JP2009004515A - Ceramic wiring board and manufacturing method of the ceramic wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミック配線基板及びセラミック配線基板の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、未焼成セラミックシートとの同時焼成の際に、溶融した銅の流動が金属化合物の微粒子により抑制され、配線の滲み、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、更には抵抗が低く、周辺における反りの発生が抑制された配線を備えるセラミック配線基板、及びセラミック配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic wiring board and a method for manufacturing a ceramic wiring board. More specifically, in the present invention, during the simultaneous firing with the unfired ceramic sheet, the flow of molten copper is suppressed by the fine particles of the metal compound, the bleeding of the wiring, the protrusion of the copper ball on the surface of the wiring, etc. In particular, the present invention relates to a ceramic wiring board having wiring with low resistance, low resistance, and suppressed generation of warping in the periphery, and a method for manufacturing the ceramic wiring board.
従来、半導体素子を収納するセラミックパッケージ等は、アルミナを主成分とする基体と、この基体の表面及び内部に設けられたタングステン等の高融点金属からなる配線とを備える態様が主流であった。このようなセラミックパッケージ等では、強度の大きいアルミナによる高い実装強度、及び優れた封止性が得られる反面、配線にタングステン等を用いているため配線抵抗が高くなるという問題があった。これに対して、低温で焼成し得る基板材料として開発されたガラスセラミックなどでは、配線に銀等の低抵抗、低融点の金属を用いることができ、配線抵抗を低くすることが可能となった。 2. Description of the Related Art Conventionally, a ceramic package or the like for housing a semiconductor element has been mainly provided with a substrate including alumina as a main component and wiring made of a refractory metal such as tungsten provided on and inside the substrate. Such a ceramic package or the like has a problem that the wiring resistance becomes high because tungsten or the like is used for the wiring, while high mounting strength by alumina having a high strength and excellent sealing performance can be obtained. On the other hand, in glass ceramics and the like developed as a substrate material that can be fired at a low temperature, a metal having a low resistance and a low melting point such as silver can be used for the wiring, and the wiring resistance can be lowered. .
しかし、ガラスセラミックを用いた場合、基板がガラス質成分を多量に含有することになるため、基板の強度が低下し、また、ガラス質成分がメッキ時に用いられる薬液に侵され易く、実装パッドが剥がれ易くなるなど、十分な実装強度が得られない等の問題がある。一方、十分な強度を有する基板及び低抵抗の配線を用いることで、小型であり、且つ実装強度の大きいセラミックパッケージ等とすることができる材料構成として、アルミナを主成分とするセラミック基板に、銅とタングステンとの混合物からなる配線を形成した形態が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。また、タングステン及び／又はモリブデンにより形成され、これに酸化アルミニウムを添加した配線導体を絶縁基体に取着してなる配線基板も知られている（例えば、特許文献４参照。）。
However, when glass ceramic is used, the substrate contains a large amount of the vitreous component, so the strength of the substrate is reduced, and the vitreous component is liable to be attacked by the chemical used during plating, and the mounting pad is There is a problem that sufficient mounting strength cannot be obtained, such as easy peeling. On the other hand, by using a substrate having sufficient strength and a low-resistance wiring, the material structure that can be a small-sized and high-mounting ceramic package, etc., is formed on a ceramic substrate mainly composed of alumina, copper There is known a form in which a wiring made of a mixture of tungsten and tungsten is formed (see, for example, Patent Document 1,
しかしながら、特許文献１〜３に記載された銅とタングステンとの混合物からなる配線を有するセラミックパッケージ等では、銅の融点（１０８３℃）を越える温度で焼成されるため、焼成中に溶融した銅が流動し、配線が滲んだり、引き下がったりして、所定の配線形状を保持することが困難であるという問題がある。また、タングステンの質量割合を高くすれば配線形状の保持は可能であるが、一方で、配線抵抗が高くなってしまい、抵抗の低い銅を含有することの優位性が低下するという問題がある。 However, in the ceramic package having the wiring made of a mixture of copper and tungsten described in Patent Documents 1 to 3, it is fired at a temperature exceeding the melting point of copper (1083 ° C.). There is a problem in that it is difficult to maintain a predetermined wiring shape due to fluid flow and bleeding or pulling down. Further, if the mass ratio of tungsten is increased, the wiring shape can be maintained, but on the other hand, there is a problem that the wiring resistance becomes high and the superiority of containing copper having a low resistance is lowered.
更に、特許文献４に記載された配線基板では、タングステン等により形成された配線導体に酸化アルミニウムが添加されているが、この酸化アルミニウムは熱衝撃力等による配線導体の剥離を皆無とすることを目的としており、特許文献４には、酸化アルミニウムの粒径についてはまったく記載がない。また、酸化アルミニウムを多量に含有させれば密着性は向上するが、抵抗がより高くなってしまい好ましくない。更に、特許文献４では焼成温度が１６００℃と高く、基板表面に露出した配線から銅が揮散することも考えられる。 Furthermore, in the wiring substrate described in Patent Document 4, aluminum oxide is added to the wiring conductor formed of tungsten or the like. This aluminum oxide eliminates the peeling of the wiring conductor due to thermal shock force or the like. This is intended, and Patent Document 4 does not describe the particle size of aluminum oxide at all. Moreover, if aluminum oxide is contained in a large amount, the adhesion is improved, but the resistance becomes higher, which is not preferable. Further, in Patent Document 4, the firing temperature is as high as 1600 ° C., and it is considered that copper is volatilized from the wiring exposed on the substrate surface.
また、上記の特許文献に記載された各々の技術における問題点の他、一般的な信号伝達のための配線において所定の配線形状が保持されていたとしても、実装パッドのような比較的面積の大きいパターンを形成した場合、焼成時に溶融し、流動した銅が配線表面に浮き出して玉状に凝集するという問題がある。これにより、実装パッド等の平坦性が低下するという問題もある。 In addition to the problems in each technique described in the above-mentioned patent documents, even if a predetermined wiring shape is maintained in a wiring for general signal transmission, it has a relatively large area such as a mounting pad. When a large pattern is formed, there is a problem that the molten copper that flows during firing floats on the wiring surface and aggregates into a ball shape. Thereby, there also exists a problem that flatness, such as a mounting pad, falls.
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、未焼成セラミックシートとの同時焼成の際に、溶融した銅の流動が微細なアルミナ粒子等の金属化合物粒子により抑制され、配線の滲み、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられた配線を備えるセラミック配線基板を提供することを目的とする。また、タングステン粉末等と微細な金属化合物粉末とを含有する導電ペーストを用いることにより、未焼成セラミックシートとの同時焼成時に、配線の滲み、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられるセラミック配線基板の製造方法を提供することを目的とする。更に、本発明は、低抵抗で、且つ周辺に反りの発生がない配線を備えるセラミック配線基板、及びそのようなセラミック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 solves the above-mentioned conventional problems, and when co-firing with an unfired ceramic sheet, the flow of molten copper is suppressed by metal compound particles such as fine alumina particles, and wiring bleeds. An object of the present invention is to provide a ceramic wiring board provided with a wiring in which the protrusion of a copper ball or the like on the surface of the wiring is suppressed. In addition, by using a conductive paste containing tungsten powder, etc. and fine metal compound powder, it is possible to suppress the bleeding of the wiring and the protrusion of the copper ball on the surface of the wiring during the simultaneous firing with the unfired ceramic sheet. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceramic wiring board. Furthermore, an object of the present invention is to provide a ceramic wiring board having wiring with low resistance and no occurrence of warping in the periphery, and a method for manufacturing such a ceramic wiring board.
本発明は以下のとおりである。
１．セラミック絶縁体と、該セラミック絶縁体の表面及び内部に設けられた配線とを備えるセラミック配線基板において、上記配線は銅と、タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子と、金属酸化物粒子、金属窒化物粒子及び金属炭化物粒子のうちの少なくとも１種の金属化合物粒子とを含有し、該金属化合物粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、該銅と該タングステン及び／又はモリブデン粒子との合計を１００質量部とした場合に、該銅は２５〜６５質量部、該タングステン粒子及び／又は該モリブデン粒子は３５〜７５質量部であることを特徴とするセラミック配線基板。
２．上記銅と上記タングステン粒子及び／又は上記モリブデン粒子との合計を１００質量部とした場合に、上記金属化合物粒子の含有量は０．１〜３質量部である上記１．に記載のセラミック配線基板。
３．銅粉末と、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末と、平均粒径が１５０ｎｍ以下の、金属酸化物粉末、金属窒化物粉末及び金属炭化物粉末のうちの少なくとも１種の金属化合物粉末とを含有し、該銅粉末と該タングステン粉末及び／又は該モリブデン粉末との合計を１００質量部とした場合に、該銅粉末は２５〜６５質量部、該タングステン粉末及び／又は該モリブデン粉末は３５〜７５質量部である導電ペーストを、複数の未焼成セラミックシートの各々の少なくとも一面に塗布して未焼成配線層を形成し、その後、該未焼成配線層を有する複数の該未焼成セラミックシートを積層して未焼成積層体とし、次いで、該未焼成積層体を焼成することを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。
４．上記銅粉末と上記タングステン粉末及び／又は上記モリブデン粉末との合計を１００質量部とした場合に、上記金属化合物粉末の含有量は０．１〜３質量部である上記３．に記載のセラミック配線基板。
５．上記焼成の温度が１２００〜１４００℃である上記３．又は上記４．に記載のセラミック配線基板の製造方法。
The present invention is as follows.
1. In a ceramic wiring board comprising a ceramic insulator and wiring provided on and inside the ceramic insulator, the wiring is made of copper, tungsten particles and / or molybdenum particles, metal oxide particles, metal nitride particles. And at least one metal compound particle of the metal carbide particles, the metal compound particles have an average particle size of 500 nm or less, and the total of the copper and the tungsten and / or molybdenum particles is 100 parts by mass. In this case, the copper is 25 to 65 parts by mass, and the tungsten particles and / or the molybdenum particles are 35 to 75 parts by mass.
2. When the total of the copper and the tungsten particles and / or the molybdenum particles is 100 parts by mass, the content of the metal compound particles is 0.1 to 3 parts by mass. The ceramic wiring board according to 1.
3. Containing copper powder, tungsten powder and / or molybdenum powder, and at least one metal compound powder of metal oxide powder, metal nitride powder and metal carbide powder having an average particle size of 150 nm or less, When the total of the copper powder and the tungsten powder and / or the molybdenum powder is 100 parts by mass, the copper powder is 25 to 65 parts by mass, the tungsten powder and / or the molybdenum powder is 35 to 75 parts by mass. A conductive paste is applied to at least one surface of each of the plurality of unfired ceramic sheets to form an unfired wiring layer, and then the plurality of unfired ceramic sheets having the unfired wiring layer are laminated to form an unfired A method for manufacturing a ceramic wiring board, comprising: forming a laminate, and then firing the unfired laminate.
4). When the total of the copper powder and the tungsten powder and / or the molybdenum powder is 100 parts by mass, the content of the metal compound powder is 0.1 to 3 parts by mass. The ceramic wiring board according to 1.
5). 2. The firing temperature is 1200 to 1400 ° C. Or 4. The manufacturing method of the ceramic wiring board as described in 2.
本発明のセラミック配線基板では、未焼成セラミックシートとの同時焼成の際に、溶融した銅の流動が金属化合物の微粒子により抑制され、過度に流動しないため、配線の滲み、及び配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、所定の形状及び寸法を有する配線を備えるセラミック配線基板とすることができる。また、この配線が所定量の銅を含有しているため、十分に抵抗の低い配線とすることができる。
更に、銅とタングステン粒子及び／又はモリブデン粒子との合計を１００質量部としたときに、金属化合物粒子の含有量が０．１〜３質量部である場合は、タングステン等の粒子間における銅の流動が金属化合物の微粒子により十分に抑制され、特に、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、更には金属化合物粒子が微量であるため配線抵抗の上昇が抑制されるとともに配線周辺における反りの発生も抑えられる。
本発明のセラミック配線基板の製造方法によれば、金属化合物の微粒子により、溶融した銅の流動、特にタングステン等の粒子間における過度な流動が抑制され、配線の滲みが抑制されるとともに、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が十分に抑えられ、所定の形状及び寸法を有する配線を備えるセラミック配線基板を製造することができる。
また、銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末との合計を１００質量部としたときに、金属化合物粉末の含有量が０．１〜３質量部である場合は、タングステン等の粒子間における銅の流動を抑制することができ、特に、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等を十分に抑えることができ、更には金属化合物粉末が微量であるため配線抵抗の上昇を抑制することができるとともに配線周辺における反りの発生を抑えることもできる。
更に、焼成の温度が１２００〜１４００℃である場合は、銅の過度な流動、及び金属化合物粉末の過度な粒成長等が抑えられ、所定の形状及び寸法の配線を備える配線基板をより容易に製造することができる。
In the ceramic wiring board of the present invention, when co-firing with the unfired ceramic sheet, the flow of molten copper is suppressed by the fine particles of the metal compound and does not flow excessively. It is possible to obtain a ceramic wiring board having wirings having a predetermined shape and dimensions, with the copper ball-like protrusions being suppressed. Further, since this wiring contains a predetermined amount of copper, it can be a wiring having a sufficiently low resistance.
Furthermore, when the total of copper and tungsten particles and / or molybdenum particles is 100 parts by mass, when the content of the metal compound particles is 0.1 to 3 parts by mass, The flow is sufficiently suppressed by the fine particles of the metal compound, in particular, the copper ball-like protrusion on the surface of the wiring is suppressed, and further, since the amount of the metal compound particles is small, an increase in wiring resistance is suppressed and the wiring is suppressed. Occurrence of warpage in the vicinity can be suppressed.
According to the method for producing a ceramic wiring board of the present invention, the flow of molten copper, particularly excessive flow between particles such as tungsten, is suppressed by the fine particles of the metal compound, and the bleeding of the wiring is suppressed. It is possible to manufacture a ceramic wiring board having wiring having a predetermined shape and dimensions, with the copper ball-like protrusions on the surface being sufficiently suppressed.
In addition, when the total amount of copper powder and tungsten powder and / or molybdenum powder is 100 parts by mass, if the content of the metal compound powder is 0.1 to 3 parts by mass, copper between particles such as tungsten In particular, it is possible to sufficiently suppress the protrusion of a copper ball on the surface of the wiring, and further suppress the increase in wiring resistance due to the small amount of metal compound powder. In addition, the occurrence of warpage around the wiring can be suppressed.
Furthermore, when the firing temperature is 1200 to 1400 ° C., excessive flow of copper, excessive grain growth of the metal compound powder, and the like are suppressed, and a wiring board having wiring of a predetermined shape and size can be more easily obtained. Can be manufactured.
以下、本発明を詳細に説明する。
［１］セラミック配線基板
本発明のセラミック配線基板は、セラミック絶縁体と、その表面及び内部に設けられた配線とを備え、配線は（１）銅と、（２）タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子と、（３）金属酸化物粒子、金属窒化物粒子及び金属炭化物粒子のうちの少なくとも１種の金属化合物粒子と、を含有し、金属化合物粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、銅とタングステン及び／又はモリブデン粒子との合計を１００質量部とした場合に、銅は２５〜６５質量部、タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子は３５〜７５質量部である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[1] Ceramic Wiring Board The ceramic wiring board of the present invention includes a ceramic insulator and wiring provided on the surface and inside thereof, and the wiring is (1) copper and (2) tungsten particles and / or molybdenum particles. And (3) at least one metal compound particle of metal oxide particles, metal nitride particles, and metal carbide particles, wherein the average particle size of the metal compound particles is 500 nm or less, and copper and tungsten And when the sum total with a molybdenum particle is 100 mass parts, copper is 25-65 mass parts, and a tungsten particle and / or a molybdenum particle are 35-75 mass parts.
上記「セラミック絶縁体」はセラミックが焼成されて形成される。セラミックは特に限定されず、アルミナ、ジルコニア、コーデェライト、ムライト、チタニア、石英、フォルステライト、ワラストナイト、アノーサイト、エンスタタイト、ジオプサイト、アーケルマナイト、ゲーレナイト、スピネル、ガーナイト、並びにチタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム及びチタン酸バリウム等のチタン酸塩などが挙げられる。このセラミックとしては、絶縁性及び強度等の観点から、アルミナ、ジルコニア、コーデェライト及びムライト等が好ましく、アルミナが特に好ましい。セラミックは１種のみでもよく、例えば、アルミナとジルコニアのように混合して焼成させることができるものであれば、２種以上でもよい。 The “ceramic insulator” is formed by firing ceramic. Ceramic is not particularly limited, alumina, zirconia, cordierite, mullite, titania, quartz, forsterite, wollastonite, anorthite, enstatite, diopsite, akermanite, gehlenite, spinel, garnite, and magnesium titanate, Examples thereof include titanates such as calcium titanate, strontium titanate and barium titanate. As the ceramic, alumina, zirconia, cordierite, mullite, and the like are preferable from the viewpoint of insulation and strength, and alumina is particularly preferable. Only one type of ceramic may be used. For example, two or more types of ceramics may be used as long as they can be mixed and fired, such as alumina and zirconia.
上記「配線」は、セラミック絶縁体の表面及び内部に設けられている。この配線の平面形状及び厚さ等は特に限定されない。配線としては、例えば、通常の導通用配線、抵抗用配線、インダクタンス用配線、ボンディングパッド、及び異なる配線間を接続するためのビア導体等が挙げられる。この配線の形態は特に限定されないが、通常、２層以上の配線がセラミック絶縁体の表面及び内部に設けられている。２層以上の配線がセラミック絶縁体の一部を介して設けられている場合、各々の配線はビア導体により層間接続されて導通されていてもよく、接続されずにそれぞれが独立していてもよい。また、配線がセラミック絶縁体の表面に設けられた場合は、一般に、滲みの他、特に銅の玉状の浮き出しが生じ易いが、本発明のセラミック配線基板では、タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子、並びに金属化合物の微粒子の作用により配線の所定形状が十分に保持される（以下、これを保形性ということもある。）。 The “wiring” is provided on the surface and inside of the ceramic insulator. The planar shape and thickness of the wiring are not particularly limited. Examples of the wiring include normal conduction wiring, resistance wiring, inductance wiring, bonding pads, and via conductors for connecting different wirings. The form of the wiring is not particularly limited, but usually, two or more layers of wiring are provided on the surface and inside of the ceramic insulator. When two or more layers of wiring are provided through a part of the ceramic insulator, each wiring may be electrically connected by interlayer connection by via conductors, or may be independent without being connected. Good. In addition, when the wiring is provided on the surface of the ceramic insulator, generally, in addition to bleeding, in particular, a copper ball-like embossing is likely to occur, but in the ceramic wiring board of the present invention, tungsten particles and / or molybdenum particles, In addition, the predetermined shape of the wiring is sufficiently retained by the action of the fine particles of the metal compound (hereinafter also referred to as shape retention).
配線に含有される上記「銅」は、単体であってもよく、銅を含有する合金であってもよい。この合金としては、銅と銀、金等の融点の低い金属との合金が好ましい。銅が他の低融点金属との合金である場合、合金を１００質量％としたときに、銅は８０質量％以上、特に９０質量％以上、更に９５質量％以上であることが好ましい。また、合金には低融点金属を除く他の金属が含有されていてもよい。この場合、低融点ではない他の金属は特に限定されないが、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ等が挙げられる。この他の金属の含有量は、銅を１００質量％としたときに、２０質量％以下、特に１０質量％以下、更に５質量％以下であることが好ましい。 The “copper” contained in the wiring may be a simple substance or an alloy containing copper. As this alloy, an alloy of copper and a metal having a low melting point such as silver or gold is preferable. When copper is an alloy with other low melting point metals, when the alloy is 100% by mass, copper is preferably 80% by mass or more, particularly 90% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more. Further, the alloy may contain other metals other than the low melting point metal. In this case, other metals that do not have a low melting point are not particularly limited, and examples thereof include Ni, Ti, and Fe. The content of this other metal is preferably 20% by mass or less, particularly 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less, when copper is 100% by mass.
上記「タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子」は、融点が高く、配線の保形性を維持するために用いられる。一方、タングステン及びモリブデンはいずれも銅と比べて抵抗が高いため、銅とタングステン粒子及び／又はモリブデン粒子との質量割合は、配線の保形性と抵抗とを勘案して設定することが好ましい。この質量割合は、銅とタングステン粒子及び／又はモリブデン粒子との合計を１００質量部とした場合に、銅は２５〜６５質量部であり、３０〜６０質量部、特に３５〜６０質量部であることが好ましい。また、タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子は３５〜７５質量部であり、４０〜７０質量部、特に４０〜６５質量部であることが好ましい。銅の質量割合が２５〜６５質量部、特に３０〜６０質量部（タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子の質量割合が３５〜７５質量部、特に４０〜７０質量部）であれば、十分な保形性を有し、且つ抵抗の低い配線とすることができる。 The “tungsten particles and / or molybdenum particles” have a high melting point and are used to maintain the shape retention of the wiring. On the other hand, since both tungsten and molybdenum have higher resistance than copper, the mass ratio of copper to tungsten particles and / or molybdenum particles is preferably set in consideration of the shape retention and resistance of the wiring. This mass ratio is 25 to 65 parts by mass of copper and 30 to 60 parts by mass, particularly 35 to 60 parts by mass when the total of copper and tungsten particles and / or molybdenum particles is 100 parts by mass. It is preferable. Moreover, tungsten particles and / or molybdenum particles are 35 to 75 parts by mass, preferably 40 to 70 parts by mass, and particularly preferably 40 to 65 parts by mass. If the copper mass ratio is 25 to 65 parts by mass, particularly 30 to 60 parts by mass (the mass ratio of tungsten particles and / or molybdenum particles is 35 to 75 parts by mass, especially 40 to 70 parts by mass), sufficient shape retention is achieved. Wiring with low resistance and low resistance.
上記「金属化合物粒子」としては、金属酸化物粒子、金属窒化物粒子及び金属炭化物粒子のうちの少なくとも１種が含有される。上記「金属酸化物粒子」は、焼成時、溶融せず、形状が保持される限り特に限定されず、各種の金属酸化物の粒子を用いることができる。この金属酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２及びＴｉＯ２等が挙げられる。また、上記「金属窒化物粒子」も、焼成時、溶融せず、形状が保持される限り特に限定されず、各種の金属窒化物の粒子を用いることができる。この金属窒化物としては、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ及びＮｂＮ等が挙げられる。更に、上記「金属炭化物粒子」も、焼成時、溶融せず、形状が保持される限り特に限定されず、各種の金属炭化物の粒子を用いることができる。この金属炭化物としては、ＷＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ及びＴｉＣ等が挙げられる。金属化合物粒子は１種のみ含有されていてもよく、２種以上含有されていてもよい。 The “metal compound particles” include at least one of metal oxide particles, metal nitride particles, and metal carbide particles. The “metal oxide particles” are not particularly limited as long as they are not melted during firing and the shape is maintained, and various metal oxide particles can be used. Examples of the metal oxide include Al 2 O 3 , ZrO 2 and TiO 2 . The “metal nitride particles” are not particularly limited as long as they are not melted during firing and the shape is maintained, and various metal nitride particles can be used. Examples of the metal nitride include TiN, ZrN, HfN, and NbN. Furthermore, the above “metal carbide particles” are not particularly limited as long as they do not melt during firing and the shape is maintained, and various metal carbide particles can be used. Examples of the metal carbide include WC, TaC, NbC, HfC, ZrC, and TiC. Only one type of metal compound particle may be contained, or two or more types may be contained.
金属化合物粒子の形状は特に限定されないが、球状及び楕円体状であることが好ましく、これらの各々の形状の粒子の混合物であってもよい。また、金属化合物粒子の平均粒径（球状でない場合は最大寸法の平均値であるとする。）は５００ｎｍ以下であり、２００〜５００ｎｍ、特に２５０〜４５０ｎｍであることが好ましい。金属化合物粒子は微細な金属化合物粉末が焼成により粒成長して生成する粒子であり、焼成時、この金属化合物粉末の粉末粒子によって、タングステン等の粒子間における銅の流動が十分に抑えられ、保形性に優れ、溶融した銅が連続して形成された抵抗の低い配線とすることができる。この金属化合物粒子は、未焼成セラミックシートとの同時焼成時に金属化合物粉末の粉末粒子が粒成長し、結果として上記の平均粒径となるものであり、その平均粒径は原料粉末の平均粒径により調整することができる。
金属化合物粒子の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡による配線の断面観察等の方法により測定することができる。
The shape of the metal compound particles is not particularly limited, but is preferably spherical and ellipsoidal, and may be a mixture of particles having these shapes. In addition, the average particle diameter of the metal compound particles (assuming that it is the average value of the maximum dimension when not spherical) is 500 nm or less, preferably 200 to 500 nm, particularly preferably 250 to 450 nm. The metal compound particles are particles formed by finely growing a metal compound powder by firing. During firing, the powder particles of the metal compound powder sufficiently suppress the flow of copper between particles such as tungsten. It is excellent in formability, and can be a low-resistance wiring in which molten copper is continuously formed. The metal compound particles are those in which the powder particles of the metal compound powder grow during co-firing with the unfired ceramic sheet, resulting in the above average particle size. The average particle size is the average particle size of the raw material powder. Can be adjusted.
The average particle diameter of the metal compound particles can be measured, for example, by a method such as cross-sectional observation of the wiring using a scanning electron microscope.
金属化合物粒子の含有量は、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、配線が十分な保形性を有している限り、特に限定されないが、金属化合物は金属単体及び合金に比べて抵抗が高いため、より抵抗の低い配線とするためには少量であることが好ましい。この配線の保形性と抵抗とを勘案すると、金属化合物粒子の含有量は、銅とタングステン粒子及び／又はモリブデン粒子との合計を１００質量部とした場合に、０．１〜３質量部、特に０．３〜２．５質量部、更に０．５〜２．０質量部であることが好ましい。この含有量が０．１〜３質量部であれば、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、配線の保形性が十分に維持され、更には抵抗の低い配線とすることができるとともに配線周辺における反りの発生も抑制される。 The content of the metal compound particles is not particularly limited as long as copper balls are not raised on the surface of the wiring, and the wiring has sufficient shape retention. Since the resistance is higher than the above, a small amount is preferable in order to obtain a wiring with lower resistance. Considering the shape retention and resistance of this wiring, the content of the metal compound particles is 0.1 to 3 parts by mass, when the total of copper and tungsten particles and / or molybdenum particles is 100 parts by mass, In particular, it is preferably 0.3 to 2.5 parts by mass, and more preferably 0.5 to 2.0 parts by mass. If this content is 0.1 to 3 parts by mass, the protrusion of the copper ball on the surface of the wiring is suppressed, the shape retaining property of the wiring is sufficiently maintained, and the wiring has a low resistance. It is possible to suppress the occurrence of warpage around the wiring.
本発明のセラミック配線基板は、セラミック絶縁体の表面及び内部に、通常、複数の配線が設けられた、所謂、多層配線基板である。この配線基板としては、（１）ＭＣＰ用配線基板、水晶用配線基板等のパッケージ用配線基板、（２）マザーボード等の通常の配線基板、（３）フリップチップ用配線基板、（４）ＣＳＰ用配線基板、（５）アンテナスイッチモジュール用配線基板、ミキサーモジュール用配線基板、ＰＬＬモジュール用配線基板、ＭＣＭ用配線基板等のモジュール用配線基板、（６）ＰＡ用配線基板、（７）ＳＡＷフィルタ用配線基板等の各種の配線基板が挙げられる。 The ceramic wiring board of the present invention is a so-called multilayer wiring board in which a plurality of wirings are usually provided on the surface and inside of a ceramic insulator. As this wiring board, (1) an MCP wiring board, a wiring board for a package such as a crystal wiring board, (2) a normal wiring board such as a motherboard, (3) a flip chip wiring board, (4) a CSP Wiring board, (5) Wiring board for antenna switch module, Wiring board for mixer module, Wiring board for PLL module, Wiring board for module such as wiring board for MCM, (6) Wiring board for PA, (7) For SAW filter Various wiring boards, such as a wiring board, are mentioned.
また、セラミック配線基板が、例えば、図１のようなパッケージ用配線基板１である場合、この配線基板には、図２のように、電子部品２等の他の部材が配設される。この電子部品の種類は特に限定されず、配線基板には種々の能動部品及び受動部品等を配設することができる。これらの電子部品が配設される位置も特に限定されず、例えば、配線基板の内部に設けられたスルーホール内に配設されていてもよく、配線基板に形成されたキャビティ内に配設されていてもよく（図２参照）、配線基板の表面に配設されていてもよい。
Further, when the ceramic wiring board is, for example, a package wiring board 1 as shown in FIG. 1, other members such as an
［２］セラミック配線基板の製造方法
本発明のセラミック配線基板の製造方法は、（１）銅粉末と、（２）タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末と、（３）平均粒径が１５０ｎｍ以下の、金属酸化物粉末、金属窒化物粉末及び金属炭化物粉末のうちの少なくとも１種の金属化合物粉末と、を含有し、銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末との合計を１００質量部とした場合に、銅粉末は２５〜６５質量部、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末は３５〜７５質量部である導電ペーストを、複数の未焼成セラミックシートの各々の少なくとも一面に塗布して未焼成配線層を形成し、その後、未焼成配線層を有する複数の未焼成セラミックシートを積層して未焼成積層体とし、次いで、焼成することを特徴とする。
[2] Manufacturing method of ceramic wiring board The manufacturing method of the ceramic wiring board of the present invention includes (1) copper powder, (2) tungsten powder and / or molybdenum powder, and (3) an average particle size of 150 nm or less. When containing at least one metal compound powder of metal oxide powder, metal nitride powder and metal carbide powder, and the total of copper powder and tungsten powder and / or molybdenum powder is 100 parts by mass A conductive paste comprising 25 to 65 parts by mass of copper powder and 35 to 75 parts by mass of tungsten powder and / or molybdenum powder is applied to at least one surface of each of a plurality of green ceramic sheets to form a green wiring layer. Then, a plurality of unfired ceramic sheets having unfired wiring layers are laminated to form an unfired laminate, and then fired.
上記「未焼成セラミックシート」は、セラミック粉末、焼結助剤粉末、有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤等を配合し、その後、ボールミル等により湿式混合して調製したセラミックスラリーを用いて作製することができる。また、所定量のセラミック粉末、焼結助剤粉末及び有機溶剤等を配合し、その後、ボールミル等により湿式混合し、次いで、有機バインダ、可塑剤及び有機溶媒等を配合し、その後、更に湿式混合して調製したセラミックスラリーを用いて作製することもできる。未焼成セラミックシートは、セラミックスラリーを用いて、例えば、ドクターブレード法及びスリップキャスティング法等によりシートを成形し、その後、このシートを乾燥させ、有機溶剤を除去することにより作製することができる。 The “unfired ceramic sheet” is prepared using a ceramic slurry prepared by mixing ceramic powder, sintering aid powder, organic binder, plasticizer, organic solvent, etc., and then wet-mixing with a ball mill or the like. Can do. Also, a predetermined amount of ceramic powder, sintering aid powder, organic solvent, etc. are blended, then wet mixed with a ball mill, etc., then organic binder, plasticizer, organic solvent, etc. are blended, and then further wet mixed. It can also be produced using the ceramic slurry prepared in this way. The unsintered ceramic sheet can be produced by forming a sheet using a ceramic slurry by, for example, a doctor blade method and a slip casting method, and then drying the sheet to remove the organic solvent.
未焼成セラミックシートの厚さは特に限定されないが、通常、５０〜５００μｍ、特に８０〜２５０μｍである。また、複数の未焼成セラミックシートが積層され、焼成されてセラミック絶縁体となるが、未焼成セラミックシートの積層枚数は配線基板の種類、用途等により設定され、特に限定されない。この積層枚数は、２〜２０層とすることができ、２〜１０層であることが多い。また、厚さ方向に設けられた複数の配線を接続するため、未焼成セラミックシートには未焼成ビア導体を充填するためのビアホールが形成されていてもよい。 The thickness of the unfired ceramic sheet is not particularly limited, but is usually 50 to 500 μm, particularly 80 to 250 μm. In addition, a plurality of unfired ceramic sheets are laminated and fired to form a ceramic insulator. However, the number of unfired ceramic sheets laminated is set according to the type of wiring board, application, and the like, and is not particularly limited. The number of laminated layers can be 2 to 20 layers, and is often 2 to 10 layers. Further, in order to connect a plurality of wirings provided in the thickness direction, via holes for filling the unfired via conductors may be formed in the unfired ceramic sheet.
セラミック粉末は焼結助剤粉末とともに焼成されてセラミック配線基板が備えるセラミック絶縁体が形成される。このセラミック粉末としては、前記のセラミック絶縁体となる各種のセラミックの粉末を用いることができる。このセラミックとしては、優れた絶縁性及び強度等を有するセラミック絶縁体とすることができる、アルミナ、ジルコニア、コーデェライト及びムライト等が好ましく、アルミナが特に好ましい。セラミック粉末は１種のみでもよく、例えば、アルミナ粉末とジルコニア粉末のように混合して焼成させることができるものであれば、２種以上でもよい。
セラミック粉末の平均粒径は特に限定されないが、０．５〜５．０μｍ、特に０．５〜３．０μｍ、更に０．５〜１．５μｍであることが好ましい。セラミック粉末の平均粒径が０．５〜５．０μｍ、特に０．５〜３．０μｍであれば、焼結が十分に促進され、優れた強度等を有するセラミック絶縁体とすることができる。
The ceramic powder is fired together with the sintering aid powder to form a ceramic insulator provided in the ceramic wiring board. As the ceramic powder, various ceramic powders that serve as the ceramic insulator can be used. As this ceramic, alumina, zirconia, cordierite, mullite, etc., which can be a ceramic insulator having excellent insulation and strength, are preferable, and alumina is particularly preferable. Only one type of ceramic powder may be used. For example, two or more types may be used as long as they can be mixed and fired, such as alumina powder and zirconia powder.
The average particle size of the ceramic powder is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 5.0 μm, particularly 0.5 to 3.0 μm, and more preferably 0.5 to 1.5 μm. If the average particle diameter of the ceramic powder is 0.5 to 5.0 μm, particularly 0.5 to 3.0 μm, sintering is sufficiently promoted, and a ceramic insulator having excellent strength and the like can be obtained.
焼結助剤粉末としては、セラミック粉末の焼成に一般に用いられる焼結助剤粉末を特に限定されることなく使用することができ、セラミックの種類等によって選択して用いることが好ましい。この焼結助剤粉末としては、（１）Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、（２）Ｙ等の希土類元素、（３）Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ及びＢａ等の周期表における２族元素、の各々の酸化物、炭酸塩、水酸化物などの粉末を用いることができる。これらのうち、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｙ等の希土類元素などは、酸化物粉末として用いられることが多い。また、周期表における２族元素は、酸化物粉末及び炭酸塩粉末などとして用いられることが多い。これらの焼結助剤粉末は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。２種以上を併用することで、より低温で緻密化させることもできる。
As the sintering aid powder, a sintering aid powder generally used for firing ceramic powder can be used without any particular limitation, and it is preferable to select and use it depending on the type of ceramic. As the sintering aid powder, each of (1) Si, Zr, Mn, Nb, (2) rare earth elements such as Y, and (3)
セラミック粉末と焼結助剤粉末との質量割合は特に限定されず、各々の種類等によって通常の質量割合とすることができる。この質量割合は、セラミック粉末がアルミナ粉末である場合、アルミナ粉末と焼結助剤粉末との合計を１００モル％とした場合に、アルミナ粉末が７５モル％以上、特に８０〜９５モル％、更に８５〜９５モル％であることが好ましい。この範囲の質量割合であれば、焼成により十分に緻密化され、且つアルミナ焼結体が本来有する優れた強度、熱伝導性及び耐熱性等が損なわれることがない。 The mass ratio of the ceramic powder and the sintering aid powder is not particularly limited, and may be a normal mass ratio depending on the type of each. When the ceramic powder is alumina powder, when the total of the alumina powder and the sintering aid powder is 100 mol%, the alumina powder is 75 mol% or more, particularly 80 to 95 mol%, It is preferable that it is 85-95 mol%. If it is a mass ratio in this range, it will be sufficiently densified by firing, and the excellent strength, thermal conductivity, heat resistance, etc. inherent to the alumina sintered body will not be impaired.
有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤としても、未焼成セラミックシートの成形において一般に使用されるものを特に限定されることなく用いることができる。有機バインダとしては、ブチラール樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジブチルアジペート等が挙げられる。有機溶剤としては、トルエン、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール等が挙げられ、トルエン、メチルエチルケトン等が用いられることが多い。有機バインダ、可塑剤、有機溶剤は各々１種のみ用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。 As the organic binder, plasticizer, and organic solvent, those generally used in the formation of an unfired ceramic sheet can be used without any particular limitation. Examples of the organic binder include butyral resin and acrylic resin. Examples of the plasticizer include dibutyl phthalate and dibutyl adipate. Examples of the organic solvent include toluene, methyl ethyl ketone, acetone, isopropyl alcohol and the like, and toluene, methyl ethyl ketone and the like are often used. Only one organic binder, plasticizer, or organic solvent may be used, or two or more organic binders may be used in combination.
上記「導電ペースト」は、銅粉末、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末、並びに金属化合物粉末を含有する。
上記「銅粉末」は銅単体の粉末であってもよく、銅を含有する合金の粉末であってもよい。この銅合金には銅を除く他の低融点金属及び／又はこの他の低融点金属を除く他の金属が含有される。含有される他の低融点金属の種類及び銅の含有量、並びに合金に含有される低融点金属を除く他の金属の種類及びその含有量については、前記の配線に含有される銅に係る記載をそのまま適用することができる。
The “conductive paste” contains copper powder, tungsten powder and / or molybdenum powder, and metal compound powder.
The “copper powder” may be a powder of copper alone or an alloy powder containing copper. This copper alloy contains other low melting point metals other than copper and / or other metals other than the other low melting point metals. Description of other low-melting-point metals contained and copper content, and other metal types and contents other than low-melting-point metals contained in alloys, relating to copper contained in the above wiring Can be applied as is.
また、上記「タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末」は、融点が高く、未焼成セラミックシートの焼成温度では、隣り合って接触している粉末粒子の表面の一部が融着することはあっても、粒成長し、焼結することはない。従って、焼成時、これらの粉末の粒子間を溶融した銅が流動し、十分に抵抗の低い配線が形成され、且つ微細な金属化合物粉末により過度な流動による、配線の滲み等が十分に抑えられ、所定の形状及び寸法を有する配線とすることができる。
尚、タングステン粉末とモリブデン粉末とを併用する場合、その質量割合は特に限定されず、任意の割合で用いることができ、同様の作用効果が得られる。
Further, the above-mentioned “tungsten powder and / or molybdenum powder” has a high melting point, and at the firing temperature of the unfired ceramic sheet, a part of the surface of the powder particles that are in contact with each other may be fused. No grain growth and sintering. Therefore, during firing, the molten copper flows between the particles of these powders, a sufficiently low resistance wiring is formed, and the fine metal compound powder sufficiently suppresses wiring bleeding due to excessive flow. The wiring can have a predetermined shape and dimensions.
In addition, when using together tungsten powder and molybdenum powder, the mass ratio is not specifically limited, It can use in arbitrary ratios and the same effect is obtained.
銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末との質量割合は、銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末との合計を１００質量部とした場合に、銅粉末は２５〜６５質量部であり、３０〜６０質量部、特に３５〜６０質量部とすることが好ましい。また、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末は３５〜７５質量部であり、４０〜７０質量部、特に４０〜６５質量部とすることが好ましい。銅粉末の質量割合が２５〜６５質量部、特に３０〜６０質量部（タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末の質量割合が３５〜７５質量部、特に４０〜７０質量部）であれば、十分な保形性を有し、且つ抵抗の低い配線とすることができる。 The mass ratio of the copper powder and the tungsten powder and / or the molybdenum powder is 25 to 65 parts by mass when the total of the copper powder and the tungsten powder and / or the molybdenum powder is 100 parts by mass, 30 It is preferable to set it to -60 mass parts, especially 35-60 mass parts. Moreover, tungsten powder and / or molybdenum powder are 35-75 mass parts, It is preferable to set it as 40-70 mass parts, especially 40-65 mass parts. If the mass proportion of the copper powder is 25 to 65 parts by mass, especially 30 to 60 parts by mass (the mass proportion of the tungsten powder and / or molybdenum powder is 35 to 75 parts by mass, especially 40 to 70 parts by mass), sufficient maintenance is achieved. A wiring having shape and low resistance can be obtained.
タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末の粉末粒子の粒径も特に限定されないが、焼成時、溶融した銅の過度な流動が抑えられ、且つ粒子間の空隙が金属化合物粉末により閉塞され、溶融した銅が粒子間を流動して配線の表面に玉状に浮き出すこと等が十分に抑えられる粒径であることが好ましい。タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末は、上記のように焼結しないため、焼成後の粒径及び粒子間の空隙の大きさもほとんど変化せず、焼成後の粒子間の空隙の大きさは、導電ペーストに配合されるタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末の粉末粒子の粒径により調整することができる。このタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末の粉末粒子の平均粒径は、１．０〜５．０μｍとすることができ、１．０〜３．０μｍ、特に１．０〜２．５μｍであることが好ましい。
タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末の粉末粒子の平均粒径は、例えば、マイクロトラック法等の方法により測定することができる。
The particle size of the powder particles of the tungsten powder and / or the molybdenum powder is not particularly limited, but during firing, excessive flow of the molten copper is suppressed, and voids between the particles are blocked by the metal compound powder, so that the molten copper It is preferable that the particle size be such that it can be sufficiently suppressed that it flows between particles and floats on the surface of the wiring in a ball shape. Since tungsten powder and / or molybdenum powder is not sintered as described above, the particle size after firing and the size of the voids between the particles hardly change. It can adjust with the particle size of the powder particle | grains of the tungsten powder and / or molybdenum powder mix | blended with. The average particle size of the powder particles of the tungsten powder and / or the molybdenum powder can be 1.0 to 5.0 μm, preferably 1.0 to 3.0 μm, particularly 1.0 to 2.5 μm. preferable.
The average particle diameter of the powder particles of tungsten powder and / or molybdenum powder can be measured by a method such as a microtrack method.
上記「金属化合物粉末」としては、金属酸化物粉末、金属窒化物粉末及び金属炭化物粉末のうちの少なくとも１種を用いることができる。上記「金属酸化物粉末」、上記「金属窒化物粉末」及び上記「金属炭化物粉末」はいずれも特に限定されず、前記の金属化合物粒子を構成する各種の金属酸化物、金属窒化物及び金属炭化物の各々の粉末を用いることができる。金属化合物粉末は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 As the “metal compound powder”, at least one of metal oxide powder, metal nitride powder, and metal carbide powder can be used. The “metal oxide powder”, the “metal nitride powder” and the “metal carbide powder” are not particularly limited, and various metal oxides, metal nitrides and metal carbides constituting the metal compound particles. Each powder can be used. Only one type of metal compound powder may be used, or two or more types may be used in combination.
金属化合物粉末の粒子形状は特に限定されないが、球状及び楕円体状であることが好ましく、これらの各々の形状の粉末粒子の混合物であってもよい。また、粉末粒子の平均粒径（球状でない場合は最大寸法の平均値であるとする。）は１５０ｎｍ以下であり、１０〜１００ｎｍ、特に２０〜８０ｎｍであることが好ましい。この平均粒径が１５０ｎｍ以下、特に１０〜１００ｎｍであれば、焼成時、タングステン等の粒子間における銅の流動が十分に抑えられる適度な粒径の金属化合物粒子となり、保形性に優れ、且つ溶融した銅が連続して形成された抵抗の低い配線とすることができる。
金属化合物粉末の粉末粒子の平均粒径は、例えば、電子顕微鏡による観察等の方法により測定することができる。
The particle shape of the metal compound powder is not particularly limited, but is preferably spherical and elliptical, and may be a mixture of powder particles of these shapes. The average particle diameter of the powder particles (assuming that it is the average value of the maximum dimension when not spherical) is 150 nm or less, preferably 10 to 100 nm, particularly preferably 20 to 80 nm. If this average particle size is 150 nm or less, particularly 10 to 100 nm, it becomes metal compound particles having an appropriate particle size that can sufficiently suppress the flow of copper between particles such as tungsten during firing, and has excellent shape retention, and It can be set as the low resistance wiring in which the molten copper was formed continuously.
The average particle diameter of the powder particles of the metal compound powder can be measured by a method such as observation with an electron microscope.
金属化合物粉末の含有量は、焼成時、粒成長して金属化合物粒子となる粉末粒子によって、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、配線が十分な保形性を有している限り、特に限定されないが、金属化合物は抵抗が高いため、より抵抗の低い配線とするためには少量であることが好ましい。また、金属化合物粉末が過多であると、未焼成セラミックシートと未焼成配線との焼成収縮差により、焼成後、配線周辺に反りが発生することがあるため、この観点でも金属化合物粉末は少量であることが好ましい。この配線の保形性と、抵抗と、反りの抑制とを勘案すると、金属化合物粉末の含有量は、銅とタングステン粉末及びモリブデン粉末との合計を１００質量部とした場合に、０．１〜３質量部、特に０．３〜２．５質量部、更に０．５〜２．０質量部であることが好ましい。この含有量が０．１〜３質量部であれば、配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が抑えられ、配線の保形性が十分に維持され、更には抵抗の低い配線とすることができるとともに配線周辺における反りの発生を抑制することもできる。 The content of the metal compound powder is such that, when fired, the powder particles that grow into grains and become metal compound particles prevent copper balls from being raised on the surface of the wiring, and the wiring has sufficient shape retention. As long as the metal compound has a high resistance, the metal compound has a high resistance. In addition, if the metal compound powder is excessive, warpage may occur around the wiring after firing due to the firing shrinkage difference between the unfired ceramic sheet and the unfired wiring. Preferably there is. Taking into account the shape retention of this wiring, resistance, and warpage suppression, the content of the metal compound powder is 0.1 to 0.1 parts by weight when the total of copper, tungsten powder and molybdenum powder is 100 parts by mass. It is preferable that it is 3 mass parts, especially 0.3-2.5 mass parts, and also 0.5-2.0 mass parts. If this content is 0.1 to 3 parts by mass, the protrusion of the copper ball on the surface of the wiring is suppressed, the shape retaining property of the wiring is sufficiently maintained, and the wiring has a low resistance. In addition, the occurrence of warpage around the wiring can be suppressed.
また、導電ペーストには、通常、有機バインダ、有機溶剤等が含有されているが、この有機バインダ、有機溶剤等としては、配線基板の配線の形成において一般に使用されているものを特に限定されることなく用いることができる。 In addition, the conductive paste usually contains an organic binder, an organic solvent, and the like, but the organic binder, the organic solvent, and the like are particularly limited to those generally used in the formation of wiring on a wiring board. Can be used without any problem.
上記「未焼成配線層」は、スクリーン印刷法等により、複数の未焼成セラミックシートの各々の少なくとも一面に、導電ペーストを塗布し、乾燥して、形成することができる（以下、表面側未焼成配線層ということもある。）。更に、セラミック絶縁体の表面及び内部に複数の配線が設けられ、且つ各々の配線を導通させる場合は、未焼成セラミックシートの所定位置に設けられたビアホールに、ビア導体用ペーストを充填して未焼成ビア導体を形成し、この未焼成ビア導体の両端面と表面側未焼成配線層とを接触させ、その後、焼成することにより導通させることができる。ビア導体用ペーストは、上記の導電ペーストと同様の組成のペーストでもよく、異なる組成のペーストでもよいが、同様の組成のペーストが用いられることが多い。 The “unfired wiring layer” can be formed by applying a conductive paste on at least one surface of each of a plurality of unfired ceramic sheets by a screen printing method or the like, and drying (hereinafter referred to as surface-side unfired layer). Sometimes called a wiring layer.) Furthermore, when a plurality of wirings are provided on the surface and inside of the ceramic insulator and each of the wirings is to be conducted, a via hole provided at a predetermined position of the unfired ceramic sheet is filled with a via conductor paste. A fired via conductor is formed, both end faces of the unfired via conductor and the surface-side unfired wiring layer are brought into contact with each other, and then fired to be conducted. The via conductor paste may be a paste having the same composition as the above conductive paste or a paste having a different composition, but a paste having the same composition is often used.
セラミック配線基板は、表面側未焼成配線層、及び必要に応じて未焼成ビア導体が形成された未焼成セラミックシートを積層して未焼成積層体とし、次いで、この未焼成積層体を焼成して製造することができる。未焼成積層体は、予め表面側未焼成配線層及び必要に応じて未焼成ビア導体が形成された複数の未焼成セラミックシートを、同時に一体に重ね合わせ、押圧して作製することができる。また、表面側未焼成配線層及び必要に応じて未焼成ビア導体が形成された未焼成セラミックシートの表面側未焼成配線層が形成された面に、必要に応じて未焼成ビア導体が形成された他の未焼成セラミックシートを積層し、その後、この未焼成セラミックシートの表面に同様にして表面側未焼成配線層を形成し、この操作を繰り返すことにより作製することもできる。 The ceramic wiring board is formed by laminating the unfired ceramic sheet on which the unfired wiring layer on the surface side and the unfired via conductors are formed as necessary, and then firing the unfired laminated body. Can be manufactured. The unsintered laminate can be produced by simultaneously superimposing and pressing a plurality of unsintered ceramic sheets on which a surface-side unsintered wiring layer and if necessary unsintered via conductors are formed in advance. Further, if necessary, an unfired via conductor is formed on the surface of the unfired ceramic sheet on which the unfired wiring layer and the unfired via conductor are formed as needed. Other unfired ceramic sheets can be laminated, and then a surface-side unfired wiring layer can be similarly formed on the surface of the unfired ceramic sheet, and this operation can be repeated.
上記「焼成」により、未焼成セラミックシートと、表面側未焼成配線層及び必要に応じて形成された未焼成ビア導体とが同時に一体に焼成される。この焼成温度は特に限定されず、セラミック粉末の種類及び平均粒径、並びに焼結助剤粉末の種類及び配合量等により設定することができる。この焼成温度は１１００〜１５００℃とすることができ、１２００〜１４００℃、特に１３００〜１４００℃であることが好ましい。焼成温度が１１００〜１５００℃、特に１２００〜１４００℃であれば、金属化合物粉末が過度に粒成長せず、この微細な粉末粒子によって、配線の滲み、及び配線の表面への銅の玉状の浮き出し等が十分に抑えられ、且つセラミック粉末は十分に焼結し、優れた絶縁性及び強度等を有するセラミック絶縁体とすることができる。 By the “firing”, the unfired ceramic sheet, the surface-side unfired wiring layer, and the unfired via conductor formed as necessary are simultaneously fired integrally. This firing temperature is not particularly limited, and can be set according to the type and average particle size of the ceramic powder, the type and blending amount of the sintering aid powder, and the like. The firing temperature can be 1100 to 1500 ° C, preferably 1200 to 1400 ° C, particularly preferably 1300 to 1400 ° C. If the firing temperature is 1100 to 1500 ° C., particularly 1200 to 1400 ° C., the metal compound powder does not grow excessively, and the fine powder particles cause the bleeding of the wiring and the copper balls on the surface of the wiring. Raising and the like can be sufficiently suppressed, and the ceramic powder can be sufficiently sintered to obtain a ceramic insulator having excellent insulation and strength.
焼成は、通常、未焼成積層体を焼成温度より低い所定温度で加熱し、有機バインダを除去する、所謂、脱脂をした後になされる。この場合、脱脂した後、そのまま降温させることなく、焼成温度まで昇温させて焼成してもよいし、脱脂の後、一旦降温させ、例えば、室温（２５〜３５℃）にまで降温させ、その後、焼成してもよい。 The firing is usually performed after so-called degreasing, in which the unfired laminate is heated at a predetermined temperature lower than the firing temperature to remove the organic binder. In this case, after degreasing, the temperature may be raised to the firing temperature without lowering the temperature as it is, or after degreasing, the temperature may be once lowered, for example, lowered to room temperature (25 to 35 ° C.), and then You may bake.
焼成雰囲気は、導電ペーストに銅粉末が含有されているため、窒素ガス雰囲気及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気などの不活性雰囲気とすることが好ましい。また、水素ガスを含有する還元雰囲気とすることが好ましい。更に、加湿雰囲気であってもよく、乾燥雰囲気であってもよいが、加湿雰囲気であることが好ましい。この焼成雰囲気は、加湿された不活性雰囲気であり、且つ還元雰囲気であることがより好ましく、この焼成雰囲気であれば、有機バインダの分解に有利であり、且つセラミック粉末をより低温で緻密化させることができる。 The firing atmosphere is preferably an inert atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere or an inert gas atmosphere such as argon gas because the conductive paste contains copper powder. In addition, a reducing atmosphere containing hydrogen gas is preferable. Furthermore, a humidified atmosphere or a dry atmosphere may be used, but a humidified atmosphere is preferable. This firing atmosphere is a humidified inert atmosphere and is more preferably a reducing atmosphere. This firing atmosphere is advantageous for the decomposition of the organic binder and densifies the ceramic powder at a lower temperature. be able to.
セラミック配線基板においては、未焼成セラミックシートと未焼成配線層の各々の焼成時の収縮率の差により、焼成後、配線周辺に反りが生じることがある。この反りの有無及び反りを生じる場合の反りの程度は、金属化合物粉末の種類とその含有量、セラミック絶縁体を構成するセラミックの種類、並びに焼成温度などによって異なる。そのため、セラミック粉末、銅粉末、金属化合物粉末の組み合わせ、並びに焼成温度等を設定する場合は、この反りが抑えられる好ましい組み合わせ及び焼成温度等とすることが好ましい。 In a ceramic wiring board, the periphery of the wiring may be warped after firing due to the difference in shrinkage rate during firing of the unfired ceramic sheet and the unfired wiring layer. The presence or absence of warpage and the degree of warpage when warping varies depending on the type and content of the metal compound powder, the type of ceramic constituting the ceramic insulator, the firing temperature, and the like. Therefore, when setting the combination of ceramic powder, copper powder, metal compound powder, firing temperature, etc., it is preferable to set it as the preferable combination and firing temperature etc. which can suppress this curvature.
本発明の方法により製造されるセラミック配線基板は、セラミック絶縁体の表面及び内部に、通常、複数の配線が設けられた、所謂、多層配線基板である。この配線基板としては、前記の各種の配線基板が挙げられる。また、セラミック配線基板が、前記のようなパッケージ用配線基板である場合、この配線基板には、前記のように種々の能動部品及び受動部品等を配設することができる。 The ceramic wiring board manufactured by the method of the present invention is a so-called multilayer wiring board in which a plurality of wirings are usually provided on the surface and inside of a ceramic insulator. Examples of the wiring board include the various wiring boards described above. Further, when the ceramic wiring board is the above-described wiring board for a package, various active parts and passive parts can be arranged on the wiring board as described above.
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実験例１〜１０
（１）未焼成セラミックシートの作製
Ａｌ２Ｏ３粉末（平均粒径０．８μｍ）９０質量％と、焼結助剤粉末を酸化物換算で１０質量％（ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＭｎＯ２及びＮｂ２Ｏ５の各々の粉末の合計量）とをボールミルにより混合し、その後、ブチラール系有機バインダ、可塑剤及び有機溶剤をボールミルに投入し、湿式混合してセラミックスラリーを調製した。次いで、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法によりシートを成形し、このシートを乾燥させて１００〜３００μｍの範囲の各種の厚さの複数の未焼成セラミックシートを作製した。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
Experimental Examples 1-10
(1) Production of unsintered ceramic sheet 90% by mass of Al 2 O 3 powder (average particle size 0.8 μm) and 10% by mass of the sintering aid powder in terms of oxide (SiO 2 , MgO, BaO, MnO 2 And a total amount of each powder of Nb 2 O 5 ) were mixed by a ball mill, and then a butyral organic binder, a plasticizer and an organic solvent were put into the ball mill and wet mixed to prepare a ceramic slurry. Next, a sheet was formed by the doctor blade method using this ceramic slurry, and this sheet was dried to produce a plurality of unfired ceramic sheets having various thicknesses in the range of 100 to 300 μm.
（２）導電ペーストの調製
表１に記載の質量割合で、Ｃｕ粉末、Ｗ粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末［平均粒径は表１のように３０ｎｍ（実験例１、２、５、６、８、９）、６０ｎｍ（実験例１０）及び８００ｎｍ（実験例７）である。実験例４、５では配合していない。］、並びに所定量の有機バインダ（アクリル樹脂）を３本ロールにより混練し、導電ペーストを調製した。
(2) Preparation of conductive paste Cu powder, W powder and Al 2 O 3 powder with the mass ratio shown in Table 1 [average particle size is 30 nm as shown in Table 1 (Experimental Examples 1, 2, 5, 6, 8 9), 60 nm (Experimental Example 10) and 800 nm (Experimental Example 7). It is not blended in Experimental Examples 4 and 5. ] And a predetermined amount of organic binder (acrylic resin) were kneaded by three rolls to prepare a conductive paste.
（３）表面側未焼成配線層及び未焼成ビア導体の作製
上記（１）で作製した未焼成セラミックグリーンシートの所定箇所にメカニカルパンチを用いて貫通孔を形成し、この貫通孔に上記（２）で作製した導電ペーストを充填し、未焼成ビア導体を形成した。また、未焼成セラミックシートの表面にスクリーンマスクを用いて所定パターンの表面側未焼成配線層を形成した。
(3) Preparation of front side unfired wiring layer and unfired via conductor A through hole is formed in a predetermined portion of the unfired ceramic green sheet prepared in (1) above using a mechanical punch, and the above (2 The conductive paste prepared in (1) was filled to form an unfired via conductor. Moreover, the surface side unfired wiring layer of the predetermined pattern was formed in the surface of the unfired ceramic sheet using the screen mask.
（４）未焼成積層体の作製
上記（３）において表面側未焼成配線層と未焼成ビア導体とが形成された５枚の未焼成セラミックシートを積層し、加熱、加圧して、各々の未焼成セラミックシートを密着させて未焼成積層体を作製した。
(4) Preparation of unsintered laminated body Five unsintered ceramic sheets on which the surface-side unsintered wiring layer and unsintered via conductors are formed in the above (3) are laminated, heated, and pressurized, and each unsintered An unfired laminate was produced by bringing the fired ceramic sheet into close contact.
（５）脱脂及び焼成
上記（４）において作製した未焼成積層体を、焼成炉に収容し、無加圧で３００℃まで昇温させ、窒素ガス雰囲気下、５時間保持して脱脂した。その後、更に１３００〜１４００℃まで昇温させ、加湿した窒素／水素混合ガス雰囲気下、２時間保持して焼成し、セラミック配線基板を製造した。
(5) Degreasing and firing The unfired laminate produced in (4) above was housed in a firing furnace, heated to 300 ° C. without pressure, and degreased by holding for 5 hours in a nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the temperature was further raised to 1300 to 1400 ° C., and the mixture was fired in a humidified nitrogen / hydrogen mixed gas atmosphere for 2 hours to produce a ceramic wiring board.
（６）配線基板の評価
上記（５）において製造したセラミック配線基板が備える配線の比抵抗、配線の形状及び配線周辺における反りを評価した。
（ａ）比抵抗
幅２００μｍ、長さ３０ｍｍの配線の抵抗を四端子抵抗計により測定し、配線の断面積及び長さに基づいて比抵抗を算出した。この比抵抗が７μΩ・ｃｍ以下であれば低抵抗の配線であるとする。
（ｂ）配線外観
配線を拡大鏡により目視観察し、銅が配線表面及びパット部に押し出されていなければ良好とする。
（ｃ）反り
配線の周辺において配線基板の厚さ方向に２ｍｍ以上の寸法変動を生じた場合は、形状不良であり反りがあるとする。
以上の評価結果を表１に併記する。
(6) Evaluation of wiring board The specific resistance of the wiring, the shape of the wiring, and the warpage around the wiring included in the ceramic wiring board manufactured in (5) above were evaluated.
(A) Specific Resistance The resistance of a wiring having a width of 200 μm and a length of 30 mm was measured with a four-terminal resistance meter, and the specific resistance was calculated based on the cross-sectional area and length of the wiring. If this specific resistance is 7 μΩ · cm or less, it is assumed that the wiring has a low resistance.
(B) Wiring appearance Wiring is visually observed with a magnifying glass, and it is considered good if copper is not extruded to the wiring surface and the pad portion.
(C) Warpage If a dimensional variation of 2 mm or more occurs in the thickness direction of the wiring board in the periphery of the wiring, it is assumed that the shape is defective and there is warping.
The above evaluation results are also shown in Table 1.
表１の結果によれば、Ｃｕ粉末とＷ粉末との質量割合が好ましい範囲内にあり、且つ所定粒径のＡｌ２Ｏ３粉末を所定量含有する導電ペーストを用いた実験例１、２、８及び１０では、抵抗が低く、配線の滲み及び銅の玉状の浮き出しもなく配線外観が良好であり、且つ反りも生じていなかった。また、Ｃｕ粉末が過少である実験例３では、配線外観は良好であるが、抵抗が高く問題である。更に、Ｃｕ粉末が過多である実験例４〜６では、配線の滲み及び銅の玉状の浮き出しがみられ、正確な配線形状が求められず、比抵抗の測定不可であった。また、Ｃｕ粉末とＷ粉末との質量割合が好ましい範囲内にあるものの、Ａｌ２Ｏ３粉末の平均粒径が過大である実験例７では、銅の玉状の浮き出しが抑えられなかった。更に、Ａｌ２Ｏ３粉末が過多である実験例９では反りの発生がみられたが実用的に問題になるほどではなかった。 According to the results of Table 1, Experimental Examples 1 and 2 using a conductive paste in which the mass ratio of the Cu powder and the W powder is within a preferable range and contains a predetermined amount of Al 2 O 3 powder having a predetermined particle diameter. In Nos. 8 and 10, the resistance was low, the wiring did not bleed and the copper ball was not raised, the wiring appearance was good, and no warping occurred. In Experimental Example 3 in which the amount of Cu powder is too small, the wiring appearance is good, but the resistance is high, which is a problem. Furthermore, in Experimental Examples 4 to 6 in which the amount of Cu powder is excessive, bleeding of the wiring and copper ball-like embossing were observed, and an accurate wiring shape was not obtained, and the specific resistance could not be measured. Although the mass ratio of the Cu powder and W powder is within the preferred range, the Al 2 O 3 powder having an average particle diameter is too large Example 7, raised bead of copper could not be suppressed. Further, in Experimental Example 9 in which the Al 2 O 3 powder was excessive, warpage was observed, but this was not practically problematic.
尚、本発明においては、上記の具体的な実施例の記載に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、焼成により、所定粒径の金属化合物粒子となる金属化合物粉末として、金属硼化物及び金属珪化物の各々の粉末を用いることもできる。金属硼化物としては、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＮｂＢ２、Ｍｏ２Ｂ、ＭｏＢ２、ＬａＢ６、ＴａＢ２、Ｗ２Ｂ５、ＣｒＢ及びＣｒＢ２等が挙げられ、金属珪化物としては、ＭｏＳｉ２、ＴｉＳｉ２及びＷＳｉ２等が挙げられる。
In the present invention, the present invention is not limited to the description of the specific examples described above, but can be variously modified examples within the scope of the present invention depending on the purpose and application. For example, each metal boride and metal silicide powder can be used as the metal compound powder that becomes metal compound particles having a predetermined particle diameter by firing. As the
本発明は、セラミック配線基板の技術分野において利用することができる。本発明は、特に、高強度及び高熱伝導性等が必要とされる用途に用いられるパッケージ用配線基板において有用である。また、寸法精度の高い配線基板とすることができるため、平面方向の寸法が５０ｍｍ角以上の大寸の配線基板においても有用である。このような配線基板としては、高熱伝導性及び高寸法精度等を要求される自動車用電子制御ユニット基板、及び高強度、高寸法精度等が要求される集積回路用検査基板などが挙げられる。 The present invention can be used in the technical field of ceramic wiring boards. The present invention is particularly useful in a wiring board for a package used for an application that requires high strength and high thermal conductivity. Moreover, since it can be set as a wiring board with high dimensional accuracy, it is useful also in a large-sized wiring board whose dimension in the plane direction is 50 mm square or more. Examples of such wiring boards include automotive electronic control unit boards that require high thermal conductivity and high dimensional accuracy, and integrated circuit inspection boards that require high strength and high dimensional precision.
１；セラミック配線基板、１１；セラミック絶縁体、１２；配線、２；電子部品、３；ボンディングワイヤ、４；封止部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Ceramic wiring board, 11; Ceramic insulator, 12; Wiring, 2; Electronic component, 3; Bonding wire, 4;
Claims (5)
上記配線は銅と、タングステン粒子及び／又はモリブデン粒子と、金属酸化物粒子、金属窒化物粒子及び金属炭化物粒子のうちの少なくとも１種の金属化合物粒子とを含有し、該金属化合物粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下であり、該銅と該タングステン及び／又は該モリブデン粒子との合計を１００質量部とした場合に、該銅は２５〜６５質量部、該タングステン粒子及び／又は該モリブデン粒子は３５〜７５質量部であることを特徴とするセラミック配線基板。 In a ceramic wiring board comprising a ceramic insulator and a wiring provided on the surface and inside of the ceramic insulator,
The wiring contains copper, tungsten particles and / or molybdenum particles, and at least one metal compound particle of metal oxide particles, metal nitride particles and metal carbide particles, and the average particle of the metal compound particles When the diameter is 500 nm or less and the total of the copper and the tungsten and / or molybdenum particles is 100 parts by mass, the copper is 25 to 65 parts by mass, the tungsten particles and / or the molybdenum particles are 35 A ceramic wiring board characterized by being -75 parts by mass.
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