JPH0554718B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、IC、LSI、チツプ部品などを搭載
し、かつそれらを相互配線した回路の高密度実装
用基板として用いることのできるセラミツク多層
配線基板用酸化第二銅混練物に関するものであ
る。

従来の技術 従来より、セラミツク配線基板の導体ペースト
用金属としては、Au、Au−Pt、Ag−Pd等の貴
金属、Ｗ、Mo、Mo−Mn等の高融点金属が広く
用いられていた。前者のAu、Au−Pt、Ag−Pd
等の貴金属ペーストは空気中で焼付けができると
いう反面、コストが高いという問題を抱えてい
る。また、後者の、Ｗ、Mo、Mo−Mn等の高融
点金属は1600℃程度、すなわちグリーンシートの
焼結温度（約1500℃）以上の高温で同時焼成する
ため多層化しやすいが、一方、導電性が低く、還
元雰囲気中で焼成する必要がある。また、ハンダ
付けのために導体表面にNi等によるメツキ処理
を施す必要があるなどの問題を有している。そこ
で、安価で導電性が良く、ハンダ付け性の良好な
Cuペーストが用いられる様になつて来た。ここ
でCuペーストを用いたセラミツク配線基板の製
造方法の一例を述べる。従来の方法はアルミナ等
の焼結基板上にCuペーストをスクリーン印刷し、
配線パターンを形成し、乾燥後、Cuの融点より
も低い温度で、かつCuが酸化されず、導体ペー
スト中の有機成分が十分に燃焼する様に酸素分圧
を制御した窒素雰囲気中で焼成するというもので
ある。また、Cuペーストを用いたセラミツク多
層配線基板の場合は、さらに絶縁ペーストとCu
ペーストを印刷後、乾燥、中性雰囲気中での焼成
を所望の回数繰返し、多層にしてゆくというもの
である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の様なCuペーストを用い
た場合、セラミツク配線基板の製造方法において
いくつかの大きな問題点がある。まず第一に、焼
成工程において、Cuを酸化させず、なおかつCu
ペースト中の有機成分を完全に燃焼させる様な酸
素分圧に炉内を制御するという事が非常に困難で
あるという事である。酸素分圧が少しでも高けれ
ば、Cu表面が酸化され、ハンダ付け性が悪くな
り、導電性の低下につながり、逆に酸素分圧が低
過ぎればCuメタライズの良好な接着が得られな
いばかりか、Cuペースト中に含まれる有機成分
の使用に困難が生じる。つまり、ペーストのビヒ
クルに用いられる有機バインダ等が、完全に燃焼
し除去されないという事である。特にCuの融点
以下の温度では、有機バインダは分解しないとい
われている。（文献名：例えば特開昭55−128899
号公報） また、金属Cuを用いた場合、たとえ脱バイン
ダの工程と、Cu焼付けの工程を分けたとしても、
金属Cuが脱バインダの工程で酸化され、体積膨
脹を起こすため、基板からの剥離等の問題を生ず
る。第二に、多層にする場合、印刷、乾燥後、そ
の都度焼成を行なうのでリードタイムが長くな
る。さらに設備などのコストアツプにつなかると
いう問題を有している。そこで、特願59−147833
において、酸化第二銅（CuO）ペーストを用い、
絶縁ペーストと導体ペーストの印刷を繰り返し行
ない多層化し、炭素に対して充分な酸化雰囲気
で、かつ内部の有機成分を熱分解させるに充分な
温度で熱処理を行ない、しかる後、Cuに対して
非酸化性となる雰囲気とし、印刷されたCuOが金
属Cuに還元され、焼結する事を特徴とするセラ
ミツク多層配線基板の製造方法について、すでに
開示されている。この方法により焼成時の雰囲気
制御が容易になり、同時焼成が可能となつた。し
かしながら以下に示す様な問題点が新たに見い出
された。それは、上記CuOペーストにおいては、
最適なCuO粒径を選ばなければ、印刷性が悪い、
フアインパターンが得られにくく、導体抵抗が高
く、かつ収縮率が大きいための剥離現象さらに、
使用するCuO粉によつて、導体層の特性、たとえ
ば、接着強度、シート抵抗にばらつきを生じる等
である。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、焼成時の
雰囲気制御が容易であり、多層基板作製において
導体層と絶縁体層の同時焼成が可能で、さらに印
刷性にすぐれ、安定した特性の得られるセラミツ
ク多層酸線基板用酸化第二銅ペーストを提供する
ものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のセラミツ
ク多層配線基板用酸化第二銅混練物は、無機固体
分中の主成分であるCuO粉の粒子径を最適範囲内
に調製したものである。

作 用 本発明は上記した様に、酸化第二銅ペーストで
あるという事で、導体中の有機成分を完全に燃焼
除去するという工程と、CuOをCuに還元させる
という工程を分離してセラミツク多層配線基板の
製造を行なう事が出来る。そのため、焼成時の雰
囲気制御が容易であり、脱バインダ時にCuから
CuOへの変化がないため、体積膨脹により層間の
剥離がなく、よつて導体層と絶縁体層の同時焼成
が可能となり、製造コストの低下、リーデイング
タイムの短縮へとつながる。その効果は、基板の
積層数を多くすれば多くするほど著しく大きくな
る。加えて、CuO粉の粒子径を1μｍ〜9μｍ（平
均粒経5μｍを除く）の範囲内に調製するという
事により種々の問題が一層解決される。まず、粒
子径が9μｍ以上のものが多い場合、スクリーン
印刷時において、メツシユの通りが悪く、印刷パ
ターンにかすれが生じ、乾燥後、平滑な表面が得
にくい。また、粒子径が1μｍ以下のものが多い
場合、ペースト作製時に、印刷性の良い適当な粘
度にするために、ビヒクル量が多くなり、焼成時
の収縮が大きく、配線パターンが網目状になつた
り、断線したり、また、剥離したりという事にな
り、さらには導電性は悪化し、同時に精度の良い
配線パターンも得られないという問題がある。以
上より、酸化第二銅粉の粒径は、1μｍ〜9μｍ
（平均粒経5μｍを除く）の範囲内に95重量％以上
が含まれる事が必要で、これによつて粒子径から
生ずる問題点は解決されることとなる。

実施例 以下に本発明の実施例について説明する。

市販の特級CuOを図２に示す様な温度プロフイ
ルで大気中で仮焼し、その後、粉砕用の三寸ポツ
トを用いメタノール中で24時間粉砕し、その後、
乾燥して得た、粒子径が1μｍ〜9μｍ（平均粒経
5μｍを除く）の範囲内に95重量％以上が含まれ
る分級したCuOに、添加物として一般的に用いら
れるガラス等を加えた無機成分に、有機バインダ
としてポリビニルブチラール、可塑剤として、ヂ
−ｎ−ブチルフタレート、溶剤としてテレピン油
を加え、適度な粘度にし、CuOペーストを調製し
た。以後このCuOペーストを、CuOペーストＡと
する。また、同時に、平均粒子径が1μｍ以下の
CuOにCuOペーストＡと同様の添加物を加えた無
機成分に上記の有機成分を加えて調製したCuOペ
ーストを、CuOペーストＢとし、さらに、平均粒
子径が10μｍより大きいCuOにCuOペーストＡ，
Ｂと同様の添加物を加えた無機成分に同様に有機
成分を加えて調製したCuOペーストを、CuOペー
ストＣとする。この様にして調製した３種類の
CuOペーストを用い、セラミツク多層配線基板を
作製し、接着強度、シート抵抗等の諸特性を測定
した。以下にセラミツク多層配線基板の製造方法
を示す。

まず、アルミナ焼結基板上に、絶縁ペーストを
200メツシユのスクリーンで約30μｍの厚みとな
る様に印刷し、120℃で10分間乾燥した。なお、
ここで、絶縁ペーストは、無機成分として。ホウ
ケイ酸ガラス粉末（コーニング社製＃7059）とア
ルミナ粉末を重量比１対１となるように配合した
ものを用い、さらにこの混合粉に有機バインダと
してポリビニルブチラール、可塑剤としてヂーｎ
−ブチルフタレート、溶剤としてトルエンとイソ
プロピルアルコールの混合液を用いたものを適当
な粘度になる様に混練したものである。絶縁ペー
スト印刷後、前記の３種類のCuOペーストを250
メツシユのスクリーンを用い約20μｍの厚みとな
る様に印刷し、同様に乾燥させた。なお導体層は
乾燥後10μｍ以上の厚みを有していた。そして以
上の印刷工程を所望の回数繰り返した。本実施例
においては導体層を２層とした。その断面図を図
１に示した。次に印刷を完了した基板のバインダ
除去であるが、その一例として図３示す様な温度
プロフイルで実施した。この時の雰囲気は、空気
中であり、500℃で導体ペースト及び絶縁体ペー
スト中の有機成分のほとんどを分解させ、さらに
800℃の温度で上記有機成分を完全に除去するも
のである。なお、このバインダ除去温度や雰囲気
の設定については、あらかじめ、有機バインダの
空気中での熱分析を行ない、バインダの除去が完
全に行なわれるかどうかを確認して設定されるも
のである。したがつてバインダの種類によつて
は、多少分解温度が異なるので、おのずと脱バイ
ンダ時の温度プロフイルも異なつてくるのは当然
である。次にこの脱バインダ済基板を焼成する。
その焼成の温度プロフイルを図４に示す。雰囲気
は、H₂ガスを10％含むN₂ガス雰囲気中（流量２
／min）で行なつた。その結果、焼成により
CuOが還元され、金属銅となり導電性パターンが
形成された。しかし、CuOペーストＢを用いたも
のについては、配線パターンの収縮が大きく、基
板表面から剥離し、以後の測定には用いられなか
つた。また、CuOペーストＣを用いたものについ
ては、印刷時のかすれ、ペーストのメツシユぬけ
が悪い時の影響、さらには、還元時の収縮により
断線が多く発生し、シート抵抗測定においても安
定して測定する事が出来なかつた。一方、粒子径
を1μｍ〜9μｍ（平均粒経5μｍを除く）に調製し
たCuOを用いたCuOペースト(A)の場合は、還元時
の収縮はみられるものの、そのシート抵抗は、線
巾300μｍ、厚みが10μｍ程度で約3.0ｍΩ／□が得
られ、絶縁層の内部に形成された導電パターンに
おいても3.5ｍΩ／□と表面層と同様な結果が得
られた。そして基板とCuのメタライズ性能は、
いわゆる引張りテストによつて行なつた結果、
CuOペーストＢにおいては問題外であるが、CuO
ペースト(A)においては、1.5Kg／mm²〜1.8Kg／mm²が
得られ、CuOペーストＣにおいても、1.2Kg／mm²
〜1.6Kg／mm²の結果が得られた。以上の結果より、
CuOペーストＢの場合、焼成により、導体層の剥
離があるため実用不可能であり、また、CuOペー
ストＣの場合は、印刷性が悪く、配線パターンに
かすれや、切断が起こるために、より細い配線パ
ターンが要求される高密度実装用セラミツク多層
配線基板の材料としては不適当であるのは明らか
でる。一方、CuOペーストＡの場合、導体抵抗、
接着強度ともに良好で、銅多層配線基板として充
分に実用に供されるものと判断されるものであ
り、以上より、CuOペースト作製に際しては、粒
子径を1μｍ〜9μｍ（平均粒経5μｍを除く）の範
囲内に調製する事が、ペースト作製において非常
に大きな要因である事は明らかである。

発明の効果 以上述べた様に、本発明は、Cuを導体とする
高性能なセラミツク配線基板の製造を可能にする
導体材料を提供するものである。

すなわち、本発明のセラミツク多層配線基板用
酸化第二銅混練物を用いれば、 (1) 焼成時の雰囲気制御が容易である。

(2) 多層基板の製造において、導体層と絶縁体層
の同時焼成が可能であるため、リーデイングタ
イムの短縮へとつながり、その効果は積層数が
多くなればなるほど大きくなる。

(3) 印刷時の配線パターンに、かすれや切断を生
じない。

(4) 非常に良好なメタライズ性が得られる。

(5) 高い接着強度、低いシート抵抗を示し、さら
にその値にばらつきが少なく、非常に良い再現
性が得られる。

この他に、本発明の酸化第二銅混練物を用いる
事により、Cuの持つている導体抵抗の低さ、ハ
ンダ付け性の良さ、耐マイグレーシヨン性の良
さ、低コストを充分に生かせるものであり、工業
上極めて効果的な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例として示した、銅多層配線基
板の断面図、第２図は、CuO仮焼工程を示す温度
および雰囲気プロフアイルを示す図、第３図は、
脱バインダ用熱処理工程を示す温度および雰囲気
プロフアイルの一例を示す図、第４図は、焼成工
程を示す温度および雰囲気プロフアイルの一例を
示す図である。 １……アルミナ焼結基板、２……絶縁層、３…
…Cuメタライズ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化第二銅を主成分とし、かつ酸化第二銅粉
   の95重量％以上が1μｍ〜9μｍ（平均粒経5μｍを
   除く）の範囲内に含まれる無機固体分と、少なく
   とも有機バインダと可塑剤と有機溶剤とを有する
   ビヒクルからなることを特徴とするセラミツク多
   層配線基板用酸化第二銅混練物。