JPH05144316A - 導体ペースト組成物 - Google Patents

導体ペースト組成物

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JPH05144316A
JPH05144316A JP30643791A JP30643791A JPH05144316A JP H05144316 A JPH05144316 A JP H05144316A JP 30643791 A JP30643791 A JP 30643791A JP 30643791 A JP30643791 A JP 30643791A JP H05144316 A JPH05144316 A JP H05144316A
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JP
Japan
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conductor
thermal expansion
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conductor paste
weight
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Application number
JP30643791A
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English (en)
Inventor
Hideo Suzuki
秀夫 鈴木
Hironori Kodama
弘則 児玉
Choshiro Kitazawa
長四郎 北沢
Akira Kato
加藤  明
Masahide Okamoto
正英 岡本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電気抵抗を損なわずして、低熱膨
張の性質を有する導電体を与える導体ペースト組成物、
及びそれを用いた新規な多層セラミック回路基板を提供
することを目的とする。 【構成】 導電体としての電気抵抗率が15.0Ωcm以下、
熱膨張係数が13.0×10-6/℃以下となることを特徴とす
る、より具体的には、銅を主体として、タングステン及
び/又はモリブデンを10〜50重量%、ガラス成分を0〜
30重量%含むことを特徴とする導体ペースト組成物、か
かる組成物から得られる導電体、及びかかる導電体と絶
縁体層が積層されたセラミック基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導体ペースト組成物、
さらに詳細には、セラミック多層回路基板の製造に好適
な導体ペースト組成物及びかかる導体ペースト組成物か
ら得られた導電体、並びにかかる導電体を積層したセラ
ミック基板に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータやワークステーションなど
の電子機器にはより一層の小型化、高密度化及び高速化
が望まれている。このような要請に従って高速動作回路
を高密度に実装する際に、回路導体の抵抗をできるだけ
小さくすることが重要になっている。大型計算機の場合
にも、LSIを搭載するセラミック多層回路基板の配線
導体には、銅のような導電性の優れた材料を用いた回路
板が要求されている。
【0003】しかし、銅のように導電性の優れた材料
は、一般に熱膨張係数が大きく、セラミック絶縁材料と
同時焼成をした場合、熱膨張差によって熱応力が発生し
スルーホール周辺にクラックが発生するなどの問題が生
じていた。そして従来より、絶縁材料とスルーホール導
体との熱膨張率差を低くして、発生する熱応力を最小限
度に食い止めることを目的として以下のような手段が試
みられていた。
【0004】(1)スルーホール用の導体としてタング
ステンのような金属とその金属より熱膨張係数の大きな
物質、例えばアルミナなどを複合化して、セラミック絶
縁材料との熱膨張係数差を小さくする方法(特公昭52-4
8603号公報)。 (2)銅、金、銀とガラスまたはセラミックスを複合化
させたものをセラミック多層回路板の配線導体として適
用する方法(特開昭60-28296号公報)。
【0005】しかしながら、アルミナ系材料は、熱膨張
率は小さいものの導電性という点で劣る。他方、低抵抗
の配線導体としての適用が考えられる銅は確かに電気抵
抗率は小さいが、熱膨張係数が16.5×10-6/℃と非常に
大きく、前記した通り熱膨張率差によりクラックを生じ
やすく、熱膨張係数を小さくするためには導体の組成と
して銅に大量のガラスまたはセラミックを配合しなけれ
ばならない。これらの配合量が多くなると導体の電気抵
抗率が大きくなってしまい、低抵抗の金属導体を適用す
る意味が薄れてしまうという欠点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明が解決
すべき課題は、導電体として用いた場合の電気抵抗率が
小さく導電性に富み、かつ熱膨張係数が小さく熱応力に
よるスルーホール周辺のクラックを生じにくい導体ペー
スト組成物、及びこの導電体ペースト組成物を用いた導
電体並びにセラミック基板の提供にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、導電体の電気抵抗率
が15.0μΩcm以下、かつ熱膨張係数が13.0×10-6/℃以
下であれば、LSIに導電体として好適に応用可能なこ
と、及びかかる条件を銅にタングステン及び/又はモリ
ブデンを一定量含ませた導体ペーストから得られた導電
体が満たすことを見出した。
【0008】すなわち、本発明は、銅並びにタングステ
ン及び/又はモリブデンを含み、それから得られる導電
体の電気抵抗率が15.0μΩcm以下、熱膨張係数が13.0×
10-6/℃以下となることを特徴とする導体ペースト組成
物及びかかる導体ペースト組成物から得られた導電体、
並びにかかる導電体を積層したセラミック基板を提供す
るものである。
【0009】先ず、本発明者は、LSIに好適に応用可
能な導電体として、少なくとも電気抵抗率が15.0μΩcm
以下、かつ熱膨張係数が13.0×10-6/℃以下という条件
を満足することが必要であることを明らかにした。すな
わち、絶縁材料と導体材料のもつ熱膨張係数の差から、
どの位の差であればクラックを無くすことができるかを
応力解析と実験から詳細に検討した結果、8.0×10-6
℃以下であればスルーホール周辺にクラックは発生しに
くいことが判明した。そして、基板用絶縁材料の熱膨張
係数をLSIの熱膨張係数に近い5.0×10-6/℃と仮定
した場合、導体材料の熱膨張係数は13.0×10-6/℃以下
であれば良いことを明らかにした。
【0010】また、スルーホール導体の抵抗の目標値と
しては2mΩ/層以下が望ましく、スルーホールの長さ
は通常約0.1mm/層であるので、仮にスルーホール径を
0.1mmとする場合には、計算上、スルーホール導体の電
気抵抗率を15μΩcm以下にする必要があることをも明ら
かにした。以下、かかる条件を満足する導電体を与える
導電体ペースト組成物について説明する。
【0011】本発明の導体ペースト組成物は、銅を主成
分とし、銅やガラス又はセラミックスと濡れ性が良く、
そして化合物を生成せず、かつ低熱膨張で電気抵抗の比
較的小さな金属であるタングステン及び/又はモリブデ
ンを添加することにより、銅の持つ電気的特性を損なわ
ずに低熱膨張の導体ペーストを得るものである。本発明
導体ペースト組成物中におけるタングステン及び/又は
モリブデンの含有量は、10〜50重量%、好ましくは15〜
35重量%である。含有量が10重量%以下であると導体ペ
ーストの熱膨張を小さくする効果が少なく、50重量%を
超えると電気抵抗が大きくなり、銅の特性を生かし切れ
ず、更に焼結温度も高くなって基板とのマッチングを悪
くする。
【0012】なお、セラミック基板と本発明導体ペース
ト組成物との接着性を良好にする目的で、必要に応じて
本発明導体ペースト組成物中にガラス粉末を添加するこ
とができる。かかるガラス粉末としては、それ自体セラ
ミック基板との接着性が良好で、焼結開始温度が基板よ
りも高いガラス粉末、例えばホウケイ酸ガラス(B2O3 -S
iO2) ガラスを基板として用いる場合には、SiO2・Al2O3
・CaO系ガラス、SiO2 ・Al2O3・CuO2ガラス、B2O3・SiO
2・R2O2系ガラス等を例示することができる。ガラス粉
末は、本発明導体ペースト組成物中に30重量%を限度と
して添加することができる。30重量%を超えて添加する
と、電気抵抗値が大きくなり上記条件を満足する導電体
を与える導体ペーストを得ることができない。具体的な
添加量は、導体ペーストの用途に応じて上記30重量%ま
での範囲で任意に選択可能であるが、例えば配線用導体
ペースト等、基板との接着性を余り必要としない場合
は、2〜5重量%程度を添加するのが好ましい。
【0013】なお、主金属及び添加金属粉末の粒径は、
得られる導体ペーストの印刷性、焼結性等の点から5μ
m以下のものが良く、ガラス粉末も50μm以下のものが
適当である。本発明に係る導電体及びセラミック基板
は、前記本発明導体ペースト組成物を用いて通常公知の
方法、例えば印刷法、蒸着・スパッタリング等のPVD
法又はCVD法等により、グリーンシート上に配線を形
成し、このグリーンシートを積層してなる積層板を焼成
すること等により得ることができる。
【0014】ここで用いられるグリーンシートの素材と
しては、スルーホールを有する酸化アルミニウムを用い
ることもできるが、絶縁性セラミックス、例えば、アル
ミナ、ジルコニア系、シリカ系等の酸化物系セラミック
ス、酸化ベリリウムを10重量%を限度に混合した炭化ケ
イ素、窒化アルミニウムを好ましいものとして例示でき
る。
【0015】焼成法としては、ホットプレス法等の通常
公知の方法を用いることもできるが、本発明導体ペース
トの成分である銅が酸化を受けやすいので、非酸化性雰
囲気で焼成するのが望ましい。ただし、通常グリーンシ
ート中に含まれるバインダーを効果的に除去するため
に、多少の酸化性雰囲気で焼成することも許容される。
また、酸化性雰囲気での焼成後に還元する焼成法をも採
用することができる。
【0016】図1は、本発明導体ペーストを用いた多層
セラミック回路基板断面を示した概要図である。図1に
おいて、1はLSIチップを、2はハンダを、3はライ
ン配線を、4はセラミックスを、5はスルーホールを、
6はピン接続パットを、そして7は電気信号入力ピンを
示している。
【0017】
【発明の効果】本発明により、導電体として用いた場合
の電気抵抗率が低く導電性に富み、かつ熱膨張係数が低
く熱応力によるスルーホール周辺のクラックを生じにく
い導電体ペースト組成物、及びこの導電体ペースト組成
物を用いた導電体並びにセラミック基板を得ることがで
きる。
【0018】
【実施例】以下、比較例を挙げつつ本発明の実施例につ
いて記載する。 実施例1 (1)導体ペーストの作製 粉末(粒子径約2μm)、タングステン粉末(粒子径約
2μm)、モリブデン粉末(粒子径約2μm)、ガラス
フリット(粒子径約2μm)を以下に示す表1に示した
割合で調合した。これに印刷性を付与するために、エチ
ルセルロース樹脂、ブチルカルビトールからなる有機ビ
ヒクルを添加し、メノウ製乳鉢中で1時間混合した後、
三本ロールにて分散、導体ペーストを作製した。ガラス
フリットには、SiO2-Al2O3-CaO-ZnO系、熱膨張係数4.6
×10-6/℃のものを用いた。 (2)グリーンシートの作製 Al2O3-B2O3-SiO2系ガラス粉末60重量%とAl2O3粉末40重
量%の混合物に有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加し
混練してスラリーを作製した。次いでスラリーをドクタ
ーブレードを用いて、ポリエステルフイルム上に塗布
し、乾燥することによって基板用グリーンシートを作製
した。 (3)試料の作製 グリーンシートに200μmの穴をあけ、表1に示すごと
く銅70重量%、タングステン30重量%から成る導体ペー
ストをスクリーン印刷し、スルーホール部を充填した。
次いでこのように作製したグリーンシートを積層・圧着
して積層体を作製し、この積層体を加湿窒素雰囲気中で
100℃/h以下の速度で昇温し、600℃で10時間保持して
バインダー抜きを行った後、昇温速度100℃/hで加熱
し、900℃〜950℃で1時間焼成した。 (4)接着性試験 接着性の評価は、焼結体についてスルーホールのまわり
のクラックやはがれ等を光学顕微鏡により観察し、その
接着性を調べることにより行なった。その結果を以下に
示す表1の評価欄に示す。表中の○印はスルーホールの
まわりにクラックや剥がれが無く接着性が良好であるこ
とを示し、×印はクラックや剥がれが確認され接着性が
不良であることを示す。
【0019】この結果、本実施例1においては、スルー
ホール周辺にクラックの発生も無く、接着性は良好であ
ることが判った。 (5)電気抵抗性試験 前記(1)〜(3)で作製した多層基板を用いて、本発
明導体ペーストから得られた導電体の電気抵抗について
評価した。その結果を以下に示す表1の評価欄に示す。
【0020】この結果、本実施例1の導電体の電気抵抗
は2.8μΩcmであり、本発明者が明らかにした電気抵抗
の限界値である15.0μΩcmよりも低く、導電性に富むこ
とが判った。 (6)熱膨張性試験 (1)で作製した導体ペーストの混合粉末を用いて、金
型成形により、圧力2kg/cm2 で、寸法10mm×10mm×50
mmの圧粉体を成形し、この成形体を窒素雰囲気中で 950
℃、1時間保持し焼結した。これらの焼結体を熱膨張測
定用試料、寸法外径5mm、長さ20mmに加工し、熱膨張係
数を測定して本発明導体ペーストから得られた導電体の
熱膨張性を評価した。測定温度範囲は50℃〜400℃に設
定して窒素雰囲気中で行った。その結果を以下に示す表
1の評価欄に示す。
【0021】この結果、本実施例1の導電体の熱膨張係
数は、12.8×10-6/℃であり、本発明者が明らかにした
熱膨張係数の限界値である13.0×10-6/℃よりも低く、
温度変化により熱応力が発生しにくいことが判った。
【0022】
【表1】
【0023】実施例2〜12、及び比較例1〜7 上記の実施例1に準じて、表1に示す成分の配合に基き
実施例2〜12、及び比較例1〜7について接着性試験、
電気抵抗性試験、及び熱膨張性試験を行なった。その結
果、ペースト成分としてタングステン又はモリブデンを
10〜50重量%、ガラス成分を0〜30重量%配合した実施
例2〜12は、接着性、電気抵抗性及び熱膨張性いずれに
ついても良好な結果が得られたが、この配合比以外の配
合をした導体ペーストに係る比較例1〜7は、接着性、
電気抵抗性、及び/又は熱膨張性について所期の効果を
奏しなかった。
【0024】すなわち、銅とガラスを組合せた従来の方
法のペーストはガラス配合量を20重量%配合してもスル
ーホール周辺にクラックが発生しており接着性が悪かっ
た。50重量%配合すると接着性は良いが電気抵抗率が大
きくなりすぎ導電体として好ましくなかった。また、タ
ングステン又はモリブデンの配合量が5重量%では熱膨
張係数が大きくクラックが発生して接着性は悪く、配合
量を60重量%以上にすると焼結が不充分となり導体を形
成することが出来なかった。しかも電気抵抗率も大きく
なりすぎ導電体として好ましくなかった。
【0025】以上の結果から、本発明導体ペーストは、
熱膨張性が小さく、かつ電気抵抗の小さな従来にない性
質を有する導電体を与え、この導電体と絶縁体層が積層
されたセラミック基板は、クラックを生じにくい非常に
優れた基板であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明導体ペースト組成物から得られる導電体
と絶縁体を積層した多層セラミック回路基板断面の概要
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 明 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡本 正英 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅並びにタングステン及び/又はモリブ
    デンを含み、それから得られる導電体の電気抵抗率が1
    5.0μΩcm以下、熱膨張係数が13.0×10-6/℃以下とな
    ることを特徴とする導体ペースト組成物。
  2. 【請求項2】 下記の成分: (A) タングステン及び/又はモリブデン 10〜50重量% (B) ガラス成分 0〜30重量% を含む請求項1記載の導体ペースト組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1の導体ペースト組成物から得ら
    れた、導電体の電気抵抗率が15.0μΩcm以下、熱膨張係
    数が13.0×10-6/℃以下であることを特徴とする導電
    体。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の導電体と絶縁体層が積層
    された構成からなるセラミック基板。
JP30643791A 1991-11-21 1991-11-21 導体ペースト組成物 Pending JPH05144316A (ja)

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