JP2006236921A - Conductive paste, ceramic wiring board using it and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide conductive paste for a via capable of providing long-term reliability without causing a defect such as a crack around a via conductor; and to provide a ceramic wiring board using it. <P>SOLUTION: This conductive paste contains at least metal powder, glass powder and an organic constituent. In the conductive paste, the glass powder is formed of glass having a wetting angle of 90-180° at 900°C with respect to a metal plate of the same kind of the metal powder. The ceramic board is formed of a low temperature-baked ceramic material capable of being baked at a temperature below 1,000°C. In glass constituting the via conductor, the wetting angle at 900°C of its glass powder with respect to a metal plate formed of a constituent metal of the via conductor is 90-180°. The via conductor comprises a metal continuous phase and a glass dispersion phase. A minute and discontinuous space is present in at least either of a boundary between the via conductor and the low temperature-baked ceramic board and a boundary the metal phase and the glass phase in the via conductor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、低温焼成セラミック焼結体と好適に同時焼成できる導体ペーストとこれを具備したセラミック配線基板とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a low-temperature fired ceramic sintered body, a conductor paste that can be suitably fired simultaneously, a ceramic wiring board having the conductor paste, and a method for manufacturing the same.

一般に、配線基板は、絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設された構造からなる。
また、この配線基板を用いた代表的な例として、半導体素子、特にLSI(大規模集積回路素子)等の半導体集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パッケージがある。
In general, a wiring board has a structure in which a metallized wiring layer is disposed on or inside an insulating substrate.
As a typical example using this wiring board, there is a semiconductor element housing package for housing a semiconductor element, particularly a semiconductor integrated circuit element such as an LSI (Large Scale Integrated Circuit element).

これらの半導体素子収納用パッケージは、一般にアルミナセラミックス等の電気絶縁材料を用いており、その絶縁基板の表面および、内部にかけてW、Mo等の高融点金属粉末から成る複数個のメタライズ配線層が形成される。
さらに、その絶縁基板下面には接続パッドが形成されており、その接続パッドには適当な接続端子が取り付けられ、外部回路基板と電気的に接続する。
絶縁基板上面に搭載された半導体素子は、蓋体によって気密に封止された構造からなる。
These semiconductor element storage packages generally use an electrically insulating material such as alumina ceramics, and a plurality of metallized wiring layers made of refractory metal powders such as W and Mo are formed on the surface and inside of the insulating substrate. Is done.
Further, a connection pad is formed on the lower surface of the insulating substrate, and an appropriate connection terminal is attached to the connection pad to be electrically connected to the external circuit board.
The semiconductor element mounted on the upper surface of the insulating substrate has a structure hermetically sealed by a lid.

また、最近では、半導体素子収納用パッケージにおける絶縁基板として、前記アルミナセラミックス等に代えて、メタライズ配線層にCu、Agなどの低抵抗金属を用いることができる1000℃前後で焼成可能なセラミック材料が用いられる傾向にあり、例えば、ガラス粉末にセラミックフィラー粉末を添加し焼成してなる、いわゆるガラスセラミックスなどの絶縁材料が提案されている。   Also, recently, ceramic materials that can be fired at around 1000 ° C. that can use a low-resistance metal such as Cu or Ag for the metallized wiring layer in place of the alumina ceramics as the insulating substrate in the package for housing semiconductor elements. For example, an insulating material such as so-called glass ceramics, which is obtained by adding a ceramic filler powder to a glass powder and firing it, has been proposed.

前記ガラスセラミックスからなる絶縁基板の表面と内部のうち少なくとも一方に銅を主成分とするメタライズ配線層を形成する具体的方法としては、ガラスセラミックス原料粉末、有機バインダーに溶剤を添加して調製したスラリーをドクターブレード法などによってシート状に成形し、得られたグリーンシートに貫通孔を打ち抜き加工し、該貫通孔に銅を主成分とする導体ペーストを充填してビアホール導体を形成し、同時にグリーンシート上に銅を主成分とする導体ペーストを配線パターン状にスクリーン印刷法などで印刷形成し、配線パターンやビアホール導体が形成されたグリーンシートを複数枚加圧積層し、800〜1000℃で焼成することにより作製される。   As a specific method for forming a metallized wiring layer containing copper as a main component on at least one of the surface and the inside of the insulating substrate made of glass ceramic, a slurry prepared by adding a solvent to a glass ceramic raw material powder and an organic binder Is formed into a sheet shape by a doctor blade method, etc., and through holes are punched into the obtained green sheet, and via hole conductors are formed by filling the through holes with a conductor paste mainly composed of copper. A conductive paste containing copper as a main component is printed on a wiring pattern by screen printing or the like, and a plurality of green sheets on which wiring patterns and via-hole conductors are formed are pressure-laminated and fired at 800 to 1000 ° C. It is produced by this.

この場合に、焼成により形成されたビア導体や配線層が、その後、基板からの剥離、脱落等の不都合を生じず、充分にガラスセラミックス層に融着固定されることが重要である。
このため、例えば、特許文献1には、導体ペースト中に金属との濡れ角が30度以下といった濡れ性が良好なガラスを添加し、基板との接着強度を高める手法が提案されている。
In this case, it is important that the via conductor and the wiring layer formed by firing are sufficiently fused and fixed to the glass ceramic layer without causing inconveniences such as peeling and dropping from the substrate.
For this reason, for example, Patent Document 1 proposes a method in which a glass having good wettability such as a wetting angle with a metal of 30 degrees or less is added to the conductor paste to increase the adhesive strength with the substrate.

しかるに、この手法の導体ペーストをビアホール用導体に適用した場合、ビア導体と基板との接着強度が高すぎ、セラミック材料との焼成収縮挙動の不一致や、熱膨張率差による応力を緩和できず、セラミックやビア導体中にクラックが発生したり、セラミックとビア導体の界面にセパレーションが発生したりするという課題が懸念される。   However, when the conductor paste of this technique is applied to the conductor for the via hole, the adhesive strength between the via conductor and the substrate is too high, the mismatch of the firing shrinkage behavior with the ceramic material, and the stress due to the difference in thermal expansion coefficient cannot be relieved, There is a concern that cracks may occur in the ceramic or via conductor, or separation may occur at the interface between the ceramic and via conductor.

上述のクラックやセパレーションの発生防止策としては、次のような事例が挙げられる。
例えば、特許文献2には、導体材料とセラミック材料の収縮挙動を一致させる手法として、セラミック材料よりも焼結温度が高い導電性の金属酸化物を添加することが開示されており、収縮挙動の不一致と導体抵抗の上昇の2つの課題を解決している。
Examples of measures for preventing the occurrence of cracks and separation are as follows.
For example, Patent Document 2 discloses that a conductive metal oxide having a sintering temperature higher than that of a ceramic material is added as a method for matching the shrinkage behavior of a conductor material and a ceramic material. It solves the two problems of mismatch and increased conductor resistance.

また、ビア導体の直径と充填率によるクラックの発生率への影響を的確に捉え、例えばビア直径が0.2mmの場合には、ビア充填率を90%にすることでクラックの発生を抑制する提案もなされている(特許文献3)。
さらに、特許文献4には、ビアメタライズ中にWや無機ホウ素化合物からなる無機空孔形成剤を添加し、焼成中に発泡現象を誘発しビア導体中に空孔を導入し、熱応力を緩和しクラックが抑制できることが開示されている。
Further, the influence of the via conductor diameter and the filling rate on the crack generation rate is accurately grasped. For example, when the via diameter is 0.2 mm, the crack generation is suppressed by setting the via filling rate to 90%. Proposals have also been made (Patent Document 3).
Furthermore, Patent Document 4 adds an inorganic pore forming agent made of W or an inorganic boron compound during via metallization, induces a foaming phenomenon during firing, introduces pores into the via conductor, and relieves thermal stress. It is disclosed that cracks can be suppressed.

特開2000−182435公報JP 2000-182435 A 特開平8−242049号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-242049 特開平10−270854号公報JP-A-10-270854 特開2002−176236号公報JP 2002-176236 A

しかしながら、特許文献2の方法では導電性金属酸化物としてIn、SnOを採用しているが、これらの物質はアルカリに対して可溶であるためメッキ処理を施すことが困難であると同時に、水分浸入による絶縁抵抗の劣化が懸念される。 However, in the method of Patent Document 2, In 2 O 3 and SnO are adopted as conductive metal oxides, but these substances are soluble in alkali, so that it is difficult to perform plating treatment. At the same time, there is a concern about the deterioration of insulation resistance due to moisture intrusion.

また特許文献3および4の方法では、例えば、図3に示されているように、ビア中には無数の球に近い形状の空隙が存在することとなる。
これらの空隙は独立してはいるものの、その数の多さから、ほんのわずかな製造条件の変動により水分浸入が発生し、長期信頼性の低下が懸念される。
Further, according to the methods of Patent Documents 3 and 4, for example, as shown in FIG. 3, there are numerous voids in a shape close to an infinite number of spheres in the via.
Although these voids are independent, due to the large number of them, moisture intrusion occurs due to a slight change in production conditions, and there is a concern that long-term reliability may be reduced.

従って、本発明は上記問題点に鑑み案出されたものであって、その目的はメッキ処理が可能でかつ低抵抗でありながら、熱膨張差による応力でビア導体の周囲にクラックが発生するのを防止でき、さらにはビア導体とセラミック相との間に水分浸入が可能なセパレーションが発生するのを防ぎ良好な長期信頼性を実現することができるビア用導体ペーストとこれを用いたセラミック配線基板とその製造方法を提供するにある。   Accordingly, the present invention has been devised in view of the above problems, and its purpose is that cracks are generated around the via conductor due to the stress due to the difference in thermal expansion while being capable of plating and having low resistance. In addition, a via conductor paste capable of preventing the occurrence of separation that allows moisture to enter between the via conductor and the ceramic phase and realizing good long-term reliability, and a ceramic wiring board using the paste And a method of manufacturing the same.

本発明によれば、金属粉末とガラス粉末と有機成分とを少なくとも含有してなる導体ペーストであって、前記ガラス粉末が、前記金属粉末と同種の金属板との900℃に於ける濡れ角が90〜180度のガラスからなることを特徴とする導体ペーストが提供される。     According to the present invention, a conductive paste comprising at least a metal powder, a glass powder, and an organic component, wherein the glass powder has a wetting angle at 900 ° C. between the metal powder and the same type of metal plate. A conductive paste is provided which is made of glass of 90 to 180 degrees.

本発明に係るビア用メタライズは、金属粉末とガラス粉末と有機成分とを含有してなる導体ペーストであって、該ガラス粉末として900℃における前記金属粉末と同種の金属板との濡れ角が90〜180度の範囲にあるものを選択使用した点を特徴とする。   The metallization for via according to the present invention is a conductor paste containing a metal powder, a glass powder, and an organic component, and the glass powder has a wetting angle of 90 ° C. between the metal powder and the same kind of metal plate. It is characterized in that it is selected and used within a range of ~ 180 degrees.

上記の導体ペーストをセラミック層のビア孔に充填し、焼成して得られたビア導体は、ビア導体とセラミック層との境界部及びビア導体内部の金属相とガラス相との境界部のうち少なくとも一方に微細で不連続の隙間状空隙が形成され、これにより、熱膨張差による応力が緩和されてビア導体の周囲にクラックが発生するのを防止でき、さらにはビア導体とセラミック相との間への水分浸入が可能なセパレーションの発生を防ぎ良好な長期信頼性を実現することができる。
即ち、濡れ角が90度以上であることにより焼結中に金属相とガラス相(ビア導体内部)、或いは、基体セラミックと金属相及び/又はガラス相(基体・ビア導体境界部)との濡れ角が大きくなり、上述のような空隙を効果的に形成し熱膨張差による応力を緩和しクラックの発生を防止できる。
Via conductors obtained by filling the conductor paste with the via holes in the ceramic layer and firing are at least a boundary portion between the via conductor and the ceramic layer and a boundary portion between the metal phase and the glass phase inside the via conductor. On the one hand, a fine and discontinuous gap-like gap is formed, which can relieve stress due to the difference in thermal expansion and prevent cracks around the via conductor, and further, between the via conductor and the ceramic phase. It is possible to prevent the occurrence of separation that allows moisture to penetrate into the water and achieve good long-term reliability.
That is, when the wetting angle is 90 degrees or more, wetting between the metal phase and the glass phase (inside the via conductor) or between the base ceramic and the metal phase and / or the glass phase (base / via conductor boundary) during sintering. A corner becomes large, the above voids can be effectively formed, stress due to a difference in thermal expansion can be relieved, and cracks can be prevented from occurring.

又、上記導体ペーストは、ガラス粉末の含有量が、金属粉末100体積%当たり5〜40体積%であることが好ましい。
ガラス粉末の含有量を5体積%以上にすることにより金属粉末とセラミックとの収縮挙動差を緩和することが出来る。
また、ビア導体とセラミック相との結合を強固にし、セパレーションの発生を防止し長期信頼性が向上する。
ガラス粉末の含有量を40体積%以下にすることによりビア導体の抵抗値の上昇を防止することが出来る。
前記ガラス粉末の含有量は16〜30体積%であることが特に好ましい。
The conductor paste preferably has a glass powder content of 5 to 40% by volume per 100% by volume of the metal powder.
By making the content of the glass powder 5% by volume or more, the difference in shrinkage behavior between the metal powder and the ceramic can be alleviated.
In addition, the connection between the via conductor and the ceramic phase is strengthened, and the occurrence of separation is prevented, thereby improving long-term reliability.
By setting the content of the glass powder to 40% by volume or less, an increase in the resistance value of the via conductor can be prevented.
The content of the glass powder is particularly preferably 16 to 30% by volume.

更に、前記ガラス粉末は、900℃における前記金属粉末と同種の金属板との濡れ角が異なる2種類以上のガラス粉末からなることが好ましい。
これにより、空隙を効果的に発生させる機能と水分の浸入を防ぐ機能とを同時に発現させることができるため、クラックと長期信頼性の両方を効果的に満足させることが出来る。
Furthermore, it is preferable that the said glass powder consists of 2 or more types of glass powder in which the wetting angles with the said metal powder and the same kind of metal plate in 900 degreeC differ.
As a result, the function of effectively generating voids and the function of preventing the ingress of moisture can be expressed at the same time, so that both cracks and long-term reliability can be satisfied effectively.

特に、前記2種類以上のガラスは、第一のガラスの前記濡れ角が90〜140度であり、第二のガラスの濡れ角が130〜180度であることが望ましく、これにより、上述のような不連続の微小隙間状空隙を形成し熱膨張差による応力を緩和しクラックの発生を防止できる。   In particular, it is desirable that the two or more types of glass have a wetting angle of the first glass of 90 to 140 degrees and a wetting angle of the second glass of 130 to 180 degrees. By forming a continuous discontinuous minute gap, the stress due to the difference in thermal expansion can be relieved and the occurrence of cracks can be prevented.

更に、前記ガラス粉末の軟化点が700〜900℃であることが好ましく、軟化点を700℃以上にすることにより、金属粉末の焼結を抑制し、セラミック基板との収縮挙動を整合させることが出来るため、セパレーションの発生を防止することが出来る。
また軟化点を900℃以下にすることにより、ビア導体中のガラスが軟化し、大きな空隙を塞ぎ、水分の浸入を防止し、長期信頼性を向上させることが出来る。
Furthermore, it is preferable that the softening point of the glass powder is 700 to 900 ° C. By setting the softening point to 700 ° C. or higher, sintering of the metal powder can be suppressed and the shrinkage behavior with the ceramic substrate can be matched. As a result, separation can be prevented.
In addition, by setting the softening point to 900 ° C. or less, the glass in the via conductor is softened to block a large gap, prevent moisture from entering, and improve long-term reliability.

また前記金属粉末はCuまたはAgであることが望ましく、いずれの場合においても導体の低抵抗化が実現できると共に、焼成温度を1000℃以下に設定できるため、ローコスト化が達成できる。   The metal powder is preferably Cu or Ag. In any case, the resistance of the conductor can be reduced, and the firing temperature can be set to 1000 ° C. or lower, so that low cost can be achieved.

本発明によれば、又、セラミック基板と金属及びガラスからなるビア導体とを少なくとも具備してなる配線基板であって、前記セラミック基板が1000℃以下の温度で焼結可能な低温焼成セラミック材料からなる低温セ焼成セラミック基板であり、前記ビア導体を構成するガラスは、該ガラス粉末と前記ビア導体の構成金属からなる金属板との900℃に於ける濡れ角度が90〜180度であり、且つ、前記ビア導体が金属の連続相と該金属連続相中に分散して存在するガラス分散相からなると共に前記ビア導体と前記低温焼成セラミック基板との境界又はビア導体内部に於ける前記金属相と前記ガラス相との境界のうちの少なくともいずれか一方には、微細で不連続の隙間状空隙が存在することを特徴とするセラミック配線基板が提供される。   According to the present invention, there is also provided a wiring substrate comprising at least a ceramic substrate and a via conductor made of metal and glass, wherein the ceramic substrate is made of a low-temperature fired ceramic material that can be sintered at a temperature of 1000 ° C. or lower. The glass constituting the via conductor has a wetting angle of 90 ° to 180 ° at 900 ° C. between the glass powder and the metal plate made of the constituent metal of the via conductor, and The via conductor is composed of a metal continuous phase and a glass dispersed phase dispersed in the metal continuous phase, and the metal phase at the boundary between the via conductor and the low-temperature fired ceramic substrate or inside the via conductor; Provided is a ceramic wiring board characterized in that fine and discontinuous gap-like voids exist in at least one of the boundaries with the glass phase. That.

本発明のセラミック配線基板は、ビア導体が、例えば、本発明の上記導体ペーストを用いて形成されることにより金属連続相とガラス分散相からなると共にビア導体と低温焼成セラミック基板との境界又はビア導体内部に於ける金属相とガラス相との境界に、微細で不連続の隙間状空隙が存在することが構成上の顕著な特徴である。
即ち、この空隙の形状は、図3に示されているような球体ではなく、例えば、図2に示したような隙間状のものである。
又、空隙は必ずしも鉛直方向に形成されているとは限らず、傾きを有していたり、曲線形状になっていたりしても良い。
In the ceramic wiring board of the present invention, the via conductor is formed by using, for example, the above-described conductor paste of the present invention, and the boundary between the via conductor and the low-temperature fired ceramic substrate or via is formed. It is a prominent feature of the structure that fine and discontinuous gap-like voids exist at the boundary between the metal phase and the glass phase inside the conductor.
That is, the shape of the gap is not a sphere as shown in FIG. 3, but a gap as shown in FIG. 2, for example.
In addition, the gap is not necessarily formed in the vertical direction, and may have an inclination or a curved shape.

上記本発明のセラミック配線基板に於いて、前記空隙は、空隙の界面部の平行方向の長さがビア導体の高さの10分の1以下であることが好ましい。
この長さがビア導体の高さの10分の1以下であることにより、水分の浸入を防止できると共に、たとえ水分が浸入した場合でも途中で浸入が止まり、絶縁抵抗の劣化を防止できる。
In the above-described ceramic wiring board of the present invention, it is preferable that the gap has a length in the parallel direction of the interface portion of the gap that is one tenth or less of the height of the via conductor.
When this length is one-tenth or less of the height of the via conductor, it is possible to prevent moisture from entering, and even when moisture enters, the penetration stops halfway and deterioration of insulation resistance can be prevented.

又、前記空隙の界面部の垂直方向の空隙厚みがビア導体の直径の50分の1以下であることが好ましい。
この厚みが50分の1以下であることにより熱応力によるクラックを抑制することが出来、さらに水分の浸入を防止できる。
また、たとえ水分が浸入した場合でも途中で浸入が止まり、絶縁抵抗の劣化を防止できる。
Moreover, it is preferable that the gap | interval thickness of the perpendicular direction of the interface part of the said gap | interval is 1/50 or less of the diameter of a via conductor.
When the thickness is 1/50 or less, cracks due to thermal stress can be suppressed, and moisture can be prevented from entering.
Further, even when moisture enters, the intrusion stops midway, and deterioration of the insulation resistance can be prevented.

更に、本発明は、少なくともセラミック粉末を含有してなるグリーンシートに貫通孔を形成する工程と、該貫通孔に請求項1乃至7のいずれかに記載の導体ペーストを充填する工程と、かくして得られたビア導体を有するグリーンシートを焼成する工程を具備することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法をも提供する。   Furthermore, the present invention provides a step of forming a through hole in a green sheet containing at least a ceramic powder, a step of filling the through hole with the conductor paste according to any one of claims 1 to 7, and There is also provided a method for producing a ceramic wiring board, comprising a step of firing a green sheet having a via conductor.

本発明に係るビア導体メタライズ用の導体ペーストは、焼結中に於ける金属相とガラス相との濡れ角が大きく、これにより、焼結後に、ビア導体と基板セラミック層との境界部やビア内部の金属相とガラス相との境界部に、不連続の微小隙間状空隙が形成され、この空隙の生成により熱膨張差による応力を緩和しクラックの発生が防止される。
従って、得られたセラミック配線基板は、メッキ処理が可能でかつ低抵抗でありながら、熱膨張差による応力でビア導体の周囲にクラックが発生するのを防止でき、さらにはビア導体とセラミック相との水分浸入が可能なセパレーションの発生を防ぎ良好な長期信頼性を実現することができる。
The conductor paste for via conductor metallization according to the present invention has a large wetting angle between the metal phase and the glass phase during sintering. A discontinuous minute gap is formed at the boundary between the internal metal phase and the glass phase, and the generation of this gap relaxes the stress due to the difference in thermal expansion and prevents the generation of cracks.
Therefore, the obtained ceramic wiring board can be plated and has a low resistance, but can prevent cracks from being generated around the via conductor due to the stress due to the difference in thermal expansion. It is possible to prevent the occurrence of separation that allows moisture to enter, and to realize good long-term reliability.

以下、本発明の内容を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の配線基板の一例を示すもので、絶縁基板の表面あるいは内部にメタライズ配線層が配設された、いわゆる配線基板の基礎的構造のものであるが、図1は、その代表例としての半導体素子収納用パッケージの概略断面図である。
Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example of a wiring board according to the present invention, which is a basic structure of a so-called wiring board in which a metallized wiring layer is disposed on the surface or inside of an insulating substrate. It is a schematic sectional drawing of the package for a semiconductor element as an example.

図1の半導体素子収納用パッケージは、絶縁基板1と蓋体2とメタライズ配線層3と接続端子4およびパッケージの内部に収納される半導体素子5により構成され、絶縁基板1及び蓋体2は半導体素子5を内部に気密に収容するための容器6を構成する。
つまり、絶縁基板1は上面に半導体素子5が載置収容され半導体素子5はガラス、樹脂等の接着剤を介して絶縁基板1に接着固定される。
1 includes an insulating substrate 1, a lid 2, a metallized wiring layer 3, a connection terminal 4, and a semiconductor element 5 accommodated inside the package. The insulating substrate 1 and the lid 2 are made of a semiconductor. A container 6 for accommodating the element 5 in an airtight manner is formed.
That is, the semiconductor element 5 is placed and accommodated on the upper surface of the insulating substrate 1, and the semiconductor element 5 is bonded and fixed to the insulating substrate 1 through an adhesive such as glass or resin.

また、絶縁基板1には半導体素子5が載置された周辺から下面にかけて複数個のメタライズ配線層3が被着形成されており、3a(表層配線)、3b(ビア導体)、3c(内層配線)に細別される。   A plurality of metallized wiring layers 3 are deposited on the insulating substrate 1 from the periphery to the lower surface where the semiconductor element 5 is placed, and 3a (surface layer wiring), 3b (via conductor), 3c (inner layer wiring). ).

更に絶縁基板1の下面には多数の接続パッド4aが設けられており、メタライズ配線層3と電気的に接続されている。
この接続パッド4aの表面には半田(錫−鉛合金)などのロウ材から成る突起状端子4bが外部回路基板(図示せず)への接続端子として取着されている。
この突起状端子4bの取付け方法としては、球状もしくは柱状のロウ材を接続パッド4aに並べる方法と、スクリーン印刷法によりロウ材を接続パッド4a上に印刷する方法がある。
なお、接続パッド4aと電気的に接続されたメタライズ配線層3は、半導体素子5の各電極とボンディングワイヤを介して電気的に接続されることにより、半導体素子5の電極は、接続パッド4aと電気的に接続されることになる。
Further, a number of connection pads 4 a are provided on the lower surface of the insulating substrate 1 and are electrically connected to the metallized wiring layer 3.
A protruding terminal 4b made of a brazing material such as solder (tin-lead alloy) is attached to the surface of the connection pad 4a as a connection terminal to an external circuit board (not shown).
As a method for attaching the protruding terminals 4b, there are a method in which spherical or columnar brazing materials are arranged on the connection pads 4a and a method in which a brazing material is printed on the connection pads 4a by a screen printing method.
The metallized wiring layer 3 electrically connected to the connection pad 4a is electrically connected to each electrode of the semiconductor element 5 via a bonding wire, so that the electrode of the semiconductor element 5 is connected to the connection pad 4a. It will be electrically connected.

この発明に係るビア用メタライズペーストは、少なくとも金属粉末とガラスと有機成分を含有してなる導体ペーストであって、前記ガラスの900℃における前記金属粉末と同種の金属板との濡れ角が90〜180度であることを特徴とする。
例えば、メタライズ金属としての銅との濡れ角を90度以上にすることにより、上述のような空隙を形成することができ、熱応力によるクラックが防止できる。
濡れ角は好ましくは100〜170度、さらには110〜160度が最も好ましい。
The metallized paste for vias according to the present invention is a conductor paste containing at least metal powder, glass and an organic component, and has a wetting angle of 90 to 90 ° C. between the metal powder and the same kind of metal plate at 900 ° C. It is characterized by 180 degrees.
For example, by setting the wetting angle with copper as the metallized metal to 90 ° or more, the above-described voids can be formed and cracks due to thermal stress can be prevented.
The wetting angle is preferably 100 to 170 degrees, more preferably 110 to 160 degrees.

前記金属粉末としては、メタライズ用の導電性金属であれば特に限定されることなく用いることが出来るが、導電抵抗が低く安定である点から、銅(Cu)、銀(Ag)の粉末が好適に用いられる。
金属粉末は、平均粒径が1〜5μm、特に2〜3μmのものが好ましい。
The metal powder can be used without particular limitation as long as it is a conductive metal for metallization, but copper (Cu) and silver (Ag) powders are preferable from the viewpoint of low conductive resistance and stability. Used for.
The metal powder preferably has an average particle diameter of 1 to 5 μm, particularly 2 to 3 μm.

前記ガラスとしてはSiO−B−Al、SiO−B−Al−アルカリ土類酸化物系が挙げられる。
尚、上記ガラスに用いられるアルカリ土類酸化物としては、MgO、CaO、SrO、BaO等を例示出来る。
Examples of the glass include SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 and SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —alkaline earth oxides.
Examples of the alkaline earth oxide used for the glass include MgO, CaO, SrO, BaO and the like.

またこのビア用メタライズは、前記金属粉末100体積%に対して、前記ガラスの含有量が5〜40体積%であることが好ましい。
ガラス量を5体積%以上にすることにより、ビアメタライズの収縮を抑制し、セラミック基材部との収縮挙動差によるセパレーションを防止できる。
一方、ガラス量を40体積%以下にすることによりビア導体の抵抗値を低くすることが出来る。
ガラス添加量としてはより好ましくは10〜35体積%、さらには16〜30体積%が最も好ましい。
Moreover, it is preferable that this metallization for via | veer is 5-40 volume% of content of the said glass with respect to 100 volume% of said metal powder.
By making the amount of glass 5% by volume or more, shrinkage of via metallization can be suppressed, and separation due to a difference in shrinkage behavior from the ceramic substrate part can be prevented.
On the other hand, the resistance value of the via conductor can be lowered by setting the glass amount to 40% by volume or less.
The amount of glass added is more preferably 10 to 35% by volume, and most preferably 16 to 30% by volume.

さらに前記ガラスは濡れ角が異なる2種類以上のガラスからなることがより好ましく、これにより空隙を効果的に発生させる部分と水分の浸入を防ぐ部分のメリハリが出来、クラック抑制と長期信頼性の両方をより好適に満たすことが出来る。   Further, the glass is more preferably composed of two or more kinds of glasses having different wetting angles, which makes it possible to sharpen the part that effectively generates voids and the part that prevents the ingress of moisture, both crack suppression and long-term reliability. Can be more suitably satisfied.

例えば、第1のガラスとしては、900℃における銅との濡れ角が90〜140度が好ましい。
濡れ角を90度以上にすることにより、焼結中の金属相とガラス相との濡れ角が大きくなり、上述のような空隙を形成し熱膨張差による応力を緩和しクラックの発生を防止できる。
また濡れ角を140度以下にすることにより空隙の大きさを小さくすることが出来、水分浸入を防止し、長期信頼性が向上する。
より好ましくは100〜130度、さらには110〜120度が最も好ましい。
For example, as the first glass, the wetting angle with copper at 900 ° C. is preferably 90 to 140 degrees.
By setting the wetting angle to 90 degrees or more, the wetting angle between the metal phase and the glass phase during sintering is increased, and the above-described voids are formed to relieve stress due to the difference in thermal expansion and prevent the occurrence of cracks. .
In addition, by setting the wetting angle to 140 degrees or less, the size of the gap can be reduced, moisture intrusion can be prevented, and long-term reliability can be improved.
More preferably, it is 100 to 130 degrees, and more preferably 110 to 120 degrees.

第2のガラスとしては、900℃における銅との濡れ角が130〜180度が好ましい。
濡れ角を130度以上にすることにより、焼結中に金属相とガラス相との濡れ角が大きくなり、上述のような空隙を容易に形成し、熱膨張差による応力を緩和してクラックの発生を防止できる。
より好ましくは140〜170度、さらには150〜160度であることが最も好ましい。
The second glass preferably has a wetting angle with copper at 900 ° C. of 130 to 180 degrees.
By setting the wetting angle to 130 ° or more, the wetting angle between the metal phase and the glass phase is increased during sintering, and the voids as described above are easily formed, and the stress due to the difference in thermal expansion is relieved to reduce cracks. Occurrence can be prevented.
More preferably, it is 140 to 170 degrees, and most preferably 150 to 160 degrees.

なお濡れ角の制御はガラス中のアルカリ土類金属の含有量で制御でき、一般にアルカリ土類の原子番号が低くかつ含有量が多い場合は濡れ角が低くなる傾向にある。
さらにはLi、Na、K等のアルカリ金属やNi、Co、Fe、Mn、Cr、Ti、V等の遷移金属を微量に含有させることによっても濡れ角が低くなる。
逆に濡れ角を大きくするためにはSiO、Alなどの含有量を多くすればよい。
The wetting angle can be controlled by the content of the alkaline earth metal in the glass. Generally, when the atomic number of the alkaline earth is low and the content is large, the wetting angle tends to be low.
Furthermore, the wetting angle can be lowered by adding a trace amount of an alkali metal such as Li, Na, or K, or a transition metal such as Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Ti, or V.
On the contrary, in order to increase the wetting angle, the content of SiO 2 , Al 2 O 3 or the like may be increased.

また前記ガラスの軟化点は700〜900℃であることが好ましい。
軟化点を700℃以上にすることにより、金属粉末の焼結を抑制し、セラミック基板との収縮挙動を整合させることが出来るため、セパレーションの発生を防止することが出来る。
また軟化点を900℃以下にすることにより、ビア導体中のガラスが軟化し、大きな空隙を塞ぎ、水分の浸入を防止し、長期信頼性を向上させることが出来る。
軟化点はより好ましくは750〜850℃、さらには770〜830℃が最も好ましい。
Moreover, it is preferable that the softening point of the said glass is 700-900 degreeC.
By setting the softening point to 700 ° C. or higher, sintering of the metal powder can be suppressed and the shrinkage behavior with the ceramic substrate can be matched, so that the occurrence of separation can be prevented.
In addition, by setting the softening point to 900 ° C. or less, the glass in the via conductor is softened to block a large gap, prevent moisture from entering, and improve long-term reliability.
The softening point is more preferably 750 to 850 ° C, and most preferably 770 to 830 ° C.

又、導体ペースト中には、上記無機物成分以外に、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、セルロース系高分子、ポリビニルアルコール等からなる有機バインダー、αーテルピネオール、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、エチルセルロース、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トルエン、キシレン、ミネラルスピリットなどの有機溶剤等の有機成分が配合される。
上記有機成分の配合量は、例えば有機バインダーは、無機成分100質量部に対して2〜5質量部、有機溶剤は、8〜14質量部配合されることが好ましい。
In the conductive paste, in addition to the above inorganic components, for example, an organic binder made of acrylic resin, epoxy resin, cellulose polymer, polyvinyl alcohol, α-terpineol, dibutyl phthalate, butyl carbitol, ethyl cellulose, ethylene glycol Organic components such as organic solvents such as diethylene glycol, toluene, xylene and mineral spirit are blended.
As for the compounding quantity of the said organic component, it is preferable that 2-5 mass parts and the organic solvent are 8-14 mass parts with respect to 100 mass parts of inorganic components, for example.

尚、本発明のビア用メタライズ導体ペーストでは、脱脂乃至焼成処理に依り前記有機成分は散逸又は焼失し、ビア導体内部は、前記金属粉末の焼結により形成された金属連続相と該連続相中に粒子状に分散するガラス分散相とからなる(図2参照)。   In the metallized conductor paste for vias of the present invention, the organic component is dissipated or burned out by degreasing or baking, and the inside of the via conductor is a metal continuous phase formed by sintering the metal powder and the continuous phase. And a glass dispersed phase dispersed in the form of particles (see FIG. 2).

次に本発明のセラミック基板は、ビア導体を有し、かつ1000℃以下の温度で焼結可能な低温焼成セラミック材料を含むセラミック基板であって、前記ビア導体と前記セラミックとの境界部とビア導体内部の金属相とガラス相との境界部の少なくとも一方に不連続の隙間状微小空隙が存在することを特徴とする。
この不連続な空隙により、熱応力を緩和すると共に、水分浸入を抑制し、長期信頼性に優れたセラミック基板を得ることができる。
Next, the ceramic substrate of the present invention is a ceramic substrate that includes a via conductor and includes a low-temperature fired ceramic material that can be sintered at a temperature of 1000 ° C. or less, and includes a boundary portion between the via conductor and the ceramic, and a via Discontinuous gap-like microvoids exist in at least one of the boundaries between the metal phase and the glass phase inside the conductor.
Due to the discontinuous voids, it is possible to relieve thermal stress, suppress moisture intrusion, and obtain a ceramic substrate with excellent long-term reliability.

この空隙の形状は図3(符号29)に示すような球体ではなく、図2の7に示すようなほぼ該境界面に沿って延びる微細で不連続の偏平空隙、即ち、隙間状のものである。
尚、図2の符号7a、7b、7cに於いて、7aはビア導体の金属相13とセラミック相(基板)11との界面部分の空隙を、7bはビア導体内部の金属相13とガラス相18の界面部分の空隙を、7cはセラミック相(基板)11とビア導体金属相13とガラス相18で囲まれた界面の空隙を夫々示す。
尚、7dはビア導体の金属相内の空隙を表す
The shape of this gap is not a sphere as shown in FIG. 3 (reference numeral 29), but is a fine and discontinuous flat gap extending substantially along the boundary surface as shown in FIG. is there.
In FIG. 2, reference numerals 7 a, 7 b, and 7 c denote a gap at the interface portion between the metal phase 13 of the via conductor and the ceramic phase (substrate) 11, and 7 b denote a metal phase 13 and a glass phase inside the via conductor. Reference numeral 18 c denotes an air gap at the interface portion, and reference numeral 7 c denotes an air gap at the interface surrounded by the ceramic phase (substrate) 11, the via conductor metal phase 13, and the glass phase 18.
7d represents a void in the metal phase of the via conductor.

また、空隙は、その間隙状の界面の平行方向の長さがビア導体高さの10分の1以下であることが好ましい。
この長さをビア導体の高さの10分の1以下にすることにより、水分の浸入を防止できると共に、たとえ水分が浸入した場合でも途中で浸入が止まり、絶縁抵抗の劣化を防止できる。
より好ましくは15分の1以下、さらには20分の1以下が最もこのましい。
Moreover, it is preferable that the space | gap of the space | interval of the space | interval of the space | gap is 1/10 or less of the via conductor height in the parallel direction.
By making this length one-tenth or less of the height of the via conductor, intrusion of moisture can be prevented, and even if moisture infiltrates, the intrusion stops midway and deterioration of insulation resistance can be prevented.
More preferably, it is 1/15 or less, and further preferably 1/20 or less.

また該空隙の界面の垂直方向の厚さは、ビアホール直径の50分の1以下であることが好ましい。
この厚さを50分の1以下にすることにより熱応力によるクラックを抑制することが出来、さらに水分の浸入を防止できる。
また、たとえ水分が浸入した場合でも途中で浸入が止まり、絶縁抵抗の劣化を防止できる。
より好ましくは75分の1以下、さらには100分の1以下が最もこのましい。
Moreover, it is preferable that the thickness in the vertical direction of the interface of the void is 1/50 or less of the via hole diameter.
By reducing the thickness to 1/50 or less, cracks due to thermal stress can be suppressed, and moisture can be prevented from entering.
Further, even when moisture enters, the intrusion stops midway, and deterioration of the insulation resistance can be prevented.
More preferably, it is 1/75 or less, more preferably 1/100 or less.

次に本発明のセラミック配線基板の製造方法は、貫通孔に導体ペーストが充填されたグリーンシートを一体焼成する製造方法において、前記導体ペーストとして上記本発明の導体ペーストを用いることを特徴とするものである。   Next, a method for manufacturing a ceramic wiring board according to the present invention is characterized in that, in the method for integrally firing a green sheet having through holes filled with a conductive paste, the conductive paste according to the present invention is used as the conductive paste. It is.

前記基板を構成するセラミックには、ガラスと、アルミナ、石英などのセラミックフィラーとを含むガラスセラミック組成物を焼成したものが好適例として挙げられる。
本発明において用いられる上記ガラスセラミック中のガラス成分としては、硼珪酸ガラス、硼珪酸亜鉛系ガラス、リチウム珪酸系ガラス、PbO系ガラス、BaO系ガラスなどが用いられ、これらのガラスは、非晶質または焼成によって結晶相が析出する結晶化ガラスであってもよい。
As a ceramic constituting the substrate, a fired glass ceramic composition containing glass and a ceramic filler such as alumina or quartz can be cited as a preferred example.
As the glass component in the glass ceramic used in the present invention, borosilicate glass, zinc borosilicate glass, lithium silicate glass, PbO glass, BaO glass, etc. are used. These glasses are amorphous. Alternatively, crystallized glass in which a crystal phase is precipitated by firing may be used.

また、セラミックフィラーとしては、Al、SiO(クオーツ、トリジマイト、クリストバライト)、ムライト、コージェライト、フォルステライト、ペタライト、ネフェリン、リチウムシリケート、カーネギアナイト、ガーナイト、ジルコニアなどが使用される。
上記ガラスとフィラーとは、ガラスが30〜90質量%、特に40〜70質量%、フィラーが10〜70質量%、特に30〜60質量%の割合で混合されたものであることが望ましい。
As the ceramic filler, Al 2 O 3 , SiO 2 (quartz, tridymite, cristobalite), mullite, cordierite, forsterite, petalite, nepheline, lithium silicate, carnegearite, garnite, zirconia and the like are used.
The glass and the filler are desirably those in which glass is mixed at a ratio of 30 to 90% by mass, particularly 40 to 70% by mass, and filler is 10 to 70% by mass, particularly 30 to 60% by mass.

上記セラミック基板を作製するには、上記ガラスとフィラーとの混合物を、適当な成形用有機樹脂バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作った後、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード、圧延法、金型プレス等によりシート状に任意の形状に成形後、成形のために配合した有機樹脂バインダー成分を700℃前後の大気雰囲気中で熱処理して除去する(脱脂工程)。   In order to produce the ceramic substrate, a mixture of the glass and filler is mixed with an appropriate molding organic resin binder, plasticizer and solvent to form a slurry, and then a desired molding means such as a doctor. After forming into an arbitrary shape into a sheet shape by a blade, a rolling method, a die press or the like, the organic resin binder component blended for molding is removed by heat treatment in an air atmosphere at around 700 ° C. (degreasing step).

この時、成形体の収縮開始温度は700〜850℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温度がこれより低いとバインダーの除去(脱脂)が困難となるため、成形体中の結晶化ガラスの特性、特に屈伏点を好適範囲に制御することが困難となる。   At this time, the shrinkage start temperature of the molded body is desirably about 700 to 850 ° C. If the shrinkage start temperature is lower than this, it is difficult to remove (degrease) the binder. It becomes difficult to control the characteristics, particularly the yield point, within a suitable range.

焼成は、850℃〜1050℃の非酸化性雰囲気中で行われ、これにより相対密度90%以上まで緻密化される。
この時の焼成温度が850℃より低いと緻密化することができず、1050℃を越えるとメタライズ配線層との同時焼成でメタライズ層が溶融してしまう。
Firing is performed in a non-oxidizing atmosphere at 850 ° C. to 1050 ° C., thereby densifying to a relative density of 90% or more.
If the firing temperature at this time is lower than 850 ° C., it cannot be densified, and if it exceeds 1050 ° C., the metallized layer is melted by simultaneous firing with the metallized wiring layer.

また上記ガラスセラミックスからなる絶縁基板の表面に、Cu等からなるメタライズ配線層を配設した配線基板を製造するには、絶縁基板を構成するための前述したようなガラスとフィラーからなる原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってグリーンシート(生シート)を作製する。   In addition, in order to manufacture a wiring board in which a metallized wiring layer made of Cu or the like is disposed on the surface of the insulating board made of the glass ceramic, the raw material powder made of glass and filler as described above for forming the insulating board is used. A green sheet (raw sheet) is prepared by adding a suitable organic binder, a plasticizer, and a solvent to make a slurry, and using the doctor blade method or calendar roll method.

そして、メタライズ配線層及び接続パッド用として、表面に金属酸化物が被覆されたCu粉末と有機バインダー、可塑剤、溶剤を加えて混合しメタライズペーストを作製する。
なお、Cu粉末表面への被覆層の形成は、メッキ法、スパッタリング法などによって形成することができる。
そして、このメタライズペーストを前記グリーンシートに周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布する。
Then, for the metallized wiring layer and the connection pad, a Cu powder coated with a metal oxide on the surface, an organic binder, a plasticizer, and a solvent are added and mixed to prepare a metallized paste.
The coating layer can be formed on the surface of the Cu powder by a plating method, a sputtering method, or the like.
Then, this metallized paste is printed on the green sheet in a predetermined pattern by a well-known screen printing method.

また、前記グリーンシートの一部のものには、前記グリーンシートに適当な打ち抜き加工してスルーホールを形成し、このホール内に本発明のメタライズペーストを充填する。
そしてこれらのグリーンシートを複数枚積層する。
In addition, a part of the green sheet is punched into the green sheet to form a through hole, and the hole is filled with the metallized paste of the present invention.
A plurality of these green sheets are laminated.

その後、この積層体を500〜700℃の水蒸気を含有する窒素雰囲気中で熱処理して有機樹脂バインダーを除去した後に、850℃〜1050℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で焼成して、絶縁基板が相対密度90%以上まで緻密化されるまで焼成する。
その後、配線基板の表面のメタライズ配線層の表面に、電解めっき法や無電解めっき法によってCu、Au、Niなどのめっき層を形成することによって、配線基板を完成することができる。
Thereafter, the laminate is heat-treated in a nitrogen atmosphere containing water vapor at 500 to 700 ° C. to remove the organic resin binder, and then fired in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen at 850 ° C. to 1050 ° C. for insulation. Baking until the substrate is densified to a relative density of 90% or higher.
Thereafter, the wiring board can be completed by forming a plating layer of Cu, Au, Ni or the like on the surface of the metallized wiring layer on the surface of the wiring board by an electrolytic plating method or an electroless plating method.

重量比率で40%SiO−32%Al−7%MgO−10%ZnO−11%Bの結晶性ガラス(平均粒径3μm)を準備した。
このガラスを75%、アルミナを20%、コージェライトを5%の比率で調合し、この混合物に有機バインダーとしてアクリル系樹脂を添加し、さらに溶媒としてトルエンを用いて粉砕後、ドクターブレード法により厚さ100μmのテープを作製した。
このシートにNC加工機により直径50μm、100μm、200μm、300μmの貫通孔を夫々形成した。
A crystalline glass of 40% SiO 2 -32% Al 2 O 3 -7% MgO-10% ZnO-11% B 2 O 3 by weight ratio (average particle size 3 μm) was prepared.
This glass was mixed at a ratio of 75%, alumina at 20%, and cordierite at 5%. An acrylic resin was added to the mixture as an organic binder, and further pulverized with toluene as a solvent. A tape having a thickness of 100 μm was produced.
On the sheet, through holes having diameters of 50 μm, 100 μm, 200 μm, and 300 μm were formed by an NC processing machine, respectively.

次に、表1に示す組成になるように各原料を調整し、1500℃で溶融した後、ステンレス製の水冷ロールにより急冷しガラスカレットを得た。
これをボールミルで粉砕し、平均粒径が3μmのガラス粉末を得た。
次に平均粒径が5μmの銅または銀粉末100体積%に対して表2に示されたような比率でガラスを添加し、有機バインダーとしてアクリル樹脂を10体積%、有機溶剤としてα‐テルピネオールを40体積%添加混錬し、ビア導体用のペーストを調製した。
なお、表2の試料番号16、17、18は異なる2種類のガラスを含有せしめたものである。
Next, after adjusting each raw material so that it might become a composition shown in Table 1, and fuse | melting at 1500 degreeC, it cooled rapidly with the stainless steel water cooling roll, and obtained the glass cullet.
This was pulverized with a ball mill to obtain a glass powder having an average particle diameter of 3 μm.
Next, glass is added at a ratio as shown in Table 2 with respect to 100% by volume of copper or silver powder having an average particle size of 5 μm, 10% by volume of acrylic resin as an organic binder, and α-terpineol as an organic solvent. A paste for via conductor was prepared by adding 40% by volume and kneading.
Sample numbers 16, 17, and 18 in Table 2 contain two different types of glass.

かくして得られたペーストを前記ガラスセラミックグリーンシートの貫通孔にスクリーン印刷法により充填し、これを4層加圧積層し、金属材料が銅の場合には水蒸気含有の窒素雰囲気中で、700℃、3時間の脱バインダー処理の後、900℃1時間で、銀の場合には空気中で500℃、3時間、の脱バインダー処理の後、900℃、1時間の条件で焼成した。   The paste thus obtained was filled in the through-holes of the glass ceramic green sheet by screen printing, and four layers were laminated under pressure. When the metal material was copper, 700 ° C. in a nitrogen atmosphere containing water vapor, After the binder removal treatment for 3 hours, it was fired at 900 ° C. for 1 hour, and in the case of silver, it was baked in the air at 500 ° C. for 3 hours and then at 900 ° C. for 1 hour.

<クラック/セパレーション評価>
得られたサンプルを断面研磨し、20倍の実体顕微鏡、200倍の金属顕微鏡、1000倍の電子顕微鏡にてクラック、セパレーションの有無を確認した。 ここでクラックとはセラミック層内部またはビア導体内部のクラックを表し、セパレーションとはビア導体とセラミック層の剥離を表す。
また電子顕微鏡により空隙の形状を測定した。
<Crack / separation evaluation>
The cross section of the obtained sample was polished, and the presence or absence of cracks and separation was confirmed with a 20 × stereo microscope, a 200 × metal microscope, and a 1000 × electron microscope. Here, the crack represents a crack inside the ceramic layer or the via conductor, and the separation represents peeling of the via conductor and the ceramic layer.
Further, the shape of the void was measured with an electron microscope.

<抵抗評価>
得られたサンプルを4端子法にて抵抗値を測定し、ビア導体の断面積、高さから比抵抗をもとめた。
尚、6×10の−8乗Ωm以上をNGと判断した。
<Resistance evaluation>
The resistance value of the obtained sample was measured by the four-terminal method, and the specific resistance was determined from the cross-sectional area and height of the via conductor.
Note that 6 × 10 −8 Ωm or more was judged as NG.

<信頼性評価>
得られたサンプルをもちいて信頼性試験を実施した。
隣接する2つのビア導体に5.5Vの電圧をかけ、温度85℃、湿度85%の環境下にさらし、高温高湿バイアス試験を実施し、絶縁抵抗が1×10の9乗未満になったものをNG判定した。
<Reliability evaluation>
A reliability test was performed using the obtained sample.
A voltage of 5.5 V was applied to two adjacent via conductors, exposed to a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, a high temperature and high humidity bias test was performed, and the insulation resistance was less than 1 × 10 9. The thing was judged NG.

<濡れ角評価>
導体ペーストに用いたガラスの金属材料に対する濡れ角は以下のようにして測定した。
測定は導体材料が銅の場合は銅板、銀の場合は銀板で行い、これらの板の上に、直径5mm高さ5mmの大きさでプレス加工したガラス粉末をのせ、前述の焼成条件で焼成した後、断面観察を行い、濡れ角を測定した。
尚、上記条件による測定では、銅板と銀板で濡れ角に実質的な差は生じなかった。
<Wetting angle evaluation>
The wetting angle of the glass used for the conductive paste with respect to the metal material was measured as follows.
The measurement is performed using a copper plate when the conductive material is copper, and a silver plate when the conductive material is silver. On these plates, a glass powder press-processed with a diameter of 5 mm and a height of 5 mm is placed and fired under the firing conditions described above. After that, cross-sectional observation was performed and the wetting angle was measured.
In the measurement under the above conditions, there was no substantial difference in the wetting angle between the copper plate and the silver plate.

Figure 2006236921
Figure 2006236921

Figure 2006236921
Figure 2006236921

表2より明らかなように、試料番号1及び26では濡れ角が90度未満であるためセラミック層との接着強度が強固になりすぎ、クラックが発生した。   As is clear from Table 2, in Sample Nos. 1 and 26, the wetting angle was less than 90 degrees, so that the adhesive strength with the ceramic layer became too strong and cracks occurred.

試料番号9ではガラスの含有量が2%と5%より可成り少ないため、ビアメタライズとセラミックとの収縮挙動に差が生じ、セパレーションが発生した。
このセパレーションは軸方向の長さが20μm、半径方向の長さが3μmと大きく、水分の浸入により信頼性後の絶縁抵抗が低下した。
資料番号15ではガラスの含有量が45%と40%を超えており、信頼性試験後の絶縁抵抗は10の9乗であるが、比抵抗が6×10の−8乗と高くなった。
In Sample No. 9, the glass content was considerably less than 2% and 5%, so that there was a difference in shrinkage behavior between via metallization and ceramic, and separation occurred.
This separation has a length of 20 μm in the axial direction and a length of 3 μm in the radial direction, and the insulation resistance after reliability is reduced due to the penetration of moisture.
In Document No. 15, the glass content exceeds 45% and 40%, and the insulation resistance after the reliability test is 10 9, but the specific resistance is as high as 6 × 10 −8.

資料番号19ではガラスの軟化点が650℃と700℃より低いためビアメタライズとセラミックとの収縮挙動に差が生じ、セパレーションが発生した。
このセパレーションは軸方向の長さが24μm、半径方向の長さが2μmと大きく、水分の浸入により信頼性後の絶縁抵抗が低下した。
資料番号25ではガラスの軟化点が950℃と高いため信頼性試験後の絶縁抵抗が劣化した。
In Material No. 19, since the softening point of the glass was lower than 650 ° C. and 700 ° C., there was a difference in shrinkage behavior between via metallization and ceramic, and separation occurred.
This separation was as long as 24 μm in the axial direction and 2 μm in the radial direction, and the insulation resistance after reliability decreased due to the ingress of moisture.
In the material number 25, since the softening point of glass was as high as 950 ° C., the insulation resistance after the reliability test deteriorated.

本発明の配線基板の代表例である半導体素子収納用パッケージの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the package for semiconductor element accommodation which is a typical example of the wiring board of this invention. 従来のビア導体の断面略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a conventional via conductor. 本発明のビア導体の断面略図である。2 is a schematic cross-sectional view of a via conductor of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁基板
2 蓋体
3 メタライズ配線層
4 接続端子
5 半導体素子
6 容器
7 空隙(本発明)
11、21 セラミック(基板)
13 金属相
18 ガラス相
23 基板/ビア導体境界
29 空隙(従来技術)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Cover body 3 Metallized wiring layer 4 Connection terminal 5 Semiconductor element 6 Container 7 Air gap (the present invention)
11, 21 Ceramic (substrate)
13 Metal phase 18 Glass phase 23 Substrate / via conductor interface 29 Air gap (prior art)

Claims (11)

金属粉末とガラス粉末と有機成分とを少なくとも含有してなる導体ペーストであって、前記ガラス粉末が、前記金属粉末と同種の金属板との900℃に於ける濡れ角が90〜180度のガラスからなることを特徴とする導体ペースト。   A conductive paste comprising at least a metal powder, a glass powder, and an organic component, wherein the glass powder has a wetting angle of 90 to 180 degrees at 900 ° C. between the metal powder and the same type of metal plate. A conductive paste characterized by comprising: 前記ガラス粉末の含有量が、前記金属粉末の100体積%当たり5〜40体積%であることを特徴とする請求項1記載の導体ペースト。   The conductor paste according to claim 1, wherein the content of the glass powder is 5 to 40% by volume per 100% by volume of the metal powder. 前記ガラス粉末の含有量が、前記金属粉末の100体積%当たり16〜30体積%であることを特徴とする請求項2記載の導体ペースト。   The conductor paste according to claim 2, wherein the content of the glass powder is 16 to 30% by volume per 100% by volume of the metal powder. 前記ガラス粉末が、900℃における前記金属粉末と同種の金属板との濡れ角が異なる2種類以上のガラス粉末からなることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の導体ペースト。   The conductive paste according to any one of claims 1 to 3, wherein the glass powder is composed of two or more kinds of glass powders having different wetting angles between the metal powder and the same type of metal plate at 900 ° C. 第一のガラスの前記濡れ角が90〜140度、第二のガラスの濡れ角が130〜180度であることを特徴とする請求項4記載の導体ペースト。   The conductor paste according to claim 4, wherein the wetting angle of the first glass is 90 to 140 degrees and the wetting angle of the second glass is 130 to 180 degrees. 前記ガラス粉末の軟化点が700〜900℃であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の導体ペースト。   The conductive paste according to any one of claims 1 to 5, wherein the glass powder has a softening point of 700 to 900 ° C. 前記金属粉末がCuまたはAgであることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の導体ペースト。   The conductor paste according to claim 1, wherein the metal powder is Cu or Ag. セラミック基板と金属及びガラスからなるビア導体とを少なくとも具備してなる配線基板であって、
前記セラミック基板が1000℃以下の温度で焼結可能な低温焼成セラミック材料からなる低温焼成セラミック基板であり、前記ビア導体を構成するガラスは、該ガラス粉末と前記ビア導体の構成金属からなる金属板との900℃に於ける濡れ角度が90〜180度であり、且つ、前記ビア導体が金属の連続相と該金属連続相中に分散して存在するガラス分散相からなると共に前記ビア導体と前記低温焼成セラミック基板との境界又はビア導体内部に於ける前記金属相と前記ガラス相との境界のうちの少なくともいずれか一方には、微細で不連続の隙間状空隙が存在することを特徴とするセラミック配線基板。
A wiring board comprising at least a ceramic substrate and a via conductor made of metal and glass,
The ceramic substrate is a low-temperature fired ceramic substrate made of a low-temperature fired ceramic material that can be sintered at a temperature of 1000 ° C. or less, and the glass constituting the via conductor is a metal plate made of the glass powder and the constituent metal of the via conductor And the via conductor is composed of a continuous metal phase and a glass dispersed phase dispersed in the continuous metal phase, and the via conductor and the via conductor at 900 ° C. At least one of the boundary between the low-temperature fired ceramic substrate and the boundary between the metal phase and the glass phase inside the via conductor has a fine and discontinuous gap-like gap. Ceramic wiring board.
前記空隙は、空隙の界面部の平行方向の長さがビア導体の高さの10分の1以下であることを特徴とする請求項8記載のセラミック配線基板。   9. The ceramic wiring board according to claim 8, wherein the gap has a length in a parallel direction of an interface portion of the gap that is not more than one-tenth of the height of the via conductor. 前記空隙は、空隙の界面部の垂直方向の空隙厚みがビア導体の直径の50分の1以下であることを特徴とする請求項8または9に記載のセラミック配線基板。   10. The ceramic wiring board according to claim 8, wherein the gap has a gap thickness in the vertical direction at an interface portion of the gap that is not more than 1/50 of the diameter of the via conductor. 少なくともセラミック粉末を含有してなるグリーンシートに貫通孔を形成する工程と、該貫通孔に請求項1乃至7のいずれかに記載の導体ペーストを充填する工程と、かくして得られたビア導体を有するグリーンシートを焼成する工程を具備することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。   A step of forming a through hole in a green sheet containing at least a ceramic powder, a step of filling the through hole with the conductor paste according to any one of claims 1 to 7, and a via conductor thus obtained A method for producing a ceramic wiring board comprising the step of firing a green sheet.
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