JPH1125754A - Manufacture of copper-metallized composition and glass-ceramic substrate - Google Patents

Manufacture of copper-metallized composition and glass-ceramic substrate

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Publication number
JPH1125754A
JPH1125754A JP17257897A JP17257897A JPH1125754A JP H1125754 A JPH1125754 A JP H1125754A JP 17257897 A JP17257897 A JP 17257897A JP 17257897 A JP17257897 A JP 17257897A JP H1125754 A JPH1125754 A JP H1125754A
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JP
Japan
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copper
glass
powder
weight
parts
Prior art date
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Pending
Application number
JP17257897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Shigeoka
俊昭 重岡
Satoshi Hamano
智 濱野
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1125754A publication Critical patent/JPH1125754A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a copper-metallized composition which is superior in adhesion to a substrate and of a glass-ceramic substrate by suppressing the occurrence of a warpage of the substrate in the case of simultaneous firing with the glass-ceramic substrate. SOLUTION: In this method, the manufacture of a glass-ceramic substrate is conducted such that copper powder and a metallized paste, which includes glass powder and a vehicle, are printed on the surface of a green sheet, including a raw-material powder composed of a glass-ceramic composition, and that the sheet is fired in a nitrogen atmosphere at a temperature of 800 to 1100 deg.C. In this case, copper powder, which has oxide films on surfaces, an oxygen content in the copper powder of 0.3 to 5.0 pts.wt. relative to 100 pts.wt. of its copper component, and whose average particle diameter is 2 to 6 μm, is used as the copper powder in the metallized paste.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスセラミック
スと同時焼成が可能な銅メタライズ組成物、およびそれ
を用いたガラスセラミック基板の製造方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper metallized composition which can be co-fired with glass ceramics, and a method for producing a glass ceramic substrate using the same.

【0002】[0002]

【従来技術】半導体素子などを搭載するための基板とし
ては、従来からアルミナなどのセラミック材料が用いら
れているが、最近に至り、アルミナに比較して誘電率が
低く、焼結温度が低い低抵抗の導体、例えばCu、A
u、Agでの配線を形成できるなどの点で優れているこ
とから、特に回路の高集積化の要求に適用することので
きる基板材料としてガラスセラミックが注目されてい
る。また、ガラスセラミック材料は、近年通信分野で使
用する基板材料として特に低抵抗の配線を形成できると
いう点から注目されており、その中でも特にCuによる
配線化が進められている。
2. Description of the Related Art A ceramic material such as alumina has conventionally been used as a substrate for mounting a semiconductor element or the like, but recently, it has a low dielectric constant and a low sintering temperature as compared with alumina. Conductor of resistance, eg Cu, A
Glass ceramics have attracted attention as a substrate material that can be applied particularly to the demand for high integration of circuits, because it is excellent in that it can form wirings of u and Ag. In recent years, glass-ceramic materials have attracted attention as a substrate material used in the field of communications, in particular, because they can form low-resistance wiring, and among them, wiring using Cu has been particularly advanced.

【0003】銅をメタライズ配線層とするガラスセラミ
ック基板の製法としては、ガラスセラミック原料と有機
バインダーからなるグリーンシートに銅粉末を含むメタ
ライズペーストをプリントして導体パターンを形成す
る。あるいは、シートに穴開けしてスルーホールを形成
し、このスルーホールに銅メタライズペーストを充填
し、さらにこのシートの所定の位置に銅メタライズペー
ストをプリントする。そして、これらのメタライズペー
ストを印刷あるいは充填したグリーンシートを複数層形
成し、これらのシートを位置合わせして加圧積層する。
その後、積層体を加熱してバインダーの除去を行い、導
体ペースト及びガラスセラミックスを同時焼成して、作
製される。
As a method of manufacturing a glass ceramic substrate using copper as a metallized wiring layer, a metallized paste containing copper powder is printed on a green sheet made of a glass ceramic raw material and an organic binder to form a conductor pattern. Alternatively, a through hole is formed by punching a sheet, a copper metallizing paste is filled in the through hole, and a copper metallizing paste is printed at a predetermined position on the sheet. Then, a plurality of green sheets formed by printing or filling these metallized pastes are formed, and these sheets are positioned and laminated under pressure.
Thereafter, the laminate is heated to remove the binder, and the conductor paste and the glass ceramic are simultaneously fired to produce the laminate.

【0004】さらに、ガラスセラミックスとの同時焼成
が可能な銅メタライズ組成物としては、特開昭63−1
74203号において、非晶質SiO2 を銅粉末に対し
て0.5〜10重量部、特開平1−201996号にお
いてはMgOを1〜2重量%の割合でそれぞれ添加した
組成物が提案されている。
[0004] Further, as a copper metallized composition which can be co-fired with glass ceramics, JP-A-63-1
No. 74203 proposes a composition in which amorphous SiO 2 is added in a proportion of 0.5 to 10 parts by weight with respect to copper powder, and JP-A-1-202096 proposes a composition in which MgO is added in a proportion of 1 to 2% by weight. I have.

【0005】また、特開平5−243700号において
は、700℃以上の温度で溶融するガラス粉末を5〜2
4体積%の割合で銅粉末と混合することが提案されてい
る。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-243700, glass powder that melts at a temperature of
It has been proposed to mix with copper powder at a rate of 4% by volume.

【0006】また、特公昭60−50755号には焼成
済のセラミック基板上に銅メタライズ組成物で導体パタ
ーンを印刷後、150〜200℃の温度で熱処理するこ
とにより銅メタライズ組成物中の銅粉末の一部を酸化せ
しめ、その後非酸化性雰囲気中にて焼き付けることによ
り、半田付け性および導電性を損なわずに、銅導体皮膜
の接着強度を高めることができると提案されている。
Japanese Patent Publication No. 60-50755 discloses a copper powder in a copper metallized composition by printing a conductor pattern with a copper metallized composition on a fired ceramic substrate and then performing a heat treatment at a temperature of 150 to 200 ° C. It has been proposed that by oxidizing a part of the film and then baking it in a non-oxidizing atmosphere, the adhesive strength of the copper conductor film can be increased without impairing solderability and conductivity.

【0007】従って、本発明は、ガラスセラミック基板
との同時焼成においても反りの発生を抑制し、且つ基板
の密着性に優れた銅メタライズ組成物を提供することを
目的とするものである。また、本発明は、高い密着性を
もって形成された銅配線層を具備し、且つ基板の反りの
発生を抑制することのできるガラスセラミック基板の製
造方法を提供することを他の目的とする。
[0007] Accordingly, an object of the present invention is to provide a copper metallized composition which suppresses the occurrence of warpage even during simultaneous firing with a glass ceramic substrate and has excellent adhesion to the substrate. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a glass ceramic substrate which includes a copper wiring layer formed with high adhesion and can suppress the occurrence of warpage of the substrate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭63−174203号、特開平1−201996号
に記載されるような、非晶質シリカ、あるいはMgO等
のセラミック粉末を含有した銅メタライズ組成物をガラ
スセラミックグリーンシート上に印刷して同時焼成した
場合、得られる銅配線層にボイドが多くなり、ガラスセ
ラミックスと、銅配線層との接着強度が低下するという
問題があった。
However, a copper metallized composition containing a ceramic powder such as amorphous silica or MgO as described in the above-mentioned JP-A-63-174203 and JP-A-1-201996. When a product is printed on a glass ceramic green sheet and fired simultaneously, there is a problem that voids increase in the obtained copper wiring layer, and the adhesive strength between the glass ceramic and the copper wiring layer is reduced.

【0009】さらに、特開平5−243700号に提案
されている銅メタライズ組成物中に700℃以上の温度
で溶融するガラス粉末を添加する方法では、焼成過程で
銅配線層表面にガラスが浮き上がり、配線層上に残存す
るため、メッキ工程でメッキ欠けが生じるという問題点
があった。
Further, in the method of adding a glass powder that melts at a temperature of 700 ° C. or more to the copper metallized composition proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-243700, the glass floats on the surface of the copper wiring layer during the firing process. Since it remains on the wiring layer, there is a problem that the plating is chipped in the plating step.

【0010】上記問題点を解決するために本発明者ら
は、特願平8−107136号に銅の焼結を遅らせる無
機物およびガラスセラミック磁器中のガラス成分の粘性
を低下させることができる金属化合物を添加する銅メタ
ライズ組成物を提案した。しかし、このような銅の焼結
を遅らせる無機物を添加する銅メタライズ組成物では、
焼成後の絶縁基板の反りやうねり等が発生するなど、実
用上十分ではなかった。
In order to solve the above problems, the present inventors have disclosed in Japanese Patent Application No. 8-107136 an inorganic substance which delays the sintering of copper and a metal compound which can reduce the viscosity of the glass component in the glass ceramic porcelain. A copper metallized composition with the addition of was proposed. However, in such a copper metallized composition that adds an inorganic substance that delays sintering of copper,
It was not practically sufficient, for example, warping or undulation of the insulating substrate after firing.

【0011】例えば、縦50mm、横、20mm,厚さ
1mmの寸法形状を有するガラスセラミックスの片面の
みに上記の銅メタライズ組成物を施した場合、基板の変
形量は0.2mmを越えるものであった。
For example, when the above-mentioned copper metallized composition is applied only to one side of a glass ceramic having dimensions of 50 mm in length, 20 mm in width, and 1 mm in thickness, the deformation of the substrate exceeds 0.2 mm. Was.

【0012】また、前記特公昭60−50755号に提
案される銅粉末の酸化方法では、ガラスセラミックグリ
ーンシートに銅メタライズ組成物を印刷し熱処理を行っ
た場合、導体パターンの厚み方向における表面近くの銅
粉末は酸化されるが、厚み方向において、内部の銅粉末
は酸化の度合いが低くなるため、厚み方向で銅粉末の酸
化の度合いに差が生じるという問題がある。また、この
方法はグリーンシートに印刷された銅メタライズ組成物
を大気雰囲気中で加熱処理して銅を酸化するため、グリ
ーンシートが脱溶剤による硬化または破れや変形すると
いった問題を生じる。
In the method of oxidizing copper powder proposed in Japanese Patent Publication No. 50755/1985, when a copper metallizing composition is printed on a glass ceramic green sheet and heat-treated, the area near the surface in the thickness direction of the conductor pattern is reduced. Although the copper powder is oxidized, there is a problem that the degree of oxidation of the copper powder in the thickness direction is lower in the thickness direction, so that the degree of oxidation of the copper powder is different in the thickness direction. In addition, this method heat-treats the copper metallized composition printed on the green sheet in an air atmosphere to oxidize the copper, so that there is a problem that the green sheet is hardened by solvent removal or is broken or deformed.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に対して検討を重ねた結果、銅粉末と、ガラス粉末とビ
ヒクルとからなる銅メタライズ組成物において、銅粉末
として、表面に所定の酸素量をもって酸化膜が施された
銅粉末を用いることにより、ガラスセラミック基板との
同時焼成が可能であり、ガラスセラミック基板と高い接
着強度を維持でき、かつ焼成後の基板の反りを低減でき
ることを見いだし、本発明に至った。
Means for Solving the Problems As a result of repeated studies on the above-mentioned problems, the present inventors have found that a copper metallized composition comprising a copper powder, a glass powder and a vehicle has a predetermined surface as copper powder. By using a copper powder coated with an oxide film with an oxygen content of 3, it is possible to fire simultaneously with a glass ceramic substrate, maintain a high adhesive strength with the glass ceramic substrate, and reduce the warpage of the fired substrate. And have led to the present invention.

【0014】即ち、本発明の銅メタライズ組成物は、銅
粉末、ガラス粉末およびビヒクルからなる銅メタライズ
組成物であって、前記銅粉末の表面に酸化膜を有すると
ともに、該銅粉末中の酸素含有量が銅成分100重量部
に対して0.3〜5.0重量部であり、且つ平均粒径が
2〜6μmであることを特徴とするものであり、特に、
前記酸化膜が、酸化処理により形成されたものであるこ
とを特徴とする。
That is, the copper metallized composition of the present invention is a copper metallized composition comprising a copper powder, a glass powder and a vehicle, having an oxide film on the surface of the copper powder and containing The amount is 0.3 to 5.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copper component, and the average particle size is 2 to 6 μm.
The oxide film is formed by an oxidation process.

【0015】また、本発明のガラスセラミック基板の製
造方法は、ガラスセラミック組成物からなる原料粉末を
含むグリーンシートの表面に、銅粉末とガラス粉末とビ
ヒクルとからなり、前記銅粉末の表面に酸化膜を有する
とともに、前記銅粉末中の酸素含有量が銅成分100重
量部に対して0.3〜5.0重量部であり、且つ平均粒
径が2〜6μmのメタライズペーストを印刷し、窒素雰
囲気中、800〜1100℃の温度で焼成することを特
徴とするものである。
Further, in the method of manufacturing a glass ceramic substrate according to the present invention, the surface of a green sheet containing a raw material powder made of a glass ceramic composition is formed of a copper powder, a glass powder and a vehicle, and the surface of the copper powder is oxidized. A metallized paste having a film and having an oxygen content of 0.3 to 5.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copper component and an average particle size of 2 to 6 μm based on 100 parts by weight of the copper powder, It is characterized by firing at a temperature of 800 to 1100 ° C. in an atmosphere.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の銅メタライズ組成物は、
銅粉末、ガラス粉末およびビヒクルからなるものであ
り、前記銅粉末の表面に酸化膜を有する。この酸化膜
は、銅粉末を100〜300℃の酸化性雰囲気中で熱処
理したり、酸処理により表面を酸化処理することにより
形成されたものである。前記銅粉末の酸化膜は、銅成分
量を100重量部とした場合、酸素含有量で0.3〜
5.0重量部となる量で形成されている。一般に、銅粉
末は、酸素との反応性が高いことから、粉末表面には不
可避的に酸化膜が形成されているが、その量は、せいぜ
い0.2重量部程度であり、本発明によれば、この酸化
膜を酸化処理により前記含有量まで増加させたことが特
徴である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The copper metallized composition of the present invention comprises:
It comprises a copper powder, a glass powder and a vehicle, and has an oxide film on the surface of the copper powder. This oxide film is formed by heat-treating the copper powder in an oxidizing atmosphere at 100 to 300 ° C., or by oxidizing the surface by acid treatment. The oxide film of the copper powder has an oxygen content of 0.3 to 0.3 when the copper component amount is 100 parts by weight.
It is formed in an amount of 5.0 parts by weight. Generally, since copper powder has high reactivity with oxygen, an oxide film is unavoidably formed on the surface of the powder, but the amount is at most about 0.2 parts by weight. For example, the feature is that the content of this oxide film is increased to the above content by an oxidation treatment.

【0017】通常、ガラスセラミック基板、およびそれ
と同時焼成される銅メタライズ組成物の焼成温度は80
0〜1100℃程度であるが、焼成時の焼成収縮開始温
度は、ガラスセラミック基板よりも銅メタライズ組成物
の方が200℃程度低いために、収縮開始のずれにより
銅メタライズとガラスセラミック基板間に応力が発生
し、その結果、基板に反りや変形が生じてしまう。
Usually, the firing temperature of the glass ceramic substrate and the copper metallized composition co-fired therewith is 80.
Although it is about 0 to 1100 ° C., the firing shrinkage starting temperature during firing is about 200 ° C. lower for the copper metallized composition than for the glass ceramic substrate. Stress is generated, and as a result, the substrate is warped or deformed.

【0018】これに対して、本発明によれば、銅メタラ
イズ組成物中の銅粉末表面に上記範囲で酸化膜を形成す
ることにより、銅メタライズの収縮開始温度をガラスセ
ラミック基板の収縮開始温度に近づけることができ、そ
の結果、焼成後において、焼成収縮開始温度の差による
基板の反りや変形を抑制することができる。
On the other hand, according to the present invention, by forming an oxide film in the above range on the surface of the copper powder in the copper metallized composition, the shrinkage starting temperature of the copper metallized is reduced to the shrinkage starting temperature of the glass ceramic substrate. As a result, after firing, warping or deformation of the substrate due to a difference in firing shrinkage start temperature can be suppressed.

【0019】この理由について説明すると、銅メタライ
ズ組成物中の銅粉末の焼結は銅粒子同士の接点より焼結
が開始し進行するが、酸化銅粉末を、ガラスセラミック
基板との同時焼成雰囲気、例えば窒素/水素混合ガスな
どの還元雰囲気中で焼成すると、酸化銅は還元されて銅
になると同時に、体積収縮が生じる。
The reason for this is as follows. The sintering of copper powder in the copper metallized composition proceeds from the contact point between the copper particles and proceeds. For example, when fired in a reducing atmosphere such as a nitrogen / hydrogen mixed gas, copper oxide is reduced to copper, and at the same time, volume shrinkage occurs.

【0020】従って、銅メタライズ組成物中の銅粉末表
面に酸化膜、即ち、酸化銅からなる膜が形成されている
と、上記の還元雰囲気下では、銅粉末の酸化膜が還元さ
れて、酸化膜部分の体積が収縮する結果、隣り合った銅
粉末との接点が離れることになり、一時的に焼結が進行
しない状態となる。この結果、酸化膜を有する銅粉末を
含有する銅メタライズ組成物は、酸化膜を有しない銅粉
末を含有する銅メタライズ組成物よりも焼成収縮開始温
度を遅らせることができるのである。
Therefore, if an oxide film, that is, a film made of copper oxide, is formed on the surface of the copper powder in the copper metallized composition, the oxide film of the copper powder is reduced and oxidized under the above-mentioned reducing atmosphere. As a result of the contraction of the volume of the film portion, the contact points with the adjacent copper powder are separated, and the sintering does not proceed temporarily. As a result, the copper metallized composition containing copper powder having an oxide film can delay the firing shrinkage onset temperature more than the copper metallized composition containing copper powder without an oxide film.

【0021】なお、表面酸化処理した銅粉末は銅メタラ
イズ組成物に含有させる銅粉末の一部として添加するこ
とでも同様の効果が得られることはもちろんである。
The same effect can be obtained by adding the surface-oxidized copper powder as a part of the copper powder contained in the copper metallized composition.

【0022】従って、銅粉末における酸素含有量を上記
の範囲に限定したのは、酸素含有量が0.3重量部未満
では、焼成収縮開始温度を遅らせる効果が不十分となる
結果、基板の反りや変形を抑えることができず、5.0
重量部を越えると、焼成後の銅配線層にボイドが多くな
り、ガラスセラミック基板と、銅配線層との接着強度が
低下するとともに基板の反りも大きくなり、さらに半田
濡れ性も低下するためである。前記酸素含有量は、銅成
分100重量部に対して0.5〜3.0重量部が特に望
ましい。
Accordingly, the reason why the oxygen content in the copper powder is limited to the above range is that if the oxygen content is less than 0.3 parts by weight, the effect of delaying the firing shrinkage starting temperature is insufficient, and the warpage of the substrate is reduced. And deformation cannot be reduced to 5.0
When the amount exceeds the weight part, voids increase in the copper wiring layer after firing, the adhesive strength between the glass ceramic substrate and the copper wiring layer decreases, the warpage of the substrate increases, and the solder wettability also decreases. is there. The oxygen content is particularly preferably 0.5 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the copper component.

【0023】また、銅メタライズ組成物中の銅粉末は、
平均粒径が2〜6μm、好ましくは平均粒径が2〜5μ
mの球状粉を用いる。なお、BET比表面積では、0.
5〜5.0m2 /g、特に0.7〜4.0m2 /gであ
ることが望ましい。これは、平均粒径が2μmよりも小
さいと、反りを抑える効果が十分でなく、6μmよりも
大きいと、銅配線層にボイドが多くなるためである。特
に、平均粒径は3〜5μmが望ましい。
The copper powder in the copper metallized composition is
Average particle size is 2 to 6 μm, preferably average particle size is 2 to 5 μm
m spherical powder is used. In addition, in BET specific surface area, it is 0.1.
It is preferably from 5 to 5.0 m 2 / g, particularly preferably from 0.7 to 4.0 m 2 / g. This is because if the average particle size is smaller than 2 μm, the effect of suppressing warpage is not sufficient, and if the average particle size is larger than 6 μm, voids increase in the copper wiring layer. In particular, the average particle size is desirably 3 to 5 μm.

【0024】また、銅メタライズ組成物中のガラス粉末
としては、ガラスの溶融温度が600〜900℃の特性
を有するものが望ましく、例えば、ホウケイ酸亜鉛系ガ
ラス、ホウケイ酸鉛系ガラスの他、SiO2 −Al2
3 −BaO−CaO−B2 3 系ガラスなどが使用され
る。このガラス粉末は、銅粉末100重量部に対して、
0.1〜5.0重量部の割合で配合されるのが適当であ
る。この場合、本発明では、酸化膜を有する銅粉末の使
用により、粉末間に粒度の間隙が形成されるため、ガラ
スの溶融温度が高い場合においてもガラスの浮き上がり
を防止することができる。
As the glass powder in the copper metallized composition, those having a glass melting temperature of 600 to 900 ° C. are desirable. For example, in addition to zinc borosilicate glass and lead borosilicate glass, 2- Al 2 O
Such as 3 -BaO-CaO-B 2 O 3 based glass is used. This glass powder is based on 100 parts by weight of copper powder.
It is appropriate to mix in a ratio of 0.1 to 5.0 parts by weight. In this case, in the present invention, the use of the copper powder having the oxide film forms gaps in the particle size between the powders, so that the floating of the glass can be prevented even when the melting temperature of the glass is high.

【0025】さらに、ビヒクルとして含まれるバインダ
ーとしては、窒素雰囲気中での熱分解性に優れたメタク
リル酸樹脂、具体的には、ポリメタクリル酸イソブチ
ル、ポリメタクリル酸ノルマルブチル等を用いるのが望
ましく、前記ビヒクル中の溶剤としては、ブチルカルビ
トールアセテート、ジブチルフタレート、αテルピネオ
ール等が好適であり、バインダーは、前記銅粉末100
重量部に対して2〜6重量部が適当であり、溶媒は、1
0〜50重量部が適当である。
Further, as a binder contained as a vehicle, it is desirable to use a methacrylic acid resin having excellent thermal decomposability in a nitrogen atmosphere, specifically, polybutyl isomethacrylate, polybutyl n-butyl methacrylate, and the like. As the solvent in the vehicle, butyl carbitol acetate, dibutyl phthalate, α-terpineol and the like are suitable, and the binder is the copper powder 100.
The appropriate amount is 2 to 6 parts by weight with respect to parts by weight.
0 to 50 parts by weight is suitable.

【0026】また、本発明によれば、銅メタライズ組成
物中において、焼成収縮開始温度を調製するために、ア
ルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニアなどのフィラー
成分を銅粉末100重量部に対して、0.5重量部以
下、特に0.05〜0.3重量部の割合で添加すること
も可能である。フィラー量が0.5重量部を越えると、
ボイドが発生しやすくなる。
According to the present invention, a filler component such as alumina, silica, mullite or zirconia is added to a copper metallized composition in an amount of 0 to 100 parts by weight of copper powder in order to adjust the firing shrinkage initiation temperature. It is also possible to add at a ratio of not more than 0.5 part by weight, particularly 0.05 to 0.3 part by weight. When the filler amount exceeds 0.5 parts by weight,
Voids are likely to occur.

【0027】次に、ガラスセラミック基板を構成する組
成物は、ガラス成分とセラミックフィラー成分からな
り、ガラス成分としては周知のガラスを用いることがで
きるが、特に焼成時に結晶化する結晶性ガラスが望まし
く、該結晶性ガラスからの結晶相の析出により基板強度
を向上でき、この結果、銅配線層の接着強度も向上させ
ることができる。
Next, the composition constituting the glass-ceramic substrate is composed of a glass component and a ceramic filler component, and a known glass can be used as the glass component. In particular, a crystalline glass that crystallizes during firing is desirable. The strength of the substrate can be improved by the precipitation of a crystal phase from the crystalline glass, and as a result, the adhesive strength of the copper wiring layer can also be improved.

【0028】セラミックフィラー成分としては、ジルコ
ン酸カルシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロ
ンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ、ムライト、フ
ォルステライト、ジルコニア、スピネル等を用いること
ができる。
As the ceramic filler component, calcium zirconate, calcium titanate, strontium titanate, barium titanate, alumina, mullite, forsterite, zirconia, spinel and the like can be used.

【0029】また、ガラス成分としては、ホウケイ酸亜
鉛系ガラス、ホウケイ酸鉛系ガラスをはじめ、公知のガ
ラスが使用できるが、特に、SiO2 、Al2 3 、ア
ルカリ土類金属酸化物およびB2 3 を含有するガラス
が、800〜1100℃での窒素雰囲気中での銅との同
時焼成性の点で望ましい。前記ガラス成分とフィラー成
分とは、体積比で30:70〜70:30が望ましい。
As the glass component, known glasses such as zinc borosilicate glass and lead borosilicate glass can be used. In particular, SiO 2 , Al 2 O 3 , alkaline earth metal oxide and B Glass containing 2 O 3 is desirable in view of cofiring with copper in a nitrogen atmosphere at 800 to 1100 ° C. The glass component and the filler component preferably have a volume ratio of 30:70 to 70:30.

【0030】次に、ガラスセラミック基板の製造方法に
ついて説明すると、まず、前記ガラス成分とフィラー成
分とからなる原料粉末に窒素雰囲気下での熱分解性に優
れたメタクル酸イソブチル等のアクリル系樹脂の有機バ
インダーを、固形分で前記原料粉末に対して8〜20重
量部と、フタル酸エステル等の可塑剤及びトルエン等の
溶媒を添加して調製したスラリーを、ドクターブレード
法、圧延法、押し出し成形法などの周知のシート成形法
によりグリーンシートを成形する。
Next, a method of manufacturing a glass ceramic substrate will be described. First, an acrylic resin such as isobutyl methacrylate having excellent thermal decomposability under a nitrogen atmosphere is added to a raw material powder comprising the glass component and a filler component. A slurry prepared by adding an organic binder to the raw material powder in a solid content of 8 to 20 parts by weight, a plasticizer such as a phthalate ester, and a solvent such as toluene, is subjected to a doctor blade method, a rolling method, and extrusion molding. The green sheet is formed by a well-known sheet forming method such as a method.

【0031】得られたグリーンシート表面の所定位置に
前述した銅粉末、ガラス粉末およびビヒクルとを含有す
る銅メタライズ組成物からなるペーストをスクリーン印
刷法やグラビア印刷法により回路パターン状に印刷す
る。あるいは、グリーンシートの所定箇所にスルーホー
ルを形成し、そのホール内に上記ペーストを充填した
後、さらにシート表面に回路パターンを印刷する。そし
て、このようにして複数のペーストを充填または印刷し
たグリーンシートを作製し、それらを位置合わせして複
数枚加圧積層する。
A paste made of the copper metallized composition containing the above-described copper powder, glass powder and vehicle is printed in a circuit pattern at a predetermined position on the surface of the obtained green sheet by a screen printing method or a gravure printing method. Alternatively, a through hole is formed at a predetermined position of the green sheet, and the hole is filled with the paste, and then a circuit pattern is printed on the sheet surface. Then, green sheets filled or printed with a plurality of pastes are prepared as described above, and a plurality of the green sheets are aligned under pressure and laminated.

【0032】その後、前記積層体を、例えば300〜5
00℃の水蒸気を含んだ窒素雰囲気中で熱処理してグリ
ーンシート及び銅ペースト中のバインダーや可塑剤、溶
媒を熱分解除去し、ついで温度を700〜800℃に上
げてグリーンシート及び銅ペースト中の残留炭素を除去
する。
Thereafter, the above-mentioned laminated body is, for example, 300 to 5
The binder, plasticizer, and solvent in the green sheet and the copper paste are thermally decomposed and removed by heat treatment in a nitrogen atmosphere containing steam at 00 ° C. Then, the temperature is increased to 700 to 800 ° C. to remove the green sheet and the copper paste. Remove residual carbon.

【0033】この時、処理温度が700℃より低いと残
留する炭素を効率よく除去できず、焼成後のガラスセラ
ミック基板中に炭素が残留し、800℃より高いと焼成
収縮によるガラスセラミック基板の緻密化が急激に進行
し、基板内部に未分解の炭素が残留し、いずれも基板の
色調不良や絶縁不良が発生する。
At this time, if the processing temperature is lower than 700 ° C., the remaining carbon cannot be removed efficiently, and carbon remains in the fired glass ceramic substrate. If the processing temperature is higher than 800 ° C., the densification of the glass ceramic substrate due to shrinkage of firing occurs. The decomposition proceeds rapidly, and undecomposed carbon remains inside the substrate, resulting in poor color tone and poor insulation of the substrate.

【0034】その後、乾燥窒素雰囲気中、800〜11
00℃、より望ましくは900〜1050℃の温度でガ
ラスセラミック基板と銅メタライズ組成物とを同時焼成
することにより、本発明の銅配線層を有するガラスセラ
ミック基板を形成することができる。
Thereafter, 800 to 11 in a dry nitrogen atmosphere.
The glass ceramic substrate having the copper wiring layer of the present invention can be formed by simultaneously firing the glass ceramic substrate and the copper metallized composition at a temperature of 00C, more preferably 900 to 1050C.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の銅メタライズ組成物及びそれ
を用いたガラスセラミック基板について、実施例に基づ
き具体的に詳述する。 結晶性ガラス粉末として、 SiO2 :44重量部、Al2 3 :28重量部、M
gO:11重量部、ZnO:8重量部、B2 3 :9重
量部 SiO2 :53重量部、Al2 3 :15重量部、M
gO:1重量部CaO:22重量部、B2 3 :9重量
部 SiO2 :45重量部、Al2 3 :18重量部、M
gO:13重量部BaO:2重量部、B2 3 :20重
量部、Na2 O:2重量部 の3種のうちのいずれかの結晶性ガラス粉末:60重量
部と、セラミックフィラーとして、(a)ジルコン酸カ
ルシウム:20重量部、チタン酸ストロンチウム:16
重量部、アルミナ:4重量部、(b)アルミナ40重量
部のいずれの組み合わせからなるガラスセラミック原料
粉末100重量部に対して、有機バインダーとしてメタ
クリル酸イソブチル樹脂を固形分で14重量部、可塑剤
としてフタル酸ジブチルを7重量部添加し、トルエンを
溶媒としてボールミルにより40時間混合しスラリーを
調製した。そして、得られたスラリーをドクターブレー
ド法により厚さ0.3mmのグリーンシートに成形し
た。
EXAMPLES Hereinafter, the copper metallized composition of the present invention and a glass ceramic substrate using the same will be described in detail with reference to examples. As crystalline glass powder, SiO 2 : 44 parts by weight, Al 2 O 3 : 28 parts by weight, M
gO: 11 parts by weight, ZnO: 8 parts by weight, B 2 O 3: 9 parts by weight SiO 2: 53 parts by weight, Al 2 O 3: 15 parts by weight, M
gO: 1 part by weight CaO: 22 parts by weight, B 2 O 3: 9 parts by weight SiO 2: 45 parts by weight, Al 2 O 3: 18 parts by weight, M
gO: 13 parts by weight BaO: 2 parts by weight, B 2 O 3: 20 parts by weight, Na 2 O: one of the three types of 2 parts by weight crystallizable glass powder: 60 parts by weight, as a ceramic filler, (A) Calcium zirconate: 20 parts by weight, strontium titanate: 16
Parts by weight, 4 parts by weight of alumina, and 40 parts by weight of (b) alumina, and 100 parts by weight of a glass ceramic raw material powder, 14 parts by weight of an isobutyl methacrylate resin as an organic binder as a solid content, and a plasticizer And 7 parts by weight of dibutyl phthalate were added, and the mixture was mixed by a ball mill using toluene as a solvent for 40 hours to prepare a slurry. Then, the obtained slurry was formed into a green sheet having a thickness of 0.3 mm by a doctor blade method.

【0036】次に、市販の銅粉末を150℃の大気中で
1〜12時間処理して作製した表1に示す種々の酸素含
有量を有し、平均粒径が1〜8μmの銅粉末100重量
部に対して、SiO2 57%、Al2 3 17%、Ba
O8%、CaO8%、MgO6%、B2 3 4%からな
るガラス粉末(ガラス溶融温度780℃)2重量部、ア
ルミナ0.05重量部、及びビヒクルとして、ポリメタ
クリル酸イソブチルからなるバインダーを4重量部と、
ブチルカルビトールアセテート及びジブチルフタレート
の混合溶液(重量比で50:50)からなる溶剤を20
重量部の割合で加え導体ペーストを作製する。
Next, copper powder having various oxygen contents shown in Table 1 and having an average particle size of 1 to 8 μm was prepared by treating a commercially available copper powder in the air at 150 ° C. for 1 to 12 hours. SiO 2 57%, Al 2 O 3 17%, Ba
2 parts by weight of glass powder (glass melting temperature: 780 ° C.) composed of 8% of O, 8% of CaO, 6% of MgO, and 4% of B 2 O 3 , 0.05 part by weight of alumina, and a binder composed of isobutyl polybutyl methacrylate as a vehicle. Parts by weight,
Solvent consisting of a mixed solution (50:50 by weight) of butyl carbitol acetate and dibutyl phthalate
A conductor paste is prepared by adding in parts by weight.

【0037】なお、銅粉末中の酸素含有量は、酸化銅粉
末を水素で還元し、生じた水の重量から求めて測定し
た。
The oxygen content in the copper powder was measured by reducing the copper oxide powder with hydrogen and obtaining the weight of the generated water.

【0038】そして、前記グリーンシート上に前記銅ペ
ーストを印刷したものを最上層として加圧積層した成形
体を作製した。その後、成形体中の有機成分(バインダ
ー、可塑剤等)を分解除去するために水蒸気を含んだ窒
素雰囲気中で750℃×1hの熱処理を行い成形体中の
残留炭素量を200ppm以下に低減した後、900℃
×1hの焼成を行い銅配線のガラスセラミック基板を得
た。
Then, a molded product was produced by pressing and laminating the green sheet on which the copper paste was printed as the uppermost layer. Thereafter, in order to decompose and remove organic components (binders, plasticizers, etc.) in the molded body, a heat treatment at 750 ° C. × 1 h was performed in a nitrogen atmosphere containing steam to reduce the amount of residual carbon in the molded body to 200 ppm or less. After, 900 ℃
By firing for × 1 h, a glass ceramic substrate of copper wiring was obtained.

【0039】作製したガラスセラミック基板に対して、
焼成後の相対反り、接着強度および半田濡れ性について
以下の方法で評価した。反りの測定方法は、焼成後の形
状が20mm×50mmとなる導体パターンをグリーン
シートに印刷後、このグリーンシートを最上層として何
ら導体パターンを印刷していないグリーンシート3層と
積層圧着した後、前述した条件で焼成して厚み1mmの
ガラスセラミック基板を作製し、作製した基板を凹面を
上側にして平坦箇所に載置し基板の両端の浮き上がりの
最大値(mm)を表1に示した。
With respect to the produced glass ceramic substrate,
The relative warpage, adhesion strength and solder wettability after firing were evaluated by the following methods. The method for measuring the warpage is to print a conductor pattern having a shape after firing of 20 mm x 50 mm on a green sheet, and then laminate and press-bond this green sheet as the uppermost layer with three green sheets on which no conductor pattern is printed, A glass ceramic substrate having a thickness of 1 mm was prepared by firing under the above-described conditions, and the prepared substrate was placed on a flat place with the concave surface facing upward. The maximum value (mm) of the lift at both ends of the substrate was shown in Table 1.

【0040】銅メタライズの接着強度の測定方法として
は、焼成後の形状が2mm×2mm(2mm□)となる
導体パターンを作製し、これを最上層として、さらに導
体パターンを形成していないグリーンシート3枚を積層
圧着し、上記と同様にして焼成を行った後、3μmの厚
みでNi−Auメッキを施し、その後2mm□のパター
ンにSnメッキしたCu線(直径0.8mm)からなる
リードを銅メタライズ表面と平行に半田で接合し、その
後、銅メタライズ表面に対して垂直方向にリード線を曲
げ、10mm/minの条件でピールテストを行った。
As a method for measuring the adhesive strength of copper metallization, a conductor pattern having a shape after firing of 2 mm × 2 mm (2 mm square) is prepared, and this is used as the uppermost layer, and a green sheet without a conductor pattern is formed. The three sheets were laminated and pressed, baked in the same manner as described above, Ni-Au plating was applied to a thickness of 3 μm, and then a lead made of a Cu wire (0.8 mm in diameter) Sn-plated in a 2 mm square pattern was used. The solder was bonded in parallel with the copper metallized surface, and then the lead wire was bent in a direction perpendicular to the copper metallized surface, and a peel test was performed under the conditions of 10 mm / min.

【0041】半田濡れ性に関しては、銅メタライズの接
着強度測定用試料においてメッキ後(Niメッキ:2.
5μm、Auメッキ:0.1μm)の半田濡れ部の目視
により、部分的に半田が被着されていない箇所があるも
のを不良、全体にわたり半田が被着されているものを良
として表1に示した。
Regarding the solder wettability, the plating (Ni plating: 2.
Visual observation of the solder wetted portion (5 μm, Au plating: 0.1 μm) indicates that a part where the solder is not partially applied is defective, and a part where the solder is entirely applied is good. Indicated.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】表1より明らかなように、銅メタライズ組
成物に含有される銅粉末の酸素量が0.3重量部未満の
試料番号1では接着強度、半田濡れ性とも良好であるも
のの、相対反りが大きい。さらに、銅メタライズ組成物
に含有される銅粉末の酸素量が5.0重量部を越える試
料番号9では接着強度、半田濡れ性が悪く、相対反りも
大きい。
As is clear from Table 1, in Sample No. 1 in which the oxygen content of the copper powder contained in the copper metallized composition was less than 0.3 part by weight, the adhesive strength and the solder wettability were good, but the relative warpage was high. Is big. Further, Sample No. 9 in which the amount of oxygen in the copper powder contained in the copper metallized composition exceeds 5.0 parts by weight has poor adhesion strength, poor solder wettability, and large relative warpage.

【0044】また、銅粉末の粒径が2μm未満の試料番
号10では相対反りは小さく、半田濡れ性も良好なもの
の、接合強度が低く焼成後配線層に部分的に剥離を生
じ、リードをうまく接合できなかったため、接合強度を
測定することができなかった。
In sample No. 10 in which the particle size of the copper powder was less than 2 μm, the relative warpage was small and the solder wettability was good, but the bonding strength was low and the wiring layer was partially peeled off after firing, so that the lead was successfully formed. Since joining was not possible, the joining strength could not be measured.

【0045】さらに、銅粉末の粒径が6μmを越える試
料番号14では相対反りは小さいものの、半田濡れ性が
悪く、接合強度も低い。
Further, in Sample No. 14 in which the particle size of the copper powder exceeds 6 μm, although the relative warpage is small, the solder wettability is poor and the bonding strength is low.

【0046】これらの比較例に対して、本発明の試料
は、いずれも相対反りが0.2mm以下、基板との接着
強度が3.0kg/2mm□以上であり、また、半田濡
れ性においても良好な結果を得た。特に、酸素含有量が
0.5〜3重量%、平均粒径が2〜5μmの銅粉末を使
用すると、相対反りが0.16mm以下、接着強度が
5.0kg/2mm□以上の優れた特性を示した。
In contrast to these comparative examples, all of the samples of the present invention have a relative warpage of 0.2 mm or less, an adhesive strength to the substrate of 3.0 kg / 2 mm □ or more, and a solder wettability. Good results were obtained. In particular, when a copper powder having an oxygen content of 0.5 to 3% by weight and an average particle diameter of 2 to 5 μm is used, excellent properties such as a relative warpage of 0.16 mm or less and an adhesive strength of 5.0 kg / 2 mm or more are obtained. showed that.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、ガラスセラミック基板と同時焼成する銅メタライズ
組成物において、銅粉末表面に所定量の酸化膜を形成す
ることにより、銅メタライズの収縮開始温度をガラスセ
ラミック基板の収縮開始温度に近づけることができ、銅
メタライズの基板に対する接着強度を高めると同時に、
銅配線層を有するガラスセラミック基板の反りを小さく
抑えることができる。
As described in detail above, according to the present invention, in a copper metallized composition co-fired with a glass ceramic substrate, a predetermined amount of an oxide film is formed on the surface of copper powder to thereby reduce the copper metallization. The shrinkage start temperature can be made close to the shrinkage start temperature of the glass ceramic substrate, and at the same time as increasing the bonding strength of the copper metallized substrate,
Warpage of a glass ceramic substrate having a copper wiring layer can be suppressed to a small value.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】銅粉末と、ガラス粉末およびビヒクルとを
含む銅メタライズ組成物であって、前記銅粉末の表面に
酸化膜を有するとともに、該銅粉末中の酸素含有量が銅
成分100重量部に対して0.3〜5.0重量部であ
り、且つ平均粒径が2〜6μmであることを特徴とする
銅メタライズ組成物。
1. A copper metallized composition comprising a copper powder, a glass powder and a vehicle, wherein the copper powder has an oxide film on its surface, and has an oxygen content of 100 parts by weight of a copper component. 0.3 to 5.0 parts by weight, and an average particle size of 2 to 6 μm.
【請求項2】前記酸化膜が、酸化処理により形成された
ものである請求項1記載の銅メタライズ組成物。
2. The copper metallized composition according to claim 1, wherein said oxide film is formed by an oxidation treatment.
【請求項3】ガラスセラミック組成物からなる原料粉末
を含むグリーンシートの表面に、銅粉末と、ガラス粉末
およびビヒクルを含むメタライズペーストを印刷し、窒
素雰囲気中、800〜1100℃の温度で焼成するガラ
スセラミック基板の製造方法において、前記メタライズ
ペースト中の前記銅粉末が、表面に酸化膜を有するとと
もに、該銅粉末中の酸素含有量が銅成分100重量部に
対して0.3〜5.0重量部であり、且つ平均粒径が2
〜6μmであることを特徴とするガラスセラミック基板
の製造方法。
3. A metallized paste containing a copper powder, a glass powder and a vehicle is printed on the surface of a green sheet containing a raw material powder made of a glass ceramic composition, and fired at a temperature of 800 to 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere. In the method for manufacturing a glass ceramic substrate, the copper powder in the metallized paste has an oxide film on a surface, and the oxygen content in the copper powder is 0.3 to 5.0 with respect to 100 parts by weight of a copper component. Parts by weight and having an average particle size of 2
A method of manufacturing a glass ceramic substrate, wherein
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