JP2664274B2 - セラミック用メタライズ組成物 - Google Patents
セラミック用メタライズ組成物Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、低温焼成セラミックに金属面を形成するこ
とによって、高密度多層配線基板,IC又はトランジスタ
パッケージ，電気絶縁用電子部品等に利用できるセラミ
ック用メタライズ組成物に関するものである。
とによって、高密度多層配線基板,IC又はトランジスタ
パッケージ，電気絶縁用電子部品等に利用できるセラミ
ック用メタライズ組成物に関するものである。
［従来の技術］ 従来、低温焼成セラミックに用いられるメタライズ組
成物は、セラミックと同時焼成することによって、セラ
ミック上に金属面を形成するものであり、この低温焼成
セラミック用メタライズ組成物として、各種のものが提
案されている。
成物は、セラミックと同時焼成することによって、セラ
ミック上に金属面を形成するものであり、この低温焼成
セラミック用メタライズ組成物として、各種のものが提
案されている。
例えば、低温焼成セラミック用Cuメタライズ組成物と
しては、CuO−Cu粉末の混合割合や粒度配合を工夫した
り、TiO2,MnO2,Pt,Au,Ag2O等の添加によって、Cuメタラ
イズ層の導通や気密性等の特性の向上が図られている
（特開昭63−295491号公報参照）。
しては、CuO−Cu粉末の混合割合や粒度配合を工夫した
り、TiO2,MnO2,Pt,Au,Ag2O等の添加によって、Cuメタラ
イズ層の導通や気密性等の特性の向上が図られている
（特開昭63−295491号公報参照）。
また、この様なメタライズ組成物を使用し、同時焼成
によって例えばCuメタライズ層を形成する場合には、次
の様な工程で行われている。即ち、大気中にて脱バイン
ダーを行う工程（脱バインダー工程）,H2又は分解ガス
中でCuOをCuに還元する工程（還元焼成工程），非酸化
ガス中でセラミックとCuを一体に焼結する工程（本焼成
工程）等である。
によって例えばCuメタライズ層を形成する場合には、次
の様な工程で行われている。即ち、大気中にて脱バイン
ダーを行う工程（脱バインダー工程）,H2又は分解ガス
中でCuOをCuに還元する工程（還元焼成工程），非酸化
ガス中でセラミックとCuを一体に焼結する工程（本焼成
工程）等である。
［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のメタライズ層の形成方法では、上述
した焼成工程を必要とするために、下記の様な問題が生
ずることがあった。
した焼成工程を必要とするために、下記の様な問題が生
ずることがあった。
つまり、上記脱バインダー工程や焼成還元工程では、
Cu粉の酸化と還元とを避けること不可能であり、それに
よって、Cuの酸化による体積増加や還元による体積減少
等の体積変動が生じていた。この体積変動によって、メ
タライズに粗密部を生じ易くなり、この粗部から第２図
に示す様な蜂の巣状のひび割れP1を生じて、ブロックP2
に分離してしまうことがあった。その結果、後の本焼成
工程で、ブロックP2に局部焼結現象が発生してしまい、
導通が取れなくなったり気密性が損なわれるという問題
があった。
Cu粉の酸化と還元とを避けること不可能であり、それに
よって、Cuの酸化による体積増加や還元による体積減少
等の体積変動が生じていた。この体積変動によって、メ
タライズに粗密部を生じ易くなり、この粗部から第２図
に示す様な蜂の巣状のひび割れP1を生じて、ブロックP2
に分離してしまうことがあった。その結果、後の本焼成
工程で、ブロックP2に局部焼結現象が発生してしまい、
導通が取れなくなったり気密性が損なわれるという問題
があった。
本発明は、上記課題を解決し、局部焼結現象を防止し
て優れた特性のメタライズ層を形成するセラミック用メ
タライズ組成物を提供することを目的とする。
て優れた特性のメタライズ層を形成するセラミック用メ
タライズ組成物を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する本発明は、 主成分のCuO,CuO−Cu混合物又はCuO−Cu2O混合物に対
し、Bi2O3を１重量％以上８重量％未満の範囲で添加し
たことを特徴とするセラミック用メタライズ組成物を要
旨とする。
し、Bi2O3を１重量％以上８重量％未満の範囲で添加し
たことを特徴とするセラミック用メタライズ組成物を要
旨とする。
ここで、主成分としてはCuO単体を用いることがで
き、或はCuO−Cu混合物としては、CuO粉末30重量部以上
100重量部未満,Cu粉末70重量部以下からなるものが望ま
しく、またCuO−Cu2O混合物としては、CuO10重量部以上
100重量部未満,Cu2O90重量部以下からなるものが望まし
い。
き、或はCuO−Cu混合物としては、CuO粉末30重量部以上
100重量部未満,Cu粉末70重量部以下からなるものが望ま
しく、またCuO−Cu2O混合物としては、CuO10重量部以上
100重量部未満,Cu2O90重量部以下からなるものが望まし
い。
更に、使用するCuO粉末の粒径が、0.5〜５μｍの範囲
のものが好ましく、特にその範囲で異なる平均粒径のCu
O粉末を組み合わせてもよい。またCu2O粉末の粒径が、
0.5〜10μｍの範囲のものが好ましく、その範囲で異な
る平均粒径のCu2O粉末を組み合わせてもよい。或はCu粉
末の粒径が、0.5〜20μｍの範囲のものが好ましく、そ
の範囲で異なる平均粒径のCu粉末を組み合わせてもよ
い。
のものが好ましく、特にその範囲で異なる平均粒径のCu
O粉末を組み合わせてもよい。またCu2O粉末の粒径が、
0.5〜10μｍの範囲のものが好ましく、その範囲で異な
る平均粒径のCu2O粉末を組み合わせてもよい。或はCu粉
末の粒径が、0.5〜20μｍの範囲のものが好ましく、そ
の範囲で異なる平均粒径のCu粉末を組み合わせてもよ
い。
また、前記Bi2O3の添加量に比例して、メタライズの
局部焼結現象抑制作用の効果があるが、添加量に対応し
てメタライズの導通抵抗は大きくなる傾向にあるので、
Bi2O3の添加量は、３〜５重量％の範囲が好適である。
尚、Bi2O3の粒径は、0.3〜1.0μｍの範囲のものが望ま
しい。
局部焼結現象抑制作用の効果があるが、添加量に対応し
てメタライズの導通抵抗は大きくなる傾向にあるので、
Bi2O3の添加量は、３〜５重量％の範囲が好適である。
尚、Bi2O3の粒径は、0.3〜1.0μｍの範囲のものが望ま
しい。
［作用］ 本発明は、セラミック用メタライズ組成物として、そ
の成分にBi2O3を１重量％以上８重量％以下の範囲で含
有していることが特徴であり、このBi2O3が下記の様に
作用して、局部焼結現象を抑制する。
の成分にBi2O3を１重量％以上８重量％以下の範囲で含
有していることが特徴であり、このBi2O3が下記の様に
作用して、局部焼結現象を抑制する。
メタライズペーストが形成されたセラミックのグリー
ンシートは、大気中で焼成されて、バインダーが除去さ
れるが、このときCuは酸化してCuOとなり体積膨張を引
き起こす。そして、次の還元焼成ではCuOが還元してCu
になるが、この時に体積収縮してメタライズに粗密を生
じ、ひび割れを起こし易くなる。ところがメタライズの
組成中にBi2O3が含まれていると、Bi2O3も還元されてBi
となり、このBiがCu同士を結合させる働きをすると考え
られるので、メタライズが粗密となることが防止され
る。その結果、ひび割れが生じにくくなるので、メタラ
イズが多くのブロックに分離することが防止される。よ
って、後の本焼成の際に、ブロックに局部焼結現象が発
生することが抑止されるので、メタライズの導通や気密
性が損なわれることが防止される。
ンシートは、大気中で焼成されて、バインダーが除去さ
れるが、このときCuは酸化してCuOとなり体積膨張を引
き起こす。そして、次の還元焼成ではCuOが還元してCu
になるが、この時に体積収縮してメタライズに粗密を生
じ、ひび割れを起こし易くなる。ところがメタライズの
組成中にBi2O3が含まれていると、Bi2O3も還元されてBi
となり、このBiがCu同士を結合させる働きをすると考え
られるので、メタライズが粗密となることが防止され
る。その結果、ひび割れが生じにくくなるので、メタラ
イズが多くのブロックに分離することが防止される。よ
って、後の本焼成の際に、ブロックに局部焼結現象が発
生することが抑止されるので、メタライズの導通や気密
性が損なわれることが防止される。
［実施例］ 次に、本発明の実施例を、セラミックパッケージを例
にとって、第１図の工程図に基づいて説明する。
にとって、第１図の工程図に基づいて説明する。
本実施例のセラミックパッケージは以下の様にして製
造される。
造される。
（グリーンシート製造工程）…Ｉ グリーンシートの原料となる、ZnO,MgCO3,Al（OH）3,
SiO2,H3BO3,H3PO4を所定量秤量し、ライカイ機にて混合
し、白金ルツボ又はアルミナ質ルツボにて1400〜1500℃
の適当な温度で溶融する。この融液を水中に投入し、急
冷してガラス化し、その後アルミナ製ボールミルで粉砕
して、粒径が２〜３μｍのフリット（ガラス粉末）を形
成する。
SiO2,H3BO3,H3PO4を所定量秤量し、ライカイ機にて混合
し、白金ルツボ又はアルミナ質ルツボにて1400〜1500℃
の適当な温度で溶融する。この融液を水中に投入し、急
冷してガラス化し、その後アルミナ製ボールミルで粉砕
して、粒径が２〜３μｍのフリット（ガラス粉末）を形
成する。
この粉末とポリビニルブチラールと可塑剤（ジエチレ
ングリコール）とを用いて、常法に従って、ドクターブ
レード法により厚さ約0.6mmのグリーンシートを作成す
る。
ングリコール）とを用いて、常法に従って、ドクターブ
レード法により厚さ約0.6mmのグリーンシートを作成す
る。
（パンチング工程）……II この様にして形成したグリーンシートを使用し、各シ
ートの所定位置にパンチングで孔をあけて、スルーホー
ルを形成する。
ートの所定位置にパンチングで孔をあけて、スルーホー
ルを形成する。
（メタライズペースト充填及び印刷工程）…III 次に、各グリーンシートのスルーホール内に、下記の
組成のペースト状のCuメタライズ組成物（メタライズペ
ースト）を充填する。また、グリーンシート表面に、Cu
メタライズペーストを用い、スクリーン印刷によって焼
結後の導体層となるCuメタライズ層を形成する。
組成のペースト状のCuメタライズ組成物（メタライズペ
ースト）を充填する。また、グリーンシート表面に、Cu
メタライズペーストを用い、スクリーン印刷によって焼
結後の導体層となるCuメタライズ層を形成する。
前記Cuメタライズペーストの組成及び原料粉末径とし
ては、種々のものを採用できるが、例えば下記の様であ
る。
ては、種々のものを採用できるが、例えば下記の様であ
る。
CuO;60重量部（以下部と称す、粉末粒径１μｍ）,Cu;
10部（１μｍ）,Cu10部（3.2μｍ）,Cu;20部（15μ
ｍ）,Bi2O3部（0.7μｍ），樹脂（バインダー）;5部、
溶剤；適量部。
10部（１μｍ）,Cu10部（3.2μｍ）,Cu;20部（15μ
ｍ）,Bi2O3部（0.7μｍ），樹脂（バインダー）;5部、
溶剤；適量部。
（シート積層工程）…IV 印刷の終了した各層のグリーンシートを所定の順序で
重ねて加熱し、加圧して一体化する。そして所定の形状
に切断して、外形寸法を揃えて製品形状とする。
重ねて加熱し、加圧して一体化する。そして所定の形状
に切断して、外形寸法を揃えて製品形状とする。
尚、本工程ではグリーンシートを積層して一体化した
が、これ以外にも、絶縁層や導電層を印刷によって順次
積層して形成してもよい。
が、これ以外にも、絶縁層や導電層を印刷によって順次
積層して形成してもよい。
（脱バインダー工程）…Ｖ その後、大気中で約300℃にて約５時間かけて仮焼成
し、グリーンシート及び各メタライズ層等に含まれる樹
脂等の有機質成分を飛散、除去させる。そして仮焼成
後、大気中で600〜750℃にて約１時間焼成し、残存カー
ボンを消失させる。
し、グリーンシート及び各メタライズ層等に含まれる樹
脂等の有機質成分を飛散、除去させる。そして仮焼成
後、大気中で600〜750℃にて約１時間焼成し、残存カー
ボンを消失させる。
（還元焼成工程）…VI 次に、アンモニア分解ガス雰囲気中にて、350〜750℃
に保って、CuOをCuに還元する。尚、この時、アンモニ
ア分解ガスに代えて水素ガスを使用してもよい。
に保って、CuOをCuに還元する。尚、この時、アンモニ
ア分解ガスに代えて水素ガスを使用してもよい。
（本焼成工程）…VII 次いで、非酸化ガスの中性雰囲気中にて、900〜1110
℃、約１時間で本焼成を行う。即ち、メタライズ及びセ
ラミックを同時に一体的に焼結して、所定のシール用の
Cuメタライズ層をもつベースを製作し、同様に所定形状
のキャップを形成し、このベース及びキャップを用いて
セラミックパッケージが完成する。
℃、約１時間で本焼成を行う。即ち、メタライズ及びセ
ラミックを同時に一体的に焼結して、所定のシール用の
Cuメタライズ層をもつベースを製作し、同様に所定形状
のキャップを形成し、このベース及びキャップを用いて
セラミックパッケージが完成する。
この様に、本実施例では、セラミック用Cuメタライズ
組成物として、その成分中にBi2O3を適量添加してい
る。従って、還元焼成の際にCuOからCuへの体積変化が
生じても、メタライズ層にひび割れが生じることを防止
できる。それによって、本焼成の際に局部焼結現象が生
ずることが抑止されるので、メタライズ層は好適な導通
を有し、また高い気密性を達成できる。
組成物として、その成分中にBi2O3を適量添加してい
る。従って、還元焼成の際にCuOからCuへの体積変化が
生じても、メタライズ層にひび割れが生じることを防止
できる。それによって、本焼成の際に局部焼結現象が生
ずることが抑止されるので、メタライズ層は好適な導通
を有し、また高い気密性を達成できる。
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例に
ついて説明する。
ついて説明する。
（実験例） 実験は、上記の様な製造工程を経て、メタライズ層を
備えたセラミックを製造して行った。そして、メタライ
ズ層の体積抵抗，気密性，クラック発生状況を調べた。
備えたセラミックを製造して行った。そして、メタライ
ズ層の体積抵抗，気密性，クラック発生状況を調べた。
その際のメタライズ組成物中の成分を下記表１に示
す。ここでBi2O3の量は、主成分のCuO単体,CuO−Cu混合
物又はCuO−Cu2O混合物に対する重量％である。尚、気
密性は、10-8std.cc/sec以下のものを○で示し、それを
上回るものを×で示した。更に、クラック発生状況は、
10μｍ幅程度の大きなクラックが連続して連なっている
ものを×で示し、部分的にそのクラックが発生している
ものを△で示し、ほとんどクラックが見られないものを
○で示した。また、比較例（試料No.A1,B1,C1,D1,F1）
としてBi2O3を添加しないメタライズ層も製造した。
す。ここでBi2O3の量は、主成分のCuO単体,CuO−Cu混合
物又はCuO−Cu2O混合物に対する重量％である。尚、気
密性は、10-8std.cc/sec以下のものを○で示し、それを
上回るものを×で示した。更に、クラック発生状況は、
10μｍ幅程度の大きなクラックが連続して連なっている
ものを×で示し、部分的にそのクラックが発生している
ものを△で示し、ほとんどクラックが見られないものを
○で示した。また、比較例（試料No.A1,B1,C1,D1,F1）
としてBi2O3を添加しないメタライズ層も製造した。
表１から明かなように、Bi2O3を添加したものでは、
断線が生じることがない（試料No.A2〜A3）。また、一
般にBi2O3を添加したものは体積抵抗が少ないという傾
向がある（試料No.B2〜B4,F2〜F4）。更にクラック発生
が少ないという特長があり（試料No.F2及び比較例以外
の全試料）、気密性にも改善が見られる（試料No.A2,C
2,D2,E1〜E3,F2〜F4,G2〜G3）。
断線が生じることがない（試料No.A2〜A3）。また、一
般にBi2O3を添加したものは体積抵抗が少ないという傾
向がある（試料No.B2〜B4,F2〜F4）。更にクラック発生
が少ないという特長があり（試料No.F2及び比較例以外
の全試料）、気密性にも改善が見られる（試料No.A2,C
2,D2,E1〜E3,F2〜F4,G2〜G3）。
それに対して、比較例のBi2O3を添加しないものは、
断線が生じたり（試料No.A1）、気密性が損なわれたり
（試料No.B1,C1）、クラックの発生が多い（試料No.D1,
F1）という問題があった。
断線が生じたり（試料No.A1）、気密性が損なわれたり
（試料No.B1,C1）、クラックの発生が多い（試料No.D1,
F1）という問題があった。
尚、試料No.F2のものは、クラックの発生が多いが、B
i2O3を添加してあるので比較例の試料No.F1と比べて体
積抵抗が小さいという利点がある。
i2O3を添加してあるので比較例の試料No.F1と比べて体
積抵抗が小さいという利点がある。
［発明の効果］ 上述した様に、本発明のセラミック用メタライズ組成
物は、その成分中にBi2O3を所定量含有している。従っ
て、還元焼成の際にメタライズ層に粗密が生じることを
防ぎ、それによって、ひび割れが生じることを防止でき
るので、本焼成の際に局部焼結現象が生ずることがな
い。その結果、緻密で優れたメタライズ層を形成できる
ので、微細配線が可能になり、配線密度の高い多層配線
基板や各種のパッケージを製造することができる。
物は、その成分中にBi2O3を所定量含有している。従っ
て、還元焼成の際にメタライズ層に粗密が生じることを
防ぎ、それによって、ひび割れが生じることを防止でき
るので、本焼成の際に局部焼結現象が生ずることがな
い。その結果、緻密で優れたメタライズ層を形成できる
ので、微細配線が可能になり、配線密度の高い多層配線
基板や各種のパッケージを製造することができる。
第１図は本実施例のメタライズ層を形成する手順を示す
工程図、第２図は従来技術の問題点を示す説明図であ
る。
工程図、第２図は従来技術の問題点を示す説明図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】主成分のCuO,CuO−Cu混合物又はCuO−Cu2O
混合物に対し、Bi2O3を１重量％以上８重量％以下の範
囲で添加したことを特徴とするセラミック用メタライズ
組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19873390A JP2664274B2 (ja) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | セラミック用メタライズ組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19873390A JP2664274B2 (ja) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | セラミック用メタライズ組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483781A JPH0483781A (ja) | 1992-03-17 |
| JP2664274B2 true JP2664274B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=16396082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19873390A Expired - Fee Related JP2664274B2 (ja) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | セラミック用メタライズ組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2664274B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4590674B2 (ja) * | 2000-03-03 | 2010-12-01 | 株式会社村田製作所 | 多層セラミック基板の製造方法 |
-
1990
- 1990-07-26 JP JP19873390A patent/JP2664274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0483781A (ja) | 1992-03-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |