JPH01260711A - ペースト組成物および導体 - Google Patents

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、半導体集積回路等の素子を実装する配線基板
の導体を形成するためのペースト組成物およびその導体
に関する。

〈従来の技術〉 近年、基板材料と導体とを約１０００℃以下の低温で同
時焼成して得られる配線基板の開発が進められている。

このような低温焼成配線基板の基板材料は、アルミナ−
ガラス複合体を主成分としたものである。

一方、導体材料は、従来のＷやＭＯに代り、導通抵抗が
低い（約２ｍΩ／口）という点で優れるＡｇ、さらに耐
マイグレーション性を改善したＡｇ−Ｐｄ合金が用いら
れている。

ところで、上記基板材料と導体材料とを同時焼成して一
体化するに際しては、基板材料および導体材料（ペース
ト）は共に収縮するが、これらの収縮率が等しくないた
めに、基板と導体との界面付近にクラックが生じるとい
う問題がある。　このようなりラックの発生は、湿気の
侵入、導体パッド部の剥離の原因となり、デバイスの信
頼性を低下させるため好ましくない。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、同
時焼成に際しての基板材料と導体材料の収縮率の差異に
よるクラックの発生を抑制することができるペースト組
成物および導体を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、以下の本発明により達成される。

即ち、本発明は、ＡｇまたはＡｇ系合金と、α−Ａ１２
０．および／または焼成によりα−ＡＪＺｚＯ：＋とな
る前駆体化合物とを含む導体形成用のペースト組成物を
提供するものである。

また、本発明は、Ａｇと、Ｐｄと、α−Ａ　ｊ２２０　
ｓおよび／または焼成によりα−Ａ１２０３となる前駆
体化合物とを含む導体形成用のペースト組成物を提供す
るものである。

前記α−ＡＪ１２０ｓおよび／または焼成によりα−Ａ
１２０．となる前駆体化合物の含有率は、ペースト組成
物を焼成して導体としたとき、該導体中にａ−Ａｌ２Ｏ
３が１〜１０ｖｏｌ％含有するような含有率であるのが
よい。

また、本発明は、同時焼成により低温焼成セラミックス
基板の表面および／または内部に形成される導体であっ
て、その組成が、ＡｇまたはＡｇ系合金と、α−Ａ１２
０．とを含むものである導体を提供するものである。

前記ａ−Ａｉ２０ｓの含有率が１〜１０ｖｏｌ％である
のがよい。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明のペースト組成物は、導体の基本組成となるＡｇ
またはＡｇ系合金あるいはＡｇおよびＰｄと、α−Ａ１
２００３および／またはその前駆体とを含み、さらにビ
ヒクルとを含むものである。

ペースト組成物の基本組成はＡｇであるが、これに代え
て、Ａｇと所望の金属との２元系またはそれ以上の合金
でもよい。　Ａｇ系合金の例としては、好ましくは２５
ｗｔ％以下のＰｄを含むＡｇ−Ｐｄ合金、好ましくは２
５ｗｔ％以下のＰｄと１０ｗｔ％以下のｐｔを含むＡｇ
−Ｐｄ−Ｐｔ合金、好ましくは１０ｗｔ％以下のｐｔを
含むＡｇ−Ｐｔ合金等を挙げることができる。

このようなＡｇ系合金のＡｇ以外の成分、およびその含
有率は、目的に応じて適宜決定される。　例えば、Ａｇ
−Ｐｄ合金は、純Ａｇに比べ耐マイグレーション性、耐
湿性に優れている。　この合金のＰｄ含有率が５ｗｔ％
未満であると前記効果が少なく、また２５ｗｔ％を超え
ると導体の導電性が悪くなるため、Ｐｄ含有率は５〜２
５ｗｔ％とするのが好ましい。

また、ペースト組成物中にＡｇとＰｄのような他の金属
が別個に存在していてもよい。　この場合、後の焼成に
よりＡｇ系合金となる。

このようなＡｇまたはＡｇ系合金、あるいは、Ｐｄのよ
うな合金となる金属は、通常、ペースト組成物中に粒子
として存在する。

ＡｇまたはＡｇ系合金粒子の平均粒径は、０．０１〜１
０μｍ程度とするのが好ましい。

その理由は、平均粒径が０．０１μｍ未満であると導体
の収縮率が大きくなりすぎ、α−Ａｕｔｏ３を含有する
ことにより収縮抑制が不十分となり、また１０μｍを超
えると導体用ペースト組成物の印刷性、分散性が悪くな
るからである。

また、合金となる金属の粒子、特にＰｄ粒子の平均粒径
は、０．０１〜１０μｍ程度とするのが好ましい。　そ
の理由は、平均粒径が０．０１μｍ未満であると上記Ａ
ｇまたはＡｇ系合金粒子の場合と同様、収縮抑制が不十
分となり、また１０μｍを超えるとＰｄの添加による耐
マイグレーション性の改善効果が小さくなるからである
。

本発明の特徴は、ペースト組成物中にα−Ａ℃２　　ｏ
３　および／または焼成によりα−ＡｊＱ２０３となる
前駆体化合物を含有せしめることにある。　これにより
、焼成後の導体中にα−Ａ１．２　ｏｓが含有され、導
体の焼成による収縮率が、これと接合する基板材料の収
縮率により近づくため、導体と基板との界面付近のクラ
ックの発生が抑制される。　また、基板中のフリット成
分が浮き上ってくる場合でも、フリットの上昇を抑える
効果があるため、導体の半田濡れ性が向上する。

α−ＡＪ！２０３の前駆体化合物としては、焼成により
α−ＡＪ２２ｏ３となるものであればいかなるものでも
よく、例えば、Ａｎ（ＯＨ）ｓ　、Ｔ−Ａｕ２０３等を
挙げルコとができる。

なお、本発明では、製造上簡易、性状の安定性等の点か
ら、α−Ａｌ２Ｏｓ　としてペースト中に添加されてい
るのがより好ましい。　ただし、α−Ａｉ２０．の前駆
体化合物であっても、上記問題が生じてないものであれ
ばこの限りでない。

ペースト組成物におけるこのようなα−Ａｆ１２ｏ、お
よび／またはその前駆体化合物の含有率は、ペースト組
成物を焼成して導体としたとき、該導体中にα−ＡｆＬ
２０３が１〜１０ｖｏｌ％含有するような含有率である
のが好ましい。　その理由は、導体中のα−ＡｆＬ２０
３の含有率が１　　ｖｏｌ％未溝であると上述した収縮
率の整合および半田濡れ性向上の効果が十分に得られず
、また１０ｖｏｌ％を超えると導体の導通抵抗が大とな
り、導電性が悪くなるからである。

このようなα−Ａｆ１．Ｏ，は、通常、ペースト組成物
中に粉粒体として存在する。　α　−Ａｕ２０．粉粒体
の平均粒径は、０．１〜１０μｍ程度とするのが好まし
い、　その理由は、平均粒径が０．１μｍ未満であると
基板と導体との収縮率の整合性向上の効果が十分に得ら
れず、また１０μｍを超えると膜の均一性および半田濡
れ性向上の効果が十分に得られなくなるからである。

ペースト組成物のビヒクルとしては、エチルセルロース
、ニトロセルロース、アクリル系樹脂等のバインダー、
α−テルピネオール、ブチルカルピトール等の溶剤、そ
の化分散剤、活性剤等が挙げられ、これらのうち任意の
ものが目的に応じて適宜添加される。

なお一般に、ペースト組成物中の上記ビヒクルの含有率
は、１０〜７０ｗｔ％程度である。

次に、本発明の導体について説明する。

第１図は、本発明の導体を有する多層配線基板の部分断
面図である。　同図に示すように、多層配線基板１は、
複数の層を積層し、焼成により一体化した絶縁体の基板
４を有し、この基板４の内部には、所定パターンの内部
導体２が形成され、この内部導体２が基板４の表面に露
出した部分に外部導体３が形成されている。

基板４の構成材料としては、内、外部導体２．３、抵抗
８とともに同時焼成可能なものとして、アルミナ−ホウ
ケイ酸ガラス、アルミナ−鉛ホウケイ酸ガラス、アルミ
ナ−ホウケイ酸バリウムガラス、アルミナ−ホウケイ酸
カルシウムガラス、アルミナ−ホウケイ酸ストロンチウ
ムガラス、アルミナ−ホウケイ酸マグネシウムガラス等
の酸化物骨材とガラスとを含む低温焼結材料が好ましい
。

このような基板材料において、ガラスの含有率は、一般
に５０〜８０ｗｔ％程度とするのがよい。

内部導体２は、通常多層配線され、基板４の厚さ方向に
形成されたスルーホール５を介して互いに導通されてい
る。

外部導体３は、基板４の表面に形成され、チップインダ
クタ、チップコンデンサ等のチップ部品や半導体集積回
路素子、ダイオード等の素子等の表面実装部品７を半田
６により半田付けするためのパッドとして用いられ、あ
るいは抵抗８への導通用として用いられる。

なお、この抵抗８を覆うように絶縁被覆層９が形成され
ている。

本発明の導体は、上記内部導体２および／または外部導
体３に適用される。　即ち、内部導体２および外部導体
３はいずれも基板４と接合しているため、その界面付近
におけるクラックの発生を防止することができるからで
ある。

なお、外部導体３は、耐マイグレーション性、耐湿性に
優れるＡｇ−Ｐｄ系合金を主体とする導体とし、内部導
体２は、導電性が良いことを優先させる点でＡｇを主体
とする導体とするのが好ましい。

また、内部導体２の膜厚は、通常５〜２０μｍ程度、外
部導体３の膜厚は、通常５〜２０μｍ程度とされる。

そして、内部導体および外部導体の導通抵抗は、その組
成にもよるが、一般的に、前者は２〜ＩｏｎΩ／口、後
者は、１０〜３０ｍΩ／口程度とするのがよい。

次に、本発明のペースト組成物および導体の製造方法の
好適例について説明する。

ペースト組成物は、前述したＡｇ粒またはＡｇ系合金粒
あるいはＡｇ粒およびＰｄ粒のような金属粒と、α−Ａ
ｎ、０３および／またはその前駆体化合物の粉粒体とを
混合し、これにバインダー、溶剤等のビヒクルを加え、
これらを混練してスラリー化することにより得ることが
できる。　ここで、ペースト組成物の粘度は、３万〜３
０万ｃｐｓ程度に調製しておくのがよい。

このようなペースト組成物を用いて次のような工程によ
り導体が製造される。

まず、基板材料となるグリーンシートを作製する。

このグリーンシートは、基板の原材料であるアルミナ粉
末等の骨材とガラス粉末（例えば、ホウケイ酸ガラス）
とを所定量混合し、これにバインダー樹脂、溶剤等を加
え、これらを混練してスラリー化し、例えばドクターブ
レード法により０．１〜０．３ｍｍ程度の厚さのグリー
ンシートを所定枚数作製する。

次いで、グリーンシートにパンチングマシーンや金型プ
レスを用いてスルーホール５を形成し、その後、前記ペ
ースト組成物を各グリーンシート上に例えばスクリーン
印刷法により印刷し、所定パターンの内部および外部導
体層を形成するとともにスルーホール５内に充填する。

また、必要に応じて抵抗体原材料ペースト（例えばＲｕ
ｂ、、ガラスフリット含有）をスクリーン印刷法等によ
り印刷し、抵抗体８を形成する。　なお、この抵抗体８
は、基板と一体焼結する場合に限らず、基板を焼成後、
基板上に印刷、焼成して形成してもよい。

次いで、各グリーンシートを重ね合せ、熱プレス（約４
０〜１２０℃、５０〜１００１００Ｏ／Ｃｍ２）を加え
てグリーンシートの積層体とし、必要に応じて脱バイン
ダー処理、切断用溝の形成等を行う。

その後、グリーンシートの積層体を通常空気中で８００
〜１０００℃程度の温度で焼成、−体化し、基板４に内
部および外部導体が形成された多層配線基板を得る。　
この同時焼成に際しては、導体中にα−ＡｆｌｚＯ３が
含有されているため、導体の収縮率が基板４のそれによ
り近くなり、よって導体と基板との界面付近のクランク
の発生が抑制される。

その後、所定の表面実装部品７を外部導体３に半田付け
し、絶縁被覆層９を形成して第１図に示す多層配線基板
１が得られる。

なお、基板は上記グリーンシート法に代り印刷法により
作製してもよい。

以上では、本発明を多層配線基板に適用した場合の例を
説明したが、本発明は、これに限らず、同時焼成配線基
板のような単層の基板等にも適用することができる。

〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例について説明する。

（本発明例１） 下記組成の導体用ペースト組成物の顔料１００重量部に
対し、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤
（テルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して
導体用組成物を得た。

Ａｇ　　　　　　：９５ｖｏｌ％ ａ−ＡＩ！、２０ｓ　　：　５ｖｏｌ％なお、Ａｇは、
平均粒径１．０μｍのＡｇ粒として添加し、α−Ａｊ！
２０３は平均粒径１．５μｍの粉末として添加した。

（本発明例２） 下記組成の導体用ペースト組成物の顔料１００重量部に
対し、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤
（テルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して
導体用組成物を得た。

Ａｇ　　　　　　　：８０ｖｏｌ％ Ｐｄ　　　　　　　：１５ｖｏｌ％ ａ−ＡｆＬ２０．：　　５ｖｏｌ％ なお、Ａｇは、平均粒径１．０μｍのＡｇ粒として、Ｐ
ｄは、平均粒径０．１μｍのＰｄ粒として添加し、α−
ＡＪ１ｘＯｓは平均粒径１．５μｍの粉末として添加し
た。

（本発明例３） Ｐｄを平均粒径１．０μｍのＰｄ粒として添加した以外
は本発明例２と同様とした。

（本発明例４） 下記組成の導体用ペースト組成物の顔料１００重量部に
対し、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤
（テルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して
導体用組成物を得た。

Ａｇ−Ｐｄ合金：９５ｖｏｌ％ ａ−Ａｉ２０３　：　　５ｖｏｌ％ なお、Ａｇ−Ｐｄ合金は、平均粒径１．０μｍのＡｇ−
Ｐｄ合金粒として添加し、α−Ａｎ、Ｏ，は平均粒径１
．５μｍの粉末として添加した。

（本発明例５） 下記組成の導体用ペースト組成物の顔料１００重量部に
対し、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤
（テルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して
導体用組成物を得た。

Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ合金：９５ｖｏｌ％ α−Ａｆ１２０ｓ　　　　　：　　５ｖｏｌ％なお、Ａ
ｇ−Ｐｄ−Ｐｔ合金は、平均粒径１．０μｍのＡｇ−Ｐ
ｄ−Ｐｔ合金粒として添加し、α−Ａλ２０３は平均粒
径１．５μｍの粉末として添加した。

（本発明例６） 下記組成の導体用ペースト組成物の顔料１００重量部に
対し、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤
（テルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して
導体用組成物を得た。

Ａｇ　　　　　　　：８０ｖｏｌ％ Ｐｄ　　　　　　　：１５ｖｏｌ％ Ａｌｌ　（ＯＨ）　ｓ　　：　５ｖｏｌ％（α−ＡＪ１
２０３換算） なお、Ａｇは、平均粒径１．０μｍのＡｇ粒として、Ｐ
ｄは、平均粒径０．１μｍのＰｄ粒として添加し、Ａｌ
１　（ＯＨ）、は平均粒径１．５μｍの粉末として添加
した。

（比較例１） 下記組成の導体用ペースト組成物の顔料１００重量部に
対し、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤
（テルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して
導体用組成物を得た。

Ａｇ　　　　　　　　　　　　：８５ｖｏｌ　　％Ｐｄ
　　　　　　　　　　　　：１５ｖｏｌ　　％なお、Ａ
ｇは、平均粒径１、ＯｕｍのＡｇ粒として、Ｐｄは、平
均粒径０．１μｍのＰｄ粒として添加した。

（比較例２） Ｐｄを平均粒径１．０μｍのＰｄ粒として添加した以外
は比較例１と同様とした。

上記本発明例１〜６、比較例１．２の各ペースト組成物
を用いて、下記方法により導体を有する基板を作製した
。

まず、α−アルミナ：６０ｗｔ％、ガラス粉末：４０ｗ
ｔ％の組成で厚さ１００〜３００μｍのグリーンシート
を作製した（この場合のガラスはＡ　ＩＬ　２０　ｓ　
−Ｂ　２０３−　Ｓ　ｉ　Ｏ２Ｍ　Ｏ系、但しＭ＝Ｃａ
、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ）。

次に、このグリーンシートにスクリーン印刷により導体
ペーストを２ｍｍＸ２ｍｍパッドに乾燥後の膜厚が１２
±２μｍになるように印刷した。

次に、基板の機械的強度を得るために、このシートと他
の印刷していないシート数枚とを熱プレスにより積層し
てグリーンシート積層体を得た。

その後、この積層体を脱脂後、空気中で温度９００℃で
同時焼成して導体を有する基板を作製した。

得られた基板のサンプルＮ０１１〜８について、基板と
界面付近のクラックの発生状況および外部導体の半田濡
れ性を調べた。　その結果を下記表１に示す。

なお、接着強度試験はテユボン社の剥離試験に準じた。

　被着した導体膜の横方向に直径０．８ｍｍの銅線をの
ばし導体膜に重なる部分について半田付けし、その半田
付けの終わる一端からのびた銅線を導体膜被着面にほぼ
垂直でかつ導体膜を剥離する方向に引っ張り試験機を用
いて引っ張り、剥離した時の荷重を読んだ。

また、クランクの発生状況は、剥離モード、即ち接着強
度試験における剥離の仕方の違いによって評価した。

また、半田濡れ性は、各サンプルを２３０℃の溶融半田
に約５秒間浸漬し、パッドの濡れ面積率により評価した
。

上記表１より明らかなように、本発明１〜６による導体
はいずれも比較例のそれに比べ基板と導体との界面付近
のクラックの発生がほとんどなく、かつ外部導体の半田
濡れ性に優れることが確認された。

〈発明の効果〉 本発明のペースト組成物および導体によれば、焼成後の
導体中にα−Ａｌ２Ｏ．を含有することにより、焼成に
よる基板と導体との収縮率の整合性が向上し、よって基
板と導体との界面付近のクラックの発生が著減する。

また、比較例２に示すようにＡｇやＰｄの粒度により、
半田濡れ性が悪くなる場合があるが、本発明では、α−
Ａｕ２０３を含有することにより基板から浮き上ってく
るガラスを抑える作用が生じ、よって外部導体の半田濡
れ性が向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の導体を有する多層配線基板の部分断
面図である。 符号の説明 １・・・多層配線基板、 ２・・・内部導体、 ３・・・外部導体、 ４・・・基板、 ５・・・スルーホール、 ６・・・半田、 ７・・・表面実装部品、 ８・・・抵抗、 ９・・・絶縁被覆層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＡｇまたはＡｇ系合金と、α−Ａｌ＿２Ｏ＿３お
   よび／または焼成によりα−Ａｌ＿２Ｏ＿３となる前駆
   体化合物とを含む導体形成用のペースト組成物。
2. （２）Ａｇと、Ｐｄと、α−Ａｌ＿２Ｏ＿３および／ま
   たは焼成によりα−Ａｌ＿２Ｏ＿３となる前駆体化合物
   とを含む導体形成用のペースト組成物。
3. （３）前記α−Ａｌ＿２Ｏ＿３および／または焼成によ
   りα−Ａｌ＿２Ｏ＿３となる前駆体化合物の含有率は、
   ペースト組成物を焼成して導体としたとき、該導体中に
   α−Ａｌ＿２Ｏ＿３が１〜１０ｖｏｌ％含有するような
   含有率である請求項１または２に記載のペースト組成物
   。
4. （４）同時焼成により低温焼成セラミックス基板の表面
   および／または内部に形成される導体であって、その組
   成が、ＡｇまたはＡｇ系合金と、α−Ａｌ＿２Ｏ＿３と
   を含むものである導体。
5. （５）前記α−Ａｌ＿２Ｏ＿３の含有率が１〜１０ｖｏ
   ｌ％である請求項４に記載の導体。