JP2006344938A - 厚膜導体組成物ならびにltcc回路およびデバイスにおけるその使用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、低温共焼成セラミック回路に使用する厚膜組成物であって、全厚膜組成物に対する重量パーセントで、(a)貴金属、貴金属の合金およびこれらの混合物から選択される微粉砕粒子の30〜98重量パーセントと、(b)1種または複数の選択された無機バインダーおよび/またはこれらの混合物と、これらを分散させた(c)有機媒体とを含み、前記焼成条件において、前記ガラス組成物が低温共焼成セラミック基板ガラスに存在する残存ガラスと不混和性または部分的に混和性である厚膜組成物を対象とする。
本発明は、さらに、上記組成物を利用して多層回路を形成する方法、ならびに(マイクロ波用途を含めて)高周波用途におけるこの組成物の使用を対象とする。
【選択図】図1
Description
(a)貴金属、貴金属の合金およびこれらの混合物から選択される微粉砕粒子30〜98重量パーセントと、
(b)1種または複数の無機バインダーであって、
(1)前記回路の焼成温度で6〜7.6の範囲の比粘度(log n)を有する1種または複数の耐熱ガラス組成物0.2〜20重量パーセントと、
(2)(i)金属酸化物、(ii)金属酸化物の前駆体、(iii)非酸化物のホウ化物、(iv)非酸化物のケイ化物、および(v)これらの混合物から選択されるその他の無機バインダー0.1〜5重量パーセントと、
(3)これらの混合物と、
から選択される無機バインダーと、これらを分散させた
(c)有機媒体と
を含み、
前記焼成条件において、前記ガラス組成物が低温共焼成セラミック基板ガラスに存在する残存ガラスと不混和性または部分的に混和性である厚膜組成物を対象とする。
本発明において使用される微粉砕金属は、貴金属、貴金属の合金、およびこれらの混合物から選択することができ、その多くは市販されている。上記金属材料の粒径は、本発明におけるその技術的有効性の観点からは、厳密に決定的なものではない。しかし、勿論、この材料は、通常スクリーン印刷および/またはステンシル塗布など、これを適用する方法、ならびに焼成条件に適切なサイズであることが望ましい。さらに、上記金属粉末の粒径および形態は、厚み2ミル(5.08×10−3cm)から10ミル(25.4×10−3cm)の非焼成セラミックテープへのスクリーン印刷および/またはステンシル塗布において、複合体の積層条件に対して、かつ焼成条件に対して適切であることが望ましい。
本発明の無機バインダーは、(1)前記回路の焼成温度で6〜7.6の範囲の比粘度(log n)を有する1種または複数の耐熱ガラス組成物の0.2〜20重量パーセントと、(2)(i)金属酸化物、(ii)金属酸化物の前駆体、(iii)非酸化物のホウ化物、(iv)非酸化物のケイ化物、および(v)これらの混合物から選択されるその他の無機バインダーの0.1〜5重量パーセントと、(3)これらの混合物とから選択される1種または複数の無機バインダーである。
本発明の実施に適切な金属酸化物およびホウ化物やケイ化物などの非酸化物は、本発明の組成物をテープと共にその表面上でまたは埋込んだ状態で共焼成したとき、テープの残存ガラスと反応することができ、残存ガラスの粘度を上昇させるものである。さらに、本発明において有用なバインダーは、この系の焼成時に金属粉末の「焼結抑制剤」としての役割を果たすことが望ましい。したがって、ライン導体およびビア充填導体の緻密化をできるだけ抑える。
通常、無機成分を機械的な混合によって有機媒体に分散させて、印刷のために適切なコンシステンシーおよびレオロジーを有する「ペースト」と呼ばれる粘稠な組成物を形成する。有機媒体として多種多様な不活性液体を使うことができる。この媒体のレオロジー特性は、固形分の安定な分散、スクリーン印刷のための適当な粘度およびチキソトロピー、許容しうる未焼成「グリーン」強度、基板とペースト固形分との適当な濡れ性、良好な乾燥速度、ならびに良好な焼成およびバーンアウト特性を含めて、組成物に良好な適用性を付与するものでなければならない。通常、有機媒体は、1種または複数のポリマーを1種または複数の溶媒に溶解した溶液である。さらに、少量の界面活性剤などの添加剤を有機媒体の一部とすることもできる。この目的で最も頻繁に用いられるポリマーはエチルセルロースである。ポリマーのその他の例としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッドロジン、エチルセルロースとフェノール樹脂の混合物、低級アルコールのポリメタクリレートが挙げられ、エチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルも使用することができる。厚膜組成物において最も広く使用されている溶媒は、エステルアルコールおよびα−もしくはβ−テルピネオールなどのテルペン、またはこれらとケロセン、フタル酸ジブチル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコール、ならびに高沸点アルコールおよびアルコールエステルなどの他の溶媒との混合物である。さらに、基板上に塗布された後に急速硬化を促進するための揮発性液体をベヒクルに含有させることもできる。所望の粘度および揮発性の要求性能を得るために、これらおよび他の溶媒を様々に組み合わせて配合する。
本発明の1種または複数の導体組成物を、グリーンテープ(商標)低温共焼成セラミック(LTCC)などの未硬化のセラミック材料および他の様々なペースト成分と併せて使用して、多層電子回路を形成することができる。グリーンテープ(商標)は、通常、多層電子回路用の誘電体または絶縁材料として使用される。グリーンテープ(商標)のシートの各コーナーに、実際の回路寸法よりやや大きいサイズに位置決め孔を打ち抜く。多層回路の様々な層を電気的に接続するために、ビアホールをグリーンテープ(商標)に形成する。通常これは機械パンチングで行うが、任意の適切な方法を用いることができる。例えば、鋭く焦点を合わせたレーザを用いて蒸発させて、グリーンテープ(商標)にビアホールを形成することができる。
本発明の厚膜組成物は、以下の一般的方法に従って調製された。無機固体を有機媒体と混ぜ、3本ロールミルなどの適当な装置を用いて分散して懸濁液を形成し、ライン導体組成物については4秒−1のせん断速度で粘度が100〜200パスカル秒の範囲であり、ビア充填導体についての相当値が1000〜5000パスカル秒である組成物を得た。
以下の実施例においては、以下の方法で抵抗変動を測定した。繰返し焼成後の抵抗変動を試験するための試料は以下のように調製した。
以下の実施例においては、表1に詳しく示したガラス組成物を用いた。ガラスA、B、C、およびDは、本発明において有用なガラスを表す。
実施例1〜11は、本発明の実施例を示す。すべての配合は、全厚膜組成物に対する重量パーセントで示されている。以下に示した非フレーク銀粉末は、重量比の平均表面積が0.1〜2.0m2/gである。以下に示したパラジウム金属粉末は、重量比の平均表面積が2.0〜15.0m2/gである。以下に示した白金金属粉末は、重量比の平均表面積が約10m2/gから30m2/gである。金金属粉末の平均粒度分布は1〜4ミクロンの範囲である。
金粉末 90.0
フリット粉末D 3.0
酸化アルミニウム 2.0
残りはエチルセルロース/テキサノール系媒体
金粉末 PSD d50〜 2〜3μm
金粉末 89.8
酸化アルミニウム 2.1
他の酸化物 3.2
残りはエチルセルロース/テルピノール系媒体
金粉末 PSD d50〜 1〜2μm
銀粉末 86.5
パラジウム粉末 3.0
フリット粉末D 0.8
残りはエチルセルロース/テキサノール系媒体
パラジウム粉末 SA〜 1.1〜1.7m2/g
銀粉末 SA 〜0.1〜1.5m2/g
銀粉末 82.2
パラジウム粉末 3.0
白金 5.1
フリット粉末C 0.8
残りはエチルセルロース/テキサノール系媒体
パラジウム粉末 SA〜 1.1〜1.7m2/g
白金粉末 SA 〜0.7〜1.2m2/g
金粉末 80.7
フリット粉末C 0.8
残りはエチルセルロース/テルピノール系媒体
金粉末 PSD d50〜 2〜3μm
金粉末 78.0
フリット粉末C 0.7
残りはエチルセルロース/テルピノール系媒体
金粉末 PSD d50〜 4〜5μm
金粉末 80.7
フリット粉末D 0.8
残りはエチルセルロース/テルピノール系媒体
金粉末 PSD d50〜 2〜3μm
銀粉末 90.9
フリット粉末B 1.2
残りはエチルセルロース/テキサノール系媒体
銀粉末 SA 0.1〜1.5m2/g
銀粉末 89.5
フリット粉末D 1.2
残りはエチルセルロース/テキサノール系媒体
銀粉末 SA 〜0.1〜1.5m2/g
銀粉末 80.6
フリット粉末B 1.2
有機金属 1.0
残りはエチルセルロース/テキサノール系媒体
銀粉末 SA 0.1〜1.5m2/g
銀粉末 53.5
パラジウム粉末 13.6
銅ビスマスルテニウム酸塩 5.1
酸化銅 0.5
残りはエチルセルロース/テルピノール系媒体
銀フレーク SA 〜0.60〜0.90m2/g タップ密度 4.0〜6.0g/ml
図1、3および4は、本発明の下記導体系のデイジーチェーンテストを示す。図1は、実施例8および10の銀導体組成物を使用している。図3は、実施例1、5および7の導体系を使用している。図4は、実施例4、6および10の導体系を使用している。
(比較例12)
先行技術の説明
市販の標準LTCC厚膜導体製品No.6142および6145(E.I.du Pont de Nemours and Company製)を、低損失LTCCグリーンテープ上に印刷し、標準LTCC焼成プロフィルで焼成した。この部品を分析したところ、部品の大部分は抵抗率読み取り値を得ることに失敗した。これら不合格部品の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を撮影したところ、部分的に「溶けた」導体ラインおよび導体ライン内部に誘電体成分からなる細長い結晶の成長が認められた。いくつかの部品は許容できないレベルの高抵抗率を示した。再焼成すると、これら部品の抵抗率はさらに上昇した。
Claims (12)
- 低温共焼成セラミック回路に使用する厚膜組成物であって、全厚膜組成物に対する重量パーセントで、
(a)貴金属、貴金属の合金およびこれらの混合物から選択される微粉砕粒子の30〜98重量パーセントと、
(b)1種または複数の無機バインダーであって、
(1)前記回路の焼成温度で6〜7.6の範囲の比粘度(log n)を有する1種または複数の耐熱ガラス組成物の0.2〜20重量パーセントと、
(2)(i)金属酸化物、(ii)金属酸化物の前駆体、(iii)非酸化物のホウ化物、(iv)非酸化物のケイ化物、および(v)これらの混合物から選択されるその他の無機バインダーの0.1〜5重量パーセントと、
(3)これらの混合物と、
から選択される無機バインダーと、これらを分散させた
(c)有機媒体と
を含み、
前記焼成条件において、前記ガラス組成物が前記低温共焼成セラミック基板ガラスに存在する残存ガラスと不混和性または部分的に混和性であることを特徴とする厚膜組成物。 - 前記貴金属が、Au、Ag、Pd、およびPtから選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記貴金属の合金が、Au、Ag、PdおよびPtから選択される金属の合金であることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記金属酸化物が、Zn、Mg、Co、A1、Zr、Mn、Ni、Cu、Ta、W、Laの酸化物およびこれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記金属酸化物の前駆体が、Zn、Mg、Co、A1、Zr、Mn、Ni、Cu、Ta、W、Laおよびこれらの混合物の前駆体であることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記耐熱ガラス組成物が、全ガラス組成物に対する重量パーセントで、SiO225〜60%、Al2O310〜20%、B2O310〜15%、CaO5〜25%、および残りは他の網目変性イオン1〜5%を含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記貴金属が球形のAuであり、前記Auの平均粒度分布が1から6ミクロンの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 請求項1に記載の前記組成物を含む低温共焼成セラミック回路であって、前記1種または複数のガラスフリット/金属粉末および/または他の焼結助剤を焼結させ、前記有機媒体を除去するように前記組成物を処理したことを特徴とする回路。
- 多層回路を形成する方法であって、
a)グリーンテープの複数の層にビアのパターン化アレイを形成するステップと、
b)ステップ(a)の1つまたは複数の前記グリーンテープ層のビアに、ビア充填厚膜組成物を充填するステップと、
c)ステップ(b)の任意のまたはすべての前記ビア充填グリーンテープ層の表面上に、パターン化厚膜機能性層を印刷するステップと、
d)ステップ(c)の前記グリーンテープ層の最も外側の表面上に、表面厚膜のパターン化層を印刷するステップと、
e)ステップ(d)の前記印刷グリーンテープ層を積層して、未焼成グリーンテープで分離された複数の未焼成相互接続機能性層を含む集合体を形成するステップと、
f)ステップ(e)の前記集合体を共焼成するステップと
を含み、
前記ビア充填厚膜組成物、パターン化厚膜機能性層、および表面厚膜の1つまたは複数が請求項1に記載の組成物を用いていることを特徴とする方法。 - 多層回路を形成する方法であって、
a)グリーンテープの複数の層にビアのパターン化アレイを形成するステップと、
b)ステップ(a)の1つまたは複数の前記グリーンテープ層のビアに、ビア充填厚膜組成物を充填するステップと、
c)ステップ(b)のいくつかのまたはすべての前記ビア充填グリーンテープ層の表面上に、パターン化厚膜機能性層を印刷するステップと、
d)ステップ(c)の前記印刷グリーンテープ層を積層して、未焼成グリーンテープで分離された複数の未焼成相互接続機能性層を含む集合体を形成するステップと、
e)ステップ(d)の前記集合体上に、表面厚膜組成物の少なくとも1つのパターン化層を印刷するステップと、
f)ステップ(e)の前記集合体および1つまたは複数のパターン化層を共焼成するステップと
を含み、
前記ビア充填厚膜組成物、パターン化厚膜機能性層、および表面厚膜の1つまたは複数が請求項1に記載の組成物を用いていることを特徴とする方法。 - 請求項9または10のいずれか一項に記載の方法によって形成されたことを特徴とする多層回路。
- アンテナ、フィルター、バルン、ビームフォーマー、I/O、結合器、ビアフィードスルー、EM結合フィードスルー、ワイヤボンド接続、および伝送路を含めた、マイクロ波ないしその他の高周波回路部品を形成するための請求項1に記載の組成物の使用。
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