JPS59226178A - 銅金属被覆の形成方法 - Google Patents

銅金属被覆の形成方法

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JPS59226178A
JPS59226178A JP59096309A JP9630984A JPS59226178A JP S59226178 A JPS59226178 A JP S59226178A JP 59096309 A JP59096309 A JP 59096309A JP 9630984 A JP9630984 A JP 9630984A JP S59226178 A JPS59226178 A JP S59226178A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘電体または半導体を銅金属被覆( copp
er meta.:Llization )する方法に
関する。また、本発明は卑金属電極多層コンデンサに銅
金属被覆する方法に関する。更に、本発明は金属被覆g
電体または半導体に関する。
誘電体および半導体材料は、特に電子部品に多く使用さ
れて因る。例えば、ペロブスカイト型構造を有する誘電
セラミックスは極めて良好な”コン・デンサである。チ
タン酸バリウムおよびジルコン酸カルシウム セラミッ
クスはこの目的のーために使用されている代表的なセラ
ミックスである。また、他の酸化物も使用することがで
きる。
誘電体重たは半導体材料から作られた電子部品におbて
は、部品への電.子接続を設ける必要がある。この場合
、一般には部品本体に取付ける金属電極、1たは金厩化
の形態で設けられている。銀およびパラジウムのような
貴@属、およびその合金は透電部が1憂れているために
および耐化学酸化性であるために優れた電極を作ること
ができる。
しかしながら、これらの電極は俊めて高価である。
ある因は、丑だ安価な卑金属を部品に金属被覆するため
に用いることができる。例えは、2ツケル,コバルトお
よび銅から部分的に作られる導電性フィルムはペースト
の状態で作られている(ア・メリカ釉許第4,122,
282号明細赳)。かかる金属の金属被覆を用いる場合
に考慮されるある問題としては酸化に対する感受性、お
よび誘電体に対する金属被覆の被着結合の強さに関する
点てある。銅金属被覆の場合には、更に他の問題、すな
わち、銅粉末を分散するのに困難で、かつ経費を要する
こと(いわゆる、溶剤系と適当に作用する銅粒子に分子
を付着するのが困難で、かつ経費を要する)、および銅
の展性に基因して粒子大きさ凝集および表面積を制御し
ながら銅を粉末状態に粉砕し難いことがある。
銅金属被接に関する若干の問題を軽減する解決手段につ
いてはアメリカ特許aE2,998.815号明細書に
記載されている。このアメリカ特許明M5書には耐火基
体に銅金属被核する方法か記載されている。この方法で
は、先づ銅1たは酸化鋼および耐還元性フリットのγ昆
合物を揮発性媒澗に@濁させて分散物を形成する。この
混合物を基体に被着し、次いでこの被覆基体を酸化雰囲
気中で焼成して( fired )基体,ガラスおよび
酸化銅相互間に結合を形成する。酸化後、被覆基体を酸
化銅を銅金属に還元する首元雰囲気中で焼成している。
銅金属被核を形成す上記アメリカ船許明細iに記載され
ている方法は効果的であるが、被覆形成に多くの処理工
程を必要としている。更に、フリット(glaSs f
rit )は(ilフリットがセラミック体と反応する
傾向がある反応圏を形成するため、および(11)ガラ
ス、ガラス基体反応圏の熱係数と基体の熱係数との間に
差があるために金属被覆−基体界面にひずみを生ずる(
[ザ インターナショナルジャーナル オブ ハイブリ
ット マイクロエレクトロニツクス(The Inte
rnational Journal for Hyb
ridMicroelgctronics ) J V
ol、 5 、 y’Kr、 2 、 P、 50〜5
 g (1982))。これらのひずみは熱サイクル中
にさいて誘電体に、しばしば亀裂を形成する。
史に、フリットは部品の順次処理中に牛する化学的腐食
に侵されやすい。例えば、金属化部品を電気めっきして
はんだ付端子を設ける場合には、電気めっきが金属徘俊
中のフリットを化学的に侵す。
本発明の目的は銅金属被覆を誘電体“または半導体に被
覆する簡単で、かつ#、1ffIIな方法を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、良好な流動学的特性を有するペー
ストを誘電体または半導体に級着することにより銅金属
被覆を誘電体または半導体に被覆する方法を提供するこ
とである。
まだ、本発明の他の目的は、亀裂に対する感受性を減少
するように誘電体または半導体にフリットの含まない(
fritlesS)銅金属被覆を形成する方法を提供す
ることである。
また、本発明は誘電体または半導体にフリットの含まな
い銅金属被覆を設ける方法を提供することである。
更に、また本発明は貴金属金属被覆に比較して安価で、
かつはんだ付けできる良好な電気特性、良好な基体接触
を有する高密度金属被覆を設ける方法を提供することで
ある。
本発明の誘電体または半導体に銅金挑被覆を形成する方
法においては、酸化銅粉末および15重量%までの耐還
元性フリットを混合し;この混合物を有機ビヒクルおよ
び溶剤に分散させてペーストを形成し;このペーストを
誘電体または半導体に被着し;次いでとの被覆誘電体ま
たは半導体を乾燥して溶剤を除去し;この被覆体を最初
酸化雰囲気においてフリットの溶融温度以下の温度で焼
成してすべてのまたは1部分の有機ビヒクルを除去し、
次いで酸化銅を還元する雰囲気において焼成する。この
第2焼成は700〜1050°Cの温度で120〜5分
間にわたり行ない酸化銅を銅金属に転化する。
本発明の他の観点において、本発明の銅金属被覆を誘電
体または半zH体に被覆する方法ではフリットを含まな
い酸化銅粉末を形成し;この酸化銅粉末を有機ビヒクル
および溶剤に分散してペーストを作り;このペーストを
誘゛醒体〜まだは半導体に被着してその上に被覆を形成
し;仄いて被覆誘電体または半導体を乾燥して溶i11
を除去し;被覆誘電体または半導体を酸化雰囲気におい
て焼成してすべてのまたは1部分の有機ビヒクルを除去
し;および次いで酸化鋼を還元する雰囲気において焼成
する。この第2焼成では酸化銅を金属銅に転化する。
本発明の他の観点においては、金属被覆誘電体または半
導体はペロブスカイト型構造を有するセラミックが好ま
しい。このセラミックとしては、例えばチタン酸バリウ
ム、ジルコン酸カルシウム。
チタン酸ストロンチウムまたはジルコン酸ストロンチウ
ムを挙げることができる。
更に、有機ビヒクルは空気中200〜450℃の温度で
焼成して被覆誘電体または半導体から除去するのが好ま
しい。第2焼成工程は0.96 Pa(9,5x 10
−e気圧)以下の酸累分圧を有する還元雰囲気中で行う
のが好ましい。
耐還元性フリットは主として(ifバリウム、ホウ素お
よびアルミニウムz (filナトリウム、ホウ素およ
びシリコン、また眸(iiil鉛、ホウ素およびシリコ
ンの酸化物からなるのが好ましい。
フリットを用いる本発明のこれらの例では、第2焼成を
少なくとも第2焼成の期間においてフリットを実質的に
還元しない雰囲気中で行うのが好ましい。
本発明は酸化銅−ベースド ペーストを通常の分散剤で
容易に分散することができる利点がある。
更に、酸化銅の物理特性を通常の混練技術によつて容易
に調節できる利点がある。更に、壕だ本発明の方法は数
処理工程で、かつ1例においてフリットを用いないで銅
金属被覆を行うことができる。
本発明の1具体例を本発明における4f>属被覆多層コ
ンデンサの断面を示す添付図面について示している。
本発明におけろ銅金属被覆は次のようにして形成する。
先づ、酸化鋼(第−卦うまたは第二銅)粉末を耐還元性
フリットと混合する。好ましくは、酸化銅粉末およびフ
リットを一325篩目(subSieve nn1nu
s 825 )に粉砕する。耐還元性フリットは混合物
のO〜15重弯%からなる。本発明の゛目的のために、
「耐還元性フリット」とは耐還元性および非還元性のフ
リットを意味する。
酸化鋼/フリット混合物を生成した後、またはこの生成
と同時に、酸化銅およびフリットt、6有機ビヒクルに
分散(溶油においてデウオメンCth(Duomeen
 Gth)の如き分散剤と)シテペーストヲ形成する。
多くの有機ビヒクル、例えはチルピノールまたはセロソ
ルブ アセテートにエチルセルロースを入手することが
できる。ペーストの粘度は溶剤で調節してペーストを誘
電体に被着するのに必要とするコンシイステンシーにす
ることができる。適当な溶剤としては、例えばセロソル
ブ アセテートおよびブチル セロソルブ アセテート
を挙げることができる。
プロセスの次の工程で、上記ペーストを誘電体または半
導体に被着してその上に被覆を形成する。
一般的には、ペーストは浸漬により被着するが、しかし
スクリーン印刷により破着することができる。厚い被膜
を形成するこれらの周知の方法におりで、ペーストの粘
度は高い品質の金属標値を得る1つの重要なプロセス 
パラメータである。
ペーストを被着する誘電体または半導体は任意の材料に
することができる。1例として誘電体または半導体はプ
ロブスカイト型構造を有する酸化性セラミックにするこ
とができる。チタン酸バリウムおよびジルコン酸カルシ
ウムを含むこのクラスの材料は大きい誘電惠を有する材
料として知られている。これらの材料は、例えばセラミ
ックコンデンサの製造に有利である。
誘電体または半導体を被覆した後、この被曖体を乾燥し
てペーストから溶剤を除去する。しかる後、かかる被覆
誘電体または半導体を酸化雰囲気中で焼成してすべての
または1部分の有機ビヒクルを除去し、酸化鋼およびフ
リット(幾分でも存在すれば)を残留させる。被覆にス
リットが存在する場合には、この工程の焼成温度をフリ
ットの溶融または軟化温度以下にする。有機ビヒクルを
除去する場合には、焼成温度を200−450 ”Cの
範囲にし、かつ焼成を空気中で行うようにする。
最後に、有機ビヒクルを4彼榎から焼失した後、被緩体
な第2焼成において酸化鋼に還元する雰囲気で焼成する
。第2焼成は700〜1050’Cの温度で120〜5
分間にわたり行い(焼成温度が高い程、焼成時1i−i
+を短くする)、第2焼成中少なくともフリット(もし
存在するならば)に実質的にj′は元しない雰囲気で行
う。焼成雰囲気の酸素分圧は焼成雰囲気に影響するけれ
ども0.96 Pa(9,5X 10−6気圧)以下に
するのが好ましい。
第1焼成工稈中に、銅金属被覆は酸化銅の銅金属への還
元によって形成する。同時に、銅金属被覆の誘電体また
は半導体への結合が形成する。この結合はフリットによ
りまたはフリットなして形成する。フリットによってよ
り強い結合が形成するけれども、フリットを含1ない金
属被覆を設ける場合には亀裂に対する感受性が低くなる
特に、本発明の方法の1つの特徴は、ガラス金属被覆(
fritted metallization )にお
いて、付加焼成工程(新しい有機ビヒクルと最終還元焼
成との間)をフリットの溶融温度より高い温度で行う必
要なく基体、すなわち、ガラスと酸化銅との間に結合を
形成することができる。
上述するように、本発明における第二焼成中、焼成雰囲
気は酸化鋼に対して還元するが、しかし幾分でもフリッ
トを使用する場合にはフリットに対してしないようにす
るのが好ましい。この要件は耐還元性フリットを規定す
ることになる。すなわち、耐還元性フリットは使用する
酸化鋼に対して還元する雰囲気での焼成に耐えることの
できるフリットにする。かかるフリット(種々の元素の
酸化物)はfi)これらの元素成分と純粋元素の極めて
低い濃度で平衡に達成させるか、または(11)還元雰
囲気において焼成時間に比較して極めて徐々にこれらの
純粋元素と平衡するようにし、このために酸化物から純
粋元素への僅かな転化だけ力・生じ、捷だ(ilおよび
(11)が有効である。
本発明において用いるのに過当なフリットは5〜65重
話%のBao l O,85屯量%のA/1208およ
び25〜85項量%のB2O3と、5車量%までのBa
Oと置換したNa2O″!またはに20 、15=量%
までのBa、0と置換した%O、OaO捷たはSr0 
、50取量%壕でのB2O3の代りの5io2jおよび
5重量%捷でのBaOと還元したZnO、NiOまたは
OuOとを含んでいる如き非還元性BaO−B2,08
− At120.糸である。この系における好捷しいフ
リットは主として60 iM ff1%のBa、0 、
38.5重部%のB2O3,5車量%のAl2O,およ
ff1.5fflJt%のNa 20からなる。
他の適当な非還元性系は25〜55重分%のB20. 
、0〜10重量%の゛NガOおよび85〜75重量%の
S IO2と、5重量%までのNa sOと置換したに
、Oの如きNa2O−B、08− Sin□系である。
この系における好ましいフリットは主として88.8重
量%のB、O8,7,7重量%のNa 20および54
重量%のSiO□からなる。
本発明に用いるのに適当な耐還元性ガラス系は50〜8
0重景%のPbO、15〜25重量%の5iOs 、0
〜15重量%のB、O3,0〜5重量%のAl2O8,
O〜5 重量%のNa2Oおよびo−4*量%のTlO
2の如きガラスを包含する。系における好ましい組成は
主として68迅量%のpbo 。
15.4重量%の5102.15重量%のB2O3,0
〜6重量%のAl2O8,2重量%のNa 、0および
4重量%のT z O2からなる。
本発明の方法および本発明の金属被覆は、特に卑金属電
極多層コンデンサの製造に用いるのに適当である。この
好適な具体例を添付図面について説明するが、本発明は
これにより制限されるものではない。
第1図は卑金・属霜極多層コンデンサの断面を示してい
る。このコンデンサは卑金属宙、極層12および14で
分離した誘電体または半導体材料層10から構成されて
いる。構造は電極とする( elect、rod、ed
 )牛セラミックスの層を積み重ね、次いでこの積層構
造体を高温度で焼成してセラミックスを緻密にする( 
densify )。卑金hs極を酸化しないように、
積層構造体を還元雰囲気中で焼成する。この結果として
、誘電体を耐還元性セラミックスにする。
第1図に示すように、寅俊12および14は誘電体層1
0を完全に横切って延在しなり0各電極はセラミックス
の1側に(第1図の左側に)延在し、また各電極14は
篩電1体の他側に(第1図の右側に)延在する。すべて
の電極12は共に電気的に接続し、同時にすべての電4
i1<14も共にi気的に接続して平行に電気的に接続
したコンデンサの頗状組織(network)を形成す
る。これらの接続は本発明による金属被覆16および1
8で達成する。このようにして構成した装置は@属被覆
16および18上に4線(図に示していない)をはんだ
付けして設けることができる。
卑金・属電極多層コンデンサにおいて本発明の方法およ
び金属被覆を用いることによって、被覆体を還元雰囲気
において焼成して金属核種を形成するのに、内部卑・金
屑@極または耐還元性セラミックに損傷を与えることが
ないので有利である。
次に、本発明を実施例について説明する。
実施例 表1には本発明の方法により銅金属被媛を設けた誘電体
につ−ての実施例を示して因る。また、表1には本発明
の方法によらない比較例を示している。
表1に示すすべての例において、誘電体としては変性チ
タン酸バリウムを用いた。誘電体ペーストをドクターブ
レードによって基体上にペーストの薄層に被着し、次い
で誘電体を浸漬してペースト層に被着した。被覆−rr
4体を焼成して有機ビヒクルを焼失させ、次いで940
°Cのピーク温度に5分間焼成′した。第二焼成の雰囲
気を表1に示す。
表 1 (註) Lセラミックテップは内部電極を有していない。
ス焼成を分離しないで有機ビヒクルを焼失した。
表電極ペーストには59.8重量%BaO、5,22重
i%Al2O8,88,51重量%B、08および1.
47重量%Na 20の組成を有するガラスを含めた。
引張試験(pull test )としては軸引張試験
を行b、この結果を表1に示す。表1の数値は基体から
金属被覆を分離する際に記録した力kg(、Jb)を示
している。また、表1に示すはんだ付適正は、いずれの
場合においても完全塙子が60〜40(錫−鉛)はんだ
で評価しうる裸スポット(bareSpot、s)なく
容易に湿潤したことにより確めた。
更に、銅金属−ベースド電極ペーストを用因ることによ
る欠点(良く規定された粒度、凝集および表面積を有す
る良く分数する銅粉末を得る困難性および経費)につい
ては、峠1金属−ベースドペーストは酸化銅−ベースド
 ペーストのように強込結合が形成しないことが表1か
られかる。
【図面の簡単な説明】
箪1図は本発明の方法により形成した卑金篇箪極多層コ
ンデンサの断面図である。 10・・・誘電体または半褥体材料層 12 、14・・・電極     16 、18・・・
金属被機。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 誘電体または半導体に銅金属被覆を形成する方法に
    おいて、 酸化銅粉末を形成し; 溶融温度を有する耐還元性フリットを形成し; 前記酸化銅粉末および前記フリットを混合して約15重
    量%のフリットを含有する混合物を生成し; 該混合物を有機ビヒクルおよび該ビヒクル用の溶剤に分
    散させてペーストを生成し:該ペーストを誘電体または
    半導体に被着してその上に被覆を設け; 該被覆を乾燥して溶剤を除去し; 被覆誘電体または半導体を最初に酸化雰囲気中でフリッ
    トの溶融温度以下の温度で焼成して少なくとも1部分の
    有機ビヒクルを除去し;および 上記第1焼成後、次に被俊誘電体または半導体を、酸化
    鋼を還元する雰囲気中700〜1050℃の温度で12
    0〜5分間にわたり第2焼成して酸化鋼を金属鋼に転化
    することを特徴とする銅金属被覆の形成方法。 2、 誘電体または半導体をプロブスカイト型構造を有
    するセラミックとする特許請求の範囲第1項記載の方法
    。 & 誘電体または半導体はチタン酸バリウムからなる特
    許請求の範囲第2項記載の方法。 表 第1[成を200〜450℃の温度で行う特許請求
    の範囲第8項記載の方法。 & 第2焼成において、焼成雰囲気の酸累分圧を9.5
     X 10  気圧以下とする特許請求の範囲第4項記
    載の方法。 6 粉末およびスリット粒子を一325篩目以下にする
    特許請求の範囲第5項記載の方法。 7、 フリットは主としてバリウム、ホウ素およびアル
    ミニウムの酸化物からなる特許請求の範囲第6項記載の
    方法。 & フリットは主としてナトリウム、ホウ素およびシリ
    コンからなる特許請求の範囲第6項記載の方法。 9、 フリットは鉛、ホウ素およびシリコンからなる特
    許請求の範囲第6項記載の方法。 10、  iJ2焼成を第2焼成中少なくともフリット
    を実質的に還元しない雰囲気中で行う特許請求の範囲第
    6項記載の方法。 IL  誘電偉才たは半導体に銅金属被覆を形成する方
    法において、 主として酸化鋼からなる粉末を形成し;該酸化銅粉末を
    有機ビヒクルおよび該ビヒクル用の溶剤に分散してペー
    ストを生成し;該ペーストを誘電体または半導体に被着
    してその上に被覆を設け; 該被覆を乾燥して溶剤を除去し; 被6i誘車体または半導体を最初に酸化雰囲気中で焼成
    してすべてのまたは1部分の有機ビヒクルを除去し;お
    よび 上記第1焼成後、被接誘電体または半導体を、酸化銅を
    還元する雰囲気中700〜1050℃で120〜5分間
    にわたり第2焼成して酸化銅を金属銅に転化することを
    特徴とする銅金属被覆の形成方法。 1区  誘電体または半導体をプロブスカイト型構造を
    有するセラミックとする特許請求の範囲第11項記載の
    方法。 1& 誘電体または半導体はチタン酸バリウムからなる
    特許請求の範囲第12項記載の方法。 14  第1焼成を200〜450−で−の温度で行う
    特許請求の範囲第18項記載の方法。 15、  第2焼成において、焼成雰囲気の酸素分圧を
    9.5 X l □−6気圧以下とする特許請求の範囲
    第14項記載の方法。 16  粉末は一825篩目以下とする特許請求の範囲
    第15項記載の方法。 1?、  卑、金属電極多層コンデンサに銅金属被覆を
    形成する方法において、 耐還元性誘電体および卑・金属電極を交互に重ね合せた
    層からなる多層コンデンサを形成し; 酸化銅粉末を形成し; 溶融温度を有する耐還元性フリットを形成し; 前記酸化銅粉末およびフリットを混合して0〜15重量
    %のフリットを含有する混合物を生成し; 該混合物を有機ビヒクルおよび該ビヒクル用の溶剤に分
    散させてペーストを生成し;該ペーストをコンデンサに
    被着してその上に被覆を設け: 該被覆を乾燥して溶剤を除去し; 被覆コンデンサを、最初に酸化雰囲気中でフリットの浴
    融温度以下の温度で焼成してすべてのまたは1部分の有
    機ビヒクルを除去し、この場合焼成の温度を卑金属電極
    の酸化を実質的に生じない範囲にし;および 上記第19J成後、被接コンデンサを、酸化銅還元する
    雰囲気中で700〜1050 Cの温度で120〜50
    分間にわたり焼成して酸化銅を金属鋼に転化することを
    特徴とする銅金属被覆の形成方法。 1& 誘電体をプロブスカイト型構造を有するセラミッ
    クとする特許請求の範囲第17項記載の方法。 19、  誘電体はチタン酸バリウムからなる特許請求
    の範囲第18項記載の方法。 20、  第1焼成を2−00〜4fiO°Cの温度で
    行う特許請求の範囲第19項記載の方法。 2L  第2焼成において、焼成雰囲気の酸素分圧を9
    .5 X 10  気圧以下とする峙許ml求の範囲第
    20項記載の方法。 2区  粉末およびフリット粒子を一825篩目以下と
    する特許請求の範囲第21項記載の方法。 2& 第2焼成を第2焼成中少なくともフリットを実質
    的に還元しない雰囲気中で行う特許請求の範囲第22項
    記載の方法。 24  フリットは主としてバリウム、ホウ素およびア
    ルミニウムの酸化物からなる特許請求の範囲第22項記
    載の方法。 25、  フリットは主としてナトリウム、ホウ素およ
    びシリコンの酸化物からなる特許請求の範囲第22項記
    載の方法。 2a  グリッドは主として鉛、ホウ素およびシリコン
    の酸化物からなる特許ml求の範囲第22項記載の方法
    。 29、耐還元性誘電体または半導体;および該誘電体ま
    たは半導体に設けた主として銅からなる金属被覆から構
    成したことを釉徴とする金属被捷誘′■1体まだは半導
    体。 2& 誘電体はプロブスカイト型構造を有する誘電体を
    有する卑金属電極多層コンデンサとする特許請求の範囲
    第27項記載の金属被覆誘電体。 20″  誘電体はチタン酸バリウムとした特許請求の
    範囲 80、  主として酸化鋼から1よる粉末を形成し;f
    fll酸化銅粉末を有機ビヒクルおよび該ビヒクル用の
    溶剤に分散させ一Cペーストを生成し;該ペーストを誘
    電体に被着してその上に被被覆を乾燥して溶剤を除去し
    ; 被覆誘電体を、最初に酸化雰囲気中で第1焼成してすべ
    ての1たは1部分の有機ビヒクルを除去し;および 第1焼成後、被覆誘電体を酸化銅を還元する雰囲気中7
    00〜1050℃の温度で120〜5分間にわたり第2
    焼成して酸化銅を金属銅に転化する工程からなる方法で
    金属被覆を設けた特許請求の鮭囲第29項記載の金属被
    覆誘電体。
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