JP3426820B2 - 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の製造方法 - Google Patents
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の製造方法Info
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- H05K1/02—Details
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- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスセラミック
磁器と同時焼成が可能な銅メタライズ組成物と、それを
用いたガラスセラミック焼結体を絶縁基板として銅から
なるメタライズ層が配設された配線基板の製造方法に関
する。
磁器と同時焼成が可能な銅メタライズ組成物と、それを
用いたガラスセラミック焼結体を絶縁基板として銅から
なるメタライズ層が配設された配線基板の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来技術】半導体素子などを搭載するための基板とし
ては、従来からアルミナなどのセラミック材料が用いら
れているが、最近に至り、アルミナに比較して誘電率が
低い、焼成温度が低い低抵抗の導体、例えばＣｕ、Ａ
ｕ、Ａｇでの配線を形成できるなどの点で優れているこ
とから、特に回路の高集積化の要求に適用することので
きる基板材料としてガラスセラミック磁器が注目されて
いる。また、近年では通信分野で使用する基板材料とし
て、特に低抵抗の配線を形成できるという点から注目さ
れており、その中でも特にＣｕによる配線化が進められ
ている。
ては、従来からアルミナなどのセラミック材料が用いら
れているが、最近に至り、アルミナに比較して誘電率が
低い、焼成温度が低い低抵抗の導体、例えばＣｕ、Ａ
ｕ、Ａｇでの配線を形成できるなどの点で優れているこ
とから、特に回路の高集積化の要求に適用することので
きる基板材料としてガラスセラミック磁器が注目されて
いる。また、近年では通信分野で使用する基板材料とし
て、特に低抵抗の配線を形成できるという点から注目さ
れており、その中でも特にＣｕによる配線化が進められ
ている。
【０００３】そこで、Ｃｕをメタライズ配線層とするガ
ラスセラミック基板の製法としては、ガラスセラミック
原料と有機バインダーからなるグリーンシートに銅メタ
ライズ組成物を含むペーストをプリントして導体パター
ンを形成する。場合により穴開けしてスルーホールを形
成しこのスルーホールに導体ペーストを充填し、さら
に、このシートの所定位置にＣｕを含む導体ペーストを
これらのシートを位置合わせして加圧積層した後、積層
体を加熱してバインダーの除去及び導体ペーストとガラ
スセラミックスとを同時焼成して得られている。
ラスセラミック基板の製法としては、ガラスセラミック
原料と有機バインダーからなるグリーンシートに銅メタ
ライズ組成物を含むペーストをプリントして導体パター
ンを形成する。場合により穴開けしてスルーホールを形
成しこのスルーホールに導体ペーストを充填し、さら
に、このシートの所定位置にＣｕを含む導体ペーストを
これらのシートを位置合わせして加圧積層した後、積層
体を加熱してバインダーの除去及び導体ペーストとガラ
スセラミックスとを同時焼成して得られている。
【０００４】また、銅メタライズ組成物としては、焼結
済の絶縁基板の表面にペーストを塗布し焼き付け処理を
行うためのものとして、例えば特公昭６０−２７１２３
号あるいは特開平５−２２５８２３号に提案されている
ように４０〜７０重量％のＰｂＯを含有した低軟化点ガ
ラス粉末が添加されている。このＰｂＯ系ガラスは、銅
ペースト焼付け時に６００℃以下の温度で軟化流動して
アルミナ基板側へ移動し、銅のパターンを基板に接着さ
せるものである。
済の絶縁基板の表面にペーストを塗布し焼き付け処理を
行うためのものとして、例えば特公昭６０−２７１２３
号あるいは特開平５−２２５８２３号に提案されている
ように４０〜７０重量％のＰｂＯを含有した低軟化点ガ
ラス粉末が添加されている。このＰｂＯ系ガラスは、銅
ペースト焼付け時に６００℃以下の温度で軟化流動して
アルミナ基板側へ移動し、銅のパターンを基板に接着さ
せるものである。
【０００５】さらに、ガラスセラミック磁器との同時焼
成が可能な銅メタライズ組成物としては、特開昭６３−
１７４２０３号、特開平１−２０１９９６号において添
加物として非晶質シリカ、あるいはＭｇＯ等のセラミッ
ク粉末を用いた組成物が提案されている。また、特開平
５−２４３７００号においては、７００℃以上の温度で
溶融するガラス粉末を５〜２４体積％の割合で銅粉末と
混合することが提案されている。
成が可能な銅メタライズ組成物としては、特開昭６３−
１７４２０３号、特開平１−２０１９９６号において添
加物として非晶質シリカ、あるいはＭｇＯ等のセラミッ
ク粉末を用いた組成物が提案されている。また、特開平
５−２４３７００号においては、７００℃以上の温度で
溶融するガラス粉末を５〜２４体積％の割合で銅粉末と
混合することが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述の銅メタライズ組
成物のうち、特公昭６０−２７１２３号あるいは特開平
５−２２５８２３号に提案される焼成済基板に用いられ
る従来の厚膜用銅ペーストは、ガラスセラミック磁器と
同時焼成した場合、ガラスセラミック磁器が収縮を開始
する前にＰｂＯガラスが軟化流動し銅のパターンを緻密
化させるため、ガラスセラミックと銅のパターンの界面
に空隙が発生する等の問題が生じるため、使用できな
い。
成物のうち、特公昭６０−２７１２３号あるいは特開平
５−２２５８２３号に提案される焼成済基板に用いられ
る従来の厚膜用銅ペーストは、ガラスセラミック磁器と
同時焼成した場合、ガラスセラミック磁器が収縮を開始
する前にＰｂＯガラスが軟化流動し銅のパターンを緻密
化させるため、ガラスセラミックと銅のパターンの界面
に空隙が発生する等の問題が生じるため、使用できな
い。
【０００７】また、ガラスセラミック磁器と同時焼成が
可能な特開昭６３−１７４２０３号、特開平１−２０１
９９６号に記載の非晶質シリカやＭｇＯ等のセラミック
粉末を用いた銅メタライズ組成物では、セラミック粉末
が銅粒子の緻密化を抑制する働きをするため、銅ペース
トとガラスセラミック磁器の収縮開始温度を合わせるこ
とは可能であるが、焼成後の銅メタライズの表面状態が
粗となりメッキ処理時にメッキ液が浸透するという問題
が生じる。
可能な特開昭６３−１７４２０３号、特開平１−２０１
９９６号に記載の非晶質シリカやＭｇＯ等のセラミック
粉末を用いた銅メタライズ組成物では、セラミック粉末
が銅粒子の緻密化を抑制する働きをするため、銅ペース
トとガラスセラミック磁器の収縮開始温度を合わせるこ
とは可能であるが、焼成後の銅メタライズの表面状態が
粗となりメッキ処理時にメッキ液が浸透するという問題
が生じる。
【０００８】また、特開平５−２４３７００号に記載の
組成物では、銅ペーストにガラス粉末を添加する場合、
銅粉末へのガラス粉末の混合比が５体積％の場合でも、
添加したガラス粉末が焼成後の銅メタライズ表面に浮い
て残存し、メッキ処理や半田濡れ性に問題が生じる。ま
た、銅ペーストに添加するガラス粉末がグリーンシート
に含まれる絶縁層のガラス粉末よりもガラス粉末単独で
の焼結終了温度が高い場合は、たとえ銅ペーストに添加
するガラス粉末の溶融開始温度（焼結開始温度）が７０
０℃以上であっても、銅粒子の焼結不良による導通抵抗
値の増加という問題が生じる。一方、銅ペーストに添加
するガラス粉末が結晶性のものである場合は、焼成時に
結晶化することにより銅粒子の焼結を妨げ、導通抵抗値
の増加という問題が生じる。
組成物では、銅ペーストにガラス粉末を添加する場合、
銅粉末へのガラス粉末の混合比が５体積％の場合でも、
添加したガラス粉末が焼成後の銅メタライズ表面に浮い
て残存し、メッキ処理や半田濡れ性に問題が生じる。ま
た、銅ペーストに添加するガラス粉末がグリーンシート
に含まれる絶縁層のガラス粉末よりもガラス粉末単独で
の焼結終了温度が高い場合は、たとえ銅ペーストに添加
するガラス粉末の溶融開始温度（焼結開始温度）が７０
０℃以上であっても、銅粒子の焼結不良による導通抵抗
値の増加という問題が生じる。一方、銅ペーストに添加
するガラス粉末が結晶性のものである場合は、焼成時に
結晶化することにより銅粒子の焼結を妨げ、導通抵抗値
の増加という問題が生じる。
【０００９】上記の問題点を解決するために、本発明者
らは特願平６−２９００７２号にて提案したように、銅
粉末１００体積％に対して１〜４．５体積％の非結晶性
のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＲＯ（ＲＯ：アルカリ
土類金属酸化物）系ガラス粉末を含有する銅メタライズ
組成物を提案した。しかし、このようなガラス粉末を添
加した銅メタライズ組成物では、焼成後、銅メタライズ
層とガラスセラミック磁器との界面における接着強度が
まだ十分とは言えず、更に接着強度の向上及び安定化が
必要である。
らは特願平６−２９００７２号にて提案したように、銅
粉末１００体積％に対して１〜４．５体積％の非結晶性
のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＲＯ（ＲＯ：アルカリ
土類金属酸化物）系ガラス粉末を含有する銅メタライズ
組成物を提案した。しかし、このようなガラス粉末を添
加した銅メタライズ組成物では、焼成後、銅メタライズ
層とガラスセラミック磁器との界面における接着強度が
まだ十分とは言えず、更に接着強度の向上及び安定化が
必要である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ための方法について検討を重ねた結果、銅メタライズ組
成物中に、ガラスセラミック組成物との同時焼成時にガ
ラスセラミック組成物中のガラス成分と反応しガラスの
粘性を低下させ得る金属酸化物を含有せしめることによ
り、ガラスセラミック焼結体との密着性を高めることが
できることを知見し本発明に至った。
ための方法について検討を重ねた結果、銅メタライズ組
成物中に、ガラスセラミック組成物との同時焼成時にガ
ラスセラミック組成物中のガラス成分と反応しガラスの
粘性を低下させ得る金属酸化物を含有せしめることによ
り、ガラスセラミック焼結体との密着性を高めることが
できることを知見し本発明に至った。
【００１１】即ち、ガラス成分として、少なくともＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3
を含むガラスセラミック磁器組成物と、８００〜１１０
０℃で同時焼成可能な銅を主成分とする銅メタライズ組
成物において、該銅メタライズ組成物中に、前記ガラス
セラミック磁器組成物中のガラス成分の粘性を同時焼成
時に低下させ、前記ガラス成分中に５重量％以上含まれ
ている金属酸化物とは異なる金属酸化物として、ＣａＯ
成分を前記銅１００重量部に対して０．１〜５．０重量
部の割合で含有することを特徴とするものである。
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3
を含むガラスセラミック磁器組成物と、８００〜１１０
０℃で同時焼成可能な銅を主成分とする銅メタライズ組
成物において、該銅メタライズ組成物中に、前記ガラス
セラミック磁器組成物中のガラス成分の粘性を同時焼成
時に低下させ、前記ガラス成分中に５重量％以上含まれ
ている金属酸化物とは異なる金属酸化物として、ＣａＯ
成分を前記銅１００重量部に対して０．１〜５．０重量
部の割合で含有することを特徴とするものである。
【００１２】また、本発明の配線基板の製造方法は、ガ
ラス成分として、少なくともＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、アル
カリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3を含むガラスセラミッ
ク磁器組成物を含むシート状成形体の表面に、銅を主成
分とする銅メタライズ組成物を含むペーストを配線パタ
ーン状に塗布し、８００〜１１００℃の温度で同時焼成
する配線基板を製造する方法であって、前記銅メタライ
ズ組成物中に、前記ガラスセラミック磁器組成物中のガ
ラス成分の粘性を同時焼成時に低下させ、前記ガラス成
分中に５重量％以上含まれている金属酸化物とは異なる
金属酸化物として、ＣａＯ成分を前記銅１００重量部に
対して０．１〜５．０重量部の割合で含有することを特
徴とするものである。
ラス成分として、少なくともＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、アル
カリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3を含むガラスセラミッ
ク磁器組成物を含むシート状成形体の表面に、銅を主成
分とする銅メタライズ組成物を含むペーストを配線パタ
ーン状に塗布し、８００〜１１００℃の温度で同時焼成
する配線基板を製造する方法であって、前記銅メタライ
ズ組成物中に、前記ガラスセラミック磁器組成物中のガ
ラス成分の粘性を同時焼成時に低下させ、前記ガラス成
分中に５重量％以上含まれている金属酸化物とは異なる
金属酸化物として、ＣａＯ成分を前記銅１００重量部に
対して０．１〜５．０重量部の割合で含有することを特
徴とするものである。
【００１３】
【作用】本発明によれば、ガラス成分として、少なくと
もＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物および
Ｂ2Ｏ3を含むガラスセラミック磁器組成物からなる成形
体と８００〜１１００℃の温度で同時焼成してメタライ
ズ層を形成するに、用いる銅メタライズ組成物中に同時
焼成時にガラスセラミック組成物中のガラス成分と反応
しガラスの粘性を低下させ得る金属酸化物として、Ｃａ
Ｏ成分を前記銅１００重量部に対して０．１〜５．０重
量部の割合で含有することによって、接着強度の高い銅
メタライズ層を形成することができる。
もＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物および
Ｂ2Ｏ3を含むガラスセラミック磁器組成物からなる成形
体と８００〜１１００℃の温度で同時焼成してメタライ
ズ層を形成するに、用いる銅メタライズ組成物中に同時
焼成時にガラスセラミック組成物中のガラス成分と反応
しガラスの粘性を低下させ得る金属酸化物として、Ｃａ
Ｏ成分を前記銅１００重量部に対して０．１〜５．０重
量部の割合で含有することによって、接着強度の高い銅
メタライズ層を形成することができる。
【００１４】この理由は、焼成時にガラスセラミック成
形体中のガラス成分が軟化流動し焼結を開始した際、成
形体表面に印刷された銅メタライズ組成物を含むペース
トの近傍のガラス成分がペースト中のＣａＯ成分と反応
しガラスの粘性が低下する。それにより、ガラスセラミ
ック成形体中のガラス成分が銅粒子の隙間へ浸透する。
その結果、焼成後にガラスセラミック焼結体と銅メタラ
イズ層との接着強度を著しく高めることができる。
形体中のガラス成分が軟化流動し焼結を開始した際、成
形体表面に印刷された銅メタライズ組成物を含むペース
トの近傍のガラス成分がペースト中のＣａＯ成分と反応
しガラスの粘性が低下する。それにより、ガラスセラミ
ック成形体中のガラス成分が銅粒子の隙間へ浸透する。
その結果、焼成後にガラスセラミック焼結体と銅メタラ
イズ層との接着強度を著しく高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の銅メタライズ組成物は銅
を主成分とするものであるが、本発明によれば、銅以外
に、焼成時にガラスセラミック磁器中のガラス成分と反
応しガラスの粘性を低下させる金属酸化物を添加するこ
とにより、銅メタライズ層のガラスセラミック磁器への
密着強度を高めることができる。この金属酸化物は、銅
１００重量部に対して、０．１〜５．０重量部、特に
０．５〜３．０重量部の割合で含まれる。この金属酸化
物量を上記の範囲に限定したのは、０．１重量部より少
ないと、ガラスセラミック成形体中のガラス成分を銅メ
タライズ層中の銅粉末間に浸透させる効果が小さいため
に、密着性向上効果がなく、また、５．０重量部よりも
多い場合は、ガラスセラミック磁器中のガラス成分が過
度に浸透して銅メタライズ層表面に析出し銅メタライズ
層の半田濡れ性、メッキ処理性が劣化し、また、接着強
度も低下する傾向がある。
を主成分とするものであるが、本発明によれば、銅以外
に、焼成時にガラスセラミック磁器中のガラス成分と反
応しガラスの粘性を低下させる金属酸化物を添加するこ
とにより、銅メタライズ層のガラスセラミック磁器への
密着強度を高めることができる。この金属酸化物は、銅
１００重量部に対して、０．１〜５．０重量部、特に
０．５〜３．０重量部の割合で含まれる。この金属酸化
物量を上記の範囲に限定したのは、０．１重量部より少
ないと、ガラスセラミック成形体中のガラス成分を銅メ
タライズ層中の銅粉末間に浸透させる効果が小さいため
に、密着性向上効果がなく、また、５．０重量部よりも
多い場合は、ガラスセラミック磁器中のガラス成分が過
度に浸透して銅メタライズ層表面に析出し銅メタライズ
層の半田濡れ性、メッキ処理性が劣化し、また、接着強
度も低下する傾向がある。
【００１６】焼成時にガラスセラミック磁器中のガラス
成分と反応しガラスの粘性を低下させる金属酸化物とし
ては、ＣａＯ成分を用いる。なお、ガラスの粘性を低下
させる効果をより発揮させるために、上記金属酸化物と
して、ガラス成分中に５重量％以上含まれている金属酸
化物以外の金属酸化物を添加する。これにより、添加し
た金属酸化物とガラス中の金属酸化物との相互作用によ
り焼成温度付近で融点の低下が生じ、ガラスの粘性の低
下が生じる。また、銅メタライズ組成物に、ＣａＯ成分
をＳｉＯ2などの他の金属酸化物とともにガラス化して
添加してしまうと、銅メタライズ層の表面にガラスが浮
いて残存し、メッキ処理や半田濡れ性に問題が生じてし
まう。
成分と反応しガラスの粘性を低下させる金属酸化物とし
ては、ＣａＯ成分を用いる。なお、ガラスの粘性を低下
させる効果をより発揮させるために、上記金属酸化物と
して、ガラス成分中に５重量％以上含まれている金属酸
化物以外の金属酸化物を添加する。これにより、添加し
た金属酸化物とガラス中の金属酸化物との相互作用によ
り焼成温度付近で融点の低下が生じ、ガラスの粘性の低
下が生じる。また、銅メタライズ組成物に、ＣａＯ成分
をＳｉＯ2などの他の金属酸化物とともにガラス化して
添加してしまうと、銅メタライズ層の表面にガラスが浮
いて残存し、メッキ処理や半田濡れ性に問題が生じてし
まう。
【００１７】銅メタライズ組成物中の銅粉末としては、
平均粒径が２〜８μｍ（ＢＥＴ法による比表面積が０．
１〜１．０ｍ2／ｇ）、好ましくは平均粒径が３〜７μ
ｍ（比表面積が０．２〜０．５ｍ2／ｇ）の球状銅粉末
を用いるのが望ましい。
平均粒径が２〜８μｍ（ＢＥＴ法による比表面積が０．
１〜１．０ｍ2／ｇ）、好ましくは平均粒径が３〜７μ
ｍ（比表面積が０．２〜０．５ｍ2／ｇ）の球状銅粉末
を用いるのが望ましい。
【００１８】上記銅メタライズ組成物を用いて、銅ペー
ストを作製する場合、上記組成物に添加されるビヒクル
中のバインダーには、窒素雰囲気中での熱分解性に優れ
たメタクリル酸樹脂、具体的には、メタクリル酸イソブ
チル、メタクリル酸ノルマルブチル等を用いるのが望ま
しい。また、ビヒクルの溶剤には、ブチルカルビトール
アセテート、ジブチルフタレート、αテルピネオール等
が好適に使用される。銅ペーストは、上記の銅粉末１０
０重量部と、バインダーを２〜６重量部とともに溶剤と
混合して調製される。
ストを作製する場合、上記組成物に添加されるビヒクル
中のバインダーには、窒素雰囲気中での熱分解性に優れ
たメタクリル酸樹脂、具体的には、メタクリル酸イソブ
チル、メタクリル酸ノルマルブチル等を用いるのが望ま
しい。また、ビヒクルの溶剤には、ブチルカルビトール
アセテート、ジブチルフタレート、αテルピネオール等
が好適に使用される。銅ペーストは、上記の銅粉末１０
０重量部と、バインダーを２〜６重量部とともに溶剤と
混合して調製される。
【００１９】また、本発明において用いられるガラスセ
ラミック磁器組成物は、少なくともＳｉＯ2、Ａｌ
2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3を含むガラ
ス成分と、セラミックフィラー成分からなる。セラミッ
クフィラー成分としては、アルミナ、ムライト、フォル
ステライト、スピネル、ジルコニア、チタン酸バリウ
ム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、ジ
ルコン酸カルシウム等を用いることができる。また、ガ
ラス成分としては、焼成時に結晶化する結晶性ガラスを
用いることが望ましく、結晶性ガラスからの結晶相の析
出により材料の抗折強度を高くでき、この結果、ガラス
セラミック磁器に焼き付けられる銅メタライズの接着強
度をも向上させることができる。
ラミック磁器組成物は、少なくともＳｉＯ2、Ａｌ
2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3を含むガラ
ス成分と、セラミックフィラー成分からなる。セラミッ
クフィラー成分としては、アルミナ、ムライト、フォル
ステライト、スピネル、ジルコニア、チタン酸バリウ
ム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、ジ
ルコン酸カルシウム等を用いることができる。また、ガ
ラス成分としては、焼成時に結晶化する結晶性ガラスを
用いることが望ましく、結晶性ガラスからの結晶相の析
出により材料の抗折強度を高くでき、この結果、ガラス
セラミック磁器に焼き付けられる銅メタライズの接着強
度をも向上させることができる。
【００２０】本発明において、銅メタライズ層が形成さ
れた配線基板を作製するには、まず、ガラスセラミック
磁器を作製するための上記ガラス粉末と、セラミックフ
ィラー粉末との混合物からなる原料粉末と有機バインダ
ーとの混合粉末、あるいはこれを溶剤と混合してスラリ
ーを調製した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブ
レード法、圧延法、金型プレス法等によりシート状にす
る。そして、そのシート状成形体の表面に、上述の銅メ
タライズ組成物を含むペーストを配線パターン状に塗布
する。この時、場合によってはシート状成形体にスルー
ホールを形成しホール内に銅ペーストを充填する。その
後、それらのシート状成形体を複数層積層圧着して積層
成形体を作製した後、８００〜１１００℃の温度で窒素
等の非酸化性雰囲気中で焼成し、ガラスセラミック磁器
と銅メタライズ層とを同時に焼結することにより、ガラ
スセラミック磁器からなる絶縁基板の表面および／また
は内部に銅メタライズ層が配設された配線基板を得るこ
とができる。
れた配線基板を作製するには、まず、ガラスセラミック
磁器を作製するための上記ガラス粉末と、セラミックフ
ィラー粉末との混合物からなる原料粉末と有機バインダ
ーとの混合粉末、あるいはこれを溶剤と混合してスラリ
ーを調製した後、所望の成形手段、例えば、ドクターブ
レード法、圧延法、金型プレス法等によりシート状にす
る。そして、そのシート状成形体の表面に、上述の銅メ
タライズ組成物を含むペーストを配線パターン状に塗布
する。この時、場合によってはシート状成形体にスルー
ホールを形成しホール内に銅ペーストを充填する。その
後、それらのシート状成形体を複数層積層圧着して積層
成形体を作製した後、８００〜１１００℃の温度で窒素
等の非酸化性雰囲気中で焼成し、ガラスセラミック磁器
と銅メタライズ層とを同時に焼結することにより、ガラ
スセラミック磁器からなる絶縁基板の表面および／また
は内部に銅メタライズ層が配設された配線基板を得るこ
とができる。
【００２１】なお、本発明において、ガラス成分がＳｉ
Ｏ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−アルカリ土類金属酸化物系ガ
ラス、特に結晶性ガラスである場合、銅メタライズ組成
物中に、前記金属酸化物としてＣａＯ成分を添加するこ
とにより上記ガラス成分の粘性を低下させ、かつ、ガラ
スを銅粒子の隙間へ浸透させることができる。また、添
加したＣａＯ成分は、焼成時に銅粒子がガラスセラミッ
ク絶縁層よりも先に（低い温度で）焼成収縮を開始する
のを抑制する作用も有する。このことは、基板の反り抑
制や寸法精度の向上に有効である。
Ｏ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−アルカリ土類金属酸化物系ガ
ラス、特に結晶性ガラスである場合、銅メタライズ組成
物中に、前記金属酸化物としてＣａＯ成分を添加するこ
とにより上記ガラス成分の粘性を低下させ、かつ、ガラ
スを銅粒子の隙間へ浸透させることができる。また、添
加したＣａＯ成分は、焼成時に銅粒子がガラスセラミッ
ク絶縁層よりも先に（低い温度で）焼成収縮を開始する
のを抑制する作用も有する。このことは、基板の反り抑
制や寸法精度の向上に有効である。
【００２２】上記の組み合わせにおいて、ＣａＯ成分の
添加量は、銅１００重量部に対してＣａＯ換算で０．１
〜５．０重量部とする。ＣａＯ成分添加量が０．１重量
部よりも少ない場合は、ガラスセラミック磁器中のガラ
スを銅メタライズ層へ浸透させる効果が小さく、接着強
度が低下する。また、５．０重量部よりも多い場合は、
磁器中ガラスの浸透により銅メタライズ表面への半田濡
れ性、メッキ処理性が劣るとともに、接着強度も低下す
る傾向がある。ＣａＯ成分の添加量は、好ましくは０．
５〜３．０重量部である。ＣａＯ成分の添加形態として
は、ＣａＯの他、Ｃａの炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などの
化合物や、ＣａＯを含有する複合酸化物を用いることも
できる。
添加量は、銅１００重量部に対してＣａＯ換算で０．１
〜５．０重量部とする。ＣａＯ成分添加量が０．１重量
部よりも少ない場合は、ガラスセラミック磁器中のガラ
スを銅メタライズ層へ浸透させる効果が小さく、接着強
度が低下する。また、５．０重量部よりも多い場合は、
磁器中ガラスの浸透により銅メタライズ表面への半田濡
れ性、メッキ処理性が劣るとともに、接着強度も低下す
る傾向がある。ＣａＯ成分の添加量は、好ましくは０．
５〜３．０重量部である。ＣａＯ成分の添加形態として
は、ＣａＯの他、Ｃａの炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などの
化合物や、ＣａＯを含有する複合酸化物を用いることも
できる。
【００２３】また、上記の組み合わせで配線基板を作製
するには、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−アルカリ土類
金属酸化物系ガラスとセラミックフィラーからなるガラ
スセラミック粉末を含むグリーンシートを作製するが、
グリーンシートのバインダーには窒素雰囲気下での熱分
解性に優れたアクリル系樹脂、具体的にはメタクリル酸
イソブチル等を用いる。これらのバインダーは、固形分
で前記のガラスセラミック粉末に対して８〜２０重量％
の割合で添加される。また、可塑剤にはフタル酸エステ
ル等が、溶剤にはトルエン等を用いることができる。
するには、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−アルカリ土類
金属酸化物系ガラスとセラミックフィラーからなるガラ
スセラミック粉末を含むグリーンシートを作製するが、
グリーンシートのバインダーには窒素雰囲気下での熱分
解性に優れたアクリル系樹脂、具体的にはメタクリル酸
イソブチル等を用いる。これらのバインダーは、固形分
で前記のガラスセラミック粉末に対して８〜２０重量％
の割合で添加される。また、可塑剤にはフタル酸エステ
ル等が、溶剤にはトルエン等を用いることができる。
【００２４】次に、上記のようにして得られたグリーン
シート表面の所定位置に前述したようにＣａＯ成分を添
加した銅メタライズ組成物を含むペーストを印刷して導
体パターンを形成した後、シートを位置合わせして加圧
積層する。
シート表面の所定位置に前述したようにＣａＯ成分を添
加した銅メタライズ組成物を含むペーストを印刷して導
体パターンを形成した後、シートを位置合わせして加圧
積層する。
【００２５】この積層体を３００〜５００℃の水蒸気を
含んだ窒素雰囲気中で熱処理し、シート、及び銅ペース
ト中のバインダー、可塑剤、溶剤を分解除去する。その
後、温度を７００〜８００℃に上げシート及び銅ペース
ト中の残留炭素を除去する。この時の温度が７００℃よ
り低いと残留する炭素を効率良く除去できず、焼成後の
基板中に炭素が残存し、また、８００℃より高いと焼成
収縮による基板の緻密化が進行しすぎて基板内部に未分
解の炭素が残存し、基板の色調不良や絶縁不良が発生す
る。
含んだ窒素雰囲気中で熱処理し、シート、及び銅ペース
ト中のバインダー、可塑剤、溶剤を分解除去する。その
後、温度を７００〜８００℃に上げシート及び銅ペース
ト中の残留炭素を除去する。この時の温度が７００℃よ
り低いと残留する炭素を効率良く除去できず、焼成後の
基板中に炭素が残存し、また、８００℃より高いと焼成
収縮による基板の緻密化が進行しすぎて基板内部に未分
解の炭素が残存し、基板の色調不良や絶縁不良が発生す
る。
【００２６】その後、乾燥窒素雰囲気中で、８００〜１
１００℃、望ましくは９００〜１０５０℃の温度で焼成
することにより、ガラスセラミック多層配線基板を形成
することができる。
１００℃、望ましくは９００〜１０５０℃の温度で焼成
することにより、ガラスセラミック多層配線基板を形成
することができる。
【００２７】
【実施例】ＳｉＯ2：４４重量％、Ａｌ2Ｏ3：２８重量
％、ＭｇＯ：１１重量％、ＺｎＯ：８重量％、Ｂ2Ｏ3：
９重量％の組成を有する結晶性ガラス粉末６０重量％
と、セラミックフィラーとして、ジルコン酸カルシウム
２０重量％、チタン酸ストロンチウム１６重量％、アル
ミナ４重量％からなるガラスセラミック原料粉末１００
重量部に対して、有機バインダーとしてメタクリル酸イ
ソブチル樹脂を固形分で１４重量部、可塑剤としてフタ
ル酸ジブチルを７重量部添加し、トルエンを溶媒として
ボールミルにより４０時間混合し、スラリーを調整し
た。
％、ＭｇＯ：１１重量％、ＺｎＯ：８重量％、Ｂ2Ｏ3：
９重量％の組成を有する結晶性ガラス粉末６０重量％
と、セラミックフィラーとして、ジルコン酸カルシウム
２０重量％、チタン酸ストロンチウム１６重量％、アル
ミナ４重量％からなるガラスセラミック原料粉末１００
重量部に対して、有機バインダーとしてメタクリル酸イ
ソブチル樹脂を固形分で１４重量部、可塑剤としてフタ
ル酸ジブチルを７重量部添加し、トルエンを溶媒として
ボールミルにより４０時間混合し、スラリーを調整し
た。
【００２８】得られたスラリーをドクターブレード法に
より厚さ０．３ｍｍのグリーンシートに成形した。この
シート上に表１に示すＣａＣＯ3添加の銅ペーストを印
刷したものを最上層として６枚加圧積層した成形体を作
製した。銅ペーストのバインダーにはメタクリル酸イソ
ブチルを、溶剤にはテルピネオール及びジブチルフタレ
ートの混合溶液を用いた。銅ペースト中のバインダー量
は銅粉末１００重量部に対して３重量部とした。
より厚さ０．３ｍｍのグリーンシートに成形した。この
シート上に表１に示すＣａＣＯ3添加の銅ペーストを印
刷したものを最上層として６枚加圧積層した成形体を作
製した。銅ペーストのバインダーにはメタクリル酸イソ
ブチルを、溶剤にはテルピネオール及びジブチルフタレ
ートの混合溶液を用いた。銅ペースト中のバインダー量
は銅粉末１００重量部に対して３重量部とした。
【００２９】成形体中の有機成分（バインダー、可塑剤
等）を分解除去するために水蒸気を含んだ窒素雰囲気中
で７５０℃、３時間の熱処理を行い成形体中の残留炭素
量を２００ｐｐｍ以下に低減した後、雰囲気を乾燥窒素
に切り替え９００℃、１時間の焼成を行い銅配線のガラ
スセラミック基板を得た。なお、基板の表面には２ｍｍ
×２ｍｍ（２ｍｍ□）、厚み１５μｍの形状の銅メタラ
イズ層パターンを形成した。なお、得られた基板の磁器
に対してＸ線回折測定を行った結果、アノーサイト相、
ＺｒＯ2相、ＴｉＯ2相、スピネル相、Ａｌ2Ｏ3相の他、
種々の酸化物結晶が検出された。
等）を分解除去するために水蒸気を含んだ窒素雰囲気中
で７５０℃、３時間の熱処理を行い成形体中の残留炭素
量を２００ｐｐｍ以下に低減した後、雰囲気を乾燥窒素
に切り替え９００℃、１時間の焼成を行い銅配線のガラ
スセラミック基板を得た。なお、基板の表面には２ｍｍ
×２ｍｍ（２ｍｍ□）、厚み１５μｍの形状の銅メタラ
イズ層パターンを形成した。なお、得られた基板の磁器
に対してＸ線回折測定を行った結果、アノーサイト相、
ＺｒＯ2相、ＴｉＯ2相、スピネル相、Ａｌ2Ｏ3相の他、
種々の酸化物結晶が検出された。
【００３０】得られた基板に対して、２ｍｍ□のパター
ンにＮｉ−Ａｕメッキ後、リード線を銅メタライズ層表
面と平行に半田で接合し、その後、銅メタライズ表面に
対して垂直方向にリード線を曲げ、オートグラフにより
１０ｍｍ／ｍｉｎの速度でリード線を引っ張り、リード
線が剥がれた時の最大荷重を測定した。
ンにＮｉ−Ａｕメッキ後、リード線を銅メタライズ層表
面と平行に半田で接合し、その後、銅メタライズ表面に
対して垂直方向にリード線を曲げ、オートグラフにより
１０ｍｍ／ｍｉｎの速度でリード線を引っ張り、リード
線が剥がれた時の最大荷重を測定した。
【００３１】半田濡れ性に関して、銅メタライズ層の接
着強度測定用試料においてメッキ後（Ｎｉメッキ：２．
０μｍ、Ａｕメッキ：０．１μｍ）の半田濡れ部の目視
による評価を行い、結果を表１に示した。
着強度測定用試料においてメッキ後（Ｎｉメッキ：２．
０μｍ、Ａｕメッキ：０．１μｍ）の半田濡れ部の目視
による評価を行い、結果を表１に示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】表１の結果から明らかなように、銅メタラ
イズ組成物中に金属酸化物を全く添加しない試料Ｎｏ．
１では、接着強度は１．５ｋｇ／２ｍｍ□であったが、
ＣａＯ成分を添加することにより接着強度が高くなり、
ＣａＯ成分のＣａＯ換算量で０．１〜５．０重量部で３
ｋｇ／２ｍｍ□以上まで高くでき、特に１．０〜５．０
重量部で４ｋｇ／２ｍｍ□以上まで高めることができ
た。しかし、添加量が０．１重量部より少ない試料Ｎ
ｏ．２ではその効果が小さく、５重量部を越えて添加し
た試料Ｎｏ．９では半田に対する濡れ性が悪く、リード
線を取り付けることができず、測定することができなか
った。
イズ組成物中に金属酸化物を全く添加しない試料Ｎｏ．
１では、接着強度は１．５ｋｇ／２ｍｍ□であったが、
ＣａＯ成分を添加することにより接着強度が高くなり、
ＣａＯ成分のＣａＯ換算量で０．１〜５．０重量部で３
ｋｇ／２ｍｍ□以上まで高くでき、特に１．０〜５．０
重量部で４ｋｇ／２ｍｍ□以上まで高めることができ
た。しかし、添加量が０．１重量部より少ない試料Ｎ
ｏ．２ではその効果が小さく、５重量部を越えて添加し
た試料Ｎｏ．９では半田に対する濡れ性が悪く、リード
線を取り付けることができず、測定することができなか
った。
【００３４】なお、本発明の試料Ｎｏ．３〜８につい
て、銅メタライズ層と磁器との界面付近を顕微鏡により
観察するとともに、Ｘ線マイクロアナライザーにより界
面付近の金属元素の存在を調査した結果、メタライズ表
面よりも磁器との界面付近において銅粒子間のガラス量
が増大しており、また、磁器中のガラスを構成する金属
元素がメタライズ層中の銅粒子間に存在していることか
ら、磁器からのガラス成分の銅粒子間への浸透が確認で
きた。
て、銅メタライズ層と磁器との界面付近を顕微鏡により
観察するとともに、Ｘ線マイクロアナライザーにより界
面付近の金属元素の存在を調査した結果、メタライズ表
面よりも磁器との界面付近において銅粒子間のガラス量
が増大しており、また、磁器中のガラスを構成する金属
元素がメタライズ層中の銅粒子間に存在していることか
ら、磁器からのガラス成分の銅粒子間への浸透が確認で
きた。
【００３５】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、銅メタライズ組成物中に、同時焼成する際のガラス
セラミック磁器組成物中のガラス成分の粘性を低下させ
得る金属酸化物を添加することにより、ガラスセラミッ
ク磁器に対する銅メタライズ層の接着強度を向上できる
ため、実装部品の接合信頼性を高めることができる。
ば、銅メタライズ組成物中に、同時焼成する際のガラス
セラミック磁器組成物中のガラス成分の粘性を低下させ
得る金属酸化物を添加することにより、ガラスセラミッ
ク磁器に対する銅メタライズ層の接着強度を向上できる
ため、実装部品の接合信頼性を高めることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】ガラス成分として、少なくともＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3を含む
ガラスセラミック磁器組成物と、８００〜１１００℃で
同時焼成可能な銅を主成分とする銅メタライズ組成物に
おいて、該銅メタライズ組成物中に、前記ガラスセラミ
ック磁器組成物中のガラス成分の粘性を同時焼成時に低
下させ、前記ガラス成分中に５重量％以上含まれている
金属酸化物とは異なる金属酸化物として、ＣａＯ成分を
前記銅１００重量部に対して０．１〜５．０重量部の割
合で含有することを特徴とする銅メタライズ組成物。 - 【請求項２】ガラス成分として、少なくともＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3、アルカリ土類金属酸化物およびＢ2Ｏ3を含む
ガラスセラミック磁器組成物を含むシート状成形体の表
面に、銅を主成分とする銅メタライズ組成物を含むペー
ストを配線パターン状に塗布し、８００〜１１００℃の
温度で同時焼成する配線基板を製造する方法であって、
前記銅メタライズ組成物中に、前記ガラスセラミック磁
器組成物中のガラス成分の粘性を同時焼成時に低下さ
せ、前記ガラス成分中に５重量％以上含まれている金属
酸化物とは異なる金属酸化物として、ＣａＯ成分を前記
銅１００重量部に対して０．１〜５．０重量部の割合で
含有することを特徴とする配線基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31645095A JP3426820B2 (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 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の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31645095A JP3426820B2 (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 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の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09161540A JPH09161540A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3426820B2 true JP3426820B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=18077229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31645095A Expired - Fee Related JP3426820B2 (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 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の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3426820B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000124157A (ja) * | 1998-08-10 | 2000-04-28 | Vacuum Metallurgical Co Ltd | Ｃｕ薄膜の形成法 |
| JP6201190B2 (ja) * | 2014-04-25 | 2017-09-27 | 住友金属鉱山株式会社 | 厚膜導体形成用組成物及びそれを用いて得られる厚膜導体 |
-
1995
- 1995-12-05 JP JP31645095A patent/JP3426820B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09161540A (ja) | 1997-06-20 |
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