JP4544837B2 - Copper paste for ceramic wiring board, ceramic wiring board, and method for manufacturing ceramic wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック基板上に回路を形成するために、印刷して同時焼成されるセラミック配線基板用銅ペースト、それを用いたセラミック配線基板及びセラミック配線基板の製造方法に関するものであり、特にろう付け等の接合法により回路部品が接続される配線基板に用いるセラミック配線基板用銅ペースト、それを用いたセラミック配線基板及びセラミック配線基板の製造方法に関するものである。 The present invention, in order to form a circuit on a ceramic substrate, a ceramic wiring board copper paste are co-fired with printing, and a method for producing a ceramic wiring substrate and the ceramic wiring board using the same, in particular wax ceramic wiring board copper paste for use in the wiring board circuit components are connected by a joining method such as with a process for producing a ceramic wiring substrate and the ceramic wiring board using the same.
近年、配線基板は、情報通信の高速化に伴い、GHz帯以上の高周波領域で使用され、伝送損失の低減が要求されている。このため、配線基板は、比較的低い誘電率をもつセラミック基板上に、導体抵抗が少なくて低融点金属である銀や銅等から成る導体層が形成されている。特に、導体層は、回路の高密度化が進むにしたがい、マイグレーションの防止を図るために銅が用いられ、導体層として銅が印刷されたセラミック基板は、銅の酸化を抑制しつつ伝送損失の低い配線基板を得るために湿潤窒素雰囲気中(水蒸気と窒素ガスの混合雰囲気中)で焼成が行われる。 2. Description of the Related Art In recent years, wiring boards have been used in a high-frequency region of the GHz band or higher with the increase in information communication speed, and reduction of transmission loss is required. Therefore, in the wiring board, a conductor layer made of silver, copper, or the like, which has a low conductor resistance and a low melting point metal, is formed on a ceramic substrate having a relatively low dielectric constant. In particular, as the circuit density of a conductor layer increases, copper is used to prevent migration, and a ceramic substrate on which copper is printed as a conductor layer reduces transmission loss while suppressing copper oxidation. In order to obtain a low wiring board, firing is performed in a wet nitrogen atmosphere (in a mixed atmosphere of water vapor and nitrogen gas).
配線基板は、一般に、セラミック原料粉末と有機バインダー、溶媒等を用いて調製したスラリーをドクターブレード法等のシート成形でセラミックグリーンシートを成形し、このセラミックグリーンシート上に、銅ペーストを用いて配線パターン印刷して乾燥させ、次いで、セラミックグリーンシートを、水蒸気と窒素ガスの混合雰囲気中において、数百℃の温度で脱バインダーを行って銅ペースト及びセラミックグリーンシートに含有される有機成分を除去し、略1000℃以上に昇温して焼成を行うことにより作製される。 In general, a wiring board is formed by forming a ceramic green sheet from a slurry prepared using a ceramic raw material powder, an organic binder, a solvent, and the like by sheet forming such as a doctor blade method, and wiring using a copper paste on the ceramic green sheet. After pattern printing and drying, the ceramic green sheet is debindered at a temperature of several hundred degrees Celsius in a mixed atmosphere of water vapor and nitrogen gas to remove the organic components contained in the copper paste and the ceramic green sheet. It is manufactured by raising the temperature to approximately 1000 ° C. or higher and performing firing.
配線基板は、機器の高密度実装化及び多機能化が進むにしたがい、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子や放熱部品、端子等、種々の回路部品が搭載されるため、配線基板に形成される導体層の密着強度に一層高い信頼性が求められる。 As circuit boards are mounted with high-density mounting and multi-functionality of devices, various circuit components such as semiconductor elements such as transistors and diodes, heat-dissipating parts, and terminals are mounted. Higher reliability is required for the adhesion strength of the layers.
特に、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子が搭載された配線基板は、半導体素子が入力信号により発熱して温度上昇し、半導体素子の特性を劣化させたり、回路基板に搭載した他の回路部品の特性を劣化させたりする原因となるので放熱対策が重要である。そこで、配線基板は、導体層を介して放熱体が接続されて用いられる場合が多く、配線基板上に形成された導体層には、熱負荷に対してふくれや剥離などの無い密着強度が要求される。 In particular, a wiring board on which a semiconductor element such as a transistor or a diode is mounted has a semiconductor element that generates heat due to an input signal and rises in temperature, thereby degrading characteristics of the semiconductor element or characteristics of other circuit components mounted on the circuit board. Heat dissipation measures are important. Therefore, a wiring board is often used with a heat sink connected through a conductor layer, and the conductor layer formed on the wiring board is required to have adhesion strength that does not cause blistering or peeling against thermal loads. Is done.
配線基板に形成された導体層のふくれや剥離を防止するための対策として、銅ペースト中に含まれる有機ビヒクルが焼成工程においてガスを発生して導体層のふくれや剥離を起こすことに着目し、銅ペーストに、亜鉛―カルシウムアルミニウムケイ酸塩ガラスフリット、亜鉛―マグネシウムーバリウムーアルミニウムケイ酸塩ガラスフリットおよびそれらの混合物から選ばれた失透性ガラスフリット、酸化ビスマス、酸化カドミニウム等、特定の酸化物を添加させることによりガスの発生を抑制し導体層の剥離やふくれを防止しようとするものがある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の技術によれば、銅ペーストにガラスフリットを添加しているので、配線基板に導体層として用いると導体層の表面にガラスが浮き出して残留し、半田付け性やメッキ性を損なうという問題点があり、且つ、配線基板を加熱すると導体層のふくれや剥離が発生するので、ふくれを防止する対策が不十分であるという問題点があった。 However, according to the technique of Patent Document 1, since glass frit is added to the copper paste, when it is used as a conductor layer on a wiring board, the glass is raised and remains on the surface of the conductor layer, and solderability and plating properties are improved. In addition, there is a problem that the conductor layer is swollen or peeled off when the wiring board is heated, and there is a problem that measures for preventing the blister are insufficient.
本発明は、前記問題点を解決するもので、導体層に銅を用いた配線基板において、導体層のメッキ性や半田付け性が良好であり、配線基板を加熱しても導体層のふくれや剥離が抑えられることに加え、セラミック基板と銅ペーストの焼成による配線基板の反りやうねりも抑えられることによって、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子や放熱部品、端子等、種々の回路部品が接続して高い信頼性を有するセラミック配線基板用銅ペーストとそれを用いたセラミック配線基板とセラミック配線基板の製造方法とを提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above problems, and in a wiring board using copper as a conductor layer, the plating property and solderability of the conductor layer are good. In addition to suppressing peeling, it also suppresses warping and undulation of the wiring substrate due to firing of the ceramic substrate and copper paste , thereby connecting various circuit components such as transistors, diodes and other semiconductor elements, heat dissipation components, terminals, etc. It is an object of the present invention to provide a highly reliable copper paste for a ceramic wiring board , a ceramic wiring board using the copper paste, and a method for manufacturing the ceramic wiring board .
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、セラミックグリーンシートに導体層として塗布され、セラミックグリーンシートと同時に焼成されることによって、導体層を有するセラミック配線基板を作成するのに用いられるセラミック配線基板用銅ペーストであって、
銅粉末と有機ビヒクルとFe2O3粒子とを含有すると共に、
焼成によりセラミックグリーンシート中に含まれるガラス内に溶け込む材料として、平均粒径が50nm以下のSiO2 、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属の少なくとも一種類を、酸化物の形態で含むことを特徴とする。
請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペースト(以下、銅ペーストともいう。)は、Fe2O3粒子を含有しているので、これを用いて非酸化雰囲気中で焼成することによりセラミック配線基板(以下、配線基板ともいう。)との密着強度が優れた導体層が形成され、この配線基板にトランジスタ、ダイオード等の半導体素子や放熱部品、端子等、種々の回路部品をハンダや各種低融点合金等の接合材を用いたろう付けなどの接合法により加熱して接続しても導体層のふくれや剥離が生ずることなく、導体層の密着強度が優れた配線基板が得られる。
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is to apply a ceramic green sheet as a conductor layer and to fire the ceramic green sheet at the same time to produce a ceramic wiring board having a conductor layer. A copper paste for a ceramic wiring board used for
Containing copper powder, organic vehicle and Fe 2 O 3 particles ,
As a material that melts into the glass contained in the ceramic green sheet by firing, it contains at least one of SiO 2 , alkali metal , and alkaline earth metal having an average particle size of 50 nm or less in the form of an oxide. To do.
Since the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1 (hereinafter also referred to as copper paste) contains Fe 2 O 3 particles, the ceramic wiring is fired in a non-oxidizing atmosphere using this. A conductor layer having excellent adhesion strength to a substrate (hereinafter also referred to as a wiring substrate) is formed, and various circuit components such as semiconductor elements such as transistors and diodes, heat dissipation components, terminals, etc. are soldered on the wiring substrate. Even when heated and connected by a joining method such as brazing using a joining material such as a melting point alloy, the conductor layer does not bulge or peel off, and a wiring board having excellent conductor layer adhesion strength can be obtained.
銅ペースト中にFe2O3粒子を添加することによって導体層の密着強度が向上する理由は以下のごとく推察される。
一般に、配線基板を作製する焼成工程において、銅金属と低温焼成磁器材料中の液相成分との濡れが悪いので低温焼成磁器材料と銅金属との密着性は悪いと知られている。一般に、酸化銅を銅ペーストに添加することにより、低温焼成磁器材料の液相成分との濡れ性を向上させ、銅金属の密着性を改善しようとする方法が知られているが、この方法によって得られた配線基板をろう付け等の接合工程で加熱すると導体層にふくれが生じてしまい、導体層と配線基板との密着性が不十分であった。
The reason why the adhesion strength of the conductor layer is improved by adding Fe 2 O 3 particles to the copper paste is presumed as follows.
In general, it is known that the adhesion between the low-temperature fired porcelain material and the copper metal is poor because the wettability between the copper metal and the liquid phase component in the low-temperature fired porcelain material is poor in the firing step for producing the wiring board. In general, there is a known method of adding copper oxide to a copper paste to improve the wettability with a liquid phase component of a low-temperature fired porcelain material and to improve the adhesion of copper metal. When the obtained wiring board is heated in a joining process such as brazing, the conductor layer is swollen, and the adhesion between the conductor layer and the wiring board is insufficient.
即ち、銅酸化物を添加した銅ペーストを用いると、配線基板と導体層との密着面は、金属酸化物の存在する界面と金属酸化物が存在しない界面とが混ざり合って構成され、加熱することにより、金属酸化物が存在しない界面(密着性の劣る界面)からふくれが発生して顕在化したものと思われる。 That is, when a copper paste to which copper oxide is added is used, the adhesion surface between the wiring board and the conductor layer is configured by mixing the interface where the metal oxide is present and the interface where the metal oxide is not present, and heating. Thus, blistering appears from the interface where the metal oxide does not exist (interface with poor adhesion), and it appears to have become obvious.
そこで本発明は、銅ペーストにFe2O3粒子を添加し、配線基板と導体層との密着面全域に、均一に金属酸化物が存在する界面を構成し、導体層と配線基板との密着性を向上させたものである。 Therefore, the present invention adds Fe 2 O 3 particles to the copper paste to form an interface in which the metal oxide is uniformly present over the entire contact surface between the wiring board and the conductor layer, and to adhere the conductor layer to the wiring board. Improved.
Fe2O3粒子を銅ペーストに添加して焼成工程で700℃より高い温度に移行すると、下記(式1)の化学反応が発現する。
2Cu + 3Fe2O3 → Cu2O + 2Fe3O4 … (式1)
つまり、焼成温度域で、Fe2O3がCuの酸化剤として働き、Cu全体を僅かに酸化させるのではないかと考えられる。
When Fe 2 O 3 particles are added to the copper paste and the temperature shifts to a temperature higher than 700 ° C. in the firing step, the following chemical reaction (formula 1) appears.
2Cu + 3Fe 2 O 3 → Cu 2 O + 2Fe 3 O 4 (Formula 1)
That is, it is considered that Fe 2 O 3 acts as an oxidizing agent for Cu in the firing temperature range and slightly oxidizes the entire Cu.
このとき、Cuの酸化は極僅かな量であるがCu全体が均一に酸化されるので、焼成において、銅と低温焼成磁器材料の液相成分との濡れ性が全体にわたって向上し、局部的なふくれの発生が抑制されるものと考えられる。 At this time, although the oxidation of Cu is a very small amount, the entire Cu is uniformly oxidized, so that the wettability between copper and the liquid phase component of the low-temperature fired porcelain material is improved throughout the firing. It is thought that the occurrence of blistering is suppressed.
前記Fe2O3は、Fe2O3を主成分とする酸化鉄粒子であり、Fe2O3以外の酸化鉄(例えば、Fe3O4やFeOなど)やFe金属が含まれていても良い。
また、前記Fe2O3の平均粒径は、1μm以下が好ましい。その理由は、Fe2O3の平均粒径が1μmを越えると、導体層中のFeの分散にむらができて、導体層のふくれの抑制効果が低減するからである。Fe2O3の平均粒径は、特には500nm以下、更には100nm以下が好ましい。その理由は、少量のFe2O3粒子の添加でも、ふくれ抑制効果が発現するからである。また、Fe2O3の平均粒径の下限値は、小さいほど導体層のふくれを抑制する効果があって好ましいが、実用上5nmで良い。
The Fe 2 O 3 is iron oxide particles mainly composed of Fe 2 O 3 , and may contain iron oxide other than Fe 2 O 3 (for example, Fe 3 O 4 or FeO) or Fe metal. good.
The average particle size of the Fe 2 O 3 is preferably 1 μm or less. The reason is that if the average particle diameter of Fe 2 O 3 exceeds 1 μm, the dispersion of Fe in the conductor layer can be uneven, and the effect of suppressing swelling of the conductor layer is reduced. The average particle diameter of Fe 2 O 3 is particularly preferably 500 nm or less, and more preferably 100 nm or less. The reason for this is that even if a small amount of Fe 2 O 3 particles is added, the blistering suppression effect is exhibited. Further, the lower limit of the average particle diameter of Fe 2 O 3 is preferable as it has an effect of suppressing swelling of the conductor layer, but it may be 5 nm practically.
また、前記Fe2O3の添加量は、銅粉末100質量部に対して、0.1質量部〜10.0質量部の範囲が好ましい。その理由は、Fe2O3の添加量が0.1質量部よりも少ないと、導体層ふくれの抑制効果が低減し、Fe2O3の添加量が10.0質量部より多いと導体抵抗が大きくなるからである。Fe2O3の添加量は、特には0.1〜5.0質量部、更には0.1〜2.0質量部が好ましい。その理由は、導体抵抗を増大させずにふくれを抑制する最適な範囲だからである。 The amount of the Fe 2 O 3, relative to the copper powder 100 parts by weight, preferably in the range of 0.1 part by weight to 10.0 parts by weight. The reason is that if the addition amount of Fe 2 O 3 is less than 0.1 parts by mass, the effect of suppressing the conductor layer swelling is reduced, and if the addition amount of Fe 2 O 3 is more than 10.0 parts by mass, the conductor resistance is reduced. This is because it becomes larger. The amount of Fe 2 O 3 added is particularly preferably 0.1 to 5.0 parts by mass, more preferably 0.1 to 2.0 parts by mass. The reason is that it is an optimal range for suppressing blistering without increasing the conductor resistance.
銅粉末は、平均粒径が0.5μm〜10μmの範囲が好ましい。その理由は、銅粉末の平均粒径が0.5μmより小さいと銅の焼結開始温度が低くなりすぎて配線基板に反りやうねりが発生することがあり、銅粉末の平均粒径が10μmより大きいと、配線基板に微細な配線パターンを形成することが困難になるからである。銅粉末の平均粒径は、更には1〜7μm若しくは2〜5μmが好ましい。その理由は、うねり抑制と微細配線を両立させる最適な範囲だからである。このとき、銅粉末の形状は、略球状、樹枝状、フレーク状等のいずれでも使用できる。 The copper powder preferably has an average particle size in the range of 0.5 μm to 10 μm. The reason is that if the average particle size of the copper powder is smaller than 0.5 μm, the sintering start temperature of the copper becomes too low, and the wiring substrate may be warped or wavy, and the average particle size of the copper powder is more than 10 μm. This is because if it is large, it is difficult to form a fine wiring pattern on the wiring board. The average particle diameter of the copper powder is further preferably 1 to 7 μm or 2 to 5 μm. The reason is that it is in an optimum range that achieves both swell suppression and fine wiring. At this time, the shape of the copper powder can be any of a substantially spherical shape, a dendritic shape, a flake shape and the like.
有機ビヒクルは、有機高分子を有機溶剤に溶解させたもので有り、この有機高分子は、エチルセルロース、アクリル樹脂、ポリメチルスチレン、ブチラール樹脂、PTFE、アルキッド樹脂、ポリアルキレンカーボネート等の少なくともいずれか一つを用いるが、特に、焼成において分解性が向上し緻密で低抵抗の導体層を得ることができるのでアクリル樹脂が好ましく、更には、ポリ―n―ブチルメタクリレート、ポリ―2−エチルヘキシルメタクリレートが好ましい。 The organic vehicle is obtained by dissolving an organic polymer in an organic solvent, and the organic polymer is at least one of ethyl cellulose, acrylic resin, polymethylstyrene, butyral resin, PTFE, alkyd resin, polyalkylene carbonate, and the like. In particular, an acrylic resin is preferable because the decomposability is improved in baking and a dense and low-resistance conductor layer can be obtained, and poly-n-butyl methacrylate and poly-2-ethylhexyl methacrylate are more preferable. .
有機溶剤は、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール、ジブチルフタレート等の高沸点溶剤を使用することが好ましい。
また、有機ビヒクルの含有量は、銅粉末100質量部に対して、20〜40質量部の範囲が好ましく、20〜30質量部の範囲がより好ましい。その理由は、有機ビヒクルの含有量が20質量部未満の場合、銅ペーストの流動性が低下し、配線基板に銅ペーストを塗布する際に、作業性を損なって好ましくないからであり、一方、有機ビヒクルの含有量が40質量部を越えると、配線基板に銅ペーストを塗布して乾燥させると導体層の厚みがバラツキ易く好ましくないからである。
The organic solvent is preferably a high-boiling solvent such as terpineol, butyl carbitol acetate, butyl carbitol, dibutyl phthalate or the like.
Moreover, the range of 20-40 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of copper powder, and, as for content of an organic vehicle, the range of 20-30 mass parts is more preferable. The reason is that when the content of the organic vehicle is less than 20 parts by mass, the fluidity of the copper paste is lowered, and when applying the copper paste to the wiring board, the workability is impaired, on the other hand, This is because if the content of the organic vehicle exceeds 40 parts by mass, it is not preferable to apply a copper paste to the wiring board and dry it, because the thickness of the conductor layer tends to vary.
また、銅ペーストの粘度は、5000ポイズ〜30ポイズの範囲が好ましい。その理由は、銅ペーストの粘度が5000ポイズを越えると、銅ペーストの流動性が低下し、配線基板に銅ペーストを塗布する際に、作業性を損ない好ましくないからであり、一方、銅ペーストの粘度が30ポイズ未満であると、配線基板に銅ペーストを塗布して乾燥させると導体層の厚みがバラツキ易く好ましくないからである。 The viscosity of the copper paste is preferably in the range of 5000 poise to 30 poise. The reason for this is that when the viscosity of the copper paste exceeds 5000 poise, the fluidity of the copper paste is lowered, which is not preferable because the workability is impaired when the copper paste is applied to the wiring board. This is because if the viscosity is less than 30 poise, the thickness of the conductor layer is likely to vary when the copper paste is applied to the wiring board and dried, which is not preferable.
銅ペーストは、可塑剤、増粘剤、レベリング剤、消泡剤等の成分が含まれていても良い。
また、請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストには、焼成によりセラミックグリーンシート中に含まれるガラス内に溶け込む材料として、平均粒径が50nm以下のSiO2 、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属の少なくとも一種類が、酸化物の形態で含まれている。
これにより、銅粉末の焼結性が向上し、反りやうねりの少ない配線基板が得られる。
The copper paste may contain components such as a plasticizer, a thickener, a leveling agent, and an antifoaming agent.
Moreover, the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1 includes SiO 2 having an average particle size of 50 nm or less, an alkali metal , and an alkaline earth as a material that is melted into the glass contained in the ceramic green sheet by firing. At least one type of metal is included in the form of an oxide.
More This improves the sinterability of copper powder, less wiring board warp or waviness is obtained.
なお、表面に露呈した導体層にメッキ処理が施されるセラミック配線基板において、導体層を形成するのに用いる場合、本発明のセラミック配線基板用銅ペーストには、請求項2に記載のように、焼成によりガラス化しない材料として、平均粒径が50nm以下のAl 2 O 3 、TiO 2 、CeO 2 、ムライトの少なくとも一種類を含むようにするとよい。
そして、このようにすれば、導体層のメッキ性が向上し、導体層の表面へ良好にメッキ処理を施すことができ、配線基板を加熱しても導体層やメッキ等のふくれや剥離などが生じるのを防止できる。 In the ceramic wiring board in which the conductor layer exposed on the surface is plated, when used to form the conductor layer, the copper paste for a ceramic wiring board according to the present invention includes: As a material that does not vitrify by firing , it is preferable to include at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 , CeO 2 , and mullite having an average particle size of 50 nm or less .
And, in this way, the plating property of the conductor layer is improved, the surface of the conductor layer can be satisfactorily plated , and even if the wiring board is heated, the conductor layer, plating or the like is blistered or peeled off. It can be prevented from arising.
ここで、請求項1、2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストにおいて、銅粉末の焼結性を向上させるSiO 2 等の材料や、メッキ性を向上させるTiO 2 等の材料は、平均粒径が50nm以下とされている。
これにより、請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストによれば、セラミック配線基板にうねりが発生し易くなるのを防止できる。また、請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストによれば、この効果に加えて、導体層のメッキ性が損なわれるのを防止できるという効果が得られる。
なお、これら各材料(以下、単にTiO 2 やSiO 2 等ともいう)の平均粒径は、30nm以下がより好ましい。そして、その平均粒径は、小さいほど上記効果を発揮できるので好ましいが、その下限値は、実用上5nmで良い。
Here, in the copper paste for a ceramic wiring board according to
Thus , according to the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1, it is possible to prevent the ceramic wiring board from being easily swelled . Further, according to the ceramic wiring board copper paste according to
Note that each of these materials (hereinafter, simply referred to as TiO 2 or SiO 2, etc.) the average particle size of more have preferably is 30nm or less. The smaller the average particle diameter , the better because the above effect can be exhibited. However, the lower limit is practically 5 nm.
また、TiO2 やSiO2 等の添加量は、銅粉末100質量部に対して、0.1〜5.0質量部の範囲で添加することが好ましい。その理由は、SiO 2 等の添加量が0.1質量部より少ないと、うねりの抑制効果が現れず、TiO 2 等の添加量が0.1質量部より少ないと、導体層のメッキ性が劣化し、SiO 2 等の添加量が5.0質量部より多いと銅の焼結性が損なわれるからである。
そして、TiO2 やSiO2 等の添加量は、更には、0.1〜1.0質量部の範囲で添加することが好ましい。その理由は、上記効果を発現させる最適な範囲だからである。
The amount of such TiO 2 and SiO 2, relative to the copper powder 100 parts by weight, it is preferably added in an amount of 0.1 to 5.0 parts by weight. The reason is that if the added amount of SiO 2 or the like is less than 0.1 parts by mass, the effect of suppressing waviness does not appear, and if the added amount of TiO 2 or the like is less than 0.1 parts by mass, the plating property of the conductor layer is reduced. This is because if the amount of SiO 2 or the like is deteriorated and the amount is more than 5.0 parts by mass, the copper sinterability is impaired.
The amount of such TiO 2 and SiO 2 is further preferably added in the range of 0.1 to 1.0 parts by weight. The reason is that it is an optimal range in which the above effects are manifested.
また、請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストにおいて、焼成によりセラミックグリーンシート中に含まれるガラス内に溶け込み、銅の焼結性を向上するために、酸化物の形態で用いるアルカリ金属やアルカリ土類金属としては、MgO、CaO、Na2O 、K2O 等を挙げることができる。
また、請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストにおいて、特にSiO2 は、少量の添加によってうねりを抑制でき、導体層表面のガラス浮きを低減できるので好ましい。
In addition, in the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1, the alkali metal used in the form of an oxide is used in order to melt into the glass contained in the ceramic green sheet by firing and improve the sinterability of copper. Examples of the alkaline earth metal include MgO, CaO, and Na 2 O, K 2 O or the like.
Further, in the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1, particularly SiO 2. Is preferable because addition of a small amount can suppress undulation and reduce glass floating on the surface of the conductor layer.
また、TiO2 やSiO2 等の表面は、親水性であることが好ましい。
その理由は、疎水処理をしたものは有機成分の分解性が悪くなり、残存炭素量が増える原因となるからである。
Further, the surface of TiO 2 or SiO 2 is preferably hydrophilic.
The reason is that those subjected to the hydrophobic treatment deteriorate the decomposability of the organic component and increase the amount of residual carbon .
一方、請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストにおいて、導体層のメッキ性向上のために用いる、Al2O3、TiO2 、CeO2 、ムライト等は、セラミックグリーンシートや銅ペーストに含まれる添加剤と反応しないように個別に留意して、適宜材質を選択するとよい。
このうち、特にTiO2 は、配線基板のうねり量を低減できて導体層の密着強度も一層向上するので好ましい。
On the other hand, in the copper paste for ceramic wiring board according to
Of these, TiO 2 in particular Is preferable because the amount of waviness of the wiring board can be reduced and the adhesion strength of the conductor layer is further improved.
また、請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストにおいて、銅の焼結性を向上させるためのアルカリ金属やアルカリ土類金属、SiO 2 等の材料と、導体層のメッキ性を向上させるためのAl2 O 3 、TiO2 、CeO2 、ムライト等の材料は、両者の長所をバランスよく発揮できる適量比で混合するとよい。
なお、本発明(請求項1、2)のセラミック配線基板用銅ペーストは、請求項3に記載のように、セラミック配線基板において、放熱体、接続端子、発熱を伴う電子部品を覆う蓋体、及び回路部品の少なくとも一つが、接合材を介して接続される導体層を形成するのに用いるようにするとよい。そして、このようにすれば、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子や放熱部品、端子等、種々の回路部品を導体層に接続した際、高い信頼性を有するセラミック基板を構成できる。 Further, in the copper paste for a ceramic wiring board according to
The copper paste for a ceramic wiring board according to the present invention (Claims 1 and 2) is, as described in
次に、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストを導体層としてセラミックグリーンシートに塗布し、焼成したことを特徴とするセラミック配線基板である。
従って、請求項4に記載のセラミック配線基板によれば、配線基板を加熱しても導体層のふくれや剥離などが生ずることがなく、導体層の半田付け性等も良好であるという効果が得られる。
また、請求項5に記載の発明は、請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストを導体層としてセラミックグリーンシートに塗布して焼成すると共に、焼成後、表面に露呈する導体層にメッキ処理が施されたことを特徴とするセラミック配線基板である。
従って、請求項5に記載のセラミック配線基板によれば、配線基板を加熱しても導体層のふくれや剥離などが生ずることがなく、導体層のメッキ性や半田付け性等も良好であるという効果が得られる。
Next, the invention of
Therefore, according to the ceramic wiring board of the fourth aspect, there is no effect that the conductor layer does not bulge or peel off even when the wiring board is heated, and the solderability of the conductor layer is good. It is done.
The invention according to claim 5 is a method of applying the copper paste for a ceramic wiring board according to
Therefore, according to the ceramic wiring board of the fifth aspect, there is no blistering or peeling of the conductor layer even when the wiring board is heated, and the plating property or solderability of the conductor layer is good. An effect is obtained.
次に、請求項6に記載の発明は、請求項4又は請求項5に記載のセラミック配線基板において、導体層に、放熱体、接続端子、発熱を伴う電子部品を覆う蓋体、及び回路部品の少なくとも一つを、接合材を介して接続してなることを特徴とする。
Next, the invention according to
請求項6に記載のセラミック配線基板によれば、ろう材等の接合材を溶融させて放熱体、接続端子、蓋体や回路部品を接続しても導体層の剥離やふくれが生ずることがない。このため、放熱部材や実装用の接続端子、発熱を伴う電子部品(半導体素子等)を覆うように配設される蓋体、回路部品等を、導電層に接続した際、高い信頼性が得られるセラミック配線基板を実現できる。
なお、放熱体、接続端子、蓋体や回路部品等の接続は、セラミックグリーンシートと同時焼成を行った導体層の表面に直接接続してもよいが、この導体層の表面に放熱体、接続端子、蓋体、回路部品等との接合に好ましい二次導体層を形成し、二次導体層を介して接続してもよい。
According to the ceramic wiring board of
The radiator, connection terminal, lid and circuit components may be connected directly to the surface of the conductor layer that has been fired simultaneously with the ceramic green sheet. A secondary conductor layer preferable for joining with a terminal, a lid, a circuit component, or the like may be formed and connected via the secondary conductor layer.
放熱体としては、例えばヒートシンクやサーマルビア等が挙げられる。接続端子としては、例えばピン端子やリード端子やフリップチップ端子、ランド端子、はんだボール端子等が挙げられる。蓋体としては、例えば板状の金属製リッドやセラミック製リッド等が挙げられる。回路部品としては、例えば半導体素子や、コンデンサ、インダクタ、レジスタ等の電子部品等が挙げられる。 Examples of the radiator include a heat sink and a thermal via. Examples of connection terminals include pin terminals, lead terminals, flip chip terminals, land terminals, solder ball terminals, and the like. Examples of the lid include a plate-shaped metal lid and a ceramic lid. Examples of the circuit components include semiconductor components, electronic components such as capacitors, inductors, and resistors.
金具接続に用いられるろう材には、ハンダ(Sn−Pb合金)やAuろう、Agろう、Cuろう等の各種低融点合金が使用できる。この合金の融点は270℃〜800℃であることが好ましい。270℃より小さいと、PCB実装時のハンダ付けで合金が溶融してしまい、金具位置がずれてしまうからである。800℃より大きいと、配線基板に使用するガラスの軟化点に近くなり、配線基板が変形してしまうからである。特に融点が300℃〜600℃、更には300℃〜500℃の合金が好ましい。これら融点の合金は取り扱いが容易だからである。 Various low melting point alloys such as solder (Sn—Pb alloy), Au brazing, Ag brazing, and Cu brazing can be used for the brazing material used for the metal fitting connection. The melting point of this alloy is preferably 270 ° C to 800 ° C. If the temperature is lower than 270 ° C., the alloy is melted by soldering at the time of PCB mounting, and the metal fitting position is shifted. This is because if it is higher than 800 ° C., it becomes close to the softening point of the glass used for the wiring board, and the wiring board is deformed. In particular, an alloy having a melting point of 300 ° C to 600 ° C, more preferably 300 ° C to 500 ° C is preferable. This is because these melting point alloys are easy to handle.
次に、請求項7に記載の発明は、請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストを用いてセラミック配線基板を製造するセラミック配線基板の製造方法に関する発明であり、Next, the invention according to claim 7 is an invention relating to a method for manufacturing a ceramic wiring board, wherein the ceramic wiring board is manufactured using the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1.
請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペーストをセラミックグリーンシートに塗布する第1工程と、 第1工程にてセラミック配線基板用銅ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを、650〜900℃の湿潤窒素雰囲気中にさらして有機成分を除去する第2工程と、 A first step of applying the copper paste for a ceramic wiring board according to claim 1 to a ceramic green sheet; and a ceramic green sheet to which the copper paste for a ceramic wiring board is applied in the first step is wet at 650 to 900 ° C A second step of removing organic components by exposure to a nitrogen atmosphere;
第2工程にて有機成分が除去されたセラミックグリーンシートを850〜1050℃で焼成して、前記導体層と絶縁層とを形成する第3工程と、 A third step of firing the ceramic green sheet from which organic components have been removed in the second step at 850 to 1050 ° C. to form the conductor layer and the insulating layer;
を含むことを特徴とする。 It is characterized by including.
従って、請求項7に記載のセラミック配線基板の製造方法によれば、加熱しても導体層にふくれや剥離などが生ずることがなく、導体層の半田付け性等も良好な、請求項4に記載のセラミック配線基板を製造することができる。Therefore, according to the method for manufacturing a ceramic wiring board according to claim 7, the conductor layer does not bulge or peel off even when heated, and the solderability of the conductor layer is good. The described ceramic wiring board can be manufactured.
次に、請求項8に記載の発明は、請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストを用いてセラミック配線基板を製造するセラミック配線基板の製造方法であり、Next, the invention according to
請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペーストをセラミックグリーンシートに塗布する第1工程と、 A first step of applying the copper paste for a ceramic wiring board according to
第1工程にてセラミック配線基板用銅ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを、650〜900℃の湿潤窒素雰囲気中にさらして有機成分を除去する第2工程と、 A second step of removing the organic component by exposing the ceramic green sheet coated with the copper paste for a ceramic wiring board in a first step to a wet nitrogen atmosphere at 650 to 900 ° C .;
第2工程にて有機成分が除去されたセラミックグリーンシートを850〜1050℃で焼成して、前記導体層と絶縁層とを形成する第3工程と、 A third step of firing the ceramic green sheet from which organic components have been removed in the second step at 850 to 1050 ° C. to form the conductor layer and the insulating layer;
第3工程にて焼成されて当該セラミック配線基板の表面に露呈した導体層にメッキ処理を施す第4工程と、 A fourth step of plating the conductor layer which is baked in the third step and exposed on the surface of the ceramic wiring board;
を含むことを特徴とする。 It is characterized by including.
従って、請求項8に記載のセラミック配線基板の製造方法によれば、加熱しても導体層にふくれや剥離などが生ずることがなく、導体層のメッキ性や半田付け性等も良好な、請求項5に記載のセラミック配線基板を製造することができる。Therefore, according to the method for manufacturing a ceramic wiring board according to
また、請求項9に記載の発明は、請求項7又は請求項8に記載のセラミック配線基板の製造方法にであって、導体層に、放熱体、接続端子、発熱を伴う電子部品を覆う蓋体、及び回路部品の少なくとも一つを、接合材を介して接続する工程を含むことを特徴とする。The invention according to claim 9 is the method for manufacturing a ceramic wiring board according to claim 7 or
従って、請求項9に記載のセラミック配線基板の製造方法によれば、放熱部材や実装用の接続端子、発熱を伴う電子部品(半導体素子等)を覆うように配設される蓋体、回路部品等を、導電層に接続した際、高い信頼性が得られる、請求項6に記載のセラミック配線基板を製造することができる。 Therefore, according to the method for manufacturing a ceramic wiring board according to claim 9, the cover member and the circuit component disposed so as to cover the heat radiation member, the connection terminal for mounting, the electronic component (semiconductor element or the like) that generates heat. The ceramic wiring board according to
以下に、一実施例を用いて本発明について説明する。
「セラミックグリーンシートの作製」
まず、SiO2が63.3質量部、B2O3が24.1質量部、Al2O3が5.7質量部、CaOが6.9質量部の組成を有するガラス粉末50質量部とアルミナフィラー50質量部とを混合させて粒径2.5μmの混合粉末を作製した。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to one embodiment.
"Production of ceramic green sheets"
First, 50 parts by mass of glass powder having a composition of 63.3 parts by mass of SiO 2 , 24.1 parts by mass of B 2 O 3 , 5.7 parts by mass of Al 2 O 3 , and 6.9 parts by mass of CaO; A mixed powder having a particle size of 2.5 μm was prepared by mixing 50 parts by mass of an alumina filler.
次いで、混合粉末100質量部に対して、アクリル樹脂から成るバインダーを20質量部とフタル酸ジブチルから成る可塑剤10質量部、適量のトルエン・MEK混合溶媒とを加えスラリーを作製した。 Next, 20 parts by mass of a binder composed of an acrylic resin, 10 parts by mass of a plasticizer composed of dibutyl phthalate, and an appropriate amount of a toluene / MEK mixed solvent were added to 100 parts by mass of the mixed powder to prepare a slurry.
次いで、前記スラリーを用いてドクターブレード法等のシート成形により厚さ250μmのセラミックグリーンシートを成形した。このセラミックグリーンシートは、比較的低温(ここでは、1000℃をいう)で焼成できる低温焼成用のグリーンシートである。 Next, a ceramic green sheet having a thickness of 250 μm was formed by sheet forming such as a doctor blade method using the slurry. This ceramic green sheet is a green sheet for low-temperature firing that can be fired at a relatively low temperature (here, 1000 ° C.).
「銅ペーストの作製」
次いで、平均粒径が2.8μmの銅紛100質量部に対して、ビヒクルを25質量部と(表1)に表した添加剤とを加えて3本ロールミルで混合して銅ペーストを作製した。ビヒクルは、テルピネオール70質量部にポリイソブチルメタクリレート30質量部を溶解して調整したものを用いた。
"Preparation of copper paste"
Next, with respect to 100 parts by mass of copper powder having an average particle size of 2.8 μm, 25 parts by mass of the vehicle and the additives shown in (Table 1) were added and mixed with a three roll mill to prepare a copper paste. . A vehicle prepared by dissolving 30 parts by mass of polyisobutyl methacrylate in 70 parts by mass of terpineol was used.
実施例Aは、銅粉末100質量部に対して、平均粒径21nmのFe2O3を1.0質量部と、平均粒径12nmのSiO2を1.0質量部とを添加した銅ペーストである。
実施例Bは、銅粉末100質量部に対して、平均粒径21nmのFe2O3を1.0質量部と、平均粒径12nmのSiO2を1.0質量部と、平均粒径21nmのTiO2を0.5質量部とを添加した銅ペーストである。
Example A is a copper paste in which 1.0 part by mass of Fe 2 O 3 having an average particle diameter of 21 nm and 1.0 part by mass of SiO 2 having an average particle diameter of 12 nm are added to 100 parts by mass of copper powder. It is.
In Example B, 100 parts by mass of copper powder was 1.0 part by mass of Fe 2 O 3 having an average particle diameter of 21 nm, 1.0 part by mass of SiO 2 having an average particle diameter of 12 nm, and an average particle diameter of 21 nm. This is a copper paste to which 0.5 part by mass of TiO 2 is added.
比較例Aは、銅粉末100質量部に対して、平均粒径12nmのSiO2を1.0質量部と、平均粒径21nmのTiO2を0.5質量部とを添加した銅ペーストである。
比較例Bは、銅粉末100質量部に対して、平均粒径20nmのCuOを1.0質量部と、平均粒径12nmのSiO2を1.0質量部と、平均粒径21nmのTiO2を0.5質量部とを添加した銅ペーストである。
Comparative Example A is a copper paste obtained by adding 1.0 part by mass of SiO 2 having an average particle diameter of 12 nm and 0.5 part by mass of TiO 2 having an average particle diameter of 21 nm to 100 parts by mass of copper powder. .
In Comparative Example B, 100 parts by mass of copper powder is 1.0 part by mass of CuO having an average particle diameter of 20 nm, 1.0 part by mass of SiO 2 having an average particle diameter of 12 nm, and TiO 2 having an average particle diameter of 21 nm. Is a copper paste to which 0.5 part by mass is added.
「焼成サンプルの作製」
次いで、セラミックグリーンシートに、(表1)に表した実施例A、B、比較例A、B、Cの銅ペーストを印刷して、それぞれの焼成サンプルを作製する。
"Production of fired samples"
Next, the copper pastes of Examples A and B and Comparative Examples A, B, and C shown in (Table 1) are printed on the ceramic green sheets to prepare respective fired samples.
まず、セラミックグリーンシートを縦50mm×横60mmの寸法に裁断してセラミックグリーンシート片を作製し、このセラミックグリーンシート片の略中央部に縦2mm×横2mm×厚さ20μmの寸法で銅ペーストを印刷した試験片Aと、前記セラミックグリーンシート片の略中央部に縦15mm×横15mm×厚さ20μmの寸法で銅ペーストを印刷した試験片Bを作製した。 First, a ceramic green sheet is cut into a size of 50 mm in length and 60 mm in width to produce a ceramic green sheet piece, and a copper paste with a size of 2 mm in length, 2 mm in width and 20 μm in thickness is provided at the approximate center of the ceramic green sheet piece. A printed test piece A and a test piece B in which a copper paste was printed in a size of 15 mm in length, 15 mm in width, and 20 μm in thickness at a substantially central portion of the ceramic green sheet piece were prepared.
次いで、前記試験片Aを1枚と、銅ペーストの印刷していないグリーンシート3枚の、計4枚を積層して加圧し、試験片Aの印刷面が上面に表れた積層体Aを作製し、前記試験片Bを1枚と、銅ペーストの印刷していないグリーンシート3枚の計4枚を積層して加圧し、試験片Bの印刷面が上面に表れた積層体Bを作製した。 Next, a total of four test pieces A and three green sheets on which copper paste is not printed are laminated and pressed to produce a laminate A in which the print surface of the test piece A appears on the upper surface. Then, a total of four test pieces B and three green sheets on which copper paste was not printed were laminated and pressed to prepare a laminate B in which the printing surface of the test piece B appeared on the upper surface. .
次いで、前記積層体A、Bを、水蒸気と窒素ガスの混合雰囲気(水蒸気と窒素ガスの露点が70℃の混合雰囲気である。)を調整した炉内に曝し、850℃の温度下で放置し、銅ペースト及びセラミックグリーンシート中に含有する有機成分を脱脂し、続けて、1000℃に昇温して、2時間放置し、焼成を行って上面に導体層を有する焼成サンプルA、Bを作製した。 Next, the laminates A and B are exposed to a furnace in which a mixed atmosphere of water vapor and nitrogen gas (a mixed atmosphere having a dew point of water vapor and nitrogen gas of 70 ° C.) is prepared and left at a temperature of 850 ° C. Degreasing the organic components contained in the copper paste and the ceramic green sheet, and subsequently raising the temperature to 1000 ° C., leaving it for 2 hours, firing, and producing fired samples A and B having a conductor layer on the upper surface did.
焼成サンプルAは、積層体Aを焼成したものであり、後術の密着強度の評価に用いた。また、焼成サンプルBは積層体Bを焼成したものであり、後述の導体層のふくれの評価に用いた。 The fired sample A was obtained by firing the laminate A, and was used for the evaluation of the adhesion strength in the later operation. Further, the fired sample B was obtained by firing the laminated body B, and was used for evaluation of the swelling of the conductor layer described later.
「密着強度の評価」
次に、前記焼成サンプルAの導体層上面に、錫メッキした径0.45mmの針金を半田付けし、この針金を引っ張り、焼成サンプルAの上面に対して垂直方向の引っ張り荷重を加え、導体層が剥離した荷重を密着強度とし(表1)に表した。
"Evaluation of adhesion strength"
Next, a tin-plated wire having a diameter of 0.45 mm is soldered on the upper surface of the conductor layer of the fired sample A, the wire is pulled, and a tensile load in the direction perpendicular to the upper surface of the fired sample A is applied. The load at which the peeled off was shown as adhesion strength (Table 1).
「導体層のふくれの評価」
次に、焼成サンプルBの導体層の上面に電解メッキ法により厚さ4μmのNiメッキを行い、さらにそのNiメッキの上面に電解メッキ法により厚さ0.5μmのAuメッキを行った。
"Evaluation of bulge of conductor layer"
Next, Ni plating with a thickness of 4 μm was performed on the upper surface of the conductor layer of the fired sample B by electrolytic plating, and Au plating with a thickness of 0.5 μm was further performed on the upper surface of the Ni plating by electrolytic plating.
次いで、Auメッキが施された焼成サンプルを390℃に加熱した炉内に数分間設置し、その後、導体層のフクレの有無を目視にて確認し、その結果を(表1)に表した。
(表1)に示すように、本発明の実施例A、Bは、390℃に加熱しても導体層のふくれが無くて良好な外観を得た。一方、比較例A、B、Cは、390℃に.加熱することにより、導体層のふくれが発生した。
Next, the fired sample subjected to Au plating was placed in a furnace heated to 390 ° C. for several minutes, and then the presence or absence of swelling of the conductor layer was visually confirmed, and the results are shown in Table 1.
As shown in (Table 1), Examples A and B of the present invention obtained a good appearance without swelling of the conductor layer even when heated to 390 ° C. On the other hand, in Comparative Examples A, B, and C, the conductor layer was swollen by heating to 390 ° C.
比較例Aと本発明の実施例Bを比較すると、比較例Bには添加物としてFe2O3が添加されておらず、その結果、加熱によりふくれが発生したことが判る。
また、比較例Bと本発明の実施例Bを比較すると、比較例Bは酸化物としてFe2O3の代わりにCuOが添加されており、その結果、密着強度は本発明の実施例Bと略同等であるが、加熱によりふくれが発生したことが判る。
Comparing Comparative Example A and Example B of the present invention, it can be seen that Fe 2 O 3 was not added as an additive to Comparative Example B, and as a result, blistering occurred due to heating.
Further, when comparing Comparative Example B with Example B of the present invention, Comparative Example B was added with CuO instead of Fe 2 O 3 as an oxide, and as a result, the adhesion strength was the same as that of Example B of the present invention. Although it is substantially equivalent, it turns out that the blister was generated by heating.
また、比較例Cと本発明の実施例Bを比較すると、比較例Bは添加物としてFe2O3の代わりにNiOが添加されており、その結果、加熱によりふくれが発生し、密着強度も低いことが判る。 Further, comparing Comparative Example C with Example B of the present invention, Comparative Example B has NiO added instead of Fe 2 O 3 as an additive, and as a result, blistering occurs due to heating, and adhesion strength is also increased. It turns out that it is low.
また、本発明の実施例AとBを比較すると、添加剤として更にTiO2を添加することによって、一層、密着強度が向上することが判る。
「配線基板の作製」
上記のように作製したセラミックグリーンシートと実施例Bで表した組成を有する銅ペーストを用いて、配線基板を作製した。図1は、本発明が適用された一実施例の配線基板の構成を表す断面図である。
In addition, when Examples A and B of the present invention are compared, it can be seen that the adhesion strength is further improved by further adding TiO 2 as an additive.
"Production of wiring board"
A wiring board was produced using the ceramic green sheet produced as described above and the copper paste having the composition shown in Example B. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a wiring board according to an embodiment to which the present invention is applied.
図1において、1は配線基板であり、この配線基板1は、複数のセラミックグリーンシートを積層して焼成し形成されたセラミック基板2と、このセラミック基板2の下面にろう材12を介して接合された放熱体3と、セラミック基板2の孔に挿入され放熱体3上面に設置された半導体素子4と、この半導体4を覆うようにセラミック基板2の孔を遮蔽し、導体層10にろう材13を介して接続された蓋体7と、セラミック基板2上面の導体層10にろう材14を介して接続された接続端子6、7とより構成されている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a wiring board. The wiring board 1 is joined to a
前記セラミック基板2は、実施例Bの銅ペーストをセラミックグリーンシートに印刷して乾燥し、これを複数毎積層して積層体とし、850℃の湿潤窒素雰囲気中(水蒸気と窒素ガスの露点が70℃の混合雰囲気である)で脱脂した後に、乾燥窒素に置換し1000℃で2時間焼成して作製されている。また、セラミックグリーンシートを積層するごとに、複数のセラミックグリーンシートの配線回路を互いに接続するために導体層11で接続が行われている。
The
導体層10は、セラミック基板2の表面に露出した部分に、無電解メッキ法により厚さ4μmのNiメッキが行われ、さらにそのNiメッキの上面に無電解メッキ法により厚さ0.5μmのAuメッキが行われている。
The
放熱体3は、銅とタングステンとの合金にNi−Auメッキが施されたものにより形成されており、セラミック基板2の裏面のNi−Auメッキが施された導体層にろう付けにより接合されている。このとき、ろう付けは、金とゲルマニウムとの合金から成るろう材12を用い、略390℃で加熱して行われている。
The
半導体素子4は、下面を放熱体3の上面に接着され、半導体素子4の上面に形成した端子(図示せず)がワイアボンデイング8、9によりセラミック基板2のNi−Auメッキが施された導体層10と接続されている。
The
蓋体7は、NiとCoとFeとの合金にNi−Auメッキが施されたものにより形成されており、セラミック基板2の上面のNi−Auメッキが施された導体層10にろう付けにより接合されている。このとき、ろう付けは、金とゲルマニウムとの合金から成るろう材13を用い、略390℃で加熱して行われている。
The lid 7 is formed by Ni—Au plating on an alloy of Ni, Co, and Fe, and brazing the Ni—Au plated
接続端子6は、銅とFeの合金にNi−Auメッキが施されたものにより形成されており、セラミック基板2の上面のNi−Auメッキが施された導体層10にろう付けにより接合されている。このとき、ろう付けは、金とゲルマニウムとの合金から成るろう材14を用い、略390℃で加熱して行われている。
The
前記の構成を有する本発明の実施例における銅ペースト及びそれを用いた配線基板の作用効果を、以下に記載する。
本発明の実施例の銅ペーストによれば、配線基板1においてセラミック基板2と導体層10との密着強度が優れており、この配線基板1にパワートランジスタ、ダイオード等の半導体素子4や放熱体3、接続端子6等をろう付けにより加熱して接続しても導体層10のふくれや剥離が生ずることなく信頼性に優れた配線基板が得られる。
The effects of the copper paste and the wiring board using the same in the embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described below.
According to the copper paste of the embodiment of the present invention, the adhesion strength between the
また、本発明の実施例の銅ペーストによれば、銅の焼結性が一層向上し、メッキ性及び半田付け性か良く、反りやうねりの少ない配線基板が得られる。
また、本発明の実施例の配線基板1によれば、導体層10のメッキ性や半田付け性が良好であり、配線基板1を加熱してもメッキふくれや剥離などが生ずることがないので高密度実装に優れた配線基板が得られる。
In addition, according to the copper paste of the embodiment of the present invention, the copper sinterability is further improved, the plating property and the solderability are good, and a wiring board with less warpage and undulation can be obtained.
In addition, according to the wiring board 1 of the embodiment of the present invention, the plating property and solderability of the
また、本発明の実施例の配線基板1によれば、ろう材12〜14を溶融させて放熱体3や蓋体7、接続端子6等を接続しても導体層10の剥離やふくれが生ずることがないので、特に、放熱体や回路部品間の接続端子、発熱を伴う半導体素子等を搭載する配線基板において高い信頼性が得られる。
Further, according to the wiring board 1 of the embodiment of the present invention, the
尚、本発明の実施例においては、導体層10の上面にNi及びAuをメッキし、このAuメッキ面に放熱体3、接続端子6、蓋体7等を、ろう材12〜14を介して接続したが、Ni及びAuメッキの代わりに、低抵抗を有する他の金属をメッキしてもよい。また、本発明はAuメッキ処理を行うことに限定されるものでなく、メッキ処理をしないで確実にろう付けできるときは、メッキ処理を省いてもよい。
In the embodiment of the present invention, Ni and Au are plated on the upper surface of the
また、本発明の実施例において、ろう材として金とゲルマニウムとの合金を用いたが、半田や銅合金などを用いても良い。
また、本発明の実施例の銅ペーストを用いて配線基板を製造する際には、銅ペーストを塗布したセラミックグリーンシートを、650〜900℃の湿潤窒素中(水蒸気と窒素ガスの露点が70℃の混合雰囲気)で有機成分を除去(脱バインダー工程)し、次いで、850〜1050℃で焼成すると良い。ここで、脱バインダー工程は、続く焼成温度を越えない範囲で設定される。
In the embodiment of the present invention, an alloy of gold and germanium is used as the brazing material, but solder, copper alloy, or the like may be used.
Moreover, when manufacturing a wiring board using the copper paste of the example of the present invention, the ceramic green sheet coated with the copper paste is placed in wet nitrogen at 650 to 900 ° C. (dew point of water vapor and nitrogen gas is 70 ° C. The organic component is removed in a mixed atmosphere) (debinding step), and then fired at 850 to 1050 ° C. Here, the binder removal step is set in a range not exceeding the subsequent firing temperature.
まず、650〜900℃の湿潤窒素中でセラミックグリーンシートおよび銅ペースト中に含まれる有機成分が除去(脱バインダー工程)される。ここで、脱バインダー工程は、続く焼成温度を越えない範囲で設定される。銅ペースト中の銅粉末の周囲にセラミック粒子が分散された状態で脱バインダーされているので、脱バインダー中は銅粉末の焼結開始が抑制されているが、続く高温下での焼成過程においては、脱バインダー時に湿潤窒素中に曝されたことにより銅粉末の焼結が促進されるので、緻密な導体層を得ることができる。 First, the organic components contained in the ceramic green sheet and the copper paste are removed (debindering step) in wet nitrogen at 650 to 900 ° C. Here, the binder removal step is set in a range not exceeding the subsequent firing temperature. Since the binder is removed in a state where the ceramic particles are dispersed around the copper powder in the copper paste, the sintering start of the copper powder is suppressed during the binder removal, but in the subsequent firing process at high temperature Since the sintering of the copper powder is promoted by exposure to wet nitrogen during debinding, a dense conductor layer can be obtained.
脱バインダー工程に次いで行われる焼成過程では、850〜1050℃の窒素中または湿潤窒素中で銅とセラミックグリーンシートとが同時に焼成される。それぞれの焼結開始の温度と焼成収縮のタイミングとが近くなるように制御されているので、反りやうねりが少なく、緻密で低抵抗で、高周波信号の伝送損失が少ない配線基板を得ることができる。 In the firing process performed after the binder removal step, copper and the ceramic green sheet are fired simultaneously in nitrogen at 850 to 1050 ° C. or wet nitrogen. Since each sintering start temperature and firing shrinkage timing are controlled to be close to each other, it is possible to obtain a wiring board with less warping and undulation, a dense and low resistance, and a low transmission loss of high frequency signals. .
1…配線基板、2…基板、3…放熱体、4…半導体素子、5…蓋体、6…接続端子、7…蓋体、8,9…ワイアボンデイング、10,11…導体層、12,13,14…ろう材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wiring board, 2 ... Board | substrate, 3 ... Heat sink, 4 ... Semiconductor element, 5 ... Cover body, 6 ... Connection terminal, 7 ... Cover body, 8, 9 ... Wire bonding, 10, 11 ... Conductor layer, 12, 13, 14 ... brazing material.
Claims (9)
銅粉末と有機ビヒクルとFe2O3粒子とを含有すると共に、
焼成によりセラミックグリーンシート中に含まれるガラス内に溶け込む材料として、平均粒径が50nm以下のSiO2 、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属の少なくとも一種類を、酸化物の形態で含むことを特徴とするセラミック配線基板用銅ペースト。 A copper paste for a ceramic wiring board used for making a ceramic wiring board having a conductor layer by being applied to the ceramic green sheet as a conductor layer and being fired simultaneously with the ceramic green sheet,
Containing copper powder, organic vehicle and Fe 2 O 3 particles ,
As a material that melts into the glass contained in the ceramic green sheet by firing, it contains at least one of SiO 2 , alkali metal , and alkaline earth metal having an average particle size of 50 nm or less in the form of an oxide. Copper paste for ceramic wiring board.
当該セラミック配線基板用銅ペーストには、
更に、焼成によりガラス化しない材料として、平均粒径が50nm以下のAl 2 O 3 、TiO 2 、CeO 2 、ムライトの少なくとも一種類が含まれていることを特徴とする請求項1に記載のセラミック配線基板用銅ペースト。 The ceramic wiring board is subjected to a plating treatment on a conductor layer exposed on the surface,
In the copper paste for ceramic wiring board,
The ceramic according to claim 1, further comprising at least one of Al 2 O 3 , TiO 2 , CeO 2 , and mullite having an average particle size of 50 nm or less as a material that does not vitrify by firing. Copper paste for wiring boards.
前記セラミック配線基板において、放熱体、接続端子、発熱を伴う電子部品を覆う蓋体、及び回路部品の少なくとも一つが、接合材を介して接続される導体層、
を形成するのに用いられることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセラミック配線基板用銅ペースト。 The copper paste for ceramic wiring board is
Wherein the ceramic wiring board, the heat radiating body, the connection terminals, a lid for covering the electronic component with fever, and at least one of the conductor layers that will be connected by means of a bonding material of the circuit components,
Characterized in that it is used to form the claim 1 or claim 2 ceramic wiring board copper paste according to.
前記セラミック配線基板用銅ペーストをセラミックグリーンシートに塗布する第1工程と、 A first step of applying the copper paste for a ceramic wiring board to a ceramic green sheet;
前記第1工程にてセラミック配線基板用銅ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを、650〜900℃の湿潤窒素雰囲気中にさらして有機成分を除去する第2工程と、 A second step of removing the organic component by exposing the ceramic green sheet coated with the copper paste for a ceramic wiring board in the first step to a wet nitrogen atmosphere at 650 to 900 ° C .;
前記第2工程にて有機成分が除去されたセラミックグリーンシートを850〜1050℃で焼成して、前記導体層と絶縁層とを形成する第3工程と、 A third step of firing the ceramic green sheet from which the organic component has been removed in the second step at 850 to 1050 ° C. to form the conductor layer and the insulating layer;
を含むことを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。 A method for producing a ceramic wiring board, comprising:
前記セラミック配線基板用銅ペーストをセラミックグリーンシートに塗布する第1工程と、 A first step of applying the copper paste for a ceramic wiring board to a ceramic green sheet;
前記第1工程にてセラミック配線基板用銅ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを、650〜900℃の湿潤窒素雰囲気中にさらして有機成分を除去する第2工程と、 A second step of removing the organic component by exposing the ceramic green sheet coated with the copper paste for a ceramic wiring board in the first step to a wet nitrogen atmosphere at 650 to 900 ° C .;
前記第2工程にて有機成分が除去されたセラミックグリーンシートを850〜1050℃で焼成して、前記導体層と絶縁層とを形成する第3工程と、 A third step of firing the ceramic green sheet from which the organic component has been removed in the second step at 850 to 1050 ° C. to form the conductor layer and the insulating layer;
前記第3工程にて焼成されて当該セラミック配線基板の表面に露呈した導体層にメッキ処理を施す第4工程と、 A fourth step of plating the conductor layer which is baked in the third step and exposed on the surface of the ceramic wiring substrate;
を含むことを特徴とするセラミック配線基板の製造方法。 A method for producing a ceramic wiring board, comprising:
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