JPH07235215A

JPH07235215A - スルーホール充填用導体ペースト

Info

Publication number: JPH07235215A
Application number: JP5130694A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Mori; 護毛利; Motoharu Miyakoshi; 基晴宮越; Kazuo Tedoriya; 和夫手取屋; Minoru Ebata; 実江端; Kiyoshi Mizushima; 清水島
Original assignee: Nikko Co Ltd; Nikko KK
Current assignee: Nikko Co Ltd; Nikko KK
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【構成】銀粉末または銅粉末を主成分とする導電粉末
に、該導電粉末に対して０．１重量％以上のロジウム
（Ｒｈ）粉末を添加してなる低収縮性のスルーホール充
填用導体ペーストであって、好ましくは、ロジウムの含
有量が上記導電粉末に対して０．１〜３重量％であるス
ルーホール充填用導体ペースト。【効果】上記導体ペーストは熱収縮性と導体抵抗値が
小さく、焼成の前後における形状安定がよいので、これ
をスルーホールに充填し、焼成してなるセラミック基板
は、スルーホール部分と表面配線との接続の信頼性が高
く、多層配線セラミック基板においてもシート上に亀裂
が発生せず断線などを生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼成収縮率を可能な限り
低減したスルーホール充填用導体ペーストに関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、セラミック基板上の配線形成法
としては導体ペーストを印刷・焼成する方法が用いられ
ている。また、両面に配線を備えた各種電子機器に使用
されており、基板の両面に形成された配線間の導通をと
る方法として、スルーホールが利用されている。さら
に、近年、電子機器の小形化、高性能化が進み、電子部
品の高密度実装が可能な信頼性の高い多層配線セラミッ
ク基板が製造されている。かかる基板ではスルーホール
及びビアホール（以下、両者を含めて「スルーホール」
という）による層間接続法の重要性が大きい。

【０００３】しかし、従来の導体ペーストは後述の比較
例に示すように焼成過程において収縮する問題があり、
スルーホールに導体ペーストを充填した場合、その焼成
収縮力がセラミック基板への接着力を上回り、導体がセ
ラミック基板から剥がれる欠点がある。このため基板上
の配線を層間接続するには、従来、スルーホールの孔壁
にスクリーン印刷方法などにより導体膜を印刷・焼成
し、これを利用して基板上の配線を接続している。とこ
ろが、このような形態では、孔壁から基板表面の配線路
に至るコーナー部分の膜厚が薄くなり易く、導通不良と
なり信頼性にかける問題がある。また、スルーホールの
大きさは配線密度の関係から、従来、０．４mm程度の小
径のものが標準的サイズであり、孔壁に形成する導体量
が限られるためにスルーホール部の導体抵抗が大きくな
る問題がある。

【０００４】また多層配線基板の製法として、印刷多層
法やグリーンシート多層法が知られているが、印刷多層
法の場合、スルーホールの孔を避けて配線を印刷する必
要があり、高密度化に支障をきたす。一方、セラミック
基板上にガラスセラミックからなるグリーンシートを積
層し、これを焼成してシート間あるいはシート上に高密
度配線を形成するグリーンシート多層法の場合にはスル
ーホールが空洞であるため、積層したガラスセラミック
がスルーホール内に窪み周囲に亀裂が生じてシート表面
に設けた配線が断線するなどの不都合を生じる虞れがあ
る。

【０００５】

【発明の解決課題】本発明は、セラミック基板のスルー
ホールに関する上記問題を解決したセラミック基板のス
ルーホール充填用導体ペーストを提供することを目的と
する。スルーホール全体に導体材料を充填すればスルー
ホールの導体量が増大して導体抵抗が低下し、しかも、
スルーホール導体とセラミック基板上の配線とを同一平
面上で接続でき、その接続の信頼性を向上させ得る。ま
たグリーンシート多層法においては、スルーホール内部
に導体を充填しておけば亀裂の発生原因となるスルーホ
ールへの沈み込みがなくなり、断線などを生じない信頼
性の高い多層配線基板が得られ、また印刷多層法では孔
の位置に制約されずに配線を印刷できる利点がある。と
ころが、現在使用されている導体ペーストは焼成時の熱
収縮率が大きいため、このようなスルーホールを充填し
たセラミック基板について満足した結果が得られていな
い。本発明者等は焼成時の熱収縮の小さい導体ペースト
について検討し、導電材料として常用されている銀ない
し銅の粉末に特定量の金属ロジウム（Ｒｈ）を混合した
ものは焼成収縮が格段に小さく、この導体ペーストを用
いれば上記利点を有するセラミック基板を製造できる知
見を得た。本発明はかかる知見に基づく。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明によれば、以下の構成を有す
るスルーホール充填用導体ペーストが提供される。（１）銀粉末または銅粉末を主成分とする導電粉末
に、該導電粉末に対して０．１重量％以上のロジウム
（Ｒｈ）粉末を添加してなる低収縮性のスルーホール充
填用導体ペースト。（２）ロジウムの含有量が上記導電粉末に対して０．
１〜３重量％である上記(1) のスルーホール充填用導体
ペースト。

【０００７】本発明の導体ペーストは、銀粉末または銅
粉末を主成分とする導電粉末に銀粉末または銅粉末を主
成分とする導電粉末にロジウム（Ｒｈ）粉末を添加して
なる低収縮性のスルーホール充填用導体ペーストであ
る。ここで低収縮性の導体ペーストとは、焼成時の収縮
率が小さい導体ペーストを云い、具体的には、銀粉末に
ロジウム粉末を添加した導体ペーストでは、その焼成収
縮率は、図１に示すように、８５０℃で焼成した場合、
含有量によって僅かに異なるが、０．６重量％以上添加
した場合には４％未満である。銅粉末にロジウム粉末を
添加した場合もほぼ同様の結果が得られる。ロジウム添
加の効果は少量でも大きく、しかも導電性への影響が僅
かである。具体的には、図１に示すように、０．１重量
％の添加でも収縮率の低下が認められ、３．０重量％添
加した場合には焼成収縮率は２％程度まで大幅に低下す
る。他方、ロジウムの添加量が増すと相対的に導体ペー
スト中の導体粉末の量が低下するので導体抵抗値が微増
する。またロジウムは非常に高価であるため過剰な使用
は好ましくない。従って、ロジウム粉末の添加量は概ね
０．１〜３重量％が好ましい。因みに、ロジウムと同族
元素であるパラジウム粉末や白金粉末をロジウムに代え
て用いても導体ペーストの焼成収縮率を抑える効果は小
さく、従って、従来用いられている銀−Ｐｄ導体ペース
トなどは本発明と同等の効果が得られない。但し、パラ
ジウム粉末や白金粉末を導電粉末として用い、これを銀
粉末または銅粉末に混合したものにロジウム粉末を添加
しても良い。

【０００８】上記導体ペーストは、銀粉末または銅粉末
とロジウム粉末とを上記量比となるように混合し、既知
の結合剤やその溶剤等を適宜配合し混練することによっ
て得ることができる。銀、銅およびロジウムの各粉末
は、例えば球状、塊状、針状、鱗片状などの任意の形状
のものを用いることができる。粒径も特に限定されない
が、一例として、銀粉末では平均粒径が５〜１０μm 程
度のもの、銅粉末では平均粒径５〜１０μm 程度のも
の、ロジウム粉末としては０．５〜２μm 程度の平均粒
径のものが使用される

【０００９】結合剤としては、エチルセルロース、アク
リル樹脂等が用いられる。結合剤の使用量は上記粉末を
均一に分散保持し、ペースト状態を維持し得る程度の量
であればよい。具体的には、銀粉末または銅粉末と、ロ
ジウム粉末とからなる混合粉末１００重量部に対して、
２〜１０重量部程度の割合で使用される。溶剤として
は、アセテート、テルピネオール等が挙げられる。溶剤
の使用量は結合剤の種類によっても異るが、導体ペース
トに適度の粘性が付与される量であればよい。具体的に
は、結合剤１００重量部に対して、１０〜３０重量部程
度の割合で使用される。これら結合剤や溶剤以外にも、
例えば導体ペーストに適度の流動性を付与する等の目的
で脂肪酸エステルなどの他の添加剤を既知の導体ペース
トにおけると同様に使用することもできる。また、熱収
縮をさらに防止するためにガラス粒子などの酸化物粒子
を少量添加してもよい。

【００１０】

【実施例および比較例】以下に本発明の実施例および比
較例を示す。実施例１本発明の導体ペーストを以下のようにして調製し、その
焼成収縮率および導体抵抗値を評価した。

【００１１】（１）導体ペーストの調製平均粒径１０μm の銀粉末と平均粒径１μm のロジウム
粉末とを用い、銀粉末に対するロジウムの割合が各々
０．３重量％、０．６重量％、１．５重量％、３．０重
量％になるように原料粉を配合し、次いで、この原料粉
の各々にビヒクル（田中貴金属インタ-ナショナル社製TRD-１）
を加えて混練し、導体ペーストを得た。なおビヒクルの
配合量は粉末原料１００重量部に対して３０重量部とし
た。また、比較対照としてロジウム粉末を添加しない銀
粉末のみからなる導体ペーストを上記と同様の手法で作
成した。これらの導体ペーストについて、その焼成収縮
率および導体抵抗値を次の方法で評価した。

【００１２】（２）導体ペーストの焼成収縮の評価方法純度96％アルミナ基板（縦３インチ ×横３インチ ×厚さ0.63
5 mm）上に溶媒で希釈した導体ペーストを厚み７５μm
のメタルマスクを使用して２mm□に印刷した。その後、
この基板をクリーンオーブン中で、１５０℃、１０分間
乾燥して、上記導体ペーストからなる２mm□の測定パッ
ドが所定間隔に設けられたアルミナ基板を得た。次い
で、上記アルミナ基板上の導体ペーストの厚みを測定し
た。厚みの測定は、アルミナ基板上の２mm□の測定パッ
ドから任意に８箇所を選択して行なった。さらに、厚み
測定後のアルミナ基板をベルト式電気炉に入れ、８５０
℃で４７分間焼成した後、焼成後のアルミナ基板の導体
の厚みを測定した。測定は上記乾燥後の測定点と同じ箇
所を再測定することによって行なった。焼成前後の導体
の膜厚から次式に従って焼成収縮率を算出した。焼成収縮率(%) ＝[(焼成前の膜厚−焼成後の膜厚) ／焼
成前の膜厚] ×100

【００１３】（３）導体ペーストの導体抵抗値の評価方
法純度96％アルミナ基板（縦３インチ ×横３インチ ×厚さ0.63
5 mm）を使用し、この基板上に焼成収縮率の場合と同じ
導体ペーストの線状パターンを印刷した後、同一条件で
乾燥および焼成を施して、上記導体ペーストからなる線
状の導体膜を表面に有するアルミナ基板を得た。このア
ルミナ基板表面の導体膜について、サーペンタインライ
ンの膜厚（１箇所−４点）、線幅（１箇所−４点）、お
よび抵抗値（線長：７０mm）を測定し、次式に従って導
体抵抗値を算出した。導体抵抗（ｍΩ／□）＝０．７×（Ｒ×Ｗ×ｔ）式中、Ｒは配線抵抗（Ω）、Ｗは線幅（mm）、ｔは膜厚
（mm）およびＬは線長（mm）である。なお、焼成収縮率
および導体抵抗値の評価は上記導体ペーストのそれぞれ
について、アルミナ基板を２個使用して行なった。得ら
れた結果を図１および図２に示す。

【００１４】図１から明らかなように、ロジウムを含ま
ない銀粉末のみからなる比較対照の導体ペーストは焼成
後に平均して約１５％程度も収縮するのに対して、ロジ
ウム粉末を含有する本発明の導体ペーストの収縮率は小
さく、０．６重量％の添加により導体ペーストの収縮率
は約１／４まで大幅に低下する。従って、焼成前後の形
状安定が極めてよいことが分かる。また、図２に示すよ
うに、その導体抵抗値はロジウム粉末の添加量の増加に
つれて徐々に増加するが、３重量％含むものでも導体抵
抗値は７ｍΩ／□であり、導体材料として十分な値であ
った。

【００１５】実施例２銅粉末（平均粒径１０μm ）を用いた以外は実施例１と
同様にして、ロジウム含有量が０．３重量％、０．６重
量％、１．５重量％および３重量％の導体ペーストを調
製した。また、実施例１と同じくロジウム粉末を添加し
ない銅粉末のみからなる導体ペーストを比較対照として
調製した。これらの導体ペーストについて、実施例１と
同様の手順で、その焼成収縮率および導体抵抗値の評価
を行なった。なお、導体ペーストを印刷したアルミナ基
板はクリーンオーブンを使用し、１２０℃で１０分間乾
燥した。また、焼成はベルト式電気炉を使用し、窒素雰
囲気下に、９２０℃、６０分間行なった。得られた結果
を図３および図４に示す。図３および図４から明らかな
ように、銅粉末の場合も上記銀粉末と同様にロジウム粉
末の添加により焼成収縮率および導体抵抗値の小さな導
体ペーストが得られることが分かる。

【００１６】実施例３直径0.4 mmのスルーホールが複数箇所設けられた純度96
％アルミナ基板（縦３インチ ×横３インチ ×厚さ0.635 mm）
に、実施例１で作成したロジウム含有量が０．６重量％
の導体ペーストをスクリーン印刷方法を用いてスルーホ
ール中に充填した。その後、このアルミナ基板を１５０
℃に保持したクリーンオーブン中で１０分間乾燥した
後、８５０℃で１０分間焼成することによって、スルー
ホール中に上記導体が満たされたアルミナ基板を得た。
このアルミナ基板のスルーホールについて、メタノール
による浸透試験、導体抵抗値の測定、およびその表面と
断面の目視観察を行なった。なお、浸透試験は基板表面
に露出しているスルーホールの片面にメタノールを塗布
し、反対面にメタノールが浸透するか否かを目視観察す
ることによって行なった。

【００１７】その結果、スルーホール部の基板表裏間に
おける導体抵抗は０．９ｍΩ／□であり、本例と同径の
従来のスルーホール壁面のみにメタライズされたタイプ
のスルーホールにおける導体抵抗（通常2.7 〜4.8 ｍΩ
／□程度）と比べて格段に抵抗値が小さく、優れた結果
を得た。また、基板表面に露出したスルーホール充填部
分の表面には凹凸が全く観察されず、基板上の配線と同
一平面をなして密着接続されていた。さらに断面の目視
観察の結果、スルーホール内部に空隙は全く観察され
ず、導体ペーストが孔壁に密着し、孔全体に均一に充填
されていることが確認された。スルーホール内部に空隙
などの欠陥がないことは、基板裏面へのメタノールの浸
透が全くなかったことからも裏付けられた。

【００１８】比較例１実施例１で作成した銀粉末のみからなる導体ペーストに
ついて実施例１と同様の焼成試験を行なった。この結果
を図１に併せて示す。さらに実施例３と同様にして、こ
の導体ペーストをアルミナ基板のスルーホールに充填
し、この基板について実施例３と同じ評価試験を行なっ
たところ、スルーホール表面には表から裏にかけての貫
通部分が見られ、メターノールが裏面に浸透した。

【００１９】実施例４導体ペーストをスルーホールに充填した後に、さらにガ
ラスセラミックからなる厚さ１２０μm のグリーンシー
トを４５kg／cm²の圧力で積層したこと以外は実施例３
と同様にして、基板両面にセラミックシートが積層され
た多層アルミナ基板を得た。この基板について実施例３
と同じ評価試験を行なったところ、スルーホール上部の
グリーンシート上には亀裂は見られず、窪みも発生して
いなかった。また、スルーホール内部には導体ペースト
が密着して均一に充填されており、空隙等の内部欠陥も
全く観察されず、メタノールの浸透もなかった。

【００２０】比較例２実施例４と同径のスルーホールを有するアルミナ基板を
用い、該基板に実施例１で作成した銀粉末のみからなる
従来の導体ペーストを充填し、さらに実施例４と同じ厚
みのセラミックシートを同じ圧力で積層することによっ
て、基板両面にセラミックシートが積層された多層アル
ミナ基板を得た。この基板について実施例３と同じ評価
試験を行なったところ、シート表面はスルーホール部で
窪んでおり、その窪み付近には亀裂が観察された。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導体ペー
ストは、焼成収縮率が格段に小さく、焼成前後の形状安
定に優れた導体ペーストである。この導体ペーストをス
ルーホールに充填することにより、基板表面の配線とス
ルーホール導体との接続の信頼性が高いセラミック基板
が得られる。また、スルーホール内部を導体ペースで満
たすのでグリーンシートを積層する多層配線セラミック
を製造する場合に、スルーホールを覆う部分に亀裂など
の欠陥が発生せず、断線などの不都合がない信頼性の高
い配線をシート上に構築することができる。さらには、
導体抵抗の低い導体ペーストがスルーホール内部を満た
すため、従来の壁面がメタライズされているスルーホー
ルに比べてスルーホールの導体量が増大し、スルーホー
ルの導体抵抗値が格段に向上する。この導体抵抗値の低
下により、スルーホールの径を小さくすることができ、
配線密度の向上を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の導体ペーストの焼成収縮率を示すグ
ラフ。

【図２】実施例１の導体ペーストの導体抵抗値を示すグ
ラフ。

【図３】実施例２の導体ペーストの焼成収縮率を示すグ
ラフ。

【図４】実施例２の導体ペーストの導体抵抗値を示すグ
ラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江端実石川県松任市相木町383番地ニッコー株式会社内 (72)発明者水島清石川県松任市相木町383番地ニッコー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銀粉末または銅粉末を主成分とする導電
粉末に、該導電粉末に対して０．１重量％以上のロジウ
ム（Ｒｈ）粉末を添加してなる低収縮性のスルーホール
充填用導体ペースト。
【請求項２】ロジウムの含有量が上記導電粉末に対し
て０．１〜３重量％である請求項１のスルーホール充填
用導体ペースト。