JPH0867533A - 無カドミウムかつ無鉛のガラス組成物および厚膜ペースト組成物 - Google Patents

無カドミウムかつ無鉛のガラス組成物および厚膜ペースト組成物

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JPH0867533A
JPH0867533A JP7196819A JP19681995A JPH0867533A JP H0867533 A JPH0867533 A JP H0867533A JP 7196819 A JP7196819 A JP 7196819A JP 19681995 A JP19681995 A JP 19681995A JP H0867533 A JPH0867533 A JP H0867533A
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JP7196819A
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Jacob Hormadaly
ホーマダリー ヤコブ
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無毒性の無カドミウム／無鉛の厚膜を提供す
る。 【解決手段】 厚膜ペースト組成物は導電性の粒子とモ
ル％で５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3 、１８〜３５％のＳｉＯ
2 、０．１〜４０％のＣｕＯ、０．５〜２５％のＺｎ
Ｏ、０．５〜４０％のＣｏＯ、０．５〜４０％のＦｅ2
Ｏ3 、および０．５〜４０％のＭｎＯからなり、無鉛か
つ無カドミウムであるガラス組成物を含み、全て有機媒
質中に分散している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はハイブリッド電気
回路のための厚膜ペースト組成物に関し、特に無カドミ
ウムかつ無鉛のガラスフリットをバインダとして用いる
組成物に関する。
【０００２】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願第０８／２８４，０２１号（１
９９４年８月１日出願）の明細書の記載に基づくもので
あって、当該米国特許出願の番号を参照することによっ
て当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一
部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】厚膜導電体は抵抗、コンデンサ、および
集積回路間の電気的な相互接続に役立っている。厚膜導
電体はマイクロサーキット産業において抵抗またはコン
デンサパターンの成端に、典型的には導電体パターンを
基板上に焼成し、次いで抵抗またはコンデンサのパター
ンを導電体パターン上に印刷しそれらを焼成することに
よって用いられる。
【０００４】厚膜回路の製造への金の使用はマイクロエ
レクトロニクスにおける著しい進歩をもたらした。金は
全ての金属の中で最も展性および延性に富み、その性質
は細線への線引きおよびワイヤボンディングを助ける。
さらに、金は酸素と容易に結合しない。酸素との反応の
欠如はその融点以上の温度での金の焼成を可能にする。
しかし、厚膜導電体のための印刷インクとしての金の使
用に伴う問題が金と下地基板との間の接着を得ることが
困難であることはよく知られている。特に、金の表面上
に酸素が存在しないことは、ワイヤボンディングのよう
な、金属との結合を形成するときには有利であるが、ガ
ラスまたはセラミックスなどのような金属酸化物との接
着に対しては不利であると考えられている。
【０００５】本発明においては容易に還元する銅の酸化
物の添加が焼成サイクルの間に金属銅を生じることが示
される。銅は金と合金し、その酸素との親和性を高め
る。かくて、酸化物基板との強固な結合が達成される。
このことはまた銅酸化物の置換体および他の容易に還元
される酸化物に対しても当てはまる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】さらに、最も多く存在
している金厚膜組成物は基本的な成分としてカドミウム
化合物を含んでいる。経験的にＣｄＯ等のカドミウム化
合物およびＣｄＯを含むガラスが厚膜金組成物のセラミ
ック体への強固な結合に欠かせないということが確立さ
れていた。最近、カドミウムを含有する組成物の使用が
制限され、ある領域では近い将来には禁止されるだろ
う。カドミウム化合物の使用はその健康への害悪のため
により多くの制限が予想される。
【０００７】しかし、低融点で展性および延性が中庸で
あり、優れた濡れ性を与える無毒性の無カドミウムかつ
無鉛のフリット系は当業者に知られていない。従って、
ガラスフリットを含む広い分野の製品から鉛およびカド
ミウムを減らしまたは無くす努力と一致して、本発明は
厚膜ペースト組成物の配合に有用なことが示される無鉛
かつ無カドミウムのガラスフリットを扱う。本発明の組
成物は現在使用されている組成物に代わって、無毒性の
無カドミウム／無鉛の厚膜を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の態様に
よれば、モル％で５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3 、１８〜３５
％のＳｉＯ2 、０．１〜４０％のＣｕＯ、０．５〜２５
％のＺｎＯ、０．５〜４０％のＣｏＯ、０．５〜４０％
のＦｅ2 Ｏ3 、および０．５〜４０％のＭｎＯを含み、
無鉛かつ無カドミウムであるガラス組成物である。
【０００９】ここで、ガラス組成物がモル％で５〜７０
％のＢｉ2 Ｏ3 、２０〜３０％のＳｉＯ2 、０．２〜４
０％のＣｕＯ、２．５〜２５％のＺｎＯ、１．７〜４０
％のＣｏＯ、および１０〜４０％のＭｎＯを含んでもよ
い。
【００１０】本発明は、第２の態様によれば、ガラス組
成物がさらにモル％で（１）６５〜８５％のガラス形成
酸化物および（２）３５〜１５％のガラス変性酸化物か
らなる第２のガラス組成物をさらに含み、前記ガラス形
成酸化物は２５〜５５％のＢ2 Ｏ3 、４０〜１０％のＳ
ｉＯ2 および３０〜０％のＡｌ2 Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｚ
ｒＯ2 およびそれらの混合物から選ばれた他のガラス形
成酸化物を含み、前記ガラス変性酸化物は実質的に３〜
３５％のアルカリ土類金属酸化物、ただしそのほぼ１０
％以下はＭｇＯである、および０〜２８％のＣｕＯ，Ｃ
ｕ2 Ｏ，ＰｂＯ，ＺｎＯおよびそれらの混合物から選ば
れた置換酸化物、ただしそれらのいずれも１０％を超え
ず、かつそれらの全量は全ガラス変性酸化物の８０％を
超えない、を含み、前記第２のガラス組成物は鉛および
カドミウムを含まないガラス組成物である。
【００１１】本発明は、第３の態様によれば、モル％で
０．５〜２％のＭｇＯ、０〜２０％のＢａＯ、０〜６％
のＡｌ2 Ｏ3 、０〜４５％のＢ2 Ｏ3 、０〜５％のＺｒ
Ｏ2、１８〜３５％のＳｉＯ2 、５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3
、０〜２５％のＺｎＯ、０．２〜４０％のＣｕＯ、
０．１〜４０％のＣｏＯ、０．５〜４０％のＦｅ2
Ｏ3、および０〜４０％のＭｎＯを含み、鉛およびカド
ミウムを含まないガラス組成物である。
【００１２】ここで、ガラス組成物がモル％で０．７〜
１．５％のＭｇＯ、６〜１４％のＢａＯ、１．５〜４．
５％のＡｌ2 Ｏ3 、１５〜４２％のＢ2 Ｏ3 、１．５〜
４．５％のＺｒＯ2 、２０〜３０％のＳｉＯ2 、５〜７
０％のＢｉ2 Ｏ3 、２．５〜２５％のＺｎＯ、０．２〜
４０％のＣｕＯ、１．７〜４０％のＣｏＯ、１．７〜４
０％のＦｅ2 Ｏ3 、および１０〜４０％のＭｎＯを含
み、鉛およびカドミウムを含まないガラス組成物であっ
てもよい。。
【００１３】本発明は、第４の態様によれば、上述した
ガラス組成物の細かく分割された粒子および導電性の粒
子を含み、全粒子が有機媒質に分散されている厚膜ペー
スト組成物である。
【００１４】本発明の第５の態様によれば、厚膜ペース
ト組成物はＣｕＯx 、ただしｘは０〜１、の式から選ば
れた銅酸化物をさらに含む。
【００１５】本明細書におけるパーセントは特に断らな
い限り全ガラス組成物に対するモル％である。
【００１６】
【発明の実施の形態】ＣｕＯx 、ここでｘは０〜１であ
る、およびＢｉ2 Ｏ3 のような導電体ペーストの成分が
焼成工程の間に対応する金属を部分的に還元することが
発見された。金属ＣｕおよびＢｉはついで金と合金し、
かくてその表面特性および機械的性質を変性する。これ
らの金より電気的に陽性の元素は金の膜の表面でセラミ
ック誘電体と強固な化学結合を作ると信じられている。
換言すれば、金と合金したＢｉおよびＣｕは金の表面を
金とセラミックの界面でセラミック体中の酸化物位置
（oxidic site ）に対してより反応性にする。金の膜の
セラミックへの改善された接着および改善されたワイヤ
ボンディング強度において強固な結合が明白になった。
強められた反応性が金組成物の高められた接着性および
より良いワイヤボンディング性能の鍵であると考えられ
る。唯一の無機バインダとしてビスマス化されたガラス
を含む金組成物に対する優れた１ミル（１０００分の１
インチ）Ａｕワイヤボンディングが実証された。しか
し、ガラスは単独では２ミルＡｕワイヤボンディングに
は十分でないことが発見された。従って、本発明はま
た、Ａｕ２ミルワイヤボンディングまたはアルミニウム
ワイヤボンディングに対して受け入れられる組成物をも
たらすガラスの銅または銅酸化物の任意の添加物との配
合物を検討する。
【００１７】Ａ．無機バインダ 配合中の鍵となる成分は無機ガラスフリットの細かく分
割された粒子である。フリットは焼結された金属粉末を
結合するために必要であり、焼成中のフリットの軟化点
および粘度が金属粉末および基板に対する濡れ性と同様
に決定的に重要である。フリットの粒子寸法は狭く臨界
的ではなく、本発明に有用なフリットは典型的にはほぼ
０．５から４．５マイクロメータ、好ましくはほぼ１か
らほぼ３マイクロメータの平均粒子寸法を有する。バイ
ンダの量は典型的には導電体組成物（有機媒質を除く）
のほぼ１から２０重量％、好ましくはほぼ１から１０重
量％、より好ましくはほぼ１から６重量％である。固体
表面の濡れは一般的な意味において液体と固体の界面に
形成され接触点において液体の表面に接する接触角で定
義される。接触角が小さいほど示される濡れが良くかつ
固体の所定の表面面積を完全に濡らすのに必要なガラス
が少ない。好ましい焼成温度は６００℃から１０００℃
である。
【００１８】厚膜導電体と基板との間の応力を最小にす
ることはそれらの熱膨張性、それぞれの弾性率および相
対的な厚さに依存する。導電体組成物の主要な構成要素
である金属は高いＴＣＥを有し、しかしガラスに比較し
て大幅に小さい弾性率を有する。金属のガラスに比較し
て低い弾性率を利用するために、導電体配合物中のガラ
スバインダの最低の実用的な量の使用が必要であり、そ
れによってボンディング界面の応力を最小限に抑える。
優れた濡れ性を示すガラスバインダは配合者が優れた蝋
付け性および接着性を維持しながら必要なバインダの量
を最小にすることを可能にする。
【００１９】導電体組成物のための従来のガラスはカド
ミウムまたは鉛を基礎にしていた。現在の毒性および環
境上の関心に合致して鉛およびカドミウムを無くすこと
は一方ではまた濡れ性、熱膨張および性能上の要求に合
致しながら低い軟化および流れ性に対して適したガラス
を見いだすことの選択を制限する。この発明は成分、Ｂ
ｉ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，ＣｕＯ，ＺｎＯ，ＣｏＯ，Ｆｅ2
Ｏ3 およびＭｎＯを基礎とするガラス系の予期されない
優れた性能について論じる。
【００２０】組成的には、上記のガラスは第２のガラス
と配合されてもよく、本発明において第２のガラスとし
て使用されるガラスはモル％で６５〜８５％のガラス形
成酸化物および３５〜１５％のガラス変性酸化物を含む
ボロシリケートガラスである。
【００２１】主要なガラス形成酸化物はガラスの２５〜
５５％の濃度で使用されるＢ2 Ｏ3とガラスの４０から
１０％の濃度で使用されるＳｉＯ2 である。焼成中のガ
ラスの粘度が過剰に高くならないことを確実にするため
にガラスは少なくとも２５％のＢ2 Ｏ3 を含有すべきで
ある。しかし、もしＢ2 Ｏ3 の含有量が約５５％より高
いとガラスの耐久性が許容されない水準にまで減少する
ようである。
【００２２】ガラスはまた３０％までの濃度の条件つき
のガラス形成酸化物を含有してもよい。そのような条件
つきのガラス形成酸化物はＡｌ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，Ｚ
ｒＯ2 およびそれらの混合物を含む。これらの条件つき
のガラス形成酸化物は本発明の全ての適用において必須
であるとは考えられないが、それにもかかわらずガラス
が少なくともほぼ１０％、好ましくは１５％のそのよう
な二次的なガラス形成酸化物を含有することが好まし
い。特に、Ｂｉ2 Ｏ3 はガラスの粘度を低めまたガラス
の焼成範囲を高めるために好ましい。一方、Ａｌ2 Ｏ3
はガラス形成範囲を高めるだけでなく、その耐久性を改
善するために好ましい。
【００２３】本発明の第２のガラスに使用する主要なガ
ラス変性剤はアルカリ土類金属酸化物類であり、全ガラ
スの３５％までの量で使用され得る。アルカリ土類金属
酸化物類は単独でまたは混合物としてのいずれでも使用
できる。しかし、ガラスが厚膜処理を受けたときに結晶
化しないように、１０％以下のＭｇＯが使用されること
が望ましい。主要なアルカリ土類金属酸化物ガラス変性
剤の８０％までをＺｎＯ，ＰｂＯ，Ｃｕx Ｏ（Ｃｕ2 Ｏ
またはＣｕＯ）またはＺｒＯ2 のような二次的なまたは
置換のガラス変性剤で置き換えてもよい。しかし、ガラ
スバインダは焼成温度においてガラスの粘度が高くなり
すぎないように、１５％以下のこれらの置換のガラス形
成物のいずれかを含有すべきである。
【００２４】本発明は以上の記述に限定されない。本発
明はさらに表１の実施例１〜１０の２またはそれ以上の
ガラスを開示された組成範囲を得るように表１の実施例
１１と配合して得られる範囲の個々の無カドミウムかつ
無鉛のガラスに拡張される。さらに、この発明の組成範
囲は２またはそれ以上のガラスを混合することによって
または一つのガラスを作ることによってまたはガラスを
適当な結晶相と混合することによって得ることができ
る。
【００２５】Ｂ．電気的に機能する材料 銅、金、銀、白金、パラジウム、またはそれらの混合物
はこの発明の粒子中に用いることができる。好ましい金
属粒子は金である。金属粉または片の粒子寸法は技術的
な有効性の点からそれ自体狭く臨界的ではない。しか
し、粒子寸法は金属の焼結特性に影響し大きな粒子は小
さな粒子より遅い速度で焼結する。当業者に良く知られ
ているように、焼成中の導電体配合物の焼結特性を適合
させるために異なる寸法の粉末および／または片を配合
することができる。しかしながら、金属粒子はその適用
の方法、通常はスクリーン印刷、に適した寸法でなけれ
ばならない。従って、金属粒子の寸法は２０マイクロメ
ータ以下、好ましくは１０マイクロメータ以下である。
最小の粒子寸法は通常ほぼ０．１マイクロメータであ
る。組成物中の金の量はペーストを基礎にして通常６０
〜９０重量％であり焼成状態で７０〜９９重量％であ
る。
【００２６】Ｃ．銅添加物 本発明の銅添加成分は式ＣｕＯx で表されｘは０〜１の
範囲である。銅粒子の寸法は２０マイクロメータ以下で
あるべきであり、０．１〜１０マイクロメータの範囲が
望ましい。
【００２７】銅添加物は粒子の形状で簡単に他の固体に
添加することができる。銅添加物は本発明のガラス中で
見いだされる銅酸化物とは異なった仕方で振舞う。組成
物中のＣｕＯx の量は一般的にペーストを基礎にして
０．０１〜１重量％であり、焼成状態で０．０２〜１．
５重量％である。
【００２８】Ｄ．有機媒質 細かく分割された電気的に機能する材料および無機バイ
ンダは通常有機媒質中に分散され所望の回路パターンに
印刷可能な半流動性のペーストを形成する。有機媒質は
適当に不活性な液体のいかなるものでもよく、固体と基
板に適当な濡れ性、ペースト中の粒子の比較的安定な分
散、容認できるスクリーン寿命を保ちながら良い印刷性
能、粗い取り扱いに耐えるのに十分な乾燥した膜の強
度、およびよい焼成性を与える非水性の不活性な液体が
好ましい。増粘剤（thickening agents ）、安定剤およ
び／または他の共通添加物（common additive ）を含み
または含まない各種の有機液体のいずれのものも使用す
ることができる。使用し得る有機液体の代表的なものは
アルコール類；、アセテート類およびプロピオネート類
のようなアルコールのエステル類；パインオイル、テル
ピネオールその他のようなテルペン類；およびポリメタ
クリレート、ポリビニルピロリドン、またはエチルセル
ローズのような樹脂のパインオイルおよびジエチレング
リコールモノアセテートのモノブチルエーテルのような
溶媒中の溶液である。媒質は基板への印刷の後で速い固
定を促進するために揮発性の液体を含有することができ
る。有機媒質は通常はペーストの５〜５０重量％を構成
する。
【００２９】導電性ペースト組成物は３本ロール機で都
合よく作製される。これらの組成物の好ましい粘度はブ
ルークフィールド（Brookfield）ＨＢＴ粘度計で＃１４
スピンドルを用い１０ｒｐｍ、２５℃で測定されたほぼ
５０〜３５０Ｐａ．Ｓである。使用される増粘剤の量は
最終的に要求される配合物の粘度によって規定され、シ
ステムの印刷要求によって決定される。
【００３０】試験手順 ワイヤボンディング ワイヤボンディングはワイヤを金属被覆（metallizatio
n ）に密接するようにもって行き、次いで超音波および
／または熱エネルギを印加してワイヤと金属被覆との間
の結合を形成することによって好都合に行われる。特
に、本発明で用いられる技術はワイヤループを二つのパ
ッドの間に形成し引張り計に付いている鍵爪をループの
下に挿入して結合またはワイヤが破壊するのに必要な力
を測定する。測定された破壊力はボンド間の間隔および
ループの寸法の関数であろう。同様に引張り速度が得ら
れた破壊力の値に影響するだろう。
【００３１】以下の実施例は本発明を説明するが限定す
るものではない。
【００３２】ガラスの作製 かかるガラスフリットの作製法はよく知られており、そ
して、例えば、ガラスの構成成分を共に溶融して構成成
分の酸化物の形にし、そしてその溶融した組成物を水中
に注いでフリットを形成する工程からなっている。バッ
チ成分は、もちろん、フリット製造の一般的な条件で求
められる酸化物をもたらすものであればいかなる化合物
でもよい。例えば、ホウ素酸化物は硼酸から得られ、シ
リコン酸化物はフリントから得られ、バリウム酸化物は
炭酸バリウムから得られる、等である。ガラスは好まし
くは水の入ったボールミル中で碾かれてフリットの粒子
寸法が減少されそして実質的に一様な寸法のフリットが
得られる。ガラスは適切な成分を適切な割合で混合し混
合物を加熱して融液を作るという便宜的なガラス製造技
術によって作製される。当業者によく知られているよう
に、加熱は最高温度まで加熱し融液が完全に液体になり
かつ均質になるのに充分な時間保持するように行われ
る。本方法では成分はプラスチックボールの入ったポリ
エチレンジャー中で振盪することによって予混合されつ
いで白金坩堝中で適切な温度で溶融される。融液は最高
温度１１００〜１４００℃で１〜１. ５時間の間加熱さ
れる。それから融液は冷水中に注がれる。急冷中の水の
最高温度は水の融液に対する体積比を増加することによ
ってできるだけ低く保たれる。水から分離した後の粗製
フリットは空気中の乾燥によってまたはメタノールでの
洗浄によって水を除去することによって残留水がなくな
る。粗製フリットはアルミナ容器中でアルミナボールを
使用して３〜１５時間ボールミルされる。材料に拾われ
たアルミナは、もしそれがあったとしても、Ｘ線回折に
よって測定される観察限界以下である。粉砕されたフリ
ットのスラリーをミルから取り出した後、余分の溶媒を
デカンテーションによって除去し、そしてフリット粉末
を室温で空気乾燥する。乾燥された粉末は３２５メッシ
ュの篩で篩われ大きな粒子が除かれる。フリットの主要
な二つの性質は無機の結晶性の粒子状の材料の液相焼結
を助長することおよび厚膜組成物の作製における加熱−
冷却サイクル（焼成サイクル）中の失透（devitrificat
ion ）によって非結晶性の（非晶質の）または結晶性の
材料を形成することである。失透処理は非結晶性（ガラ
ス状）材料前駆体としての同じ組成を有する単一の結晶
相またはガラス材料前駆体の組成と異なる組成を持つ多
数の結晶相のどちらか一方をもたらすことができる。
【００３３】組成物の作製 本発明の組成物の作製において、粒子状の無機の固体は
有機キャリヤと混合されそして３本ロール機のような適
当な装置で分散されて懸濁液を形成し、その結果粘度が
剪断速度４秒-1でほぼ１００〜１５０パスカル−秒の範
囲の組成物を生じる。
【００３４】以下の実施例において、配合は以下の方法
で実行される。
【００３５】ペーストの各成分から約５重量％と同等の
有機成分約５％を除いたものが容器中に秤量される。構
成成分はそれから強力に混合され均一な配合物を形成
し；ついで配合物は３本ロール機のような分散装置を通
して粒子の良好な分散が実現される。ヘグマン（Hegma
n）ゲージを使用してペースト中の分散の状態が決定さ
れる。この装置は鋼のブロック中の溝、一端において２
５μｍ（１ミル）の深さそして他端において０インチの
深さにまで上昇する溝、からできている。ブレードを使
用してペーストを溝の長さに沿って引き落とす。塊の直
径が溝の深さより大きいと溝中に掻き傷が現れる。満足
される分散は典型的には１０〜１８のフォーススクラッ
チポイント（fourth scratch point）を与える。溝の半
分がよく分散したペーストで覆われないポイントは典型
的には３と８の間である。１０μｍ以上のフォーススク
ラッチ測定は分散が良くない懸濁を示す。
【００３６】次いで有機成分からなる残りの５％が添加
されれ、樹脂の含量が調整されて完全に配合されたとき
の剪断速度４秒-1での粘度が１４０から２００Ｐａ．ｓ
の間になるようにされる。次に組成物はアルミナセラミ
ックのような基板に、一般にはスクリーン印刷処理によ
って、湿った状態の厚さ約３０〜８０マイクロメータ、
好ましくは３５〜７０マイクロメータ、最も好ましくは
４０〜５０マイクロメータに塗布される。本発明の電極
組成物は自動印刷機によっても手動印刷機によっても便
宜的な方法で基板上に印刷することができ、好ましくは
２００から３２５メッシュのスクリーンを使用する自動
スクリーンステンシル技術が採用される。次いで印刷さ
れたパターンは焼成の前に２００℃以下、約１５０℃
で、約５〜１５分乾燥される。無機バインダと細かく分
割された金属の粒子の双方を焼結するための焼成は、好
ましくは過焼結、中間温度での望まない化学反応、また
は速すぎる冷却から起こり得る基板の破壊を防ぐため
に、約３００〜６００℃での有機物質の完全燃焼、約５
〜１５分続く約７００〜１０００℃の最高温度の時間、
次に制御された冷却のサイクルを可能にする温度プロフ
ァイルを持つよく通風されたベルトコンベヤ炉で行われ
る。全体の焼成手順は、好ましくは、焼成温度に到達す
るまでの２０〜２５分、焼成温度での約１０分および冷
却の約２０〜２５分を含む約１時間に亘ることが好まし
いであろう。ある例では、３０分という短い全サイクル
時間を用いることが可能である。
【００３７】
【実施例】実施例１〜１１ ガラスが上述した方法で作製され、粉砕され、Ｘ線回折
（ＸＲＤ）、および示差熱分析（ＤＴＡ）で特性が決定
された。ＤＴＡおよび膨張測定から得られたガラス転移
温度（Ｔｇ）は３００〜５５０℃および好ましくは３５
０〜５００℃であった。本発明による１０種のガラスが
表１に示される。実施例１１はイー・アイ・デュポン・ド
ゥ・ヌムール社、ウィルミントン、ＤＥ（E.I.du Pont d
e Nemours and Co., Wilmington, DE）によって製造さ
れた商業的に入手可能な製品である。
【００３８】モル％で示した組成が商業的に入手可能な
ＣｄおよびＰｂを含まないガラス（実施例１１）と共に
表１に与えられる。全ての実験用のガラスは３０モル％
のＳｉＯ2 を含み、他の７０モル％はＢｉ2 Ｏ3 （表１
のガラス２）または遷移金属酸化物とＢｉ2 Ｏ3 との混
合物からなる。Ｂｉ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系は遷移金属酸化
物に対して非常に強力な溶媒であり、３０モル％の固定
したＳｉＯ2 濃度でこれらのガラスは遷移金属酸化物の
充分な量を溶解することができる。
【００３９】
【表１】
【００４０】以下の実施例において、全ての厚膜組成物
は上述した方法で作製された。
【００４１】実施例１２〜１５ ４種のＡｕ組成物のシリーズが、表１のガラス１および
２を用いて１ミルＡｕワイヤボンディングのためにロー
ルミル（１００ｇスケール）で作られた。組成が表２に
与えられる。
【００４２】
【表２】
【００４３】カルビトール（Carbitol）：ユニオンカー
バイドコーポレーション社（UnionCarbide Corp., Danb
ury, Conn）のジエチレングリコールエチルエステルの
登録商標 テキサノール（Ｔｅｘａｎｏｌ）：イーストマンケミカ
ルプロダクツ社（Eastman Chemicl Products, Inc., Ki
ngsport, Tenn.）のトリメチルペンタンジオール−１，
３モノイソブチレートの登録商標 ドワノール ＰＰＨ：ダウケミカル社（Dow Chemical C
o.）のエチレングリコールフェニルエーテルの登録商標 実施例１２から１５の組成物がＡｌ2 Ｏ3 、誘電体５７
０４**および誘電体ＱＭ４２**基板上に金ボンディング
パターンスクリーン３２５メッシュを使用して印刷され
た。１ミルワイヤボンディングが上述した全ての基板上
の単一の及び多重（５焼成）の焼成に対して測定され
た。引張り強度の要約されたデータが表３に示される。
【００４４】＊＊誘電体５７０４および誘電体ＱＭ４２
基板はイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール社から発
売されている商業的に入手可能な厚膜誘電体である。
【００４５】組み合わせ（金組成物／基板／焼成）あた
りのボンドの数は２０００と一定した。全組合せ（２
４）で欠けるものはなかった。２４の組み合わせのグル
ープのうち、誘電体ＱＭ４２上への実施例１５のみが１
％の金属被覆の持ち上がり（metallization lift）を示
した。残りは容認し得る破壊の状態であった。これらの
実験用の金組成物（表３）は最適化されていないけれど
良い特性を示した。
【００４６】表３には示さないが、２ミルワイヤボンデ
ィングの実験が各種の基板上の実施例１２〜１５の結合
強度について行われた。その結果は非常に矛盾するもの
であった。平均の引張り強度は基板によって強く変化
し、標準偏差は非常に高かった。全ての組成物がほとん
どの基板について５０％以上の高い比率で削られた窪み
（divots）を持った。全ての組成物が非常に高い（金属
被覆の持ち上がり）破壊の形態を持った。２ミルワイヤ
ボンディングについては全ての組合せ（２４）で貧しい
性能が見いだされた。
【００４７】
【表３】
【００４８】実施例１６〜２３ 表４は実施例１〜８のガラス１．５０％および実施例１
１のガラス０．５％からなる２％のバインダを用いてロ
ールミル（５０ｇスケール）で作られた８種の金組成物
を示す。ガラスの配合物は優れた１ミルワイヤボンディ
ング強度を持っていた。しかし、実施例１６〜２３の２
ミルＡｕワイヤボンディングは結果として貧しい特性を
生じた。
【００４９】
【表４】
【００５０】実施例２４〜３７ 実施例２４から３１の組成物がロールミル（５０ｇスケ
ール）で作られた。組成が表５に示される。全無機バイ
ンダは表１の実施例１から８のガラス１．５％と実施例
１１のコバインダ０．５％からなる２％であった。次い
で０．１ｇのＣｕＯが２０ｇのペーストに添加された。
混合物はマラー（muller）上で分散された。
【００５１】アルミナおよび５７０４誘電体上の実施例
２４から３１の２ミルＡｕワイヤボンディングデータが
表６にまとめて示される。表６はＣｄおよびＰｂのない
ガラスへのＣｕＯの添加が２ミルＡｕワイヤボンディン
グ特性に大きな改善を生じることを示している。
【００５２】使用し得るＣｕＯの範囲は実施例３２から
３７として表７に示されている。２ミルＡｕワイヤボン
ディングにおける実施例３２から３７の性能はアルミナ
および５７０４誘電体上について表８に与えられる。表
８は高いＣｕＯ濃度の試料ではボンドを形成することが
困難であり、実施例３２では２２４のボンドが実現でき
たが実施例３４では僅かに３個のボンドが実現できたの
みであることを示している。欠落（misses）の数は同様
にＣｕＯの濃度の増加と共に増加し、例えば、アルミナ
上の実施例３２については２２４のボンドのうちの６が
欠けており、アルミナ上の実施例３４については３つの
ボンドの３個が欠けている。表面の汚染を除くために実
施例３２から３７の焼成された部分を磨き上げることは
ワイヤボンディング性能を改善せず、欠落数は変化しな
かった。実施例３２から３７の特性の傾向は過剰な合金
形成（Ｃｕ／Ａｕ合金）によると考えられる。銅は金の
硬度を増加させることが知られている。増加した硬度は
高い欠落の数として現れる。
【００５３】
【表５】
【００５４】
【表６】
【００５５】
【表７】
【００５６】
【表８】
【００５７】実施例３８〜４７ 実施例３８〜４７は改善された金組成物および２ミル、
１．５および１０ミルＡｕワイヤボンディングにおける
性能評価を示す。最適化されたガラスバインダ−コバイ
ンダ、すなわち、ビスマスガラス／実施例１１の３：１
の比率、が用いられる。ガラス組成物実施例４（亜鉛ガ
ラス）、実施例６（コバルトガラス４０モル％Ｃｏ
Ｏ）、実施例５（コバルトガラス２０モル％ＣｏＯ）お
よび実施例９（鉄ガラス２０モル％Ｆｅ2 Ｏ3 ）はＣｕ
ＯおよびＣｕのような添加物と共に使用される。
【００５８】Ｃｕ，ＣｕＯおよびＡｇを伴う最適化され
た配合を示す組成物が表９にまとめて示される。実施例
３８〜４７の２ミルＡｕワイヤボンディングにおける性
能が表１０に与えられる。２％のガラスバインダを伴う
実施例３８〜４７は窪みの数が非常に少ない、それらの
ほとんどはＦｅ2 Ｏ3 ガラスを基礎とする実施例４６お
よび４７を除いて窪みがない。
【００５９】
【表９】
【００６０】
【表１０】
【００６１】表１０の実施例３８、４０および４２の比
較はＣｕＯ（実施例３８および４０）をＣｕ（実施例４
２および４３）で置き換えることの効果を示している。
双方のグループはＡｌ2 Ｏ3 および５７０４上で窪みは
ない。破壊の数はＣｕグループ（実施例４２）で少な
く、コバルトガラスを基礎にする組成物（実施例４０お
よび４３）において同様である。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば良
好なワイヤボンディングが可能となる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モル％で５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3 、１８
    〜３５％のＳｉＯ2、０．１〜４０％のＣｕＯ、０．５
    〜２５％のＺｎＯ、０．５〜４０％のＣｏＯ、０．５〜
    ４０％のＦｅ2 Ｏ3 、および０．５〜４０％のＭｎＯを
    含み、無鉛かつ無カドミウムであることを特徴とするガ
    ラス組成物。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のガラス組成物におい
    て、モル％で５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3 、２０〜３０％の
    ＳｉＯ2 、０．２〜４０％のＣｕＯ、２．５〜２５％の
    ＺｎＯ、１．７〜４０％のＣｏＯ、および１０〜４０％
    のＭｎＯを含むことを特徴とするガラス組成物。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のガラス組成物
    において、さらにモル％で（１）６５〜８５％のガラス
    形成酸化物および（２）３５〜１５％のガラス変性酸化
    物からなる第２のガラス組成物をさらに含み、前記ガラ
    ス形成酸化物は２５〜５５％のＢ2 Ｏ3 、４０〜１０％
    のＳｉＯ2 および３０〜０％のＡｌ2Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ
    3 、ＺｒＯ2 およびそれらの混合物から選ばれた他のガ
    ラス形成酸化物を含み、前記ガラス変性酸化物は実質的
    に３〜３５％のアルカリ土類金属酸化物、ただしそのほ
    ぼ１０％以下はＭｇＯである、および０〜２８％のＣｕ
    Ｏ，Ｃｕ2 Ｏ，ＰｂＯ，ＺｎＯおよびそれらの混合物か
    ら選ばれた置換酸化物、ただしそれらのいずれも１０％
    を超えず、かつそれらの全量は全ガラス変性酸化物の８
    ０％を超えない、を含み、前記第２のガラス組成物は鉛
    およびカドミウムを含まないことを特徴とするガラス組
    成物。
  4. 【請求項４】 モル％で０．５〜２％のＭｇＯ、０〜２
    ０％のＢａＯ、０〜６％のＡｌ2 Ｏ3 、０〜４５％のＢ
    2 Ｏ3 、０〜５％のＺｒＯ2 、１８〜３５％のＳｉＯ
    2 、５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3 、０〜２５％のＺｎＯ、
    ０．２〜４０％のＣｕＯ、０．１〜４０％のＣｏＯ、
    ０．５〜４０％のＦｅ2 Ｏ3 、および０〜４０％のＭｎ
    Ｏを含み、鉛およびカドミウムを含まないことを特徴と
    するガラス組成物。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のガラス組成物におい
    て、モル％で０．７〜１．５％のＭｇＯ、６〜１４％の
    ＢａＯ、１．５〜４．５％のＡｌ2 Ｏ3 、１５〜４２％
    のＢ2 Ｏ3 、１．５〜４．５％のＺｒＯ2 、２０〜３０
    ％のＳｉＯ2 、５〜７０％のＢｉ2 Ｏ3 、２．５〜２５
    ％のＺｎＯ、０．２〜４０％のＣｕＯ、１．７〜４０％
    のＣｏＯ、１．７〜４０％のＦｅ2 Ｏ3 、および１０〜
    ４０％のＭｎＯを含み、鉛およびカドミウムを含まない
    ことを特徴とするガラス組成物。
  6. 【請求項６】 請求項１、２、４または５のいずれかに
    記載されたガラス組成物の細かく分割された粒子および
    導電性の粒子を含み、全粒子が有機媒質に分散されてい
    ることを特徴とする厚膜ペースト組成物。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の厚膜ペースト組成物に
    おいて、ＣｕＯx 、ただしｘは０〜１、の式から選ばれ
    た銅酸化物をさらに含むことを特徴とする厚膜ペースト
    組成物。
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