(57)【要約】      （修正有）【課題】AlN基板を850℃以上の高い温度に曝すこと無くビアを形成する方法及び該方法で使用する金属ペーストを提供する。【解決手段】窒化アルミニウム基板１に、サンドブラストによって、ビア用の孔４を形成する工程、該孔内に金属ペースト３をスクリーン印刷する工程、次いで、充填された金属ペーストをピーク温度350〜750℃で焼成する工程、を含むことを特徴とするビアの製造方法。【選択図】図１
2006005253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）窒化アルミニウム基板に、サンドブラストによって、ビア用の孔を形成する工程、
（２）該孔内に金属ペーストをスクリーン印刷する工程、次いで、
（３）充填された金属ペーストをピーク温度350〜750℃で焼成する工程、
を含むことを特徴とするビアの製造方法。
【請求項２】
工程（３）の後に、
（４）前記窒化アルミニウム基板を所定の厚みまで研磨する工程、
をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記工程（１）が、
（１ａ）基板の一の面から所定の深さまでサンドブラストによって切削する工程、次いで
（１ｂ）前記切削された位置を、前記一の面と反対側の面からサンドブラストにより切削して、略鼓形状のビア用孔を形成する工程、
を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記工程（４）が、バフ研磨により行われることを特徴とする請求項２または３項記載の方法。
【請求項５】
前記金属ペーストが、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金から選ばれる少なくとも１種の貴金属を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記金属ペーストが、前記ペースト総重量の70〜95wt％の、銀とパラジウムを含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
銀とパラジウムが、重量比80〜100：0〜20で含まれることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
銀とパラジウムが、夫々、球状粒子であり且つ全粒子数の少なくとも80％が0.1〜1.0μmの粒径を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記金属ペーストが、全粒子数の少なくとも80％が0.5〜4.0μmの粒径を有する銀、パラジウム、銀及びパラジウム、又は、銀とパラジウムの合金の球状粒子を、ペースト中の金属重量の合計の０〜８０％で更に含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の方法により得られるビアを有する窒化アルミニウム基板を含む光素子搭載用サブマウント。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項記載の方法により得られるビアを有する窒化アルミニウム基板を含む高周波素子搭載用基板。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項記載の方法により得られるビアを有する窒化アルミニウム基板を含むミリ波レーダーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビアの製造方法及びビアフィル用厚膜ペーストに関する。より詳細には、窒化アルニミウム基板を劣化することの無い低温で焼成可能な厚膜ペースト及び該厚膜ペーストを用いて、窒化アルニミウム基板中に良好なビアを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高集積化、高速化及び高出力化に伴い、これらの素子から発生する熱を外部に放出する必要がある。この対応策として、高熱伝導率を有する窒化アルミニウム(AlN)基板が用いられている。しかし、素子の発熱により基板温度が上昇すると、窒化アルミニウムの熱伝導率が低下してしまう。該低下を補う方法として、基板に孔を開け、該孔中に高温でも高い熱伝導率を有する金属を埋め込み、サーマルビア（Via)を形成することが行われている。サーマルビアを形成するための方法としては以下のものが知られている。第１の方法は、AlNグリーンシートにパンチングにより孔を開け、該孔の中にタングステン、モリブデン、銅等のペーストを印刷法または押し込み法により充填し、1700〜1900℃で、それらの金属が酸化しないN2やH2雰囲気中で共焼結して形成する方法である（例えば特許文献１段落0019）。第２の方法はグリーンシートを焼成した後に、レーザー加工もしくは超音波加工等で孔を開け、上記金属ペーストを充填して、該ペーストを600〜1400℃で焼成する方法である（例えば特許文献１段落0020）。第３の方法は、窒化アルミニウム多層配線基板に孔を開けて、キュアし、該孔の中に、銅、ニッケル等をメッキ法により析出させて該孔を埋める方法である（特許文献２第0019段落）。
【０００３】
【特許文献１】特開平9-36274号公報
【特許文献２】特開平6-13491号公報
【０００４】
しかし、第１の高温共焼結法は、プロセスが複雑で長時間を必要とし、得られるビアの位置精度に欠ける。また、タングステン、モリブデン、銅等は、不活性雰囲気中で焼成しなければ酸化してしまう。第３のメッキ工法によるビアは、ピンホールができ易く、基板との密着性でも問題がある。第２の方法では、これらの問題は無いが、レーザー加工もしくは超音波加工による孔には、ペーストが保持され難く、ペースト焼結後に基板から脱離してしまう場合がある。また、通常、厚膜金属ペーストは850℃以上での焼成が必要であるが、焼結されたAlN基板を、850℃以上の温度に曝すとAlNの分解が起こり、基板の放熱特性が悪くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、AlN基板を850℃以上の高い温度に曝すこと無くビアを形成する方法、及び、850℃よりも低い温度で焼成可能されて、ピンホールが無く、且つ、基板から脱離することの無いビアを与える金属ペーストを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明は、（１）窒化アルミニウム基板に、サンドブラストによって、ビア用の孔を形成する工程、
（２）該孔内に金属ペーストをスクリーン印刷する工程、次いで、
（３）充填された金属ペーストをピーク温度350〜750℃で焼成する工程、
を含むことを特徴とするビアの製造方法である。
また、本発明は、上記方法において使用する金属ペーストであって、夫々、球状粒子であり且つ全粒子数の少なくとも80％が0.1〜1.0μmの粒径を有する銀とパラジウムを含むことを特徴とする金属ペーストである。
【発明の効果】
【０００７】
上記本発明の方法に拠れば、従来より低温の焼成によって、ピンホールが無く、且つ、基板との密着性が良いビアを形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の方法を、図面を参照して説明する。最初に、（１）窒化アルミニウム基板１を準備する。窒化アルミニウム基板１は、公知の粉末成形法、単層もしくは２層以上のグリーンシートを焼成したものであってもよい。基板の厚みは用途に応じて適宜選択することができるが、典型的には100〜300μmである。
【０００９】
次いで、（２）サンドブラストによって基板２にビア孔を形成する。好ましくは、（２ａ）一の面から所定の深さまで切削した後、（２ｂ）基板を裏返して他の面から該切削された箇所に相当する部分を再びサンドブラストして、孔を貫通することが好ましい。その理由は、サンドブラストによる孔はテーパー状になるので、一の面からのみサンドブラストすると、基板が厚い場合等、開口径が大きくなりすぎる場合があるからである。両面からサンドブラストすると、略鼓形状の孔となるが、驚くことに、該孔にペーストを印刷すると、ペーストからの脱泡がよりスムーズになることが見出された。さらに、サンドブラストにより切削された表面は、ある程度粗くなっているので、ペーストとの密着性も高まる。
【００１０】
（３）得られたビア孔に金属ペーストをスクリーン印刷により充填する。スクリーン印刷は、簡易な装置で、大面積のファインパターンを形成できるので好都合である。印刷に使用するスクリーン、装置等は、通常、ビアの印刷に使用されているものであってよい。次いで、焼成ピーク温度350〜750℃、好ましくは500〜650℃で大気焼成して、メタライズしてビアを得る。該ビアは、サーマルビアに限られず、導電ビアを兼ねていてもよい。
【００１１】
（４）基板の両面もしくは片面を研磨して、所定の厚みにする。研磨方法としては、平面研磨、ロータリー研磨等の砥石研磨、及び、CMP等が挙げられ、好ましくは砥石研磨が使用される。
【００１２】
次に、上記本発明の方法において使用される金属ペーストについて説明する。金属としては、空気中で焼成可能な高熱伝導性の貴金属、例えば、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、及びこれらの合金が挙げられる。好ましくは、銀、パラジウム及びこれらの合金が使用される。金、白金、又はロジウムが使用される場合には、これらの重量の合計が金属総重量の２重量％以下であることが好ましい。より好ましくは、銀：パラジウムが重量比80〜100：0〜20で使用される。
【００１３】
好ましくは、上記各金属の球状微細紛が使用される。例えば銀、パラジウム、金は、その全粒子数の少なくとも80％の数の粒子が、0.1〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.8μmの粒径を有する。即ち、粉の粒径が0.1μm未満である粒子個数が全粒子個数の10％未満であり、粒径1.0μm、好ましくは0.8μmを超える粒子個数が全粒子数の10％未満である。斯かる粒径分布を有する粒子の例として、単分散微細紛が挙げられる。また、白金、ロジウムは、その全粒子数の少なくとも80％の数の粒子が0.1〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.6μmの粒径を有する。より好ましくは、高結晶性単分散微細紛が使用される。高結晶性紛は、結晶度の高い粒子であり、形状が球に近く、後述する有機バインダーに対する濡れ性が高いので、金属ペーストの固形分を高くすることができる。
【００１４】
上記単分散微細粉に加えて、粒径が0.5〜4.0μm、好ましくは1.0μm超2μm以下の、銀、金、パラジウム各球状紛、又は、銀とパラジウムの合金の球状紛を、総金属粉重量の0〜80％で含んでよい。斯かる球状紛を加えることで、金属ペースト焼成後のクラック、剥がれ等の構造欠陥を抑制することができる。配合量はビア径のサイズ、深さに応じて、適宜設定することが好ましい。なお、本発明において粒径は、電子顕微鏡写真上で約100粒の粒子について測定し、最小粒径から10番目の粒径と最大粒径から10番目の粒径を夫々下限値及び上限値とした。なお、当業界において周知であるように、粒子は完全な球形ではなく、所謂、多面体であるので、粒径には約10％程度の誤差が含まれることが了解されるべきである。
【００１５】
上記各金属は共沈紛であってもよい。また、パラジウム、白金、ロジウムは、それらのレジネートを使用してもよい。
【００１６】
上記金属成分は、ペースト総重量の70〜95wt％、望ましくは82〜94wt％配合される。残部は、高分子有機バインダー、例えばエチルセルロース、アクリル樹脂、PVB、ポリエステル樹脂、及び、ロジン変性樹脂等と、溶剤、例えばターピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エチルヘキサノール、ミネラルスピリット・等、及び、可塑剤(DBP、TCP、DEP)から成る。
【００１７】
さらに、無機添加物として、ペースト総重量の1 ｗt％以下の量の、Al2O3、ZrO2,  AlN、TiO2、SiC等の無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、或いはガラス粉末等を添加してもよい。これらの無機添加物は、粉末としてペースト中に混合する方法以外に、上記貴金属粉の表面上に0.5μm以下の微粉として物理吸着させる方法、  或いはこれらの無機物をレジネート等の有機金属として使用する方法がある。
【００１８】
本発明のペーストを用いて、本発明の方法により得られるAlN基板は、任意の用途に使用可能である。なかでも、高い放熱性が要求される用途に好適であり、例えば、光デバイスを搭載するためのサブマウント、及び、高周波素子搭載用基板として好適である。 
【００１９】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
実施例１、２ ミリ波レーダーモジュール用基板
ミリ波レーダーモジュール用回路が形成されているAlN基板（２インチ角    ×250μm、商品名FAN-200、200W/ｍ・K、商品名FAN-230、230 W/ｍ・K、各古河機械金属（株）製）に、サンドブランストにより約200μm深さまで穿孔し、基板を裏返して、孔が貫通するまで約50μm穿孔し、外径約 200 μｍのサーマルビア孔を２個形成した。該孔に、スクリーン印刷により、下記組成の銀・パラジウムペーストを刷り込んだ。
ペースト組成
銀                             82 重量％
パラジウム                      8  
エチルセルロース                1  
ターピネオール                  9  
次いで、基板を 120℃で 10分乾燥した後、ピーク温度600℃で約７〜10分、100℃以上のインアウト約１時間の焼成プロフィールで大気焼成して銀・パラジウムをメタライズした。得られた基板の両面をバフ研磨して、基板厚み100μmのミリ波レーダーモジュール用基板を２枚得た。
【００２１】
比較例１
特許文献１、実施例１記載の方法に従い、窒化アルミニウムグリーンシートとタングステンペーストとを共焼成して、ミリ波レーダーモジュール用基板を得た。
【００２２】
得られた基板上に定法に従いミリ波レーダー素子を搭載して、出力を測定した。比較例１で得られた出力を100％としたときの、各基板の出力を下記表に示す。
【表１】
2006005253.tif 000003
表１に示すように、本発明の基板を用いたミリ波レーダ出力は、従来の基板を用いたものより、30％以上高い。
【００２３】
実施例３、４ 半導体レーザー用サブマウント
実施例１と同様にして、厚み200μmと、300μmのサブマウント基板を作成した。
【００２４】
比較例２
比較例１と同様にして、共焼成によりサブマウント基板を４枚作成した。
【００２５】
光出力の温度変化の測定
得られた各サブマウント基板上にLD（409 nm、658nm)を夫々搭載し、光ピックアップモジュールを作成した。各モジュールを恒温室に入れ、温度を25℃、50℃、75℃に保ち、各温度における発光強度を測定して、平均値（ｎ＝10）を取った。結果を下表２及び３に示す。
【表２】
2006005253.tif 000004
【表３】
2006005253.tif 000005
【００２６】
表２及び３において、出力低下率は、（25℃での出力−75℃での出力）／（25℃での出力）×100（％）である。表より明らかなように、本発明のペーストを用いて、本発明の方法により得られるビアを有する基板は、放熱特性が優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の基板は、発熱する素子を搭載するための基板として好適である。また、該基板は、本発明の方法により、簡易な工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ AlN基板
３ 金属ペースト
４ ビア
【図１】
2006005253.tif 000006