JP4544838B2 - ビア導体用銅ペーストとそれを用いたセラミック配線基板 - Google Patents
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Description
銅粉末と、有機ビヒクルと、Fe2O3粒子とを含有し、該銅粉末100質量部に対して該有機ビヒクルを6質量部〜20質量部、該Fe2O3粒子をFe元素換算で0.1質量部〜5.0質量部とすると共に、平均粒径が100nm以下のSiO2 粒子を該銅粉末100質量部に対して0.1質量部〜5.0質量部含むことを特徴とする。
一般に、配線基板を作製する焼成工程において、ビア導体が十分に焼結していなかったり、ビア導体とセラミック層との界面に間隙があったりすると、配線基板の気密性が損なわれる。ビア導体とセラミック層との界面の間隙は、ビア導体を形成する銅金属とセラミック層を形成する低温焼成磁器材料中の液相成分との濡れ性が悪いために発生すると考えられる。酸化した銅を用いることにより濡れを向上させる方法が知られているが、この方法によれば、焼成により銅の焼結性が劣化してしまう。
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。
また、前記Fe2O3の平均粒径は、1μm以下が好ましく、更には、500nm以下、特には100nm以下が好ましい。その理由は、1μmを越えると、ビア導体とセラミック層との界面にFe2O3が均一に分散できなくて、気密性を向上させる効果が低減するからである。
また、本発明の銅ペーストは、アルカリ金属やアルカリ土類金属の化合物を含まないことが好ましい。その理由は、アルカリ金属やアルカリ土類金属の化合物を含むとセラミックグリーンシートとともに焼成する際にセラミックグリーンシートの組成物と反応し、誘電損失などの電気特性を劣化させる原因となり易いからである。
「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のアルミナとガラスの混合粉末を準備した。
次いで、平均粒径5μmの球状銅紛100質量部に対して、ビヒクルを12質量部と(表1)に表した添加剤とを加え、3本ロールミルで混合して銅ペーストを作製した。なお、ビヒクルは70質量部のテルピネオールに30質量部のポリイソブチルメタクリレートを溶解して調整した。また、銅紛100質量部に対するビヒクルの添加量は、所定の粘度(5000ポイズ〜100万ポイズ)が得られるように設定した。ビヒクルの添加量12質量部、14質量部、16質量部の際、銅ペーストの粘度はそれぞれ、80万ポイズ、6万ポイズ、5000ポイズであった。
比較例Bと比較例Cは、銅粉末100質量部に対して、平均粒径2.5μmのガラスフリットを1.0質量部と3.0質量部、平均粒径12nmのSiO2粒子を0.5質量部添加した銅ペーストである。前記ガラスフリットはグリーンシートの組成に含有したガラス粉末と同一組成のものを用いた。
次いで、前記のグリーンシートと銅ペーストを用いて、評価用のサンプルと成る焼成サンプルを作製した。
次に、焼成サンプルの表面に露出したビア導体表面を、顕微鏡を用いて500倍に拡大して観察し、ガラスの浮き出しの有無を確認し、その結果を(表1)に表した。
次に、前記焼成サンプルのビア導体とセラミック層との界面の気密性を、Heリークディテクターを用いて測定した。
また、比較例Bは、本発明の実施例A、Bと比較すると、銅ペーストにFe2O3粒子に代えてガラスフリットを添加したものであり、その結果、ビア導体の表面にガラスの浮き出しが発生してビア導体表面のメッキ性を損ない、且つ気密性が劣化していることが判る。
尚、本発明の実施例A〜D、参考例A及び比較例B、Cは、銅ペースト中にSiO2粒子を添加していたので、焼成サンプルの表面には、ビア導体の突き上げが発生しなかった。
得られた配線基板の実施例B、参考例A、比較例Cのビア導体表面を観察した結果、本発明の配線基板の実施例Bと本発明を適用しない配線基板の参考例AとのAuメッキ部は、メッキ付着のむらが無く、且つ、メッキ表面に無機物の残留がなく良好なものであった。一方、比較例Cは、ビア導体表面にガラスの浮き出しが多かったのでNiおよびAuが困難であり、メッキむらやメッキの欠損の多いものとなった。
また、セラミック層11の下面には、ビア導体36〜41に夫々接続するように導体層18〜23が形成されている。この導体層18〜23は、ビア導体36〜41の露出面上に銅ペーストを印刷して同時焼成により形成し、この導体の表面にNiメッキをし、次いでNiメッキの表面にAuを行って形成したものである。
本発明の実施例による銅ペーストは、セラミックグリーンシートに形成されたビアホールに充填され焼成されると、セラミック層とビア導体との密着性が向上され、間隙がなく気密性に優れた配線基板を得ることができた。
尚、本発明の実施例による配線基板は、ビア導体の抵抗値が小さく、メッキ性、気密性、高周波特性等に優れているので、高周波用の半導体素子を搭載した半導体パッケージとして用いると好適である。
Claims (4)
- セラミックグリーンシートに形成したビアホールに充填して焼成することにより、セラミック配線基板の表面に露出するビア導体を形成するのに用いられるビア導体用銅ペーストにおいて、
銅粉末と、有機ビヒクルと、Fe2O3粒子とを含有し、該銅粉末100質量部に対して該有機ビヒクルを6質量部〜20質量部、該Fe2O3粒子をFe元素換算で0.1質量部〜5.0質量部とすると共に、平均粒径が100nm以下のSiO2 粒子を該銅粉末100質量部に対して0.1質量部〜5.0質量部含むことを特徴とするビア導体用銅ペースト。 - 粘度が5000ポイズ〜100万ポイズである請求項1に記載のビア導体用銅ペースト。
- 請求項1又は2に記載のビア導体用銅ペーストを、セラミックグリーンシートに形成したビアホールに充填して焼成し、絶縁層とビア導体とが形成されたことを特徴とするセラミック配線基板。
- 前記ビア導体は前記セラミック配線基板の少なくとも一方の表面に露出し、この露出した上面にメッキ層を形成したことを特徴とする請求項3に記載のセラミック配線基板。
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