JPH0831229A - Copper paste - Google Patents

Copper paste

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JPH0831229A
JPH0831229A JP16205294A JP16205294A JPH0831229A JP H0831229 A JPH0831229 A JP H0831229A JP 16205294 A JP16205294 A JP 16205294A JP 16205294 A JP16205294 A JP 16205294A JP H0831229 A JPH0831229 A JP H0831229A
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JP
Japan
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copper
copper paste
aluminum oxide
weight
copper powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP16205294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Aoki
青木  一夫
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a copper paste that does not deflect a wiring board greatly and enables a wiring conductor to be strongly bonded to an insulating base by using copper powders covered with aluminum oxide at their surfaces in the fabrication of the copper paste used for forming a wiring conductor. CONSTITUTION:This copper paste contains copper powders 5 covered with aluminum oxide 4 at their surfaces; an organic binder for caking the copper powders; and a solvent for setting the organic binder at a predetermined viscosity. Preferably 0.02 to 1.0 parts by weight of aluminum oxide are used for 100 parts by weight of copper powder.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は配線基板の配線導体に使
用される銅ペーストに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper paste used for a wiring conductor of a wiring board.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、半導体素子が搭載される回路配線基
板や半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ
等に使用される配線基板は、電気絶縁性に優れた酸化ア
ルミニウム質焼結体から成る絶縁基体と、該絶縁基体の
表面に被着されたタングステン、モリブデン等の高融点
金属粉末からなる配線導体とにより構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a wiring board used for a circuit wiring board on which a semiconductor element is mounted, a semiconductor element housing package for housing the semiconductor element, or the like, is made of an aluminum oxide sintered body excellent in electrical insulation. It is composed of a base and a wiring conductor made of a refractory metal powder such as tungsten or molybdenum deposited on the surface of the insulating base.

【0003】かかる従来の配線基板は一般に、まず酸化
アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネ
シウム等から成る原料粉末に適当な有機バインダー、可
塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを
従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等
のシート成形技術を採用してセラミックグリーンシート
(セラミック生シート)を得、次にタングステン、モリ
ブデン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可
塑剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを前記セラ
ミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷法等の厚
膜手法により所定パターンに印刷塗布し、最後に前記金
属ペーストが所定パターンに印刷塗布されたセラミック
グリーンシートを還元雰囲気中、約1600℃の温度で焼成
し、酸化アルミニウム粉末とタングステン、モリブデン
等の高融点金属粉末とを焼結一体化させることによって
製作されている。
In general, such a conventional wiring board is prepared by first adding a suitable organic binder, a plasticizer and a solvent to a raw material powder made of aluminum oxide, silicon oxide, calcium oxide, magnesium oxide, etc. and mixing them to form a sludge. A ceramic green sheet (ceramic green sheet) is obtained by adopting conventionally known sheet forming techniques such as a doctor blade method and a calendar roll method, and then an organic binder, a plasticizer, and a suitable organic binder for high melting point metal powder such as tungsten and molybdenum. A ceramic green sheet in which a metal paste obtained by adding and mixing a solvent is printed and applied in a predetermined pattern on the surface of the ceramic green sheet by a thick film method such as screen printing, and finally the metal paste is printed and applied in a predetermined pattern. Is burned at a temperature of about 1600 ° C in a reducing atmosphere to remove aluminum oxide. It is manufactured by sintering and integrating the aluminum powder and the high melting point metal powder such as tungsten and molybdenum.

【0004】しかしながら、近時、半導体素子は高集積
化、高速化が急激に進み、該半導体素子を上記の配線基
板に搭載、収容した場合、以下に述べる欠点を有したも
のとなる。
However, in recent years, semiconductor devices have been rapidly becoming highly integrated and operating at high speeds, and when the semiconductor devices are mounted on and housed in the wiring board, they have the following drawbacks.

【0005】即ち、 (1)半導体素子を構成するシリコンの熱膨張係数と半
導体素子収納用パッケージや回路配線基板等の絶縁基体
に使用される酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数が
それぞれ3.0 ×10-6/℃〜3.5 ×10-6/℃、6.0 ×10-6
/℃〜7.5 ×10-6/℃であり、大きく相違していること
から両者に半導体素子を作動させた際に発生する熱が印
加されると両者間に大きな熱応力が発生し、該熱応力に
よって半導体素子が破壊したり、絶縁基体より剥離して
しまう。
That is, (1) the coefficient of thermal expansion of silicon constituting a semiconductor element and the coefficient of thermal expansion of an aluminum oxide sintered body used as an insulating substrate such as a package for storing a semiconductor element or a circuit wiring board are 3.0 ×, respectively. 10-6 / ℃ ~ 3.5 × 10-6 / ℃, 6.0 × 10-6
/ ° C to 7.5 × 10-6 / ° C, which is a big difference, and when heat generated when the semiconductor element is operated is applied to both, a large thermal stress is generated between them and The semiconductor element may be broken or peeled off from the insulating substrate due to the stress.

【0006】(2)半導体素子収納用パッケージや回路
配線基板等の絶縁基体に使用される酸化アルミニウム質
焼結体は、その比誘電率が9 〜10(室温1MHz )と高い
ため、絶縁基体に設けた配線導体を伝搬する信号の伝搬
速度が遅く、そのため電気信号の高速伝搬を要求する半
導体素子はその収容、搭載が不可となる。
(2) An aluminum oxide sintered body used as an insulating base for a package for housing a semiconductor element or a circuit wiring board has a high relative permittivity of 9 to 10 (room temperature 1 MHz). The propagation speed of the signal propagating through the provided wiring conductor is slow, and therefore, the semiconductor element that requires the high speed propagation of the electric signal cannot be accommodated and mounted.

【0007】(3)配線導体を形成するタングステン、
モリブデン等はその電気抵抗値が高いため、配線導体を
伝わる電気信号の電圧降下が大きく、そのため配線導体
を微細とし配線基板を小型高密度化することが困難とな
る。等の欠点を有していた。
(3) Tungsten forming a wiring conductor,
Since molybdenum or the like has a high electric resistance value, the voltage drop of the electric signal transmitted through the wiring conductor is large, and therefore it is difficult to make the wiring conductor fine and to miniaturize the wiring board. It had a defect such as.

【0008】そこで上記欠点を解消するために、絶縁基
体を比誘電率が低く、且つその熱膨張係数がシリコンの
熱膨張係数と近似するガラスセラミックス焼結体で形成
し、且つ配線導体を電気抵抗値が低い銅で形成した配線
基板が提案されている。
In order to solve the above-mentioned drawbacks, therefore, the insulating substrate is formed of a glass ceramic sintered body having a low relative permittivity and a coefficient of thermal expansion close to that of silicon, and the wiring conductor has an electric resistance. A wiring board formed of copper having a low value has been proposed.

【0009】かかるガラスセラミックス焼結体から成る
絶縁基体に銅から成る配線導体を被着形成した配線基板
は一般に、ガラスセラミックス粉末に適当な有機バイン
ダー、可塑剤、溶剤を添加混合し、これをシート状に形
成したガラスセラミックグリーンシート上に銅粉末を主
成分とする銅ペーストを所定パターンに印刷塗布した
後、前記銅ペーストが印刷塗布されたガラスセラミック
スグリーンシートを必要に応じ複数枚上下に積層すると
ともにこれを窒素雰囲気等の非酸化雰囲気中約750 〜10
00℃の温度で焼成し、ガラスセラミックスと銅粉末とを
焼結一体化させることによって製作される。
A wiring board in which a wiring conductor made of copper is adhered to an insulating substrate made of such a glass-ceramics sintered body is generally prepared by adding and mixing an appropriate organic binder, a plasticizer and a solvent to the glass-ceramics powder, and then mixing this into a sheet. After a copper paste containing copper powder as a main component is printed and applied in a predetermined pattern on the glass-ceramic green sheet formed in the shape of a sheet, a plurality of glass-ceramic green sheets on which the copper paste is printed and applied are vertically laminated as necessary. Together with this, in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere, about 750-10
It is manufactured by firing at a temperature of 00 ° C. and sintering and integrating glass ceramics and copper powder.

【0010】また前記配線基板の製作に使用される銅ペ
ーストは、例えば平均粒径が約2 〜5 μm程度の銅粉末
にガラスフィラー、有機バインダー、溶剤等を添加混合
しペースト状としたものが使用されている。
The copper paste used for manufacturing the wiring board is, for example, a paste in which glass filler, organic binder, solvent, etc. are added and mixed to copper powder having an average particle size of about 2 to 5 μm. in use.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の銅ペーストは、銅粉末の焼結開始温度が約600 ℃程
度であり、絶縁基体となるガラスセラミックスの焼結開
始温度(約700 〜800 ℃)より極めて低い。このため銅
ペーストが印刷塗布されたガラスセラミックグリーンシ
ートを焼成し、ガラスセラミックスと銅粉末とを焼結一
体化させることによって配線基板を作製する際、銅ペー
ストがガラスセラミックスより早く焼結収縮し、その結
果、配線基板に大きな反りが発生したり、配線導体の絶
縁基体への被着強度が小さいものとなる欠点を誘発し
た。
However, in this conventional copper paste, the sintering start temperature of the copper powder is about 600 ° C., and the sintering start temperature of the glass ceramics serving as the insulating substrate (about 700 to 800 ° C.). ) Is much lower than For this reason, when a glass ceramic green sheet on which a copper paste is printed and applied is fired to produce a wiring board by sintering and integrating glass ceramics and copper powder, the copper paste is sintered and shrunk faster than the glass ceramics, As a result, a large amount of warpage was generated in the wiring board, and the adhesion strength of the wiring conductor to the insulating substrate was reduced, which caused defects.

【0012】更に、この従来の銅ペーストは銅粉末の焼
結開始温度が600 ℃であり、銅ペースト中のバインダー
が完全に熱分解して外部に飛散する温度(約650 ℃)よ
り低い。このため銅ペーストが印刷塗布されたガラスセ
ラミックグリーンシートを焼成し、ガラスセラミックス
と銅粉末とを焼結一体化させることによって配線基板を
作製する際、銅ペースト中のバインダーが完全に分解飛
散する前に銅粉末の焼結が開始し、その結果、分解飛散
しきれなかったバインダーが配線導体の中にカーボンと
して残留し、配線導体にフクレを発生させてしまうとい
う欠点を誘発した。
Further, in this conventional copper paste, the sintering start temperature of the copper powder is 600 ° C., which is lower than the temperature (about 650 ° C.) at which the binder in the copper paste is completely thermally decomposed and scattered to the outside. Therefore, when a glass ceramic green sheet on which a copper paste is printed and applied is fired to produce a wiring board by sintering and integrating glass ceramics and copper powder, before the binder in the copper paste is completely decomposed and scattered. The sintering of the copper powder started, and as a result, the binder, which could not be decomposed and scattered, remained as carbon in the wiring conductor, causing blistering in the wiring conductor.

【0013】[0013]

【発明の目的】本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたも
のであり、その目的は配線基板に大きな反りを発生させ
ることがなく、また配線導体を絶縁基体に強固に被着さ
せることができる新規な銅ペーストを提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised in view of the above-mentioned drawbacks, and an object thereof is not to cause a large warp in a wiring board and to firmly attach a wiring conductor to an insulating substrate. It is to provide a new copper paste that can be used.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の銅ペーストは、
表面が酸化アルミニウムで被覆されている銅粉末と、前
記銅粉末を粘結する有機バインダーと、前記有機バイン
ダーを所定粘度とする溶剤とを含むことを特徴とするも
のである。
The copper paste of the present invention comprises:
It is characterized by containing a copper powder whose surface is coated with aluminum oxide, an organic binder for binding the copper powder, and a solvent for setting the organic binder to have a predetermined viscosity.

【0015】また本発明の銅ペーストは、前記酸化アル
ミニウムが銅粉末100 重量部に対し0.02乃至1.0 重量部
であることを特徴とするものである。
Further, the copper paste of the present invention is characterized in that the aluminum oxide is 0.02 to 1.0 part by weight with respect to 100 parts by weight of the copper powder.

【0016】[0016]

【作用】本発明の銅ペーストによれば、表面が酸化アル
ミニウムで被覆されている銅粉末を含むことから焼結開
始温度がガラスセラミックスの焼結開始温度(700 〜80
0 ℃)に近似する700 〜800 ℃となり、その結果、銅ペ
ーストが印刷塗布されたガラスセラミックグリーンシー
トを焼成し、ガラスセラミックスと銅粉末とを焼結一体
化させることによって配線基板を製作する際、銅ペース
トとガラスセラミックスとは略同時に焼結収縮して配線
基板が平坦となるとともに配線導体の絶縁基体への被着
強度が極めて大きなものとなる。
According to the copper paste of the present invention, since the surface thereof contains the copper powder coated with aluminum oxide, the sintering start temperature is set to the glass ceramics starting temperature (700 to 80).
When the glass ceramic green sheet on which the copper paste is printed and applied is fired and the glass ceramic and copper powder are sintered and integrated, the wiring board is manufactured. The copper paste and the glass ceramics are sintered and shrunk at substantially the same time to flatten the wiring board, and the adhesion strength of the wiring conductor to the insulating substrate becomes extremely large.

【0017】また本発明の銅ペーストによれば、表面が
酸化アルミニウムで被覆されている銅粉末を含むことか
ら焼結開始温度が銅ペースト中のバインダーが完全に分
解飛散する温度(650 ℃)以上の700 〜800 ℃となり、
その結果、ガラスセラミックスと銅粉末とを焼結一体化
させることによって配線基板を製作する際、銅ペースト
中のバインダーが完全に分解飛散した後で銅粉末が焼結
を開始するため、配線導体中にバインダーの一部がカー
ボンとして残留することはなく、従って配線導体にフク
レを発生させることはない。
Further, according to the copper paste of the present invention, since the surface of the copper paste contains the copper powder coated with aluminum oxide, the sintering start temperature is equal to or higher than the temperature (650 ° C.) at which the binder in the copper paste is completely decomposed and scattered. 700 to 800 ℃,
As a result, when a wiring board is manufactured by sintering and integrating glass ceramics and copper powder, the copper powder starts sintering after the binder in the copper paste is completely decomposed and scattered. In addition, a part of the binder does not remain as carbon, and therefore blister does not occur in the wiring conductor.

【0018】[0018]

【実施例】次に本発明を添付の図面を基に詳細に説明す
る。
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1は本発明の銅ペーストを用いて製作さ
れる配線基板の一実施例を示し、1は絶縁基体、2 は配
線導体である。
FIG. 1 shows an embodiment of a wiring board manufactured by using the copper paste of the present invention, where 1 is an insulating substrate and 2 is a wiring conductor.

【0020】前記絶縁基体1 は、ガラスセラミックス焼
結体から成り、例えば、酸化珪素37重量%、酸化アルミ
ニウム35重量%、酸化マグネシウム10重量%、酸化ジル
コニウム5 重量%、酸化カルシウム2 重量%、酸化リチ
ウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム等を微量含むもの
で形成されている。
The insulating substrate 1 is made of a glass-ceramics sintered body. For example, silicon oxide 37% by weight, aluminum oxide 35% by weight, magnesium oxide 10% by weight, zirconium oxide 5% by weight, calcium oxide 2% by weight, oxide It is formed of a small amount of lithium, sodium oxide, potassium oxide and the like.

【0021】前記絶縁基体1 は酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム等の成分から成るガラスセラミ
ックス原料粉末に適当な有機バインダー、可塑材、溶剤
等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知
のドクターブレード法、カレンダーロール法等のシート
成形技術を採用してガラスセラミックスグリーンシート
とし、しかる後、前記ガラスセラミックスグリーンシー
トに適当な打ち抜き加工を施すとともに、これを窒素雰
囲気中約750 〜1000℃の温度で焼成することによって製
作される。
The insulating substrate 1 is made into a slurry by adding and mixing an appropriate organic binder, a plasticizer, a solvent, etc. to a glass ceramic raw material powder consisting of components such as silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide and the like, and is well known in the prior art. The glass-ceramic green sheet is formed by using the sheet forming technology such as the doctor blade method and the calendar roll method, and then the glass-ceramic green sheet is appropriately punched, and the glass ceramic green sheet is subjected to a punching process in a nitrogen atmosphere at about 750 to 1000 ° C. It is manufactured by firing at a temperature of.

【0022】また前記絶縁基体1 には、その上面に銅の
焼結体から成る配線導体2 が被着されており、該配線導
体2 には半導体素子3 等が電気的に接続されている。
A wiring conductor 2 made of a copper sintered body is attached to the upper surface of the insulating base 1, and the semiconductor element 3 and the like are electrically connected to the wiring conductor 2.

【0023】前記上面に配線導体が被着されている絶縁
基体1 はこれを構成するガラスセラミックス焼結体の比
誘電率が6 (室温1MHz)であり、低いことから配線導体
2 を伝わる電気信号の伝搬速度を速いものとなすことが
でき、その結果、絶縁基体1上に信号の高速伝搬を要求
する半導体素子3 の収容、搭載が可能となる。
The insulating substrate 1 having a wiring conductor adhered on the upper surface thereof has a low relative permittivity of 6 (room temperature 1 MHz) of the glass-ceramic sintered body constituting the insulating substrate 1, and therefore the wiring conductor is low.
It is possible to increase the propagation speed of the electric signal transmitted through the device 2, and as a result, it becomes possible to accommodate and mount the semiconductor element 3 that requires high-speed signal propagation on the insulating substrate 1.

【0024】前絶縁基体1はまたこれを構成するガラス
セラミックス焼結体の熱膨張係数が3.5 ×10-6/℃〜5.
0 ×10-6/℃であり、半導体素子3 を構成するシリコン
の熱膨張係数(3.0 ×10-6/℃〜3.5 ×10-6/℃)と近
似することから絶縁基体1 上に半導体素子3 を搭載した
後、絶縁基体1 と半導体素子3 の両者に半導体素子3が
作動時に発する熱等が印加されても両者間には大きな熱
応力が発生することはなく、その結果、前記熱応力によ
って半導体素子3 が破壊したり、絶縁基体1 より剥離し
たりすることもない。
In the pre-insulating substrate 1, the coefficient of thermal expansion of the glass ceramics sintered body constituting the same is 3.5 × 10 −6 / ° C. to 5.
0 × 10−6 / ° C., which is close to the thermal expansion coefficient (3.0 × 10−6 / ° C. to 3.5 × 10−6 / ° C.) of silicon composing the semiconductor element 3, so that the semiconductor element is formed on the insulating substrate 1. Even after the heat generated by the semiconductor element 3 is applied to both the insulating substrate 1 and the semiconductor element 3 after mounting 3, the large thermal stress does not occur between the two. Therefore, the semiconductor element 3 will not be broken or peeled off from the insulating substrate 1.

【0025】更に前記絶縁基体1 の上面に被着された配
線導体2 は、絶縁基体1 の上面に搭載、収容される半導
体素子3 を外部電気回路等に電気的に接続する際の導電
路として作用し、銅の焼結体で形成されている。
Further, the wiring conductor 2 adhered to the upper surface of the insulating base 1 serves as a conductive path for electrically connecting the semiconductor element 3 mounted and housed on the upper surface of the insulating base 1 to an external electric circuit or the like. It acts and is formed of a sintered copper body.

【0026】尚、前記銅の焼結体から成る配線導体2 は
銅の電気抵抗値が低いことから、配線導体2 を伝搬する
電気信号の電圧降下を極めて小さいものとなし、これに
よって配線導体2 を微細化して配線基板の小型高密度化
を達成することができる。
Since the wiring conductor 2 made of a sintered body of copper has a low electric resistance value of copper, the voltage drop of the electric signal propagating through the wiring conductor 2 is made extremely small. Can be miniaturized to achieve miniaturization and high density of the wiring board.

【0027】また前記銅の焼結体から成る配線導体2
は、後述する銅ペーストを絶縁基体1となるガラスセラ
ミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷
法を採用して所定パターンに印刷塗布しておくことによ
って絶縁基体1 の上面に被着される。
A wiring conductor 2 made of the above-mentioned copper sintered body
Is deposited on the upper surface of the insulating substrate 1 by applying a copper paste, which will be described later, to a glass ceramic green sheet to be the insulating substrate 1 in advance by applying a known pattern by a screen printing method in a predetermined pattern.

【0028】前記配線導体2 を形成する銅ペーストは、
図2に示すように、表面が酸化アルミニウム4 で被覆さ
れた平均粒径2 〜10μm、BET値が0.5 〜1.0m2/g 程
度の銅粉末5 に、有機バインダー、有機溶剤等を添加混
合することによって形成されている。
The copper paste forming the wiring conductor 2 is
As shown in FIG. 2, an organic binder, an organic solvent, etc. are added to and mixed with copper powder 5 having an average particle size of 2 to 10 μm and a BET value of 0.5 to 1.0 m 2 / g whose surface is coated with aluminum oxide 4. It is formed by

【0029】前記表面が酸化アルミニウム4 で被覆され
た銅粉末5 は、銅粉末5 が配線導体2 に導電性を付与す
る作用を為し、表面を被覆する酸化アルミニウム4が銅
粉末5 の焼結を抑制し、焼結開始温度をガラスセラミッ
クス焼結体の焼結開始温度に近似し、且つバインダーが
完全に分解飛散する温度以上の700 〜800 ℃にする作用
を為す。
The copper powder 5 whose surface is coated with aluminum oxide 4 has a function of imparting conductivity to the wiring conductor 2, and the aluminum oxide 4 coating the surface is sintered of the copper powder 5. Is suppressed, the sintering start temperature is approximated to the sintering start temperature of the glass ceramics sintered body, and the temperature is set to 700 to 800 ° C., which is higher than the temperature at which the binder is completely decomposed and scattered.

【0030】前記銅ペーストは銅粉末5 の表面を酸化ア
ルミニウム4 で被覆し、その焼結開始温度を700 〜800
℃としたことから、この銅ペーストが印刷塗布されたガ
ラスセラミックグリーンシートを焼成し、ガラスセラミ
ックスと銅粉末とを焼結一体化させることによって配線
基板を製作する際、銅ペーストとガラスセラミックスと
は略同時に焼結収縮して配線基板を平坦となすとともに
配線導体2 の絶縁基体1 への被着強度を極めて大きなも
のとなすことができる。
The copper paste was obtained by coating the surface of copper powder 5 with aluminum oxide 4 and setting the sintering start temperature to 700 to 800.
Since the temperature is set to 0 ° C., when the glass ceramic green sheet on which the copper paste is printed and applied is fired and the wiring substrate is manufactured by sintering and integrating the glass ceramics and the copper powder, the copper paste and the glass ceramics are It is possible to sinter and shrink substantially at the same time to make the wiring substrate flat, and to make the adhesion strength of the wiring conductor 2 to the insulating substrate 1 extremely large.

【0031】また前記銅ペーストは銅粉末5 の表面を酸
化アルミニウム4 で被覆し、その焼結開始温度を700 〜
800 ℃としたことから、この銅ペーストが印刷塗布され
たガラスセラミックグリーンシートを焼成し、ガラスセ
ラミックスと銅粉末とを焼結一体化させることによって
配線基板を製作する際、銅ペースト中のバインダーが完
全に分解飛散した後で銅粉末が焼結開始するため、配線
導体中にバインダーの一部がカーボンとして残留するこ
とはなく、従って、配線導体にフクレのない配線基板を
得ることができる。
The copper paste is formed by coating the surface of copper powder 5 with aluminum oxide 4 and setting the sintering start temperature to 700 to
Since the temperature was set to 800 ° C, when the glass ceramic green sheet on which this copper paste was printed was fired and the glass ceramics and copper powder were sintered and integrated to produce a wiring board, the binder in the copper paste was Since the copper powder begins to sinter after being completely decomposed and scattered, a part of the binder does not remain as carbon in the wiring conductor, and thus a wiring board having no blisters on the wiring conductor can be obtained.

【0032】尚、前記表面が酸化アルミニウム4 で被覆
された銅粉末5 は、例えば銅粉末を硫酸アルミニウム、
塩化アルミニウム等のアルミニウム塩溶液中に浸漬後、
これを乾燥加熱処理することによって、或いはアルキル
アルミネート等の有機アルミネートにより被覆した後、
これを熱処理することによって形成される。
The copper powder 5 whose surface is coated with aluminum oxide 4 is, for example, copper powder made of aluminum sulfate,
After immersing in an aluminum salt solution such as aluminum chloride,
By subjecting this to a dry heat treatment, or after coating with an organic aluminate such as an alkyl aluminate,
It is formed by heat-treating this.

【0033】また前記表面が酸化アルミニウム4 で被覆
された銅粉末5 は、酸化アルミニウム4 の量が銅粉末10
0 重量部に対して0.02乃至1.0 重量部の範囲となるよう
に調整しておくと、銅ペーストの焼結開始温度がガラス
セラミックスの焼結開始温度に極めて近似し、これによ
ってガラスセラミックスと銅粉末とを焼結一体化させる
ことによって配線基板を製作する際、配線基板を平坦と
して、且つ配線導体2の絶縁基体1 への被着強度を極
めて大きなものとなすことができる。従って、前記表面
が酸化アルミニウム4で被覆された銅粉末5 は、酸化ア
ルミニウムの量を銅粉末100 重量部に対し0.05乃至1.0
重量部の範囲としておくことが好ましい。
Further, the copper powder 5 whose surface is coated with aluminum oxide 4 is such that the amount of aluminum oxide 4 is 10
When adjusted to be in the range of 0.02 to 1.0 parts by weight with respect to 0 parts by weight, the sintering start temperature of the copper paste is very close to the sintering start temperature of the glass ceramics, which results in the glass ceramics and the copper powder. When the wiring board is manufactured by integrally sintering and, the wiring board can be made flat and the adhesion strength of the wiring conductor 2 to the insulating substrate 1 can be made extremely large. Therefore, in the copper powder 5 whose surface is coated with aluminum oxide 4, the amount of aluminum oxide is 0.05 to 1.0 with respect to 100 parts by weight of copper powder.
It is preferable to set the range of parts by weight.

【0034】更に前記銅ペーストには酸化アルミニウム
4 で被覆された銅粉末5 を粘結してペースト状とするた
めの有機バインダーが添加されている。
Further, the copper paste may be aluminum oxide.
An organic binder for binding the copper powder 5 coated with 4 into a paste form is added.

【0035】前記有機バインダーとしてはエチルセルロ
ースやニトロセルロースやアクリル系樹脂等の有機高分
子材料が使用され、銅粉末100 重量部に対し、0.5 重量
部未満の添加であると銅ペーストをガラスセラミックグ
リーンシートに所定パターンに印刷塗布した際、銅ペー
ストのパターンがセラミックグリーンシートより剥がれ
易くなる傾向にあり、また10.0重量部を越えると、銅ペ
ーストの粘性が高くなり、ガラスセラミックグリーンシ
ートにスクリーン印刷法により印刷する際の印刷性が悪
くなる傾向にある。従って、前記有機バインダーは銅粉
100 重量部に対し、0.5 乃至10.0重量部の範囲としてお
くことが好ましい 更にまた前記銅ペーストには該銅ペーストに流動性を付
与するための溶剤が添加されている。
As the organic binder, an organic polymer material such as ethyl cellulose, nitrocellulose, acrylic resin, etc. is used. If the addition amount is less than 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of copper powder, the copper paste is added to the glass ceramic green sheet. When printed and applied in a predetermined pattern on, the copper paste pattern tends to peel off more easily than the ceramic green sheet, and when it exceeds 10.0 parts by weight, the viscosity of the copper paste becomes high and the glass ceramic green sheet is screen-printed by the screen printing method. Printability when printing tends to deteriorate. Therefore, the organic binder is copper powder.
It is preferable to set it in the range of 0.5 to 10.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight. Furthermore, a solvent for imparting fluidity to the copper paste is added to the copper paste.

【0036】前記溶剤は、ブチルカルビトールアセテー
トやアルファテルピネオール等が使用され、銅粉末100
重量部に対し、5.0 重量部未満であると銅ペーストの流
動性が悪くなり、銅ペーストをガラスセラミックグリー
ンシートに所定パターンに印刷する際にその印刷性が劣
化する傾向にあり、また40.0重量部を越えると銅ペース
トの流動性が高いものとなり、銅ペーストをガラスセラ
ミックグリーンシートに所定パターンに印刷塗布する際
にパターンにニジミ等が発生し易い傾向にある。従っ
て、前記銅ペーストに添加される溶剤は銅粉末100 重量
部に対して5.0 乃至40.0重量部の範囲としておくことが
好ましい。
As the solvent, butyl carbitol acetate, alpha terpineol, etc. are used, and copper powder 100
If the amount is less than 5.0 parts by weight, the fluidity of the copper paste becomes poor and the printability tends to deteriorate when the copper paste is printed in a predetermined pattern on the glass ceramic green sheet. If it exceeds, the fluidity of the copper paste becomes high, and when the copper paste is printed and applied in a predetermined pattern on the glass ceramic green sheet, bleeding or the like tends to occur in the pattern. Therefore, the solvent added to the copper paste is preferably in the range of 5.0 to 40.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copper powder.

【0037】尚、前記銅ペーストは、その内部に絶縁基
体1 と同じ組成から成るフィラーを、銅粉末100 重量部
に対し、1.0 乃至15.0重量部添加しておくと配線導体2
の電気抵抗値を小さいものに維持したまま配線導体2 を
絶縁基体1 に強固に接続させることができる。従って、
前記銅ペーストにはその内部に絶縁基体と同じ組成から
成るフィラーを銅粉末100 重量部に対して1.0 乃至15.0
重量部の範囲で添加しておくことが好ましい。
The copper paste contains a filler having the same composition as that of the insulating substrate 1 in an amount of 1.0 to 15.0 parts by weight based on 100 parts by weight of copper powder.
It is possible to firmly connect the wiring conductor 2 to the insulating base 1 while keeping the electric resistance value thereof to be small. Therefore,
The copper paste contains a filler having the same composition as the insulating substrate in an amount of 1.0 to 15.0 with respect to 100 parts by weight of the copper powder.
It is preferable to add it in the range of parts by weight.

【0038】かくして上述の本発明の銅ペーストを使用
して製作された配線基板は、配線導体2 に半導体素子3
等を電気的に接続し、配線導体2 を介して半導体素子3
等に電気信号を出し入れすることによって回路配線基板
や半導体素子収納用パッケージとして機能する。
Thus, the wiring board manufactured by using the above-mentioned copper paste of the present invention has the semiconductor element 3 on the wiring conductor 2.
Etc. are electrically connected, and the semiconductor element 3 is connected via the wiring conductor 2.
It functions as a circuit wiring board or a package for accommodating semiconductor elements by taking an electric signal in and out of the circuit.

【0039】次に本発明の作用効果を以下に述べる実験
例により説明する。
Next, the operation and effect of the present invention will be described with reference to experimental examples described below.

【0040】(実験例)先ず、表1 に示す表面が0.02〜
2.0 重量部の酸化アルミニウムを被覆された平均粒径4
μm、BET値0.8 m2/g の銅粉末を6種類準備すると
ともに各銅粉末100 gに対して5 gのエチルセルロー
ス、15gのジブチルフタレート、15gのブチルカルビト
ールアセテートを添加混合して銅ペースト試料を調整す
る。
Experimental Example First, the surface shown in Table 1 is 0.02 to
Average particle size 4 coated with 2.0 parts by weight of aluminum oxide
Prepare 6 kinds of copper powder with μm and BET value of 0.8 m 2 / g, and add and mix 5 g of ethyl cellulose, 15 g of dibutyl phthalate, and 15 g of butyl carbitol acetate to 100 g of each copper powder and mix them to prepare a copper paste sample. Adjust.

【0041】前記調整した銅ペースト試料を酸化珪素37
重量%、酸化アルミニウム35重量%、酸化マグネシウム
10重量%、酸化ジルコニウム5 重量%、酸化カルシウム
2 重量%、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウ
ム等を微量含む長さ65mm、幅15mm、厚さ0.5 mmのガラス
セラミックスグリーンシート上にスクリーン印刷にて長
さ50mm、幅10mm、厚み20μm の反り測定用パターン及び
直径2mm 、厚み20μmの被着強度測定用パターンを印刷
塗布し、これを650 ℃以下で脱脂後、950 ℃の温度で焼
成し各20個づつのテスト片を得、これらのテスト片につ
いて反り測定用パターン上を表面粗さ計で長さ方向に測
定し、該反り測定用パターンの高さ方向への変位量を測
定長さで割った値の平均値を反り値とし、また被着強度
測定用パターンに直径0.5 mm、長さ20mmの銅線の一端を
半田付けし、該銅線の他端をテスト片面に対して垂直に
引っ張り、半田付けした導線の一端が被着強度測定用パ
ターンとともにテスト片から取れた時の引っ張り力を被
着強度測定用パターンの面積で割った値の平均値を配線
導体の被着強度とし、更に前記テスト片の反り測定用パ
ターン及び被着強度測定用パターンを倍率10倍の双眼顕
微鏡で観察し、フクレの有無を確認した。
The prepared copper paste sample was replaced with silicon oxide 37
% By weight, 35% by weight of aluminum oxide, magnesium oxide
10% by weight, zirconium oxide 5% by weight, calcium oxide
Warp measurement of 50 mm in length, 10 mm in width, and 20 μm in thickness by screen printing on a glass ceramics green sheet with a length of 65 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 0.5 mm containing trace amounts of 2% by weight, lithium oxide, sodium oxide, potassium oxide, etc. Pattern and 2 mm diameter, 20 μm thick adhesion strength measurement pattern are applied by printing. After degreasing at 650 ° C or below, baking is performed at a temperature of 950 ° C to obtain 20 test pieces each. About the warp measurement pattern is measured in the length direction with a surface roughness meter, the amount of displacement in the height direction of the warp measurement pattern is divided by the measurement length, and the average value is used as the warp value. Solder one end of a copper wire with a diameter of 0.5 mm and a length of 20 mm to the adhesion strength measurement pattern, pull the other end of the copper wire perpendicular to one side of the test, and measure the adhesion strength at one end of the soldered conductor wire. When you remove it from the test piece with the pattern The average of the values obtained by dividing the tensile force by the area of the adhesion strength measurement pattern is taken as the adhesion strength of the wiring conductor, and the warp measurement pattern and the adhesion strength measurement pattern of the test piece are binocular with a magnification of 10 times. The presence or absence of blisters was confirmed by observing with a microscope.

【0042】尚、表1に示した各試料における銅粉末の
焼結開始温度は、各試料を約80℃の温度で加熱乾燥し、
各銅ペースト試料に含まれているブチルカルビトールア
セテートを飛散させ粉末状としたものをプレス成形機で
プレス成形して長さ10mm、直径5 mmの棒状となし、次に
これを熱機械分析装置内に設置するとともに常温から約
1000℃の温度まで加熱して収縮の始まった温度を銅粉末
の収縮開始温度として測定した。
The sintering start temperature of the copper powder in each sample shown in Table 1 was determined by heating and drying each sample at a temperature of about 80 ° C.
The butyl carbitol acetate contained in each copper paste sample was scattered and made into a powder, which was press-formed with a press molding machine to form a rod shape with a length of 10 mm and a diameter of 5 mm, which was then analyzed by a thermomechanical analyzer. Installed inside and from room temperature to approx.
The temperature at which contraction started after heating to a temperature of 1000 ° C. was measured as the contraction start temperature of the copper powder.

【0043】また、表1において試料番号1は銅ペース
ト中の銅が酸化アルミニウムで被覆されていない従来の
銅ペーストである。
In Table 1, Sample No. 1 is a conventional copper paste in which copper in the copper paste is not coated with aluminum oxide.

【0044】上記の結果を表1に示す。The above results are shown in Table 1.

【0045】[0045]

【表1】 [Table 1]

【0046】表1からも判るように、本発明の酸化アル
ミニウムで被覆した銅粉末を含有する銅ペーストは、銅
が酸化アルミニウムで被覆されていない従来の銅ペース
トよりもパターンのテスト片への被着強度が強く、また
テスト片の反りも小さなものとなっている。特に銅粉末
を被覆する酸化アルミニウムの量が0.02乃至1.0 重量部
の銅粉末を含有する銅ペーストを使用したものはテスト
片の反りが50μm 以下と極めて小さく、また銅金属層の
テスト片への被着強度も2.5Kg/mm2 と極めて強固なもの
となる。また本発明の酸化アルミニウムで被覆した銅粉
末を含有する銅ペーストを使用したものはフクレが確認
されなかった。
As can be seen from Table 1, the copper paste containing the copper powder coated with aluminum oxide of the present invention covers the test piece of the pattern more than the conventional copper paste in which copper is not coated with aluminum oxide. The adhesion strength is strong and the warp of the test piece is also small. In particular, when a copper paste containing copper powder in an amount of 0.02 to 1.0 parts by weight of aluminum oxide coating the copper powder is used, the warp of the test piece is extremely small at 50 μm or less, and the test piece of the copper metal layer is not covered. The adhesion strength is also extremely strong at 2.5 kg / mm 2 . No blistering was observed in the case where the copper paste containing the copper powder coated with aluminum oxide of the present invention was used.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の銅ペーストによれば、表面が酸
化アルミニウムで被覆された銅粉末を含有させたことか
ら、焼結開始温度がガラスセラミックスの焼結開始温度
(約700 〜800 ℃)に近似し、且つ銅ペーストに含まれ
るバインダーが完全に分解飛散する温度(650 ℃)以上
である700 〜800 ℃となり、その結果、銅ペーストが印
刷塗布されたガラスセラミックスグリーンシートを焼成
し、ガラスセラミックスと銅粉末とを焼結一体化させる
ことにより配線基板を製作する際、銅ペーストは該銅ペ
ーストに含まれるバインダーが完全に分解飛散された
後、ガラスセラミックスと略同時に焼結収縮して配線基
板が平坦となるとともに配線導体の絶縁基体への被着強
度が極めて大きなものとなり、また配線導体にフクレが
発生することもない。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the copper paste of the present invention, since the surface thereof contains the copper powder coated with aluminum oxide, the sintering starting temperature is the glass ceramics starting temperature (about 700 to 800 ° C.). And the temperature of the binder contained in the copper paste is 700 to 800 ° C, which is higher than the temperature (650 ° C) at which the binder contained in the copper paste is completely decomposed and scattered. As a result, the glass-ceramic green sheet on which the copper paste is printed and applied is fired, When a wiring board is manufactured by sintering and integrating ceramics and copper powder, the binder contained in the copper paste is completely decomposed and scattered, and then the copper paste is sintered and shrunk at substantially the same time as the glass ceramics. The substrate becomes flat, the adhesion strength of the wiring conductor to the insulating base becomes extremely large, and the wiring conductor is free from blister.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の銅ペーストを用いて製作される配線基
板の一実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wiring board manufactured using the copper paste of the present invention.

【図2】本発明の銅ペーストに使用される表面が酸化ア
ルミニウムで被覆された銅粉末を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a view for explaining a copper powder whose surface is coated with aluminum oxide, which is used in the copper paste of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・絶縁基体 2・・・配線導体 3・・・半導体素子 4・・・酸化アルミニウム 5・・・銅粉末 1 ... Insulating substrate 2 ... Wiring conductor 3 ... Semiconductor element 4 ... Aluminum oxide 5 ... Copper powder

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面が酸化アルミニウムで被覆されている
銅粉末と、前記銅粉末を粘結する有機バインダーと、前
記有機バインダーを所定粘度とする溶剤とを含む銅ペー
スト。
1. A copper paste comprising a copper powder whose surface is coated with aluminum oxide, an organic binder that binds the copper powder, and a solvent that makes the organic binder have a predetermined viscosity.
【請求項2】前記酸化アルミニウムが銅粉末100 重量部
に対し0.02乃至1.0 重量部であることを特徴とする請求
項1に記載の銅ペースト。
2. The copper paste according to claim 1, wherein the amount of aluminum oxide is 0.02 to 1.0 part by weight with respect to 100 parts by weight of copper powder.
JP16205294A 1994-07-14 1994-07-14 Copper paste Pending JPH0831229A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004207206A (en) * 2002-10-29 2004-07-22 Kyocera Corp Copper metallized composition and glass ceramic wiring board using the same
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WO2007046199A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-26 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Aluminum paste composition and solar cell device making use of the same

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