JP2001267707A

JP2001267707A - 導体ペースト

Info

Publication number: JP2001267707A
Application number: JP2000073812A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Miura; 和裕三浦; Takeo Anpo; 武雄安保; Masaaki Hayama; 雅昭葉山; Akira Hashimoto; 晃橋本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度のセラミック多層基板に用いる導体ペ
ーストを提供する事を目的とする。【解決手段】導体ペースト中の無機組成物において、
導体成分が９２．０〜９８．５重量％、無機バインダで
あるガラスが１．５〜８．０重量％からなる混合物を無
機成分として、少なくとも溶剤と有機バインダを加え、
無機成分を分散させたものである。この無機組成物の配
合比にすることで、まず前記グリーンシート中のガラス
セラミックの焼結を開始させ、その開始後に導体ペース
ト中の導体粒子の焼結を開始させる為、電極周辺のガラ
スセラミック層のクラックが発生する事がなく、かつ電
極が緻密な膜構造の配線とする事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ＬＳＩなど
を搭載し、かつそれらを相互配線する配線電極用の導体
ペーストに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ＬＳＩ、チップ部品等は小
型、軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も
小型、軽量化が望まれている。このような要求に対し
て、セラミック多層基板は、要求される高密度配線が得
られ、なお薄膜化が可能な事より、今日のエレクトロニ
クス業界において重要視されている。

【０００３】しかし、セラミック多層基板は焼成時に焼
結に伴う収縮が生じる。この焼結に伴う収縮は、使用す
る基板材料、グリーンシート組成、粉体ロットなどによ
り異なる。これにより多層基板の作製においていくつか
の問題が生じている。まず第１に、多層セラミック基板
の作製において内層配線の焼成を行なってから最上層配
線の形成を行なう為、基板材料の平面方向の収縮誤差が
大きいと、最上層配線パターンと寸法誤差の為内層電極
との接続が行えない。その結果、平面方向の収縮誤差を
予め許容するように最上層電極部に必要以上の大きい面
積のランドを形成しなければならず、高密度の配線を必
要とする回路には使用が難しい。その為収縮誤差にあわ
せて最上層配線の為のスクリーン版をいくつか用意して
おき、基板の収縮率に応じて使用する方法が取られるこ
ともある。この方法ではスクリーン版を数多く用意しな
ければならず不経済である。

【０００４】また最上層配線を内層と同時に焼成を行え
ば大きなランドを必要としないが、この同時焼成法によ
っても基板そのものの収縮誤差はそのまま存在するの
で、基板への部品搭載時のクリーム半田印刷において、
その誤差の為必要な部分に印刷できない場合が起こり、
また部品実装においても所定の部品位置とズレが生じ
る。

【０００５】これらの収縮誤差をなるべく少なくする為
には、製造工程において、基板材料およびグリーンシー
ト組成の管理はもちろん、粉体ロットの違いや積層条件
（プレス圧力、温度）を十分管理する必要がある。しか
し、一般に収縮率の誤差は±０．５％程度存在すると言
われている。

【０００６】このことは多層基板にかかわらずセラミッ
ク、およびガラス・セラミックの焼結を伴うものに共通
の課題である。そこで特開平５−１０２６６６号におい
て、低温焼結ガラス・セラミックよりなるグリーンシー
トに電極パターンを形成したものを所望枚数積層し、こ
の積層体の両面、もしくは片面に前記ガラス・セラミッ
ク低温焼結基板材料の焼成温度では焼結しない無機組成
物よりなるグリーンシートで挟み込む様に積層し、前記
積層体を焼成する。しかる後に焼結しない無機組成物を
取り除くという発明がなされた。これにより基板材料の
焼結が厚み方向だけ起こり、平面方向の収縮がゼロの基
板が作製でき上記の様な様々な課題が解決できる。

【０００７】ただし、前記の基板作製方法では、配線基
板として必要とするガラス・セラミックのグリーンシー
ト以外に、前記ガラス・セラミック低温焼結基板材料の
焼成温度では焼結しない無機組成物よりなるグリーンシ
ートを必要とし、また焼成後、焼結しない無機組成物を
配線基板から取り除く工程が必要となる。

【０００８】これに対し、接着層を形成した焼結済みセ
ラミック基板に未焼成グリーンシートを積層し、前記積
層体を焼成する方法がある。

【０００９】これにより基板材料の焼結が厚み方向だけ
起こり、平面方向の収縮がゼロの基板が作製でき、かつ
焼結を抑えるセラミック基板をそのまま配線基板の一部
として使用する事が出来、除去などの工程を省く事とな
っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には幾つかの課題がある。それは、グリーンシー
トの焼結と電極の焼結のマッチングがとれていなけれ
ば、多層基板焼成時に、基板の焼結開始よりも導体材料
の焼結の方を早くし、基板が導体の焼結を抑える事が出
来ず、焼成後電極周辺の基板においてクラックが発生し
てしまう。この為前述の平面方向の収縮を抑えた多層配
線基板を使用する為には前記基板に適応した導体ペース
トが必要となる。

【００１１】本発明は、上記課題を解決するためのもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、少なくともセラミック粉末、ガラスを主
成分として、可塑剤および溶剤を添加して作製する未焼
成グリーンシートに導体ペーストを用いて配線を印刷す
る工程と、焼結済みセラミック基板に接着層を形成する
工程と、前記未焼成グリーンシートを、前記焼結済みセ
ラミック基板の片面もしくは両面に、少なくとも１層を
接着層を介して積層する工程と、前記未焼成グリーンシ
ートを焼成済みセラミック基板に積層した積層体を、焼
成する工程を有するセラミック多層基板の製造方法に用
いられる導体ペーストであり、導体ペースト中の無機組
成物において、導体成分が９２．０〜９８．５重量％、
無機バインダであるガラスが１．５〜８．０重量％から
なる混合物を無機成分として、少なくとも溶剤と有機バ
インダを加え、無機成分を分散させたことを特徴とする
導体ペーストとしたものである。

【００１３】上記の無機組成物の配合比にすることで、
まず前記グリーンシート中のガラスセラミックの焼結を
開始させ、その開始後に導体ペースト中の導体粒子の焼
結を開始させる為、電極周辺のガラスセラミック層のク
ラックが発生する事がなく、かつ電極が緻密な膜構造の
配線とする事が出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
少なくともセラミック粉末、ガラスを主成分として、可
塑剤及び溶剤を添加して作製する未焼成グリーンシート
に導体ペーストを用いて配線を印刷する工程と、焼結済
みセラミック基板に接着層を形成する工程と、前記未焼
成グリーンシートを、前記焼結済みセラミック基板の片
面もしくは両面に、少なくとも１層を接着層を介して積
層する工程と、前記未焼成グリーンシートを焼成済みセ
ラミック基板に積層した積層体を、焼成する工程を有す
るセラミック多層基板の製造方法に用いられる導体ペー
ストであり、導体ペースト中の無機組成物において、導
体成分が９２．０〜９８．５重量％、無機バインダであ
るガラスが１．５〜８．０重量％からなる混合物を無機
成分として、少なくとも溶剤と有機バインダを加え、無
機成分を分散させたことを特徴とする導体ペーストとし
たものである。

【００１５】上記の無機組成物の配合比にすることで、
まず前記グリーンシート中のガラスセラミックの焼結を
開始させ、その開始後に導体ペースト中の導体粒子の焼
結を開始させる為、電極周辺のガラスセラミック層のク
ラックが発生する事がなく、かつ電極が緻密な膜構造の
配線とする事が出来る。

【００１６】本発明の請求項２記載の発明は導体ペース
ト中に使用されているガラスフリットの軟化温度が４０
０〜６５０℃の範囲である事を特徴とする請求項１記載
の導体ペーストである。

【００１７】上記温度範囲にすることにより、低い温度
でガラスが軟化し、導体とアルミナ基板の間に入り、密
着させる為、導体の焼結収縮をアルミナとの摩擦で抑制
し、結果として電極の収縮によるクラックをなくするこ
とができる。

【００１８】本発明の請求項３記載の発明は導体ペース
ト中に使用されているガラスフリットの粒径が５．０〜
８．０μｍのものを含むことを特徴とする請求項１記載
の導体ペーストである。

【００１９】上記のように、粒子径を粗くすることで、
軟化温度の低いガラスを使用しても導体粒子の焼結収縮
を助長することなく焼成することができ、電極の収縮に
よるクラックをなくすることができる。

【００２０】本発明の請求項４記載の発明は導体ペース
ト中の導体粒子の粒径が６．０〜１０．０μｍのものを
含むことを特徴とする請求項１記載の導体ペーストであ
る。

【００２１】上記粒子径により、導体ペーストの焼成時
に、導体粒子の焼結収縮を抑えて焼成し、電極の収縮に
よるガラスセラミックス層のクラックをなくすることが
できる。

【００２２】本発明の請求項５記載の発明は導体成分と
して銅、銀、銀パラジウム、銀白金、金のうちの少なく
とも１種類を含むことを特徴とする請求項１記載の導体
ペーストである。

【００２３】上記のペーストにする事で、セラミック配
線基板に必要な低い抵抗値の配線電極とすることが出来
る。

【００２４】以下に本発明の実施の形態について説明す
る。

【００２５】（実施の形態１）以下に、本発明のセラミ
ック多層基板の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。

【００２６】図１において（ａ）は本発明の一実施の形
態であるセラミック多層基板の製造方法におけるスクリ
ーン版を使用してガラスセラミックグリーンシート上に
導体ペーストを印刷する工程の模式図を示している。
（ｂ）はセラミック基板上熱可塑性樹脂の接着層を形成
する模式図を示している。（ｃ）は同グリーンシートを
セラミック基板に積層する工程の模式図を示している。
（ｄ）は焼成後の多層基板の模式図を示している。

【００２７】以下に形成方法を説明する。未焼成のガラ
スセラミックグリーンシート１上にスクリーン版２で、
スキージ３を用いて導体ペースト４を印刷し、導体パタ
ーン５を形成する。導体ペーストは、粒子径６．０μｍ
の銀を使用し、ガラスフリットは、粒子径５．５μｍ、
軟化温度６２５℃のものを添加している。そして、ガラ
スフリットの添加量を変えたものを作製して、比較を行
っている。添加量を（表１）に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】次にセラミック基板６上にセラミックスキ
ージ７を用いて熱可塑性樹脂の接着層８を形成する。前
記接着層は４５０℃で完全に除去される熱可塑性樹脂を
使用している。次に前記導体パターン５を形成したグリ
ーンシート１に接着層８を形成したセラミック基板６に
積層する。この状態で熱圧着して積層体９を形成した。
熱圧着温度は１３０℃で行った。次に前記積層体をピー
ク温度９００℃、１０分、ｉｎ−ｏｕｔ１時間の焼成
を行う事で接着層８の除去されたセラミック多層基板１
０を得た。

【００３０】この時の各ペーストを基板の断面観察によ
り比較した。（Ａ）は導体の焼結は進んでいたが、ガラ
スセラミックス層のクラックが発生していた。（Ｇ），
（Ｈ）は焼結状態が悪く、高密度配線の電極パターンと
しては適さないものであった。この中で（Ｂ）〜（Ｆ）
が焼成後のガラスセラミックス層のクラックが発生しな
く、緻密な電極状態であり、特に（Ｃ）のガラスフリッ
ト添加量が３重量％のペーストが、最も電極状態が良か
った。以上のことより、導体成分が９２．０〜９８．５
重量％、無機バインダであるガラスが１．５〜８．０重
量％からなる混合物を無機成分とした導体ペーストが、
電極周辺のガラスセラミック層のクラックが発生する事
がなく、かつ電極が緻密な膜構造の配線とする事が出来
る事が解る。

【００３１】（実施の形態２）以下に、本発明の導体ペ
ーストについて説明する。

【００３２】ここでのパターン形成の工程、焼成の工程
は、（実施の形態１）と同じ形成方法を行っている（図
示せず）。

【００３３】この時使用した導体ペーストは、粒子径
８．０μｍの金を使用し、ガラスフリットは、粒子径
６．２μｍのものを４．０重量％添加している。そし
て、ガラスフリットの軟化温度を（表２）に示す。表に
示す様に、軟化温度を変えて複数のペーストを作製して
いる。

【００３４】

【表２】

【００３５】この時のそれぞれのペーストを多層基板の
断面観察により比較すると、（Ｉ）は導体の焼結は進ん
でいたが、ガラスセラミックス層のクラックが発生して
いた。（Ｏ），（Ｐ）においても、ガラスセラミックス
層のクラックが発生していた。この中で（Ｊ）〜（Ｎ）
がガラスセラミックス層のクラックもなく、緻密な電極
状態であり、特に（Ｋ）の軟化温度４６５℃のガラスフ
リットを添加したペーストが、最も電極状態が良かっ
た。以上のことより、導体ペースト中に使用されている
ガラスフリットの軟化温度を４００〜６５０℃の範囲と
することで、低い温度でガラスが軟化し、導体とアルミ
ナ基板の間に入り、密着させる為、導体の焼結収縮をア
ルミナとの摩擦で抑制し、結果として電極の収縮による
クラックをなくすることができるのが解る。

【００３６】（実施の形態３）以下に、本発明の導体ペ
ーストについて説明する。

【００３７】ここでのパターン形成の工程、焼成の工程
は、（実施の形態１）と同じ形成方法を行っている（図
示せず）。

【００３８】この時使用した導体ペーストは、粒子径
８．５μｍの銀パラジウムを使用し、ガラスフリット
は、軟化温度５７５℃のものを７．０重量％添加してい
る。そして、ガラスフリットの粒子径を（表３）に示
す。表に示す様に、粒子径を変えて複数のペーストを作
製している。

【００３９】

【表３】

【００４０】この時のそれぞれのペーストを比較する
と、（Ｑ），（Ｒ）は焼成後電極の周囲のガラスセラミ
ック層に電極収縮によるクラックが発生していた。
（Ｗ）（Ｘ）においてもガラスセラミックス層にクラッ
クが発生していた。この中で（Ｓ）〜（Ｖ）が焼成後、
ガラスセラミック層のクラックの発生が無く、緻密な電
極状態であり、特に（Ｕ）にある粒子径７μｍのペース
トが、最も電極の状態が良かった。以上のことより、ガ
ラスフリットの粒径が５．０〜８．０μｍにすること
で、軟化温度の低いガラスを使用しても導体粒子の焼結
収縮を助長することなく焼成することができ、電極の収
縮によるクラックをなくすることができることが解る。

【００４１】（実施の形態４）以下に、本発明の導体ペ
ーストについて説明する。

【００４２】ここでのパターン形成の工程、焼成の工程
は、（実施の形態１）と同じ形成方法を行っている（図
示せず）。

【００４３】この時使用した導体ペーストは、銀白金を
使用し、ガラスフリットは、軟化温度４００℃で粒子径
８．０μｍのものを４．０重量％添加している。そし
て、ペースト中に添加している導体粒子の粒子径を（表
４）に示す。表に示す様に、粒子径を変えて複数のペー
ストを作製している。

【００４４】

【表４】

【００４５】この時のそれぞれのペーストを比較する
と、（Ｙ），（Ｚ）は焼成後電極周囲のガラスセラミッ
ク層にクラックが発生していた。（ＡＦ），（ＡＧ）は
焼結状態が悪く、高密度配線の電極パターンとしては適
さないものであった。この中で（ＡＡ）〜（ＡＥ）が焼
成後のガラスセラミック層にクラックが発生しなく、電
極も緻密な状態も良好であった。特に（ＡＣ）にある粒
子径８．０μｍのペーストが、最も電極状態が良かっ
た。以上のことより、導体粒子の粒径が６．０〜１０．
０μｍにする事で、導体ペーストの焼成時に、導体粒子
の終結収縮を抑えて焼成し、電極の収縮によるガラスセ
ラミックス層のクラックをなくすることが出来る事が解
る。

【００４６】なお、以上の説明では４つの実施の形態で
説明したが、導体ペースト中の無機組成物において、導
体成分が９２．０〜９８．５重量％、無機バインダであ
るガラスが１．５〜８．０重量％からなる混合物を無機
成分として、少なくとも溶剤と有機バインダを加え、無
機成分を分散させ、ガラスフリット軟化温度が４００〜
６５０℃の範囲であり、ガラスフリットの粒径が５．０
〜８．０μｍであり、導体ペースト中の導体粒子の粒径
が６．０〜１０．０μｍであるならば同様に実施可能で
ある。

【００４７】また、本実施の形態では、導体成分として
銀、銀パラジウム、銀白金、金を使用しているが、銅、
銀、銀パラジウム、銀白金、金のうちの少なくとも１種
類を含むペーストであれば同様の結果を得られるもので
ある。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明は特に、導体ペース
ト中の無機組成物において、導体成分が９２．０〜９
８．５重量％、無機バインダであるガラスが１．５〜
８．０重量％からなる混合物を無機成分として、少なく
とも溶剤と有機バインダを加え、無機成分を分散させた
ことを特徴とする導体ペーストとしたものであり、上記
の無機組成物の配合比にすることで、まず前記グリーン
シート中のガラスセラミックの焼結を開始させ、その開
始後に導体ペースト中の導体粒子の焼結を開始させる
為、電極周辺のガラスセラミック層のクラックが発生す
る事がなく、かつ電極が緻密な膜構造の配線とする事が
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるセラミック多層
基板の製造方法を説明するための模式図

【符号の説明】

１ガラスセラミックグリーンシート２スクリーン版３スキージ４導体ペースト５導体パターン６セラミック基板７セラミックスキージ８接着層９積層体１０セラミック多層基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者葉山雅昭大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者橋本晃大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB35 CC12 CC22 DD45 DD47 DD52 GG16 5E343 AA23 BB23 BB24 BB25 BB55 BB74 BB77 ER39 FF04 GG20 5E346 AA15 CC32 CC38 CC39 DD13 EE23 GG04 GG06 HH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともセラミック粉末、ガラスを主
成分として、可塑剤及び溶剤を添加して作製する未焼成
グリーンシートに導体ペーストを用いて配線を印刷する
工程と、焼結済みセラミック基板に接着層を形成する工
程と、前記未焼成グリーンシートを、前記焼結済みセラ
ミック基板の片面もしくは両面に、少なくとも１層を接
着層を介して積層する工程と、前記未焼成グリーンシー
トを焼成済みセラミック基板に積層した積層体を、焼成
する工程を有するセラミック多層基板の製造方法に用い
られる導体ペーストであり、導体ペースト中の無機組成
物において、導体成分が９２．０〜９８．５重量％、無
機バインダであるガラスが１．５〜８．０重量％からな
る混合物を無機成分として、少なくとも溶剤と有機バイ
ンダを加え、無機成分を分散させたことを特徴とする導
体ペースト。
【請求項２】導体ペースト中に使用されているガラス
フリットの軟化温度が４００〜６５０℃の範囲である事
を特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
【請求項３】導体ペースト中に使用されているガラス
フリットの粒径が５．０〜８．０μｍのものを含むこと
を特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
【請求項４】導体ペースト中の導体粒子の粒径が６．
０〜１０．０μｍのものを含むことを特徴とする請求項
１記載の導体ペースト。
【請求項５】導体成分として銅、銀、銀パラジウム、
銀白金、金のうちの少なくとも１種類を含むことを特徴
とする請求項１記載の導体ペースト。