JP2742626B2 - メタライズ金属層を有するセラミック体 - Google Patents
メタライズ金属層を有するセラミック体Info
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- JP2742626B2 JP2742626B2 JP2119473A JP11947390A JP2742626B2 JP 2742626 B2 JP2742626 B2 JP 2742626B2 JP 2119473 A JP2119473 A JP 2119473A JP 11947390 A JP11947390 A JP 11947390A JP 2742626 B2 JP2742626 B2 JP 2742626B2
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はメタライズ金属層を有するセラミック体の改
良に関するものである。
良に関するものである。
（従来の技術） 従来、セラミック、特にアルミナ（Al2O3）に代表さ
れる酸化物系セラミックスは電気絶縁性、化学的安定性
等の特性に優れていることから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、抵抗、コンデ
ンサ等が搭載接続される回路基板等に多用されており、
該セラミックスを用いた半導体素子収納用パッケージや
回路基板等はセラミック体表面に回路配線導体としての
メタライズ金属層が多数、被着接合されて構成されてい
る。
れる酸化物系セラミックスは電気絶縁性、化学的安定性
等の特性に優れていることから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、抵抗、コンデ
ンサ等が搭載接続される回路基板等に多用されており、
該セラミックスを用いた半導体素子収納用パッケージや
回路基板等はセラミック体表面に回路配線導体としての
メタライズ金属層が多数、被着接合されて構成されてい
る。
かかるセラミック体表面のメタライズ金属層はセラミ
ック体がアルミナ質焼結体から成る場合、通常、平均粒
径が2.0μｍ程度のタングステン（Ｗ）から成る粉末に
有機溶剤、溶媒を添加しペースト状と成したものを未焼
成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法により被着
させ、しかる後、前記未焼成アルミナ質成形体を還元雰
囲気中、約1500℃の温度で焼成し、タングステン（Ｗ）
粉末の粉末粒子間にアルミナ質焼結体のアルミナ結晶間
に介在するガラス成分の一部を移行させ、アルミナ結晶
とタングステン（Ｗ）粉末とをガラス成分を介し接合さ
せることによってアルミナ質焼結体の表面に被着接合さ
れる。
ック体がアルミナ質焼結体から成る場合、通常、平均粒
径が2.0μｍ程度のタングステン（Ｗ）から成る粉末に
有機溶剤、溶媒を添加しペースト状と成したものを未焼
成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法により被着
させ、しかる後、前記未焼成アルミナ質成形体を還元雰
囲気中、約1500℃の温度で焼成し、タングステン（Ｗ）
粉末の粉末粒子間にアルミナ質焼結体のアルミナ結晶間
に介在するガラス成分の一部を移行させ、アルミナ結晶
とタングステン（Ｗ）粉末とをガラス成分を介し接合さ
せることによってアルミナ質焼結体の表面に被着接合さ
れる。
（発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、この従来のメタライズ金属層を有するセ
ラミック体においてはメタライズ金属層を形成するタン
グステン（Ｗ）粉末として平均粒径が2.0μｍのものを
使用しているものの粉末の粒径分布が広い分布となって
いるため粉末の中には粒径が1.0μｍ以下のものが約50
％、5.0μｍ以上のものが約５％も含まれている。その
ためこのタングステン（Ｗ）粉末を使用してメタライズ
金属層を形成した場合、該メタライズ金属層の幅が狭
く、微細なものとなると以下に述べるような欠点を誘発
する。
ラミック体においてはメタライズ金属層を形成するタン
グステン（Ｗ）粉末として平均粒径が2.0μｍのものを
使用しているものの粉末の粒径分布が広い分布となって
いるため粉末の中には粒径が1.0μｍ以下のものが約50
％、5.0μｍ以上のものが約５％も含まれている。その
ためこのタングステン（Ｗ）粉末を使用してメタライズ
金属層を形成した場合、該メタライズ金属層の幅が狭
く、微細なものとなると以下に述べるような欠点を誘発
する。
即ち、 タングステン（Ｗ）粉末の中には粒径が2.0μｍ以下
の細かな粉末が40％程度含まれており、該細かな粉末は
その表面エネルギーの高いことに起因して凝集し、内部
に多量の空隙を有した凝集塊を容易に作ってしまう。そ
のためこれを未焼成アルミナ質成形体の表面に被着さ
せ、焼成してメタライズ金属層となした場合、メタライ
ズ金属層中に前記凝集塊内部の空隙がそのままボイド
（穴）となって残り、メタライズ金属層のシート抵抗を
極めて大きなものとなしてしまう。
の細かな粉末が40％程度含まれており、該細かな粉末は
その表面エネルギーの高いことに起因して凝集し、内部
に多量の空隙を有した凝集塊を容易に作ってしまう。そ
のためこれを未焼成アルミナ質成形体の表面に被着さ
せ、焼成してメタライズ金属層となした場合、メタライ
ズ金属層中に前記凝集塊内部の空隙がそのままボイド
（穴）となって残り、メタライズ金属層のシート抵抗を
極めて大きなものとなしてしまう。
タングステン（Ｗ）粉末の中に粒径が5.0μｍ以上の
粗い粉末が５％程度含まれているためこのタングステン
（Ｗ）粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たペース
トを未焼成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法に
より所定パターンに被着させた場合、被着されたパター
ンは5.0μｍ以上の粗いタングステン（Ｗ）粉末のかげ
の部分はタングステン（Ｗ）粉末の充填密度が悪くな
り、その結果、タングステン（Ｗ）粉末間の電気的導通
が悪くなってメタライズ金属層のシート抵抗が大きなも
のとなってしまう。
粗い粉末が５％程度含まれているためこのタングステン
（Ｗ）粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たペース
トを未焼成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法に
より所定パターンに被着させた場合、被着されたパター
ンは5.0μｍ以上の粗いタングステン（Ｗ）粉末のかげ
の部分はタングステン（Ｗ）粉末の充填密度が悪くな
り、その結果、タングステン（Ｗ）粉末間の電気的導通
が悪くなってメタライズ金属層のシート抵抗が大きなも
のとなってしまう。
等の欠点を有していた。
（発明の目的） 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験を行った結
果、メタライズ金属層を形成するタングステン（Ｗ）粉
末の粒径及び粒径分布を所定の値に調整すると粒径の大
きなタングステン（Ｗ）粉末間に粒径の小さいタングス
テン（Ｗ）粉末が緻密に埋まってメタライズ金属層のシ
ート抵抗が大幅に低下することを知見した。
果、メタライズ金属層を形成するタングステン（Ｗ）粉
末の粒径及び粒径分布を所定の値に調整すると粒径の大
きなタングステン（Ｗ）粉末間に粒径の小さいタングス
テン（Ｗ）粉末が緻密に埋まってメタライズ金属層のシ
ート抵抗が大幅に低下することを知見した。
本発明は上記知見に基づき、メタライズ金属層のシー
ト抵抗を低いものとなしてメタライズ金属層の幅が狭
く、微細なものになったとしてもその電気抵抗を小さな
値に抑えることを可能とし、半導体素子収納用パッケー
ジや配線基板等に好適に使用し得るメタライズ金属層を
有するセラミック体を提供することをその目的とするも
のである。
ト抵抗を低いものとなしてメタライズ金属層の幅が狭
く、微細なものになったとしてもその電気抵抗を小さな
値に抑えることを可能とし、半導体素子収納用パッケー
ジや配線基板等に好適に使用し得るメタライズ金属層を
有するセラミック体を提供することをその目的とするも
のである。
（課題を解決するための手段） 本発明はセラミック体にタングステン粉末から成るメ
タライズ金属層を被着接合させて成るメタライズ金属層
を有するセラミック体において、前記メタライズ金属層
を形成するタングステン粉末は少なくとも粒径1.0μｍ
以下のものが5.0乃至15.0％、1.0乃至3.0μｍのものが6
0.0乃至80.0％、5.0μｍ以上のものが1.0％以下含んで
いることを特徴とするものである。
タライズ金属層を被着接合させて成るメタライズ金属層
を有するセラミック体において、前記メタライズ金属層
を形成するタングステン粉末は少なくとも粒径1.0μｍ
以下のものが5.0乃至15.0％、1.0乃至3.0μｍのものが6
0.0乃至80.0％、5.0μｍ以上のものが1.0％以下含んで
いることを特徴とするものである。
本発明は粒径が異なる複数のタングステン（Ｗ）粉末
によってメタライズ金属層を形成することが重要であ
り、主となるタングステン粉末の粒径は1.0乃至3.0μｍ
である。この主となるタングステン粉末の粒径は1.0μ
ｍ未満であるとタングステン粉末の表面エネルギーが大
きく成って凝集塊を作り易くなり、また3.0μｍを越え
るとタングステン粉末の粒径が大きくなって隣接する粉
末同士の接触領域が狭くなり、いずれの場合もメタライ
ズ金属層のシート抵抗が大きなものとなってしまう。従
って、主となるタングステン（Ｗ）粉末の粒径は1.0乃
至3.0μｍの範囲に限定される。
によってメタライズ金属層を形成することが重要であ
り、主となるタングステン粉末の粒径は1.0乃至3.0μｍ
である。この主となるタングステン粉末の粒径は1.0μ
ｍ未満であるとタングステン粉末の表面エネルギーが大
きく成って凝集塊を作り易くなり、また3.0μｍを越え
るとタングステン粉末の粒径が大きくなって隣接する粉
末同士の接触領域が狭くなり、いずれの場合もメタライ
ズ金属層のシート抵抗が大きなものとなってしまう。従
って、主となるタングステン（Ｗ）粉末の粒径は1.0乃
至3.0μｍの範囲に限定される。
また前記主となる粒径1.0乃至3.0μｍのタングステン
（Ｗ）粉末はメタライズ金属層中に占める割合が60.0％
未満であると粒径の粗い粉末や細かい粉末が多量に含ま
れてくることとなり、その結果、従来と同様、メタライ
ズ金属層のシート抵抗が大きくなる。また80.0％を越え
ると主となるタングステン（Ｗ）粉末の粉末粒子間を細
かな粉末で完全に埋めることができなくなり、その結
果、形成されるメタライズ金属層のシート抵抗が大きな
ものとなる。従って、主となる粒径1.0乃至3.0μｍのタ
ングステン（Ｗ）粉末は60.0乃至80.0％の範囲に限定さ
れる。
（Ｗ）粉末はメタライズ金属層中に占める割合が60.0％
未満であると粒径の粗い粉末や細かい粉末が多量に含ま
れてくることとなり、その結果、従来と同様、メタライ
ズ金属層のシート抵抗が大きくなる。また80.0％を越え
ると主となるタングステン（Ｗ）粉末の粉末粒子間を細
かな粉末で完全に埋めることができなくなり、その結
果、形成されるメタライズ金属層のシート抵抗が大きな
ものとなる。従って、主となる粒径1.0乃至3.0μｍのタ
ングステン（Ｗ）粉末は60.0乃至80.0％の範囲に限定さ
れる。
また前記主となるタングステン粉末には粒径が1.0μ
ｍ以下のタングステン粉末が5.0乃至15.0％添加され
る。
ｍ以下のタングステン粉末が5.0乃至15.0％添加され
る。
前記粒径が1.0μｍ以下のタングステン粉末は、主と
なるタングステン粉末の粉末粒子間に形成される間隙に
入り込んで埋め、主タングステン粉末粒子間の電気的導
通を大幅に改善する作用を為し、その添加量が5.0％未
満であると前記性質は付与されず、また15.0％を越える
と該粉末が凝集塊を作り、形成されるメタライズ金属層
のシート抵抗を大きなものとしてしまう。そのため粒径
が1.0μｍ以下のタングステン粉末の添加は5.0乃至15.0
％の範囲に限定される。
なるタングステン粉末の粉末粒子間に形成される間隙に
入り込んで埋め、主タングステン粉末粒子間の電気的導
通を大幅に改善する作用を為し、その添加量が5.0％未
満であると前記性質は付与されず、また15.0％を越える
と該粉末が凝集塊を作り、形成されるメタライズ金属層
のシート抵抗を大きなものとしてしまう。そのため粒径
が1.0μｍ以下のタングステン粉末の添加は5.0乃至15.0
％の範囲に限定される。
また前記主となるタングステン（Ｗ）粉末に粒径が5.
0μｍ以上の粉末が1.0％を越えて入るとタングステン
（Ｗ）粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たペース
トを未焼成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法に
より所定パターンに被着させる際、被着させたパターン
におけるタングステン（Ｗ）粉末の印刷充填密度が低い
ものとなって形成されるメタライズ金属層のシート抵抗
が大きなものとなってしまう。そのため粒径5.0μｍ以
上のタングステン（Ｗ）粉末の添加は1.0％以下に限定
される。
0μｍ以上の粉末が1.0％を越えて入るとタングステン
（Ｗ）粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たペース
トを未焼成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法に
より所定パターンに被着させる際、被着させたパターン
におけるタングステン（Ｗ）粉末の印刷充填密度が低い
ものとなって形成されるメタライズ金属層のシート抵抗
が大きなものとなってしまう。そのため粒径5.0μｍ以
上のタングステン（Ｗ）粉末の添加は1.0％以下に限定
される。
尚、前記メタライズ金属層を形成するタングステン
（Ｗ）粉末はその中にアルミナ（Al2O3）、ジルコニア
（ZrO2）を0.5乃至10.0重量％添加しておくと、セラミ
ック体のアルミナ結晶粒子間に介在するガラス成分がタ
ングステン粉末粒子間に移行するのが促進され、その結
果、メタライズ金属層をセラミック体に強固に被着接合
させることができる。従って、メタライズ金属層を形成
するタングステン粉末にはアルミナ（Al2O3）、ジルコ
ニア（ZrO2）を0.5乃至10.0重量％添加しておくことが
好ましい。
（Ｗ）粉末はその中にアルミナ（Al2O3）、ジルコニア
（ZrO2）を0.5乃至10.0重量％添加しておくと、セラミ
ック体のアルミナ結晶粒子間に介在するガラス成分がタ
ングステン粉末粒子間に移行するのが促進され、その結
果、メタライズ金属層をセラミック体に強固に被着接合
させることができる。従って、メタライズ金属層を形成
するタングステン粉末にはアルミナ（Al2O3）、ジルコ
ニア（ZrO2）を0.5乃至10.0重量％添加しておくことが
好ましい。
また、前記アルミナ（Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）
はその粒径が1.0μｍを越えるとメタライズ金属層表面
にアルミナ（Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）が露出して
しまい、メタライズ金属層表面にニッケル（Ni）、金
（Au）等をメッキする際、そのメッキ金属層の被着が疎
らかとなり、メタライズ金属層に外部リード端子等を強
固にロウ付けすることができなくなったり、外観不良を
発生したりするためアルミナ（Al2O3）、ジルコニア（Z
rO2）はその粒径を1.0μｍ以下としておくことが好まし
い。
はその粒径が1.0μｍを越えるとメタライズ金属層表面
にアルミナ（Al2O3）、ジルコニア（ZrO2）が露出して
しまい、メタライズ金属層表面にニッケル（Ni）、金
（Au）等をメッキする際、そのメッキ金属層の被着が疎
らかとなり、メタライズ金属層に外部リード端子等を強
固にロウ付けすることができなくなったり、外観不良を
発生したりするためアルミナ（Al2O3）、ジルコニア（Z
rO2）はその粒径を1.0μｍ以下としておくことが好まし
い。
（実施例） 次に本発明を実施例に基づいて説明する。
まず出発原料として粒径が異なる複数のタングステン
（Ｗ）粉末を第１表に示す粒径分布となるように各々秤
量し、これに有機溶剤、溶媒を添加するとともに混練機
で10時間混練し、メタライズ金属層用ペースト試料を得
る。
（Ｗ）粉末を第１表に示す粒径分布となるように各々秤
量し、これに有機溶剤、溶媒を添加するとともに混練機
で10時間混練し、メタライズ金属層用ペースト試料を得
る。
尚、試料番号21は本発明品と比較するための比較試料
であり、従来一般に使用されているメタライズ金属層用
ペーストである。
であり、従来一般に使用されているメタライズ金属層用
ペーストである。
かくして得られたメタライズ金属層用ペースト試料を
使用してアルミナ（Al2O3）の含有量が90.0重量％であ
る未焼成アルミナ質成形体の夫々の外表面に1.5mm角、
厚さ20μｍのパターン20個をスクリーン印刷法により印
刷し、次ぎにこれを還元雰囲気（窒素−水素雰囲気）
中、約1550℃の温度で焼成しアルミナ質焼結体の表面に
メタライズ金属層を被着接合させる。
使用してアルミナ（Al2O3）の含有量が90.0重量％であ
る未焼成アルミナ質成形体の夫々の外表面に1.5mm角、
厚さ20μｍのパターン20個をスクリーン印刷法により印
刷し、次ぎにこれを還元雰囲気（窒素−水素雰囲気）
中、約1550℃の温度で焼成しアルミナ質焼結体の表面に
メタライズ金属層を被着接合させる。
そして次ぎに前記メタライズ金属層に1.0mm角、長さ4
0.0mmの42Alloy（Fe−Ni合金）から成る金属柱の一端を
銀ロウ（Ag:72％、Cu:28％）を介してロウ付けし、しか
る後、金属柱のロウ付け部と反対の端を垂直方向に引っ
張り、メタライズ金属層がアルミナ質焼結体から剥がれ
た際の引っ張り強度を調べ、その平均値をメタライズ金
属層の接合強度として算出した。
0.0mmの42Alloy（Fe−Ni合金）から成る金属柱の一端を
銀ロウ（Ag:72％、Cu:28％）を介してロウ付けし、しか
る後、金属柱のロウ付け部と反対の端を垂直方向に引っ
張り、メタライズ金属層がアルミナ質焼結体から剥がれ
た際の引っ張り強度を調べ、その平均値をメタライズ金
属層の接合強度として算出した。
なお、前記メタライズ金属層に金属柱をロウ付けする
際には、メタライズ金属層の外表面に厚さ1.5μｍのNi
メッキ層を被着させておいた。
際には、メタライズ金属層の外表面に厚さ1.5μｍのNi
メッキ層を被着させておいた。
また上述と同様の方法によりアルミナ質焼結体表面に
長さ30.0mm、幅3.0mm、厚さ20μｍのメタライズ金属層
を20個、被着接合させるとともに各々のシート抵抗を測
定し、その平均値から各メタライズ金属層のシート抵抗
値を算出した。
長さ30.0mm、幅3.0mm、厚さ20μｍのメタライズ金属層
を20個、被着接合させるとともに各々のシート抵抗を測
定し、その平均値から各メタライズ金属層のシート抵抗
値を算出した。
上記の結果を第１表に示す。
（発明の効果） 上記実験結果からも判るように、従来のメタライズ金
属層はそのシート抵抗が9.7mΩ/SQと大きいものである
のに対し、本発明品のメタライズ金属層はそのシート抵
抗が6.2mΩ/SQ以下と小さい。そのため本発明のメタラ
イズ金属層を有するセラミック体はメタライズ金属層の
幅を狭く、微細なものとしてもその電気抵抗を小さなも
のとなすことができ回路配線導体の細かい高密度の半導
体素子収納用パッケージや配線基板に好適に使用できる
ばかりでなく、回路配線導体の更なる高密度配線化が可
能となる。
属層はそのシート抵抗が9.7mΩ/SQと大きいものである
のに対し、本発明品のメタライズ金属層はそのシート抵
抗が6.2mΩ/SQ以下と小さい。そのため本発明のメタラ
イズ金属層を有するセラミック体はメタライズ金属層の
幅を狭く、微細なものとしてもその電気抵抗を小さなも
のとなすことができ回路配線導体の細かい高密度の半導
体素子収納用パッケージや配線基板に好適に使用できる
ばかりでなく、回路配線導体の更なる高密度配線化が可
能となる。
また本発明においてはメタライズ金属層のセラミック
体に対する接合強度が7.8Kg/mm2以上の高い値を示し、
メタライズ金属層がセラミック体に極めて強固に被着接
合していることも判る。
体に対する接合強度が7.8Kg/mm2以上の高い値を示し、
メタライズ金属層がセラミック体に極めて強固に被着接
合していることも判る。
よって本発明のメタライズ金属層を有するセラミック
体は半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ
や回路配線導体を有する回路基板等に極めて好適に使用
される。
体は半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ
や回路配線導体を有する回路基板等に極めて好適に使用
される。
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック体にタングステン粉末から成る
メタライズ金属層を被着接合させて成るメタライズ金属
層を有するセラミック体において、前記メタライズ金属
層を形成するタングステン粉末は少なくとも粒径1.0μ
ｍ以下のものが5.0乃至15.0％、1.0乃至3.0μｍのもの
が60.0乃至80.0％、5.0μｍ以上のものが1.0％以下含ん
でいることを特徴とするメタライズ金属層を有するセラ
ミック体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119473A JP2742626B2 (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | メタライズ金属層を有するセラミック体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119473A JP2742626B2 (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | メタライズ金属層を有するセラミック体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0416577A JPH0416577A (ja) | 1992-01-21 |
| JP2742626B2 true JP2742626B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=14762183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2119473A Expired - Fee Related JP2742626B2 (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | メタライズ金属層を有するセラミック体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2742626B2 (ja) |
-
1990
- 1990-05-09 JP JP2119473A patent/JP2742626B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0416577A (ja) | 1992-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |