JPS5823756B2 - 厚膜導電体用ペ−スト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高密度厚膜導電回路の形成に好適な厚膜導電体
用ペーストに関する。

セラミック、ガラス等を基板とする混成集積回路におい
て、導電回路を形成するだめの材料として、貴金属粉末
と無機質結合材とを有機質ビヒクルに均一に分散混練し
た厚膜導電体用ペーストが用いられている。

このペーストをスクリーン印刷で基板上に塗布後焼成す
ると、貴金属粉末は焼結し、且つ結合材を介して基板に
固着される。

近年、半導体集積回路の集積度向上は目ざましいものが
あり、混成集積回路においても高集積化を限定寸法内で
達成するため高密度化する傾向にある。

このため厚膜導電回路の線幅を一層細線化する必要性が
生じている。

導電成分として金粉を含有する金ペーストは、高価格で
あるが導電性、耐食性が極めて優れていることから、特
に信頼性を要する場合に用いられている。

金ペースト中に含有する無機質結合材はガラス粉末が一
般的であるが、ガラス粉末の代りに酸化鋼、酸化ビスマ
スを用いたもの、これらをガラス粉末と併用したものな
どが知られており、これら結合材の組合せによってそれ
ぞれフリット型、フリットレス型、ミックストボンド型
と称され、用途に応じて使い分けられている。

このような金ペーストに導電成分として用いる金粉は通
常粒径が１〜１０μｍの表面に凹凸のある球状粒子から
なり、平均粒径は２〜４μｍである。

まれに板状粒子を混ぜて用いることがある。

ところが、従来の金ペーストは、 （１） スクリーン印刷後のペースト外縁部の凹凸が
大きいこと、 （２）焼成による焼き縮みが太きｂこと、（３）焼成膜
にピンホールが多く認められること、等の欠点があった
。

スクリーン印刷後のペースト外縁部の凹凸が大きいと、
細い線幅で印刷した場合断線を生じる恐れがある。

又、ピンホールの多い焼成膜はミクロ的に見ると網状構
造を呈するが、これに焼き縮みが加わるとピンホールは
一層拡大し、ミクロの導電網は狭隘となり、マクロの導
電回路の電気抵抗が増大するのみならず極端な場合は断
線するに至る。

このため従来の金ペーストを用いる場合、回路の線幅を
１００μｍ以上、特に安全に使用する：ためには１２５
μｍ以上に設計するのが常であった。

ペーストの印刷に用いるスクリーンは、２００〜３２５
メツシーの金属網の片ｉｌｌに感光性樹脂を塗布し、該
樹脂膜をフォトエツチングにより所望１の回路パターン
にくり抜いたものであるが、ペーストの流動性が悪いと
印刷されたペーストの外縁部にスクリーンの金属網に寄
因する凹凸ができ易い。

これを改善するにはペースト中の有機質ビヒクルを増量
するのが当業者の常套手段である。

しかしながら上記従来の金ペーストにこのような手段を
適用すると焼成膜のピンホールは一層大きくなるのであ
る。

又、逆に有機質ビヒクルを減少すれば、焼き縮みが多少
小さくなり、ピンホールも減少する傾向が認められたが
、ペーストの粘性が増［７てスクリーン印刷性が極端に
悪化する。

本発明は上記従来の金ペーストの欠点を解消し、線幅１
００μｍ以下の導電回路を安全に形成できる金ペースト
を得るために為されたものである。

この目的を達成するだめ、本発明者等は金粉の比表面積
に着目し、比表面積の異なる金粉を試作して金ペースト
とし、特性を評価する実験を繰り返しだ結果、表面の平
滑な球状粒子からなる金粉によれば上記欠点を一挙に解
消し、スクリーン印刷性及び焼成膜の緻密性が良好とな
り、ｉｏｏμｍ以下の線幅で導電回路を安全に形成でき
る金ペーストが得られることを見出して本発明に到達し
た。

即ち、本発明の厚膜導電体用ペーストは、平均粒径が２
〜４μｍの表面の滑らかな球状粒子からなり、且つ比表
面積が８００〜２０００ｉ／ｇでちる金粉を導電成分と
して含有することを特徴とする。

一般に粉状物の平均粒径な求めるには、電子顕微鏡写真
の所定の視野にある全粒子の測定値から算出する方法と
、フィッシャー・サブシーブサイザー（Ｆ、Ｓ、 Ｓ
、 Ｓ）による方法が知られており、平均粒径数μｍ
程度であれば、いずれを用いテモ良イカＦ、 Ｓ、Ｓ
、 Ｓ法ニヨるト０．３〜０．４μｍ程度高目の測定
値になる傾向がある。

本発明にお込ては電子顕微鏡写真からの粒径測定値で表
示する。

この方法による平均粒径が４μｍ以上の金粉では粒径分
布が粒♀径の大きい方に片寄り、ペーストに混練するの
が困難になる外、焼成膜の粗さが大きくなる。

又２μｍ以下では焼結し易く高温焼成に不向きである。

従って金粉の平均粒径は２〜４μｍが適当である。

金粉の平均粒径は２．５〜３．５μｍの範囲とするのが
より好ましい。

金粉の比表面積はＢ、 Ｅ、 Ｔ、法により測定で
きる。

この測定に用いる吸着ガスは窒素（Ｎ２）よりもクリプ
トン（Ｋｒ）が適当であり、本発明はクリプトンガスに
よるＢ、Ｅ、Ｔ、法の測定値で表示する。

粒径が同一ならば比表面積の値は粒子の表面粗さを示す
指数になる。

本発明の金粉は２００゜ｃｔＭ／ ｇ以下が必要である
。

２０００４／ ｇ以上では本発明の目的を達することが
できない。

従来の金ペーストに用いられている金粉の比表面積を測
定した処では２５００〜３０００ （４７ｇであった。

本発明におりて金粉粒子の表面粗さは小さい程好ましい
が、平均粒径４μｍの真球状粒子からなる金粉の比表面
積は約８００ｃａ１ｇ□（７８０ｃ４／ｇ）と計算され
ることから、本発明に用いる金粉の比表面積の下限は８
００ｃ４／ｇとした。

但し実際上完全に真球の金粉粒子は得られず、表面に多
少の凹凸を有する。

又、平均粒径４μｍといっても成る粒度分布を有するの
で、正確には下限を設定できない。

平均粒径２〜４μｍであれば比表面積１０００ｃ４／ｇ
が下限であろうと思われる。

このような粒径及び比表面積を有する金粉は、出願人が
先に出願した特願昭５４−１１０７８８号、特願昭５４
−１１２５９５号に開示しだように、ポリビニルアルコ
ール、ステアリン酸等の有機分散剤の存在下で塩化金溶
液を第１鉄塩で還元するか、又は塩化金溶液を第１鉄塩
及び亜硫酸塩で還元することにより製造することができ
る。

製造条件な一旦一定に設定すれば再現性良く一定の特性
の金粉が得られる。

この方法によれば平均粒径２〜４μｍ１比表面積１００
０〜２０００ｃＡ／ｇの金粉を得ることができる。

本発明に用いる好ましい金粉は平均粒径２〜４μｍ、比
表面積１０００〜１５００ｃｙＲ／ｇである。

比表面積の小さい、即ち表面の平滑な金粉ヲ用いること
により次のような効果がもたらされた。

先ず第１に表面が平滑であるため焼成により金粉粒子間
で焼結する際の収縮（焼き縮み）が少なくす１）、ピン
ホールの拡大が防止される。

ピンホールは主に金粉粒子間の焼結に先立つビヒクルの
燃焼によるガスの発生によって生成すると考えられてい
るが、焼き縮みが太きいと一旦生成したピンホールを一
層拡大するように作用する。

又、金粉粒子の表面が平滑であるため、ビヒクル保持量
が減少し、従来の金ペーストと同一の粘度にするために
必要なビヒクル量が減少する。

このためビヒクルが減少した分だけ金粉含有率な高める
ことができるが、ビヒクル減量は焼成時に発生するガス
量の減少になり、ピンホール数を減少する。

しかも金粉含有率を高めてあれば金粉粒子の層も幾分厚
くなり、見掛けのピンホール数は減少し、且つ抵抗値も
減少する。

更に本発明の金ペーストはスクリーン印刷後のペースト
外縁部の凹凸が小さくなるという予期せぬ効果をもたら
した。

従来の金ペーストと同一の粘度であってもこの効果は変
らぬと左から、単に流動性の点だけでは説明ができず、
金粉表面の平滑性に寄因するものと１考えるほかはない
。

このように本発明の金ペーストによれば、従来の金ペー
ストの欠点を全て解消し、スクリーン印刷性が良好とな
り、焼成による焼き縮みが小さく、且つ焼成膜のピンホ
ールが減少する結果、焼成膜が緻密で抵抗値も低下する
。

このため線幅７０μｍ程度の細い導電回路を設計し、製
作することが可能になった。

適切なスクリーンと熟練した印刷技能が満足されれば線
幅を５０μｍとすることも可能でらる。

このように本発明は高密度の厚膜導電回路の形成に極め
て好適な厚膜導電体用ベーーストである。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。

実施例 比表面積の異なる金粉を５種用意し、それぞれの金粉に
ついてミックストボンド型、フリットレス型の金ペース
トを製造し、特性を比較した。

金粉の特性を第１表に示す。

粒径分布は、金粉を３５００倍で電子顕微鏡写真撮影し
、視野中の粒子の最大値と最小値で表わしたもので、平
均粒径は上記視野中の全粒子の粒径測定値の平均である
。

又嵩密度はメスシリンダーに所定重量の金粉を充填し、
振動を与えて最密充填されたときの容積から算出した。

比表面積はＢ、Ｅ、Ｔ、法により、吸着ガスにクリプト
ンを用いた。

測定誤差は±２００ｃｙＡ／ｇである。ペーストに用い
たガラス粉末はｐｂｏ ５５重量係、Ｂ２０３１５重量
％及びＳｉＯ２３０重量係を含有する硼硅酸鉛ガラスで
ある。

ビヒクルはエチルセルロースを１０重量％含有するター
ピネオール溶液な、Ｃｕ２Ｏとしてオクチル酸銀な用い
た。

金ペーストの粘度はブルックフィールド製ＨＢＴ型回転
粘度計を用いて測定し、２５℃において１０ｒｐｍ時ミ
ックストボンド型は３１０±１５ｋｃｐａ、フリットレ
ス型は３６０±１５ ｋｃｐｓに調節した。

印刷粗さはスクリーン印刷後のペースト外縁部の凹凸の
大きさを表わす。

各金ペーストの焼成はピーク温度９３５℃、ピーク時間
７分、全工程５０分の温度プロファイルを有するベルト
式焼成炉で空気雰囲気中で行なった。

面積抵抗値は２７１１１１１幅、４０ｍ長さのパターン
の抵抗値から算出した。

バックライトポロシティは基板の裏から光を照射し、焼
成膜の写真を撮影して縦７３０μｍ、横９５０μｍの面
に存在する直径１０μｍ以上のピンホールの数を表わす
。

ライン幅収縮は１００μｍで印刷したライン幅の焼成に
よる収縮を割合蛭）で示しだ。

ペースト組成と特性を第２表にまとめて示した。

第２表から明らかなように、印刷粗さ、ライン幅収縮、
バックライトポロシティ、面積抵抗の倒れの特性にお−
ても比表面積のより小さい金粉を用いた金ペーストが優
れていることを示しており、比表面積の上限は約２００
０ｃＡ／ｇであることが判る。

この効果は直接的には金粉性状に原因し、間接的には金
粉含有率を高くしたことに依存している。

更にこの効果は表に掲げなかった特性にも。現われてお
り、例えば直径２５μｍの金コネクター線を熱圧着ボン
ディングした後のボンディング個所の接合強度も増加し
ており、又焼成前後の膜厚変化も幾分小さくなる傾向が
認められた。

第２表において総合評価の基準はミックストボンド型と
フリットレス型で相違している。

ミックストボンド型はセラミック基板に直接焼付けて使
用スるのに対して、フリットレス型はクロスオーバーペ
ースト上に用いるときにその特徴が発揮されるものであ
るため、一層厳しい評価基準が課せられるからである。

総合評価は第３表の基準に従って行なった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電成分として金粉を含有し、該金粉は平均粒径が
   ２〜４μｍの表面の平滑な球状粒子からなり、且つ比表
   面積が８００〜２０００ｃｉ／ｇであることを特徴とす
   る厚膜導電体用ペースト。