JPH0572681B2

JPH0572681B2 -

Info

Publication number: JPH0572681B2
Application number: JP61245488A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shoji; Kenji Ochiai
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1986-10-17
Publication date: 1993-10-12
Also published as: JPS63102103A

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及び混成
集積回路用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練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Al₂O₃92〜96％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。最近では耐熱性、
良熱伝導性等の特性を生かした窒化アルミナ
（AlN）が利用されるようになつてきた。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。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ても
のであり、セラミツク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。セラミツク基板との接着
力を向上させるため、Cuなどを微量添加しセラ
ミツク基板と化学的に結合させる試みもなされて
いるが、ガラスフリ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。また、特に窒化アルミ基板に対してはフリツト
タイプのペーストでは、ドツテイングや印刷に際
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、セラミツク基板に充分拡散し
ないため皮膜の接着強度が不足し、半田漏れ性や
ワイヤーボンデイング性も不充分なるものとなる
欠点がある。発明が解決しようとする問題点上記のような窒化アルミ基板に対する欠点を解
消するため銀と銅との複合粉末を使用しフリツト
を使用しないペーストの提供を試みた。問題点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
微粉末を使用し、酸化イツトリウムおよび有機銅
又は五酸化バナジウムを添加することを特徴とす
る導電ペーストを提案した（特願昭61−65907、
特願昭61−65908）。本発明は先の提案をさらに改
良し特に窒化アルミ基板に対して接着強度を安定
して強めることを目的としたものである。本発明は銀微粉末と、銀と導との複合微粉末、
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または五酸化バナジウムを含
有し、さらに銅有機物をペースト中の銅純物の合
計が0.1〜10％となる範囲で含み、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、特に窒化アルミ基板用の
導電ペーストである。次に本発明につき詳説する。本発明の導電ペーストは本質的には金属粉末と
酸化イツトリウムまたは五酸化バナジウムから成
る固形成分、および有機銅を含み残余がビヒクル
から成るものである。金属粉としてはAg粉末、
AgとCuとの複合粉末、Pt粉末又はAgとPtとの
複合粉末を使用する。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。10μｍ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、印刷に際して
線の解像性が悪くなり、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利用できる。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果を保つことが可
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％以下ではペーストとして使用した場合の皮
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％以下では窒化アルミ中への拡散が不
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。本発明は白金を添加したものである。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。白金の含有量は
ペースト中の金属粉末に対し10〜30％好ましく
は、15〜20％である。白金含有量が10％以下では
添加効果が認められず、30％以上では白金の添加
効果は飽和してしまう。上記範囲で白金を多量に添加することにより、
シート抵抗を低く保ちながら半田喰われ性を改善
し、マイグレーシヨンを防ぐと共に、ペーストの
融点を高め1000〜1200℃の焼成にも耐えて強固な
皮膜を形成することが可能となる。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。本発明はセラミツクとの馴染みを良くする酸化
イツトリウムまたは五酸化バナジウムを含むもの
である。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。粒
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。平均粒径は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20ppm〜２％、好ましくは0.05〜１
％となるよう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20ppm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。本発明で添加するV₂O₅は、化学的に製造され
たもので、純度が99.9％以上のものが好ましい。
粒度は平均粒径で5μ以下好ましくは2μ以下で細
かい方が分散性が良く強度に与える影響も好まし
い。逆に平均粒径が5μ以上であると強度、表面
平滑性、均一分散性の面で好ましくない。V₂O₅
の添加率は20ppm〜２％が最適である。20ppm以
下では、強度に対して顕著な効果は認められな
い。２％以上添加すると色調に変化をきたす他、
気孔が多くなつたり、表面粗さが粗くなつたりし
て、特にダイアツチ性（Si付けが難しい）が劣化
する。V₂O₃は焼成温度900℃以上で効果は認めら
れるが900℃以下では効果は顕著でない。より広
い温度範囲に於いてより安定に強度を維持させる
には両方の添加が好ましい。本発明で使用する銅有機物とは、

【式】又は、

【式】（Ｒは飽和型炭化水素）の一般式で示されるもの
で、環式テルペン系誘導体またはＲ−Ｓ−Cu又
はＲ−Ｓ−Cu−Ｓ−Ｒの一般式で示されるもの
でもよい。銅の含有量は一般に３〜10重量％であ
る。具体的には、レジネート銅、銅アリールメル
カプチド、銅テルペンメチドなどがある。これら
の有機銅はペースト中で溶剤に溶けた状態で存在
する。有機銅は、IR法（Infra−Red Absorption
Spetrum、赤外線吸収スペクトル）、NMR法
（Nuclear Magnetic Resonance核磁気共鳴法）
等が金属銅と区別して存在が判別できる。銅有機物を使用することによる効果は (i) 液体であるためビヒクルと良く混ざるため、
分散性に優れたペーストが可能である。 (ii) 基板にドツテイングしても偏析が殆んどな
い。 (iii) 焼成過程に於て、Ag／Cu複合粉、Y₂O₃粉末
は、主に基板との接着強度に寄与し、銅有機物
は均一に分散するため、メタライズ層間の焼成
を促進させる効果がある。従つて接着強度のばらつきが小さくなり、安定
した強度の製品を得られる点にある。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、分散剤としてロジン系樹脂を0.1
〜２％添加すると良い。ペースト状態では金属微
粉末粒子の分離偏析を避けるため、粘度は高く調
整しておくが、ドツデイングの場合は溶剤を用い
て希釈し、40〜450cpsの粘度に調整する。印刷の
場合は高い粘度のまま使用する。本発明では必要によりパラジウムを添加しても
良い。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。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、導体抵抗が上昇する欠点がある。そのためパ
ラジウムを単独で添加する場合は、粒度（D₅₀）
が2μｍ以下の微粉末を使用することが好ましい。
また、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。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粉末に
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
は奇態できなくなるからである。パラジウムは白
金の使用量が少ないときに特に有効である。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と五酸
化バナジウムを使用しビヒクルとして有機銅を配
合したテルピネオール、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。

【表】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。銀と銅と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。 V₂O₅は純度99.8％で粒径3μ以下の市販品を使
用した。ビヒクル成分はテルピオネールに対して12％の
エチルセルロース及びノニオン系界面活性剤2.5
％及び銅有機物としてレジネート銅をあらかじめ
添加したものを用いた。ビヒクル成分およびレジネート銅の配合割合
は、ペースト全体に対し上記ビヒクル成分が11重
量部、レジネート銅４重量部になるように配合し
た。レジネート銅中のCu含有量は6.4％であるので、
レジネート銅から入るCu純分は0.256重量部とな
る。これらの金属粉末と酸化イツトリウム、五酸化
バナジウムとビヒクルおよびレジネート銅とを表
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。基板は窒化アルミ（寸法24.5×24.5×0.635mm）
を使用した。窒化アルミ基板はトリクレンで洗浄後使用し
た。窒化アルミ基板にペーストを使用しスクリー
ン印刷により導電回路を所定のパターンに形成し
た。印刷条件は200Meshステンレス製バイアス張
り、エマルジヨン厚さ45μとした。該導電ペーストを印刷後、レベリングを10分間
おこなつた後120℃で30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８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、皮膜のシート抵抗を測定した。さらに2.0×2.0mm口のパツド上にＬ字型にした
0.6mmφの銅線（スズメツキ処理）を６／４半田
にて固定し、バーチカルボンドテスターにより接
着強度を測定した。これらの結果を表２に示す。

【表】＊印は剥離の認められるもの
次にウエスト・ボンド社製の超音波式ワイヤー
ボンダーを使用し、直径30μの（Al−１％Si）細
線をボンデイングし、ワイヤープルテスターを使
用してボンデイング強度を測定した。この結果も
表２に併記する。表中の数値は切断力の10回平均
値を示したものであり、×印はワイヤー接合部で
剥離した場合を示している。さらに６：４組成の半田を使用し、260℃に半
田ポツトを温度コントロールして浸漬し、半田濡
れ性を調べた。この結果も表２に併記する。表中
◎はパターン通りに半田が載つた場合を示し、×
印は一部だけ半田が載つた場合を示す。第２表の結果から明らかなように、本発明によ
る導電ペーストは、焼成後のシート抵抗が低く、
セラミツク基板との接着強度が高く、半田濡れ性
についても優れている。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。本発明によれば、窒化アルミ基板に対してもす
ぐれた接着力を発揮することが明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】

１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10〜30％であり、さらに酸化イツトリウ
ムまたは五酸化バナジウムを固形成分中に20ppm
〜２％含み、さらに銅有機物をペースト中の銅純
物の合計が0.1〜10％となる範囲で含み、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。