JPH08227612A - 導体ペースト組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 導電性粒子として急冷凝固によるＣｕ粒子か
らなるＣｕ粉末を含有している導体ペースト組成物。 【効果】 この導体ペーストを使用してセラミックス基
板等の基板上に導体ペースト層を形成し、乾燥工程、及
び焼成工程を行うことにより、基板上に開孔等を含まな
い緻密なＣｕ導体層を形成することができる。従って、
この方法により形成された基板上の導体層にメッキ前処
理又はメッキ処理を施しても、メッキ前処理液又はメッ
キ処理液が前記導体層の内部に侵入し、導体層とセラミ
ックス基板との境界部分に形成されているガラス層等を
侵食することはなく、導体層とセラミックス基板との接
着強度を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導体ペースト組成物に関
し、より詳細にはセラミックス基板等の表面に導体層を
形成するために使用する導体ペースト組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器はますます小型化、高密
度化が進んできており、これらに実装される電子部品の
狭ピッチ多ピン化や、マルチチップ化も急速に進められ
つつある。従って、ＬＳＩ、ＩＣチップのボンディング
法も従来のワイヤボンディング法から、マルチチップ化
や高密度実装に適したＴＡＢ（Tape Automated Bondin
g）方式又はＣ４（Controlled Collapse Chip Connecti
on ）方式が採用されるようになってきている。

【０００３】このような電子機器の高密度化に伴い、セ
ラミックス基板上に、線幅が１００μｍ以下の微細配線
や直径が１００μｍ以下のバンプ等の導体パターンを形
成する技術が要求されるようになってきている。また、
演算素子の動作周波数も高まり、高速動作時の伝搬遅延
を低減するために導体配線の導電性を向上させる必要が
生じてきている。なお、セラミックス基板の材質として
は、強度、絶縁性等の基板特性をバランスよく満足し、
製造コストが安価なアルミナが主に使用されている。

【０００４】以下、セラミックス基板上に配線パターン
を形成する方法を説明することにする。

【０００５】従来からのセラミックス基板上への配線パ
ターンの形成方法は、薄膜法、メッキ法、厚膜法等に大
別される。

【０００６】前記薄膜法は、セラミックス基板に蒸着、
スパッタリング又はイオンプレーティング等により厚さ
数μｍオーダーの導体金属層を形成する方法であり、こ
の方法ではフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ
ーの手法が利用できることから、精度の高い微細配線を
形成できるという利点を有している。他方、この方法で
は形成された配線とセラミックス基板との密着性が低
い、工程数が他の方法と比較して多い、薄膜形成装置が
高価である等の問題点がある。

【０００７】また、メッキ法は溶液中で電気化学的手法
によりセラミックス基板に導体配線を形成する方法であ
るが、上記した薄膜法とほぼ同様の問題点がある。

【０００８】前記厚膜法は、導体粒子を溶剤等の液状成
分を含有する有機ビヒクル中に分散させた導体ペースト
を用い、この導体ペーストをスキージにてメッシュスク
リーンより吐出させることでセラミックス基板上に所定
パターンを印刷し、その後焼成することによりセラミッ
クス基板上に導体配線のパターンを形成する方法であ
る。

【０００９】前記厚膜法はセラミックス基板との充分な
密着強度を有する配線パターンを低コストで形成するこ
とができるという優れた利点を有する。

【００１０】しかし、前記導体ペーストをセラミックス
基板に印刷した際、導体ペースト中の液状成分が焼結体
内部に吸収されないため、印刷された導体ペースト中の
液状成分が横方向に広がる、いわゆる「にじみ」や「だ
れ」現象が発生し、配線の幅や配線間の距離が１００μ
ｍ以下の配線パターンを設計通り形成することができな
いという問題があった。

【００１１】そこで近年、パターンの形成には前記薄膜
法の特徴であるフォトレジストを用いたフォトリソグラ
フィーを導入し、導体層を形成する方法としては前記厚
膜法の特徴である導体ペーストを用いる方法が種々試み
られている。この方法では、まずセラミックス基板の表
面にフォトレジスト層を形成した後、フォトリソグラフ
ィーの手法により前記フォトレジスト層に配線パターン
状に凹部（開口部）を形成し、その後導体ペーストを該
凹部に擦り込むことにより充填し、フォトレジスト層を
除去した後焼成することにより導体パターンを形成する
方法をとっている。そして、この方法によりほぼ薄膜法
と同等の精度を有する微細配線パターンを形成すること
ができる。

【００１２】なお通常は、形成された導体層の酸化防
止、並びに導体層に半田を接合する際、半田層と導体層
との反応による前記導体層のセラミックス基板との密着
性の低下を防止し、導体層に対する半田濡れ性を確保す
るために、導体パターン形成後に導体層の表面にＮｉめ
っき及びＡｕめっきを施している。

【００１３】前記方法によりセラミックス基板上に導体
パターンを形成する際、導体粒子として、例えばＷ、Ｍ
ｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｃｕ等を含有
する導体ペーストが用いられている。前述したように、
セラミックス基板上に形成する導体パターンは微細化さ
れてきており、配線の幅は細くなっているため、導体配
線に使用する導体金属はなるべく電気抵抗が低いものが
好ましい。前記金属の中で低抵抗の金属としては、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕが挙げられるが、Ａｕは高価であり、Ａ
ｇは湿潤雰囲気下でマイグレーションを起こし易い等の
問題点を有するため、これらの中ではＣｕが最も好まし
い。

【００１４】従来より、Ｃｕ粉末を含有する導体ペース
ト（以下、Ｃｕ導体ペーストと記す）に使用されるＣｕ
粉末は、硫酸銅、酢酸銅、硝酸銅等のＣｕ化合物の水溶
液にヒドラジン、ホルマリン等の各種還元剤を添加して
Ｃｕ粒子を晶出させる方法（湿式還元法）により製造さ
れていた。なお、前記セラミックス基板に前記Ｃｕ導体
ペーストを印刷、焼成することにより所定パターンを有
する導体層を形成した際、前記Ｃｕを主成分とする導体
層（以下、Ｃｕ導体層と記す）とセラミックス基板との
密着性を高めるため、前記Ｃｕ導体ペーストには微量の
ガラス粉末及び金属酸化物粉末が添加されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法により製造されたＣｕ粉末が用いられたＣｕ導体ペー
ストを使用してセラミックス基板上にＣｕ導体パターン
を形成した場合には、以下に述べるような課題があっ
た。

【００１６】すなわち、セラミックス基板上に形成され
たＣｕ導体層にＮｉめっき及びＡｕめっきを施すと、セ
ラミックス基板との密着性が良好であったＣｕ導体銅の
前記密着性が著しく低下するという課題があった。

【００１７】本発明者は前記課題に鑑み、めっき処理を
施した後にもセラミックス基板との密着性が低下しない
導体パターンを形成することを目的として検討を行った
ところ、前記焼成により形成された所定パターンを有す
るＣｕ導体層が完全に焼結していないために微少な開孔
が存在し、メッキ処理の際にメッキ液又はメッキ前処理
液が前記開孔の内部に侵入し、セラミックス基板とＣｕ
導体層との界面に存在するガラス層等を化学的に侵食す
るためセラミックス基板とＣｕ導体層との密着性が低下
することを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る導体ペース
ト組成物は、導電性粒子として急冷凝固によるＣｕ粒子
からなるＣｕ粉末を含有していることを特徴としてい
る。

【００１９】まず、本発明に係る導体ペースト組成物に
ついて説明する。

【００２０】本発明に係る導体ペースト組成物は、急冷
凝固によるＣｕ粒子からなるＣｕ粉末（以下、急冷凝固
Ｃｕ粉末と記す）を含有するが、その他に、通常、例え
ばガラス粉末、樹脂及び溶剤等を含有する。

【００２１】前記急冷凝固とは、溶融状態の液体金属を
瞬間的に急冷することで粉末化する方法である。前記急
冷凝固法では、Ｃｕ金属が液状でランダムに運動してい
る溶融状態のものを瞬間的に冷却することにより固相に
転移させるため、Ｃｕ粒子内の内部応力が湿式還元法に
より製造した粒子内の内部応力よりも高いと考えられ
る。この急冷凝固法の具体例としては、例えばプラズマ
トーチ内にＣｕ粉末を搬送ガスにより注入してプラズマ
内にてＣｕ粉末を液化させ、プラズマ外に噴出させるこ
とで溶融Ｃｕ粒子を急冷却させるプラズマメルト法や、
るつぼ内でＣｕを溶融し、るつぼの底部に設けた孔より
溶融Ｃｕを流出させる際、周囲から高圧の水、又はガス
を吹きつけて粉末状態で急冷却させるガスアトマイズ法
等が挙げられる。

【００２２】前記急冷凝固Ｃｕ粉末の平均粒径は、０．
５〜９μｍの範囲内にあるのが好ましい。前記急冷凝固
Ｃｕ粉末の平均粒径が０．５μｍ未満では、前記急冷凝
固Ｃｕ粉末の嵩比重が小さくなりペースト化のために多
量の溶剤を必要とするため、結果的には導体ペースト中
のＣｕ粉末の含有率が低下し、セラミックス基板に焼き
付けた際、緻密に焼結したＣｕ導体層が形成されず、他
方、前記急冷凝固Ｃｕ粉末の平均粒径が９μｍを超える
と、微細なＣｕ配線パターンを形成するのが難しくな
る。

【００２３】前記導体ペースト組成物中の前記急冷凝固
Ｃｕ粉末の含有量は８０〜９０ｗｔ％が好ましい。

【００２４】前記導体ペースト組成物中の急冷凝固Ｃｕ
粉末の含有量が８０ｗｔ％未満であると形成される導体
層の導電率が小さくなり、メッキ付き性が不良となり、
他方急冷凝固Ｃｕ粉末の含有量が９０ｗｔ％を超えると
Ｃｕ導体層のセラミックス基板に対する接着性が低下す
る。

【００２５】上記したように、前記導体ペースト組成物
は、通常ガラス粉末を含有しているが、前記ガラス粉末
として、従来より導体ペーストに使用されている公知の
ものを使用することができる。前記ガラス粉末の具体例
としては、ホウ珪酸系ガラスに各種金属が添加されたも
の等が挙げられ、これらのホウ珪酸系ガラスでは、比較
的化学的耐久性に優れた鉛ホウ珪酸系ガラスが好まし
い。また、前記ガラス粉末の平均粒径は０．５〜９μｍ
の範囲内にあることが好ましい。前記ガラス粉末の平均
粒径が０．５μｍ未満であると、Ｃｕ導体層とセラミッ
クス基板との接着力が小さくなり、他方、前記ガラス粉
末の平均粒径が９μｍを超えると、微細なＣｕ導体層を
形成するのが難しくなる。なお、前記ガラス粉末に加え
て、Ｃｕ導体層をセラミックス基板と接着させる作用を
有する公知の金属粉末、例えば酸化銅、酸化亜鉛等の粉
末を添加してもよい。

【００２６】前記導体ペースト組成物中のガラス粉末の
含有量は０．１〜７ｗｔ％が好ましい。前記ガラス粉末
の含有量が０．１ｗｔ％未満であると、形成されたＣｕ
導体層のセラミックス基板に対する接着力が小さくな
り、他方、前記ガラス粉末の含有量が７ｗｔ％を超える
と、導電率が小さくなり、またメッキ付き性が不良とな
る。

【００２７】前記導体ペースト組成物中には、通常、前
記急冷凝固Ｃｕ粉末及び前記ガラス粉末を分散させるた
めのビヒクルとして、有機樹脂（バインダー）及び溶剤
等が使用されている。

【００２８】前記導体ペースト組成物用の樹脂として
は、例えばアクリル樹脂、セルロース樹脂、公知の樹脂
が挙げられる。これらの中では、優れた焼却性（セラミ
ックス基板を焼成した際に分解、焼失し易い特性）を有
するアクリル樹脂が好ましい。

【００２９】前記導体ペースト組成物用の溶剤として
は、例えばテルピネオール、ジブチルフタレート等、公
知の溶剤が挙げられる。

【００３０】この導体ペースト組成物中の前記樹脂の含
有量は０．５〜５ｗｔ％が好ましく、前記溶剤の含有量
は４〜９ｗｔ％が好ましい。

【００３１】前記樹脂の含有量が０．５ｗｔ％未満では
印刷に必要な前記導体ペーストの粘度が小さくなりすぎ
るため前記導体ペーストの分散性が低下して凝集又は沈
殿し易くなり、塗布、乾燥後に固形物粉末を基板に接着
させることができない。他方前記樹脂の含有量が５ｗｔ
％を超えると、導体ペーストの粘度上昇により流動性が
低下して印刷を良好に行うことができなくなる。

【００３２】また前記溶剤の含有量が４ｗｔ％未満では
導体ペーストの流動性が低下して印刷を良好に行うこと
ができなくなり、他方前記溶剤の含有量が９ｗｔ％を超
えると、固形物粉末の含有量が低くなるため、印刷した
導体ペーストを焼成する際に収縮が大きくなる。

【００３３】前記導体ペーストの調製は３本ロールを使
用する方法等、公知の調製方法を用いて調製することが
できる。

【００３４】このようにして調製された本発明に係る導
体ペースト組成物を用いてセラミックス基板上にＣｕ導
体層を形成する。このセラミックス基板上へのＣｕ導体
層の形成方法は特に限定されるものではないが、通常は
前記したように、フォトリソグラフィーの手法を応用し
てセラミックス基板上のフォトレジスト層にＣｕ導体層
のパターン状に凹部を形成し、その後導体ペーストを用
いて前記凹部に導体ペーストを充填した後、焼成により
導体層を形成する方法を採用する。そこで、このＣｕ導
体層の形成方法について以下に詳述する。

【００３５】前記Ｃｕ導体層の形成方法においては、フ
ォトレジスト層形成工程として、まずセラミックス基板
上にフォトレジスト層を形成する。

【００３６】本発明に使用するセラミックス基板は、配
線基板として使用できるものであれば特に限定されず、
その具体例としては、例えばアルミナ基板、ムライト基
板、ガラス基板、窒化アルミニウム基板等が挙げられ
る。また、前記セラミックス基板は、その内部に配線等
が形成された基板であってもよい。また前記セラミック
ス基板は、表面の凹凸が１５μｍ以下であることが好ま
しい。表面の凹凸が１５μｍ以上では、前記フォトレジ
スト層の厚さが不均一になるため、前記フォトレジスト
層にパターン精度の高い凹部を形成するのが困難になる
からである。

【００３７】また、本発明に使用するフォトレジストと
しては、アルカリ現像が可能なものであれば、ネガ型の
ものでも、ポジ型のものでも使用することができる。

【００３８】液状のポジ型フォトレジストを用いる場合
は、まず液状のポジ型フォトレジストを、例えばロール
コーター法、バーコーター法、ディップ法、ホイラー法
（スピンナー法）等の方法により前記セラミックス基板
表面に塗布した後、前記セラミックス基板をオーブンに
入れて約８７〜９０℃で３０〜４０分程度加熱し、前記
フォトレジストを乾燥、固化させる。前記液状のポジ型
フォトレジストとしては、例えばヘキストジャパン（Ho
echst Japan)社製のＡＺ４９０３、ＡＺ４６２０／Ａ、
東京応化工業社製のＯＰレジスト、東京エレクトロン社
製のアキュトレース、日本チバガイギー(Ciba-Geigy)社
製のプロビマー(PROBIMER)等が挙げられる。

【００３９】形成するポジ型フォトレジスト層の厚みは
１０〜５０μｍが好ましい。前記ポジ型フォトレジスト
層の厚みが１０μｍ未満であるか、又は５０μｍを超え
ると、後工程において前記ポジ型フォトレジスト層に形
成された凹部に導体ペーストを完全に充填することが困
難になる。また、前記ポジ型フォトレジスト層の厚みが
５０μｍを超えると、微細パターンの形成が困難にな
る。なお、前記液状フォトレジストを用い、１０〜５０
μｍのポジ型フォトレジスト層を前記セラミックス基板
上に均一に形成するには、前記塗布方法のうち、ロール
コーター法又はバーコーター法がより好ましい。液状の
ポジ型フォトレジストを使用することにより、セラミッ
クス基板上に形成されたフォトレジスト層はセラミック
ス基板の凹凸に余り影響されず、平坦性の高いフォトレ
ジスト層を形成することができる。

【００４０】前記方法により形成されたポジ型フォトレ
ジスト層には、例えばフェノールノボラック樹脂とキノ
ンジアミド化合物との混合物、ポリメチルイソプロペニ
ルケトンと安息香酸誘導体との混合物等が使用されてい
る。

【００４１】ネガ型フォトレジストを用いる場合も、液
状のネガ型フォトレジストを用い、前記ポジ型フォトレ
ジストの場合と同様の方法によりフォトレジスト層を形
成することができる。前記ネガ型フォトレジストとして
は、例えば東京応化工業社製のＰＭＥＲ−Ｎ−ＨＣ６０
０、ＰＭＥＲ−Ｎ−Ｄ４０Ｐ、ＰＭＥＲ−Ｎ−ＨＣ４
０、ＢＭＲ−Ｓ−１０００等が挙げられる。

【００４２】前記方法により形成されたネガ型フォトレ
ジストの層は、例えば環化ポリイソプレンゴムとビスア
ジド化合物、ポリメチルイソプロペニルケトンとビスア
ジド化合物との混合物等から構成されている。

【００４３】またネガ型又はポジ型のドライフィルムレ
ジストを用い、セラミックス基板上に前記ドライフィル
ムレジスト膜を接着してもよい。接着の方法としては、
前記ドライフィルムレジスト膜を１００℃前後に加熱
し、熱圧着させる方法が簡単で好ましい。前記ドライフ
ィルムレジスト膜の厚さは、液状のフォトレジストを用
いて形成する場合と同様の厚さでよい。

【００４４】ドライフィルムレジスト膜としては、例え
ばデュポン(Dupont)社製のリストン４７１３、４７３
３、日立化成工業（株）製のフォテック、三菱レイヨン
（株）製のダイヤロン等のような、一般に市販されてい
るネガ型のドライフィルムレジスト膜が挙げられる。

【００４５】前記フォトレジストの中では、優れた解像
度を有すること、現像工程において膨潤がないこと、セ
ラミックス基板との密着性に優れること等から、液状の
ポジ型フォトレジストが好ましい。

【００４６】次に、凹部形成工程として、前記セラミッ
クス基板上に形成された前記フォトレジスト層にＣｕ導
体層のパターン状に凹部を形成する。

【００４７】前記フォトレジスト層に前記凹部を形成す
る方法としては、フォトリソグラフィーの手法を用いる
方法と、レーザ光の照射によりフォトレジスト層を分
解、消失させる方法とがある。フォトリソグラフィーの
手法を用いる場合には、フォトレジストの種類により前
記凹部を形成する方法が多少異なるので、フォトレジス
トの種類に分けて説明することにする。

【００４８】まず第１番目の方法として、フォトレジス
トとしてポジ型フォトレジストを用い、フォトリソグラ
フィーの手法により前記ポジ型フォトレジスト層に導体
層のパターン状に凹部を形成する方法について説明す
る。この場合には、前記ポジ型フォトレジスト層にＣｕ
導体層のパターン状に紫外線が露光されるように設計さ
れたフォトマスクを介して紫外線を照射し、その後現像
処理を施すことにより、セラミックス基板上にＣｕ導体
層のパターン状に凹部を形成する。

【００４９】前記紫外線等による露光処理の条件は特に
限定されないが、露光量は通常７００〜８００ｍＪ／ｃ
ｍ² が好ましい。前記露光量が７００ｍＪ／ｃｍ² 未満
であると現像により前記セラミックス基板の表面まで達
する凹部を完全に形成することが難しく、他方前記露光
量が８００ｍＪ／ｃｍ² を超えるとオーバー露光とな
り、凹部の断面形状が逆台形になってしまう。

【００５０】前記現像処理条件も特に限定されるもので
はなく、通常の現像処理で用いられている現像液（例え
ば、Ｎａ₂ ＣＯ₃ を０．５〜１ｗｔ％含有する水溶液）
を用い、スプレー法又は浸漬揺動法等により現像処理を
施すことができる。

【００５１】上記方法によりポジ型フォトレジスト層
に、その幅又は直径が２０μｍ程度以上で、お互いの間
隔が２０μｍ程度まで近づいた凹部を形成することがで
き、後工程で該凹部に導体ペーストを充填することによ
り同様の精度のパターンを有するＣｕ導体層を形成する
ことができる。

【００５２】この後、後工程で導体ペーストを充填する
際に前記ポジ型フォトレジスト層の前記凹部が変形しな
いように、前記ポジ型フォトレジスト層を約８７〜９０
℃で３０〜４０分程度加熱処理してもよい。

【００５３】次に、第２番目の方法として、フォトレジ
ストとしてネガ型フォトレジストを用いてセラミックス
基板上にネガ型フォトレジスト層を形成し、フォトリソ
グラフィーの手法によりＣｕ導体層のパターン状に凹部
を形成する方法について説明する。

【００５４】この場合、ネガ型フォトレジスト層に露光
処理及び現像処理を施し、前記ネガ型フォトレジスト層
に凹部を形成するが、所定パターンのＣｕ導体層以外の
部分が露光されるように設計されたフォトマスクを用い
て露光処理を施す以外は、ほぼ前記した第１番目の方法
と同様の方法で露光処理を施し、現像処理を施す。この
時の露光量は２０〜４０ｍＪ／ｃｍ² 程度が好ましく、
現像処理は同様の条件でよい。

【００５５】第３番目の方法として、フォトレジストに
Ｃｕ導体層のパターン状にレーザ光を照射することによ
り、照射部分のフォトレジストを分解、消失させ、前記
フォトレジスト層にＣｕ導体層のパターン状に凹部を形
成する方法について説明する。この場合、形成するフォ
トレジスト層は、ネガ型又はポジ型のいずれでもよい。
なお、レーザ光を使用する場合、前記凹部を形成する層
は必ずしもフォトレジスト層でなくてもよく、アルカリ
に可溶性の樹脂や水溶性の樹脂を用いて樹脂層を形成し
てもよい。しかし、フォトレジストはレーザ光照射とフ
ォトリソグラフィーの手法とを併用できるので、フォト
レジスト層の方が好ましい。

【００５６】前工程で形成されたフォトレジスト層への
レーザ光の照射は、照射により形成される凹部がＣｕ導
体層のパターン状になるようにポジ型フォトレジスト層
の表面を走査することにより行う。このとき、レーザ光
の強度を一定の範囲に設定することにより、セラミック
ス基板を傷つけることなく、照射した範囲のフォトレジ
スト層のみを完全に分解、消失させることができる。

【００５７】このときのレーザ光の照射条件は、フォト
レジスト層の種類、材質、厚さ、セラミックス基板の種
類等により異なるが、例えばセラミックス基板上に２５
μｍの厚さのポジ型フォトレジスト層を形成する場合、
レーザ光の照射強度は０．５〜２Ｊ／ｃｍ² 程度が好ま
しく、またその走査速度は１〜１０ｃｍ／ｓｅｃ程度が
好ましい。一方、エキシマレーザのエネルギーはレーザ
の機種、使用するガスに依存するが、ほぼ１００〜３０
０ｍＪ／ｃｍ² の範囲内にあり、必要とされる照射強度
に比べて低い。従って、照射強度を０．５〜２Ｊ／ｃｍ
² に高めるために、レーザ光を実際に加工したいパター
ンの数倍の大きさのフォトマスクを通過させ、レンズ系
でサンプル上へ縮小投射する方法をとるのが好ましい。

【００５８】なお、レーザ光を照射した際に加工周辺に
炭素が付着することがあるが、これはトルエン、キシレ
ン等の溶剤でふきとったり、前記溶剤を用いて超音波洗
浄すれば良い。トルエン、キシレンはフォトレジストを
溶解することはないので、加工部の形状が崩れることは
ない。また前記炭素はプラズマアッシングを行うことに
より取り除いてもよい。

【００５９】用いるレーザは、上記した条件を満足する
ものであれば特に限定されないが、その具体例として
は、例えばエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ等が挙げら
れ、これらの中ではエキシマレーザが好ましい。

【００６０】このようにレーザを使用した場合において
も、その幅が１０μｍ以上で、凹部同士の間隔が１５μ
ｍ程度まで近づいた凹部をフォトレジスト層に形成する
ことができる。従って、形成されるＣｕ導体層のパター
ンもほぼ同様の精度となる。

【００６１】次に導体ペースト充填工程として、前記し
た種々の方法により前記フォトレジスト層にＣｕ導体層
のパターン状に形成された前記凹部に、本発明に係る導
体ペーストを充填する。

【００６２】上記した組成の導体ペーストをフォトレジ
スト層の凹部に充填するには、例えばフッ素樹脂製又は
ゴム性のスキージを用い、導体ペーストの凹部に直接擦
り込むように充填する方法をとるのが好ましい。

【００６３】前記方法により前記凹部に前記導体ペース
トを充填した場合、凹部以外のポジ型フォトレジスト層
の表面に導体ペーストが多少残存する場合もあるが、こ
の場合は導体ペーストの付着していないスキージを用い
て掻き取ることにより殆ど除去することができ、前記ポ
ジ型フォトレジスト層が傷つくこともない。さらに、前
記操作によっても除去できない極薄い導体ペーストの層
が存在する場合は、導体ペーストを乾燥させた後、ラッ
ピングフィルム（砥粒として粒径１μｍのアルミナが被
着しているもの）を用いて研磨することにより除去する
ことができる。また、凹部内に導体ペーストの充填不良
が生じた場合には、充填方向を初期の充填方向より９０
度変えて再度充填すれば、完全に充填することができ
る。

【００６４】導体ペーストを充填した後は、接着工程と
して、前記工程を経たセラミックス基板に加熱処理を施
し、前記導体ペースト中の溶剤等を揮発させると同時
に、前記導体ペーストの乾燥体を前記セラミックス基板
に接着させる。加熱処理は、約８７〜９０℃で１０〜２
０分程度行うのが好ましい。

【００６５】次に、フォトレジスト層消失工程として、
前記導体ペーストが充填されたフォトレジスト層をアル
カリ性水溶液で処理して溶解し、前記フォトレジスト層
を消失させる。

【００６６】前記アルカリ性水溶液は、前記フォトレジ
スト層を溶解し、かつ前記導体ペーストに使用した前記
樹脂やセラミックス基板の成分を溶解しない必要があ
る。このような条件を満足するアルカリ水溶液として
は、例えばＮａＯＨやＫＯＨ等のアルカリ金属の水酸化
物を使用した０．２５〜１．２５Ｎのアルカリ性水溶液
又は硼酸カリウム、硼酸ナトリウム等のアルカリ金属の
硼酸化物を用いた０．５〜１．５Ｎのアルカリ性水溶液
等が挙げられる。前記アルカリ性水溶液の濃度が０．２
５Ｎ未満であると、フォトレジスト層の溶解速度が遅す
ぎるためにこの工程に長時間を要し、他方前記アルカリ
性水溶液の濃度が１．２５Ｎを超えるとセラミックス基
板を溶解する場合がある。前記アルカリ性水溶液による
溶解、処理の時間は、３０秒〜１０分が好ましく、その
濃度は、０．５〜１．０Ｎがより好ましい。また、前記
アルカリ性水溶液としては、前記アルカリ金属水酸化物
の水溶液でなくても、ｐＨが１２〜１４程度の強アルカ
リ性水溶液であれば使用可能である。この工程では、水
溶液を使用しているため、前記導体ペーストの乾燥体が
アルカリ性水溶液中に溶解することはない。

【００６７】前記工程を経ることにより、セラミックス
基板上に導体ペースト乾燥体のみが残存し、これを焼成
処理することにより、前記導体ペースト乾燥体中の有機
分が分解、消失し、前記導体ペーストに含まれている金
属導体を含む成分が焼結して、セラミックス基板上に所
定パターンのＣｕ導体層が形成される。

【００６８】この際の焼成条件は、通常のＣｕ導体ペー
ストを焼き付ける条件と同様でよい。前記焼成条件とし
ては、例えば窒素雰囲気下、又は微量の水蒸気／又は酸
素を含む窒素雰囲気下、最高加熱温度（ピーク温度）が
６００〜９００℃になるように加熱すればよい。

【００６９】なお、前記フォトレジスト層の消失工程を
省略して焼成工程に移行することも可能であるが、フォ
トレジスト層の焼却による焼成炉内の汚染が著しく、焼
成炉の寿命を縮めるので好ましくない。

【００７０】前記Ｃｕ導体層には、通常Ｎｉメッキ及び
Ａｕメッキを順次施す。メッキ処理の方法は、電解メッ
キでも無電解メッキでもよいが、電解メッキを行う場合
には、Ｃｕ導体層からの引き出し線を予め形成しておく
必要があり、さらにメッキ処理後に引き出し線を切断す
る工程も必要とすることから、導体層へのメッキ処理は
無電解メッキ処理によるのが好ましい。前記無電解メッ
キ処理は、従来より公知の方法を用いて行うことがで
き、その方法は特に限定されるものではないが、例えば
以下に記載する方法により行うことができる。

【００７１】まず、メッキ前処理工程として、Ｃｕ導体
層の表面にメッキ層を形成するための核となる触媒種を
吸着させる必要がある。通常この触媒種として、Ｐｄが
用いられる。この触媒種を吸着させる方法として、いわ
ゆる二液法と一液法の２通りの方法が存在する。

【００７２】二液法においては、先ずセラミックス基板
をＳｎ²⁺イオンを含有する溶液に浸漬し、次にＰｄ²⁺イ
オンを含有する溶液に浸漬することにより、Ｃｕ導体層
の表面にＰｄからなる触媒種を吸着させる。Ｓｎ²⁺イオ
ンを含有する溶液に浸漬する処理をセンシタイジングと
呼び、Ｐｄ²⁺イオンを含有する溶液に浸漬することをア
クチベーティングと呼ぶが、前記センシタイジングによ
り吸着力の強いＳｎ²⁺イオンをＣｕ導体層に吸着させ、
前記アクチベーティングによりＣｕ導体層の表面でＳｎ
²⁺イオンとＰｄ²⁺イオンの置換還元反応を行うことによ
り、Ｃｕ導体層の表面に金属Ｐｄを析出させる。

【００７３】一液法においては、Ｓｎ²⁺イオンとＰｄ²⁺
イオンとを混合した懸濁液に前記工程を経たセラミック
ス基板を浸漬することによりＣｕ導体層の表面に金属Ｐ
ｄを析出させる。

【００７４】前記メッキ前処理工程の後、従来から行わ
れている方法と同様の方法により、Ｃｕ導体層に無電解
Ｎｉメッキ処理及び無電解Ａｕメッキ処理を順次施す。
この場合に使用する無電解メッキ液は、酸性、アルカリ
性又は中性のいずれであってもよい。

【００７５】以上説明してきたような方法を採用するこ
とにより、セラミックス基板上に所定パターンのＣｕ導
体層からなる配線層を形成することができる他、フリッ
プチップ方式によって集積回路等を実装する場合等に、
接続用のパッドとして用いられるバンプをセラミックス
基板上に形成することができる。また、配線と接続用パ
ッドを同一基板に同時に形成することも可能である。

【００７６】なお、本発明に係る導体ペースト用組成物
は、基板上に導体ペーストを塗布した後に熱処理を行
い、導体ペースト中の有機分である樹脂等を分解、消失
させるとともに、Ｃｕ粉末を基板に焼結、接着させるこ
とによりＣｕ導体層を形成する方法であれば、上記方法
に限らず、その他のどのような方法にも用いることがで
きる。

【００７７】

【作用】本発明に係る導体ペースト組成物によれば、前
記導体ペースト組成物が導電性粒子として急冷凝固によ
るＣｕ粒子からなるＣｕ粉末を含有しているので、前記
導体ペーストを使用してセラミックス基板等の基板上に
前記導体ペースト層を形成し、乾燥工程、及び焼成工程
を行うことにより前記基板上に形成したＣｕ導体層は、
開孔等を含まない緻密な導体層となる。

【００７８】従って、前記方法により形成された導体層
にメッキ前処理又はメッキ処理を施しても、前記メッキ
前処理液又はメッキ処理液が前記導体層の内部に侵入
し、導体層とセラミックス基板との境界部分に形成され
ているガラス層等を侵食することはなく、導体層とセラ
ミックス基板との接着強度は維持される。

【００７９】

【実施例及び比較例】以下、本発明の実施例に係る導体
ペースト組成物を用いてアルミナ基板上にＣｕ導体配線
層を形成した製造例を図面に基づいて説明する。なお、
従来の導体ペースト組成物を用いてアルミナ基板上にＣ
ｕ導体配線層を形成した比較製造例についても同様に説
明する。

【００８０】［製造例１〜１０、及び比較製造例１〜１
２］まず、厚さが２ｍｍで１辺の長さが５０ｍｍの正方
形板状のアルミナ基板１１の全面に液状ポジ型フォトレ
ジスト（ヘキストジャパン社製 ＡＺ４９０３）をバー
コーターにて塗布し、前記液状ポジ型フォトレジストが
塗布されたアルミナ基板１１を、プリベーク処理とし
て、９０℃に保ったオーブン中にいれて３０分間乾燥さ
せ、ポジ型フォトレジスト層１２を形成した（図１
（ａ））。乾燥後のポジ型フォトレジスト層１２の厚さ
は２５μｍであった。

【００８１】次に、１辺の長さが２ｍｍの正方形パター
ンを有するフォトマスク１３を介して、ポジ型フォトレ
ジスト層１２に露光量が７００ｍＪ／ｃｍ² になるよう
に紫外線１４による露光処理を施した（図１（ｂ））。

【００８２】次に、現像液（ヘキストジャパン社製の４
００Ｋと水とを１：４の割合で混合した溶液）に前記工
程を経たアルミナ基板１１を浸漬し、浸漬揺動法により
現像処理を施して、Ｃｕ導体層パターン状の凹部１５を
ポジ型フォトレジスト層１２に形成した（図１
（ｃ））。

【００８３】次に、テフロン製のスキージ（サイズ：縦
５０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ３ｍｍ）（図示せず）を
用い、凹部１５に下記の４種類の実施例及び比較例に係
るＣｕ導体ペーストＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを擦り込むようにし
て充填した。このときのスキージ移動速度は２．５ｍｍ
／秒に設定した。なお、Ｃｕ導体ペーストを構成するＣ
ｕ粉末として、下記のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類の方法に
より製造されたＣｕ粉末をそれぞれ用いた。また、使用
した導体ペーストＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄについても、使用した
Ｃｕ粉末とその組成を下記している。なお、導体ペース
トＡ、Ｂは実施例に係る導体ペーストであり、導体ペー
ストＣ、Ｄは比較例に係る導体ペーストである。以下、
導体ペースト、センシタイジング液、無電解Ｎｉメッキ
液については、下記の表１に記載した組み合わせで用い
ることにより、アルミナ基板１１上に導体配線層を形成
した。

【００８４】その後、前記工程を経たアルミナ基板１１
をオーブンにいれ、９０℃で１０分間熱処理を施し、溶
剤を揮発させることによりＣｕ導体ペースト乾燥体１６
とするとともに、Ｃｕ導体ペースト乾燥体１６中の原料
粉末をアルミナ基板１１に接着させた。その後、ラッピ
ングフィルム（砥粒として粒径１μｍのアルミナが被着
しているもの）を用いてポジ型フォトレジスト層１２の
表面を約１０秒間研磨し、余剰の導体ペースト層（厚
さ：２μｍ）を除去した（図１（ｄ））。

【００８５】次に、前記工程を経たアルミナ基板１１を
室温のＮａＯＨ３％水溶液に１分間浸漬し、ポジ型フォ
トレジスト層１２を消失させ、アルミナ基板１１上にＣ
ｕ導体ペースト乾燥体１６のみを残した（図１
（ｅ））。

【００８６】次に、前記工程を経たアルミナ基板１１を
純窒素ガス雰囲気中、９００℃で焼成することにより、
導体ペースト乾燥体１６中の樹脂分を分解、焼失させる
と共に、Ｃｕ粉末の焼結とアルミナ基板１１への接着を
行い、Ｃｕ導体層１７をアルミナ基板１１上に形成した
（図１（ｆ））。

【００８７】次にメッキ前処理として、前記工程を経た
アルミナ基板１１を下記の組成を有するセンシタイジン
グ液Ａ又はＢに約２分間浸漬した後、ＰｄＣｌ₂ を０．
３ｇ／リットル、及びＨＣｌを１０ｍｌ／リットル含有
する液温が５０℃のアクチベーティング溶液に２分間浸
漬し、Ｐｄ金属をＣｕ導体層１７に吸着させた。

【００８８】次に、前記メッキ前処理を行ったアルミナ
基板１１を下記の無電解Ｎｉメッキ液Ａ、Ｂ、Ｃに１５
〜２０分間浸漬することにより無電解Ｎｉメッキ処理を
施し、次に、前記処理の終わったアルミナ基板１１を、
ＫＡｕ（ＣＮ）₂ を主成分として ３ｇ／リットル含有
するｐＨが５．８のメッキ液（奥野製薬工業（株）製）
に液温が９０℃の条件で１５分間浸漬することにより無
電解Ａｕメッキ処理を施し、Ｃｕ導体層１７上に厚さが
２．５μｍのＮｉメッキ層、及び厚さが２．５μｍのＡ
ｕメッキ層からなるメッキ層１８を形成し、アルミナ基
板１１上にメッキ層１８を有するＣｕ導体配線層１９の
形成を終了した（図１（ｇ））。なお、前記メッキ前処
理工程及び前記メッキ処理工程において、各溶液から取
り出したサンプルは十分に水洗して次の溶液に浸漬し
た。

【００８９】このようにして、アルミナ基板１１上に形
成したＣｕ導体層１７のメッキ処理前及びメッキ処理後
の接着強度を、下記の９０°ピールテストにより測定し
た。

【００９０】すなわち、Ｃｕ導体配線層１９等を有する
アルミナ基板１１を２３０±５℃のＰｂ−Ｓｎ共晶ハン
ダで満たされたハンダ槽に５±０．５秒間ハンダディッ
プし、１辺の２ｍｍの正方形のＣｕ導体配線層１９より
なるパッド部に半田層を形成した。次に、前記パッド部
の上に直径１ｍｍのスズメッキＣｕ線を半田によりＬ字
状に接着し、引張試験機にて該スズメッキＣｕ線を垂直
上方に１０ｍｍ／分の速度で引っ張り、破断したときの
強度を接着強度とした。

【００９１】使用した導体ペースト、センシタイジング
液、無電解Ｎｉメッキ液の種類、メッキ処理前のＣｕ導
体層の接着強度、メッキ処理後のＣｕ導体層の接着強度
及び評価結果を下記の表１に記載している。

【００９２】なお、接着強度についての評価は、メッキ
処理後のＣｕ導体配線層１９の接着強度が３．０ｋｇｆ
／２ｍｍ□以上のものを○とし、前記接着強度が３．０
ｋｇｆ／２ｍｍ□未満のものを×とした。

【００９３】Ｃｕ粉末の種類、Ｃｕ導体ペーストの組
成、メッキ前処理に用いたシンシタイジング液の組成、
及び無電解Ｎｉメッキ液の組成を以下に記載する。

【００９４】（１） Ｃｕ粉末の種類 Ｃｕ粉末Ａ：プラズマ溶融法により製造した平均粒
径１μｍ（１０％径０．３μｍ、９０％径２μｍ）の急
冷凝固Ｃｕ粉末（（株）ニューメタルス エンド ケミ
カルス コーポレーション製 商品名ＣｕＬｏｘ６０１
０） Ｃｕ粉末Ｂ：プラズマ溶融法により製造した平均粒
径３μｍ（１０％径１μｍ、９０％径５μｍ）の急冷凝
固Ｃｕ粉末（（株）ニューメタルス エンドケミカルス
コーポレーション製 商品名ＣｕＬｏｘ６０３０） Ｃｕ粉末Ｃ：湿式還元法により製造した平均粒径
１．８μｍ（１０％径０．７μｍ、９０％径３．５μ
ｍ）のＣｕ粉末（デグサジャパン（株）製 商品名ＣＵ
ＰＯＷＤＥＲ ＃１０） Ｃｕ粉末Ｄ：湿式還元法により製造した平均粒径
２．０μｍのＣｕ粉末（京都エレックス（株）製 商品
名Ｃ−２００） （３） メッキ前処理に使用したセンシタイジング液の種類 センシタイジング液Ａ ＳｎＣｌ₂ ：１０ｇ／リットル （酸性） ＨＣｌ ：４０ｍｌ／リットル 浴温 ５０℃ センシタイジング液Ｂ ＳｎＣｌ₂ ：１００ｇ／リットル （アルカリ性） ロッシェル塩：１７５ｇ／リットル ＮａＯＨ ：１５０ｇ／リットル 浴温 ５０℃ （４） 無電解Ｎｉメッキ液の組成 無電解Ｎｉメッキ液Ａ ＮｉＣｌ₂ ：３０ｇ／リットル （酸性） ＮａＰＨ₂ Ｏ₂ ：１０ｇ／リットル オキシ酢酸Ｎａ ：５０ｇ／リットル ｐＨ ５ 浴温 ９０℃ 無電解Ｎｉメッキ液Ｂ ＮｉＣｌ₂ ：３０ｇ／リットル （アルカリ性） ＮａＰＨ₂ Ｏ₂ ：１０ｇ／リットル ＮＨ₄ Ｃｌ ：５０ｇ／リットル ｐＨ ９ 浴温 ９０℃ 無電解Ｎｉメッキ液Ｃ ＮｉＳＯ₄ ：２０ｇ／リットル （アルカリ性） ＫＮａＣ₄ Ｈ₄ Ｏ₆ ：４０ｇ／リットル ＮａＢＨ₄ ：２．３ｇ／リットル ＮａＯＨ ：適量 ｐＨ １２．５ 浴温 ４５℃

【００９５】

【表１】

【００９６】上記表１の結果より明らかなように、実施
例に係る導体ペースト組成物を使用してアルミナ基板１
１上に形成したＣｕ導体層１７は、メッキ処理後も接着
強度が３．０ｋｇ／２ｍｍ□以上と大きく、メッキ処理
によりＣｕ導体層１７とアルミナ基板１１との接着強度
が余り低下していないのに対し、比較例に係るＣｕ導体
ペーストを使用してアルミナ基板１１上に形成したＣｕ
導体層は、前記メッキ処理によりその接着強度が３．０
ｋｇ／２ｍｍ□より大きく低下しており、前記メッキ処
理によりＣｕ導体層とアルミナ基板１１との接着強度を
低下させる作用（Ｃｕ導体配線層とアルミナ基板との接
着を行っているガラス層の侵食）が働いていると考えら
れる。

【００９７】そこで、実際に形成されたＣｕ導体層の焼
結体組織がどのようになっているかを走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）写真で撮影した。

【００９８】図２及び図３は、製造例１の場合にアルミ
ナ基板１１上に形成されたＣｕ導体層１７のめっき処理
前の外観及び焼結体組織をそれぞれ撮影したＳＥＭ写真
であり、図４及び図５は比較製造例１の場合にアルミナ
基板１１上に形成されたＣｕ導体層のめっき処理前の外
観及び焼結体組織をそれぞれ撮影したＳＥＭ写真であ
る。

【００９９】図２〜図５より明らかなように、製造例１
の場合には緻密な組織を有する焼結体が形成されてお
り、このような緻密な組織のＣｕ導体層１７の場合に
は、めっき処理を行っても、めっき液が焼結体の内部に
浸透することはないと考えられる。しかし一方、比較製
造例１の場合には、多孔質の焼結体が形成されており、
このような多孔質の組織を有するＣｕ導体層の場合に
は、めっき処理を行うと、上記したガラス層の侵食が生
じることは十分に考えられる。

【０１００】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る導体ペ
ースト組成物にあっては、導電性粒子として急冷凝固に
よるＣｕ粒子からなるＣｕ粉末を含有しているので、前
記導体ペーストを使用してセラミックス基板等の基板上
に前記導体ペースト層を形成し、乾燥工程、及び焼成工
程を行うことにより、前記基板上に開孔等を含まない緻
密なＣｕ導体層を形成することができる。

【０１０１】従って、前記方法により形成された基板上
の導体層にメッキ前処理又はメッキ処理を施しても、前
記メッキ前処理液又はメッキ処理液が前記導体層の内部
に侵入し、導体層とセラミックス基板との境界部分に形
成されているガラス層等を侵食することはなく、導体層
とセラミックス基板との接着強度を維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｇ）は実施例に係る導体ペースト組
成物を使用してアルミナ基板上にＣｕ導体層を形成する
工程を模式的に示した断面図である。

【図２】製造例１の場合にアルミナ基板上に形成された
Ｃｕ導体層のめっき処理前の外観を撮影したＳＥＭ写真
である。

【図３】製造例１の場合にアルミナ基板上に形成された
Ｃｕ導体層のめっき処理前の焼結体組織を撮影したＳＥ
Ｍ写真である。

【図４】比較製造例１の場合にアルミナ基板上に形成さ
れたＣｕ導体層のめっき処理前の外観を撮影したＳＥＭ
写真である。

【図５】比較製造例１の場合にアルミナ基板上に形成さ
れたＣｕ導体層のめっき処理前の焼結体組織を撮影した
ＳＥＭ写真である。

【符号の説明】

１６ Ｃｕ導体ペースト乾燥体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性粒子として急冷凝固によるＣｕ粒
   子からなるＣｕ粉末を含有していることを特徴とする導
   体ペースト組成物。