JPH02191301A - 抵抗ペースト - 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〕 本発明はサーデイツプ基板用ペースト及び混成集積回路
用ペーストに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の薄型化、コンパクト化は著しく、集積
度の増加と共に一段と信頼性が向上し、用途も拡大の一
途をたどっている。モノリシー、りＩＣでは急速な密度
の増加、小型化かすすんできており、一方ハイブリウト
ＩＣの分野ても特に自動車用制御回路や電源装置用など
の産業機器においては耐熱性、耐熱衝撃性にすぐれた大
規模ハイブリットＩＣ化の傾向か強い。最近のハイブリ
ットＩＣでは、セラミック基板上にダイオード、トラン
ジスタ、半導体ＩＣなどの能動部品のばかコイル、トラ
ンス、コンデンサーなどほとんどの電気部品を搭載して
いる。集積度も一段と増加し信頼度も飛躍的に向上した
混成集積回路か開発されている。

これらのハイブリットＩＣはセラミック基板上に、個別
部品あるいはＩＣエレメントを搭載したり、厚膜技術を
駆使して構成されている。サーディウブエＣは通常Ａ１
２０３９２〜９６％程度のアルミナ基板上にシリコンの
ＩＣチップをボンディングペーストを使用して固着して
いる。

最近では耐熱性、良熱伝導性等の特性を生かした窒化ア
ルミ（ＡｕＮ）か利用されるようになってきた。

通常サーデイツプ用のボンディング方法としてはＡｕ系
ペーストまたは半田、ガラスなどが使用されている。Ａ
ｕ系ペーストは導電性に優れ、化学的にもまったく安定
で、Ａｕワイヤーとのボンタビリティかもっとも良く、
Ｓｉとも容易に合金化し、基板との接着もきわめて良好
で、特に信頼性に優れているか高価であるという難点か
ある。この難点を解消するためＡｕをＡｇに代えＡｇの
欠点であるマイグレーションを防止するためにＰｄを添
加したＡｇ−Ｐｄ系のペーストか開発されてきた。

これら従来のペーストは金属粉末にカラス賀金属酸化物
を混合し、ビヒクルを用いて混練したちのてあり、セラ
ミック基板との接着はもっばらガラスフリットの焼結結
合にたよるものであった。

しかしなからガラスフリットは熱衝撃に弱く基板を焼成
してパッケージ化する工程や、あるいは使用中の環境温
度の変化によって接着強度か熱劣化する欠点を有する。

セラミック基板との接着力を向−卜させるため、Ｃｕな
とをａｔ添加しセラミック基板と化学的に結合させる試
みもなされているか、ガラスフリットを使用する限り熱
劣化特性を飛躍的に向上させることは困難てあった。

また、特に窒化アルミ基板に対してはフリットタイプの
ペーストては、トッテインクや印刷に際しては分散か悪
く、均一なメタライズ皮膜とならないばかりてなく、セ
ラミック基板に充分拡散しないため皮膜の接着強度か不
足し、半田濡れ性やワイヤーボンディング性も不充分な
ものとなる欠点がある。

（発明か解決しようとする課題〕 上記のような窒化アルミ基板に対する欠点を解消するた
め銀と銅との複合粉末を使用しフリットを使用しないペ
ーストが提案されている。すなわち１本発明者らは先に
銀（Ａｇ）と銅（Ｃｕ）の複合微粉末を使用し、酸化イ
ツトリウム（Ｙ２Ｏ２）および銅有ａ物を添加すること
を特徴とする導電ペーストを提案した（特開昭６２−７
１１１０）　、　シかし、そのペーストを用いてＡＪＩ
Ｎ基板に回路を形成すると、Ａｇか基板内に拡散して外
見上黒ずみ、ひいてはＡｇマイグレーションを引起こす
欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は先の提案をさらに改良し特に窒化アルミ基板に
対して接着強度を強めかつＡｇマイグレーションを防止
することを目的としたものである。

本発明は銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末、および白
金（ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）微粉末を含み、さ
らに酸化イツトリウムとルテニウム（Ｒｕ）若しくは酸
化銀（Ａｇ２０）を含有し、さらにビヒクル中に銅有機
物を含み、残部がビヒクルよりなることを要旨とし、Ａ
ｇのマイグレーションを防止し、ワイヤー接着性、ハン
ダ特性を向上させる効果を有する、特に窒化アルミ基板
用の抵抗ペーストである。

次に本発明につき詳説する。

本発明の抵抗ペーストは木質的には金属粉末と酸化イツ
トリウムおよびルテニウム若しくは酸化銀から成る固型
成分、および銅有機物を含み残余してはＡｇ粉末、Ａｇ
とＣｕとの複合粉末、ｐｔ粉末芳しくはＰｄ粉末を使用
する。

本発明においてＳ微粉末は粒径１０ｇｍ以下のもの、好
ましくは平均粒径（Ｄ５ｏ）が０．５〜５ＩＬ１１のも
のを使用する。］Ｏｇｍより大きくなるとビヒクル中で
の分散性か悪くなり、ドツティングの時にニードルが閉
塞する恐れかある。又、印刷に際して線の解像性か悪く
なり、焼成仕上がり面の平滑性か得難くなる。銀粉末は
特殊なものである必要はなく５通常の還元法や電解法で
得られた銀粉末を使用することができる。

銀と銅の複合微粉末はどとクル中て銀粒子と銅粒子か結
合を保っていれば良く、メツキ粉、共沈粉、メカニカル
アロイ粉末等が利用てきる。特にメカニカルアロイ粉末
は、銀と銅の粉末をボールミル中て高速回転させて混合
粉砕した結果書られるものであり、銀粒子と銅粒子か機
械的に噛合って結合しており、バインダーを何ら使用す
ることなく銀粒子と銅粒子の強固な結合を保つことが可
能である。メカニカルアロイ粉末による場合は広範囲の
Ｃｕ含有量の複合粉末を任意に選択使用できる利点を有
する。銀と銅との複合粉末の粒子径は１０μ同以下、好
ましくは平均粒子径（Ｄ５ｏ）が０．５〜５終」のもの
が良い、銀と銅との複合粉末中の銅の含有量は２０〜８
５％が適当である。銅含有量が２０％以下ではペースト
として使用した場合の皮膜強度が充分でなく、９５％を
越えると複合粉末化の効果がなくなる。さらに比重値が
なるべく銀と銅との中Ｉ■僅に近いものがビヒクル中で
の分散性を良くする上で望ましい。

抵抗ペースト中のルテニウム以外の主成分たる金属粉末
中に占める銅含有率は０．１〜１０％、好ましくは２〜
５％である。銅含有率が０，１％以下では窒化アルミ中
への拡散が不充分で接着強度が上がらない、また、銅含
有量が１０％を越えると銅の酸化が著しくなり、かえっ
て悪影響をおよぼす結果となる。

本発明の一つは白金を添加したものである。

白金は化学的に安定であるから単独で混合しても上記特
性を改善するのに有効である。白金粉末の粉末粒子径は
］ＯｕＬｍ以下、平均粒子径（Ｄ５ｏ）は５ｇｍ以下程
度のものか良い。白金の含有量はペースト中のルテニウ
ムを除く主たる金属粉末に対し１０〜３０％好ましくは
、１５〜２０％である。白金含有量か１０％以下ては添
加効果が認められず、３０％以上では白金の添加効果は
飽和してしまう。

上記範囲で白金を多量に添加することにより、シート抵
抗を低く保ちながら半田喰われ性を改善し、マイグレー
ションを防ぐと共に、ペーストの融点を高め１０００〜
１２００°Ｃの焼成にも耐えて強固な皮膜を形成するこ
とか可能となる。

本発明の他の一つは、白金（Ｐｔ）の代わりにパラジウ
ム（Ｐｄ）を使用したちのてあり、同様の効果か得られ
る。

パラジウムを添加したペーストは銀のマイクレージコン
を防止する効果を有することは広く知られた事実である
。パラジウムを添加する場合は１粒度（Ｄ５ｏ）か２ｐ
ｍ以下の微粉末を使用することか好ましい。

パラジウムの含有量はペースト中のルテニウムを除く主
たる金属粉末に対して０．２〜３０％、好ましくは０．
５〜１０％である。パラジウム含有量が０．２％以下で
は添加の効果が認められず、３０％以上添加しても著し
い特性向上は期待できなくなるからである。

導電ペースト中の銀粉末、＃！と銅との複合粉末および
白金若しくはパラジウム粉末の含有量は合計で６０〜９
０％とする必要があり、これ以外では取扱い易いペース
ト粘度が得られない。

本発明はセラミックとの馴染みを良くする酸化イツトリ
ウムを含むものである。

醇化イツトリウム、（Ｙ２Ｏ２）は化学的手法で製造さ
れた純度が８９．６％以上のものが好ましい０粒度は平
均粒径で５１Ｌ■以下が好ましく、粒径は強度を向上さ
せるために、あるいは分散性を良くするために細かい方
が良い、平均粒径が１０弘■以上になると、均一分散性
が悪く表面平滑性の面で好ましくない。

酸化イツトリウムの添加量はペーストの固型成分生の割
合か２０ｐｐｍ〜２％、好ましくは０．０５〜１％とな
るよう添加すると付着強度向上に著しい効果を発揮する
ことが判明した。添加量か２０ｐｐｍ以下では効果か認
められず、２％を越えるとＹ２Ｏ３か析出し、表面平滑
性に悪影響を及ぼし、ダイアタッチ性を阻害する０表面
平滑性を保ちしかも付着強度を向上させるにはペースト
の固型成分中に０．０５〜１％添加するのが良い。

本発明で使用する銅有機物とは、 （Ｒは飽和型炭化水素）の一般式で示される６のて、環
式テルペン系誘導体またはＲ−３−Ｃｕ又はＲ−３−Ｃ
ｕ−３−Ｒの一般式で示されるものでもよい。銅の含有
量は一般に３〜１０重量％である。具体的には、レジネ
ー、ト銅、銅アリールメルカプチド、銅テルペンメチド
などがある。これらの有機銅はペースト中で溶剤に溶け
た状！島て存在する。有機銅は、ＩＲ法（Ｉｎｆｒａ−
Ｒｅｄ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ、赤
外線吸収スペクトル）、ＮＭＲ法（Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍ
ａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ核磁気共鳴法）等て
金属銅と区別して存在か判別できる。

銅有機物を使用することによる効果は ｉ）液体であるためビヒクルと良く混ざるため、分散性
に優れたペーストか可能である。

酉）基板にトッテインクしても偏析か殆んどない。

１ｉｉ）焼成過程に於て、Ａｇ／Ｃｕ複合粉、Ｙ２Ｏ３
粉粉末は、主に基板との接着強度に寄与し、銅有機物は
均一に分散するため、メタライズ層間の焼結を促進させ
る効果かある。

従って接着強度のばらつきか小さくなり、安定した強度
の製品を得られる点にある。

ビヒクルは金属微粉末を均一に分散させ、使用に際して
は適度の粘性と表面張力を有し、塗布面に滑らかに拡散
させる機能を有する。本発明て使用するビヒクルは通常
使用されているエチルセルロースをバインターとして、
溶剤としてテレピネオール、フチルカルビトール、フチ
ルカルビトールアセテート、テキサノール等の有機質溶
媒か使用できる。また、金属粉末との漏れ性を良くする
ため界面活性剤を０．５〜１０％添加すると分散性が良
くなる。又、分散剤としてロジン系樹脂を０．１〜２％
添加すると良い、ペースト状態では金属微粉末粒子の分
離偏析を避けるため、粘度は高く調整しておくが、トッ
テインクの場合は溶剤を用いて希釈し、４０〜４５０　
ｃｐｓの粘度に調整する。印刷の場合は高い粘度のまま
使用する。

本発明ではｐｔの代わりにパラジウムを添加しても良い
。

ルテニウム（Ｒｕ）はＡｇの拡散を抑制する効果があり
、基板の黒ずみも防止できる。　Ｒｈは銅電解採取のス
ラッジから副生ずるものを精製し、ルテニウム粉末とし
て市販されているものが利用できる。　Ｒｕの添加量は
ペースト中の固型分に対して０．５〜５ｗｔ％が適当で
ある。０．５％以下ではＡｇの拡散を抑制する効果が十
分でなく、また、５％以上であるとＡｇ拡散抑制の効果
はあるもののＡｇ粒子の焼結を阻害し、接着力が低下す
ると共に回路の抵抗も高くなる。

本発明ては、ルテニウムの代わりに酸化銀（ＡｇｚＯ）
　ａ粉末を用いても同様の効果か得られる。

Ａｇ２Ｏの添加量はルテニウムと同しく固型分に対して
０．５〜５％か適当である。Ｒ１４と併用しても使用な
く、その場合の添加量も両者合わせて０．５〜５％の範
囲が適当である。

（作用） 本発明はガラスフリットを使用しないのて熱的に安定な
導電ペーストとなる。また、銀と銅との複合粉末の使用
により均質で合金化し易く、従って安定した導電体を得
ることか可能である。さらに酸化イツトリウムおよび銅
有ａ物の作用により基板への付着強度か増し、ルテニウ
ム若しくは酸化銀の作用によりＡｇのマイクレージョン
を抑え、外観」二の変色も防止する特有の効果を有する
。

実施例 次に実施例をあげて本発明を説明する。

表１に示す金属粉末と酸化イツトリウムとルテニウム粉
末、酸化銀粉末を使用し、ビヒクルとして銅有機物を配
合したテルピネオール、エチルセルロース及び界面活性
剤を使用して三木ロールミルて混練してペーストを作っ
た。

（以下余白） 銀粉末は市販の還元粉を使用し、純度は９９．９％、粒
度は１〜４μｍであった。

銀と銅との複合粉末としては銀粉１０％と銅粉９０％を
ボールミル中で高速混合粉砕したメカニカルアロイ粉を
使用した。複合粉末の粒度は］Ｏｐｍ以下に分級したも
のを使用した。

白金は市販の０．５〜０．８μｍの微粉末、および銀と
白金の割合が８５：１５の共沈粉末を５ｐｍ以下に分散
して使用した。

パラジウムは市販の粒度０．８〜１．８１ｚｍの微粉末
、および銀とパラジウムの重量比が７二３である共沈粉
末を５ル曙以下に分散したものを使用した。

酸化イツトリウムは平均粒径１．２ｐｍ　、純度９９．
９％の市販品を使用した。

ルテニウムは純度９９．５％、粒度０，５〜８ＩＬｍの
市販の電解副生品を使用した。酸化銀は市販のＡｇ２Ｏ
粉末を使用した。

ビヒクル成分はテルピネオールに対して１２％のエチル
セルロース及びノニオン系界面活性剤２．５％及び銅有
機物としてレジネート銅をあらかじめ添加したものを用
いた。

ビヒクル成分およびレジネート銅の配合割合は、ペース
ト全体に対し上記ビヒクル成分か１１重量部、レジネー
ト銅４重量部になるように配合した。

レジネート鋼中のＣｕ含有量は６．４％であるので、レ
ジネート銅から入るＣｕ純分は０．２５６重量部となる
。

これらの金属粉末と酸化イツトリウム、ルテニウム、酸
化銀とビヒクルおよびレジネート銅とを表１に示す配合
条件で三本ロールミルを使用して充分混練し、ペースト
を得た。その時の粘度はＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計Ｈ
ＢＴで、１４番スピンドルを使用して測定したところ、
　２００±５０　Ｋｃｐｓてあった。

次にこのペーストを使用して基板に電気回路を形成し、
特性を調べた。

基板はアルミナおよび窒化アルミ（寸法２４．５ｘ２４
．５Ｘ　　０．６３５＋＋＋ｍ）を使用した。

基板はトリクレンて洗浄後使用した。基板にペーストを
使用しスクリーン印刷により導電回路を所定のパターン
に形成した。印刷条件は２００Ｍｅｓｈステンレス製バ
イアス張り、エマルション厚さ４５用とした。

該導電ペーストを印刷後、レベリングを１０分間おこな
った後１２０℃て３０分間乾燥し、さらにワトキンス・
ジョンソン社製４ＭＣ型厚膜焼成炉により、大気雰囲気
中で焼成した。焼成条件は６０分間プロファイルでビー
ク温度９１０℃及び９２０℃て８分間とした。

このようにして得られたペースト皮膜表面を観察し、皮
膜のシート抵抗を測定した。

さらに２．ＯＸ　２．０ｍｍ口のパッド上にＬ字型にし
た０、６■φの銅線（スズメツキ処理）を６／４半田に
て固定し、バーチカルポンドテスターにより接着強度を
測定した。これらの結果を表２に示す。

（以下余白） 次にウェスト・ボンド礼装の超汀波式ワイヤーホンター
を使用し、直径３０ｇの（人文−１％Ｓｉ）細線をボン
デインクし、ワイヤープルテスターを使用してボンディ
ング強度を測定した。この結果も表２に併記する。表中
の数値は切断力のｌＯ回モ均値を示したちのてあり、Ｘ
印はワーヤー接合部で剥離した場合を示している。

さらに６：４組成の半田を使用し、　２６０°Ｃに半］
■ポットを温度コントロールして浸漬し、半田濡れ性を
調べた。この結果も表２に併記する。表中◎はパターン
通りに半１１か載った場合を示し、Ｘ印は一部たけ半田
が載った場合を示す。

第２表の結果から明らかなように１本発明による導電ペ
ーストは、焼成後のシート抵抗か低く、セラミック基板
との接着強度が高く、半田濡れ性についても優れている
。外観についても黒味を帯びるのは認められなかった。

本発明品のボンディング抵抗値は非常に低く、かつ経時
的に安定しており、かっボンデインク特性も良いので、
アルミニウムワイヤーの使用か可使となることも、本発
明の大きな利点である。

本発す１によれば、窒化アルミ基板に対してもすぐれた
接着力を発揮することか１５１らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）銀微粉末、銀と銅との複合微粉末、白金微粉末ルテ
   ニウム若しくは酸化銀微粉末、銅有機物およびビヒクル
   からなるペーストであって、銀微粉末と銀と銅との複合
   微粉末および白金微粉末の合計がペースト中の６０〜９
   ０ｗｔ％であり、該微粉末の合計中に含まれる銅の量が
   ０．１〜１０ｗｔ％、白金の量が０．１〜３０ｗｔ％で
   あり、酸化イットリウムの含有量がペースト中の固型成
   分に対して２０ｐｐｍ〜２ｗｔ％であり、ルテニウム若
   しくは酸化銀のうち少くとも１種の含有量がペースト中
   の固型成分に対して０．５〜５ｗｔ％であり、銅有機物
   をペースト中の銅純分の合計が０．１〜１０ｗｔ％とな
   る範囲で含有し、残部がビヒクルよりなることを特徴と
   する抵抗ペースト。 ２）銀微粉末、銀と銅との複合微粉末、パラジウム微粉
   末ルテニウム若しくは酸化銀微粉末、銅有機物およびビ
   ヒクルからなるペーストであって、銀微粉末と銀と銅と
   の複合微粉末およびパラジウム微粉末の合計がペースト
   中の６０〜９０ｗｔ％であり、該微粉末の合計中に含ま
   れる銅の量が０．１〜１０ｗｔ％、パラジウムの量が０
   ．１〜３０ｗｔ％であり、酸化イットリウムの含有量が
   ペースト中の固型成分に対して２０ｐｐｍ〜２ｗｔ％で
   あり、ルテニウム若しくは酸化銀のうち少くとも１種の
   含有量がペースト中の固型成分に対して０．５〜５ｗｔ
   ％であり、銅有機物をペースト中の銅純分の合計が０．
   １〜１０ｗｔ％となる範囲で含有し、残部がビヒクルよ
   りなることを特徴とする抵抗ペースト。