JP2020025045A - 導電ペースト、配線基板、導電ペーストの製造方法、および、配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板における欠陥の発生を抑制する。【解決手段】導電ペーストは、少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板における配線層の形成に用いられ、Ｐｔ粉末と、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートとを含有する。配線基板は、少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層され、配線層は、Ｐｔを主成分として含有するとともに、ＡｌまたはＺｒを含有する。導電ペーストの製造方法は、ペースト化工程と、添加工程とを備える。ペースト化工程では、Ｐｔ粉末に、ペースト化のためのペースト用成分を加えることによりペーストを作製する。レジネート添加工程では、ペースト化工程により作製されたペーストに、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートを添加する。【選択図】図２

Description

本開示は、白金を含有する導電ペーストおよびその製造方法、並びに、導電ペーストを用いて製造される配線基板およびその製造方法に関する。

特許文献１には、白金粉末と、アルミナ粉末と、バインダとを混合して製造される白金ペーストが記載されている。

特開２００７−１３４２９１号公報

配線基板の製造において、セラミックグリーンシートの表面に、特許文献１に記載の白金ペーストを用いて配線パターンを形成し、その後、これらセラミックグリーンシートおよび配線パターンを同時焼成すると、焼成後に得られる配線基板におけるセラミック層に欠陥が発生することがあった。

本開示は、配線基板における欠陥の発生を抑制することを目的とする。

本開示の一態様は、少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板における配線層の形成に用いられる導電ペーストであって、Ｐｔ粉末と、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートとを含有する導電ペーストである。

このように構成された本開示の導電ペーストは、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートを含有することにより、Ａｌ成分またはＺｒ成分を導電ペースト内のＰｔ粉末とＰｔ粉末との間に比較的均一に分散させることができる。ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートは、液体の状態で導電ペースト内に添加することができるためである。これにより、本開示の導電ペーストは、Ａｌ成分またはＺｒ成分が比較的均一に分散していることにより、導電ペースト内のＰｔ粉末が焼成により焼結するのを抑制して、導電ペーストの焼成により形成される配線層の収縮を抑制することができる。このため、本開示の導電ペーストは、セラミック層の表面において、配線層が積層されている領域と、配線層が積層されていない領域とにおける収縮量の差を低減することができ、セラミック層の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

また、本開示の一態様では、Ｐｔ粉末の平均粒径は１μｍ以下であるようにしてもよい。これにより、本開示の導電ペーストは、焼成による急激な収縮を抑制することができる。

また、本開示の一態様では、Ｐｔ粉末の平均粒径は０．６μｍ以下であるようにしてもよい。これにより、本開示の導電ペーストは、細い配線層を形成することができる。
また、本開示の一態様では、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートが０．５〜５．０重量％含有されているようにしてもよい。含有量が５．０重量％を超える場合には、白金粉末の焼結が過度に阻害され、配線層を形成することができないためである。また、含有量が０．５重量％未満である場合には、焼成による配線層の収縮を抑制する効果が小さいためである。

本開示の別の態様は、少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板であって、配線層は、Ｐｔを主成分として含有するとともに、ＡｌまたはＺｒを含有する配線基板である。

このように構成された本開示の配線基板は、本開示の導電ペーストを用いて製造された配線基板であり、本開示の導電ペーストと同様の効果を得ることができる。すなわち、本開示の配線基板は、セラミック層の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

また、本開示の別の態様では、配線層におけるＡｌまたはＺｒの含有量は、０．２重量％以下であるようにしてもよい。
本開示の更に別の態様は、少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板における配線層の形成に用いられる導電ペーストの製造方法であって、ペースト化工程と、レジネート添加工程とを備える。ペースト化工程では、Ｐｔ粉末に、ペースト化のためのペースト用成分を加えることによりペーストを作製する。レジネート添加工程では、ペースト化工程により作製されたペーストに、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートを添加する。

このように構成された本開示の導電ペーストの製造方法は、本開示の導電ペーストと同様の効果を得ることができる。すなわち、本開示の導電ペーストの製造方法は、セラミック層の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

また、本開示の更に別の態様では、レジネート添加工程において、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートを０．５〜５．０重量％添加するようにしてもよい。含有量が５．０重量％を超える場合には、白金粉末の焼結が過度に阻害され、配線層を形成することができないためである。また、含有量が０．５重量％未満である場合には、焼成による配線層の収縮を抑制する効果が小さいためである。

また、本開示の更に別の態様では、Ｐｔ粉末の平均粒径は１μｍ以下であるようにしてもよい。これにより、本開示の導電ペーストの製造方法は、焼成による急激な収縮を抑制することができる。

また、本開示の更に別の態様では、Ｐｔ粉末の平均粒径は０．６μｍ以下であるようにしてもよい。これにより、本開示の導電ペーストの製造方法は、細い配線層を形成することができる。

本開示の更に別の態様は、少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板の製造方法であって、配線形成工程と、焼成工程とを備える。配線形成工程では、焼成後にセラミック層となるグリーンシートの表面に、本開示の導電ペーストを用いて、焼成後に配線層となる配線パターンを形成する。焼成工程では、配線形成工程においてグリーンシートの表面に配線パターンを形成した後に、グリーンシートと配線パターンとを同時焼成する。

このように構成された本開示の配線基板の製造方法は、本開示の配線基板と同様の効果を得ることができる。すなわち、本開示の配線基板の製造方法は、セラミック層の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

配線基板の断面図である。 導電ペーストの製造方法を示すフローチャートである。 配線基板の製造方法を示すフローチャートである。 配線基板の製造方法を示す断面図である。 評価試験の結果を示す図である。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の配線基板１は、図１に示すように、例えば、２層のセラミック層１１，１２と、２層の配線層２１，２２とを備える。

セラミック層１１，１２と、配線層２１，２２とは、積層方向ＳＤに沿って交互に積層される。これにより、配線層２１はセラミック層１１とセラミック層１２との間に配置される。また配線層２２は、セラミック層１２の両面のうち、配線層２１が配置されていない側に配置される。

また、セラミック層１２内には、積層方向ＳＤに延びてセラミック層１２を貫通するビア導体３２が形成される。これにより、セラミック層１２を挟んでセラミック層１２の両面に形成されている配線層２１と配線層２２とが電気的に接続される。

セラミック層１１，１２は、積層方向ＳＤに対して垂直な方向に沿って広がる板状の絶縁層であり、アルミナを９０重量％以上含有している。
配線層２１，２２はそれぞれ、セラミック層１１，１２上に形成される導電層である。配線層２１，２２は、導電成分である白金（Ｐｔ）と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミック成分と、アルミニウム（Ａｌ）とを含有している。配線層２１，２２におけるＡｌの含有量は、０．２重量％以下である。

ビア導体３２は、配線層２１，２２と同様の材料で形成されている。
次に、導電ペースト１００の製造方法を説明する。なお、導電ペースト１００は、図４に示す。

導電ペースト１００を製造するためには、図２に示すように、まず、Ｓ１０にて、白金（Ｐｔ）粉末と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化物の粉末とを含む混合粉末に、ペースト用成分としてエチルセルロース樹脂とターピネオール溶剤とを加え、３本ロールミルによって混練することにより、白金ペーストを得る。白金（Ｐｔ）粉末の平均粒径は１μｍ以下（本実施形態では、例えば０．６μｍ）である。なお、本実施形態において、白金粉末の平均粒径は以下の方法で算出された値を採用している。まず、導電ペースト１００を乾燥させた後に、走査電子顕微鏡を用いて、白金粉末が３００個程度入る視野で導電ペースト１００を撮影し、画像解析により、撮影された各白金粉末の面積を算出する。そして、この面積の円相当径を粒径とし、撮影された各白金粉末の粒径の平均値を平均粒径とした。

そしてＳ２０にて、Ｓ１０で得られた白金ペーストに対して外掛けで０．５〜５重量％（本実施形態では、例えば２．０重量％）のＡｌレジネートを添加して、導電ペースト１００の製造を終了する。

次に、配線基板１の製造方法を説明する。
配線基板１を製造するためには、図３に示すように、まず、Ｓ１１０にて、セラミックグリーンシートを準備する。具体的には、まず、セラミック層１１，１２を作製するための原料粉末として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末と、シリカ等の金属酸化物の粉末とを用意する。本実施形態では、アルミナ粉末の平均粒径は約２μｍである。また、バインダ成分としてのブチラール系樹脂と、成形後のグリーンシートに適度な柔軟性を与える可塑剤成分としてのジ・オチクル・フタレート（以下、ＤＯＰ）と、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせる溶剤とを用意する。

そして、アルミナ粉末が９０〜９９重量％（本実施形態では、例えば９０重量％）となるように上記のアルミナ粉末と金属酸化物の粉末とを所定量秤量して、アルミナ製のポットに入れる。さらに、ブチラール系樹脂、ＤＯＰおよび溶剤を上記のポットに入れて混合することにより、セラミックスラリーを得る。さらに、ドクターブレード法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上で、得られたセラミックスラリーをシート状とし、厚さが例えば０．０８ｍｍ〜０．８ｍｍのセラミックグリーンシートを作製する。本実施形態では、図４に示すように、焼成によりセラミック層１１となるセラミックグリーンシートＧＳ１と、焼成によりセラミック層１２となるセラミックグリーンシートＧＳ２とを作製する。

Ｓ１１０の工程が終了すると、図３に示すように、Ｓ１２０にて、パンチを用いた打ち抜き加工により、Ｓ１１０で準備したセラミックグリーンシートに、セラミックグリーンシートを貫通するビアホールを形成する。本実施形態では、図４に示すように、セラミックグリーンシートＧＳ２にビアホールＶＨを形成する。

Ｓ１２０の工程が終了すると、図３に示すように、Ｓ１３０にて、セラミックグリーンシートに形成されたビアホールの内部に、Ｓ１０〜Ｓ２０の工程で作製した導電ペースト１００を充填する。本実施形態では、図４に示すように、セラミックグリーンシートＧＳ２に形成されたビアホールＶＨの内部に、導電ペースト１００を充填する。

Ｓ１３０の工程が終了すると、図３に示すように、Ｓ１４０にて、セラミックグリーンシートの表面における必要な箇所に、導電ペースト１００を用いて、印刷によって、配線パターンを形成する。本実施形態では、図４に示すように、セラミックグリーンシートＧＳ１，ＧＳ２の表面に導電ペースト１００を印刷する。

Ｓ１４０の工程が終了すると、図３に示すように、Ｓ１５０にて、配線パターンが形成された複数のセラミックグリーンシートを積層して、グリーンシート積層体を作製する。本実施形態では、セラミックグリーンシートＧＳ１，ＧＳ２を積層する。

次にＳ１６０にて、グリーンシート積層体を１３００℃〜１５５０℃（本実施形態では、例えば１５３０℃）にて焼成して、配線基板１の製造を終了する。
次に、配線基板１におけるＡｌレジネートの効果を評価するために実施した評価試験と、その試験結果について説明する。

本試験では、１層のグリーンシートの表面に導電ペーストで配線パターンを印刷した後に１５３０℃にて焼成することにより評価基板を得た。そして、セラミック層の表面において、配線層が積層されている部分と、配線層が積層されていない部分とを含む領域の断面を観察した。

実施例は、Ａｌレジネートを含有する導電ペーストを用いて配線パターンを印刷したグリーンシート積層体を焼成して作製された評価基板である。
比較例は、Ａｌレジネートを含有していない導電ペーストを用いて配線パターンを印刷したグリーンシート積層体を焼成して作製された評価基板である。

図５に示すように、比較例では、セラミック層の表面における配線層の近傍でセラミック層が配線層に引っ張られ裂けたような欠陥が発生した。一方、実施例では、セラミック層の表面における配線層の近傍で欠陥が発生しなかった。

このように構成された導電ペースト１００は、２層のセラミック層１１，１２と２層の配線層２１，２２とが積層された配線基板１における配線層２１，２２の形成に用いられる。そして導電ペースト１００は、Ｐｔ粉末と、Ａｌレジネートとを含有する。

このように導電ペースト１００は、Ａｌレジネートを含有することにより、Ａｌ成分を導電ペースト１００内のＰｔ粉末とＰｔ粉末との間に比較的均一に分散させることができる。Ａｌレジネートは、液体の状態で導電ペースト１００内に添加することができるためである。これにより、導電ペースト１００は、Ａｌ成分が比較的均一に分散していることにより、導電ペースト１００内のＰｔ粉末が焼成により焼結するのを抑制して、導電ペースト１００の焼成により形成される配線層２１，２２の収縮を抑制することができる。このため、導電ペースト１００は、セラミック層１１，１２の表面において、配線層２１，２２が積層されている領域と、配線層２１，２２が積層されていない領域とにおける収縮量の差を低減することができ、セラミック層１１，１２の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

また導電ペースト１００では、Ｐｔ粉末の平均粒径は１μｍ以下である。これにより、導電ペースト１００は、焼成による急激な収縮を抑制することができる。
また導電ペースト１００では、Ｐｔ粉末の平均粒径は０．６μｍ以下である。これにより、導電ペースト１００は、細い配線層２１，２２を形成することができる。

また導電ペースト１００では、Ａｌレジネートが０．５〜５．０重量％含有されている。含有量が５．０重量％を超える場合には、白金粉末の焼結が過度に阻害される恐れがあるためである。また、含有量が０．５重量％未満である場合には、焼成による配線層の収縮を抑制する効果が小さいためである。

また配線基板１は、２層のセラミック層１１，１２と２層の配線層２１，２２とが積層され、配線層２１，２２は、Ｐｔを主成分として含有するとともに、Ａｌを含有する。
このように構成された配線基板１は、導電ペースト１００を用いて製造された配線基板であり、導電ペースト１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、配線基板１は、セラミック層１１，１２の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

また、導電ペースト１００の製造方法は、ペースト化工程と、添加工程とを備える。ペースト化工程では、Ｐｔ粉末に、ペースト化のためのペースト用成分を加えることにより白金ペーストを作製する。レジネート添加工程では、ペースト化工程により作製された白金ペーストに、Ａｌレジネートを添加する。

このように構成された導電ペースト１００の製造方法は、導電ペースト１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、導電ペースト１００の製造方法は、セラミック層１１，１２の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

また、配線基板１の製造方法は、配線形成工程と、焼成工程とを備える。配線形成工程では、焼成後にセラミック層１１，１２となるセラミックグリーンシートＧＳ１，ＧＳ２の表面に、導電ペースト１００を用いて、焼成後に配線層２１，２２となる配線パターンを形成する。焼成工程では、配線形成工程においてセラミックグリーンシートＧＳ１，ＧＳ２の表面に配線パターンを形成した後に、セラミックグリーンシートＧＳ１，ＧＳ２と配線パターンとを同時焼成する。

このように構成された配線基板１の製造方法は、配線基板１と同様の効果を得ることができる。すなわち、配線基板１の製造方法は、セラミック層１１，１２の表面における欠陥の発生を抑制することができる。

以上説明した実施形態において、Ｓ１０はペースト化工程としての処理に相当し、Ｓ２０はレジネート添加工程としての処理に相当し、Ｓ１４０は配線形成工程としての処理に相当し、Ｓ１６０は焼成工程としての処理に相当し、セラミックグリーンシートＧＳ１，ＧＳ２はグリーンシートに相当する。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば上記実施形態では、導電ペースト１００がＰｔ粉末とＡｌレジネートとを含有する形態を示したが、導電ペースト１００は、Ａｌレジネートの代わりにＺｒレジネートを含有するようにしてもよい。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…配線基板、１１，１２…セラミック層、２１，２２…配線層、１００…導電ペースト、ＧＳ１，ＧＳ２…セラミックグリーンシート

Claims (11)

1. 少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板における前記配線層の形成に用いられる導電ペーストであって、
   Ｐｔ粉末と、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートを含有する導電ペースト。
2. 請求項１に記載の導電ペーストであって、
   前記Ｐｔ粉末の平均粒径は１μｍ以下である導電ペースト。
3. 請求項２に記載の導電ペーストであって、
   前記Ｐｔ粉末の平均粒径は０．６μｍ以下である導電ペースト。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の導電ペーストであって、
   前記Ａｌレジネートまたは前記Ｚｒレジネートが０．５〜５．０重量％含有されている導電ペースト。
5. 少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板であって、
   前記配線層は、Ｐｔを主成分として含有するとともに、ＡｌまたはＺｒを含有する配線基板。
6. 請求項５に記載の配線基板であって、
   前記配線層におけるＡｌまたはＺｒの含有量は、０．２重量％以下である配線基板。
7. 少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板における前記配線層の形成に用いられる導電ペーストの製造方法であって、
   Ｐｔ粉末に、ペースト化のためのペースト用成分を加えることによりペーストを作製するペースト化工程と、
   前記ペースト化工程により作製された前記ペーストに、ＡｌレジネートまたはＺｒレジネートを添加するレジネート添加工程と
   を備える導電ペーストの製造方法。
8. 請求項７に記載の導電ペーストの製造方法であって、
   前記レジネート添加工程では、前記Ａｌレジネートまたは前記Ｚｒレジネートを０．５〜５．０重量％添加する導電ペーストの製造方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の導電ペーストの製造方法であって、
   前記Ｐｔ粉末の平均粒径は１μｍ以下である導電ペーストの製造方法。
10. 請求項９に記載の導電ペーストの製造方法であって、
    前記Ｐｔ粉末の平均粒径は０．６μｍ以下である導電ペーストの製造方法。
11. 少なくとも１つのセラミック層と少なくとも１つの配線層とが積層された配線基板の製造方法であって、
    焼成後に前記セラミック層となるグリーンシートの表面に、請求項１に記載の導電ペーストを用いて、焼成後に前記配線層となる配線パターンを形成する配線形成工程と、
    前記配線形成工程において前記グリーンシートの表面に前記配線パターンを形成した後に、前記グリーンシートと前記配線パターンとを同時焼成する焼成工程と
    を備える配線基板の製造方法。