JP3019139B2 - 導電性ペースト及びそれを用いたセラミック回路基板 - Google Patents
導電性ペースト及びそれを用いたセラミック回路基板Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック回路基板に印
刷法にて、スルホールを充填する際に用いる印刷性に優
れた導電性ペースト及びそれを用いたセラミック回路基
板に関する。
刷法にて、スルホールを充填する際に用いる印刷性に優
れた導電性ペースト及びそれを用いたセラミック回路基
板に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックを基板とする配線基板は、焼
成されたセラミック又は未焼成のグリーンシート基板上
に、配線用の導電ペーストをスクリーン印刷し、更に絶
縁層用の絶縁ペーストを重ねて印刷・乾燥し、適宜これ
を繰り返してから焼成する方法等により製造される。セ
ラミック基板の層間に電気的接合を行うためには、グリ
ーンシートにスルホールをあけ、ここに導電性ペースト
をスクリーン印刷にて導電体を充填し、配線部も導電体
を印刷し、所望の枚数を印刷し、加圧圧着した後、焼成
されている。これら導電性ペースト、絶縁ペーストの他
に、必要に応じて抵抗体用のペーストや保護体用のペー
ストなども用いられ、主として印刷法に用いられること
から厚膜ペーストと総称されている。一般に導電性ペー
ストは、ビヒクルと呼ばれる有機樹脂及び溶剤の混合物
に金属粉などの導電性粉体を加えて調製される。従来用
いられているビヒクルでは、バインダーとして有機樹脂
が用いられ、溶剤としてブチルカルビトールアセテート
やα−テレピネオールなどが用いられている。
成されたセラミック又は未焼成のグリーンシート基板上
に、配線用の導電ペーストをスクリーン印刷し、更に絶
縁層用の絶縁ペーストを重ねて印刷・乾燥し、適宜これ
を繰り返してから焼成する方法等により製造される。セ
ラミック基板の層間に電気的接合を行うためには、グリ
ーンシートにスルホールをあけ、ここに導電性ペースト
をスクリーン印刷にて導電体を充填し、配線部も導電体
を印刷し、所望の枚数を印刷し、加圧圧着した後、焼成
されている。これら導電性ペースト、絶縁ペーストの他
に、必要に応じて抵抗体用のペーストや保護体用のペー
ストなども用いられ、主として印刷法に用いられること
から厚膜ペーストと総称されている。一般に導電性ペー
ストは、ビヒクルと呼ばれる有機樹脂及び溶剤の混合物
に金属粉などの導電性粉体を加えて調製される。従来用
いられているビヒクルでは、バインダーとして有機樹脂
が用いられ、溶剤としてブチルカルビトールアセテート
やα−テレピネオールなどが用いられている。
【０００３】導電性粉体として用いられる銀粉は、収縮
率及び熱膨張率がセラミックと一致しないため、特開平
１−１３８７９３号や特開平２−２７７２７９にみられ
る様に偏平銀粉の使用やＳｂ2Ｏ3、Ｒｈなどの添加物に
より導体組織を粗とすることにより発生する内部応力を
緩和することで、対応していた。導体組織が密である
と、銀とセラミックの熱膨張係数の違いにより、スルホ
ール周辺のセラミックにクラックが発生して信頼性を低
下させていた。一方、これらの導電物質をスルホールに
充填する方法としては、導電粒子を有機ビヒクル中に分
散させペースト化し、セラミックグリーンシートのスル
ホール中にスクリーン印刷法にて行われている。スクリ
ーン印刷を安定に行うためには、ペーストの粘度が変化
しない又は変化が少ないことが重要である。つまり、粘
度の上昇は刷版中のスクリーンに目詰りが生じ、配線の
断線を生じさせる。ところが近年安全衛生の点で、これ
らの有機ビヒクル中の有機溶剤ガスが体に悪影響を与え
る可能性が高いため、有機溶剤の蒸気の発生する個所に
排気装置をつける必要性が生じてきた。また、印刷時に
ペーストの充填を完全にするためビア下方より排気を行
うことが行われているため、その両者の影響により、印
刷作業中の導体ペーストは、その溶剤の蒸発量が多くな
り、粘度変化が大きくなり、連続印刷時に充填量の不均
一さが生じるなどの不具合が生じていた。
率及び熱膨張率がセラミックと一致しないため、特開平
１−１３８７９３号や特開平２−２７７２７９にみられ
る様に偏平銀粉の使用やＳｂ2Ｏ3、Ｒｈなどの添加物に
より導体組織を粗とすることにより発生する内部応力を
緩和することで、対応していた。導体組織が密である
と、銀とセラミックの熱膨張係数の違いにより、スルホ
ール周辺のセラミックにクラックが発生して信頼性を低
下させていた。一方、これらの導電物質をスルホールに
充填する方法としては、導電粒子を有機ビヒクル中に分
散させペースト化し、セラミックグリーンシートのスル
ホール中にスクリーン印刷法にて行われている。スクリ
ーン印刷を安定に行うためには、ペーストの粘度が変化
しない又は変化が少ないことが重要である。つまり、粘
度の上昇は刷版中のスクリーンに目詰りが生じ、配線の
断線を生じさせる。ところが近年安全衛生の点で、これ
らの有機ビヒクル中の有機溶剤ガスが体に悪影響を与え
る可能性が高いため、有機溶剤の蒸気の発生する個所に
排気装置をつける必要性が生じてきた。また、印刷時に
ペーストの充填を完全にするためビア下方より排気を行
うことが行われているため、その両者の影響により、印
刷作業中の導体ペーストは、その溶剤の蒸発量が多くな
り、粘度変化が大きくなり、連続印刷時に充填量の不均
一さが生じるなどの不具合が生じていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、印刷
中の粘度変化が少なく、充填量が均一等の印刷性に優れ
たセラミック配線基板のスルホール充填用導電性ペース
トを提供することにある。
中の粘度変化が少なく、充填量が均一等の印刷性に優れ
たセラミック配線基板のスルホール充填用導電性ペース
トを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、特定の化合物を有機溶剤として導電性ペースト中
に含有させることにより上記目的が達成されることを見
出し、本発明に至った。即ち、本発明は下記（１）〜
（４）の構成の導電性ペーストである。 （１）８００〜１０００℃にて焼成される低温焼成セラ
ミック基板において、その層間に電気的接合を行うため
のスルホール充填用導電性ペーストが、 （ａ）偏平状及び／又は球状銀系粉 １００重量部 （ｂ1）Ｓｂ2Ｏ3又は焼成後Ｓｂ2Ｏ3となる物質のＳｂ2Ｏ3換算及び／又は （ｂ2）Ｒｈ粉 ０．１〜２．０重量部 （ｃ）２−テトラデカノール ３重量部以上 の組成を有することを特徴とするスルホール充填用導電
性ペースト。
結果、特定の化合物を有機溶剤として導電性ペースト中
に含有させることにより上記目的が達成されることを見
出し、本発明に至った。即ち、本発明は下記（１）〜
（４）の構成の導電性ペーストである。 （１）８００〜１０００℃にて焼成される低温焼成セラ
ミック基板において、その層間に電気的接合を行うため
のスルホール充填用導電性ペーストが、 （ａ）偏平状及び／又は球状銀系粉 １００重量部 （ｂ1）Ｓｂ2Ｏ3又は焼成後Ｓｂ2Ｏ3となる物質のＳｂ2Ｏ3換算及び／又は （ｂ2）Ｒｈ粉 ０．１〜２．０重量部 （ｃ）２−テトラデカノール ３重量部以上 の組成を有することを特徴とするスルホール充填用導電
性ペースト。
【０００６】（２）エチルセルロース、ヒドロキシエチ
ルセルロース、アクリル樹脂から選ばれる有機樹脂の１
種以上を含むことを特徴とする前記（１）記載の導電性
ペースト。 （３）８００〜１０００℃にて焼成可能な又は焼成され
た低温焼成セラミック回路基板において、そのスルホー
ルが前記（１）記載の導電性ペーストによって充填、焼
成されていることを特徴とする低温焼成セラミック回路
基板。 （４）低温焼成セラミックが、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｓｉ
Ｏ2−Ｂ2Ｏ3系又はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3
系ガラスとアルミナよりなることを特徴とする前記
（１）記載の導電性ペースト 本発明ではスルホール充填用導電性ペーストの有機ビヒ
クルとして、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセル
ロース、アクリル樹脂から選ばれる１種以上の樹脂成分
と、有機溶剤として２−テトラデカノールを全ペースト
成分の少なくとも３重量部以上含有し、必要に応じて他
の溶剤を含んでもよい有機溶剤よりなるものを用いるこ
とにより、人体に対して十分な安全性を有する環境にお
いて（十分な排気量を有する環境において）、生産性の
高いプロセス（グリーンシート下部より空気を吸入する
ことによりペーストのスルホールへの充填を完全にする
プロセス）にて、ペースト中の蒸発の少ない、つまり印
刷中に粘度変化が少ない、高い安全性と生産性を有する
工程で使用可能なＡｇペーストを得ることができる。本
発明の厚膜ペーストにおいて溶剤の全部又は一部として
用いる２−テトラデカノール（イソテトラデカノール）
は、他の溶剤に較べて表１に示されるように沸点が高
く、蒸発速度も遅い。なお表１に示された蒸発速度は、
液面面積１ｃｍ2の容器中に溶剤を入れ、試験温度中に
所定時間放置し、その蒸発速度を求めた実測値である。
ルセルロース、アクリル樹脂から選ばれる有機樹脂の１
種以上を含むことを特徴とする前記（１）記載の導電性
ペースト。 （３）８００〜１０００℃にて焼成可能な又は焼成され
た低温焼成セラミック回路基板において、そのスルホー
ルが前記（１）記載の導電性ペーストによって充填、焼
成されていることを特徴とする低温焼成セラミック回路
基板。 （４）低温焼成セラミックが、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｓｉ
Ｏ2−Ｂ2Ｏ3系又はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3
系ガラスとアルミナよりなることを特徴とする前記
（１）記載の導電性ペースト 本発明ではスルホール充填用導電性ペーストの有機ビヒ
クルとして、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセル
ロース、アクリル樹脂から選ばれる１種以上の樹脂成分
と、有機溶剤として２−テトラデカノールを全ペースト
成分の少なくとも３重量部以上含有し、必要に応じて他
の溶剤を含んでもよい有機溶剤よりなるものを用いるこ
とにより、人体に対して十分な安全性を有する環境にお
いて（十分な排気量を有する環境において）、生産性の
高いプロセス（グリーンシート下部より空気を吸入する
ことによりペーストのスルホールへの充填を完全にする
プロセス）にて、ペースト中の蒸発の少ない、つまり印
刷中に粘度変化が少ない、高い安全性と生産性を有する
工程で使用可能なＡｇペーストを得ることができる。本
発明の厚膜ペーストにおいて溶剤の全部又は一部として
用いる２−テトラデカノール（イソテトラデカノール）
は、他の溶剤に較べて表１に示されるように沸点が高
く、蒸発速度も遅い。なお表１に示された蒸発速度は、
液面面積１ｃｍ2の容器中に溶剤を入れ、試験温度中に
所定時間放置し、その蒸発速度を求めた実測値である。
【０００７】
【表１】
【０００８】本発明においては、有機溶剤として２−テ
トラデカノールを厚膜ペースト中に少なくとも３重量部
以上含有していることが必要であり、好ましくは５重量
部以上含有するのがよい。含有量が３重量部に満たない
時は本発明の目的、効果が十分達成されない。全溶剤が
２−テトラデカノールであってもよく、その場合は残部
が所望の銀系粉体、Ｓｂ2Ｏ3、Ｒｈ粉など及び樹脂成分
となる。２−テトラデカノールとともに併用できる溶剤
は従来より用いられているブチルカルビトールアセテー
ト、α−テルピオネールなどが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。又、ビヒクルの樹脂成分とし
ては、従来より用いられているエチルセルロース、ポリ
ビニルブチラール、アクリル系樹脂の１種以上が挙げら
れる。この溶剤成分の量は印刷ペーストの粘度調整のた
めに所望量添加されるが、溶剤成分全体として１０重量
部以上であることが印刷性の良好なペーストを得るため
に好ましい。又、樹脂成分は１〜８重量部が好ましい。
トラデカノールを厚膜ペースト中に少なくとも３重量部
以上含有していることが必要であり、好ましくは５重量
部以上含有するのがよい。含有量が３重量部に満たない
時は本発明の目的、効果が十分達成されない。全溶剤が
２−テトラデカノールであってもよく、その場合は残部
が所望の銀系粉体、Ｓｂ2Ｏ3、Ｒｈ粉など及び樹脂成分
となる。２−テトラデカノールとともに併用できる溶剤
は従来より用いられているブチルカルビトールアセテー
ト、α−テルピオネールなどが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。又、ビヒクルの樹脂成分とし
ては、従来より用いられているエチルセルロース、ポリ
ビニルブチラール、アクリル系樹脂の１種以上が挙げら
れる。この溶剤成分の量は印刷ペーストの粘度調整のた
めに所望量添加されるが、溶剤成分全体として１０重量
部以上であることが印刷性の良好なペーストを得るため
に好ましい。又、樹脂成分は１〜８重量部が好ましい。
【０００９】本発明のペースト成分の一つである焼成さ
れることによりＳｂ2Ｏ3となる物質とは、例えば金属Ｓ
ｂ粉やＳｂレジネートなどの有機Ｓｂ化合物が挙げられ
る。上記低温焼成セラミック基板に用いられるセラミッ
ク材料としては８００〜１０００℃で焼成されるもので
あれば特に限定されず、アルミナセラミックにガラス粉
末を混入した低温焼成セラミックを用いることができ
る。例えば、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系又
はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラスとアル
ミナよりなるものが挙げられる。
れることによりＳｂ2Ｏ3となる物質とは、例えば金属Ｓ
ｂ粉やＳｂレジネートなどの有機Ｓｂ化合物が挙げられ
る。上記低温焼成セラミック基板に用いられるセラミッ
ク材料としては８００〜１０００℃で焼成されるもので
あれば特に限定されず、アルミナセラミックにガラス粉
末を混入した低温焼成セラミックを用いることができ
る。例えば、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系又
はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラスとアル
ミナよりなるものが挙げられる。
【００１０】本発明の導電性ペーストがスルホールに充
填されるセラミック回路基板としては、低温焼成セラミ
ックを絶縁体として使用するものであれば単層でも多層
でもよく、多層のセラミック回路基板の場合は厚膜多層
印刷法及び、グリーンシート多層積層法が挙げられる。
又、スルホールを有するものであれば、基板の片面のみ
の回路基板でも両面回路基板でもよい。多層のセラミッ
ク配線基板の場合の上記二つの方法について説明する
と、厚膜多層印刷法は、低温焼成してつくられたセラミ
ック基板上に導電ペーストと絶縁ペーストとを交互にス
クリーン印刷し、焼成してつくられる。必要に応じ抵抗
層をスクリーン印刷することもできる。導体材料として
はＡｇ系かＣｕ系ペーストが一般に使用されている。こ
の場合、セラミック焼成基板の代わりにセラミックグリ
ーンシートを使用することもできる。又、グリーンシー
ト多層積層法は、それぞれのグリーンシートに基準穴と
スルーホール穴をあけ、導電ペーストをスルーホール内
に充填し、さらに配線用導体を印刷し、最後にそれぞれ
のグリーンシートを重ね合わせ、熱圧着して一体化し焼
成される。
填されるセラミック回路基板としては、低温焼成セラミ
ックを絶縁体として使用するものであれば単層でも多層
でもよく、多層のセラミック回路基板の場合は厚膜多層
印刷法及び、グリーンシート多層積層法が挙げられる。
又、スルホールを有するものであれば、基板の片面のみ
の回路基板でも両面回路基板でもよい。多層のセラミッ
ク配線基板の場合の上記二つの方法について説明する
と、厚膜多層印刷法は、低温焼成してつくられたセラミ
ック基板上に導電ペーストと絶縁ペーストとを交互にス
クリーン印刷し、焼成してつくられる。必要に応じ抵抗
層をスクリーン印刷することもできる。導体材料として
はＡｇ系かＣｕ系ペーストが一般に使用されている。こ
の場合、セラミック焼成基板の代わりにセラミックグリ
ーンシートを使用することもできる。又、グリーンシー
ト多層積層法は、それぞれのグリーンシートに基準穴と
スルーホール穴をあけ、導電ペーストをスルーホール内
に充填し、さらに配線用導体を印刷し、最後にそれぞれ
のグリーンシートを重ね合わせ、熱圧着して一体化し焼
成される。
【００１１】
【実施例】本発明を実施例及び比較例によって更に詳し
く説明する。 実施例１ ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末と、
α−Ａｌ2Ｏ3粉末を用意し、アクリル樹脂とトルエン、
エタノール等の有機溶剤とをボールミル内で混合し、ド
クターブレード法にて０．３ｍｍの厚さのセラミックグ
リーンシートを作製した。印刷ペーストとして平均粒径
５μｍの偏平状Ａｇ粉１００重量部と、Ｓｂ2Ｏ3０．２
重量部、エチルセルロース１．５重量部を２−テトラデ
カノール１０重量部とブチルカルビトールアセテート２
部に溶解したビヒクルとを用いた。これらを三本ロール
にて混合しペースト化し、所定の粘度に調製した（ペー
スト１）。通常のスクリーン印刷機を用い、所定大きさ
に切断し、直径０．２５ｍｍのスルホールをあけたグリ
ーンシート上に導体ペーストを連続１０００枚印刷し、
印刷前と後のペースト粘度を測定し、その変化率を求め
た。又、焼成後にスルホール周辺の印刷面を調べ、クラ
ックの有無を調べた。その結果、粘度変化率は印刷前の
２３７０ポイズから印刷後の２５５０ポイズになり、＋
８％の上昇を示した。又、スルホール周辺のクラックの
発生はみられなかった。スルホールの充填が不充分であ
った不良数は、試験数１００００についての不良数を求
めたものである。
く説明する。 実施例１ ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系ガラス粉末と、
α−Ａｌ2Ｏ3粉末を用意し、アクリル樹脂とトルエン、
エタノール等の有機溶剤とをボールミル内で混合し、ド
クターブレード法にて０．３ｍｍの厚さのセラミックグ
リーンシートを作製した。印刷ペーストとして平均粒径
５μｍの偏平状Ａｇ粉１００重量部と、Ｓｂ2Ｏ3０．２
重量部、エチルセルロース１．５重量部を２−テトラデ
カノール１０重量部とブチルカルビトールアセテート２
部に溶解したビヒクルとを用いた。これらを三本ロール
にて混合しペースト化し、所定の粘度に調製した（ペー
スト１）。通常のスクリーン印刷機を用い、所定大きさ
に切断し、直径０．２５ｍｍのスルホールをあけたグリ
ーンシート上に導体ペーストを連続１０００枚印刷し、
印刷前と後のペースト粘度を測定し、その変化率を求め
た。又、焼成後にスルホール周辺の印刷面を調べ、クラ
ックの有無を調べた。その結果、粘度変化率は印刷前の
２３７０ポイズから印刷後の２５５０ポイズになり、＋
８％の上昇を示した。又、スルホール周辺のクラックの
発生はみられなかった。スルホールの充填が不充分であ
った不良数は、試験数１００００についての不良数を求
めたものである。
【００１２】実施例２〜４ 無機粉体を表２に示されるようにかえ、又ビヒクルの有
機樹脂成分及び有機溶剤を同じく表２に示されるように
してペースト２〜４を調製し、実施例１と同様の実験を
行った。 比較例１〜２ 比較例１は、有機溶剤として２−テトラデカノールにか
えて従来のテルピネオール１８重量部とし、エチルセル
ロース２重量部とした場合、また、比較例２は、有機溶
剤をブチルカルビトールアセテート１８重量部とし、か
つ添加剤を加えなかった場合で、他の実施例と同様の実
験を行った。印刷性評価とスルホール周辺のクラック有
無評価の結果を同じく表３に示す。
機樹脂成分及び有機溶剤を同じく表２に示されるように
してペースト２〜４を調製し、実施例１と同様の実験を
行った。 比較例１〜２ 比較例１は、有機溶剤として２−テトラデカノールにか
えて従来のテルピネオール１８重量部とし、エチルセル
ロース２重量部とした場合、また、比較例２は、有機溶
剤をブチルカルビトールアセテート１８重量部とし、か
つ添加剤を加えなかった場合で、他の実施例と同様の実
験を行った。印刷性評価とスルホール周辺のクラック有
無評価の結果を同じく表３に示す。
【００１３】
【表２】
【００１４】
【表３】
【００１５】
【発明の効果】上記のとおり、本発明の導電性ペースト
は、セラミック回路基板にスルホール充填体として印刷
する際の粘度変化率が小さく、かつ焼成後のクラックの
発生が小さいという優れた印刷性・均一性を有し、その
結果、高密度配線のセラミック回路基板を効率良く製造
することに貢献する。
は、セラミック回路基板にスルホール充填体として印刷
する際の粘度変化率が小さく、かつ焼成後のクラックの
発生が小さいという優れた印刷性・均一性を有し、その
結果、高密度配線のセラミック回路基板を効率良く製造
することに貢献する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 1/09 H05K 1/11 H01B 1/16
Claims (4)
- 【請求項１】 ８００〜１０００℃にて焼成されるセラ
ミック基板において、その層間に電気的接合を行うため
のスルホール充填用導電性ペーストが、 （ａ）偏平状及び／又は球状銀系粉 １００重量部 （ｂ1）Ｓｂ2Ｏ3又は焼成後Ｓｂ2Ｏ3となる物質のＳｂ2Ｏ3換算及び／又は （ｂ2）Ｒｈ粉 ０．１〜２．０重量部 （ｃ）２−テトラデカノール ３重量部以上 の組成を有することを特徴とするスルホール充填用導電
性ペースト。 - 【請求項２】 エチルセルロース、ヒドロキシエチルセ
ルロース、アクリル樹脂から選ばれる有機樹脂の１種以
上を含むことを特徴とする請求項１記載の導電性ペース
ト。 - 【請求項３】 ８００〜１０００℃にて焼成可能な又は
焼成された低温焼成セラミック回路基板において、その
スルホールが請求項１記載の導電性ペーストによって充
填、焼成されていることを特徴とする低温焼成セラミッ
ク回路基板。 - 【請求項４】 低温焼成セラミックが、ＣａＯ−Ａｌ2
Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系又はＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ
2−Ｂ2Ｏ3系ガラスとアルミナよりなることを特徴とす
る請求項１記載の導電性ペースト。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7073541A JP3019139B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 導電性ペースト及びそれを用いたセラミック回路基板 |
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