JP2006108399A

JP2006108399A - フェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト及びその導電性ペーストを用いたフェライト多層回路基板

Info

Publication number: JP2006108399A
Application number: JP2004293186A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ogura; 晋一小倉; Hiroshi Ochi; 博越智; Hiromasa Miyoshi; 宏昌三好
Original assignee: Kyoto Elex Co Ltd
Current assignee: Kyoto Elex Co Ltd
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: JP4024787B2

Abstract

【課題】フェライトグリーンシートと同時焼成した場合に、得られる導体の密着強度と導電性が良好であって、焼成後の基板の反りの少ないフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペーストを提供すること。
【解決手段】Ａｇ粉末に、ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂から選ばれる少なくとも１種類の無機酸化物を被覆してなる導体粉末を有機ビヒクル中に分散させる。
【選択図】なし

Description

本発明は高密度実装回路基板や電子部品（フェライト積層素子）の製造に用いられるフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト及びその導電性ペーストを用いたフェライト多層回路基板に関する。

高密度実装回路基板や電子部品（フェライト積層素子）としてフェライト多層回路基板が幅広く用いられている。そのフェライト多層回路基板は一般にフェライトグリーンシート積層法によって次のような手順で製造される。

まず、複数枚のフェライトグリーンシートに層間接続用のビアホールをパンチング、レーザー加工などで形成した後、それぞれのフェライトグリーンシートのビアホールに導電性ペーストを穴埋め印刷にて充填してビア導体を形成し、その後、各フェライトグリーンシートに導電性ペーストを用いて配線パターンをスクリーン印刷により形成する。次いで、これら複数枚のフェライトグリーンシートを積層・熱圧着した後、各フェライトグリーンシートと印刷導体とを同時焼成してフェライト多層回路基板が製造されている。

フェライト積層素子の電極は電気抵抗が低いことが要求されるので、電極構成材料として低い固有電気抵抗を有する金属を用いる必要がある。そのため、電極形成用導電ペーストの導電成分として、Ａｇが一般的に用いられる。また、フェライトの焼成温度が高くなる場合、高温での焼成に耐えられるＡｇ−Ｐｄが導電成分として用いられる。このように、フェライト多層回路基板の電極には、ＡｇやＡｇ−Ｐｄを導電成分とする導電ペーストが用いられている。しかし、Ａｇ系の導体とフェライトグリーンシートを同時焼成すると、両者の収縮挙動が大きく異なるという不都合がある。すなわち、Ａｇ系の導電性ペーストは、Ａｇが約４００℃付近から熱収縮するのに対して、フェライトグリーンシートは約７００℃で熱収縮を開始するのが一般的である。このため、Ａｇ系の導体とフェライトグリーンシートを同時焼成すると、両者の収縮率の差が温度上昇に伴って拡大し、両者の接合部に大きな熱応力が発生して焼成基板が反ったり、接合部の接合強度が低下して接合部が剥がれることがある。そこで、導電性ペーストの密着強度を高めるために、ＡｇやＡｇ−Ｐｄを導電成分とする導電ペーストにガラスフリットなどを添加すると、フェライトグリーンシートとの同時焼成の際にフェライト構成成分とガラスの反応により電気特性を劣化させるという問題が生じた。そこで、これらの問題を解決せんとして、例えば、特許文献１には、フェライト積層体の内部電極形成用の導電ペーストとして、Ａｇ粉末とＡｕレジネートまたはＰｔレジネートを所定の割合で配合し、これを有機ビヒクルと混練してなる導電ペーストが開示されている。
特開平６−２１５６２０号公報

しかしながら、導体中にＡｕやＰｔのレジネートを添加した場合、電気抵抗値の上昇につながり性能が低下することや、高価な元素であるＡｕやＰｔ等を添加することはコストの上昇にもつながるという欠点がある。

本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、フェライトグリーンシートと同時焼成した場合に、得られる導体の密着強度と導電性が良好であって、焼成後の基板の反りの少ないフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト及びその導電性ペーストを用いたフェライト多層回路基板を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、Ａｇ粉末に、ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂から選ばれる少なくとも１種類の無機酸化物を被覆してなる導体粉末を有機ビヒクル中に分散させたことを特徴としている。

Ａｇ粉末を導電成分とする導体とフェライトグリーンシートの同時焼成時の両者の収縮率の差を小さくするためには、Ａｇ粉末に被覆する無機酸化物の種類が重要である。この無機酸化物としては、ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂が好ましい。ＳｎＯ₂はＡｇとの親和力が強くてＡｇと強固に結合するので、ＡｇはＳｎＯ₂で確実に被覆され、一方、ＳｉＯ₂はフェライトとの親和力が強いから、ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂いずれの無機酸化物でＡｇ粉末を被覆した場合においても接着成分としての機能を果たし、フェライトとＡｇ粉末の熱収縮挙動が近似したものになることが期待できる。そこで、適正量のＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂でＡｇ粉末を被覆することにより、フェライトグリーンシートと同時焼成した場合に、得られる導体の密着強度と導電性が良好であって、焼成後の基板の反りが少なくなるのである。

しかし、Ａｇ粉末に対する無機酸化物の被覆量が少なすぎると、フェライトとの収縮率の差を低減する効果が小さく、一方、Ａｇ粉末に対する無機酸化物の被覆量が多すぎると、電気抵抗値の上昇を招くことになる。そこで、無機酸化物の被覆量は、Ａｇ粉末の重量に対して、０．０５〜０．８０重量％の範囲（Ａｇ粉末と被覆した無機酸化物の合計で１００重量％）であるのが好ましい。

Ａｇ粉末の平均粒径が０．３μｍ未満では、焼成時の熱収縮開始温度が低くなりすぎ、Ａｇ粉末に無機酸化物を被覆しても、フェライトとの収縮率の差が拡大する。そこで、Ａｇ粉末の平均粒径は、０．３μｍ以上とするのが好ましい。一方、Ａｇ粉末の平均粒径が５．０μｍを超えると、微細な配線パターンを形成することが難しくなる。そこで、Ａｇ粉末の平均粒径は、５．０μｍ以下とするのが好ましい。Ａｇ粉末に無機酸化物であるＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂を被覆する方法としては、例えば、適切な有機溶媒中で適切な触媒を用いて、Ａｇ粉とＳｎまたはＳｉ含有有機化合物と水を反応（加水分解と縮合によるゾル・ゲル反応）させて、ＳｎＯ₂系ゲルコーティング膜またはＳｉＯ₂系ゲルコーティング膜をＡｇ粉末の表面に形成させ、乾燥させるという方法（以下、本明細書において、「ゾル・ゲル法」という）を採用することができる。乾燥後ケーキ状に凝集していれば、これを粉砕機で粉砕することにより、ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂を被覆したＡｇ粉末を得ることができるが、この方法以外の他の被覆法を採用することももちろんできる。

なお、本明細書において、平均粒径とは、マイクロトラック社製レーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合の累積グラフにおける５０容積％での粒径をいう。

導電性ペーストにおける導体粉末と有機ビヒクルとの割合は、一般的な配合割合が採用できる。例えば、導体粉末重量部：有機ビヒクル重量部＝７０：３０〜９０：１０が好ましい。導体粉末が７０重量部未満（有機ビヒクルが３０重量部超）では、導体の電気抵抗値が高くなり、電気特性が低下するので好ましくない。導体粉末が９０重量部超（有機ビヒクルが１０重量部未満）では、適正なペースト粘度が得られず、ビアホールへの充填および配線パターン形成の作業効率が低下するので好ましくない。

そこで、上記範囲の配合比とすることにより、導体ペーストの粘度がビアホールへの穴埋め充填性と配線パターン印刷性とを両立できる適度な粘度となるとともに、焼成開始から有機物の熱分解開始温度である約４００℃近くに昇温するまでの有機物の熱分解による印刷導体の減量が少なく、導体の電気特性を安定化させることができる。

有機ビヒクルは、バインダー樹脂（例えば、エチルセルロース系樹脂、アクリル系樹脂など）と、有機溶剤（例えば、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテートなど）を含み、必要に応じて可塑剤を添加することができる。

複数のフェライト焼結層と前記フェライト焼結層の内部および／または表面に形成される導電部分を有するフェライト多層回路基板において、以上のように構成される導電性ペーストを焼成したものが導電部分であれば、基板の反りが発生せず、電気抵抗値の低いフェライト多層回路基板を提供することができる。

本発明によれば、フェライトグリーンシートと同時焼成した場合に、得られる導体の密着強度と導電性が良好であって、焼成後の基板の反りの少ないフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト及びその導電性ペーストを用いたフェライト多層回路基板を提供することができる。

図１は本実施形態の製造工程で製造するフェライト多層回路基板の一例を示す縦断面図、図２は本実施形態の製造工程の流れを示すフローチャートである。以下、製造工程順に説明する。

（１）グリーンシートの成形
まず、フェライト多層回路基板用のフェライトグリーンシート１を、フェライトのスラリーを用いてドクターブレード法等でテープ成形する。この際、フェライトとしては、４０モル％以上のＦｅ₂Ｏ₃を含むフェライト粉末（Ｍ^IIＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｍ^II＝Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄなど）を用いることができる。

（２）グリーンシートの切断とビアホールの穴あけ加工
この後、テープ成形したフェライトグリーンシート１を所定の寸法に切断した後、所定の位置にビアホール２、３をパンチング加工する。径の大きい方のビアホール３は、搭載電子部品（図示せず）の熱を放散するためのサーマルビアを形成するビアホールであり、径の小さい方のビアホール２は層間の配線パターン４を接続するビア導体を形成するビアホールである。

（３）ビアホールへの導電性ペーストの穴埋め印刷と配線パターン印刷
本発明の範囲内の特定の平均粒径を有するＡｇ粉末に所定量の無機酸化物（ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂のうち少なくとも１種類を含むもの）を被覆した導体粉末（例えば、８５重量部）に対して、エチルセルロースをターピネオールで溶解した有機ビヒクル（例えば、１５重量部）を添加し、３本ロールミルのようなミキシング装置を用いて十分混練・分散することにより、導電性ペーストを得ることができる。

この導電性ペーストを用いて、ビアホール２、３の穴埋め印刷および層間配線パターン４、表層配線パターン５、裏面配線パターン６、部品搭載ランド７の印刷を行う。

本発明の導電性ペーストにガラスフリットやＳｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｍｎ等の酸化物や有機化合物を導電性を低下させない程度に添加することは可能で、基板との密着強度の更なる向上や基板とのなじみを改善する上で効果的である。

なお、配線パターン印刷用導体とビアホール穴埋め印刷用導体は、同じ組成とすることも、異なる組成とすることもできる。ビアホールに穴埋め印刷したビア導体とフェライトグリーンシートとの収縮率の差が大きいと、ビア導体と配線パターンとの接合部で断線が発生することがあるので、ビア導体では焼結抑制剤としてのガラスフリットや金属酸化物の配合量を多くすることで、焼成時のビア導体の収縮挙動をフェライトグリーンシートの収縮挙動に近づけてビア導体の断線を防ぐようにし、一方、導体ペースト中のガラスフリットや金属酸化物の配合量を多くすると印刷導体の電気抵抗値が大きくなるため、フェライトグリーンシート上に印刷する配線パターンはガラスフリットや金属酸化物の配合量が少ない導体ペーストを用いて配線抵抗値を小さくすることが好ましい。このような観点から、必要に応じて、配線パターン印刷用導体とビアホール穴埋め印刷用導体を異なる組成にすることができる。

（４）積層・圧着
印刷終了後、各層のグリーンシート１を積層し、この積層体を例えば、６０〜１５０℃、０．１〜３０ＭＰａの条件で加熱圧着して一体化する。

（５）焼成
この後、グリーンシート１の積層体を、昇温速度＝約１０℃／分、焼成ピーク温度＝８００〜１０００℃（好ましくは９００℃前後）、ピーク温度で１０〜３０分保持の条件により空気雰囲気で焼成し、グリーンシート１の積層体を、層間配線パターン４、表層配線パターン５、裏面配線パターン６、部品搭載ランド７およびビアホール２、３穴埋め導体と同時に焼成してフェライト多層回路基板を製造することができる。

なお、焼成工程でグリーンシート１の積層体の上下両面にアルミナグリーンシートを積層し、この状態で積層体を加圧しながら、８００〜１０００℃（好ましくは、９００℃前後）で焼成した後、焼成基板の両面からアルミナグリーンシートの残存物を除去して、フェライト多層回路基板を製造することもできる。この焼成法によれば、焼結温度が高いアルミナグリーンシートは、８００〜１０００℃程度の温度では熱収縮しないので、フェライトグリーンシート積層体を上下両面で拘束するアルミナグリーンシートが熱収縮抑制シートとして作用し、フェライトグリーンシート積層体を構成する各グリーンシートの水平面内の熱収縮を抑えることができるという利点が期待できる。

以下に、本発明の好ましい実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において適宜変更と修正が可能である。

下記表１および表２に示すＡｇ粉末に対してゾル・ゲル法でＳｎＯ₂もしくはＳｉＯ₂を同表に示す重量％だけ被覆した導電性粉末８５重量部（Ａｇ粉末と被覆した無機酸化物の合計で１００重量％）に対して、有機ビヒクル（エチルセルロースをターピネオールで溶解したもの）を１５重量部添加して、３本ロールミルを用いて十分に混練・分散することにより導電性ペーストを得た。

フェライトグリーンシートとして、ＭｎＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃（Ｆｅ₂Ｏ₃＝４０モル％）粉末のスラリーをテープ成形してなる厚さ２００μｍのフィルムを５層積層したものの表面に、表１と表２に示す配合を有する導電性ペーストを用いてアスペクト比２２０のラインと２mm×２mmのパッドをスクリーン印刷により形成した。スクリーン印刷したフェライトグリーンシートを１２０℃で１０分間乾燥した後、ベルト式焼成炉にて、ピーク温度９００℃、ピーク温度保持時間２０分の条件で焼成した。そして、得られたフェライト基板の導体シート抵抗値と密着強度と基板の反りを次に説明するような方法で測定した。

（導体シート抵抗）
一般的な２端子法に基づいて各基板の印刷ラインを形成する導体の抵抗値（Ω）を測定し、シート抵抗値（ｍΩ／□／１０μｍ）は下式により算出した。結果を表１と表２に示す。次式によるシート抵抗値は、２．５ｍΩ／□／１０μｍ以下であることが好ましい。

シート抵抗（ｍΩ／□／１０μｍ）
＝((測定抵抗値(Ω)×導体幅（mm))／導体長さ(mm))×(導体厚み(μｍ)／10μｍ)×1000

（密着強度）
シート抵抗値の測定後、各フェライト基板を脱脂し、希硫酸で洗浄後、触媒化処理し、各フェライト基板の導体上に無電解Ｎｉメッキに次いで無電解Ａｕメッキを施した。そして、図３に示すように、フェライトグリーンシート１１上のＮｉ−Ａｕメッキを施した導体パッド１２に対して、直径０．６５mmの軟銅線１３を半田１４（Ｓｎ／Ｐｂ＝６０／４０重量比）により固定した。その軟銅線付きフェライトグリーンシートを引張試験機のチャックで把持して軟銅線を２０mm／分の速度で引っ張ったときの強度（軟銅線が剥がれるときの引張り強さ）を測定し、下式により密着強度（Ｎ／２mm□）を算出した。結果を表１と表２に示す。次式による密着強度は、１０Ｎ／２mm□以上であることが好ましい。

密着強度（Ｎ／２mm□）＝引張り強さ（Ｎ）／２mm□

（基板の反り）
シート抵抗測定前に、焼成後のフェライト基板を定盤上に載置して、フェライト基板が定盤に密着して浮き上がった部分がないかどうかを目視観察し、フェライト基板が定盤に密着していると認められれば「反り無し」（記号○）と評価し、少しでもフェライト基板が定盤から浮き上がっていると認められれば「反り有り」（記号×）と評価した。結果を表１と表２に示す。

表１、表２に明らかなように、本発明の実施例１〜２０に係るものは、密着強度およびシート抵抗ともに良好であり、基板に反りは見られなかった。

しかし、比較例１と３は、Ａｇ粉末が無機酸化物で被覆されていないので密着強度が低く、焼成時のＡｇ粉末の収縮量が大きいので焼成後の基板に反りが見られた。

また、比較例２と４は、Ａｇ粉末に対する無機酸化物の被覆量が多すぎるのでシート抵抗値が高く、多量の無機酸化物によってＡｇ粉末の焼結が阻害されるので密着強度が低く、無機酸化物に囲まれてＡｇ粉末の収縮量が不充分であったので、基板に反りが見られた。

本発明の一実施形態の製造工程で製造したフェライト多層回路基板の一例の断面を模式的に示す図である。フェライト多層回路基板の製造工程の一例のフローチャートである。密着強度の測定方法を説明するための図である。

符号の説明

１フェライトグリーンシート
２ビアホール
３ビアホール
４層間配線パターン
５表層配線パターン
６裏面配線パターン
７部品搭載ランド
１１フェライトグリーンシート
１２導体パッド
１３軟銅線
１４半田

Claims

Ａｇ粉末に、ＳｎＯ₂またはＳｉＯ₂から選ばれる少なくとも１種類の無機酸化物を被覆してなる導体粉末を有機ビヒクル中に分散させたことを特徴とするフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト。
無機酸化物の被覆量が、Ａｇ粉末の重量に対して０．０５〜０．８０重量％の範囲である請求項１記載のフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト。
Ａｇ粉末の平均粒径が、０．３〜５．０μｍである請求項１または２記載のフェライト多層回路基板の導電部形成用導電性ペースト。
複数のフェライト焼結層と前記フェライト焼結層の内部および／または表面に形成される導電部分を有するフェライト多層回路基板であって、前記導電部分は請求項１または２２記載の導電性ペーストを焼成して形成されたものであることを特徴とするフェライト多層回路基板。