JPH03287673A - 導体ペーストの製造方法、それを用いた配線基板と電子モジュール - 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、特性再現性がある導体ペーストの製造方法、
それを用いた導体ペースト、さらには、品質の安定した
配線基板およびモジュールに関する。

〔従来の技術〕

従来の導体ペーストの製造方法は、特開昭６１１８８４
７３号、特開昭６０−２０２１６８号公報に記載の様に
、導体粉末や酸化物粉末にバインダや溶剤を加え、混合
、混練して製造している。ペーストの特性チェックは、
液体クロマトグラフィー時の組成分析や粘度特性で行な
われている。また、場合によっては、ペーストを基板上
に印刷、又は、塗布して、これを焼成、又は、乾燥した
ものの抵抗値等の特性をチェックする方法がとられて来
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうち、ペーストを基板上に印刷、又は、
塗布して、抵抗値等をチェックする方法は、■　ペース
トの良否判定に時間がかかる。

■　その判定結果には、印刷・塗布のばらつき。

乾燥・焼成条件のばらつきが含まれたものとなり、ペー
スト自体の正確な評価とは言い難い。

という欠点がある。

また、ペーストの組成分析はペーストの評価の点で一つ
の有効な手法ではあり、ペースト中に不鈍物が混入した
り、ペースト自体が変質する場合のチェックに威力を発
揮する。

導体ペーストで最も重要な点は、乾燥又は焼成後に、所
望の形状で、しかも、所望の導電性をもつ様に常に品質
が安定していることである。

印刷、又は、塗布後の膜厚は、ペースト粘度をチェック
することによりある程度は制御可能である。しかし、乾
燥又は焼成後の膜厚や形状、さらには、導電度は、粘度
等の従来法では制御が十分行なわれず、十分な再現性は
得られない。

特にペーストの低抵抗化が極限にまで達し、これを利用
する場合、ペースト製造工程のちょっとした変動で低抵
抗化が達せられなくなる場合は、頻繁に発生する。この
様な場合、ペーストの粘度特性のみを再現しても無意味
な場合が多い。

本発明の目的は、導体ペーストの特性再現性（基板上に
塗布・印刷後、乾燥・焼成した場合の導体形状および抵
抗値の再現性）を確保するペースト製造方法およびそれ
を用いて作成した品質の安定した導体ペースト、配線基
板および電子モジュールを提供することにある。

本発明の他の目的は、再現性の良い低抵抗ペーストおよ
びそれを用いた配線基板および電子モジュールを提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、ペースト製造方法として、 ■ペースト比重、■ペーストの導電率、■ペーストの見
かけの誘電率、■ペーストの誘電損失。

の中から選ばれた少なくとも一物性をチェックする工程
を設けることにより、目標を達成したものである。この
内容を図示したのが第１図である。

また、バインダおよび溶剤の代わりにビヒクルを用いて
も効果は同じである。また、上記回持性の他に、第２図
に示す様に、他のペースト特性、たとえば粘度等のチェ
ックを入れることもできる。

〔作用〕

ペースト比重は、ペースト中の導体粉末量、バインダ量
、および、溶剤量に依存する。このため、ペースト比重
のチェックにより印刷、又は、塗布後の形状、および、
膜厚、乾燥又は焼成後の形状および膜厚、さらには、導
電度の制御が可能である。特に、低抵抗用ペーストにな
ると、導体粉末。

バインダ、溶剤の均一分散化が必要である。この点、分
散が不十分な時に生じる未溶解バインダの混入、さらに
は、空気の巻き込み等をペースト比重の低下としてとら
えることができることが今回間らかになった。

ペースト比抵抗は、ペーストの分散状態が同じであれば
、ペースト組成およびペーストを乾燥、又は、焼成した
後の導体の比抵抗と相関性があることがわかった。また
、ペースト比抵抗は、ペースト組成が同じであればペー
ストの分散状態、および、ペーストを乾燥、又は、焼成
した後の導体の比抵抗と相関性のあることもわかった。

ペーストの誘電損失は、ペーストの比抵抗と相関がある
ため、ペースト比抵抗と同様、ペーストの分散状態、さ
らには、導体比抵抗を反映したものになる。

ペーストの見かけの誘電率は、混入している導体粉末の
量、および、その分散状態、別の表現をすれば、バイン
ダや溶剤の量やその分散状態によって決まる。従ってペ
ーストの見かけの誘電率をチェックすることにより、ペ
ーストの分散状態、さらには、導体比抵抗を推定できる
。

〔実施例〕

〈実施例１〉 平均粒径２．５μｍのタングステン（Ｗ）粉末を９３ｗ
ｔχ秤量し、これに１０ｃｐｓ　のエチルセルロース９
ｗｔ％をｎ−ブチルカルピトールアセテート（ｎＢＣＡ
）に溶解したビヒクルを７ｗｔ％混合した。これらを乳
鉢、乳棒を用いた自動混合機を用いて約−時間混合する
。

このペーストを用いて、配線幅１００±２０μｍで、導
体抵抗０．６Ω／ａｎ以下の配線を形成する目的で、ロ
ールミル混練をさらに０．０．５．１．０．２．０．４
．０時間実施した。これら五種類のペーストを用いて、
ムライドグレーンシート上に開口幅１００μｍのメタル
マスクを用いて、導体を印刷し、１６５０℃で窒素・水
素の混合雰囲気で焼成した。その用いたペーストの比重
、焼成した導体の幅、ｌａｎ長当たりの抵抗値および比
抵抗を第１表の嵐１〜５に示す。

第１表より、ペースト比重と抵抗値あるいは比抵抗の間
には相関性があり、ペースト比重を８．３８以上にすれ
ば０．６Ω／−以下の導体が得られることがわかる。

第　　　　　１　　　　　表 次に、同一組成で自動混合−時間行ない、さらにロール
ミルを一時間実施した後、ペースト比重を測定し、比重
が８．３８未満であれば、さらに０．５ｈロールミルを
かけペースト比重を測定する。０．５ｈロールミルと測
定を繰り返し、ペースト比重が８．３８以上になるまで
ロールミルをかけた。こうしてできたペーストの抵抗値
、および、比抵抗を第１表の嵐６〜８に示す。

これからもペースト比重と抵抗値および比抵抗との相関
性は高く、ペースト比重を８．３８以上にすることによ
り０．６Ω１０ｎ以下の配線導体が得られることがわか
る。

〈実施例２〉 実施例１と同様に、同一ペースト組成、同一目標で、ロ
ールミル混合０．０．５．１．０．２．０．４．０時間
のペーストを作成した。これら五種類のペーストを用い
て、ムライトグリーンシート上に開口幅１００μｍのメ
タルマスクを用いて導体を印刷し、１６５０℃で窒素・
水素の混合雰囲気で焼成した。その用いたペーストの比
抵抗、焼成した導体の幅。

１ａＩｌｌ長当たりの抵抗値および比抵抗を第２表の隘
１〜５に示す。

第２表より、ペースト比抵抗と導体焼成後の抵抗値ある
いは比抵抗の間には相関性があり、ペースト比抵抗を４
．０ＭΩ・−以下にすれば０．６Ω／ａｎ以下の導体が
得られることがわかる。

第　　　　　２　　　　　表 次に、同一組成で自動混合を一時間行ない、更に、ロー
ルミル混線を一時間実施した後、ペースト比抵抗を測定
し、比抵抗が４．ＯＭΩ・儂を越えていれば、さらに０
．５ｈロールミルをかけペースト比抵抗を測定すること
を繰り返し、ペースト比抵抗が４．　ＯＭΩ・工以下に
なるまでロールミルをかけた。

こうしてできたペーストの抵抗値および比抵抗を第２表
中のＮＱ６〜８に示す。

この表からも、ペースト比抵抗を焼成後の導体の抵抗値
、および、比抵抗の相関は高く、ペースト比抵抗を４．
０ＭΩ・口取下とすることにより、０．６Ω／ａｎ以下
の配線導体が得られることがわかる。

〈実施例３〉 実施例１と同様に同一ペースト組成、同一目標で、ロー
ルミル混合０．０．５．１．０．２．０．４．０時間の
ペーストを作成した。これら五種類のペーストを用いて
、ムライトグリーンシート上に開口幅１００μｍのメタ
ルマスクを用いて導体を印刷し、１６５０℃で窒素・水
素の混合雰囲気で焼成した。その用いたペーストの見掛
は比誘電率、焼成した導体の幅、ｌａｎ長当りの抵抗値
、および、比抵抗を第３表の嵐１〜５に示す。

以　　　下　　　余　　　　白 第 ３ 表 第３表より、ペーストの見掛は比誘電率と焼成後の導体
の抵抗値、あるいは、比抵抗の間には相関性があり、ペ
ーストの見掛は比誘電率を９０００以下にすれば０．６
Ω１０ｎ以下の導体が得られることがわかる。

次に、同一組成で自動混合を一時間行ない、更にロール
ミル混練を一時間実施した後、ペーストの見掛は比誘電
率を測定し、見掛は比誘電率が９０００を越えていれば
、さらに０．５ｈロールミルをかけ、見掛は比誘電率を
測定することを繰り返し、ペースト見掛は比誘電率が９
０００以下になるまでロールミルをかけた。こうしてで
きたペーストの抵抗値および比抵抗を第３表中の階６〜
８に示す。

これからもペーストの見掛は比誘電率と焼成後の導体の
抵抗値、および、比抵抗の相関は高く、ペーストの見掛
は比誘電率を９０００以下とすることにより、０．６Ω
／−以下の配線導体が得られることがわかる。

なお、比誘電率の測定は周波数ＩＫＨｚで行なった。

〈実施例４〉 実施例１と同様に同一ペースト組成、同一目標で、ロー
ルミル混合、　０．０．５．１．０．２．０．４．０時
間のペーストを作成した。これら五種類のペーストを用
いてムライトグリーンシート上に開口幅１００μｍのメ
タルマスクを用いて導体を印刷し、１６５０℃で窒素・
水素の混合雰囲気で焼成した。その用いたペーストの誘
電損失（周波数ＩＫＨｚで測定）焼成した導体の幅、ｌ
ａｎ長当りの抵抗値および比抵抗を第４表の患１〜５に
示す。

第４表より、ペーストの誘電損失と焼成後の導体の抵抗
値、あるいは、比抵抗の間には相関性があり、ペースト
の誘電損失を２．５以上にすれば０．６Ω／ａｎ以下の
導体が得られることがわかる。

次に、同一組成で自動混合を一時間行ない、更に、ロー
ルミル混合を一時間実施した後、ペーストの誘電損失を
測定し、誘電損失が２．５未満であれば、さらに０．５
ｈロールミルをかけ、誘電損失を測定することを繰り返
し、ペースト誘電損失が２．５以上になるまでロールミ
ルをかけた。こうしてでき上がったペーストの抵抗値、
および、比抵抗を第４表中の階６〜８に示す。

これからもペーストの誘電損失と焼成後の導体の抵抗値
および比抵抗の相関性は高く、ペーストの誘電損失を２
．５以上とすることにより、０．６Ω／ａｎ以下の配線
導体が得られることがわかる。

〈実施例５〉 平均粒径２．５μｍのＷ粉末を５０ｗｔ％、平均粒径１
．０μｍのＷ粉末を４２ｗｔ％秤量し、これに１００ｃ
ｐｓのエチルセルロース９ｗｔ％をトリデカノールに溶
解したビヒクルを８ｗｔ％混合した。これらを、乳棒、
乳鉢を用いた自動混合機を用いて約１時間混合する。

このペーストを用いて配線幅１００±２０μｍで導体抵
抗０．６Ω／ａｍ以下の配線を形成する目的でロールミ
ル混線を実施した。ロールミル混練では、０．５ｈごと
に、ペースト比重と粘度（ずり速度：４ｓ−１温度＝２
５℃）を測定し、それぞれ、７．９以上。

５０Ｐａ−ｓ以上になるまでロールミル混線を続行した
。

この結果、作成した三種類のペーストの諸特性を第５表
に示す。

第　　　　　５　　　　　表 第５表より、いずれの導体も幅、抵抗値とも目標を満足
していることがわかる。

〈実施例６〉 実施例１で作成したＷペーストのうち、第１表の階６の
ペーストを用いて厚膜多層基板を下記のとおり作成した
。

約１００μｍのスルーホールをピッチ２００〜５００μ
ｍでパンチを用いて形成した膜厚的２００ｐｍの三種類
のムライトグリーンシート上にステンシル式印刷機を用
いて、別途開発したスルーホールペーストで印刷し、ス
ルーホールを同ペーストで充填する。

これらの各ムライトグリーンシートの表面にステンシル
式印刷機を用いて幅１００ｐｍの導体配線を上記ペース
トで印刷する。導体配線の間隔は、最小で２００μｍで
ある。導体膜厚は、平均的には乾燥後で、約４３μｍで
ある。シート三枚のうち、−枚のみは両面に印刷する。

各シートの四隅に形成したガイド孔を基準にして総計三
枚のシートを重ねる。　これを１２０℃で加圧し、積層
体を形成する。積層体を水素窒素混合雰囲気で１６５０
℃に加熱し、厚膜多層基板を作成する。出来上がった基
板の一部を削り配線部の抵抗値及び導体部所面形状から
配線抵抗を算出したところ０．５７Ω／ａｍである。導
体幅は、１００±１５ｐｍ、導体高さは、３１±６μｍ
であった。

第４図に示すように、この積層板の半導体素子実装側の
導体パッド１１、裏側ビン付はパッド１２、及び半田封
止部導体１３を、フォトリソグラフィー技術及びスパッ
タ技術を用いて、クロムを０．１μｍ１銅を２μｍ１金
をＯ，ｌｐｍと順に被覆して厚膜配線基板を作成する。

〈実施例７〉 実施例６で作成した厚膜多層配線基板をもとに下記の様
に電子モジュールを作成した。

第４図に示すように、出来上がった厚膜多層基板の裏面
のビン付はパッドに高温半田１２を乗せ、約３５０℃に
加熱してガイド孔に入れたビン１１を接続・固定する。

次に、基板表面の半導体素子実装用パッドに半田８を乗
せ、約３００℃に加熱してＬＳＩ９を電気的に接続及び
固定する。最後基板表面の半田封止部に低温半田を乗せ
、約２５０℃に加熱してコバール封止キャップ１０を接
続して電子モジュールを完成する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下記の効果がある。

（１）塗布や印刷後に導体形状や比抵抗を測定してペー
ストＩ造工程にフィールドバックをかける従来の方法と
比較して、ペースト製造工程時間の短縮化が図れる。

（２）混合、および、混線では、ペースト各部が均一に
混合・混練されることは少なく、片寄りが出てしまう。

この様な場合、混合時間や混線時間のみで工程を規定し
てしまうとロットの異常が発生しやすい。この点本発明
では、ペーストロット異常の発生が防止できる。

（３）ペースト特性のチェックにより、ペースト製造工
程の条件、異常等の検出が可能である。

（４）ペースト特性のチェックにより、ペースト。

それを用いた配線基板、さらには電子モジュールの品質
の安定化が達成できる。

（５）ペースト特性チェック項目は、ペーストの分散性
と直接関係があることがら、分散性の良い低抵抗導体ペ
ーストの作成が容易となる。

（６）　（５）の理由で、高精細又は高密度の配線基板
の作成が可能となる。

（７）　（５）の理由で、低抵抗で高速信号伝送に適し
た配線基板の作成が可能となる。

（８）　（６）の理由で電子モジュールの小型化、又は
高機械化が可能である。

（９）　（７）の理由で電子モジュールの高速信号処理
化が達成できる。

なお、本発明では、Ｗ導体粉末を用いた例しか示さなか
ッたが、Ｃｕ、　Ａｇ、　Ｐｄ、　Ｎｏ、　Ａｕ等他の
導電性粉末にした場合も全く同様の効果が得られる。

又、ペースト中に他の成分、ガラスや、フィラー等を入
れても同様の効果が得られる。

さらに、導電性が低く、抵抗材料等に用いられる酸化物
半導体の場合にも同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の導体ペースト製造法の基本
的プロセスを示したフローチャート、第２図は本発明の
導体ペースト製造法の一応用例のプロセスを示したフロ
ーチャート、第３図は本発明の実施例６の配線基板の断
面図、第４図は本発明の実施例７のモジュールの断面図
である。 １：アルミナ ２：スルホール導体 ３：配線導体 ４：五層配線基板 ５　： ６　ニ ア　： ８　： ９　： １０： １１　： １２： １３： 導体パッド ビン付はパッド 半田封止部導体 ＬＳＩ接続用半田 ＳＩ 封止キャップ 外部接続ビン ビン材用半田 キャブ性用半田

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．導体ペーストの製造に際し、ペースト比重，ペース
   ト比抵抗，ペーストの見かけ誘電率，ペーストの誘電損
   失の中から選ばれた少なくとも一物性をチェックする工
   程を設けたことを特徴とする導体ペーストの製造方法。
2. ２．請求項１の方法で製造された導体ペースト。
3. ３．請求項２の導体ペーストを用いて製造した配線基板
   。
4. ４．請求項３の配線基板を用いた電子モジュール。