JP2006253199A - Metallized composite and method of manufacturing wiring board using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配線基板の最表面に形成されるメタライズ金属層を構成するメタライズ組成物とこれを用いて行う配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a metallized composition constituting a metallized metal layer formed on the outermost surface of a wiring board, and a method for manufacturing a wiring board using the same.
一般に、電子部品や半導体素子等を搭載する配線基板は、放熱性の優れたセラミック基板に導体となるタングステンやモリブデン等の高融点金属を主成分とするメタライズペーストを印刷し、このメタライズペーストが印刷された複数のセラミック基板を積層した後に同時焼成法によりセラミック基板とメタライズペーストを同時に焼き固め一体化させることにより製造される。また、収納用パッケージは、この配線基板の最表面に削成されるスナップラインと呼ばれるブレーク用の溝に沿って折曲して分割することにより得られ、通常、一枚の配線基板から複数の収納用パッケージが製造されている。このスナップラインは、配線基板を精度よく折曲するためのものであり、焼成前に分割する収納用パッケージの個数に合わせて、各収納用パッケージが隣接するシールパス部分に沿って削成されている。
しかしながら、収納用パッケージの小型化に伴って、狭小となるシールパス部分に削成されるスナップラインの幅も狭くならざるを得ず、焼成過程においてスナップラインが閉塞し、円滑な折曲ができないという課題が生じていた。すなわち、１６００℃近傍の温度で行われる同時焼成工程では、セラミック基板は焼結が進行し収縮していくが、高融点のメタライズペーストはセラミック基板に比べて焼結しにくいので収縮量が少なく、形成されるメタライズ金属層がスナップラインの開口部を覆う形状で残存してしまい、スナップラインの閉塞を引き起こすのである。このようなスナップラインの閉塞を防止する方法として、スナップラインが削成されるセラミック基板の最表面に印刷されるメタライズペーストでは、含有する成分の粒径を小さくして焼結性を向上させて収縮量を大きくすることなどが検討されている。
一方、メタライズ金属層とセラミック基板は、焼成時にセラミック基板からメタライズ金属層へ浸透するガラス成分のアンカー効果によって接着することが知られており、また、メタライズ金属層とセラミック基板の焼成時の収縮量を合致させる方が接着性は良好になるので、接着性の観点からもメタライズ金属層の焼結性を向上させて収縮量を増大させることが好ましい。しかしながら、メタライズ金属層の焼結性が向上すると、メタライズ金属層中に十分なガラス成分の浸透が得られず、接着性が劣るという課題もあり、メタライズ金属層にガラス成分等を添加することが考えられている。
In general, a wiring board on which electronic parts, semiconductor elements, etc. are mounted is printed with a metallized paste mainly composed of a refractory metal such as tungsten or molybdenum as a conductor on a ceramic substrate with excellent heat dissipation. After the plurality of ceramic substrates are laminated, the ceramic substrate and the metallized paste are simultaneously baked and consolidated by a simultaneous firing method. Further, the storage package is obtained by bending and dividing along a break groove called a snap line cut on the outermost surface of the wiring board. Usually, a plurality of storage packages are formed from one wiring board. A storage package is manufactured. This snap line is for bending the wiring board with high accuracy, and each storage package is cut along the adjacent seal path portion in accordance with the number of storage packages to be divided before firing. .
However, with the miniaturization of the storage package, the width of the snap line cut into the narrow seal path portion must be narrowed, and the snap line is blocked during the firing process, so that it cannot be bent smoothly. There was a problem. That is, in the co-firing process performed at a temperature near 1600 ° C., the ceramic substrate progresses and shrinks while the high melting point metallized paste is less likely to sinter than the ceramic substrate, so the amount of shrinkage is small. The formed metallized metal layer remains in a shape covering the opening of the snap line, causing the snap line to be blocked. As a method for preventing such clogging of the snap line, in the metallized paste printed on the outermost surface of the ceramic substrate on which the snap line is cut, the particle size of the contained component is reduced to improve the sinterability. Increasing the amount of contraction has been studied.
On the other hand, it is known that the metallized metal layer and the ceramic substrate are bonded due to the anchor effect of the glass component penetrating from the ceramic substrate to the metallized metal layer during firing, and the shrinkage amount during firing of the metallized metal layer and the ceramic substrate. Therefore, it is preferable to increase the shrinkage by improving the sinterability of the metallized metal layer from the viewpoint of adhesion. However, when the sinterability of the metallized metal layer is improved, there is a problem that sufficient penetration of the glass component cannot be obtained in the metallized metal layer, resulting in poor adhesion, and a glass component or the like may be added to the metallized metal layer. It is considered.
メタライズ金属層の収縮に関しては、例えば、特許文献１には、「セラミック製配線基板及びその製造方法」という名称で、焼成過程においてセラミック基板のスナップラインの溝幅を拡張させることができるメタライズ金属層を有するセラミック製配線基板とその製造方法に関する発明が開示されている。
この特許文献１に開示された発明において、セラミック製配線基板は、メタライズ金属層の焼成収縮率が、セラミック製配線基板を構成するセラミックの焼成収縮率より大きく、セラミックの焼成収縮率を１としたとき、メタライズ金属層の焼成収縮率は１．０１〜１．０３の範囲にあるものである。
そして、スナップラインが削成されるセラミック製配線基板の最表面に印刷されるメタライズ金属層は、例えば、タングステン、モリブデン及びアルミナで構成され、その重量比は、タングステン：モリブデン：アルミナ＝９０：１０：１であり、また、タングステンとモリブデンの粒径は１〜２μｍとしている。タングステンよりも低融点で焼結性が良好なモリブデンの配合量を増加させるとともにこれらの粒径を小さくしてタングステン及びモリブデンの焼結性を向上させることによって、メタライズ金属層の焼成収縮率はセラミックの焼成収縮率よりも増大し、焼成過程において、メタライズ金属層と接するセラミック製配線基板の最表層部分を収縮させるように作用するので、その結果、セラミックの溶着を防止し、スナップラインの溝幅を拡張することができるようになっている。
Regarding the shrinkage of the metallized metal layer, for example, in Patent Document 1, it is named “Ceramic wiring board and manufacturing method thereof”, and the width of the snap line groove of the ceramic substrate can be expanded in the firing process. An invention relating to a ceramic wiring board having the above and a method for manufacturing the same is disclosed.
In the invention disclosed in Patent Document 1, in the ceramic wiring board, the firing shrinkage rate of the metallized metal layer is larger than the firing shrinkage rate of the ceramic constituting the ceramic wiring substrate, and the firing shrinkage rate of the ceramic is 1. When the metallized metal layer has a firing shrinkage in the range of 1.01 to 1.03.
The metallized metal layer printed on the outermost surface of the ceramic wiring board on which the snap line is cut is composed of, for example, tungsten, molybdenum and alumina, and the weight ratio thereof is tungsten: molybdenum: alumina = 90: 10. 1 and the particle diameters of tungsten and molybdenum are 1 to 2 μm. By increasing the compounding amount of molybdenum having a lower melting point and better sinterability than tungsten and decreasing the particle size to improve the sinterability of tungsten and molybdenum, the firing shrinkage rate of the metallized metal layer is reduced to ceramic. This increases the shrinkage rate of the ceramic and acts to shrink the outermost layer portion of the ceramic wiring board in contact with the metallized metal layer in the firing process. As a result, the ceramic is prevented from welding and the groove width of the snap line is reduced. Can be extended.
一方、メタライズ金属層とセラミック基板の接着性に関しては、特許文献２に、「メタライズ組成物及び配線基板の製造方法」という名称で、高純度のアルミナ質焼結体に、シート抵抗が低く、強固に接合することのできるメタライズ金属層を形成するメタライズ組成物及び配線基板の製造方法に関する発明が開示されている。
この特許文献２に開示された発明において、メタライズ組成物は、高融点金属５５〜９８．７重量％と、酸化ニオブ０．３〜１５重量％と、ムライト１〜３０重量％とから構成されるものである。
そして、特に、焼結助剤量を１０重量％以下にしたアルミナの含有量が多いアルミナ質焼結体では、このアルミナ質焼結体に含有されるガラス成分が少量であるので、焼成過程においてアルミナ質焼結体からメタライズ金属層へのガラス成分の移行が減少し、その結果、アルミナ質焼結体とメタライズ金属層との接着性が劣ることより、メタライズ金属層中のガラス成分の絶対量の補填を目的として、焼成過程において一部又は全部がガラス化するムライトが添加されている。また、ムライトの焼成工程でのガラス化により高融点金属の直接接触が防止されるので、シート抵抗を低く保つことが可能となっている。さらに、ムライトの平均粒径を１μｍ以下としておくと、表面にムライト粒子が露出するような外観不良の発生を防止することができる。
また、高融点金属は、モリブデン、タングステン及びレニウムから選ばれる少なくとも１種のものであり、添加される酸化ニオブは、これらの高融点金属のガラスに対する濡れ性を改善し、高融点金属の粒子間にアルミナ質焼結体からのガラス成分の移行を良好にする作用がある。特に、酸化ニオブの平均粒径を、０．５〜１μｍ程度とし、高融点金属の粒径よりも小さくしておくと、高融点金属の粒子間に均一に分散できるので、濡れ性が良好となる。
In the invention disclosed in Patent Document 2, the metallized composition is composed of 55 to 98.7% by weight of a refractory metal, 0.3 to 15% by weight of niobium oxide, and 1 to 30% by weight of mullite. Is.
In particular, in an alumina sintered body with a large amount of alumina having a sintering aid amount of 10% by weight or less, since the glass component contained in the alumina sintered body is small, The absolute amount of the glass component in the metallized metal layer is reduced due to a decrease in the migration of the glass component from the alumina sintered body to the metallized metal layer, resulting in poor adhesion between the alumina sintered body and the metallized metal layer. In order to compensate for this, mullite that is partially or entirely vitrified in the firing process is added. Further, since vitrification in the mullite firing step prevents direct contact with the refractory metal, sheet resistance can be kept low. Furthermore, when the average particle diameter of mullite is set to 1 μm or less, it is possible to prevent the appearance failure such that the mullite particles are exposed on the surface.
Further, the refractory metal is at least one selected from molybdenum, tungsten and rhenium, and the added niobium oxide improves the wettability of these refractory metals to the glass, and between the particles of the refractory metals. Has the effect of improving the migration of the glass component from the alumina sintered body. In particular, when the average particle size of niobium oxide is about 0.5 to 1 μm and smaller than the particle size of the refractory metal, it can be uniformly dispersed among the particles of the refractory metal. Become.
しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術では、確かに、メタライズ金属層の高融点金属の配合量及び粒径を調整することによって焼成収縮率を増大させてセラミック基板の最表面に削成されるスナップラインの溝幅を拡張することを可能にしているが、メタライズ金属層とセラミック基板の接着において両者の焼成収縮率が異なるほど接着性が低下することを考慮すると、これらの接着に関する配慮がなされておらず、メタライズ金属層とセラミック基板間の接着性が劣るという課題があった。また、モリブデンの配合量を増加しているが、モリブデンはタングステンに比べて低融点であり焼結性に優れている反面で、焼結時に異常粒成長を起こしやすく、形成されるメタライズ金属層の表面が粗くなるという課題もあった。 However, in the conventional technique described in Patent Document 1, the shrinkage rate is certainly increased by adjusting the blending amount and particle size of the refractory metal in the metallized metal layer, and cutting the outermost surface of the ceramic substrate. Although it is possible to expand the groove width of the snap line, it is possible to expand the width of the snap line. There is a problem that the adhesion between the metallized metal layer and the ceramic substrate is poor. Although the amount of molybdenum is increased, molybdenum has a lower melting point than tungsten and is excellent in sinterability. However, it tends to cause abnormal grain growth during sintering, and the metallized metal layer is formed. There was also a problem that the surface became rough.
また、特許文献２に記載された従来の技術では、セラミック基板とメタライズ金属層の接着に寄与するガラス成分が少ない高純度のセラミック基板において、メタライズ金属層中にムライトや酸化ニオブを添加し、ガラス量を補填するとともにセラミック基板からのガラス成分の移行を促進して接着性を改善しているが、メタライズ金属層の収縮量を増大させる観点からは、ムライトは液相が生じる温度が高温であるために、液相によってメタライズ金属層を構成する高融点金属の再配列に伴う収縮が期待できず、スナップラインを削成する場合においては依然としてスナップラインの閉塞を招いてしまうという課題があった。 Moreover, in the conventional technique described in Patent Document 2, mullite or niobium oxide is added to the metallized metal layer in a high-purity ceramic substrate that contributes less to the adhesion between the ceramic substrate and the metallized metal layer. Although the amount is compensated and the migration of the glass component from the ceramic substrate is promoted to improve the adhesion, from the viewpoint of increasing the shrinkage amount of the metallized metal layer, mullite has a high temperature at which the liquid phase is generated. Therefore, the shrinkage accompanying the rearrangement of the refractory metal constituting the metallized metal layer by the liquid phase cannot be expected, and when the snap line is cut, the snap line is still blocked.
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、メタライズ組成物の焼結機構を制御してその収縮量を増大させることによりスナップラインの閉塞を防止するとともにセラミック基板と良好な接着力を保持するメタライズ金属層を形成するメタライズ組成物とこれを用いて行う配線基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to such a conventional situation, and by controlling the sintering mechanism of the metallized composition to increase its shrinkage, it prevents clogging of the snap line and provides good adhesion to the ceramic substrate. It is an object of the present invention to provide a metallized composition for forming a metallized metal layer that retains force, and a method for manufacturing a wiring board using the same.
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明であるメタライズ組成物は、平均粒径が１〜２μｍのタングステンを７０〜９９体積％と、平均粒径が０．５〜０．９μｍのシリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートを１〜３０体積％とを有するものである。
上記構成のメタライズ組成物では、タングステンの平均粒径を小さくすることによってタングステンの焼結性が向上し、また、このタングステンにシリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートを添加することによってタングステンの焼結性がさらに向上するという作用を有する。そして、シリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートの平均粒径をタングステンよりも小さくすることによって、シリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートの分散性を良好にするという作用を有する。さらに、シリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートはセラミック基板との接着性を良好にするという作用がある。
In order to achieve the above object, the metallized composition according to claim 1 is a silica having an average particle diameter of 70 to 99% by volume of tungsten having an average particle diameter of 1 to 2 μm and an average particle diameter of 0.5 to 0.9 μm. And 1 to 30% by volume of a mixture of alumina and aluminosilicate.
In the metallized composition having the above structure, the sinterability of tungsten is improved by reducing the average particle size of tungsten, and the sinterability of tungsten is improved by adding a mixture of silica and alumina or aluminosilicate to the tungsten. Has the effect of further improving. And it has the effect | action of making the dispersibility of the mixture of a silica and an alumina, or an aluminosilicate favorable by making the average particle diameter of the mixture or aluminosilicate of a silica and an alumina smaller than tungsten. Further, the mixture of silica and alumina or aluminosilicate has the effect of improving the adhesion to the ceramic substrate.
また、請求項２に記載の発明であるメタライズ組成物は、請求項１記載のメタライズ組成物において、シリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートの組成比がシリカ：アルミナ＝２：３よりシリカリッチであるものである。
上記構成のメタライズ組成物は、請求項１記載の発明の作用に加えて、タングステンの焼結過程における収縮量を増大させるという作用がある。
Further, the metallized composition according to claim 2 is a metallized composition according to claim 1, wherein the composition ratio of a mixture of silica and alumina or an aluminosilicate is richer than silica: alumina = 2: 3. Is.
The metallized composition having the above structure has the effect of increasing the shrinkage amount in the sintering process of tungsten in addition to the effect of the invention of claim 1.
そして、請求項３に記載の発明であるメタライズ組成物を用いて行う配線基板の製造方法は、メタライズペーストが印刷された複数のセラミックグリーンシートを積層し、この積層体の最表面にスナップラインを削成して焼成する配線基板の製造方法において、積層体の最表面に印刷されるメタライズペーストが請求項１又は請求項２に記載のメタライズ組成物を含むものである。
上記構成のメタライズ組成物を用いて行う配線基板の製造方法は、請求項１又は請求項２に記載のメタライズ組成物を含むメタライズペーストを積層体の最表面に印刷することによって、これらのメタライズ組成物の有する作用を備える配線基板を製造するものである。
And the manufacturing method of the wiring board performed using the metallized composition which is invention of Claim 3 laminates | stacks the several ceramic green sheet on which the metallized paste was printed, and has a snap line on the outermost surface of this laminated body. In the method of manufacturing a wiring substrate that is cut and fired, the metallized paste printed on the outermost surface of the laminate includes the metallized composition according to claim 1 or 2.
The manufacturing method of the wiring board performed using the metallized composition of the said structure prints these metallized compositions by printing the metallized paste containing the metallized composition of Claim 1 or Claim 2 on the outermost surface of a laminated body. A wiring board having the function of an object is manufactured.
本発明の請求項１に記載のメタライズ組成物では、配線基板の製造工程である同時焼成工程において、速やかに焼結が進行するとともに、この焼結の初期過程に生じるタングステンの再配列による収縮量を十分に得ることができるので、配線基板の最表面に印刷すると、この最表面に削成されるスナップラインが閉塞することなく、配線基板の折曲を精度よく行うことができる。しかも、形成されるメタライズ金属層とセラミック基板の接着性も良好なものとなる。 In the metallized composition according to claim 1 of the present invention, in the co-firing process which is a manufacturing process of a wiring board, the sintering proceeds rapidly, and the shrinkage due to the rearrangement of tungsten occurring in the initial process of the sintering Therefore, when printing is performed on the outermost surface of the wiring board, the wiring board can be bent with high accuracy without closing the snap line cut on the outermost surface. In addition, the adhesion between the metallized metal layer to be formed and the ceramic substrate is also good.
また、本発明の請求項２に記載のメタライズ組成物では、特に、焼結の初期過程に生じる再配列による収縮量をさらに増大させる効果があるので、スナップラインの閉塞を完全に防止することができる。 In addition, the metallized composition according to claim 2 of the present invention has an effect of further increasing the amount of shrinkage caused by rearrangement that occurs in the initial stage of sintering, so that it is possible to completely prevent clogging of the snap line. it can.
そして、本発明の請求項３に記載のメタライズ組成物を用いて行う配線基板の製造方法では、従来の製造方法を変えることなく、簡単な方法でスナップラインの閉塞を防止することができる配線基板の製造方法を提供することができる。 And in the manufacturing method of the wiring board performed using the metallized composition according to claim 3 of the present invention, it is possible to prevent clogging of the snap line by a simple method without changing the conventional manufacturing method. The manufacturing method of can be provided.
以下に、本発明の最良の実施の形態に係るメタライズ組成物について図１乃至図３に基づき説明する。（特に、請求項１及び請求項２に対応）
まず、最初に、従来の配線基板におけるスナップラインの閉塞について、図１を用いて説明する。
図１は、従来の配線基板においてスナップラインの焼成後の閉塞を模式的に説明するための断面図である。図１において、従来の配線基板１の断面をみると、基板となるセラミックグリーンシート３にはその最表面に従来のメタライズ金属層２ａ，２ｂが積層され、また、断面がＶ字形となるスナップライン４が削成されている。しかしながら、焼成後のスナップライン４の開口部となる部分では、従来のメタライズ金属層２ａ，２ｂが互いに接触しており、スナップライン４を閉塞していることがわかる。
ここで、スナップライン４とは、配線基板から複数の収納用パッケージを折曲して分割するために配線基板に削成されるブレーク用の溝であり、スナップライン４の形状が正常に保持されて精度よく折曲できるか否かによって収納用パッケージの品質や歩留りが決定するので、スナップライン４が閉塞することなく、開口していることが重要になる。しかも、収納用パッケージの小型化に伴ってスナップライン４の溝幅も狭くなっており、図１に示すような従来のメタライズ金属層２ａ，２ｂによるスナップライン４の閉塞がしばしば発生している。
この閉塞は、セラミックグリーンシート３とメタライズペーストを同時に加熱して焼き固める同時焼成工程において生じる。すなわち、最高温度が１６００℃程度に設定される同時焼成工程の加熱下では、アルミナを主成分とするセラミックグリーンシート３は十分に焼結が進行して収縮する一方で、高融点金属を含む従来のメタライズ金属層２ａ，２ｂを形成するメタライズペーストは焼結しにくく、セラミックグリーンシート３に比べて収縮が遅れることに起因している。したがって、従来のメタライズ金属層２ａ，２ｂの同時焼成過程における焼結性を向上させて収縮量を増大させると、スナップライン４の閉塞を防止できると考えられる。
なお、図示していないが、従来の配線基板１は多層であり、従来のメタライズ金属層２ａ，２ｂとセラミックグリーンシート３の下方には、メタライズ金属層により配線パターン等が形成された複数のセラミックグリーンシートが積層された構造になっている。
Hereinafter, the metallized composition according to the best mode of the present invention will be described with reference to FIGS. (In particular, it corresponds to claim 1 and claim 2)
First, the closure of snap lines in a conventional wiring board will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view for schematically explaining blockage after firing of a snap line in a conventional wiring board. Referring to FIG. 1, a cross section of a conventional wiring board 1 is seen. A ceramic green sheet 3 as a substrate has conventional metallized metal layers 2a and 2b laminated on the outermost surface, and a snap line having a V-shaped cross section. 4 has been cut. However, it can be seen that the conventional metallized metal layers 2a and 2b are in contact with each other at the portion that becomes the opening of the snap line 4 after firing, and the snap line 4 is closed.
Here, the snap line 4 is a break groove formed in the wiring board in order to bend and divide a plurality of storage packages from the wiring board, and the shape of the snap line 4 is normally maintained. Since the quality and yield of the storage package are determined depending on whether or not it can be bent with high accuracy, it is important that the snap line 4 is opened without being blocked. Moreover, the groove width of the snap line 4 is narrowed with the miniaturization of the storage package, and the snap line 4 is often blocked by the conventional metallized metal layers 2a and 2b as shown in FIG.
This blockage occurs in the simultaneous firing step in which the ceramic green sheet 3 and the metallized paste are simultaneously heated and baked. That is, under the heating in the simultaneous firing step where the maximum temperature is set to about 1600 ° C., the ceramic green sheet 3 mainly composed of alumina is sufficiently sintered and contracted, while containing a refractory metal. The metallized paste for forming the metallized metal layers 2a and 2b is difficult to sinter and is caused by the fact that the shrinkage is delayed as compared with the ceramic green sheet 3. Therefore, it is considered that the clogging of the snap line 4 can be prevented by improving the sinterability in the co-firing process of the conventional metallized metal layers 2a and 2b and increasing the shrinkage.
Although not shown in the drawings, the conventional wiring substrate 1 has a multilayer structure, and a plurality of ceramics in which a wiring pattern or the like is formed by a metallized metal layer below the conventional metallized metal layers 2a and 2b and the ceramic green sheet 3. It has a structure in which green sheets are stacked.
次に、本実施の形態に係るメタライズ組成物について図２及び図３を用いて説明する。
図２は、本発明の本実施の形態に係るメタライズ組成物を含むメタライズ金属層を有する配線基板を模式的に説明するための断面図である。なお、図２において、図１に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図２において、配線基板５では、最表面にメタライズ金属層６を有するセラミックグリーンシート３に削成されるスナップライン４は閉塞することなく、開口して正常な形状を保持している。また、図示していないが、配線基板５は多層構造であり、セラミックグリーンシート３の下方では、メタライズ金属層により配線パターン等が形成された複数のセラミックグリーンシートによる積層体が形成されている。
このメタライズ金属層６は、平均粒径が１〜２μｍのタングステンと、平均粒径が０．５〜０．９μｍのシリカとアルミナの混合物から構成されており、また、その体積割合は、タングステンが７０〜９９体積％で、シリカとアルミナの混合物が１〜３０体積％である。
本実施の形態においては、タングステンの平均粒径を１〜２μｍと小さくしているので、タングステンの表面積が増加し、焼結現象の駆動力となる表面エネルギーが増大するので、焼結性は向上し、同時焼成工程では、速やかに焼結が進行して収縮することができる。
また、添加されるシリカとアルミナの混合物は、詳細については後述するが、タングステンの焼結性を助勢する役割とセラミックグリーンシート３との接着力を確保する役割を担っている。また、平均粒径を０．５〜０．９μｍとし、タングステンの平均粒径よりも小さくしているので、タングステン中において良好な分散性を有することができる。そして、添加量については、添加量が３０体積％を超えると、形成されるメタライズ金属層６のシート抵抗が高くなり、一方、添加量が１体積％より少ないと、焼結性を助勢する効果及び接着性を向上させる効果が得られないので、１〜３０体積％の範囲内で添加量を調整することが好ましい。
Next, the metallized composition according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a cross-sectional view for schematically explaining a wiring board having a metallized metal layer containing the metallized composition according to the embodiment of the present invention. 2, the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of the configuration is omitted.
In FIG. 2, in the wiring board 5, the snap line 4 cut into the ceramic green sheet 3 having the metallized metal layer 6 on the outermost surface is opened and maintains a normal shape. Although not shown, the wiring board 5 has a multilayer structure, and below the ceramic green sheet 3, a laminate of a plurality of ceramic green sheets in which a wiring pattern or the like is formed by a metallized metal layer is formed.
This metallized metal layer 6 is composed of tungsten having an average particle diameter of 1 to 2 μm and a mixture of silica and alumina having an average particle diameter of 0.5 to 0.9 μm. It is 70 to 99% by volume, and the mixture of silica and alumina is 1 to 30% by volume.
In this embodiment, since the average particle size of tungsten is reduced to 1 to 2 μm, the surface area of tungsten is increased, and the surface energy that is the driving force of the sintering phenomenon is increased, so that the sinterability is improved. In the co-firing step, sintering can proceed quickly and shrink.
Further, the mixture of silica and alumina to be added plays a role of assisting the sinterability of tungsten and securing an adhesive force with the ceramic green sheet 3 as will be described in detail later. Moreover, since the average particle size is 0.5 to 0.9 μm and is smaller than the average particle size of tungsten, it can have good dispersibility in tungsten. And about addition amount, when addition amount exceeds 30 volume%, the sheet resistance of the metallized metal layer 6 formed will become high, On the other hand, when addition amount is less than 1 volume%, the effect which assists sinterability. In addition, since the effect of improving the adhesiveness cannot be obtained, it is preferable to adjust the addition amount within the range of 1 to 30% by volume.
続いて、タングステンの収縮機構について図３を用いて詳細に説明する。
図３（ａ）は、本実施の形態に係るメタライズ組成物の再配列前の状態を示す概念図であり、（ｂ）は同じくメタライズ組成物の再配列後の状態を示す概念図である。なお、本図３（ａ），（ｂ）は、いずれも「ファインセラミックス基礎科学」（浜野健也、木村脩七編集 朝倉書店 １９９０年６月１５日初版発行）ｐ．７７の図４．２３を引用している。
図３（ａ）において、メタライズ金属層６は、図示していないが、セラミックグリーンシートの最表面に印刷されて積層され、同時焼成工程の昇温過程にある。メタライズ金属層６の印刷は、メタライズ組成物に有機バインダと溶剤を混練してペースト状にして塗布されるが、有機バインダや溶剤は焼成温度が約９００℃に達すると完全に分解して焼失し、タングステン７の周囲にはこれらの焼失によって空隙８が形成される。そして、さらに、焼成温度が上昇すると、図示していないが、空隙８に存在するシリカとアルミナの混合物のうち融点の低いシリカが液相を形成し始める。このシリカ液相はタングステン７に対する濡れがよく、徐々に空隙８に浸透していく。
そして、図３（ｂ）に示すように、シリカ液相９とタングステン７間に働く表面張力によってタングステン７は再配列して緻密化し、収縮量Δｌを得るのである。
一方、シリカよりも高融点のアルミナは、焼成温度範囲では固体として存在し、しかも平均粒径が小さいので、焼結現象の駆動力となる表面エネルギーを十分に保持している。したがって、シリカ液相９によるタングステン７の再配列による収縮が終了すると、今度は、アルミナとタングステン７の各々の表面エネルギーを駆動力として、タングステン７の焼結が進行し、さらに、緻密化して収縮する。
また、シリカとアルミナの混合物に代わってアルミノシリケートを用いることも可能である。但し、アルミノシリケートを用いる場合は、焼成温度範囲で液相が生じるように設計する必要がある。例えば、焼結ムライトの場合では、液相が生じる温度は約１８１０℃であり、焼成温度範囲では液相とならないので、タングステン７の再配列による収縮はあまり期待できないものとなる。
焼成温度範囲で液相が生じるようにするためには、アルミノシリケートの組成比が、シリカ：アルミナ＝２：３よりシリカリッチであることが望ましい。これはＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系の二成分系状態図において、シリカ：アルミナ＝２：３よりシリカリッチである場合には、液相が生じる温度が徐々に下がり、焼成温度範囲内において再配列を促し、シリカ液相９によるタングステン７の再配列による収縮量を十分に確保することができるためである。
なお、シリカとアルミナの混合物においても、シリカ：アルミナ＝２：３よりシリカリッチであることが望ましい。シリカの方がアルミナに比較して、液相が生じる温度が低いこと、液相における粘性が低いこと、また濡れ性が高いことなどによって再配列による収縮が期待できることが理由として挙げられる。
一方、あまりにアルミナ量を減らしてしまうと、タングステンの焼結を促進させるための表面エネルギーの減少を招くため、シリカ：アルミナ＝２：３よりシリカリッチの範囲で、適宜決定されることが望ましい。例えば、シリカ：アルミナ＝２：３から１：１の範囲などである。
Next, the shrinkage mechanism of tungsten will be described in detail with reference to FIG.
Fig.3 (a) is a conceptual diagram which shows the state before rearrangement of the metallization composition which concerns on this Embodiment, (b) is a conceptual diagram which similarly shows the state after rearrangement of a metallization composition. 3 (a) and 3 (b) are both “Fine Ceramics Basic Science” (edited by Kenya Hamano and Junchi Kimura Asakura Shoten on June 15, 1990, first edition) p. 77, Fig. 4.23.
In FIG. 3A, although not shown, the metallized metal layer 6 is printed and laminated on the outermost surface of the ceramic green sheet and is in the temperature raising process of the simultaneous firing step. Printing of the metallized metal layer 6 is performed by kneading an organic binder and a solvent into the metallized composition and applying it as a paste. However, the organic binder and solvent are completely decomposed and burned out when the firing temperature reaches about 900 ° C. The voids 8 are formed around the tungsten 7 by these burning. Further, when the firing temperature rises, although not shown, silica having a low melting point in the mixture of silica and alumina present in the voids 8 begins to form a liquid phase. This silica liquid phase is well wetted with respect to the tungsten 7 and gradually penetrates into the gap 8.
Then, as shown in FIG. 3B, the tungsten 7 is rearranged and densified by the surface tension acting between the silica liquid phase 9 and the tungsten 7 to obtain a shrinkage amount Δl.
On the other hand, alumina having a melting point higher than that of silica exists as a solid in the firing temperature range and has a small average particle size, and thus sufficiently retains the surface energy serving as a driving force for the sintering phenomenon. Therefore, when the shrinkage due to the rearrangement of the tungsten 7 by the silica liquid phase 9 is finished, this time, the sintering of the tungsten 7 proceeds using the surface energy of each of the alumina and the tungsten 7 as a driving force, and further shrinks by shrinking. To do.
It is also possible to use aluminosilicate in place of the mixture of silica and alumina. However, when using an aluminosilicate, it is necessary to design so that a liquid phase may arise in a calcination temperature range. For example, in the case of sintered mullite, the temperature at which the liquid phase is generated is about 1810 ° C. and does not become the liquid phase in the firing temperature range, so that shrinkage due to rearrangement of the tungsten 7 cannot be expected so much.
In order to produce a liquid phase in the firing temperature range, it is desirable that the composition ratio of aluminosilicate is silica richer than silica: alumina = 2: 3. In the binary phase diagram of the Al 2 O 3 —SiO 2 system, when the silica is richer than silica: alumina = 2: 3, the temperature at which the liquid phase is generated gradually decreases and is re-applied within the firing temperature range. This is because the arrangement can be promoted and a sufficient amount of shrinkage can be ensured by the rearrangement of the tungsten 7 by the silica liquid phase 9.
In addition, it is desirable that the mixture of silica and alumina is richer in silica than silica: alumina = 2: 3. The reason is that silica can be expected to shrink due to rearrangement due to the lower temperature at which the liquid phase is generated, lower viscosity in the liquid phase, and higher wettability compared to alumina.
On the other hand, if the amount of alumina is reduced too much, the surface energy for promoting the sintering of tungsten is reduced. Therefore, it is desirable that the amount is appropriately determined in a silica-rich range from silica: alumina = 2: 3. For example, silica: alumina = 2: 3 to 1: 1.
そして、シリカとアルミナの混合物は、セラミックグリーンシートとの接着性にも大きく関与している。一般に、メタライズ金属層６とセラミック基板であるセラミックグリーンシートは、セラミックグリーンシートからメタライズ金属層６にガラス成分が移行して得られるアンカー効果によって接着している。また、セラミックグリーンシートから移行するガラス成分には、シリカ液相９と同様にタングステン７を再配列し収縮させる作用があるが、セラミックグリーンシートに含まれるガラス成分は通常でも約５％と少なく、タングステン７を十分に収縮させるには限界がある。
そこで、本実施の形態では、メタライズ金属層６にシリカとアルミナの混合物添加して、焼成工程において、シリカ液相９によって十分な収縮効果を得るようにしておく一方で、固体として存在するアルミナによって、焼成工程の速い段階でメタライズ金属層６にセラミックグリーンシートからのガラス成分が移行してくるのをブロックすることにより防止して、シリカ液相９によるタングステン７の収縮を促進させるようにしている。そして、最終的には、セラミックグリーンシートからガラス成分をメタライズ金属層６に移行させてメタライズ金属層６中のシリカ液相９と移行してくるガラス成分を結合させてセラミックグリーンシートとメタライズ金属層６の接着力を確保している。
And the mixture of a silica and an alumina is greatly concerned also in the adhesiveness with a ceramic green sheet. In general, the metallized metal layer 6 and the ceramic green sheet which is a ceramic substrate are bonded to each other by an anchor effect obtained by transferring a glass component from the ceramic green sheet to the metallized metal layer 6. Further, the glass component that migrates from the ceramic green sheet has the effect of rearranging and shrinking the tungsten 7 in the same manner as the silica liquid phase 9, but the glass component contained in the ceramic green sheet is usually as low as about 5%, There is a limit to sufficiently shrink the tungsten 7.
Therefore, in the present embodiment, a mixture of silica and alumina is added to the metallized metal layer 6 to obtain a sufficient shrinkage effect by the silica liquid phase 9 in the firing step, while the alumina present as a solid is used. The glass component from the ceramic green sheet is prevented from moving to the metallized metal layer 6 in the early stage of the firing process, and the shrinkage of the tungsten 7 by the silica liquid phase 9 is promoted. . Finally, the glass component is transferred from the ceramic green sheet to the metallized metal layer 6, the silica liquid phase 9 in the metallized metal layer 6 is combined with the transferred glass component, and the ceramic green sheet and the metallized metal layer are combined. 6 adhesive strength is secured.
このように構成された本実施の形態においては、液相が生じる温度の異なるシリカとアルミナの混合物をメタライズ組成物に添加することによって、焼成工程において、まず、溶融温度の低いシリカが液相を生じ、このシリカ液相とタングステン間の表面張力からタングステンを再配列させて十分に収縮させておいて、続いて、平均粒径を小さくし表面エネルギーを蓄えているタングステンと固体として存在するアルミナの各々の表面エネルギーを反応の駆動力として焼結を進めて緻密化させて収縮させるので、メタライズ金属層は全体として大きな収縮量を得ることができ、削成されるスナップラインは閉塞することなく、正常に状態で開口することができる。
また、メタライズ金属層中のシリカとセラミックグリーンシートから移行するガラス成分はなじみがよく、これらが接合することによって、メタライズ金属層とセラミックグリーンシートの接着性も良好なものとなる。
In the present embodiment configured as described above, by adding a mixture of silica and alumina having different temperatures at which the liquid phase is generated to the metallized composition, first, in the firing step, silica having a low melting temperature is changed into the liquid phase. The tungsten is rearranged from the surface tension between the silica liquid phase and tungsten and sufficiently contracted. Subsequently, the average particle size is reduced and the surface energy is stored as tungsten and the alumina present as a solid. As each surface energy is driven as a reaction driving force, sintering is advanced and densified to shrink, so that the metalized metal layer can obtain a large shrinkage as a whole, and the snapline to be cut is not blocked, It can open normally.
Moreover, the glass component which transfers from the silica in a metallized metal layer and a ceramic green sheet is familiar, and when these join, the adhesiveness of a metallized metal layer and a ceramic green sheet will also become favorable.
次に、本発明の最良の実施の形態に係るメタライズ組成物を用いて行う配線基板の製造方法について図４に基づき説明する。（特に、請求項３に対応）
図４は、本発明の本実施の形態に係るメタライズ組成物を用いて行う配線基板の製造方法の工程を示す概念図である。
図４において、本実施の形態に係るメタライズ組成物を用いて行う配線基板の製造方法は、ステップＳ１からステップＳ８の８工程から構成されている。
以下、各工程について詳細に説明する。
まず、ステップＳ１では、セラミックグリーンシートを調整する。このステップＳ１のセラミックグリーンシートの調整工程では、アルミナ原料と焼結助剤に適当な有機バインダ及び溶剤を添加混合してスラリー状にし、このスラリーをドクターブレード法等によりシート状に加工して乾燥させてセラミックグリーンシートを作製する。また、配線基板は多層であるので、所望の枚数のセラミックグリーンシートを作製し、必要に応じて、セラミックグリーンシートにメタライズ配線導体用のスルーホールを適当な打抜加工により穿設する。
Next, a method for manufacturing a wiring board using the metallized composition according to the best embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. (In particular, corresponding to claim 3)
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a process of a method for manufacturing a wiring board performed using the metallized composition according to the present embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the manufacturing method of the wiring board performed using the metallized composition which concerns on this Embodiment is comprised from eight processes of step S1 to step S8.
Hereinafter, each step will be described in detail.
First, in step S1, a ceramic green sheet is adjusted. In the step of adjusting the ceramic green sheet in step S1, an appropriate organic binder and solvent are added and mixed to the alumina raw material and the sintering aid to form a slurry, and this slurry is processed into a sheet by a doctor blade method or the like and dried. To produce a ceramic green sheet. Further, since the wiring board is multi-layered, a desired number of ceramic green sheets are produced, and if necessary, through holes for metallized wiring conductors are punched in the ceramic green sheets by appropriate punching.
次に、ステップＳ２では、メタライズペーストを調整する。このステップＳ２のメタライズペーストの調整工程では、配線基板の最表面に印刷する第１のメタライズペーストと、積層されて挟まれる部分及びスルーホールに印刷される第２のメタライズペーストの２種類のメタライズペーストを調整する。
まず、配線基板の最表面に印刷する第１のメタライズペーストは、平均粒径が１〜２μｍのタングステンを１〜３０体積％と、平均粒径が０．５〜０．９μｍのシリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートを７０〜９９体積％に、適当な有機バインダ及び溶剤を添加、混練して調整する。なお、シリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートの組成比は、シリカ：アルミナ＝２：３よりシリカリッチである方が好ましい。このように調整される第１のメタライズペーストは、後述の焼成工程において、焼結性に優れ、収縮量が大きく、さらに、セラミックグリーンシートとの接着性が良好なものとなる。
次に、積層されて挟まれる部分及びスルーホールに印刷さる第２のメタライズペーストは、タングステンやモリブデン等の金属粉末に適当な有機バインダ及び溶剤を添加、混練して調整する。
Next, in step S2, the metallized paste is adjusted. In the adjustment process of the metallized paste in step S2, two types of metallized pastes, that is, a first metallized paste that is printed on the outermost surface of the wiring board, and a second metallized paste that is printed in a portion sandwiched and through-holes are used. Adjust.
First, the first metallized paste to be printed on the outermost surface of the wiring board is composed of 1 to 30% by volume of tungsten having an average particle diameter of 1 to 2 μm and silica and alumina having an average particle diameter of 0.5 to 0.9 μm. The mixture or aluminosilicate is adjusted to 70 to 99% by volume by adding and kneading a suitable organic binder and solvent. The composition ratio of the mixture of silica and alumina or aluminosilicate is preferably richer than silica: alumina = 2: 3. The first metallized paste thus adjusted has excellent sinterability, large shrinkage, and good adhesion to the ceramic green sheet in the firing step described later.
Next, the second metallized paste to be printed on the laminated part and the through hole is prepared by adding and kneading a suitable organic binder and solvent to a metal powder such as tungsten or molybdenum.
続いて、ステップＳ３では、メタライズパターンを印刷する。このステップＳ３のメタライズパターンの印刷工程では、ステップＳ２において調整した２種類のメタライズペーストを用いて配線等を含む所望のパターンをセラミックグリーンシートの表面及びスルーホールにスクリーン印刷法等により印刷する。 Subsequently, in step S3, a metallized pattern is printed. In the printing process of the metallized pattern in step S3, a desired pattern including wiring and the like is printed on the surface of the ceramic green sheet and the through hole by screen printing or the like using the two types of metallized paste adjusted in step S2.
そして、ステップＳ４では、ステップＳ１からステップＳ３において調整した複数のセラミックグリーンシートを積層する。このステップＳ４の積層工程では、複数のセラミックグリーンシートを適当な順序に重ね、最表層には、第１のメタライズペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを載上する。続いて、積層装置を用いて、これらのセラミックグリーンシートを加圧、加熱条件下で押圧し、複数のセラミックグリーンシートが重なって層を成す積層体を作製する。 In step S4, the plurality of ceramic green sheets adjusted in steps S1 to S3 are stacked. In the stacking step of step S4, a plurality of ceramic green sheets are stacked in an appropriate order, and a ceramic green sheet printed with the first metallized paste is placed on the outermost layer. Subsequently, using a laminating apparatus, these ceramic green sheets are pressed under pressure and heating conditions to produce a laminate in which a plurality of ceramic green sheets overlap to form a layer.
次に、ステップＳ５では、スナップラインを削成する。このステップＳ５のスナップラインの削成工程では、ステップＳ４において調整された積層体の最表面に、１５〜３０度程度の鋭角に形成された刃先を有する金型を接触させて押切によって溝を形成する。このスナップラインの深さは、最表面となる第１のメタライズペーストとこの第１のメタライズペーストが印刷されたセラミックグリーンシートが切削される程度である。 Next, in step S5, the snap line is cut. In this snap line cutting process in step S5, a groove having a cutting edge formed at an acute angle of about 15 to 30 degrees is brought into contact with the outermost surface of the laminate adjusted in step S4 to form a groove by pressing. To do. The depth of the snap line is such that the first metallized paste as the outermost surface and the ceramic green sheet printed with the first metallized paste are cut.
そして、ステップＳ６の焼成工程では、ステップＳ５においてスナップラインが削成された積層体を、加熱炉を用いて加熱して焼成し配線基板を作製する。この際、最高温度は１５５０〜１６００℃になるようにし、また、最高温度の保持時間は２時間とする。なお、加熱時間が９００℃までは緩やかな昇温となるようにし、この間は、Ｈ2／Ｎ2を湿潤状態で添加する。この焼成工程において、セラミックグリーンシート及びメタライズペーストは焼結が進行し、一体化して多層の配線基板となる。
ここで、最表面に印刷された第１のメタライズペーストは、タングステンの平均粒径が小さく、また、シリカとアルミナの混合物又はアルミノシリケートが添加されて焼結性が向上しているので、セラミックグリーンシートの焼結に伴う収縮に追従して、第１のメタライズペースト中のタングステンは焼結が進行して大きく収縮するので、その結果、配線基板の最表面に削成されるスナップラインは閉塞することなく、開口した状態で焼き固められる。
Then, in the firing step of step S6, the laminate on which the snap line has been cut in step S5 is heated and fired using a heating furnace to produce a wiring board. At this time, the maximum temperature is set to 1550 to 1600 ° C., and the maximum temperature holding time is 2 hours. Note that the heating time is gradually raised to 900 ° C., and during this time, H 2 / N 2 is added in a wet state. In this firing step, the ceramic green sheet and the metallized paste are sintered and integrated to form a multilayer wiring board.
Here, the first metallized paste printed on the outermost surface has a small average particle diameter of tungsten, and a mixture of silica and alumina or aluminosilicate is added to improve the sinterability. Following the shrinkage associated with the sintering of the sheet, the tungsten in the first metallized paste is greatly shrunk as the sintering proceeds, and as a result, the snap line cut on the outermost surface of the wiring board is blocked. It is baked and hardened without opening.
さらに、ステップＳ７では必要箇所にめっきが施される。このステップＳ７のめっき工程でのめっきは、防食性を向上させるためなどに、ニッケルや金等の耐食性に優れる金属を無電界又は電解めっき法によりめっきする。 Further, in step S7, plating is performed on necessary portions. In the plating in the plating step in step S7, a metal having excellent corrosion resistance such as nickel or gold is plated by an electroless or electrolytic plating method in order to improve the corrosion resistance.
最後に、ステップＳ８では配線基板をスナップラインに沿って折曲して分割し、複数の収納用パッケージを得る。このステップＳ８の分割工程の作業において、スナップラインが閉塞していると、精度よく折曲することが困難となり、得られる収納用パッケージの性能が低下するとともに歩留りが悪化するので、スナップラインが正常に開口していることが非常に重要となる。 Finally, in step S8, the wiring board is bent along the snap line and divided to obtain a plurality of storage packages. If the snap line is closed in the work of the dividing process in step S8, it is difficult to bend with high accuracy, and the performance of the resulting storage package is lowered and the yield is deteriorated, so the snap line is normal. It is very important that it is open.
このように構成された本実施の形態においては、配線基板の最表面に焼成工程で十分な収縮を得ることが可能で、セラミックグリーンシートとの接着性が良好なメタライズ組成物を用いているので、従来の配線基板の製造方法を大きく変えることなく、スナップラインの閉塞を簡単に防止するとともにセラミックグリーンシートと強固に接着するメタライズ金属層を有する配線基板を製造することができる。 In the present embodiment configured as described above, a metallized composition that can obtain sufficient shrinkage in the firing step on the outermost surface of the wiring board and has good adhesion to the ceramic green sheet is used. Without greatly changing the conventional method of manufacturing a wiring board, it is possible to manufacture a wiring board having a metallized metal layer that easily prevents the snap line from being blocked and adheres firmly to the ceramic green sheet.
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項３に記載された発明は、焼成工程での収縮量が大きくスナップラインの閉塞を防止するとともにセラミック基板との接着性が良好なメタライズ組成物とこれを用いて行う配線基板の製造方法を提供可能であり、電子部品や半導体素子を搭載する配線基板の製造において利用可能である。 As described above, the invention described in claims 1 to 3 of the present invention has a metallized composition that has a large shrinkage amount in the firing step to prevent clogging of the snap line and has good adhesion to the ceramic substrate. It is possible to provide an object and a method for manufacturing a wiring board using the same, and it can be used in manufacturing a wiring board on which electronic components and semiconductor elements are mounted.
１…従来の配線基板 ２ａ，２ｂ…従来のメタライズ金属層 ３…セラミックグリーンシート ４…スナップライン ５…配線基板 ６…メタライズ金属層 ７…タングステン ８…空隙 ９…シリカ液相 Δｌ…収縮量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conventional wiring board 2a, 2b ... Conventional metallization metal layer 3 ... Ceramic green sheet 4 ... Snap line 5 ... Wiring board 6 ... Metallization metal layer 7 ... Tungsten 8 ... Air gap 9 ... Silica liquid phase Δl ... Shrinkage
Claims (3)
In a method for manufacturing a wiring board, in which a plurality of ceramic green sheets on which a metallized paste is printed are laminated, and a snap line is cut and fired on the outermost surface of the laminated body, the metallized paste printed on the outermost surface of the laminated body A method for producing a wiring board using a metallized composition comprising the metallized composition according to claim 1.
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