JP6114001B2

JP6114001B2 - 導電性ペーストおよび回路基板ならびに電子装置

Info

Publication number: JP6114001B2
Application number: JP2012236961A
Authority: JP
Inventors: 嘉雄大橋; 邦英四方
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: JP2014086398A

Description

本発明は、導電性ペーストおよびこの導電性ペーストからなる金属配線層をセラミック焼結体に備える回路基板ならびにこの回路基板に電子部品を搭載してなる電子装置に関する。

半導体素子、発熱素子、ペルチェ素子等の各種電子部品の搭載に用いられる回路基板は、セラミック焼結体の少なくとも一方の主面に金属配線層を備えている。そして、この金属配線層上に電極パッド等を介して電子部品が搭載された電子装置が各種機器において使用されている。

ここで、セラミック焼結体に備えられる金属配線層は、例えば、金属粉末、ガラス粉末および有機ビヒクル等を含む導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法により所望形状とした後に、乾燥および焼成することによって形成されるものであり、環境中における酸化を防いで初期特性を維持するため、ニッケルや金等のめっき処理が施されるものである。そして、金属配線層には、セラミック焼結体との密着強度が高いことや、放熱特性に優れていることが求められていることから、このような要求特性を満たすべく、金属配線層となる導電性ペーストに関し、構成する成分や含有量等の検討が為されている。

例えば、特許文献１には、銅粉を主体とする導電性粉末、ガラスフリット、有機ビヒクルを少なくとも含有して形成される銅導体ペーストであって、ガラスフリットとして、900℃の窒素雰囲気中で、実質上表面が酸化されていない銅粉から形成される膜に対する接
触角が60度以下であり、且つ、軟化点が700℃以下のホウケイ酸亜鉛系ガラスフリットと
、25℃の10質量％濃度硫酸水溶液に対する溶解度が、１ｍｇ／ｃｍ^２・ｈｒ以下であり、且つ、軟化点が700℃以下のホウケイ酸系ガラスフリットを少なくとも含有する銅導体ペ
ーストが提案されている。

特開2008−226771号公報

導電性（銅導体）ペーストを用いて形成される金属配線層は、ガラス（フリット）を含んでいることにより、セラミック焼結体に対する高い密着強度を得ることができるが、金属配線層の表面にこのガラス成分が露出しているときには、めっき処理において、めっき未着箇所が生じやすく、このようなめっき未着箇所が生じているときには、保護すべき箇所が保護されていないことから、回路基板や電子装置としての使用にあたって、特性が経時変化してしまい、使用当初の初期特性を維持できないという問題があった。

本発明は、金属配線層におけるめっき被着性が良好な導電性ペーストおよびこの導電性ペーストからなる金属配線層をセラミック焼結体に備える回路基板ならびにこの回路基板に電子部品を搭載してなる電子装置を提供するものである。

本発明の導電性ペーストは、金属粉末と、アルミナ粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含み、前記金属粉末は、該金属粉末を構成する全成分100質量％のうち50質量％を
超える成分が銅であり、前記アルミナ粉末の平均粒径が前記ガラス粉末の平均粒径よりも小さいことを特徴とするものである。

また、本発明の回路基板は、上記構成の本発明の導電性ペーストからなる金属配線層をセラミック焼結体に備え、前記金属配線層の少なくとも一部がめっき層により覆われていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の回路基板上に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。

本発明の導電性ペーストによれば、金属配線層の表面にガラス成分の露出が抑制されることから、導電性ペーストを焼成してなる金属配線層におけるめっき被着性を良好にすることができる。

また、本発明の回路基板によれば、上記構成の本発明の導電性ペーストからなる金属配線層を備えることにより、セラミック焼結体と金属配線層との密着強度が高く、放熱特性に優れているとともに、めっき層で覆われていることにより金属配線層が保護されていることから、初期特性を長期間にわたって維持することができる。

また、本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の回路基板上に電子部品を搭載してなることにより、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い電子装置とすることができる。

本実施形態の回路基板上に電子部品を搭載してなる電子装置の一例を示す断面図である。密着強度の測定方法を示す断面概略図である。

以下、本実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の回路基板上に電子部品を搭載してなる電子装置の一例を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の回路基板10は、セラミック焼結体11の一方の主面11ａに金属配線層12を備えるものであり、この金属配線層12は、本実施形態の導電性ペーストを公知のスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥および焼成することによって形成されているものであり、酸化を防いで初期特性を長期間にわたって維持するため、めっき層13で覆われているものである。

そして、本実施形態の電子装置20は、回路基板10上に電子部品21を搭載してなるものであり、図１において電子装置20は、回路基板10を構成するセラミック焼結体11の一方の主面11ａに備える金属配線層12の表面12ａに公知のめっき法で被着されためっき層13を介して電子部品21を搭載している例を示している。なお、回路基板10上とは、図１に示すようにめっき層13上や、電極パッド上を含む概念である。また、図１において電子部品21は、ボンディングワイヤ22により、並設された金属配線層12に電気的に接続されている例を示している。

まず、金属配線層12となる本実施形態の導電性ペーストは、金属粉末と、アルミナ粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含み、アルミナ粉末の平均粒径がガラス粉末の平均粒径よりも小さいことを特徴とする。このように、アルミナ粉末の平均粒径がガラス粉末の平均粒径よりも小さいことにより、この導電性ペーストを焼成してなる金属配線層12の
表面12ａに、ガラス成分（主には、ＳｉＯ_２）が露出することが抑制されるため、金属配線層12の表面12ａのめっき被着性を良好にすることができる。これは、ガラス粉末と比較して平均粒径の小さいアルミナ粉末が、焼成時に軟化したガラス成分と接触しやすくなることから、表面12ａへの露出を抑制できていると考えられる。これに対し、アルミナ粉末の平均粒径が、ガラス粉末の平均粒径と同等、もしくはガラスの平均粒径よりも大きいときには、金属配線層12の表面12ａへのガラス成分の露出抑制効果が少なく、めっき被着性を向上させることができない。

なお、金属配線層12の表面12ａにおいてガラス成分の露出をより抑制するためには、軟化したガラスとアルミナとの接触する機会を増やす、すなわちアルミナ粉末の比表面積を大きくすることが好ましいため、アルミナ粉末の平均粒径は、小さければ小さいほどよい。

次に、アルミナ粉末およびガラス粉末の平均粒径の確認方法について説明する。まず、導電性ペーストをセラミック焼結体11に印刷して乾燥した乾燥体を作製する。次に、得られた乾燥体をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて5000倍以上20000倍以下の倍率で観察
し、付設のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用い、得られたマッピングによってアルミナ粉末およびガラス粉末の存在位置を確認する。

なお、ガラス粉末については、例えばガラス粉末がＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系であるとき、マッピングにおいて、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｂが重なって存在しているところをガラス粉末の存在位置とし、その輪郭を１つの粒とみなす。次に、画像解析装置を用いて解析することにより平均粒径を求める。具体的な解析方法は、画像解析ソフトウェアとして、例えば（株）三谷商事製の型名ＷｉｎＲＯＯＦを用いて各粉末の面積を求め、その面積から各粉末の円相当径を算出してその視野における平均粒径を求めればよい。なお、この作業を５〜10視野において行ない、測定視野における平均値を本実施形態における各粉末の平均粒径とする。また、輪郭を得るにあたっては、トレーシングペーパーを用いてもよい。

また、本実施形態の導電性ペーストは、焼成時に軟化するガラス成分にアルミナが接触することによって、金属配線層12の表面12ａにおいてガラス成分の露出を抑制することができるというものであるが、ここでいう接触とは、金属配線層12の断面において、ＳＥＭによる観察および付設のＥＤＳを用いて得られたマッピングで、ガラス粉末を構成する成分の存在位置と、アルミナの存在位置とが重なっていることを指す。

次に、本実施形態の導電性ペーストに含まれる金属粉末は、例えば、銅または銀を主成分とすることが好ましく、特に銅を主成分とするときには、銅は熱伝導性が高いため放熱特性を高めることができる。なお、ここでいう主成分とは、金属粉末を構成する全成分100質量％のうち、50質量％を超える成分のことである。また、銅を主成分としたときの他
の成分としては、例えば、ジルコニウム、チタン、モリブデン、スズ等が挙げられる。

次に、本実施形態の導電性ペーストに含まれるガラス粉末は、例えば、Ｒ_２Ｏ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系（Ｒ：アルカリ金属元素）、ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系、Ｒ_２Ｏ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｂｉ_２Ｏ_３系、Ｒ_２Ｏ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＳｉＯ_２−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系、Ｒ_２Ｏ−ＺｎＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｂｉ_２Ｏ_３系等が挙げられる。特に、Ｂｉ_２Ｏ_３を含むガラス粉末を使用した場合には、セラミック焼結体11の主面11ａ近傍にＢｉ_２Ｏ_３が存在することとなり、セラミック焼結体11と金属配線層12との密着強度を向上させることができる。また、セラミック焼結体11がＡｌ（アルミニウム）を含み、ＺｎＯを含むガラス粉末を使用した場合には、導電性ペーストを焼成した際にＺｎＡｌ_２Ｏ_４（アルミン酸亜鉛）が形成されて、セラミック焼結体11の主
面11ａ近傍にＺｎＡｌ_２Ｏ_４が存在することにより、セラミック焼結体11と金属層12との密着強度を向上させることができる。

次に、本実施形態の導電性ペーストに含まれる有機ビヒクルは、有機バインダを有機溶剤に溶解したものであり、例えば、有機バインダと有機溶剤との比率は、有機バインダ１に対し、有機溶剤が２〜６である。そして、有機バインダとしては、例えば、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル類、ニトロセルロース、エチルセルロース、酢酸セルロース、ブチルセルロース等のセルロース類、ポリオキシメチレン等のポリエーテル類、ポリブタジエン、ポリイソプレン等のポリビニル類から選択される１種もしくは２種以上を混合して用いることができる。また、有機溶剤としては、例えば、カルビトール、カルビトールアセテート、テルピネオール、メタクレゾール、ジメチルイミダゾール、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ジアセトンアルコール、トリエチレングリコール、パラキシレン、乳酸エチル、イソホロンから選択される１種もしくは２種以上を混合して用いることができる。

また、本実施形態の導電性ペーストは、各粉末の総量を100質量％としたとき、アルミ
ナ粉末が0.05質量％以上0.50質量％以下であり、ガラス粉末が3.5質量％以上6.5質量％以下であり、残部が金属粉末であることが好ましい。このような構成とすれば、金属粉末量に由来する優れた放熱特性と、ガラス粉末量に由来するセラミック焼結体11と金属配線層12との優れた密着強度と、ガラス粉末量とアルミナ粉末量とに由来する優れためっき被着性とを有することができる。

そして、本実施形態の導電性ペーストは、各粉末の総量100質量部に対し、有機ビヒク
ルを15質量部以上20質量部以下とすることが好ましい。このような構成とすれば、スクリーン印刷時における操作性に優れ、印刷後の乾燥および焼成時における脱脂において有機物の揮発による金属配線層12の表面12ａの膨れの発生を抑えることができる。

また、本実施形態の導電性ペーストは、ガラス粉末の平均粒径に対するアルミナ粉末の平均粒径の比が0.2以上0.7以下であることが好ましい。このような構成とすれば、金属配線層12の表面にガラス成分が露出することを抑制することができ、金属配線層12におけるめっき被着性が良好である上に、セラミック焼結体11と金属配線層12との密着強度および放熱特性に優れた導電性ペーストとすることができる。

また、本実施形態の導電性ペーストは、アルミナ粉末の平均粒径が0.2μｍ以上0.6μｍ以下であることが好ましい。アルミナ粉末の平均粒径は小さければ小さいほど比表面積が大きくなり好ましいものであるが、0.2μｍ未満のアルミナ粉末は高価であり、使用にそ
ぐわない。そのため、コストを抑えつつ、導電性ペーストからなる金属配線層12のめっき被着性を良好にするには、アルミナ粉末の平均粒径が0.2μｍ以上0.6μｍ以下であることが好ましいのである。このように、アルミナ粉末の平均粒径が0.2μｍ以上0.6μｍ以下であれば、焼成時に金属の結晶粒成長を妨げることが無いため、金属配線層12の放熱特性をさらに向上させることができ、熱的信頼性を向上させることができる。

以下、本実施形態の導電性ペーストの製造方法の一例について説明する。まず、金属粉末としては、例えば、平均粒径が1.0μｍ以上3.5μｍ以下である第１の金属粉末と、平均粒径が第１の金属粉末より小さい第２の金属粉末とを準備し、混合した金属粉末を用いることが好ましい。また、第２の金属粉末の平均粒径は、第１の金属粉末の平均粒径の30％以上50％以下であることが好ましい。また、第１の金属粉末を65質量％以上95質量％以下、第２の金属粉末５質量％以上35質量％以下で混合した金属粉末を用いることが好ましい。このような混合した金属粉末を用いることにより、質量比率が高く、平均粒径の大きい第１の金属粉末の粒子同士の隙間に、平均粒径が第１の金属粉末の平均粒径よりも小さい
第２の金属粉末が入ることによって、焼結性を向上させることができるとともに、熱伝導性が高められ、回路基板10の放熱特性を向上させることができる。

次に、アルミナ粉末を準備する。アルミナ粉末の平均粒径は、本実施形態においてガラスの平均粒径より小さいものである。0.2μｍ以上0.6μｍ以下であることが好ましい。

次に、ガラス粉末として、例えばＲ_２Ｏ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系（Ｒ：アルカリ金属元素）を準備する。ここでガラス粉末としては、軟化点が500℃以上700℃以下のものを用いることが好ましい。ガラス粉末の平均粒径としては、本実施形態においてアルミナ粉末の平均粒径よりも大きいものであるが、優れた密着強度を得るにあたっては、平均粒径が0.5μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。

次に、金属粉末、アルミナ粉末、ガラス粉末の配合比としては、各粉末の総量を100質
量％としたとき、アルミナ粉末が0.05質量％以上0.50質量％以下であり、ガラス粉末が3.5質量％以上6.5質量％以下であり、残部が金属粉末であることが好ましい。

次に、有機バインダであるアクリル樹脂と、有機溶剤であるテルピネオールとを用いて、アクリル樹脂１に対しテルピオネール４の配合比とした有機ビヒクルを準備する。なお、金属粉末、アルミナ粉末およびガラス粉末に対する有機ビヒクルの配合比は、各粉末の総量100質量に対し、有機ビヒクルを15質量部以上20質量部以下とすることが好ましい。

そして、それぞれ秤量した金属粉末、アルミナ粉末、ガラス粉末および有機ビヒクルを用いて、調合することにより本実施形態の導電性ペーストを得ることができる。

次に、本実施形態の回路基板10の製造方法の一例について説明する。本実施形態の回路基板10を構成するセラミック焼結体11は、酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの複合焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体またはムライト質焼結体を用いることができる。なお、加工性が比較的容易でありながら機械的強度に優れている観点から、セラミック焼結体11は酸化アルミニウム質焼結体からなることが好ましい。セラミック焼結体11の製造方法は公知の方法により行なえばよい。

次に、本実施形態の導電性ペーストを用いて、公知のスクリーン印刷法により、セラミック焼結体11の主面11ａ上に印刷し、乾燥の後、非酸化雰囲気で焼成することにより金属配線層12を形成する。なお、このような工程を複数回繰り返すか、または、印刷および乾燥を複数回行なった後に一括して焼成したりして、金属配線層12を所望の厚みとしてもよい。また、セラミック焼結体11の主面11ａに印刷した導電性ペーストは、酸化を防ぎつつ、短時間で乾燥すべきであることから、乾燥温度を80℃以上150℃以下とすることが好ま
しい。

また、焼成条件としては、導電性ペーストを構成する金属粉末が銅であるときには、最高温度を900℃以上1050℃以下、保持時間を0.5時間以上３時間以下とすればよい。また、導電性ペーストを構成する金属粉末が銀であるときには、最高温度を850℃以上1000℃以
下、保持時間を0.5時間以上３時間以下とすればよい。

また、金属配線層12の形成方法として、セラミック焼結体11の主面11ａの全面に金属配線層12を形成した後、必要領域にレジスト膜を形成し、塩化第二鉄、塩化第二銅またはアルカリからなるエッチング液等を用いてエッチングし、その後、水酸化ナトリウム水溶液等を用いてレジスト膜を除去することによって所望の金属配線層12を形成してもよい。

また、金属配線層12の厚みは８μｍ以上30μｍ以下であることが好ましい。金属層12の厚みが８μｍ以上30μｍ以下であるときには、回路基板10として使用するために必要な導電性が得られるとともに、エッチングによる金属配線層12の形成において、各金属配線層12の間隔を狭くすることができ、狭ピッチ化および細線化を図ることができので、放熱特性を向上することができる。

次に、金属配線層12の少なくとも一部にめっき層13を形成する。めっきの種類としては公知のめっきであればよく、例えば、金めっき、銀めっき、パラジウムめっきまたはニッケル−金めっきなどが挙げられる。

また、セラミック焼結体11に貫通孔を設けて、貫通孔内に導電性ペーストを充填し、この貫通孔を覆うように導電性ペーストを塗布して焼成したり、さらに、セラミック焼結体11の他方主面にも導電性ペーストを塗布して焼成したりすることによって、放熱特性を向上させることもできる。

また、本実施形態の回路基板10を構成するセラミック焼結体11は、板状だけでなく、シートを積層することによって内部に流路を形成したものであってもよい。このように、セラミック焼結体11の内部に流路を形成したときには、気体および液体からなる冷媒を流すことによって放熱特性に著しく優れた回路基板10とすることができる。

そして、上述した製造方法により得られた本実施形態の回路基板10は、放熱特性に優れているとともに、電子部品21の動作時や、金属層12に対する保護膜となるめっきの被着性が良好であることから、長期間にわたって使用可能な信頼性の高い回路基板10とすることができる。また、本実施形態の回路基板10の作製において、分割溝が形成されたセラミック焼結体11を用いて、上述した方法により金属配線層12を形成し、その後分割すれば、多数個の回路基板10を効率よく作製可能である。なお、本実施形態の回路基板10の製造方法は上述した製造方法に限るものではない。

このようにして得られた本実施形態の回路基板10は、セラミック焼結体11と金属配線層12との密着強度が高く、放熱特性に優れているとともに、めっき層13で覆われていることにより金属配線層12が保護されていることから、初期特性を長期間にわたって維持することができるものとなる。

次に、本実施形態の電子装置20については、本実施形態の回路基板10上に電子部品21を搭載してなるものであり、ここで回路基板10上とは、図１に示すようにめっき層13上や、電極パッド上を含む概念である。そして、金属配線層12が本実施形態の導電性ペーストからなり、めっき層13により覆われた金属配線層12を備える回路基板10上に電子部品21を搭載してなる本実施形態の電子装置20は、めっき被着性が良好であり、金属配線層12が酸化することが少なく、初期特性を長期間にわたって維持できることから、信頼性の高い電子装置20となる。

なお、回路基板10上に搭載される電子部品21としては、例えば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子、インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子、金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子、ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子、ショットキー・バリア・ダイオード（ＳＢＤ）等の半導体素子、昇華型サーマルプリンタヘッドまたはサーマルインクジェットプリンタヘッド用の発熱素子、ペルチェ素子等を用いることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。

アルミナ粉末の平均粒径とガラス粉末の平均粒径との関係を異ならせた導電性ペーストを作製し、この導電性ペーストを用いて試料を作製し、めっき被着性について確認した。

まず、80ｍｍ×80ｍｍの板状であり、厚みが0.7ｍｍの酸化アルミニウム質焼結体を準
備した。次に、金属配線層となる導電性ペーストを作製した。まず、平均粒径が2.8μｍ
である第１の金属粉末を70質量％、平均粒径が1.1μｍである第２の金属粉末を30質量％
で混合した銅からなる金属粉末を準備した。次に、表１に示す平均粒径のアルミナ粉末と、表１に示す平均粒径のガラス粉末（軟化点：630℃、Ｒ_２Ｏ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−Ｓｉ
Ｏ_２系）とを準備した。

そして、各粉末の総量100質量％のうち、アルミナ粉末が0.8質量％、ガラス粉末が７質量％、残部が金属粉末となるように調合した混合粉末を得た。また、アルミナ粉末を添加せず、各粉末の総量100質量％のうち、ガラス粉末が７質量％、残部が金属粉末となるよ
うに調合した混合粉末も得た。

さらに、各粉末の総量100質量部に対し、有機バインダであるアクリル樹脂を１とした
とき有機溶剤であるテルピネオールを４の配合とした有機ビヒクルを17質量部で調合し、試料Ｎｏ．１〜３に対応する導電性ペーストを作製した。なお、アルミナ粉末およびガラス粉末の平均粒径については、導電性ペーストの乾燥体について、ＳＥＭおよびＥＤＳを用いて確認し、調合時の平均粒径通りであることを確認した。

そして、得られた導電性ペーストを用いて、焼成後に２×２ｍｍ^２の金属配線層が225
個（15×15）形成されるようにセラミック焼結体の主面にスクリーン印刷を行ない、乾燥および焼成を行なうことによって厚み20μｍの金属配線層を形成した。また、乾燥は大気雰囲気において100℃で乾燥させ、焼成は、酸素濃度を５ｐｐｍに調整した窒素雰囲気の
中で、焼成温度を950℃、焼成時間を0.8時間で焼成した。

次に、Ｎｉめっき液を用いて金属配線層上にめっき処理を行なった。具体的には、カルボン酸塩、リン酸塩および硫酸ニッケルを主成分とする公知の配合比であるＮｉめっきの新液を用いて、試験温度を84℃として、Ｎｉめっき厚みが４μｍ程度となるまで処理を行ない、試料Ｎｏ．１〜３の回路基板を得た。そして、金属顕微鏡を用いて、回路基板に形成された225個の金属配線層上のめっき層を観察し、めっき未着箇所のある金属配線層の
数をカウントした。結果を表１に示す。

表１に示すように、アルミナ粉末を含まない導電性ペーストを用いた試料Ｎｏ．１は、めっき未着箇所の生じている金属配線層の数が11個であった。また、アルミナ粉末の平均
粒径がガラス粉末の平均粒径よりも大きい導電性ペーストを用いた試料Ｎｏ．２は、めっき未着箇所の生じている金属配線層の数が５個であった。これらに対し、アルミナ粉末の平均粒径がガラス粉末の平均粒径よりも小さい導電性ペーストを用いた試料Ｎｏ．３は、225個の金属配線層すべてにおいてめっき未着箇所は確認されなかった。

この結果より、金属粉末と、アルミナ粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含み、アルミナ粉末の平均粒径がガラス粉末の平均粒径よりも小さいことにより、金属配線層の表面にガラス成分が露出することを抑制することができ、金属配線層におけるめっき被着性が良好な導電性ペーストとできるがわかった。

次に、アルミナ粉末、ガラス粉末および金属粉末の調合比率を異ならせた導電性ペーストを作製し、この導電性ペーストを用いて試料を作製し、めっき被着性、密着強度および熱的信頼性について確認した。

まず、実施例１と同様の酸化アルミニウム質焼結体を準備した。次に、金属配線層となる導電性ペーストを作製した。なお、平均粒径が0.4μｍのアルミナ粉末と、平均粒径が1.5μｍのガラス粉末とを用いて、各粉末の混合比率を表２に示す調合としたこと以外は、実施例１と同様の方法で導電性ペーストを作製した。

そして、得られた導電性ペーストを用い、実施例１と同様の製造方法でスクリーン印刷、乾燥および焼成を行なって金属配線層を形成し、めっき処理を施すことにより試料Ｎｏ．４〜15の回路基板を得た。そして、実施例１と同様の方法で、めっき未着箇所のある金属配線層の数をカウントした。

次に、密着強度の測定方法について図２を用いて説明する。この密着強度とは、半田30を介して金属配線層12に接合されためっき導線31を引っ張り、金属配線層12がセラミック焼結体11から剥離するときの強度を測定したものである。なお、密着強度の測定には、別途、めっき処理を施す前のもの、すなわちセラミック焼結体11上に金属配線層12を形成したものを測定試料として用いる。

まず、フラックス（タムラ化研株式会社製ＸＡ−100）と、Ｓｎ−Ｐｂ（６：４）系
で全体に対してＡｇを２質量％含む半田30を用い、測定試料の金属配線層13の表面に、厚みが0.6ｍｍのめっき導線（銅線にＳｎめっき）31を接合（半田付け）した。

次に、試験装置として、ＡＮＺＡＴＥＣＨ社製のダイ・シェアリング・テスタ（型番
：520Ｄ）を用いて、めっき導線31を7.62ｍｍ／分の速度で引っ張り、金属配線層12がセ
ラミック焼結体11から剥離したときの強度を測定した。なお、測定数は各試料につき10個測定し、10個の測定値の平均を密着強度として表２に示した。

また、熱的信頼性の評価として、ヒートサイクル試験を行なった。なお、このヒートサイクル試験についても、めっき処理を施す前のものを用い、２×２ｍｍ^２のサイズに分割したものを測定試料とした。そして、このヒートサイクル試験は、各測定試料を13個用意し、冷熱衝撃試験装置を用いて、各試料の環境温度を室温（25℃）から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125℃で15分保持した後、室温まで降温するというサイクル
を１サイクルとし、1150サイクル〜1750サイクルの間で50サイクル毎に各試料につき１つずつ取出して観察を行ない、剥離が確認されたときのサイクル回数を表２に示した。剥離の確認は、ＳＥＭを用いて1000倍の倍率で観察して行なった。結果を表２に示す。

表２に示すように、各粉末の総量を100質量％としたとき、アルミナ粉末が0.05質量％
以上0.5質量％以下であり、ガラス粉末が3.5質量％以上6.5質量％以下であり、残部を金
属粉末である導電性ペーストを用いた試料Ｎｏ．５〜８およびＮｏ．11〜14は、めっき未着は確認されず、密着強度が31Ｎ／２×２ｍｍ^２以上、サイクル回数が1300回以上であった。

この結果より、各粉末の総量を100質量％としたとき、アルミナ粉末が0.05質量％以上0.50質量％以下であり、ガラス粉末が3.5質量％以上6.5質量％以下であり、残部が金属粉
末であることにより、金属配線層の表面にガラス成分が露出することをより抑制することができ、金属配線層におけるめっき被着性が良好である上に、セラミック焼結体と金属配線層との密着強度および放熱特性に優れた導電性ペーストとできるがわかった。

次に、アルミナ粉末およびガラス粉末の平均粒径を異ならせた導電性ペーストを作製し、この導電性ペーストを用いて試料を作製し、めっき被着性、密着強度および熱的信頼性について確認した。

まず、実施例１と同様の酸化アルミニウム質焼結体を準備した。次に、金属配線層となる導電性ペーストを作製した。なお、アルミナ粉末およびガラス粉末を表３に示した平均粒径のものを用い、調合比率を実施例２のＮｏ．12と同じ（アルミナ粉末が0.1質量％、
ガラス粉末が５質量％、残部が金属粉末）としたこと以外は、実施例１と同様の方法で導電性ペーストを作製した。なお、平均粒径が0.2μｍ未満のアルミナ粉末は、高価である
ことから試料作製を行なわなかった。

そして、得られた導電性ペーストを用い、実施例１と同様の製造方法でスクリーン印刷、乾燥および焼成を行なって金属配線層を形成し、めっき処理を施すことにより試料Ｎｏ．16〜26の回路基板を得た。そして、実施例１と同様の方法で、めっき未着箇所のある金属配線層の数をカウントした。また、実施例２で記載した測定試料を作製し、密着強度の測定およびヒートサイクル試験を実施例２と同様の方法で行なった。結果を表３に示す。

表３に示すように、ガラス粉末の平均粒径に対するアルミナ粉末の平均粒径の比が0.2
以上0.7以下である導電性ペーストを用いた試料Ｎｏ．17〜20は、めっき未着は確認され
ず、試料Ｎｏ．16や21よりも密着強度が高く、サイクル回数が多かった。

この結果より、ガラス粉末の平均粒径に対するアルミナ粉末の平均粒径の比が0.2以上0.7以下であることにより、金属配線層の表面にガラス成分が露出することを抑制することができ、金属配線層におけるめっき被着性が良好である上に、セラミック焼結体と金属配線層との密着強度および放熱特性に優れた導電性ペーストとできるがわかった。

また、アルミナ粉末の平均粒径が0.2μｍ以上0.6μｍ以下である導電性ペーストを用いた試料Ｎｏ．22〜25は、めっき未着は確認されず、試料Ｎｏ．26よりも密着強度が高く、サイクル回数が多かった。

この結果より、アルミナ粉末の平均粒径が0.2μｍ以上0.6μｍ以下であることにより、金属配線層の表面にガラス成分が露出することを抑制することができ、金属配線層におけるめっき被着性が良好である上に、セラミック焼結体と金属配線層との密着強度および放熱特性に優れた導電性ペーストとできるがわかった。

また、実施例１〜３から、本実施形態の導電性ペーストからなる金属配線層をセラミック焼結体に備え、この金属配線層の少なくとも一部がめっき層により覆われている本実施形態の回路基板は、セラミック焼結体と金属配線層との密着強度が高く、放熱特性に優れているとともに、めっき層で覆われていることにより金属配線層が保護されていることから、初期特性を長期間にわたって維持できることがわかった。さらに、本実施形態の回路基板上に電子部品を搭載すれば、信頼性の高い電子装置とできることがわかった。

10：回路基板
11：セラミック焼結体
11ａ：主面
12：金属配線層
12ａ：表面
13：めっき層
20：電子装置
21：電子部品
22：ボンディングワイヤ

Claims

金属粉末と、アルミナ粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを含み、
前記金属粉末は、該金属粉末を構成する全成分１００質量％のうち５０質量％を超える成分が銅であり、
前記アルミナ粉末の平均粒経が前記ガラス粉末の平均粒経よりも小さいことを特徴とする導電性ペースト。
前記各粉末の総量を１００質量％としたとき、前記アルミナ粉末が０．０５質量％以上０．５０質量％以下であり、前記ガラス粉末が３．５質量％以上６．５質量％以下であり、残部が前記金属粉末であることを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
前記ガラス粉末の平均粒経に対する前記アルミナ粉末の平均粒経の比が０．２以上０．７以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性ペースト。
前記アルミナ粉末の平均粒経が０．２μｍ以上０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導電性ペースト。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の導電性ペーストからなる金属配線層をセラミック焼結体に備え、前記金属配線層の少なくとも一部がめっき層により覆われていることを特徴とする回路基板。
請求項５に記載の回路基板上に電子部品を搭載してなることを特徴とする電子装置。