JPH09245522A - 導電ペースト及びセラミック基板 - Google Patents

導電ペースト及びセラミック基板

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JPH09245522A
JPH09245522A JP4436796A JP4436796A JPH09245522A JP H09245522 A JPH09245522 A JP H09245522A JP 4436796 A JP4436796 A JP 4436796A JP 4436796 A JP4436796 A JP 4436796A JP H09245522 A JPH09245522 A JP H09245522A
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paste
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広次 谷
Kazuhito Oshita
一仁 大下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】構造欠陥を生じさせることのない導電ペースト
と、この導電ペーストを用いて形成された導電回路パタ
ーン、特には、バイアホールを備えてなるセラミック基
板とを提供する。 【解決手段】Cu粉末を有機ビヒクル中に分散してなる
導電ペーストであって、Cu粉末は、粒径が0.1〜5
0μmの範囲内にある球状の第1Cu粉末及び偏平状の
第2Cu粉末から構成され、かつ、ペースト全体に対す
る配合比率が50〜90wt%の範囲内とされたもので
あり、第2Cu粉末は、Cu粉末全体中の配合比率が1
0wt%以上とされたものである。また、セラミック基
板のバイアホールには、粒径が0.1〜50μmの範囲
内にある球状の第1Cu粉末及び偏平状の第2Cu粉末
から構成され、かつ、この第2Cu粉末のCu粉末全体
中における配合比率が10wt%以上となった導体金属
の焼結体が充填されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Cu粉末を含んで
なる導電ペーストと、この導電ペーストを用いて形成さ
れた導電回路パターン、特には、バイアホールを備えて
なるセラミック基板とに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、バイアホールが形成された多
層構造のセラミック基板を製造する際には、図示省略し
ているが、ドリルやパンチを用いることによってセラミ
ックグリーンシートに対する孔開け作業を実施し、か
つ、孔開けされたバイアホール内に導電ペーストを充填
したうえ、スクリーン印刷などを採用することによって
導電回路パターンとなる導電ペーストをグリーンシート
の表面上に形成することがまずもって実行される。そし
て、引き続き、複数枚のグリーンシートを互いに積層し
たうえで圧着し、かつ、所要サイズとなるよう切断した
後、焼成処理を実施してグリーンシートを焼き固めるこ
とが行われている。なお、この際の焼成処理によって
は、導電回路パターンとなる導電ペーストは勿論のこ
と、バイアホール内に充填された導電ペーストも焼結さ
せられて導体金属となり、このバイアホール内に埋設さ
れた導体金属を介して接続された導電回路パターン同士
は導通していることになる。
【0003】また、この際、導電ペーストに含まれる導
電成分としては、比抵抗が小さくてマイグレーションが
起こりにくく、しかも、安価なCu粉末を用いることが
行われており、この際におけるCu粉末としては球状を
有するものが一般的となっている。そして、これらのC
u粉末は、エチルセルロースなどの樹脂成分と、テルピ
ネオール系などのような溶剤成分とからなる有機ビヒク
ル中に分散させられることによってペースト化されてい
る。なお、ここでは、セラミック基板が多層構造を有す
るものであるとしているが、単層構造の誘電体セラミッ
ク基板やガラスセラミック基板などであっても同様であ
ることは勿論である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
基板の製造時には、グリーンシート及び導電ペーストが
同時に焼成処理されるのであるが、この際においては、
図1(a),(b)の説明図で簡略化して示すように、
バイアホール11内に埋設された導体金属12の内部に
空洞13や亀裂14が形成されたり、導体金属12がバ
イアホール11外にまで隆起したりすることが起こるほ
か、セラミック割れといわれる亀裂15がバイアホール
11の開口側周囲に沿って発生することが起こる。な
お、図1中における符号16は、セラミック基板を示し
ている。そして、これらの構造欠陥が生じていると、バ
イアホールの導通不良などが避けられず、セラミック基
板の信頼性を確保することができなくなってしまう。
【0005】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、構造欠陥を生じさせることのない
導電ペーストと、この導電ペーストを用いて形成された
導電回路パターン、特には、バイアホールを備えてなる
セラミック基板とを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1にかか
る導電ペーストは、Cu粉末を有機ビヒクル中に分散し
てなるものであって、Cu粉末は、粒径が0.1〜50
μmの範囲内にある球状の第1Cu粉末及び偏平状の第
2Cu粉末から構成され、かつ、ペースト全体に対する
配合比率が50〜90wt%の範囲内とされたものであ
り、第2Cu粉末は、Cu粉末全体中の配合比率が10
wt%以上とされたものであることを特徴としている。
【0007】そして、請求項2にかかるセラミック基板
は、導電回路パターンと接続されたバイアホールが形成
されてなるものであって、バイアホール内には、粒径が
0.1〜50μmの範囲内にある球状の第1Cu粉末及
び偏平状の第2Cu粉末から構成され、かつ、この第2
Cu粉末のCu粉末全体中における配合比率が10wt
%以上となった導体金属の焼結体が充填されている。ま
た、請求項3にかかるセラミック基板の導電回路パター
ンは、粒径が0.1〜50μmの範囲内にある球状の第
1Cu粉末及び偏平状の第2Cu粉末から構成され、か
つ、この第2Cu粉末のCu粉末全体中における配合比
率が10wt%以上となった導体金属の焼結体であるこ
とを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0009】本実施の形態にかかる導電ペーストは、C
u粉末を有機ビヒクル中に分散することによってペース
ト化され、かつ、セラミック基板のバイアホールや導電
回路パターンを形成する際に用いられるものであって、
この導電ペーストに含まれる導電成分としてのCu粉末
は、粒径が0.1〜50μmの範囲内にある球状の第1
Cu粉末と、同じく粒径が0.1〜50μmの範囲内に
ある偏平状の第2Cu粉末とから構成されている。すな
わち、従来例の導電ペーストでは球状を有する第1Cu
粉末のみが用いられていたのに対し、本実施の形態にか
かる導電ペーストでは、球状の第1Cu粉末とともに、
偏平状とされた第2Cu粉末を用いることが行われてい
る。
【0010】なお、これら第2Cu粉末の粒径は偏平状
の長辺と短辺との平均値で示されるSEM粒径を意味し
ており、このSEM粒径が0.1〜50μmの範囲内に
あることになっている。そして、この際における第1及
び第2Cu粉末それぞれの粒径を0.1〜50μmの範
囲内と規定しているのは、Cu粉末の粒径が0.1μm
未満であると、その表面が酸化されやすくなって導通抵
抗の劣化が生じやすくなる一方、粒径が50μmを越え
ていると、スクリーン印刷を採用して導電ペーストを塗
布することが困難となるためである。
【0011】さらに、これらのCu粉末、つまり第1及
び第2Cu粉末の合計量がペースト全体に対して有する
配合比率は50〜90wt%の範囲内とされており、か
つ、第2Cu粉末のCu粉末全体、つまり第1及び第2
Cu粉末の合計量中における配合比率は10wt%以上
となるように設定されている。なお、この際における有
機ビヒクルは、エチルセルロースなどのような樹脂成分
と、テルピネオール系などのような溶剤成分とからなる
ものであるが、限定されることはなく、後述するセラミ
ックスラリー作製時の有機バインダとの組み合わせに基
づいて選定されることになる。
【0012】そして、本実施の形態においては、第1及
び第2Cu粉末のそれぞれと、有機ビヒクルとを用意
し、かつ、第1及び第2Cu粉末それぞれの所要量ずつ
を有機ビヒクル中に分散したうえ、三本ロールを用いな
がら十分に混練することによって表1で示すような成分
組成とされた各種の導電ペーストを作製することが行わ
れる。なお、この表1における試料番号1〜7の導電ペ
ーストはいずれも本発明の範囲内、つまり第1Cu粉末
及び第2Cu粉末のペースト全体に対する配合比率が5
0〜90wt%の範囲内とされ、かつ、Cu粉末全体中
における第2Cu粉末の配合比率が10wt%以上とさ
れたものであるのに対し、試料番号8〜12で示される
導電ペーストはいずれも本発明の範囲外となったもので
ある。
【0013】
【表1】
【0014】すなわち、表1における試料番号8〜12
で示される導電ペーストは、試料番号1〜7で示される
導電ペーストのそれぞれに対する比較例として作製され
たものであり、試料番号8〜10の導電ペーストはCu
粉末全体中における第2Cu粉末の配合比率が10wt
%未満、また、試料番号11の導電ペーストは第1及び
第2Cu粉末のペースト全体に対する配合比率が50w
t%未満であるために本発明の範囲外となるものであ
る。なお、試料番号12で示す成分組成とされた導電ペ
ーストは、有機ビヒクルが少なすぎるためにペースト化
が不可能となっている。
【0015】一方、これらの導電ペーストを作製するの
とは別の工程において、セラミックグリーンシートを作
製することを行う。すなわち、まず、BaO−Al23
−SiO2系などのガラス複合材料をセラミック原料と
して準備したうえ、原料粉末に対してポリビニルブチラ
ールなどの有機バインダと、トルエンなどの有機溶剤と
を加えたうえで十分に混練することによってセラミック
スラリーを作製した。そして、ドクターブレード法など
を採用したうえでセラミックスラリーをシート状として
成形することによってセラミックグリーンシートを作製
した後、パンチなどを用いたうえでの孔開け作業を実施
することによってグリーンシートの所要位置ごとにバイ
アホールを形成した。
【0016】引き続き、スクリーン印刷などの手法を採
用することによって表1中に示した各種の導電ペース
ト、つまり試料番号1〜11それぞれの導電ペーストを
孔開けされたバイアホール内に充填したうえで乾燥させ
た後、スクリーン印刷などを採用することによって導電
回路パターンとなる導電ペーストをグリーンシートの表
面上に塗布することを行う。なお、ここで、導電回路パ
ターンを形成すべく塗布される導電ペーストが表1中に
示したのと同じ導電ペーストであってもよいが、従来例
通りの導電ペースト、つまり球状を有するCu粉末のみ
を含んでなる導電ペーストを用いることによって導電回
路パターンを形成することを行っても差し支えないこと
は勿論である。
【0017】その後、同一種類の導電ペーストがバイア
ホール内に充填された複数枚のグリーンシート同士を互
いに積層したうえで圧着し、かつ、所要サイズとなるよ
うにして切断した後、1000℃の温度に維持された窒
素雰囲気中での1〜2時間にわたる焼成処理を実施する
ことによって多層構造のセラミック基板を作製した。そ
こで、これらセラミック基板のバイアホール内には試料
番号1〜11それぞれの導電ペーストが焼結された導体
金属の焼結体が充填されていることになり、セラミック
基板の表面上に形成された導電回路パターン、つまりグ
リーンシートの表面上に塗布された導電ペーストが焼結
されてなる導体金属同士はバイアホール内に埋設された
導体金属を介したうえで接続されていることになる。
【0018】つぎに、以上のような手順に従って作製さ
れたセラミック基板を切断することによってバイアホー
ル部分を露出させたうえ、バイアホール内に埋設された
導体金属の焼結体、つまり表1で示した試料番号1〜1
1それぞれの導電ペーストが焼結させられてなる導体金
属の切断面を実体顕微鏡でもって観察したところ、表1
に付記して示すような観察結果が得られた。なお、ここ
では、バイアホール内に埋設された導体金属における空
洞及び亀裂の有無、隆起の有無とともに、セラミック割
れの有無を確認することを行った。
【0019】そして、表1に付記した観察結果に基づく
と、本発明の範囲内となる成分組成を有する試料番号1
〜7の導電ペーストからなる導体金属の焼結体がバイア
ホール内に埋設されたセラミック基板、つまりバイアホ
ール内には、第1及び第2Cu粉末のペースト全体に対
する配合比率が50〜90wt%の範囲内とされ、か
つ、Cu粉末全体中における第2Cu粉末の配合比率が
10wt%以上とされた導体金属の焼結体が充填されて
なるセラミック基板では、いずれにおいても空洞及び亀
裂が発生せず、隆起やセラミック割れも発生しないとい
う良好な結果が得られている。
【0020】これに対し、本発明の範囲外となる試料番
号8の導電ペーストからなる導体金属の焼結体がバイア
ホール内に充填されたセラミック基板では隆起やセラミ
ック割れが発生し、また、試料番号9〜11の導電ペー
ストからなる導体金属の焼結体がバイアホール内に充填
されたセラミック基板においては空洞や亀裂が発生する
ことになっており、本発明の範囲内となる導電ペースト
を用いた場合のような結果が得られないことも分かる。
【0021】すなわち、この観察結果によれば、第1及
び第2Cu粉末のペースト全体に対する配合比率が50
wt%未満となった導電ペーストではバイアホールに対
する充填が不十分となり、第1及び第2Cu粉末のペー
スト全体に対する配合比率が90wt%を越える導電ペ
ーストではペースト化が不可能となるばかりか、Cu粉
末全体中における第2Cu粉末の配合比率が10wt%
未満とされた導電ペーストではセラミック割れが発生す
ることも明らかとなっている。そして、本実施の形態に
かかる導電ペーストでは、偏平状となった第2Cu粉末
を添加していることに伴ってバイアホールに対する充填
性が向上するばかりか、焼成処理時における導体金属の
収縮量が増加するために隆起やセラミック割れが抑制さ
れていることも分かる。
【0022】なお、以上の説明では、第1及び第2Cu
粉末を含んでなる導電ペーストをバイアホール内に充填
することを行っているが、この導電ペーストを用いたう
えで導電回路パターンを形成してもよいことは勿論であ
り、このようにした際における導電回路パターンは、粒
径が0.1〜50μmの範囲内にある球状の第1Cu粉
末及び偏平状の第2Cu粉末から構成され、かつ、この
第2Cu粉末のCu粉末全体中における配合比率が10
wt%以上となった導体金属の焼結体からなるものとな
る。また、本実施の形態においては、セラミック基板が
多層構造を有するものであるとしているが、単層構造の
誘電体セラミック基板やガラスセラミック基板などであ
っても差し支えないことは勿論である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる導
電ペーストは、粒径が0.1〜50μmの範囲内にある
球状の第1Cu粉末及び偏平状の第2Cu粉末を含み、
かつ、第1及び第2Cu粉末のペースト全体に対する配
合比率が50〜90wt%の範囲内とされているととも
に、Cu粉末全体中における第2Cu粉末の配合比率が
10wt%以上とされていることを特徴とするものであ
り、この導電ペーストを用いることによってバイアホー
ル内に充填された導体金属の焼結体を形成した場合に
は、空洞や亀裂、または、隆起やセラミック割れなどの
ような構造欠陥が生じないことになるという優れた効果
が得られる。また、導通信頼性の向上したバイアホール
または導電回路パターンを有するセラミック基板が作製
できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】構造欠陥の種類を示す説明図である。
【符号の説明】
11 バイアホール 12 導体金属 13 空洞 14 亀裂 15 亀裂 16 セラミック基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅(Cu)粉末を有機ビヒクル中に分散し
    てなる導電ペーストであって、 Cu粉末は、粒径が0.1〜50μmの範囲内にある球
    状の第1Cu粉末及び偏平状の第2Cu粉末から構成さ
    れ、かつ、ペースト全体に対する配合比率が50〜90
    wt%の範囲内とされたものであり、 第2Cu粉末は、Cu粉末全体中の配合比率が10wt
    %以上とされたものであることを特徴とする導電ペース
    ト。
  2. 【請求項2】導電回路パターンと接続されたバイアホー
    ルが形成されてなるセラミック基板であって、 バイアホール内には、粒径が0.1〜50μmの範囲内
    にある球状の第1Cu粉末及び偏平状の第2Cu粉末か
    ら構成され、かつ、この第2Cu粉末のCu粉末全体中
    における配合比率が10wt%以上となった導体金属の
    焼結体が充填されていることを特徴とするセラミック基
    板。
  3. 【請求項3】導電回路パターンが形成されてなるセラミ
    ック基板であって、 導電回路パターンは、粒径が0.1〜50μmの範囲内
    にある球状の第1Cu粉末及び偏平状の第2Cu粉末か
    ら構成され、かつ、この第2Cu粉末のCu粉末全体中
    における配合比率が10wt%以上となった導体金属の
    焼結体からなるものであることを特徴とするセラミック
    基板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001064807A1 (fr) * 2000-02-29 2001-09-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Adhesif conducteur, appareil de montage de composant electronique, et procede de montage d'un tel composant
US9980393B2 (en) 2011-12-13 2018-05-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Pattern-forming method for forming a conductive circuit pattern

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