JPH0367281B2

JPH0367281B2 -

Info

Publication number: JPH0367281B2
Application number: JP20704284A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shoji; Kenji Ochiai
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1984-10-04
Publication date: 1991-10-22
Also published as: JPS6185705A

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、特にド
ツテイング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つている。モノリシツク
ICでは急速な密度の増加、小型化がすすんでき
ており、一方ハイブリツトICの分野でも特に自
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
ブリツトIC化の傾向が強い。最近のハイブリツ
トICでは、セラミツク基板上にダイオード、ト
ランジスタ、半導体ICなどの能動部品のほかコ
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が開発され
ている。これらのハイブリツトICはセラミツク基板上
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
イツプICは通常Ａ₂O₃92〜96％程度のアルミナ
基板上にシリコンのICチツプをボンデイングペ
ーストを使用して固着しているが、一層耐久力の
ある固着力が要求されている。通常サーデイツプ用のボンデイング方法として
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。Au系ペーストは導電性に優れ、化
学的にもまつたく安定で、Auワイヤーとのボン
ダビリテイがもつとも良く、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
に優れているが高価であるという難点がある。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ヨンを防止するためにPdを
添加したAg−Pd系のペーストが開発されてき
た。発明が解決しようとする問題点これら従来のペーストは金属粉末にガラス質金
属酸化物を混合し、ビヒクルを用いて混練しをも
のであり、アルミナ基板との接着はもつぱらガラ
スフリツトの焼結結合にたよるものであつた。しかしながらガラスフリツトは熱衝撃に弱く、
基板を焼成してパツ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つて接着強度が熱
劣化する欠点を有する。アルミナ基板との接着力
を向上させるため、Cuなどを微量添加しアルミ
ナ基板と化学的に結合させる試みもなされている
が、ガラスフイツ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であつた。すなわち、たゞ単にCu微粉末を添加したので
は、ビヒクル中では比重差により他の金属微粉末
と分離する現象が起こり、ドツテイングに際して
は分散が悪く、均一なメタライズ皮膜とならない
ばかりでなく、アルミナ基板に充分拡散しないた
め皮膜の接着強度が不充分なものとなる。また焼
成過程でCuの偏析した箇所は局部的に酸化され
て着色し均一な平滑面を有する皮膜が得られない
などの欠点がある。本発明は上記のような欠点を解消すべくなされ
たものであり、サーデイツプIC用のドツテイン
グペーストにおいて、アルミナ基板とシリコンチ
ツプとの接着力にすぐれ、耐熱性、耐熱衝撃性に
もすぐれており、使い易く、安価なフリツトレス
タイプのドツテイングペーストを提供せんとする
ものである。問題を解決するための手段および作用本発明者らは先に銀（Ag）と銅（Cu）の複合
微粉末を使用することを特徴とする導電ペースト
を提案した（特願昭58−18914）。本発明は先の提
案にさらに酸化イツトリウムを添加することによ
り、接着強度をさらに強めることを目的としたも
のである。第一の発明は銀微粉末と、銀と銅との
複合微粉末と酸化イツトリウムを含有し、残部が
ビヒクルよりなることを要旨とする。第二の発明
は銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末、および銀
と白金との複合微粉末または白金微粉末と酸化イ
ツトリウムを含有し、残部がビヒクルよりなるこ
とを要旨とし、Agのマイグレーシヨンを防止し、
ワイヤー接着性、ハンダ特性を向上させる効果を
有するものとなる。第三の発明は銀微粉末と、銀と銅との複合微粉
末、および銀とパラジウムとの複合微粉末又は、
パラジウム微粉末と酸化イツトリウムを含有し、
残部がビヒクルよりなることを要旨とするもの
で、Agのマイグレーシヨン防止に特にすぐれ、
ワイヤー接着性、ハンダ特性を向上させる効果を
有する。次に本発明につき詳説する。本発明において銀
微粉末は粒径10μｍ以下のもの、好ましくは平均
粒径（D₅₀）が0.5〜5μｍのものを使用する。10μ
ｍより大きくなるとビヒクル中での分散性が悪く
なり、ドツテイングの時にニードルが閉塞する恐
れがある。又、焼成仕上がり面の平滑性が得難く
なる。銀粉末は特殊なものである必要はなく、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ビヒクル中で銀粒子と銅
粒子が結合を保つていれば良く、メツキ粉、共沈
粉、メカニカルアロイ粉末等が用できる。特にメ
カニカルアロイ粉末は、銀と銅の粉末をボールミ
ル中で高速回転させて混合粉砕した結果得られる
ものであり、銀粒子と銅粒子が機械的に噛合つて
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
10μｍ以下、好ましくは平均粒子径（D₅₀）が0.5
〜5μｍのものが良い。銀と銅との複合粉末中の
銅の含有量は20〜95％が適当である。銅含有量が
20％以下では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間値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。導電ペースト中の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％以下ではアルミナ中への拡散が不充
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、かえつて悪
影響をおよぼす結果となる。導電ペースト中の金属粉末含有量は60〜90％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。酸化イツトリウム（Y₂O₃）は化学的手法で製
造された純度が99.6％以上のものが好ましい。粘
度は平均粒径で5μｍ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10μｍ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形成
分中の割合が0.02〜２％、好ましくは0.05〜１％
となるように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。添加量が0.05％以
下では効果が認められず、２％を越えるとY₂O₃
が析出し、表面平滑性に悪影響を及ぼし、ダイア
タツチ性を阻害する。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形成分中に
0.05〜１％添加するのが良い。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。本発明で使
用するビヒクルは通常使用されているエチルセル
ロースをバインダーとして、溶剤としてテレピネ
オール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトー
ルアセテート、テキサノール等の有機質溶媒が使
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、分散性としてロジン系樹脂を0.1
〜２％添加する場合もある。ペースト状態では金
属微粉末粒子の分離編析を避けるため、粘度は高
く調整しておくが、使用に際しては溶剤を用いて
希釈し、40〜450cpsの粘度に調整する。第一の発明では銀微粉末および銀と銅との複合
微粉末を含み、これらの金属微粉末粒子の合計が
60〜90％で、かつ金属微粉末中の銅の含有量が
0.1〜10％であり、さらに酸化イツトリウムを固
形成分中に0.02〜２％含み、残部がビヒクルから
なる導電ペーストである。ペーストを上記のよう
に構成することにより熱衝撃に耐え、熱劣化性が
著しく改善された強固な結合力を有するものとな
る。さらに本発明によるペーストはドツテイング
の際の分散性も良くなり、平滑で均一な焼上がり
特性を有するすぐれた表面皮膜となる。第二の発明は第一の発明に白金を添加したもの
であり、銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、
銀と白金との複合微粉末または白金微粉末とを含
み、これらの金属微粉末粒子の合計が60〜90％
で、かつ金属微粉末中の銅の含有量が0.1〜10％
であり、銀との複合粉末である場合白金の含有量
が0.2〜30％であり、さらに酸化イツトリウムを
固形成分中に0.02〜２％含み、残部がビヒクルか
らなる導電ペーストである。上記のごとくペース
トを構成することにより、熱衝撃に耐え、熱劣化
性が著しく改善された強固な結合力を有するほか
に、銀のマイグレーシヨンを防止し、ワイヤーボ
ンデイング性、フアインライン性、ハンダ特性、
導電性を改善する効果を有する。又、キヤビテイ
ー部にワイヤーを接続する場合、Ａ線が使用で
きる大きな利点をもつ。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が、銀との
複合粉末を使用するとビヒクル中で均一に分散す
るので、一層効果的である。銀と白金との複合粉
末はメツキ粉、共沈粉、メカニカルアロイ粉等が
使用できる。複合粉末中の白金の含有率は５〜60
％が適する。メカニカルアロイ粉では白金含有率
の高いものを容易に得ることができる。複合粉末
の粉末粒子径は10μｍ以下、平均粒子径（D₅₀）
は5μｍ以下程度のものが良い。白金の含有量ペ
ースト中の金属粒子に対し0.2〜10％、好ましく
は0.5〜3.0％である。白金含有量が0.2％以下では
添加効果が認められず、10％以上ではコスト削減
の効果が現われない。第三の発明は第一の発明にパラジウムを添加し
たものであり、銀微粉末と、銀と銅との複合粉末
と、銀とパラジウムとの複合微粉末又はパラジウ
ム微粉末とを含み、これらの金属微粉末粒子の合
計が60〜90％で、かつ金属微粉末中の銅の含有量
が0.1〜10％であり、パラジウムの含有量が0.2〜
30％であり、さらに酸化イツトリウムを固形成分
中に0.02〜２％含み、残部がビヒクルからなる導
電ペーストである。上記のごとくペーストを構成
することにより、熱衝撃に耐え、熱劣化性が著し
く改善された強固な結合力を有するほかに、特に
銀のマイグレーシヨン防止に著しい効果を発揮
し、ワイヤーボンデイング性、ハンダ特性を改善
し、表面の滑らかな均質皮膜が得られる効果を有
する。パラジウムを添加したペーストは銀のマイグレ
ーシヨンを防止する効果を有することは広く知ら
れた事実であるが、パラジウムを単独で添加した
ペーストは、焼成過程でパラジウムが容易に酸化
され、表面粗さが極端に粗くなる欠点がある。そ
のためパラジウムを単独で添加する場合、粒度
（D₅₀）を2μｍ以下の微粉末を使用しなければな
らない。本発明ではパラジウムを銀と複合化した
粉末を使用することにより、パラジウムの酸化を
防止しつつ平面状態のきわめて良好な皮膜が得ら
れることを見出した。銀とパラジウムとの複合化粉末としては共沈粉
末、メカニカルアロイ粉末、メツキ粉末が利用で
きる。複合粉末中のパラジウムの含有率は10〜40
％、好ましくは20〜30％のものが使い易い。複合
粉末の粒子径は10μｍ以下、平均粒子径（D₅₀）
は5μｍ以下程度のものが良い。パラジウムの含有量はペースト中の金属粒子に
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。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を使用
しビヒクルとしてテレピネオール、エチルセルロ
ース及び界面活性剤を使用して三本ロールミルで
混練してペーストを作つた。銀粉末は市販の還元粉を使用し、純度は99.9
％、粒度は１〜4μｍであつた。銀と銅の複合粉末として銀粉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10μｍ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5μｍ以下に
分散して使用した。パラジウムは市販の粒度0.8〜1.8μｍの微粉末、
および銀とパラジウムの重量比が７：３である共
沈粉末を5μｍ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1.2μｍ、純度99.9
％の市販品を使用した。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
％を添加したものを用いた。これらの金属粉末と酸化イツトリウムとビヒク
ルを表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HBTで、14番スピンドルを
使用して測定したところ、200±50Kcpsであつ
た。次に該ペーストを、ブチルカルビトールとテル
ピネオールを１：１に混合した溶液をシンナーと
して使用し、最終粘度が約100cpsになるように調
整してドツテイングに使用した。基板はブラツクアルミナ（92％Ａ₂O₃、寸法
31.7×13×２mm）を使用し、キヤビテイーの寸法
は6.25×6.25×0.18mmであつた。アルミナ基板はトリクレンで洗浄後使用した。
このキヤビテイー上に粘度調整された希釈ペース
トをドツデイングにより滴下塗布した。ドツテイング装置は岩下エンジニアリング製の
ものを使用した。該導電ペーストをドツテイング
後、レベリングを１時間おこなつた後120℃で20
分間乾燥し、さらにワトキンス・ジヨンソン社製
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分間プロフアイルでピーク温
度910℃及び920℃で10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、表面粗さを東京精密製表面粗さ計により測
定した。サンプルは各水準毎に50個を使用した。さらに2.5×2.5mm口×25μｍｔのAuプレフオー
ムを使用し、ウエストボンド社製ダイアタツチ装
置により450℃でシリコンチツプを接着した。こ
のようにして得られたサーデイツプICにつき特
性試験を実施した。これらの結果を表２に示す。接着強度はダイアタツチ性とダイプツシユ試験
で判定した。ダイアタツチ性とは接着時のスクラ
イビングの時間により判断し、表２中の○印は短
時間に接着できたものである。ダイプツシユ試験
は耐熱試験終了後のテストピースについてエンジ
ニアド・テクニカル・プロダクト社製のバーチカ
ルボンドテスターを使用して測定した。表２中の
○印は20個全部のテストピースがダイ破壊を示し
た場合。△印は20個のサンプルのうち１個でも膜
剥離があつた場合を示す。×印は20個のテストピ
ース全部が膜剥離をしたことを示している。上記の耐熱試験は熱サイクルテストと熱衝撃テ
ストを実施した。試験条件は熱サイクルテストは
MILL−STD 883B 1010・２に基づき
CONDITION Ｃでおこなつた。熱衝撃テストは
同じくMILL−STD 883B 1010・２、
CONDITION Ｃでおこなつた。メタライズ焼成膜の垂直引張強度は、次の方法
で行つた。まず、先端2.85mm中の銅スタツドに
10μｍの厚さで銀メツキしたものを金―けい素合
金箔（2.2mm×2.2mm×50μｍ^t）をプレフオームと
して使用し、450℃でスクライブさせながら銀メ
ツキスタツドを接着させた。次いで銀メツキスタ
ツドを引張速度16mm／分の一定速度で、今田製作
所製プツシユ・プル・テスターにより垂直方向の
引きながし強度を測定した。第２表の結果から明らかなように、本発明によ
る銀と銅との複合微粉末を使用した導電ペースト
は、焼成後の表面がきわめて滑らかであり、シリ
コンチツプとメタライズ焼成膜との接着力が強固
であり、しかも熱履歴を受けても接着力が劣化し
ないというきわめてすぐれた効果を発揮してい
る。白金粉末または銀白金複合粉末を使用した導電
ペーストは皮膜の焼き上がり状態が良く、接着強
度が一段と向上し熱履歴によつても接着強度が劣
化しないことが判明した。本発明品のボンデイング抵抗値は非常に低く、
かつ経時的に安定しており、かつボンデイング特
性も良いので、アルミニウムワイヤーの使用が可
能となることも、本発明の大きな利点である。パラジウム粉末を単純混合した調整ペーストは
パラジウムの粒度を細かくしないと焼成後の皮膜
状態が悪く、ダイアタツチ性も劣るが本発明によ
る銀とパラジウムの混合粉末を使用した場合は、
これらの欠点が解消され、接着強度が一段とすぐ
れたものとなる。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末を含みこ
れら金属微粉末の合計が60〜90％（重量％、以下
同じ）であり、かつ金属微粉末中の銅の含有量が
0.1〜10％であり、さらに酸化イツトリウムを固
形成分中に0.02〜２％含み残部がビヒクル成分よ
りなることを特徴とする導電ペースト。２銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀と
白金との複合微分末または白金微粉末とを含み、
これら金属微粉末の合計が60〜90％であり、かつ
金属微粉末中の銅の含有量が0.1〜10％で白金の
含有量が0.2〜10％であり、さらに酸化イツトリ
ウムを固形成分中に0.02〜２％含み、残部がビヒ
クル成分よりなることを特徴とする導電ペース
ト。３銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀と
パラジウムとの複合微粉末またはパラジウム微粉
末を含み、これら金属微粉末の合計が60〜90％で
あり、かつ金属微粉末中の銅の含有量が0.1〜10
％で、パラジウムの含有量が0.2〜30％であり、
さらに酸化イツトリウムを固形成分中に0.02〜２
％含み、残部がビヒクル成分よりなることを特徴
とする導電ペースト。