタライズ配線層とともに、同時焼成することが可能であり、抵抗体を多層配線基板の表面または内部のいずれでもに形成できることが望まれる。この同時焼成技術において、焼成温度が絶縁基板の緻密化温度と一致することのみならず、熱膨張特性なども絶縁基板と一致することが必要であるが、これまで、このような特性を有する窒化アルミニウム質セラミックスと同時焼成可能であり、さらに密着性に優れた抵抗体については何ら検討されていないのが現状であった。
【０００７】
従って、本発明は、窒化アルミニウム質セラミックスからなる絶縁基板と、同時焼成によって形成することが可能であり、且つ高い密着性を有する抵抗体を具備した配線基板を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に対し検討を重ねた結果、抵抗体組成物として、ＷあるいはＭｏを主成分とし、添加物としてＦｅおよびＳｉ、さらには、ＮｂＮ及び／またはアルミナを加えることにより抵抗値を任意の値に調整が可能であり、かかる抵抗体組成物が窒化アルミニウ質セラミックスと同時に焼成できるとともに、絶縁基板に対して高い密着性をもって形成できることを見いだし、本発明に至った。
【０００９】
即ち、本発明の窒化アルミニウム質配線基板は、窒化アルミニウムを主体とするセラミック絶縁基板と、該基板の表面および／または内部に、ＷあるいはＭｏを主体とするメタライズ配線層と、ＷあるいはＭｏを主成分とし、ＦｅおよびＳｉを合計で０．１〜２重量％、ＮｂＮ、Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも１種を０．５〜２０重量％の割合で含有する抵抗体層を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の窒化アルミニウム質配線基板の製造方法は、窒化アルミニウムを主体とするグリーンシートに、ＷあるいはＭｏを主体とするメタライズ配線層用ペーストを所定箇所に印刷塗布すると同時に、ＷあるいはＭｏを主成分とし、ＦｅおよびＳｉを合計で０．１〜２重量％、ＮｂＮ、Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも１種を０．５〜２０重量％の割合で含有する抵抗体層用ペーストを印刷塗布した後、非酸化性雰囲気中で同時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】
本発明の窒化アルミニウム質配線基板は、窒化アルミニウム質セラミックスを絶縁基板とするものであり、その表面および／または内部にＷあるいはＭｏを主成分とするメタライズ配線層を具備するものである。
【００１２】
絶縁基板を形成する窒化アルミニウム質絶縁基板は、窒化アルミニウムを主成分として、焼結助剤成分を０．１〜２０重量％の割合で含有する。焼結助剤成分としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｌａなどの周期律表第３ａ族元素化合物および／またはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇなどの周期律表第２ａ族元素化合物、あるいはＬｉ、Ｎａなどの周期律表第１ａ族元素化合物、Ｓｉ化合物などを含有する。
【００１３】
特に、周期律表第３ａ族元素を酸化物換算で０．１〜１５重量％の割合で含有することが望ましく、他の焼結助剤は、周期律表第３ａ族元素化合物とともに、低温での焼結性をさらに促進するものであり、０．１〜１０重量％の割合で含有される。
【００１４】
また、絶縁基板中には、基板を黒色化するために、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの周期律表第４ａ，５ａ、６ａ、７ａ、８族化合物を酸化物換算で０．１〜１０重量％の割合で含有させることも可能である。
【００１５】
一方、メタライズ配線層は、ＷあるいはＭｏを主体とするものであり、その他の成分としては、絶縁基板との同時焼結性を高める上で、絶縁基板と同様な窒化アルミニウム、あるいは窒化アルミニウムと焼結助剤成分等を１０重量％以下の割合で含有する。
【００１６】
さらに、本発明の配線基板において、上記のメタライズ配線層は、主として信号の伝達を担うものでありその電気抵抗が１５ｍΩ／□以下であることが必要であるが、本発明の配線基板によれば、メタライズ配線層以外に、抵抗体層を具備するものである。
【００１７】
この抵抗体層は、ＷあるいはＭｏを主成分とし、ＦｅおよびＳｉを合計で０．１〜２重量％、ＮｂＮ、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１種を０．５〜２０重量％の割合で含有するものである。特に、Ｆｅ＋Ｓｉの含有量を０．１重量％以上とすることにより、ＷあるいはＭｏを主成分とする組成物の抵抗を２０〜２００ｍΩ／□の範囲で制御することができる。但し、Ｆｅ＋Ｓｉ量の上限を２重量％に定めたのは、これ以上含有させても実質抵抗変化がないためである。
【００１８】
また、かかる抵抗体層には、上記のＦｅ＋Ｓｉに加え、ＮｂＮあるいはＡｌ2 Ｏ3 を合計で０．５〜２０重量％の割合で含有させる。このＮｂＮやＡｌ2 Ｏ3 は、Ｆｅ＋Ｓｉとの併用によって、抵抗体の抵抗値制御と同時に絶縁基板への密着性を高めることができる。よって、上記ＮｂＮとＡｌ2 Ｏ3 の合計量が０．５重量％あるいは２０重量％より多いと、密着性が低下し実用に適さなくなる。好適には、１〜１０重量％が適当である。
【００１９】
さらに、この抵抗体層中には、上記の抵抗制御剤や密着性向上剤に加え、前記メタライズ配線層と同様に、絶縁基板と同様なＡｌＮ、あるいはＡｌＮとその焼結助剤成分を１０重量％以下の抵抗体層としての性能を及ぼさない範囲で含有していてもよい。
【００２０】
なお、上記のメタライズ配線層および抵抗体層は、配線基板の表面に形成される他、多層配線化された配線基板においては、その絶縁基板内部に配設することも当然可能である。その場合には、適宜、メタライズ配線層と同様な組成物からなるスルーホール導体を形成して異なる層間の電気的な接続を行えばよい。
【００２１】
次に、上記の窒化アルミニウム質配線基板の製造方法について説明する。まず、絶縁基板を形成するために、原料として、平均粒径が０．８〜２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２〜５ｍ2 ／ｇ、不純物酸素量が０．５〜３．０重量％の窒化アルミニウム粉末に対して、前述したような各種焼結助剤あるいは黒色化材を所定量添加混合し、該混合粉末に有機バインダーと溶媒を添加して調製した成形用原料を用いてドクターブレード法などによりグリーンシートを作製する。
【００２２】
一方、メタライズ配線層用ペーストとして、平均粒径が１〜５μｍのＷあるいはＭｏ粉末に対して、適宜、窒化アルミニウム、前記焼結助剤成分などを所定量添加混合し、さらに、有機バインダー、可塑剤とともに溶媒中にて混合してメタライズペーストを調製する。
【００２３】
また、抵抗体層用ペーストとして、平均粒径が１〜５μｍのＷあるいはＭｏ粉末に対して、ＦｅおよびＳｉを合計で０．１〜２重量％、ＮｂＮ、Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも１種を０．５〜２０重量％の割合で添加混合し、これに有機バインダー、可塑剤とともに溶媒中にて混合して抵抗体層用メタライズペーストを調製する。
【００２４】
そして、上記のようにして調製したメタライズ配線層用ペーストおよび抵抗体用ペーストをグリーンシートの表面の所定箇所にスクリーン印刷法などにより印刷塗布する。なお、配線基板を多層配線化する場合には、複数のグリーンシートに対して、適宜スルーホールを形成してそのホール内にメタライズ配線層用ペーストを充填した後、さらに所定のグリーンシートに回路設計により、メタライズ配線層用ペーストおよび／または抵抗体用ペーストを印刷塗布した後、積層圧着する。
【００２５】
その後、それを窒素中、あるいは水素＋窒素混合雰囲気中で１５５０〜１９００℃の温度で焼成することによりメタライズ配線層および抵抗体層を表面あるいは内部に形成した配線基板を作製することができる。
【００２６】
【実施例】
平均粒径が１．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２．５ｍ2 ／ｇ、不純物酸素量が１．０重量％、陽イオン不純物０．０３重量％以下の窒化アルミニウム粉末に対して、Ｅｒ2 Ｏ3 を８重量％、ＳｒＣＯ3 をＳｒＯ換算で２．５重量％、黒色化材としてＭｏＯ3 を１重量％添加混合した混合粉末を作製し、成形用バインダーとしてアクリル系バインダーと有機溶媒と混練した後、ドクターブレード法により厚さ５００μｍのグリーンシートを作製した。
【００２７】
次に、抵抗体ペーストとして、平均粒径が２μｍのＷあるいはＭｏ粉末、平均粒径が３μｍのＮｂＮ粉末、平均粒径が３μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末、Ｆｅ源としてＦｅ2 Ｏ3 およびＳｉ源としてＳｉＯ2 を用いて、最終組成が表１となるように秤量混合し、その混合物に、セルロール系バインダーを添加混合して、抵抗体層用ペーストを調製した。なお、試料Ｎo.２９、３０については原料のＡｌＮ粉末を添加した。
【００２８】
また、配線層用ペーストとして、平均粒径が２μｍのＷ粉末に対して、ＡｌＮを５重量％、Ｅｒ2 Ｏ3 を０．５重量％添加混合して、その混合物に、セルロース系バインダーを添加混合して、配線層用ペーストを調製した。
【００２９】
そして、前記グリーンシート上に調製した抵抗体層用ペーストおよび配線層用ペーストをスクリーン印刷により印刷塗布した。なお、抵抗体ペーストは、抵抗測定用として幅０．２ｍｍ×長さ３５ｍｍ×厚さ２０μｍ、密着強度測定用として幅２ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ２０μｍに２種を塗布した。また、グリーンシートの一部にはスルーホールを形成して前記配線層用ペーストを充填した。
【００３０】
そして、ペーストが印刷された複数のグリーンシートを積層した後、窒素＋水素混合雰囲気中で１６５０℃の温度で３時間焼成して抵抗体内蔵窒化アルミニウム質配線基板を作製した。絶縁基板の熱伝導率は７５Ｗ／ｍ・Ｋであった。得られた各種配線基板に対して、抵抗体層の単位面積当たりの抵抗を４端子法により測定し、その結果を表１に示した。
【００３１】
また、基板表面に形成された抵抗体層に対して、Ｎｉメッキを施し、ＢＡｇ−８ろうにてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のＴ字型金具をろう付けして、その金具を１ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で垂直方向に引張り、抵抗体層が剥がれた時の荷重（ピール強度）を測定し表１に示した。
【００３２】
【表１】
0003709062.tif 000002
【００３３】
表１の結果から明らかなように、Ｆｅ＋Ｓｉ合計量を０．１〜２重量％の範囲に制御することにより抵抗を２０〜２００ｍΩ／□の範囲で制御できることがわかる。また、ＮｂＮ、Ａｌ2 Ｏ3 を添加することにより、ピール強度２ｋｇｆ以上が達成された。
【００３４】
但し、Ｆｅ＋Ｓｉ量が０．１重量％未満の試料Ｎo.１では、抵抗が２０ｍΩ／□より低く、２重量％を越える試料Ｎo.８では、２重量％添加試料との抵抗の変化はなかった。さらにＮｂＮおよびＡｌ2 Ｏ3 合計量が０．５重量％よりも少ない試料Ｎo.９、１８、あるいは２０重量％を越える試料Ｎo.１７、２３ではいずれもピール強度が２ｋｇｆよりも低く実用的なものではなかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明においては、窒化アルミニウム質セラミックスを絶縁基板とする配線基板において、抵抗体層を絶縁基板と同時焼成により、且つ高い密着性をもって形成することができる結果、抵抗体層の表面形成のみならず内蔵化が可能であり、窒化アルミニウムの高熱伝導性を発揮した配線基板の高密度配線化及び高密度実装化を図ることができる。