JPH01167291A - セラミック用メタライズ組成物 - Google Patents

セラミック用メタライズ組成物

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、低温焼成セラミックスに金属化面を形成する
に際し、セラミックスと同時焼成可能な低融点低抵抗導
体材料、就中高密度多層セラミックス配線基板およびパ
ッケージの製造に際して利用し得るメタライズ組成物に
関する。
(従来の技術) 近年、ICパッケージ、多層配線基板等の超高密度化に
伴ない、低融電率セラミックスと、低抵抗導体の実用化
が要請されているが、特に従来のメタライズ組成物用金
属としてはAu、Au−Pt。
Ag−Pt 、 Ag−Pd等の貴金属ペーストは空気
中で焼付けができるという利点のある反面、コストが高
いという問題点がある。また後者のW 、Mo 、 M
−Mn等の高融点金属は1600°C程度すなわちグリ
ーンシートの焼結温度で同時焼成するために多層化し易
いが、導電性が低く、還元雰囲気で焼成する必要がある
ため危険であり、更にハンダ付けのために導体表面にN
i等のメツキ処理を施す必要があるなどの問題を有して
いる。そこで安価で導電性が良く、ハンダ付は性の良い
Cuペーストを用いたセラミック配線基板が用いられる
ようになってきた。
しかしながら上記のようなCuペーストを用いた場合、
セラミック配線基板の製造において、Cuを酸化させず
にペースト中の有機成分を完全に燃焼させることが困難
であり、Cu表面が酸化されれば導電性が低下しかつハ
ンダ付は性が悪くなる。又、CuOを発生させないよう
にすると有機バインダー等が完全に燃焼除去されず残存
する。
又、金属Cuを用いた場合、脱バインダー工程とCu焼
付工程とを分離しても金属Cuが脱バインダー工程で酸
化され、CuOとなり体積膨張を起すため、基板からの
剥離等の問題を生ずる。
本発明者は先に提出した特願62−254595号にお
いてCub−CuにMr、O□、Pt、ΔUを含有させ
たメタライズ組成物が結晶化ガラスセラミックの低誘電
率と低膨脹率に適したメタライズで、多層基板のパッケ
ージに用いたときに気密性を著るしく向上するものであ
ることを見出した。
しかしながら上記組成のメタライズ組成物においてもC
uの粒径がち密なメタライズを得るために重大な影響を
有するとの知見を得、この点について追求の結果以下の
組成物が最も好ましいものであることを見出した。本発
明は、特願昭62−254595号の改良を目的とする
(問題点を解決するだめの手段) その手段はCuO30〜70重量%、Cu70〜30重
景%よりな重量uO−Cu合計量100重量部と、Mn
0□10重量部以下、Pt7重量部以下、Au5重量部
以下のいずれか1つ以上とを含有する無機成分と、有機
質バインダーと溶剤とにより構成されているメタライズ
組成物において、Cuとして粒径0.5〜20μmの範
囲のものを用い、かつその平均粒径の異なる二種以上の
ものを併用することを特徴とするものであり、中でもC
u粉末として平均粒径0.8μmを20重量部以下、平
均粒径3.2μmを50重量部以下、平均粒径15μm
を50重量部以下の範囲で2種以上組合せて用いたもの
はより好ましい。
(作 用) 本発明におけるメタライズ組成物中CuO及びCuはセ
ラミックグリーンシートとともに還元又は中性雰囲気で
加熱還元されて導体化する。
CuO30〜70重景%に対しC重量0〜30重量%と
じた理由は、 焼工程における有機樹脂成分の焼失とC
uの酸化による体積膨張を相殺させ、CuO粒子が緻密
に充填された状態とする。これにより次の還元工程にお
けるCuOの体積収縮をを最少限に抑えるためである。
これ以外の混合比Cub/Cu80/20では気密性が
保てず、Cub/Cu 20/80は逆に脱脂工程で酸
化体積 増のため、メタライズ剥離を生じる。
次に、このCuOとCuの合計量100重量部に対し、
MnO7を10重量部以下とする理由はMnO7は還元
されたときにMn20:+ 、MnOもしくはMnとな
り、基板中のセラミックや結晶化ガラスと銅との濡れ性
を高めるもので、その含有量が10重置局を超えると銅
粒子同志の焼結を妨げ、リーク不良又は抵抗の増大を招
来する。
ptおよびAuはCuおよびCuOとともに必要な導電
性を確保するほか高温においても殆ど酸化も還元もされ
ないため、導体全体としての体積変化率を更に低くする
。但し、ptが7重量部を超えて多いと導体抵抗が大き
くなり、スルーホールが数ケ所も連なるような配線では
若干不利となる。
しかしながら前記したCub/Cuの混合物のうちCu
粉末は微粉のものほどち密なメタライズが得られるが、
仮焼工程では酸化され易く、体積膨張が樹脂の焼失にと
もなう体積減少分を超えると、セラミックスからメタラ
イズが剥離する現象が発生する。又、粗い粒子を使用す
ると、粒子の充填密度が不十分であり、又酸化の度合も
微粉のものと比べれば少ない。従って仮焼によってセラ
ミックスから剥離する現象は少ないが、粒子の充填密度
が粗であるため、ち密なメタライズが得られにくい欠点
がある。
本発明は更に上記の知見に基づきCuの粒径0.5〜2
0μmの範囲のものを選択する必要のあることを見出し
、かつ又、その平均粒径が異なる二種以上の粉末を併用
することにより、粒子の充填密度が高まることを見出し
た。而してCu粉末の代表的な選択として、平均粒径0
.8μmを20重量%以下、平均粒径3.2μmを50
重量部以下、平均粒径15μmを50重量部以下の範囲
とし、その2種もしくは3種を選択して組合せることに
より、微粉と粗粉の組合せにより両者の有する欠点を補
ない合って、メクライスがセラミックスから剥離するこ
となく、かつち密なメタライズになることを見出した。
Cub/Cuの混合比の具体例を示せば第1表のとおり
である。
第  1  表 Cub/Co  混合比(重量部) (実施例) 以下本発明のメタライズ組成物を使用した製品の製造工
程の概略を説明する。
(1)本出願人の出願に係る特開昭59−92943号
公報記載の発明「結晶化ガラス体」に開示された実施例
歯5と同様に、重量比でZn04%、  M8013%
、  AI□0323%、 Si0□ 58%、 B2
O3及びP2O,各1%の組成となるように、ZnO、
MgC(L+ 、AI(Olり3゜SiO□、H3PO
4及びl(、PO4を秤量し、ライカイ機にて混合し、
アルミナ坩堝を用いて1450℃で溶融せしめた後、水
中に投入し、急冷してガラス化した後、アルミナ製ボー
ルミルにて平均粒径2μに粉砕してフリットを製造 (2)  上記フリットに有機質バインダーと溶剤を混
合してスラリー化し、ドクターブレード法によって厚さ
0.6mのグリーンシートを製造(3)第2表に示すよ
うな平均粒径のCuOと、Cu(混合粉)と、MnO□
粉末と、ptと、Auとを第2表の組成に混合し、有機
質バインダー(エチルセルロース)と溶剤(ブチルカル
ピトール)とを配合してメノウ乳鉢で混合し下記の表の
メタライズペースト(本発明)を製造 (4)前記(2)の結晶化ガラスからなるグリーンシー
トの表面に、上記(3)のメタライズペーストを厚さ2
0μmで、長さ4 、0 mm、幅0.51の帯状にl
 in間隔で40条の導電層となるパターンをスクリー
ン印刷 (5)上記帯状のパターンの200箇所に300μmφ
の貫通孔を設け、この貫通孔に上記(3)のメタライズ
ペーストを充填し、上記帯状のパターンに対し、直角方
向で上記貫通孔を通る位置に同じ帯状のパターンを上記
(4)のペーストでスクリーン印刷(6)  スクリー
ン印刷したグリーンシートを6枚とベースとなる肉厚の
シート1枚を積層し、熱圧着したのち、50mmx50
龍に切断 (7)切断した積層体を大気中8時間で750℃まで昇
温、加熱し、0.2〜1時間保持 (8)次いで積層体を水素雰囲気中に移し、常温より0
.5°C/分の昇温速度で350°Cまで加熱せしめ、
続いて0.5〜1.5時間保持し、水素雰囲気中で95
0°Cで焼成する。
次に第1図に本発明のメタライズ組成物を用いI たチップキャリヤパッケージを示す。1は本発明による
メタライズ、2は結晶化ガラスの如き低温焼成セラミッ
クを示す。
次に本発明のメタライズを用いた多層基板について気密
性および環境試験を行った。
気密性はHeディテクターを用い測定したところ気密性
はi、oxlo−8Std、 cc/sec以下であり
、環境試験後の劣化もなかった。但し環境試験条件は以
下のとおりである。
■温度サイクル(−65°C〜200℃)10サイクル
■熱衝H(0℃〜100℃)15サイクル(−55℃〜
125℃)15サイクル (−65℃〜150℃)100サイクルなお本発明の実
施に当り特開昭59−92943号公報に記載されたも
のの外、特開昭5183957号公報、特開昭59−1
37341号公報、特開昭59−129441号公報に
記載された。結晶化ガラス体を用いて基板とする場合も
同様に本発明のメタライズ組成物が有効である。
(比較例) なおCu粉末について平均粒径の異なるものを配合せず
、一定の平均粒径のものを用いて比較試験をした結果は
第3表に示すとおりで気密性も悪く、メタライズのまく
れ(はがれ)を生じるものが多かった。
第  3  表 (発明の効果) 本発明によれば、CuOとCuを主体とする低抵抗のメ
タライズにして、結晶化ガラスセラミックの低誘電率と
低膨張率に適したメタライズであり、特にCu粉末とし
て平均粒径の異なるものを配合する(粒度配合)により
その効果を著るしく有効なものとすることができる。
多層基板のパンケージに用いたときにメタライズの気密
性に著るしい向上を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のメタライズ組成物を用いて装造したチ
ップキャリヤパッケージの平面図(イ)及び断面図(+
1)を示す。 ■・・・メタライズ 2・・・低温焼成セラミック代理
人 弁理士 竹  内   守 手続主甫正書(自発) 昭和63年2月4日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 1、事件の表示 昭和62年特許願第325290号 2、発明の名称 セラミック用メタライズ組成物 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所  愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号名
 称  (454)日本特殊陶業株式会社代表者 鈴 
木 亭 − 4、代理人 〒101 居 所 東京都千代田区内神田二丁目15番13号明細
書の第2頁第8行目に「低融電率」とあるを手続補正書
(自発) 昭和63年 5月13日 特許庁長官  小 川 邦 夫 殿 1、事件の表示 昭和62年特許願第325290号 2、発明の名称 セラミック用メタライズ組成物 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号名 
称 (454)日本特殊陶業株式会社代表者 鈴 木 
亭 − 4、代理人 〒101 居 所 東京都千代田区内神田二丁目15番13号I)
明細書第5頁4行目「焼工程」とある記載を「仮焼工程
」に訂正する。 2)同第5頁10行目「脱脂工程」とあるのを「仮焼工
程」に訂正する。 3)同第10頁第2表メクライス組成中No4のCu1
5μm欄において、「30]とあるのを「20」に訂正
する。 4)同第11頁3行目「4.0鶴」とあるのを「401
宵」に訂正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)CuO30〜70重量%、Cu70〜30重量%
    よりなるCuO−Cu合計量100重量部と、MnO_
    210重量部以下、Pt7重量部以下、Au5重量部以
    下のいずれか1つ以上とを含有する無機成分と、有機質
    バインダーと、溶剤とにより構成されているメタライズ
    組成物において、Cuとして粒径0.5〜20μmの範
    囲で、かつ平均粒径の異なる二種以上の平均粒径の粉末
    を併用したことを特徴とするセラミック用メタライズ組
    成物。
  2. (2)Cu粉末として、平均粒径0.8μmを20重量
    部以下、平均粒径3.2μmを50重量部以下、平均粒
    径15μmを50重量部以下の範囲内で用いた特許請求
    の範囲第1項記載のセラミック用メタライズ組成物
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