JPH0774445A

JPH0774445A - 厚膜導体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0774445A
Application number: JP18052094A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Nagase; 敏之長瀬; Hideaki Yoshida; 秀昭吉田; Yoshio Kanda; 義雄神田; Tadaharu Tanaka; 忠治田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁基体との密着性が良好で、ハンダ付け
性、ボンディング性が向上し、製造が簡便である厚膜導
体およびその製造方法を提供する。【構成】厚膜導体は、アルミナ基板１０上の第１層１
１と、この第１層１１上に形成した第２層１２とを有す
る。第１層１１は気孔率が１２％以上のポーラスな構造
で、第２層１２は気孔率が１％以下の緻密な構造とす
る。第１層１１が熱衝撃による応力を緩和する。第１層
１１はＡｇ−Ｐｔ粉末に軟化点７００℃のガラスフリッ
トを混合して作製し、印刷後、７５０℃で焼成する。第
２層は粒径５μｍのＡｇ粉末に軟化点５５０℃のガラス
フリットを加えて作製し、印刷後、８５０℃で焼成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路配線、接続端子、
抵抗体等に用いられる厚膜導体およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚膜導体は、導電体成分およびガ
ラス成分を混合した厚膜導体ペーストを、セラミックス
基板上にスクリーン印刷し焼成して製造されている。こ
の導電体成分としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ
−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−
Ｐｄ系、Ｃｕ系、Ｎｉ系等の金属が知られている。ま
た、このガラス成分は、セラミックス基板に厚膜導体を
接着するためのものである。この厚膜導体においては、
導電性、ハンダ付け性、ボンディング性、異種ペースト
との組合せ性、セラミックス基板との密着性等の特性が
要求されている。

【０００３】そして、このような厚膜導体として、特開
平４−１８０６９１号公報に開示されたものが知られて
いる。この厚膜導体は、厚さ方向に沿って上下に２層構
造となっている。この厚膜導体の製造方法では、まず、
セラミックス基板上に、下層である薄い導電パターンを
蒸着、スパッタ、無電解メッキ等で形成する。この後、
熱処理を行い、この薄い導電パターン上に、上層である
厚い導電パターンを電解メッキで形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この厚
膜導体は、例えば温度サイクル試験中にアルミナ基板か
ら剥離してしまうという課題があった。セラミックス基
板と厚膜導体との熱膨張係数の差に起因して、温度サイ
クル試験において、厚膜導体がセラミックス基板から剥
離するのである。

【０００５】また、従来の厚膜導体の製造方法にあって
は、上層である厚い導電パターンが電解メッキで形成さ
れているので、厚い導電パターン上にガラス成分が浮き
出て、ハンダ付け性またはボンディング性が低下するこ
とはない。しかし、蒸着、スパッタ、無電解メッキ、電
解メッキの工程を新たに設けなければならず、厚膜導体
の製造工程が複雑になるという課題があった。また、下
層である薄い導電パターンにはガラス成分が含まれない
ので、焼成時に薄い導体パターンとセラミックス基板と
の界面付近にガラスの過剰の層が形成されることはな
い。このため、厚膜導体とセラミックス基板との密着性
が低いという課題もあった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、例えば温度サイ
クル試験においても絶縁基体との密着性が良好で、ハン
ダ付け性、ボンディング性が向上した厚膜導体および簡
便な厚膜導体の製造方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、絶縁
体上に積層された第１層と、第１層上に積層された第２
層とを有し、導電体成分およびガラス成分が混合された
厚膜導体において、上記第１層を気孔率１２％以上のポ
ーラスな構造とし、上記第２層を気孔率１％以下の緻密
な構造とした厚膜導体である。

【０００８】また、請求項２の発明は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐ
ｔ、または、Ａｇ−Ｐｄの粉末に、バインダとして軟化
点７００℃〜７５０℃のガラスフリットを混合すること
により、第１層用のペーストを作製する工程と、この第
１層用のペーストを絶縁体上に印刷する工程と、このペ
ーストをその軟化点より３０〜８０℃だけ高い温度で仮
焼成する工程と、この第１層上に第２層用のペーストを
印刷する工程と、このペーストを軟化点より１３０〜１
８０℃だけ高い温度で本焼成する工程とを備えた厚膜導
体の製造方法である。

【０００９】また、請求項３の発明は、平均粒径３〜７
μｍのＡｇ粉末にバインダとして軟化点が５３０〜５７
０℃のガラスフリットを混合することにより、上記第２
層用のペーストを作製し、このペーストを第１層上に印
刷後、軟化点より１３０〜１８０℃だけ高い温度で焼成
する請求項２に記載の厚膜導体の製造方法である。

【００１０】

【作用】請求項１の発明に係る厚膜導体は、導電体成分
およびガラス成分を含み、絶縁体上に形成される。この
厚膜導体は、第１層とこの第１層上に形成された第２層
とを有する。この第１層は気孔率が１２％以上のポーラ
スな構造である。したがって、温度サイクル試験におい
て熱衝撃が付加されたとしても、この第１層により、熱
衝撃による応力が緩和され、厚膜導体が絶縁体から剥離
することはない。

【００１１】また、請求項２，３の発明に係る厚膜導体
の製造方法にあっては、軟化点が７００〜７５０℃のペ
ーストを絶縁体に印刷後、その軟化点より３０〜８０℃
だけ高い温度で仮焼成し、さらに、この上に別のペース
トを印刷後、上記焼成温度よりさらに１００℃高い温度
で本焼成を行う。この結果、気孔率が１２％以上のポー
ラスな構造の第１層の上に気孔率が１％以下の緻密な第
２層を積層、形成することができる。よって、絶縁体と
の密着性に優れた厚膜導体を、蒸着、スパッタ、メッキ
工程を設けることなく、簡便に製造することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る厚膜導体の一実施例を図
１に基づいて説明する。この図は本発明の一実施例に係
る厚膜導体の断面を示す写真である。

【００１３】この厚膜導体は導電体成分およびガラス成
分が混合されて形成されている。厚膜導体は、アルミナ
基板１０上に形成された下層（第１層）１１と、この第
１層１１上に形成された上層（第２層）１２と、を有し
て構成されている。

【００１４】第１層１１および第２層１２は気孔を有
し、第１層１１は第２層１２より多孔質である。第１層
１１の気孔率は１２％以上であり、第２層の気孔率は１
％以下である。第１層１１の機械的強度は第２層１２の
それより小さい。

【００１５】すなわち、第１層１１の相対密度は第２層
１２のそれより低く、ポーラスな構造の第１層１１と緻
密な構造の第２層１２とは図示のように分離している。
このため、熱衝撃による応力は第１層１１内で吸収さ
れ、第２層１２内には伝播しない。また、アルミナ基板
１０と、この厚膜導体との熱膨張係数の間に差が生じて
も、第１層１１のガラス過剰の層により、厚膜導体がア
ルミナ基板１０より剥離することはない。したがって、
例えば温度サイクル試験においても、厚膜導体とアルミ
ナ基板１０との密着性は良好である。なお、第１層１１
の焼成時に、アルミナ基板１０との界面付近にガラス過
剰の層が形成される。このガラス過剰の層によって厚膜
導体とアルミナ基板１０との密着力が向上している。

【００１６】一方、第２層１２は、相対密度が９３％以
上の緻密な焼結体であるので、所定の機械的強度を有し
ている。また、第２層１２の表面は導電体成分のみで形
成されており、厚膜導体としてのハンダ付け性、ダイボ
ンディング性、ワイヤボンディング性に優れている。

【００１７】次に、この厚膜導体の製造方法を説明す
る。まず、第１層１１に使用するＡｇ−Ｐｔペーストお
よび第２層１２に使用するＡｇペーストを準備する。こ
のＡｇ−Ｐｔペーストは、平均粒径０．２〜１．０μｍ
のＡｇ粉末に、Ｐｔ粉末を１．０重量％、ガラスフリッ
トとして軟化点が７００℃のＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ
のガラス粉末を１３重量％を加え、さらにビヒクルを加
えて作製した。

【００１８】第２層１２に使用するＡｇペーストは、平
均粒径３．５〜６．５μｍのＡｇ粉末に、ガラスフリッ
トとして軟化点５５０℃のガラス粉末を０．１〜１．５
重量％だけ混合し、これにビヒクルを加えて作製した。

【００１９】次いで、第１層のＡｇ−Ｐｔ厚膜ペースト
を乾燥膜厚で２０μｍとなるように印刷し、１５０℃、
１０分間乾燥した後、これを７５０℃、１０分の条件で
ベルト炉にて仮焼成した。この結果、アルミナ基板１０
上にＡｇ−Ｐｔ厚膜の第１層１１が形成される。この第
１層１１上に、第２層１２となるＡｇペーストを乾燥膜
厚で２０〜４０μｍとなるように印刷し、１５０℃、１
０分間乾燥し、これを８５０℃、１０分の条件で連続ベ
ルト炉にて焼成する。この結果、図示のように、第１層
１１に気孔率１２％のポーラスな構造、第２層１２に気
孔率１％以下の緻密な構造を持ち、第２層１２の表面に
ガラス成分が浮き出ることがない厚膜導体を得ることが
できた。

【００２０】これを従来技術と比較するため、第１層の
ポーラスな構造の気孔率は焼成条件により変化させて温
度サイクル１００回後の接着強度を測定した。このとき
の温度サイクルは、−４０℃にて３０分間持続した後、
１２５℃にて３０分間持続したものを１サイクルとして
いる。また、接着強度の測定は９０゜ピーリング法で行
った。また、第２層には上記ペーストを用いた。この結
果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から本発明に係る厚膜導体は比較例に
比べて接着強度が優れていることが明かである。なお、
上記厚膜導体にあって第２層を形成しない場合、つまり
第１層を形成した後、８５０℃＋８５０℃、８７０℃＋
８７０℃、９００℃＋９００℃の各焼成条件における、
それぞれの接着強度は、２．５〜３．０ｋｇｆ／２ｍｍ
□であった。このことからポーラスな第１層のみでは、
表１の焼成条件すべてにおいて良好な接着強度を示すこ
とがわかった。つまり、表１の強度劣化は、第２層の緻
密な膜の応力を第１層で緩和することができていないた
めである。

【００２３】次いで、第２層の効果について従来例と比
較した。第１層は上記実施例中のペーストを用いた。第
２層はガラスフリットの温度とＡｇの粒径とを変えるこ
とで気孔率を変えた。Ａｕワイヤボンディング性は線径
２５μｍのＡｕ線を３００℃の熱圧着でウェッジボンデ
ィングするときの作業性で示し、良好な場合を◎、可能
であるときを○、超音波併用で可能なときを△、不可能
である場合を×とした。また、はんだくわれ性は、２５
０℃の６２Ｓｎ−３６Ｐｂ−２Ａｇのはんだ浴中にディ
ッピングし、回路の抵抗が１／２になるまでの回数で示
した。また、高温エージング試験は、１５０℃、１００
時間後の接着強度を９０゜ピーリング法で測定した。こ
の結果を表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】この表から明かなように、本発明に係る厚
膜導体にあっては、ワイヤボンディング性、はんだくわ
れ性、接着強度が、比較例に比べて格段に優れている。

【００２６】なお、本発明に係る厚膜導体およびその製
造方法は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ系、Ｃ
ｕ系、Ｎｉ系などの厚膜ペーストについて用いてもよ
い。また、回路配線に限られるものでなく、接続端子、
抵抗体などに用いてもよい。さらに、絶縁膜に用いても
よい。

【００２７】

【発明の効果】本発明の厚膜導体によれば、絶縁基体と
の密着性が良好で、ハンダ付け性、ワイヤボンディング
性が向上する。また、本発明の製造方法によれば、簡便
に厚膜導体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る厚膜導体の断面の金属
組織を示す図面代用写真である。

【符号の説明】

１０アルミナ基板（絶縁体）１１下層（第１層）１２上層（第２層）

フロントページの続き (72)発明者田中忠治埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地三菱マテリアル株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体上に積層された第１層と、第１層
上に積層された第２層とを有し、導電体成分およびガラ
ス成分が混合された厚膜導体において、上記第１層を気孔率１２％以上のポーラスな構造とし、
上記第２層を気孔率１％以下の緻密な構造とした厚膜導
体。
【請求項２】Ａｇ、Ａｇ−Ｐｔ、または、Ａｇ−Ｐｄ
の粉末に、バインダとして軟化点７００℃〜７５０℃の
ガラスフリットを混合することにより、第１層用のペー
ストを作製する工程と、この第１層用のペーストを絶縁体上に印刷する工程と、このペーストをその軟化点より３０〜８０℃だけ高い温
度で仮焼成する工程と、この第１層上に第２層用のペーストを印刷する工程と、このペーストを軟化点より１３０〜１８０℃だけ高い温
度で本焼成する工程とを備えた厚膜導体の製造方法。
【請求項３】平均粒径３〜７μｍのＡｇ粉末にバイン
ダとして軟化点が５３０〜５７０℃のガラスフリットを
混合することにより、上記第２層用のペーストを作製
し、このペーストを第１層上に印刷後、軟化点より１３
０〜１８０℃だけ高い温度で焼成する請求項２に記載の
厚膜導体の製造方法。