JP2011154807A - Copper-metalized composition and glass ceramic wiring board using the same - Google Patents

Copper-metalized composition and glass ceramic wiring board using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a copper-metalized composition and a glass ceramic wiring board using the same which reduce plating film defects in a metalized wiring layer formed on the surface of a glass ceramic insulating board and improves an adhesive strength between the metalized wiring layer and the glass ceramic insulating board. <P>SOLUTION: A mixture of copper powder and palladium-coated glass powder is provided as the copper-metalized composition. Using this copper-metalized composition, a metalized wiring layer made of the copper and the palladium-coated glass powder is formed on the surface a glass ceramic insulating board to form the glass ceramic wiring board. Through this process, solder film defects in the metalized wiring layer are reduced, and the adhesive strength between the metalized wiring layer and the glass ceramic insulating board is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ガラスセラミック絶縁基板と同時焼成が可能な銅メタライズ組成物と、それを導体層して具備するガラスセラミック配線基板に関するものである。   The present invention relates to, for example, a copper metallized composition that can be fired simultaneously with a glass ceramic insulating substrate, and a glass ceramic wiring substrate comprising the same as a conductor layer.

従来より、ICやLSI等の半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージや、半導体素子の他に各種電子部品を搭載した混成集積回路装置等の各種配線基板用絶縁基体としては、電気絶縁性や化学的安定性等の特性に優れていることからアルミナ質セラミックスが多用されてきた。   Conventionally, as an insulating substrate for various wiring boards such as a package for housing a semiconductor element for accommodating a semiconductor element such as an IC or LSI, and a hybrid integrated circuit device in which various electronic components are mounted in addition to the semiconductor element, Alumina ceramics have been frequently used because of their excellent chemical stability and other characteristics.

近年、高周波化および高密度化が進むICやLSI等の半導体素子を搭載する配線基板には、アルミナ質セラミックスから成る絶縁基板より更に低い誘電率と、より低い配線抵抗が要求されるようになり、かかる絶縁基板としてはガラスセラミックスが用いられるようになっており、また、ガラスセラミックスと同時焼成を可能とする低抵抗の導体として、例えば、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)で配線層を形成することが注目されるようになっている。   In recent years, wiring boards on which semiconductor elements such as ICs and LSIs with higher frequency and higher density are mounted are required to have a lower dielectric constant and lower wiring resistance than insulating boards made of alumina ceramics. As such an insulating substrate, glass ceramics are used, and as a low-resistance conductor that can be fired simultaneously with glass ceramics, for example, copper (Cu), gold (Au), silver (Ag) Attention has been paid to forming a wiring layer.

ガラスセラミックスから成る絶縁基板は、高周波化及び高密度化が進む通信分野で使用する配線基板用に、低抵抗導体と組み合わせたガラスセラミック配線基板として開発が進められており、とりわけ低抵抗導体として銅を導体層とするセラミック配線基板が鋭意開発されている。   Insulating substrates made of glass ceramics are being developed as glass-ceramic wiring substrates combined with low-resistance conductors for wiring substrates used in the communications field where high frequency and high density are advancing. Ceramic wiring boards with a conductor layer have been intensively developed.

ガラスセラミックスを絶縁基板とするセラミック配線基板は、一般にはガラスセラミック原料粉末と、有機バインダーと、溶媒とを用いて調製した泥漿をドクターブレード法等のシート成形方法で成形した後、得られたガラスセラミックグリーンシートにスルーホール等を打ち抜き加工し、該スルーホールに銅メタライズ組成物を含む銅ペーストを充填した後、グリーンシート上に同様の銅ペーストを用いて所定の導体パターンを従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手法により印刷形成して複数枚加圧積層し、該積層体を加熱してバインダーを除去し、次いで焼成することにより作製されている。   A ceramic wiring board using glass ceramics as an insulating substrate is generally obtained by molding a slurry prepared using a glass ceramic raw material powder, an organic binder, and a solvent by a sheet molding method such as a doctor blade method. A ceramic green sheet is punched with through-holes, and the through-hole is filled with a copper paste containing a copper metallized composition, and then a predetermined conductor pattern is printed on the green sheet using a similar copper paste. A thick film technique such as a method is used for printing and laminating a plurality of sheets under pressure, heating the laminate to remove the binder, and then firing the laminate.

この場合、ガラスセラミックスを絶縁基板とするセラミック配線基板では、絶縁基板であるガラスセラミックスの焼成時における収縮開始温度が750〜800℃付近であるのに対し、同時焼成される銅メタライズ組成物の収縮開始温度が600〜700℃であり、焼成収縮曲線が全く異なるものとなっていることから、同時焼成後に得られるセラミック配線基板には大きな反りが発生しやすくなっている。   In this case, in a ceramic wiring board using glass ceramics as an insulating substrate, the shrinkage of the copper metallized composition that is co-fired is lower than the shrinkage start temperature at the time of firing the glass ceramics that is the insulating substrate. Since the starting temperature is 600 to 700 ° C. and the firing shrinkage curves are completely different, the ceramic wiring board obtained after the simultaneous firing is likely to be greatly warped.

このため、銅メタライズ組成物中に各種の無機成分を添加して、銅メタライズ組成物の収縮曲線をガラスセラミックスの収縮曲線に近づけることにより、セラミック配線基板の反りを低減する工夫が行われている。   For this reason, various inorganic components are added to the copper metallized composition so as to bring the shrinkage curve of the copper metallized composition closer to the shrinkage curve of the glass ceramic, thereby reducing the warpage of the ceramic wiring board. .

例えば、1000℃以下の低温で焼成可能な銅メタライズ組成物として、主成分である銅(Cu)に、CuO、Cu2 O、Al、Bi2 3 、MoO3 、Cr2 3 等の各種無機成分を添加した銅メタライズ組成物等が提案されている(例えば、特許文献1〜3)。 For example, as a copper metallized composition that can be fired at a low temperature of 1000 ° C. or lower, copper (Cu) as a main component is added to CuO, Cu 2 O, Al 2 O 3 , Bi 2 O 3 , MoO 3 , Cr 2 O 3. A copper metallized composition to which various inorganic components such as the above are added has been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3).

特開平4−83781号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-83781 特開平5−4884号公報参照See JP-A-5-4884 特開平10−95686号公報JP-A-10-95686

ところが、銅メタライズ組成物の収縮曲線をガラスセラミックスの収縮曲線に近づけようとすると、銅メタライズ組成物中に無機成分の添加量を多くしなければならず、その結果、メタライズ配線層の表面に無機成分が露出した状態となってしまうため、メタライズ配線層の表面に、その後に形成されるめっき膜を形成した場合に、めっき膜が形成されない部分(一般に、欠けと称する)ができて、外観歩留りが低下するという問題があった。   However, if the shrinkage curve of the copper metallized composition is made closer to the shrinkage curve of the glass ceramic, the amount of the inorganic component added to the copper metallized composition must be increased. As a result, the surface of the metallized wiring layer is inorganic. Since the components are exposed, when a plating film to be formed later is formed on the surface of the metallized wiring layer, a portion where the plating film is not formed (generally referred to as a chip) is formed, and the appearance yield is increased. There was a problem that decreased.

一方、銅メタライズ組成物中の無機成分の添加量を少なくした場合には、めっき膜の欠けは低減できるものの、メタライズ配線層とガラスセラミック絶縁層との間の接着強度が低下するという問題があった。   On the other hand, when the amount of the inorganic component added in the copper metallized composition is reduced, the chipping of the plating film can be reduced, but there is a problem that the adhesive strength between the metallized wiring layer and the glass ceramic insulating layer is lowered. It was.

従って、本発明は、ガラスセラミック絶縁基板の表面に形成されたメタライズ配線層におけるめっき膜の欠けを低減できるとともに、メタライズ配線層とガラスセラミック絶縁基板との間の接着強度を高めることのできる銅メタライズ組成物およびそれを用いたセラミック配線基板を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can reduce the chipping of the plating film in the metallized wiring layer formed on the surface of the glass ceramic insulating substrate, and can increase the adhesive strength between the metalized wiring layer and the glass ceramic insulating substrate. It is an object to provide a composition and a ceramic wiring board using the composition.

本発明の銅メタライズ組成物は、銅粉末と、パラジウムが被覆されているガラス粉末との混合物からなることを特徴とする。   The copper metallized composition of the present invention is characterized by comprising a mixture of copper powder and glass powder coated with palladium.

上記銅メタライズ組成物では、前記銅を95〜98質量%、前記パラジウムが被覆されているガラス粉末を2〜5質量%含有することが望ましい。   The copper metallized composition preferably contains 95 to 98% by mass of the copper and 2 to 5% by mass of the glass powder coated with the palladium.

また、上記銅メタライズ組成物では、ガラス粉末の軟化点が890〜950℃であることが望ましい。   Moreover, in the said copper metallization composition, it is desirable that the softening point of glass powder is 890-950 degreeC.

さらに、上記銅メタライズ組成物では、前記パラジウムが被覆されているガラス粉末におけるパラジウムの量が、質量比で10〜300ppmであることが望ましい。   Furthermore, in the copper metallized composition, it is desirable that the amount of palladium in the glass powder coated with palladium is 10 to 300 ppm by mass.

本発明のガラスセラミック配線基板は、ガラスセラミック絶縁基板と、該ガラスセラミック絶縁基板の表面に形成されたメタライズ配線層とを具備するガラスセラミック配線基板であって、前記メタライズ配線層が、銅とパラジウムが被覆されているガラス粒子とから形成されていることを特徴とする。   The glass ceramic wiring board of the present invention is a glass ceramic wiring board comprising a glass ceramic insulating substrate and a metallized wiring layer formed on the surface of the glass ceramic insulating substrate, wherein the metallized wiring layer comprises copper and palladium. Are formed from coated glass particles.

上記ガラスセラミック配線基板では、前記メタライズ配線層が、前記銅を95〜98質量%、前記パラジウムが被覆されているガラス粒子を2〜5質量%含有することが望ましい。   In the glass-ceramic wiring board, the metallized wiring layer preferably contains 95 to 98% by mass of the copper and 2 to 5% by mass of glass particles coated with the palladium.

本発明の銅メタライズ組成物によれば、ガラスセラミック絶縁基板の表面に形成されるメタライズ配線層の組成物として用いることで、その上に形成されるめっき膜の欠けを低減できるとともに、メタライズ配線層とガラスセラミック絶縁基板との間の接着強度を高めることができる。   According to the copper metallized composition of the present invention, it can be used as a composition of a metallized wiring layer formed on the surface of a glass ceramic insulating substrate, thereby reducing chipping of a plating film formed thereon and a metallized wiring layer. And the glass ceramic insulating substrate can be increased in adhesive strength.

また、本発明のガラスセラミック配線基板によれば、メタライズ配線層におけるめっき
膜の欠けが抑制されており、かつメタライズ配線層とガラスセラミック絶縁基板との間の接着強度が高められたガラスセラミック配線基板とすることができる。
In addition, according to the glass ceramic wiring board of the present invention, chipping of the plating film in the metallized wiring layer is suppressed, and the adhesive strength between the metallized wiring layer and the glass ceramic insulating substrate is increased. It can be.

本発明のガラスセラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of one Embodiment of the glass-ceramic wiring board of this invention. 本発明のガラスセラミック配線基板の要部である表層のメタライズ配線層の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the metallized wiring layer of the surface layer which is the principal part of the glass ceramic wiring board of the present invention.

本発明の銅メタライズ組成物は、銅粉末と、パラジウムが被覆されているガラス粉末との混合物からなるものである。   The copper metallized composition of the present invention comprises a mixture of copper powder and glass powder coated with palladium.

パラジウムが被覆されているガラス粉末を含む銅メタライズ組成物を用いて導体パターンを形成すると、コートされたパラジウムが活性な金属であるために、銅メタライズ組成物を用いた導体パターンが焼結して形成されるメタライズ配線層の表面にめっきを施す際にガラス粉末上に密着性に優れためっき膜を形成できる。   When a conductor pattern is formed using a copper metallized composition containing glass powder coated with palladium, the coated palladium is an active metal, so the conductor pattern using the copper metallized composition is sintered. When plating the surface of the metallized wiring layer to be formed, a plating film having excellent adhesion can be formed on the glass powder.

銅粉末は、純度が99質量%以上であることが望ましい。銅粉末の純度が99質量%以上であると、銅のメタライズ配線層の表面に不純物の析出や浮きを低減できることから、メタライズ配線層の表面にめっき膜の欠けなどの外観不良を防止できる。   The copper powder desirably has a purity of 99% by mass or more. When the purity of the copper powder is 99% by mass or more, precipitation and floating of impurities can be reduced on the surface of the copper metallized wiring layer, and thus appearance defects such as chipping of the plating film on the surface of the metallized wiring layer can be prevented.

銅粉末の平均粒径は2〜5μmであることが望ましい。銅粉末の平均粒径が、2〜5μmであると、銅粉末を含む導体パターンの収縮曲線がガラスセラミックスの収縮曲線に近いものとなり、同時焼成後に形成されるメタライズ配線層とガラスセラミック絶縁基板とから形成されるガラスセラミック配線基板の反りを抑制することが可能になる。   The average particle size of the copper powder is desirably 2 to 5 μm. When the average particle diameter of the copper powder is 2 to 5 μm, the shrinkage curve of the conductor pattern containing the copper powder becomes close to the shrinkage curve of the glass ceramic, and the metallized wiring layer and the glass ceramic insulating substrate formed after the co-firing It becomes possible to suppress the curvature of the glass-ceramic wiring board formed from this.

銅メタライズ組成物を構成するガラス粉末は、ガラスセラミック絶縁基板を形成するガラス成分の組成に応じて適宜選択することが必要となるが、銅メタライズ組成物がガラスセラミック絶縁基板を形成するガラス成分の浸透により早く焼結することを防止するとともに、ガラスセラミック絶縁基板とメタライズ配線層との界面での接着強度を強固にするという点で、金属酸化物として、SiO、Al、CaO、SrOおよびBaOを成分とする高融点のガラスを用いることが望ましい。具体的なガラスの組成としては、例えば、SiOが40〜60質量%、Alが5〜20質量%、CaOが10〜20質量%、SrOが1〜5質量%およびBaOが15〜25質量%であるものを用いることができる。また、上記組成のガラスとしては、軟化点が890℃〜950℃であるものをい用いることが望ましい。ガラスとして、SiO、Al、CaO、SrOおよびBaOを成分とし、軟化点の高いものを用いると、焼成後においてもメタライズ配線層中においてガラス粉末の形状を保持した状態で存在させることが可能となり、また、ガラス粉末が形状を保持した状態で存在することから、メタライズ配線層中でもガラス粉末の表面にパラジウムを存在させることが可能になる。その結果、メタライズ配線層の表面に浮き出たガラス粉末の表面に活性なパラジウムを存在させることが可能になる。また、銅のメタライズ配線層の表面にめっき膜の欠けなどの外観不良を生じさせることを防止できる。なお、本発明におけるパラジウムが被覆されているガラス粉末の軟化点は、示差熱分析(DTA)を用いた測定により求める。この場合、ガラス転移点と結晶化温度との間に見られる発熱ピークである。 The glass powder constituting the copper metallized composition must be appropriately selected according to the composition of the glass component forming the glass ceramic insulating substrate, but the copper metallized composition is the glass component forming the glass ceramic insulating substrate. As a metal oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, and the like are used in terms of preventing early sintering due to infiltration and strengthening the adhesive strength at the interface between the glass ceramic insulating substrate and the metallized wiring layer. It is desirable to use a glass having a high melting point containing SrO and BaO as components. As specific glass composition, for example, SiO 2 is 40 to 60% by mass, Al 2 O 3 is 5 to 20% by mass, CaO is 10 to 20% by mass, SrO is 1 to 5% by mass, and BaO is 15%. What is -25 mass% can be used. Moreover, it is desirable to use a glass having a softening point of 890 ° C. to 950 ° C. as the glass having the above composition. When glass is composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, SrO and BaO and has a high softening point, the glass powder shape must be maintained in the metallized wiring layer even after firing. In addition, since the glass powder exists while maintaining its shape, palladium can be present on the surface of the glass powder even in the metallized wiring layer. As a result, it becomes possible to make active palladium exist on the surface of the glass powder that is raised on the surface of the metallized wiring layer. Further, it is possible to prevent appearance defects such as chipping of the plating film on the surface of the copper metallized wiring layer. In addition, the softening point of the glass powder coated with palladium in the present invention is determined by measurement using differential thermal analysis (DTA). In this case, it is an exothermic peak seen between the glass transition point and the crystallization temperature.

パラジウムが被覆されているガラス粉末は、ガラス粉末の表面にパラジウムが被覆された状態であり、パラジウムはその殆どがガラス粉末の表面付近に存在しているものである。この場合、パラジウムが被覆されているガラス粉末におけるパラジウムの量は、質量比で5〜300ppmであることが望ましい。パラジウムの量が質量で5〜300ppmで
あると、ガラス粉末の表面のほぼ全面がパラジウムで覆われた状態とすることができる。このためパラジウムが被覆されているガラス粉末の表面にめっきを行うと、ガラス粉末の表面を活性化することができ、ガラス粉末の表面にもめっき膜を形成することが容易になる。
The glass powder coated with palladium is in a state where palladium is coated on the surface of the glass powder, and most of the palladium is present near the surface of the glass powder. In this case, the amount of palladium in the glass powder coated with palladium is desirably 5 to 300 ppm by mass ratio. When the amount of palladium is 5 to 300 ppm by mass, almost the entire surface of the glass powder can be covered with palladium. Therefore, when plating is performed on the surface of the glass powder coated with palladium, the surface of the glass powder can be activated, and it becomes easy to form a plating film on the surface of the glass powder.

なお、ガラス粉末へのパラジウムの被覆は、ガラス粉末を塩化パラジウムの水溶液に浸漬して行う。パラジウムを被覆させる量は、浸漬する時間によって調整する。ガラス粉末の表面に付着したパラジウムの付着を強固なものにするために、用いるガラス粉末の表面は微少な凹凸を有するものがよい。この場合、ガラス粉末の表面をエッチング処理することによって微少な凹凸を形成する。エッチング液としてはガラス粉末を構成する成分のいずれかを選択的に溶解させることのできる溶液であれば各種のエッチング液を用いることができるが、より好適なエッチング液としては、ガラス粉末の主成分であるSiOを選択的に溶解できるという点でフッ化アンモニウム水溶液を用いることが望ましい。 The glass powder is coated with palladium by immersing the glass powder in an aqueous solution of palladium chloride. The amount of palladium to be coated is adjusted depending on the immersion time. In order to strengthen the adhesion of palladium attached to the surface of the glass powder, the surface of the glass powder to be used should have fine irregularities. In this case, minute irregularities are formed by etching the surface of the glass powder. Various etching solutions can be used as the etching solution as long as the solution can selectively dissolve any of the components constituting the glass powder. The more preferable etching solution is a main component of the glass powder. It is desirable to use an aqueous ammonium fluoride solution in that SiO 2 can be selectively dissolved.

ガラス粉末の形状は、球形および不定形のいずれでもよいが、ガラス粉末の表面にパラジウムをより均一に分散させることができるという点、銅粉末との混合において分散性に優れているという点で球形または球形に近いものがよい。   The shape of the glass powder may be either spherical or indeterminate, but it is spherical in that palladium can be more uniformly dispersed on the surface of the glass powder, and it has excellent dispersibility when mixed with copper powder. Or a thing close to a sphere is good.

銅メタライズ組成物は、銅を95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粉末を2〜5質量%含有していることが望ましい。銅メタライズ組成物の銅が95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粉末が2〜5質量%であると、銅の割合が多く、ガラス粉末の表面にも活性な金属が存在していることからめっき膜を形成しやすくなる。また、銅メタライズ組成物中に含まれるガラス粉末がパラジウム(金属成分)とガラス粉末(セラミックス成分)の両方を有しているために、銅のメタライズ配線層とガラスセラミック絶縁基板との界面において、パラジウムが被覆されているガラス粉末はメタライズ配線層を構成する銅とガラスセラミック絶縁基板を構成するガラスセラミックスの両方の材料とに強固に結合することになる。こうしてガラスセラミック絶縁基板上におけるメタライズ配線層の接着強度を高めることが可能になる。   The copper metallized composition preferably contains 95 to 98% by mass of copper and 2 to 5% by mass of glass powder coated with palladium. When the copper of the copper metallized composition is 95 to 98% by mass and the glass powder coated with palladium is 2 to 5% by mass, the proportion of copper is large, and active metal is also present on the surface of the glass powder. Therefore, it becomes easy to form a plating film. In addition, because the glass powder contained in the copper metallized composition has both palladium (metal component) and glass powder (ceramic component), at the interface between the copper metallized wiring layer and the glass ceramic insulating substrate, The glass powder coated with palladium is firmly bonded to both the copper constituting the metallized wiring layer and the glass ceramics constituting the glass ceramic insulating substrate. Thus, it is possible to increase the adhesive strength of the metallized wiring layer on the glass ceramic insulating substrate.

また、銅メタライズ組成物が、銅を95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粉末を2〜5質量%含有するものであると、銅メタライズ組成物を用いた導体パターンの焼結挙動をガラスセラミックスの焼結挙動に近づけることが可能になるために、結果として、反りやうねり等の極めて少ないガラスセラミック配線基板を得ることが可能になる。   Further, when the copper metallized composition contains 95 to 98% by mass of copper and 2 to 5% by mass of glass powder coated with palladium, the sintering behavior of the conductor pattern using the copper metallized composition As a result, it becomes possible to obtain a glass-ceramic wiring board with very little warpage or undulation.

本発明の銅メタライズ組成物は、無機成分として銅粉末およびパラジウムが被覆されているガラス粉末との混合物からなるものであるが、この銅粉末と、パラジウムが被覆されているガラス粉末との混合物に有機ビヒクルを含ませて銅のメタライズペーストとして用いることができる。   The copper metallized composition of the present invention is composed of a mixture of copper powder and glass powder coated with palladium as an inorganic component, and this copper powder is mixed with glass powder coated with palladium. It can be used as a copper metallized paste containing an organic vehicle.

本発明の銅メタライズ組成物は、銅のメタライズ配線層を備えたガラスセラミック配線基板に適用できる。   The copper metallized composition of the present invention can be applied to a glass ceramic wiring board provided with a copper metallized wiring layer.

まず、所定のガラスセラミック粉末を用いてスラリーを作製し、ガラスセラミックグリーンシートを形成した後、そのガラスセラミックグリーンシートの主面に、本発明の銅メタライズ組成物を用いた銅メタライズペーストを印刷して所望の導体パターンを形成する。なお、ガラスセラミックグリーンシートにはビアホールを形成して、ガラスセラミックグリーンシートの主面に、銅メタライズペーストを印刷して導体パターンを形成する前もしくは導体パターンを形成するときと同時に、ビアホールに導体ペーストを充填してビアホール導体を形成することも可能である。   First, a slurry is prepared using a predetermined glass ceramic powder to form a glass ceramic green sheet, and then a copper metallized paste using the copper metallized composition of the present invention is printed on the main surface of the glass ceramic green sheet. To form a desired conductor pattern. In addition, a via hole is formed in the glass ceramic green sheet, and before the conductor pattern is formed by printing the copper metallized paste on the main surface of the glass ceramic green sheet, or at the same time as forming the conductor pattern, the conductor paste is formed in the via hole. It is also possible to form via-hole conductors by filling them.

次に、導体パターンが形成されたガラスセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を形成し、これを所定の温度条件で焼成してガラスセラミック配線基板の素体を形成する。この後、ガラスセラミック配線基板の素体のメタライズ配線層の表面に、電解めっき法や無電解めっき法によってCu、Au、Ni、Sn、ハンダなどのめっき層を形成することによって、ガラスセラミック配線基板を完成することができる。   Next, a plurality of glass ceramic green sheets on which conductor patterns are formed are laminated to form a laminated body, which is fired under a predetermined temperature condition to form an element body of the glass ceramic wiring board. Thereafter, a plating layer of Cu, Au, Ni, Sn, solder, or the like is formed on the surface of the metallized wiring layer of the body of the glass ceramic wiring substrate by an electrolytic plating method or an electroless plating method. Can be completed.

焼成する際は、ガラスセラミックグリーンシートおよび銅メタライズペーストから有機バインダーを分解、飛散させるため、脱バインダー温度まで昇温させて脱バインダーを行った後、所定の温度まで昇温させる。なお、銅メタライズペーストを使用しているためガラスセラミックグリーンシートの脱脂は窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で行うのが好ましい。また、焼成の最高温度は銅メタライズ組成物に含まれるガラス粉末の軟化点よりも低い温度とすることが望ましい。焼成の最高温度を銅メタライズ組成物に含まれるガラス粉末の軟化点よりも低い温度とすると、焼成後においてもメタライズ配線層中のガラス粉末が形状を保持した状態で存在し、また、ガラス粉末の表面にパラジウムが付着した状態に維持することができるからである。その結果、焼成後においても得られるメタライズ配線層は細りや変形が小さく形状を保持することが可能となり、これによりメタライズ配線層の寸法精度を高めることができる。   When firing, in order to decompose and disperse the organic binder from the glass ceramic green sheet and the copper metallized paste, the binder is heated up to the binder removal temperature, the binder is removed, and then the temperature is raised to a predetermined temperature. In addition, since the copper metallized paste is used, it is preferable to degrease the glass ceramic green sheet in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere. Moreover, it is desirable that the maximum temperature for firing is lower than the softening point of the glass powder contained in the copper metallized composition. When the maximum temperature of firing is a temperature lower than the softening point of the glass powder contained in the copper metallized composition, the glass powder in the metallized wiring layer exists in a state of retaining the shape even after firing. This is because palladium can be maintained on the surface. As a result, the metallized wiring layer obtained even after firing can be held in a shape with small thinning and deformation, and thereby the dimensional accuracy of the metallized wiring layer can be increased.

また、軟化点が890℃〜950℃のガラス粉末を含む銅メタライズ組成物を用いて導体パターンを形成し、ガラス粉末の軟化点よりも低い温度で焼成することにより、断面が矩形状のメタライズ配線層を容易に形成できることから、配線層の幅と間隔が狭く高密度のメタライズ配線層を容易に形成することが可能となる。   In addition, a conductor pattern is formed using a copper metallized composition containing a glass powder having a softening point of 890 ° C. to 950 ° C., and is fired at a temperature lower than the softening point of the glass powder, whereby a metallized wiring having a rectangular cross section Since the layers can be easily formed, it is possible to easily form a high-density metallized wiring layer with a narrow width and interval between the wiring layers.

上記のように銅メタライズペーストを構成する銅メタライズ組成物にパラジウムが被覆されているガラス粉末を用いた場合は、ガラスセラミックグリーンシートと同時焼成しても、メタライズ配線層の表面や内部においてガラス粉末がパラジウムにより被覆された状態で存在するために、メタライズ配線層の表面にめっきを行った場合でも、ガラス粉末の表面がパラジウムで活性化された状態となっており、ガラス粉末の表面上にも十分にめっき膜が形成されることになる。そのため銅のメタライズ配線層の表面にめっき膜の欠けなどの外観不良を防止できる。   When glass powder coated with palladium is used for the copper metallized composition that constitutes the copper metallized paste as described above, the glass powder is formed on the surface and inside of the metallized wiring layer even if co-fired with the glass ceramic green sheet. Exists in a state of being coated with palladium, so even when plating is performed on the surface of the metallized wiring layer, the surface of the glass powder is activated with palladium, and also on the surface of the glass powder. A plating film is sufficiently formed. Therefore, appearance defects such as chipping of the plating film on the surface of the copper metallized wiring layer can be prevented.

ガラスセラミックグリーンシートを形成するための低温焼成ガラスセラミック材料としては、SiO−B−RO系(Rはアルカリ土類金属)、SiO−BaO−Al
−RO系、SiO−B−Al−RO系、SiO−Al−RO系の群から選ばれる少なくとも1種のガラスが好ましく、これらのガラスにセラミックフィラーとして、AlまたはSiO(クォーツ、クリストバライト)を加え、さらに、ZnO、PbO、Pb、ZrO、TiO等を配合した組成物を用いることができる。この場合、セラミックフィラーを20〜80質量%、ガラスを20〜80質量%の割合で混合することが、材料の特性と低温焼成時の焼結性を両立させる点で望ましい。ガラスの好ましい組成としては、SiO:35〜45質量%、MgO:15〜25質量%、BaO:15〜25質量%、Al:6〜10質量%、B:5〜10質量%、CaO:2〜3質量%、SrO:0.5〜2質量%、ZrO:0.5〜2質量%からなるものが好適である。
As a low-temperature fired glass ceramic material for forming a glass ceramic green sheet, SiO 2 —B 2 O 3 —RO system (R is an alkaline earth metal), SiO 2 —BaO—Al
At least one glass selected from the group of 2 O 3 —RO, SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —RO, and SiO 2 —Al 2 O 3 —RO is preferable. As the ceramic filler, a composition in which Al 2 O 3 or SiO 2 (quartz, cristobalite) is added and ZnO, PbO, Pb, ZrO 2 , TiO 2 or the like is further blended can be used. In this case, it is desirable that the ceramic filler is mixed at a rate of 20 to 80% by mass and the glass is mixed at a rate of 20 to 80% by mass in order to achieve both the characteristics of the material and the sinterability at low temperature firing. Preferred compositions of the glass, SiO 2: 35 to 45 wt%, MgO: 15-25 wt%, BaO: 15-25 wt%, Al 2 O 3: 6~10 wt%, B 2 O 3: 5~ 10 wt%, CaO: 2 to 3 wt%, SrO: 0.5 to 2 wt%, ZrO 2: is preferable made of 0.5-2 wt%.

以下、図面に基づいて、本発明の銅メタライズ組成物を用いて得られたガラスセラミック配線基板について説明する。なお、ここで、銅メタライズ組成物を構成するものをガラス粉末とし、ガラスセラミック配線基板におけるメタライズ配線層を構成する場合にはガラス粒子とする。   Hereinafter, the glass ceramic wiring board obtained using the copper metallized composition of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, here, what constitutes the copper metallized composition is glass powder, and when the metallized wiring layer in the glass ceramic wiring substrate is constituted, it is glass particles.

図1は、本発明の一実施形態にかかるガラスセラミック配線基板の断面図を示しており、複数のガラスセラミックス絶縁層からなる多層配線基板である。図2は、ガラスセラミック配線基板の表層領域のメタライズ配線層の拡大断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a glass ceramic wiring board according to an embodiment of the present invention, which is a multilayer wiring board composed of a plurality of glass ceramic insulating layers. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the metallized wiring layer in the surface layer region of the glass ceramic wiring board.

図1に示すように、ガラスセラミック配線基板は、複数のガラスセラミック絶縁層1を積層して構成されたガラスセラミック絶縁基板2と、その表面および内部に形成されたメタライズ配線層3とを有している。また、ガラスセラミック絶縁基板2内には、各ガラスセラミック絶縁層1を厚さ方向に貫通したビアホール導体5が形成されており、表面および内部に形成されたメタライズ配線層3同士を電気的に接続するようになっている。   As shown in FIG. 1, the glass ceramic wiring board has a glass ceramic insulating board 2 formed by laminating a plurality of glass ceramic insulating layers 1, and a metallized wiring layer 3 formed on the surface and inside thereof. ing. Further, in the glass ceramic insulating substrate 2, via hole conductors 5 penetrating the glass ceramic insulating layers 1 in the thickness direction are formed, and the metallized wiring layers 3 formed on the surface and inside are electrically connected to each other. It is supposed to be.

ここで、ガラスセラミック配線基板に形成されたメタライズ配線層3のうち、ガラスセラミック絶縁基板2の上面側に半導体素子を載置するために設けられたメタライズ配線層3は、表層配線層3aをなし、また、ガラスセラミック配線基板の下面側に設けられたメタライズ配線層3は接続パッド3bをなすものである。   Here, among the metallized wiring layers 3 formed on the glass ceramic wiring substrate, the metallized wiring layer 3 provided for mounting the semiconductor element on the upper surface side of the glass ceramic insulating substrate 2 is a surface layer wiring layer 3a. Further, the metallized wiring layer 3 provided on the lower surface side of the glass ceramic wiring board forms the connection pad 3b.

本発明のガラスセラミック配線基板は、ガラスセラミック絶縁基板2の上面側および下面側に設けられたメタライズ配線層3(ここでは、表層配線層3aおよび接続パッド3b)が、銅3baと、パラジウム3bbが被覆されているガラス粒子3bcとから構成されている。これによりガラスセラミック絶縁基板2の上面側および下面側に設けられたメタライズ配線層3の表面にめっきを施す際に、パラジウム3bbが被覆されているガラス粒子3bcの表面にもめっき膜を容易に形成でき、めっき膜の欠けなどの外観不良を低減できるとともに、メタライズ配線層3とガラスセラミック絶縁基板2との間の接着強度を高めることができる。   The glass ceramic wiring board of the present invention has a metallized wiring layer 3 (here, the surface wiring layer 3a and the connection pad 3b) provided on the upper surface side and the lower surface side of the glass ceramic insulating substrate 2, copper 3ba, and palladium 3bb. It is comprised from the covered glass particle 3bc. Thus, when plating is performed on the surface of the metallized wiring layer 3 provided on the upper surface side and the lower surface side of the glass ceramic insulating substrate 2, a plating film is easily formed on the surface of the glass particles 3bc covered with palladium 3bb. It is possible to reduce appearance defects such as chipping of the plating film, and to increase the adhesive strength between the metallized wiring layer 3 and the glass ceramic insulating substrate 2.

また、本発明のガラスセラミック配線基板は、表層のメタライズ配線層3が、銅3baを95〜98質量%、パラジウム3bbが被覆されているガラス粒子3bcを2〜5質量%含むものであることが望ましい。表層のメタライズ配線層3が銅3baを95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粒子3bcを2〜5質量%含有するものであると、銅3baの割合が多く、また、ガラス粒子3bcの表面にも活性なパラジウムが存在していることから、めっき膜を形成しやすくなる。また、銅メタライズ配線層3中に含まれるガラス粉末が、パラジウム(金属成分)とガラス粒子(セラミックス成分)の両方を有しているために、銅3baのメタライズ配線層3とガラスセラミック絶縁層1との界面において、パラジウム3bbが被覆されているガラス粒子3bcはメタライズ配線層3を構成する銅3baとガラスセラミック絶縁層1を構成するガラスセラミックスの両方の材料とに強固に結合するために、ガラスセラミック絶縁層1上におけるメタライズ配線層3の接着強度を高めることが可能になる。   Moreover, as for the glass ceramic wiring board of this invention, it is desirable that the metallized wiring layer 3 of a surface layer contains 2-5 mass% of glass particles 3bc by which 95-98 mass% of copper 3ba and palladium 3bb are coat | covered. When the surface metallized wiring layer 3 contains 95 to 98% by mass of copper 3ba and 2 to 5% by mass of glass particles 3bc coated with palladium, the proportion of copper 3ba is large, and the glass particles 3bc Since active palladium is also present on the surface, it is easy to form a plating film. Moreover, since the glass powder contained in the copper metallized wiring layer 3 has both palladium (metal component) and glass particles (ceramics component), the metallized wiring layer 3 of copper 3ba and the glass ceramic insulating layer 1 In order to firmly bond the glass particles 3bc coated with palladium 3bb to both the copper 3ba constituting the metallized wiring layer 3 and the glass ceramics constituting the glass ceramic insulating layer 1, It becomes possible to increase the adhesive strength of the metallized wiring layer 3 on the ceramic insulating layer 1.

また、銅メタライズ配線層3が、銅を95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粉末を2〜5質量%含有するものであると、銅メタライズ配線層3を用いた導体パターンの焼結挙動をガラスセラミックスの焼結挙動に近づけることが可能になるために、結果として、反りやうねり等の極めて少ないガラスセラミック配線基板を得ることが可能になる。   Further, when the copper metallized wiring layer 3 contains 95 to 98% by mass of copper and 2 to 5% by mass of the glass powder coated with palladium, the conductor pattern using the copper metallized wiring layer 3 is baked. Since the binding behavior can be made close to the sintering behavior of glass ceramics, as a result, it is possible to obtain a glass-ceramic wiring board with extremely little warpage or undulation.

得られたガラスセラミック配線基板に形成された銅メタライズ配線層3から銅3baとパラジウム3bbが被覆されているガラス粒子3bcの含有量を求めるには、ガラスセラミック配線基板におけるメタライズ配線層3の断面を研磨して研磨面を作製し、この断面を、分析装置を備えた電子顕微鏡装置(WDS(波長分散型X線分光分析)、SEM―EDS(走査電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光分析)、TEM−EDS(透過電子顕
微鏡-エネルギー分散型X線分光分析))を用いて組成分析を行う。このときメタライズ
配線層3中のパラジウム3bbやガラス粒子3bcの存在状態もこの方法により確認でき
る。
In order to determine the content of glass particles 3bc coated with copper 3ba and palladium 3bb from the copper metallized wiring layer 3 formed on the obtained glass ceramic wiring substrate, the cross section of the metallized wiring layer 3 in the glass ceramic wiring substrate is obtained. Polishing to produce a polished surface, this cross section is subjected to an electron microscope apparatus (WDS (wavelength dispersive X-ray spectroscopic analysis), SEM-EDS (scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopic analysis) equipped with an analyzer, Composition analysis is performed using TEM-EDS (transmission electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopic analysis). At this time, the presence of palladium 3bb and glass particles 3bc in the metallized wiring layer 3 can also be confirmed by this method.

また、ガラスセラミック配線基板がマザーボードなどの外部回路基板上に実装されていた場合には、まず、外部回路基板からガラスセラミック配線基板を取り外し、イオン断面研磨装置(CP:クロスセクションポリッシャ)等を用いて、実装に使用していた半田等を取り除き、その後、ICPにより定量分析を行う。ここで、ICP分析の前に分析するガラスセラミック配線基板を前処理する。前処理の方法は、ガラスセラミック配線基板の表面に露出したガラスセラミック絶縁層1を樹脂等でマスキングを行った後、メタライズ部分のみ溶解させる方法やガラスセラミック絶縁層1を樹脂等でマスキングを行った部分にレーザーアブレーションを用いてレーザーを照射し、蒸発した微粒子をICPに導入することにより組成を求めることができる。なお、メタライズ配線層中に含まれるパラジウム3bbが被覆されているガラス粒子3bcの割合を求める場合には、銅3bb(密度:8.9g/cm)、ガラス粒子3bc(密度:3g/cm)の面積割合から密度の換算を行って求める。 When the glass ceramic wiring board is mounted on an external circuit board such as a mother board, first, the glass ceramic wiring board is removed from the external circuit board, and an ion cross-section polishing apparatus (CP: cross section polisher) or the like is used. Then, the solder used for mounting is removed, and then quantitative analysis is performed by ICP. Here, the glass ceramic wiring board to be analyzed is pre-processed before the ICP analysis. As a pretreatment method, the glass ceramic insulating layer 1 exposed on the surface of the glass ceramic wiring substrate is masked with a resin or the like, and then only the metallized portion is dissolved or the glass ceramic insulating layer 1 is masked with a resin or the like. The composition can be determined by irradiating the part with laser using laser ablation and introducing evaporated fine particles into the ICP. Incidentally, in the case of obtaining the ratio of the glass particles 3bc palladium 3bb contained in metallized wiring layer is coated, the copper 3bb (density: 8.9g / cm 3), glass particles 3bc (Density: 3 g / cm 3 ) To obtain the density from the area ratio.

以下、本発明の銅メタライズ組成物およびそれを用いたガラスセラミック配線基板について、一実施例に基づき評価する。   Hereinafter, the copper metallized composition of the present invention and the glass ceramic wiring board using the same are evaluated based on one example.

まず、ガラスセラミックグリーンシートは、SiO:35〜45質量%、MgO:15〜25質量%、BaO:15〜25質量%、Al:6〜10質量%、B:5〜10質量%、CaO:2〜3質量%、SrO:0.5〜2質量%、ZrO:0.5〜2質量%の組成を有するガラスと、セラミックフィラーとしてクオーツ(SiO)とを原料粉末として用い、ガラス粉末を60質量%と、クオーツを40質量%混合した混合粉末を調製した。次に、この混合粉末100質量%に対して、有機バインダ(イソブチルメタクリレート(i−BMA))を12質量%、可塑剤(ジブチルフタレート(DBP))を5質量%、溶剤としてトルエンを50質量%、シラン化合物としてアルコキシシランを0.1質量%加えて、ボールミルで20時間混合しスラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード法により、0.1mmの厚さに成形してガラスセラミックグリーンシートを作製した。 First, the glass-ceramic green sheets, SiO 2: 35 to 45 wt%, MgO: 15-25 wt%, BaO: 15-25 wt%, Al 2 O 3: 6~10 wt%, B 2 O 3: 5 10% by mass, CaO: 2-3% by mass, SrO: 0.5-2% by mass, ZrO 2 : 0.5-2% by mass, and quartz (SiO 2 ) as a ceramic filler. As a raw material powder, a mixed powder was prepared by mixing 60% by mass of glass powder and 40% by mass of quartz. Next, 12% by mass of an organic binder (isobutyl methacrylate (i-BMA)), 5% by mass of a plasticizer (dibutyl phthalate (DBP)), and 50% by mass of toluene as a solvent with respect to 100% by mass of the mixed powder. Add 0.1% by mass of alkoxysilane as a silane compound and mix for 20 hours with a ball mill to prepare a slurry. The slurry is formed to a thickness of 0.1 mm by the doctor blade method to produce a glass ceramic green sheet. did.

次に、銅メタライズペーストは、まず、SiO、Al、CaO、SrOおよびBaOを、SiOが40〜60質量%、Alが5〜20質量%、CaOが10〜20質量%、SrOが1〜5質量%およびBaOが15〜25質量%の範囲で組成比率を変えて作製された軟化点の異なるガラス粉末を準備した。このときガラス粉末の平均粒径は2μmとした。 Next, the copper metallized paste is first composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, SrO and BaO, 40 to 60% by mass of SiO 2 , 5 to 20% by mass of Al 2 O 3 and 10 to 20% of CaO. Glass powders having different softening points were prepared by changing the composition ratio within a range of 1% by mass, 1-5% by mass of SrO, and 15-25% by mass of BaO. At this time, the average particle diameter of the glass powder was 2 μm.

次に、このガラス粉末をフッ化アンモニウム水溶液に浸漬してエッチング処理を行なってガラス粉末の表面に凹凸を形成した。次に、表面に凹凸が形成されたガラス粉末を塩化パラジウム水溶液中に浸漬して、ガラス粉末の表面にパラジウムを付着させて、パラジウムが被覆されたガラス粉末を作製した。この場合、パラジウムが被覆されているガラス粉末に対するパラジウムの量は、塩化パラジウム水溶液中への浸漬時間を変えて行った。なお、パラジウムが被覆されているガラス粉末に含まれるパラジウムの量は、ICPにより確認した。分析した結果、作製したパラジウムが被覆されているガラス粉末に含まれるパラジウムの量は表1に示す値であった。   Next, this glass powder was immersed in an aqueous ammonium fluoride solution and etched to form irregularities on the surface of the glass powder. Next, the glass powder with irregularities formed on the surface was immersed in an aqueous palladium chloride solution, and palladium was adhered to the surface of the glass powder to produce a glass powder coated with palladium. In this case, the amount of palladium relative to the glass powder coated with palladium was changed by changing the immersion time in the palladium chloride aqueous solution. The amount of palladium contained in the glass powder coated with palladium was confirmed by ICP. As a result of analysis, the amount of palladium contained in the produced glass powder coated with palladium was the value shown in Table 1.

次に、平均粒径が3μmの銅粉末を準備し、パラジウムが被覆されているガラス粉末を
銅粉末100質量%に対して、表1に示した割合になるように加え、これにさらにアクリル樹脂と、可塑剤としてジブチルフタレートと、溶剤としてテルピネオールを添加して銅メタライズペーストを調製した。
Next, a copper powder having an average particle size of 3 μm is prepared, and glass powder coated with palladium is added so as to have the ratio shown in Table 1 with respect to 100% by mass of the copper powder. A copper metallized paste was prepared by adding dibutyl phthalate as a plasticizer and terpineol as a solvent.

また、別途、パラジウムを被覆していないガラス粉末を同量添加してビアホール導体用の導体ペーストを調製した。   Separately, the same amount of glass powder not coated with palladium was added to prepare a conductor paste for a via-hole conductor.

次に、ガラスセラミックグリーンシートにレーザーを用いてビアホールを形成し、このビアホールにビアホール用の導体ペーストを印刷法にて充填してビアホール導体を形成した。次に、そのビアホール導体の上面に表層用の銅メタライズペーストを印刷して導体パターンを形成した。導体パターンのサイズは焼成後の直径が0.86mm、厚さが約15μmとなるように調整した。   Next, a via hole was formed in the glass ceramic green sheet using a laser, and a via hole conductor paste was filled in the via hole by a printing method to form a via hole conductor. Next, a copper metallized paste for the surface layer was printed on the upper surface of the via-hole conductor to form a conductor pattern. The size of the conductor pattern was adjusted so that the diameter after firing was 0.86 mm and the thickness was about 15 μm.

次に、ビアホール導体および導体パターンを形成したガラスセラミックグリーンシートにビアホール導体および導体パターンを形成していないガラスセラミックグリーンシートを20層積層した後、窒素雰囲気中で加熱して、脱脂処理し、次いで、880℃にて焼成して、ガラスセラミック配線基板の素体を得た。   Next, after laminating 20 layers of glass ceramic green sheets without via-hole conductors and conductor patterns on the glass-ceramic green sheets with via-hole conductors and conductor patterns, heating in a nitrogen atmosphere and degreasing, And firing at 880 ° C. to obtain an element body of a glass ceramic wiring board.

次に、作製したガラスセラミック配線基板の素体に、パラジウム活性処理を約30秒行った後、ガラスセラミック配線基板の表層のメタライズ配線層の表面に、厚さ1μmのニッケルめっきを行い、その上に厚さ0.1μmの金めっきを施して、メタライズ配線層の表面にニッケルめっき膜および金めっき膜が形成されたメタライズ配線層を有するガラスセラミック配線基板を作製した。   Next, the activated body of the produced glass ceramic wiring board was subjected to palladium activation treatment for about 30 seconds, and then the surface of the metallized wiring layer on the surface of the glass ceramic wiring board was subjected to nickel plating with a thickness of 1 μm. A glass ceramic wiring board having a metallized wiring layer in which a nickel plating film and a gold plating film are formed on the surface of the metallized wiring layer was prepared by performing gold plating with a thickness of 0.1 μm.

次に、ニッケルめっき膜および金めっき膜が形成されたメタライズ配線層の表面にフラックスを塗布し、さらに直径0.86mmのSn/Pb共晶半田ボールを載せて、大気中、245℃で1分間保持して半田ボール付けを行った。   Next, a flux is applied to the surface of the metallized wiring layer on which the nickel plating film and the gold plating film are formed, and a Sn / Pb eutectic solder ball having a diameter of 0.86 mm is further placed on the surface at 245 ° C. for 1 minute. It was held and solder balls were attached.

次に、作製した半田ボールを付けたセラミック配線基板について、以下の評価を行った。   Next, the following evaluation was performed on the produced ceramic wiring board to which the solder balls were attached.

メタライズ配線層の接着強度は、クランププル強度測定機を用いて、半田ボールを垂直方向に引っ張り、引張強度を測定して求めた。測定は1条件30サンプルを評価し、サンプル中で最小の値を表1に示した。そして、引張強度の最低値が19.6MPaを超える場合を良品とした。   The adhesive strength of the metallized wiring layer was determined by pulling the solder ball in the vertical direction and measuring the tensile strength using a clamp pull strength measuring machine. The measurement evaluated 30 samples per condition, and Table 1 shows the minimum value among the samples. And the case where the minimum value of tensile strength exceeded 19.6 MPa was made into the quality product.

めっき性は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いてめっきの欠けとガラスセラミック絶縁基板の表面へのメッキの広がりの有無で評価した。めっきの欠けは、観察したメタライズ配線層の表面に形成しためっき膜の表面に直径が5μmより大きいピンホールが存在しているものを「欠け」として不良の判定をした。   Plating properties were evaluated using a scanning electron microscope (SEM) based on the presence or absence of plating defects and the spread of plating on the surface of the glass ceramic insulating substrate. The defect of the plating was judged as “defect” when the surface of the plating film formed on the surface of the observed metallized wiring layer had a pinhole larger than 5 μm as “defect”.

なお、表1の備考欄に、めっき膜の広がりが20μmより大きい場合には「めっき広がり」として示し、また、直径5μm以下のピンホールが見られたものを「ピンホール」として示した。   In the remarks column of Table 1, when the spread of the plating film is larger than 20 μm, it is indicated as “plating spread”, and when a pinhole having a diameter of 5 μm or less is observed, it is indicated as “pinhole”.

作製したガラスセラミック配線基板に形成されたメタライズ配線層に含まれるパラジウムが被覆されているガラス粒子の割合は、作製したガラスセラミック配線基板のメタライズ配線層の断面を研磨して研磨面を作製し、この断面を、分析装置を備えた電子顕微鏡装置(WDS(波長分散型X線分光分析)、SEM―EDS(走査電子顕微鏡-エネルギー
分散型X線分光分析)、TEM−EDS(透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光分
析))を用いて組成分析を行った。このときメタライズ配線層3中のパラジウムやガラス粉末の存在状態もこの方法により確認した。なお、メタライズ配線層中に含まれるパラジウムが被覆されているガラス粉末の割合を求める場合には、銅(密度:8.9g/cm
)、ガラス粒子(密度:3g/cm)の面積割合から密度の換算を行って求めた。
The ratio of the glass particles coated with palladium contained in the metallized wiring layer formed on the produced glass ceramic wiring board is a polished surface by polishing the cross section of the metalized wiring layer of the produced glass ceramic wiring board, This cross section is obtained by analyzing an electron microscope apparatus (WDS (wavelength dispersive X-ray spectroscopic analysis), SEM-EDS (scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscopic analysis), TEM-EDS (transmission electron microscope-energy) equipped with an analyzer. Composition analysis was performed using dispersive X-ray spectroscopy)). At this time, the presence state of palladium or glass powder in the metallized wiring layer 3 was also confirmed by this method. In addition, when calculating | requiring the ratio of the glass powder coat | covered with the palladium contained in a metallized wiring layer, copper (density: 8.9 g / cm < 3 >)
) And the density of the glass particles (density: 3 g / cm 3 ).

また、ガラスセラミック配線基板がマザーボードなどの外部回路基板上に実装されていた場合には、まず、外部回路基板からガラスセラミック配線基板を取り外し、イオン断面研磨装置(CP:クロスセクションポリッシャ)等を用いて、実装に使用していた半田等を取り除き、その後、ICPにより定量分析を行った。ここで、ICP分析の前に分析するガラスセラミック配線基板を前処理した。前処理の方法は、ガラスセラミック配線基板の表面に露出したガラスセラミック絶縁層を樹脂等でマスキングを行った部分にレーザーアブレーションを用いてレーザーを照射し、蒸発した微粒子をICPに導入することにより組成を求めた。作製したガラスセラミック配線基板では、メタライズ配線層中に含まれるパラジウムが被覆されているガラス粉末の割合は表1に示した値であることを確認した。   When the glass ceramic wiring board is mounted on an external circuit board such as a mother board, first, the glass ceramic wiring board is removed from the external circuit board, and an ion cross-section polishing apparatus (CP: cross section polisher) or the like is used. The solder used for mounting was removed, and then quantitative analysis was performed by ICP. Here, a glass-ceramic wiring board to be analyzed was pretreated before ICP analysis. The pretreatment method consists of irradiating a portion of the glass ceramic insulating layer exposed on the surface of the glass ceramic wiring substrate with a resin or the like by irradiating the laser with laser ablation and introducing evaporated fine particles into the ICP. Asked. In the produced glass ceramic wiring substrate, it was confirmed that the ratio of the glass powder coated with palladium contained in the metallized wiring layer was the value shown in Table 1.

Figure 2011154807
Figure 2011154807

表1の結果から明らかなように、本発明の銅メタライズ組成物を用いて作製したメタライズ配線層を有するガラスセラミック配線基板の試料(試料No.6〜23)では、めっき性が良好であり、かつメタライズ配線層の接着強度が19.6MPa以上であった。   As is clear from the results in Table 1, in the sample of the glass ceramic wiring board having the metallized wiring layer produced using the copper metallized composition of the present invention (sample Nos. 6 to 23), the plating property is good. And the adhesive strength of the metallized wiring layer was 19.6 MPa or more.

また、銅が95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粉末が2〜5質量%であるメタライズ配線層を有するガラスセラミック配線基板の試料(試料No.7〜16
、18〜23)では、めっき性が良好であり、かつメタライズ配線層の接着強度が29.4MPa以上であり、剥がれはいずれもガラスセラミック絶縁層とメタライズ配線層との界面で起こっていた。
Moreover, the sample (sample No. 7-16) of the glass ceramic wiring board which has a metallized wiring layer whose copper is 95-98 mass% and the glass powder by which palladium is coated is 2-5 mass%
18-23), the plating property was good and the adhesive strength of the metallized wiring layer was 29.4 MPa or more, and peeling occurred at the interface between the glass ceramic insulating layer and the metallized wiring layer.

さらに、銅が95〜98質量%、パラジウムが被覆されているガラス粒子が2〜5質量%であるメタライズ配線層において、パラジウムが被覆されているガラス粉末の軟化点が890〜950℃であるメタライズ配線層を有するガラスセラミック配線基板の試料(試料No.7〜16、18、20および21)では、めっき性が良好であり、かつメタライズ配線層の接着強度が39.2MPa以上であった。   Further, in the metallized wiring layer in which the copper is 95 to 98% by mass and the glass particles coated with palladium is 2 to 5% by mass, the softening point of the glass powder coated with palladium is 890 to 950 ° C. In the glass ceramic wiring board samples (sample Nos. 7 to 16, 18, 20, and 21) having the wiring layer, the plating property was good and the adhesive strength of the metallized wiring layer was 39.2 MPa or more.

さらにまた、銅が95〜98質量%、パラジウムが被覆されているコートしたガラス粉末が2〜5質量%であるとともに、パラジウムが被覆されているガラス粉末の軟化点が890〜950℃であり、また、ガラス粉末に含まれるパラジウムの量が、質量で10〜300ppmであるメタライズ配線層を有するガラスセラミック配線基板の試料(試料No.7,9,10〜12、15,16,18、20および21)では、メタライズ配線層の表面に直径が5μm以下のピンホールも無く、めっき性が極めて良好であり、かつメタライズ配線層の接着強度が39.2MPa以上であった。   Furthermore, the glass powder coated with 95 to 98% by weight of copper and the glass powder coated with palladium is 2 to 5% by weight, and the softening point of the glass powder coated with palladium is 890 to 950 ° C., Further, samples of glass ceramic wiring boards having a metallized wiring layer in which the amount of palladium contained in the glass powder is 10 to 300 ppm by mass (Sample Nos. 7, 9, 10 to 12, 15, 16, 18, 20 and In 21), the surface of the metallized wiring layer had no pinhole with a diameter of 5 μm or less, the plating property was extremely good, and the adhesive strength of the metallized wiring layer was 39.2 MPa or more.

これに対して、パラジウムを被覆していないガラス粉末を用いた銅メタライズ組成物を用いて作製したメタライズ配線層を有するガラスセラミック配線基板の試料(試料No.1〜5)では、メタライズ配線層の表面にめっき膜の欠けが見られた。   On the other hand, in the sample (sample No. 1-5) of the glass ceramic wiring board which has the metallized wiring layer produced using the copper metallized composition using the glass powder which has not coat | covered palladium, of metallized wiring layer Chipping of the plating film was observed on the surface.

1・・・・・ガラスセラミック絶縁層
2・・・・・ガラスセラミック絶縁基板
3・・・・・メタライズ配線層
3a・・・・表層配線層
3b・・・・接続パッド
3ba・・・銅
3bb・・・パラジウム
3bc・・・ガラス粒子
5・・・・・ビアホール導体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass ceramic insulating layer 2 ... Glass ceramic insulating substrate 3 ... Metallized wiring layer 3a ... Surface wiring layer 3b ... Connection pad 3ba ... Copper 3bb ... Palladium 3bc ... Glass particles 5 ... via hole conductor

Claims (6)

銅粉末と、パラジウムが被覆されているガラス粉末との混合物からなることを特徴とする銅メタライズ組成物。   A copper metallized composition comprising a mixture of copper powder and glass powder coated with palladium. 前記銅を95〜98質量%、前記パラジウムが被覆されているガラス粉末を2〜5質量%含有することを特徴とする請求項1に記載の銅メタライズ組成物。   2. The copper metallized composition according to claim 1, comprising 95 to 98% by mass of the copper and 2 to 5% by mass of the glass powder coated with the palladium. 前記ガラス粉末の軟化点が890〜950℃であることを特徴とする請求項2に記載の銅メタライズ組成物。   The copper metallized composition according to claim 2, wherein the softening point of the glass powder is 890 to 950 ° C. 前記パラジウムが被覆されているガラス粉末におけるパラジウムの量が、質量比で10〜300ppmであることを特徴とする請求項3に記載の銅メタライズ組成物。   4. The copper metallized composition according to claim 3, wherein the amount of palladium in the glass powder coated with palladium is 10 to 300 ppm by mass. ガラスセラミック絶縁基板と、該ガラスセラミック絶縁基板の表面に形成されたメタライズ配線層とを具備するガラスセラミック配線基板であって、前記メタライズ配線層が、銅とパラジウムが被覆されているガラス粒子とから形成されていることを特徴とするガラスセラミック配線基板。   A glass ceramic wiring substrate comprising a glass ceramic insulating substrate and a metallized wiring layer formed on the surface of the glass ceramic insulating substrate, wherein the metallized wiring layer comprises glass particles coated with copper and palladium. A glass ceramic wiring board characterized by being formed. 前記メタライズ配線層が、前記銅を95〜98質量%、前記パラジウムが被覆されているガラス粒子を2〜5質量%含有することを特徴とする請求項5に記載のガラスセラミック配線基板。   6. The glass ceramic wiring board according to claim 5, wherein the metallized wiring layer contains 95 to 98 mass% of the copper and 2 to 5 mass% of glass particles coated with the palladium.
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