JPH05174613A

JPH05174613A - 配線用電極、セラミック回路基板及び電極ペースト

Info

Publication number: JPH05174613A
Application number: JP34441991A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Ogawa; 立夫小川; Yoichiro Yokoya; 洋一郎横谷; Koichi Kugimiya; 公一釘宮
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた耐ヒートショック特性を有する配線電
極、そのような電極を有するセラミック回路基板、また
そのような配線電極を与える電極用ペーストの提供を目
的とする【構成】酸化銅にホウ珪酸ガラス５％を加えた混合物
を無機粉体として用い、この無機粉体をビヒクル中に加
え、無機含量６５重量％の電極ペーストを作成した。電
極ペーストをパタ−ンに応じてスクリーン印刷し、１０
０℃で１０分間加熱乾燥し、空気中５００℃２時間脱バ
インダし、水素中３００℃１時間加熱還元し、窒素中９
００℃１０分間焼成して、電極を作成した。２次元膜厚
計で測定した電極の断面積で算出した嵩体積から気孔率
を求め、このサンプルは３１％であった。また、−５５
〜１２５℃の７５℃の温度差を各々３分間の急昇温と降
温並びに３分間の保持時間で冷熱サイクルを５０サイク
ル行い、少なくとも５０サイクルは電極特性は保持でき
た。さらに、電極の垂直引き剥し試験で接着強度の評価
では３．６ｋｇ／２□、配線抵抗値は１０Ω／□であっ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銅もしくは銅を主成分
とする合金からなる配線電極、銅もしくは銅を主成分と
する合金からなる配線電極を備えたセラミック回路基
板、および酸化銅を主成分とする配線電極ペーストに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来セラミック基板上に回路形成するた
めのいわゆる厚膜配線ペーストとして、Ａｇ−Ｐｄ系に
かわってＣｕ系のものが用いられるようになっている。
これはＡｇ−Ｐｄ系のものに比べて、コストが安い、低
抵抗である、耐マイグレ−ション性が優れている、高周
波特性が優れている等の理由による。この例として、ペ
ースト中にＣｕ粉末およびフリットガラスを含むハイブ
リッドＩＣ用厚膜ペースト（特開昭５８−６８８０３
号）がある。これは、スクリーン印刷などにより基板上
に回路形成し、乾燥、中性雰囲気中で焼成して、銅配線
を得るものである。また、空気中で脱バインダ可能な酸
化銅を主成分とするセラミック配線基板用混練物（特開
昭６１−２９２３９３）も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のＣ
ｕ配線用ペーストでは、配線抵抗を小さくするために、
膜中の銅の充填、焼結密度を上げて、金属銅に近付ける
ことに主眼がおかれてきた。このためセラミック回路基
板においては、冷熱サイクル条件によっては、セラミッ
ク基板と金属銅との間に熱膨張係数の違いによって応力
が生じ、この応力は配線膜が金属銅に近付く程に緩和さ
れにくくなるために、剥離やクラックを生ずる、極端な
場合には基板自体の破壊がおこるという問題があった。
またこれらの製造に用いる配線電極ペーストでは、ペー
スト中の導電成分の含有量を８０％から９２％とする必
要があった。

【０００４】本発明は、このような課題に鑑みなされた
もので、冷熱サイクルにおける応力緩和能力を備えた優
れた耐ヒートショック特性を有する配線用電極、またそ
のような配線電極を有するセラミック回路基板、及びそ
のような電極を与える配線電極ペーストを提供するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、配線電極の形態として銅または銅を主成分
とする合金を導体金属とし、その嵩密度に対する気孔率
が１５％から４０％であることを特徴とするものであ
る。またそのような電極を実現するため電極ペーストと
して酸化銅を主成分とする無機分、有機バインダ樹脂、
不揮発性有機物、揮発性有機物からなり、そのうち無機
分の占める割合が、無機分、有機バインダ樹脂および不
揮発性有機物の合計に対して重量で６０％以上８０％以
下であることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】配線電極の形態として銅または銅を主成分とす
る合金を導体金属とし、その嵩密度に対する気孔率が１
５％から４０％であることにより、部分的に網目状の構
造の膜となるために導電パスは確保され、気孔部に半田
がアンカーとして充填されるため、配線としての重要な
特性である面積抵抗値と接着強度をあまり劣化させるこ
となく、かつ冷熱サイクルによる応力をこの網目状構造
で吸収することが可能となる。気孔率の範囲限定の理由
については気孔率が１５％より小さいと、応力を吸収す
るに足る網目状構造を持ち得ず、また４０％より大きい
と、網目状化が進みすぎて配線が孤立、断線するためで
ある。このような電極は、酸化銅を主成分とする無機
分、有機バインダ樹脂、不揮発性有機物、揮発性有機物
からなり、そのうち無機分の占める割合が、無機分、有
機バインダ樹脂および不揮発性有機物の合計に対して重
量で６０％以上８０％以下であるペーストにより実現さ
れる。この無機分の限定の理由は、得られる配線電極の
気孔率に対応しており、無機分の割合が８０％以上で
は、気孔率が１５％より小さくなる場合があること、ま
た無機分の割合が６０％以下では気孔率が４０％より大
きくなる場合があることが挙げられる。

【０００７】

【実施例】以下本発明について具体的に例を挙げて説明
する。まず（実施例１）において、本発明の配線電極の
特性について述べ、続いて（実施例２）以下では本発明
中の配線電極ペーストの作製方法とそれを用いた実際の
セラミック回路基板の製造方法を含めて、本発明におけ
る配線電極を有するセラミック回路基板の特性について
述べる。

【０００８】（実施例１）評価用試料としてホウ珪酸ガ
ラスを重量で３％含むような銅配線電極を、酸化銅を出
発原料とするペーストを用いてキャスティング、乾燥、
脱バインダ、焼成して作製した。焼成温度及び時間を変
化させて下の（表１）に示すような７種類の気孔率のも
のを試料として作製し、各々について耐ヒートショック
特性を、−５５℃から１２５℃まで降温および昇温各３
分間、保持３分間の急速冷熱サイクルにかけ、剥離、ク
ラックの初めて発生したサイクル数で評価した。サイク
ル数は最大５０サイクルまでとした。ここでいう気孔率
は重量と、２次元膜厚計で測定した配線電極の断面積か
ら算出した嵩体積から求めた。また配線抵抗を測定し、
断面積から換算して面積抵抗値（１５μｍ膜厚に換算）
を求めた。結果は（表１）に示すとおりである。

【０００９】

【表１】

【００１０】（表１）から明らかなように、気孔率が１
５％より少ないものでは耐ヒートショック特性が著しく
劣り、４０％より大きいものでは、断線が起こった。本
発明に規定する範囲のものは、優れた耐ヒートショック
特性とまずまずの面積抵抗値を示した。

【００１１】（実施例２）酸化銅（ＣｕＯ）にホウ珪酸
鉛ガラス５％を加えた混合物を無機粉体として用い、エ
チルセルロース：ジブチルフタレート＝１：１の割合で
テルピネオールに加え１０％溶液としたものをビヒクル
として、ペースト中の無機分の占める割合を、無機分、
有機バインダ樹脂および不揮発性有機物の合計に対して
変えた７種類のペーストを混練した。その割合について
は下の（表２）に示すとおりである。このペーストを通
常のスクリーン印刷法を用いて、２ｍｍ角及び５００μ
ｍ幅で線長５０ｍｍのパターンを９６アルミナ基板上に
印刷後、１００℃で１０分間加熱乾燥し、空気中５００
℃２時間脱バインダし、水素中３００℃１時間加熱還元
し、最後に窒素中９００℃１０分間焼成した。基板上の
無機分重量と、２次元膜厚計で測定した配線電極の断面
積から算出した嵩体積から気孔率を求めた。この配線基
板について（実施例１）と同様の方法で耐ヒートショッ
ク特性を評価した。また各々の５００μｍ幅電極につ
いて配線抵抗（１５μｍの面積抵抗値に換算）を、２ｍ
ｍ角電極について錫：鉛＝６３：３７の合金半田に２６
０℃でディップして、錫鍍金銅線（０．８ｍｍ径）の垂
直引き剥し試験を行なって接着強度を評価した。結果は
（表２）に示すとおりである。

【００１２】

【表２】

【００１３】（表２）に示すように、無機分の含量が８
５％のものでは、気孔率が１５％より少なくなり耐ヒー
トショック特性が著しく劣り、また５５％のものでは配
線自体が断線した。本発明による６０％から８０％の範
囲では、気孔率は１５％から４０％となり優れた耐ヒー
トショック特性、優れた接着強度、気孔率に見合った面
積抵抗値をもつ配線を得た。

【００１４】（実施例３）酸化銅（ＣｕＯ）にホウ珪酸
鉛ガラス３％を加えた無機粉体と、酸化鉛２％を加えた
ものを用い、ポリビニルブチラールをブチルカルビトー
ルを溶剤として１０％溶液としたものをビヒクルとし
て、ペースト中の無機分の占める割合を、無機分、有機
バインダ樹脂および不揮発性有機物の合計に対して変え
た７種類のペーストを混練した。その割合については下
の（表３）に示すとおりである。以下、（実施例２）
と同様の操作を行ない、気孔率を測定し、耐ヒートショ
ック、接着強度、配線抵抗について同様に評価した。結
果を同じく（表３）に示す。

【００１５】

【表３】

【００１６】（表３）に示すように、本実施例において
は、面積抵抗は全体に高くなるものの、接着強度につい
ては、より高い値が得られた。これは酸化鉛添加により
導通率はやや落ちるが、半田との親和性が増したためと
考えられる。耐ヒートショック性については、本発明で
規定した範囲の気孔率を有するサンプルでは優れた値と
なった。

【００１７】（実施例４）無機粉体として酸化銅（Ｃｕ
Ｏ）にバリウムホウ珪酸ガラス５％を加えたものを用
い、ポリアクリル酸ブチル：ブチルベンジルフタレート
＝３：１の割合でテルピネオール：ブチルカルビトール
アセテート＝１：１の溶剤に加え１２％溶液としたもの
をビヒクルとして、ペースト中の無機分の占める割合
を、無機分、有機バインダ樹脂および不揮発性有機物の
合計に対して変えた７種類のペーストを混練した。その
割合については下の（表４）に示すとおりである。以
下、脱バインダ温度を７００℃とし、還元温度を３００
℃とした他は（実施例２）と同様の操作を行ない、気孔
率を測定し、耐ヒートショック、接着強度、配線抵抗に
ついて同様に評価した。結果を同じく（表４）に示す。

【００１８】

【表４】

【００１９】（表４）に示すように、本発明で規定した
範囲の気孔率を有するサンプルでは、各特性において優
れた値を示した。

【００２０】なお、上記の実施例では何れもキャスティ
ング方法としてスクリーン印刷を用いたが、ペースト中
の無機分の量さえ本発明の規定の範囲内であれば、描画
法、スピンナー・ドクターブレード・筆・スプレー等に
よる塗布法等を目的に応じて選択し得ることはいうまで
もない。また本発明の性質上ペーストに用いる有機物に
ついては、規定の気孔率を与え得るものであれば如何な
る種類のものを使用してもよい。また実施例にも示した
通りに、少なくともペースト中の無機分の占める割合
を、無機分、有機バインダ樹脂および不揮発性有機物の
合計に対して６０％以上８０％以下になるようにすれ
ば、本発明に規定するところの気孔率を有する電極を得
ることが出来る。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明は、配線電極の形態
として銅または銅を主成分とする合金を導体金属とし、
その嵩密度に対する気孔率が１５％から４０％のもので
あり、また、セラミック回路基板として嵩密度に対する
気孔率が１５％から４０％である銅または銅を主成分と
する合金からなる電極を配線として持ち、またそのよう
な電極を実現するため電極ペーストとして酸化銅を主成
分とする無機分、有機バインダ樹脂、不揮発性有機物、
揮発性有機物からなり、そのうち無機分の占める割合
が、無機分、有機バインダ樹脂および不揮発性有機物の
合計に対して重量で６０％以上８０％以下であり、優れ
た耐ヒートショック特性を有する配線電極、そのような
電極を有するセラミック回路基板、またそのような配線
電極を与える電極用ペーストを実現できる効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅または銅を主成分とする合金を導体金属
とし、前記導体金属の嵩密度に対する気孔率が、１５％
以上４０％以下であることを特徴とする配線用電極。
【請求項２】嵩密度に対する気孔率が１５％から４０％
である銅または銅を主成分とする合金からなる電極を配
線として持つことを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項３】酸化銅を主成分とする無機分、有機バイン
ダ樹脂、不揮発性有機物、揮発性有機物からなるペース
トで、無機分の占める割合が、無機分、有機バインダ樹
脂および不揮発性有機物の合計に対して重量で６０％以
上８０％以下であることを特徴とする配線電極ペース
ト。