JP6244405B2 - 配線パターンを形成するための組成物 - Google Patents
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Description
第1の本発明は、窒化物セラミックス焼結体基板(10)、焼結体基板(10)上に形成された窒化チタン層(60)、および、窒化チタン層(60)上に形成された銅、銀、およびチタンを含む金属層(50)、を備えてなるメタライズド基板の製造方法であって、窒化物セラミックス焼結体基板(10)上に、銅粉、および水素化チタン粉を含む第一ペースト層(20)を積層して第一積層体を製造する工程、第一積層体の第一ペースト層(20)上に、「銀と銅との合金粉」(以下、単に「合金粉」ということがある。)を含む第二ペースト層(30)を積層して第二積層体(110)を製造する工程、および、第二積層体(110)を焼成することにより、窒化物セラミックス焼結体基板(10)上に窒化チタン層(60)および金属層(50)を形成する工程、を備えてなるメタライズド基板(100)の製造方法である。
図1にメタライズド基板100の製造方法の概略を示したように、まず、窒化物セラミックス焼結体基板10上に、第一ペースト層20が形成され、その上に、第二ぺースト層30が形成され、第二積層体110が形成される。第二積層体110は、焼成され、窒化物セラミックス焼結体基板10上に窒化チタン層60および金属層50を備えたメタライズド基板100が製造される。
窒化物セラミックス焼結体基板10は、所定形状の窒化物セラミックスグリーンシートあるいは窒化物セラミックス顆粒を加圧成形した加圧成形体を焼成する公知の方法により作製することができる。その形状、厚み等は特に制限されない。焼結体原料には、通常用いられる焼結助剤、例えば、希土類酸化物を含む焼結助剤を含んでいてもよい。窒化物セラミックス焼結体基板10の表面は、必要に応じて研磨して表面を平滑にしてもよい。窒化物セラミックスとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化ニオブ等が挙げられる。中でも、高熱伝導率等の特性を有する窒化アルミニウムを用いることが好ましい。
本発明のメタライズド基板100の製造方法においては、まず、窒化物セラミックス焼結体基板10上に、銅粉および水素化チタン粉を含む第一ペースト層20を積層し第一積層体を形成する。その後、該第一積層体の第一ペースト層20上に、合金粉を含む第二ペースト層30を積層し第二積層体110を形成する。第一および第二ペースト層20、30は、配線パターンを形成したい箇所に、以下において説明するペースト組成物を塗布することにより形成される。ペースト組成物の塗布は、精密配線を形成する観点から、印刷により行うことが好ましい。印刷としては、スクリーン印刷、インクジェット印刷、オフセット印刷等を採用することができる。ペーストは、採用する印刷法に応じて適宜最適な粘度に調整すればよいが、スクリーン印刷法を用いる場合には、操作性及びパターン再現性を考慮すると、25℃において、粘度が50〜400Pa・sとなるように各成分の量を調整したものを使用することが好ましい。第一ペースト層20を形成後にこれを乾燥させてから、第二ペースト層30を形成して、その後、第二ペースト層30を乾燥させてもよいし、第一ペースト層20および第二ペースト層30を形成後に、これらをまとめて乾燥させてもよい。乾燥方法は、特に限定されず、ペースト層中の溶媒を揮発させることができる方法であればよい。例えば、80〜120℃程度で1分から1時間程度乾燥させる方法が挙げられる。
また、本発明においては、水素化チタン粉を含まない第二ペースト層30が存在することにより、チタン成分が金属層50の表面に移動することが抑制され、金属層50表面のメッキ性が良好なものとなり、かつ、金属層50の表面のクレーター(crater)状の凹凸(以下、単に「クレーター」という。)の発生を低減できる。また、チタン成分が金属層50の表面に移動することが抑制されることにより、該窒化チタン層60が、窒化物セラミックス焼結体基板10と金属層50との界面において十分に形成され、金属層50の密着性がより良好なものとなる。
第一ペースト層20を形成するための第一ペースト組成物は、金属成分として銅粉および水素化チタン粉(水素化チタンそのものは金属ではないが、焼成時に分解してチタンとなることから金属成分として取り扱う。)を含む。第一ペースト組成物は、その他、有機成分としてバインダー、分散剤、および溶媒を含むことが好ましい。また、第二ペースト層30を形成するための第二ペースト組成物は、金属成分として「銀と銅との合金粉」を含む。第二ペースト組成物も同様に、その他、有機成分としてバインダー、分散剤、および溶媒を含むことが好ましい。
第一ペースト組成物は、金属成分として、銅粉および水素化チタン粉以外に、銀粉及び/又は「銀と銅との合金粉」(合金粉)を含んでいてもよい。第一ペースト組成物に、これら金属粉を添加することにより、焼成後に得られる金属層50において、ボイドの発生をより確実に防止できるようになり、加えて金属層50の抵抗値をより低くすることが可能となる。一方で、銀粉及び/又は合金粉の配合量が多すぎると、材料価格が高くなること、および、焼成の際に金属層中の液相量が多くなりすぎる為に形状を保持できず、精密な配線パターンの形成が困難になる。よって、第一ペースト組成物における、これら銀粉及び/又は合金粉の配合量は、銅粉100質量部に対して、1質量部以上80質量部以下とすることが好ましい。
なお、ここでいう平均粒子径とは、後述する他の粉末の平均粒子径を含めて、日機装株式会社製マイクロトラックを用いてレーザー回折法によって測定した値(体積平均値)を意味する。
なお、上記粒度分布は、日機装株式会社製マイクロトラックを用いてレーザー回折法によって測定した粒度分布を意味する。
TI=log(η1/η2)/log(D2/D1) (1)
η1:ずり速度がD1のときの粘度
η2:ずり速度がD2のときの粘度
D1:1.8s−1(3rpm)
D2:18s−1(30rpm)
すなわち、第一ペースト組成物のチクソトロピー指数を0.2以上1.0以下とするためには、(1)銅粉および水素化チタン粉の配合割合を、銅粉100質量部に対し水素化チタン粉1質量部以上10質量部以下、好ましくは2.5質量部以上8.5質量部以下とし、(2)銅粉として、平均粒子径が0.1μm以上1.0μm未満である銅粉Aのみを使用するか、又は、該銅粉Aと平均粒子径が1.0μm以上5.0μm以下である銅粉Bとの混合粉であって、当該混合粉100質量部中の銅粉Aの含有量が30質量部以上100質量部未満である混合粉を使用し、(3)水素化チタン粉として、平均粒子径が0.1μm以上20μm以下の水素化チタン粉を使用すると共に、(4)バインダー樹脂を銅粉100質量部に対して1質量部以上10質量部以下配合すればよい。このとき、バインダー樹脂は、エチルセルロース樹脂およびアクリル樹脂をそれぞれ、銅粉100質量部に対して0.2質量部以上3.0質量部以下および0.5質量部以上8.0質量部以下含有することが好ましい。より好ましい第一ペースト組成物としては、平均粒子径0.2μm以上0.6μm以下の銅粉A´と平均粒子径1μm以上3μm以下の銅粉B´との混合粉であって当該混合粉100質量部中の銅粉A´の含有量が35質量部以上60質量部以下で残部が銅粉B´である混合粉である銅粉100質量部と、平均粒子径0.5μm以上10μmの水素化チタン粉3.0質量部以上8.0質量部以下と、エチルセルロース樹脂0.3質量部以上2.0質量部以下およびアクリル樹脂1.0質量部以上6.0質量部以下とを含み、チクソトロピー指数が0.3以上0.8以下である組成物を挙げることができる。なお、エチルセルロース樹脂としてはトルエン/エタノール(混合質量比8/2)の混合溶媒にエチルセルロースを5質量%となるように溶解させた溶液の25℃における粘度が4cps以上20cps以下であるエチルセルロース樹脂を使用することが好ましい。またアクリル樹脂とは、メタクリル樹脂を含む概念である。アクリル樹脂としては、ターピネオールに溶解させた場合の10質量%溶液の25℃における粘度が100cps以上1000cps以下のアクリル樹脂、特に上記溶液の25℃における粘度が150cps以上800cps以下のポリアルキルメタクリレート樹脂を使用することが好ましい。さらに、エチルセルロース樹脂とアクリル樹脂とは、配合質量比(エチルセルロース樹脂質量/アクリル樹脂質量)が0.06以上2.0以下となるように配合することが好ましい。また、これら組成物は溶媒を含むことが好ましい。さらに、これら組成物は分散剤を含むことが好ましい。
第二ペースト組成物は、金属成分として、合金粉のみを含んでいることが特に好ましい。このように第二ペースト組成物を構成することにより、第二ペースト組成物は、焼成の際に溶融して、第一ペースト層20に吸収されるので、上記したペースト層端部のはみ出しや金属層端部の浮き(図3(a)参照)の問題が生じない。
なお、第二ペースト層30に銅粉を含有させた場合であっても、上記したペースト層端部のはみ出しや金属層端部の浮き(図3(a)参照)の問題は、合金粉を含むことにより緩和される。特に、銅粉の配合量を上記の特に好ましい範囲内とすることにより、当該緩和の効果がより一層発揮される。
第二ペースト組成物中に金属成分として含まれる各種金属粉については、第一ペースト組成物と同様である。
図2(a)、(b)に示すように、本発明のメタライズド基板100の製造方法は、第一ペースト層20と第二ペースト層30との間(図2(a))、あるいは、第二ペースト層30上に(図2(b))、銅粉を含む第三ペースト層40を積層する工程を含んでいてもよい。このように第三ペースト層40を形成する場合、焼成前の積層体の形態は、図2(a)の「窒化物セラミックス焼結体基板10/第一ペースト層20/第三ペースト層40/第二ペースト層30」と、図2(b)の「窒化物セラミックス焼結体基板10/第一ペースト層20/第二ペースト層30/第三ペースト層40」の二つの形態がある。第三ペースト層40の形成方法(ペースト組成物の塗布、ペースト粘度など)については、上記した第一ペースト層20における場合と同様である。また、図2(c)に示したように、第三ペースト層40を第一ペースト層20および第二ペースト層30の間、ならびに、第二ペースト層30の上の、両方に形成してもよい。
また、第三ペースト層40の第一ペースト層20に対する厚さの比は、好ましくは0.1以上10.0以下(第三ペースト層/第一ペースト層)、より好ましくは0.2以上5.0以下である。
なお、本発明において、第三ペースト層40の厚みは、下記に詳述する第三ペースト組成物を下地ペースト層上に塗布し、乾燥することにより、ペースト層中の溶媒を揮発させた後のペースト層の厚みである。
ここで、有機成分としては、通常の厚膜法で使用する金属ペースト(メタライズペースト)で使用される有機成分及び第一ペースト組成物で例示した有機成分が特に制限無く使用でき、その使用量も印刷性や脱脂性等を考慮して適宜決定される。バインダーとしては、不活性雰囲気中の焼成において残渣が少ないことから、アクリル樹脂が好ましい。
第三ペースト組成物は、銅粉以外に、銀粉及び/又は合金粉を含んでいてもよい。ただし、金属層表面の平滑性を付与する観点からすると、銅粉の配合割合は、第三ペースト組成物中に含まれる金属成分(金属粉)全体を基準(100質量%)として、70質量%以上100質量%以下であることが好ましい。
第三ペースト組成物中に含まれる銅粉の平均粒子径は、特に制限されるものではなく、従来のペーストに使用される銅粉と同様の粒子径を有する銅粉を使用することができる。たとえば、平均粒子径が0.1μm以上5.0μm以下の銅粉を好適に使用することができる。
焼成工程においては、上記で作製した積層体110、すなわち、窒化物セラミックス焼結体基板10、第一ペースト層20、および、第二ペースト層30を有する積層体110を焼成する。これにより、窒化物セラミックス焼結体基板10上に窒化チタン層60および金属層50が形成される。なお、第三ペースト層40を形成した積層体についても焼成条件は特に変わるところは無いので、以下、積層体110の焼成について説明する(以下の説明は、該積層体についてもそのまま適用できる)。
本発明においては、非酸化性雰囲気下、耐熱性容器内で積層体110を焼成することが好ましい。
本発明においては、水素化チタン粉を含まない第二ペースト層30(場合によっては、第三ペースト層40も)が存在していることにより、第一ペースト層20中におけるチタンが金属層50の表面に移動することが防がれている。ここで、非酸化性雰囲気下、耐熱性容器内で積層体110を焼成することで、第一ペースト層20中におけるチタンが金属層50の表面に移動することがより効果的に防がれる。これにより、非酸化性雰囲気下、耐熱性容器内で焼成した場合には、以下に説明する窒化チタン層60が十分に形成され、金属層50の密着性が良好なものとなると共に、金属層50表面のチタン濃度が抑えられ、金属層50表面のメッキ性が良好となり、金属層50表面のクレーターが低減する、という本発明の効果がより顕著に発揮される。
窒化チタン層60は、第一ペースト層20中のチタン成分と、窒化物セラミックス焼結体基板10中の窒素成分とが反応することにより、窒化物セラミックス焼結体基板10と金属層50との界面において形成される。チタンと窒化物セラミックス焼結体との反応は極めて高速で進行し、反応生成物の基板に対する濡れ性が良いことが確認されている。よって、該窒化チタン層が形成されることにより、金属層50の密着性が強固なものとなると考えられる。
窒化物セラミック焼結体基板10上に第一ペースト層20を積層し、さらに、該第一ペースト層20上に第二ペースト層30を積層し(場合によっては、第三ペースト層40をも積層し)、得られた第二積層体110を焼成することにより、窒化チタン層60上に、金属層50が形成される。
金属層50は、銅100質量部に対して、銀を15質量部以上80質量部以下、好ましくは20質量部以上60質量部以下含み、チタンを5質量部以下、好ましくは3質量部以下含んで構成されることが望ましい。
なお、上記した金属層50の構成成分の質量比は、製造されたメタライズド基板100を分析して算出した値に基づいている。具体的には、焼成後に得られたメタライズド基板100について酸等によるエッチング処理を施し、金属層50(窒化チタン層の部分を除く。)のみを溶解させ、得られた溶液を分析することにより上記質量比を決定することができる。
このような効果は、金属層50の表層部におけるチタン濃度を測定することにより評価できる。すなわち、表層部の組成分析に適したエネルギー分散型X線分析法により電子線の加速電圧を10kVで測定したときの銅及び銀の質量濃度の和(A)とチタンの質量濃度(B)との比(B/A)によって評価することができる。
本発明者等の検討によれば、上記比(B/A)が0.2を越える場合には、金属層50の表面が変色し、メッキ層とメタライズ層との密着性が低下する傾向にあることが確認された。これに対し、本発明の方法によれば上記比(B/A)を0.01以上0.2以下、好ましくは0.02以上0.15以下とすることができる。
これに対し、本発明の方法によって(焼成後得られた)メタライズド基板100の金属層50の表面をエッチングまたは研磨により処理することにより、金属層の基板に対する密着性が高いという特徴をもったまま、表面メッキ性をさらに向上させることができる。
本発明のメタライズド基板100は、上記したように、窒化物セラミックス焼結体基板10と金属層50との間に、窒化チタン層60を備えているため、金属層50の密着強度が高くなっていると考えられ、好ましくは□2mm(1辺が2mmの正方形の意であり、面積は4mm2である。)の金属層パターンで評価したときの密着強度が、50N以上、より好ましくは80N以上、さらに好ましくは90N以上の密着強度を有するメタライズド基板100とすることができる。
(ペースト組成物1の作製)
平均粒子径が0.3μmである銅粉末15質量部、平均粒子径が2μmである銅粉末82質量部及び平均粒子径が5μmである水素化チタン粉末3質量部と、ポリアルキルメタクリレートをターピネオールに溶解させたビヒクルとを乳鉢を用いて予備混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、ペースト組成物1を作製した。
平均粒子径が6μmであるAg−Cu合金粉末(BAg−8、組成:銀72wt%−銅28wt%)と、ポリアルキルメタクリレートをターピネオールに溶解させたビヒクルとを乳鉢を用いて予備混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、ペースト組成物2を作製した。
作製した上記ペースト組成物1をスクリーン印刷法にて厚さ0.64mmの窒化アルミニウム焼結体基板(トクヤマ社製、商品名SH−30)上に印刷し、100℃で10分間乾燥させ第一ペースト層を形成した(第一ペースト層の厚みは15μmであった)。この際、第一ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第一ペースト層の質量を算出した。次いで、上記ペースト組成物2をスクリーン印刷法にて第一ペースト層上に重ねて印刷し、100℃で10分間乾燥させ第二ペースト層を形成した(第二ペースト層の厚みは10μmであった)。この際、第二ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第二ペースト層の質量を算出した。バインダーとして使用したポリアルキルメタクリレートの質量を除いた第一ペースト層と第二ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比:第二ペースト層/第一ペースト層)は、0.68であった。この第一ペースト層と第二ペースト層の質量比より、第一ペースト層および第二ペースト層を併せた銅粉と合金粉末の合計量を100質量部としたときの水素化チタン粉の量を算出したところ、1.8質量部であった。また、第一ペースト層および第二ペースト層を併せた銀成分と銅成分の質量比は、0.42(銀成分/銅成分)であった。
参考例1において、ペーストの原料組成を表1に示した組成とした以外は、参考例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、以下の分析・評価をおこなった。結果を表2及び3に示す。
(ペースト組成物1、2の作製)
参考例1において、ペーストの原料組成を表1に示した組成とした以外は、参考例1と同様にして、ペースト組成物1、ペースト組成物2を作製した。
(ペースト組成物3の作製)
平均粒子径が0.3μmである銅粉末20質量部、平均粒子径が2μmである銅粉末80質量部と、ポリアルキルメタクリレートをターピネオールに溶解させたビヒクルとを乳鉢を用いて予備混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、ペースト組成物3を作製した。
(メタライズド基板の製造)
作製した上記ペースト組成物1をスクリーン印刷法にて厚さ0.64mmの窒化アルミニウム焼結体基板(トクヤマ社製、商品名SH−30)上に印刷し、100℃で10分間乾燥させ第一ペースト層を形成した(第一ペースト層の厚みは14μmであった)。この際、第一ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第一ペースト層の質量を算出した。次いで、上記ペースト組成物3をスクリーン印刷法にて第一ペースト層上に重ねて印刷し、100℃で10分間乾燥させ第三ペースト層を形成した(第三ペースト層の厚みは11μmであった)。この際、第三ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第三ペースト層の質量を算出した。次いで、上記ペースト組成物2をスクリーン印刷法にて第三ペースト層上に重ねて印刷し、100℃で10分間乾燥させた。更に再度ペースト組成物2を重ねて印刷、乾燥をおこない、第二ペースト層を形成した(第二ペースト層の厚みは21μmであった)。この際、第二ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第二ペースト層の質量を算出した。バインダーとして使用したポリアルキルメタクリレートの質量を除いた第一ペースト層と第二ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比:第二ペースト層/第一ペースト層)は、1.7であった。また、バインダーとして使用したポリアルキルメタクリレートの質量を除いた第一ペースト層と第三ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比:第三ペースト層/第一ペースト層)は、0.92であった。この第一ペースト層と第二ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比)、および第一ペースト層と第三ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比)より、全ペースト層を併せた銅粉と合金粉末の合計量を100質量部としたときの水素化チタン粉の量を算出したところ、2.3質量部であった。また、全ペースト層を併せた銀成分および銅成分の質量比は、0.53(銀成分/銅成分)であった。以降、参考例1と同様にして焼成し、メタライズド基板を得た。得られたメタライズド基板は、以下の分析、評価をおこなった。
(メタライズド基板の製造)
参考例4で作製した上記ペースト組成物1をスクリーン印刷法にて厚さ0.64mmの窒化アルミニウム焼結体基板(トクヤマ社製、商品名SH−30)上に印刷し、100℃で10分間乾燥させ第一ペースト層を形成した(第一ペースト層の厚みは14μmであった)。この際、第一ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第一ペースト層の質量を算出した。次いで、参考例4で作製したペースト組成物2をスクリーン印刷法にて第一ペースト層上に重ねて印刷し、100℃で10分間乾燥させた。更に再度ペースト組成物2を重ねて印刷、乾燥をおこない、第二ペースト層を形成した(第二ペースト層の厚みは21μmであった)。この際、第二ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第二ペースト層の質量を算出した。次いで、参考例4で作製したペースト組成物3をスクリーン印刷法にて第二ペースト層上に重ねて印刷し、100℃で10分間乾燥させ第三ペースト層を形成した(第三ペースト層の厚みは11μmであった)。この際、第三ペースト層形成前後の基板の質量変化より、基板上に形成された第三ペースト層の質量を算出した。バインダーとして使用したポリアルキルメタクリレートの質量を除いた第一ペースト層と第二ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比:第二ペースト層/第一ペースト層)は、1.7であった。また、バインダーとして使用したポリアルキルメタクリレートの質量を除いた第一ペースト層と第三ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比:第三ペースト層/第一ペースト層)は、0.90であった。この第一ペースト層と第二ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比)、および第一ペースト層と第三ペースト層の質量比(金属成分のみの質量比)より、全ペースト層を併せた銅粉と合金粉末の合計量を100質量部としたときの水素化チタン粉の量を算出したところ、2.3質量部であった。また、全ペースト層を併せた銀成分および銅成分の質量比は、0.53(銀成分/銅成分)であった。以降、参考例1と同様にして焼成し、メタライズド基板を得た。得られたメタライズド基板は、以下の分析、評価をおこなった。
参考例1において、ペーストの原料組成を表1に示した組成とした以外は、参考例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、以下の分析・評価をおこなった。但し、比較例1、3及び4では、第二ペースト層を形成しなかった。結果を表2及び3に示す。
(金属層の組成分析)
メタライズド基板を50%硝酸水溶液中に浸漬し、金属層を溶解し、得られた溶液及び黒色の沈殿物を全て回収した。この際、金属層を除去した基板には、黄金色の窒化チタン層が残存していた。回収した溶液に更にフッ化水素酸及び過酸化水素を加え、黒色の沈殿物を全て溶解した後、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析により溶液中の銅、銀、チタン成分の定量をおこなった。得られた分析結果を表2に示す(Cu100質量部当りの含有量)。
金属層表面をエネルギー分散型X線分析装置(Oxford Instruments社製INCA Energy350)を備えた走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製S−3400N)にて分析をおこなった。分析時の電子の加速電圧は10kVとし、検出された元素の質量濃度より銅及び銀の質量濃度の和(A)に対するチタンの質量濃度(B)の比(B/A)を算出した。結果を表2に示す。
メタライズド基板を樹脂に包埋して研磨し、メタライズド基板断面の観察試料を作製した。得られた観察試料を前記走査型電子顕微鏡にて観察し、基板とメタライズ層との界面における窒化チタン層の厚みを確認した。結果を表3に示す。
(金属層内のボイド量の評価)
上記で得られたメタライズド基板断面の観察試料を前記走査型電子顕微鏡(観察倍率2000倍であり、金属層の面積として4×10−3mm2の範囲を評価)にて観察し、金属層中のボイドの量を評価した。金属層断面のうち、ボイドの占める面積の割合が1%未満である場合を「○」、1%以上5%未満を「△」、5%以上を「×」とした。結果を表3に示す。
メタライズド基板の金属層表面をレーザー走査顕微鏡にて観察し、金属層表面のクレーター状の欠陥(以下、単にクレーターともいう)の発生頻度を評価した。クレーターを内部に含む最小の円の直径をクレーターの大きさと定義し、その大きさと発生数を計測した。クレーターの大きさが10μm以上であるものの数が、1mm2辺り5個未満を「○」、5個以上20個未満を「△」、20個以上を「×」とした。結果を表3に示す。
印刷・乾燥後のペースト層パターンと基板との境界位置を基準としたときに、焼成後に金属層端部からはみ出したメタライズ成分のはみ出し量を以下基準にて評価した。はみ出し量が15μm未満を「○」、15μm以上50μm未満を「△」、50μm以上を「×」として判定した。結果を表3に示す。
メタライズド基板に形成した金属層パターンの体積抵抗率を4端子法により測定した。
結果を表3に示す。
得られたメタライズド基板にニッケル無電解メッキを約2.5μm、次いで金無電解メッキを約0.4μm施した後、金属層の接合試験を行った。2mm角の金属層パターン上に先端部の径がφ1.1mmで、且つ先端部表面にニッケルメッキを施した42アロイ製ネイルヘッドピンを基板と垂直となるようにPb−Sn半田にて半田付けし、ピンを10mm/minの速度で垂直に引張り、基板から破断した際の荷重を記録した。同様の試験を5回実施して荷重の平均値を算出した。結果を表3に示す。また、破断した際の破壊モードを確認した。結果を表3に示す。
(ペースト組成物1の作製)
平均粒子径が0.3μmである銅粉末40.7質量部、平均粒子径が2μmである銅粉末59.3質量部、平均粒子径が0.6μmである銀粉末40.7質量部及び平均粒子径が5μmである水素化チタン粉末7.4質量部を、アクリル樹脂(ポリアルキルメタクリレート)1.2質量部、エチルセルロース(グレード7cps)1.9質量部及び分散剤0.3質量部をターピネオールに溶解させたビヒクルに加え、乳鉢を用いて予備混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、ペースト組成物1を作製した。得られたペースト組成物1について、スパイラル方式粘度計(マルコム社製、PCU−2−1)を用いて、JIS Z3284付属書6の方法により、ローターの回転数を変えたときの25℃での粘度(Pa・s)を測定し、チクソトロピー指数(TI)を算出した。結果を表4に示す。
平均粒子径が6μmであるAg−Cu合金粉末(BAg−8、組成:銀72wt%−銅28wt%)50質量部、平均粒子径が0.3μmである銅粉末35質量部及び平均粒子径が2μmである銅粉末15質量部をポリアルキルメタクリレート4質量部及び分散剤0.2質量部をターピネオールに溶解させたビヒクルに加え、乳鉢を用いて予備混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、ペースト組成物2を作製した。
厚さ0.64mmの窒化アルミニウム焼結体基板(トクヤマ社製、商品名SH−30)に上記で作製したペースト組成物1をライン幅80μm、長さ320μmの十字型のパターンを有するスクリーン版(325メッシュ、乳剤厚7μm)を用いてスクリーン印刷し、100℃で10分間乾燥をおこない第一ペースト層を形成した。次いで、上記で作製したペースト組成物2をライン幅40μm、長さ280μmの十字型のパターンを有するスクリーン版(325メッシュ、乳剤厚7μm)を用いて第一ペースト層上にスクリーン印刷し、100℃で10分間乾燥をおこない第二ペースト層を形成した。この際、ペースト組成物2が第一ペースト上からはみ出して窒化アルミニウム焼結体基板上に印刷されないよう、第一ペースト層の十字パターンの中心と第二ペースト層の十字パターンの中心が重なるように位置合わせをして印刷した。次いで、真空中(真空度4×10−3Pa〜8×10−3Pa)、850℃にて30分間焼成することにより、メタライズド基板を得た。これとは別に、10mm角の正方形のパターンを有するスクリーン版(325メッシュ、乳剤厚7μm)を用い、同様の方法でメタライズド基板を作製した。
図4に示すように、十字型の金属層81が形成されたメタライズド基板表面をレーザー顕微鏡で観察し、十字型81の対向する凹角の頂点を結ぶ線分の距離83を測定した。なお、頂点が明確でない場合は距離が最短となる線分とした。測定して得られた距離83とスクリーンマスクにおける十字型82の対向する凹角の頂点を結ぶ線分の距離84との差(μm)を求め、パターン滲み量とした。結果を表4に示す。
上記で得られた10mm角の正方形の金属層パターンを有するメタライズド基板の金属層表面を、表面粗さ計(東京精密社製、サーフコム554A)を用いて測定し、算術平均粗さ(Ra)(μm)を求めた。結果を表4に示す。
実施例6において、ペースト組成物1の原料組成を表4に示した組成にした以外は、実施例6と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。結果を表4に示す。
実施例6〜8では、バインダーとしてエチルセルロース及びアクリルを配合している為、アクリルのみを配合している実施例9に比較して、平均粒子径が0.3μmの銅粉の配合量が同じであるにも拘らずチクソトロピック指数が高くなり、それに伴いパターン滲み量も小さくなった。また、算術平均粗さ(Ra)は、チクソトロピック指数によらずほぼ同程度の値となっているが、これは第二ペースト層を積層して焼成したことによる、表面平滑化の作用であると考えられる。
20 第一ペースト層
30 第二ペースト層
40 第三ペースト層
50 金属層
60 窒化チタン層
100 メタライズド基板
110 第二積層体
72 下層ペースト層
74 上層ペースト層
76 焼結体
81 メタライズド基板の金属層パターン
82 スクリーン版のパターン
83 金属層パターンにおける十字型の対向する凹角の頂点を結ぶ線分の距離
84 スクリーンマスクにおける十字型の対向する凹角の頂点を結ぶ線分の距離
X ペーストのはみ出し
Y 金属層の浮き
Claims (10)
- 窒化物セラミックス焼結体基板上に印刷して配線パターンを形成するための組成物であって、
銅粉100質量部と、
平均粒子径0.1μm以上20μm以下の水素化チタン粉1質量部以上10質量部以下と、
バインダー樹脂1質量部以上10質量部以下とを含み、
前記銅粉が、平均粒子径0.2μm以上0.6μm以下の銅粉Aであるか、または、30質量部以上100質量部未満の該銅粉Aを含み残部が平均粒子径1.0μm以上5.0μm以下の銅粉Bである混合粉であり、
チクソトロピー指数が0.2以上1.0以下であることを特徴とする組成物。 - 前記バインダー樹脂として、少なくともエチルセルロース樹脂を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記バインダー樹脂として、エチルセルロース樹脂0.2質量部以上3.0質量部以下と、アクリル樹脂0.5質量部以上8.0質量部以下とを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の組成物。
- 銀粉及び/又は銀と銅との合金粉を、前記銅粉100質量部に対して1質量部以上80質量部以下含む、請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
- 窒化物セラミックス焼結体基板上に組成物を印刷及び焼成して、該組成物の焼成物からなる又は該焼成物とメッキ層とからなる配線パターンを形成するために用いられる、請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
- 窒化物セラミックス焼結体基板上に2種以上の組成物を積層印刷および焼成して配線パターンを形成するための組成物の組であって、
請求項1〜5のいずれかに記載の組成物である第一ペースト組成物と、
銀と銅との合金粉を含み、チタン成分を含まない、第二ペースト組成物と
を備える、組成物の組。 - 前記第一ペースト組成物が、さらに銀粉及び/又は銀と銅との合金粉を含み、
前記第一ペースト組成物中の前記銀粉及び前記銀と銅との合金粉の合計の含有量が、前記第一ペースト組成物中の銅粉100質量部に対して、1質量部以上80質量部以下である、請求項6に記載の組成物の組。 - 前記第二ペースト組成物が、さらに銅粉を含み、
前記第二ペースト組成物中の前記銅粉の含有量が、前記第二ペースト組成物中の前記銀と銅との合金粉100質量部に対して、1質量部以上300質量部以下である、請求項6又は7に記載の組成物の組。 - 前記第一ペースト組成物の層および前記第二ペースト組成物の層を併せた銅成分と銀成分との合計質量を100質量部として、前記第一ペースト組成物の層中の前記水素化チタン粉の含有量が1質量部以上10質量部以下となるように積層印刷される、請求項6〜8のいずれかに記載の組成物の組。
- 前記第一ペースト組成物の層および前記第二ペースト組成物の層を併せた銀成分および銅成分の含有量における、銅成分に対する銀成分の質量比が0.15以上0.8以下となるように積層印刷される、請求項6〜9のいずれかに記載の組成物の組。
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