JPS61183807A - メタライズ組成物 - Google Patents

メタライズ組成物

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JPS61183807A
JPS61183807A JP2384685A JP2384685A JPS61183807A JP S61183807 A JPS61183807 A JP S61183807A JP 2384685 A JP2384685 A JP 2384685A JP 2384685 A JP2384685 A JP 2384685A JP S61183807 A JPS61183807 A JP S61183807A
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JP
Japan
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composition
paste
powder
weight percent
atmosphere
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Pending
Application number
JP2384685A
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English (en)
Inventor
誠一 中谷
聖 祐伯
秀行 沖中
徹 石田
治 牧野
菊池 立郎
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は半導体IC,チップ部品などを搭載し、かつそ
れらを相互配線したセラミック配線基板に代表されるハ
イブリッドIC用のメタライズ組成物に関するものであ
る。
従来の技術 セラミック配線基板は、現在その配線形成法により分類
すると3つの方法がある。それは、■厚膜法 ■グリー
ンシート印刷法 ■グリーンシート積層法と呼ばれるも
のがそうである。以下簡単にその方法を述べる。まず厚
膜印刷法は、ハイブリッドICに代表されるもので、焼
結剤のセラミック基板に、導体や絶縁体の厚膜ペースト
を使用してパターン形成を行う方法である。この方法は
、厚膜ペーストが手軽に入手できることや、工法そのも
のが簡単なため、比較的容易に製造ができるので現在多
くの方面で実用化されている。しかしこの厚膜印刷法は
、絶縁層にガラスを用いるためあまり多層化に向かない
、かつ印刷後、その都度焼成を行うので、設備コストの
アップやリードタイムが長くなるなどの欠点があり、さ
らには、焼結済の基板を用いるためスルーホール加工が
困難で両面配線や多層化にはあまシ適当とは云えない。
次にグリーンシート印刷法であるが、これは、セラミッ
ク粉末(たとえば、アルミナ、ベリリアなどを主成分と
するもの)に有機結合剤と可塑剤。
溶剤を加えてボールミルによってスラリー状にし、ドク
ターブレード法でシート状に造膜したもの(グリーンシ
ートと呼ぶ)を用いる。導体ペーストにはWやMoなど
の高融点金属が用い、前記グリーンシート材料と同一組
成の無機成分を用いたペーストを絶縁層用ペーストとし
て用いる。この導体ペーストと絶縁ペーストを前記グリ
ーンシート上に交互に印刷積層化し多層化するもので、
、後に一度で焼成を行う。ただしこの焼成は、前記、高
融点金属のW、MOが酸化されないような還元雰上 囲気中で行なわれる。(例えば、1500′cN2とH
2雰囲気)このグリーンシートを用いる方法は、いくつ
かの長所を有している。第1には、印刷積層後、一度の
焼成で良いので、製造に要する時間が短縮できること、
第二に絶縁層が基板材料と同一組成であるので放熱性、
気密性にすぐれている。その他加工が容易な点、導体材
料費が安い点などが上げられる。しかし欠点としては、
大きな設計変更ができないこと、高温でH2を用いるの
で危険であり、設備コストも高い。また、W。
Moは導体抵抗が高く、ハンダ付けできないことや、表
面が酸化されやすいのでAuやNiをコーティングする
ための後処理が必要なことなどが上げられる。
最後のグリーンシート積層法は、グリーンシート印刷法
とほぼ同一の手法であるが多層化する時に導体を印刷し
バイアホール加工を済ませたグリーンシートを多数枚積
層して張り合わせる方法であり、前述のグリーンシート
印刷法の利点をそのまま適用できるものである。
次にセラミック基板に用いられるメタライズ導電材料に
注目すると厚膜法では、Au、Ag  Pd。
Cuなどが用いられグリーンシート法ではW、M。
カμ般に使用される。Au、Ag−Pdは、空気中で焼
付ける反面、貴金属であるのでコストが高くつく。グリ
ーンシート法ではセラミックを焼結させる温度が150
0°C以上の高温であるためW、M。
などの高融点金属しか使えない。そこで現在導体材料が
低くマイグレーショ/が起こらず、ハンダ付は性も良好
であるCuを用いた配線基板が注目されつつある。そし
て厚膜印刷法では一部実用化された例もある。
例えば■5tein、S、J 、、Huang、C,a
ndCang、L、。
I ntsrnat 1onaj! 5oci ety
 for Hybr id M 1croelect 
ronics1980 Proceedings 、 
pp 291〜296■ Need 、 C,R,、I
nternational Microdectron
icsCan ference 19B2 pp 94
−101しかし卑金属であるがための欠点もある。それ
は卑金属のため空気中で焼き付けることができず、かつ
基板との接着強度、シート抵抗、ハンダ付は性、バイン
ダの分解の影響から窒素の雰囲気中に若干の酸素を含ま
せるといった微妙な雰囲気のコントロールが要求されて
いるからである。しかもCuの導体形成の後、抵抗や誘
電体を形成しようとした場合も、前記と同様の雰囲気で
焼付けを行う必要がある。しかしその条件下で使用でき
る抵抗体や誘電体で実用に供するものはごく一部であり
、その選択の自由度は極めて少い。
例えば、焼成の雰囲気については、 レスター・ウィン・ヘラン、ラジ・ナビ/チャンドラφ
マスター、ラオ・ラママハラ・タマラ特開昭55−12
8899号公報 例えば、抵抗体については、 Baudry 、 Hand Manneraye 、
 M 、 、 Th1rd EuropeanHybr
id Microelectronics Cotd’
erence 1981 、ppl 88−196 とはいえ、Cuの利点は、非常に魅力的で、今後各方面
での研究開発活動を通して徐々に実用化に向かっていく
ことは、違いないであろう。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このCu配線基板を実用化する上には、
いくつかの克服すべき問題がいくつかある。この克服す
べき問題点を以下に示す。
まず第1にCuの融点は1083°Cと低いため、基板
材料と同時焼成を行うには、基板材料そのものの焼結温
度をそれ以下にする必要があること0第2にCuメタラ
イズの焼付は雰囲気が中性もしくは還元雰囲気であり、
そのような条件で、バインダーを使用するには、困難が
生じることである。
つまり、生シートに用いられる有機バインダ、およびペ
ースト中のビヒクルに用いられる同じく有機バインダな
どは非酸化性雰囲気では、完全に除去するのが困難で、
特に銅の融点以下の温度では熱力学的に分解しないとい
われている。そして完全にバインダが除去できなければ
、セラミック材料そのものも多孔質のままで存在すると
いわれており焼結が進行しないばかりか、残こったカー
ボンのためブリスターが発生したりする。第3には、C
u自体が軟かい金属であシ、Cuのみではメタライズ性
(接着強度、半田付は性)が不充分である。などの問題
点のため実用化が困難とされている。
問題点を解決するための手段 上記の問題を解決するために本発明は、Cu導体ペース
トの出発原料として主成分に酸化第二銅(CuO)t−
用イ、添加物トシテBi2O3、cd○、にρ2A12
03  の内の少くとも一種以上を添加したものを無機
成分とし、ビヒルルと溶剤組成物を加えたものを、混練
したものを用いる。また前記無機成分にさらに、粉末ガ
ラスを添加したものを導体ペーストとする方法である。
作  用 本発明は上記の組成の導体ペーストを用いることで、非
酸化性雰囲気中での焼成が可能となるものである。つま
り出発原料にCu0fd2金属酸化物を用いるので、あ
らかじめ熱処理を、有機バインダの除去に、充分な酸化
雰囲気で行なえる、そして焼成時には、CuOの還元の
みを考えてH2を含むN2雰囲気で熱処理すれば良い。
したがって従来で良い。また、前記空気中熱処理工程で
は、処理温度をコントロールすることで、所望の程度C
ム0の拡散層を形成させることが可能である。これによ
り、焼成後Cuメタライズ層の接着強度の向上に効果が
ある。
また、B12o3.CdO2MnO2,Al2O3の添
加物は、半田付は性およびメタライズ接着性の向上に著
しい効果がある。
さらに、BaO、B2O3、CaO2Mg02A120
3゜S i02などより選ばれた組成によるガラスをさ
らに添加すると接着性に効果があることがわかった。
て このガラス成分は、Cuに対して熱力学的に安ゼCuを
酸化させることは無い。
実施例 (実施例1) まず本発明にかかるセラミック基板材料には、アルミナ
96%の焼結剤基板を用いた。(厚み1、Owt)そし
て、導体材料にCuO粉(2,5μm平均粒径)を主成
分とし第−表に示す組成でB12O3、CdO2MnO
2゛、Al2O3を添加した。この混合粉を用いてペー
スト化した。ペースト作製のための条件は、まずビヒク
ル組成に、溶剤としてテレピン油を用い有機バインダで
あるエチルセルロースを溶かしたものを上記混合粉末と
三段ロールにて混練しペーストとした。このペーストを
前記アルミナ基板上にスクリーン印刷法でパター化した
。この時の印刷厚みは約20μmである。
次にこの印刷済基板を乾燥して後、空気中で約700″
Cの温度で脱バインダを行なった。この時、CuOを主
成分とする導体ペーストは、それ自身多少の反応は起こ
るものの、大きな体積変化を伴う収縮は起こらず、バイ
ンダが飛散したのみである。
したがってこの状態では、導体パターンは、非常にもろ
く、触れるとパターンが落ちてしまうこともあり取扱い
に注意を要する。なお出発原料にCu金属粉を用いた場
合は、空気中の熱処理でCuが酸化されCuOに変化す
るので、体積変化が起こり、アルミナ基板から導体パタ
ーンがハガレ落ちてしまうのでCuを使用することはで
きない。
以上のようにして作製された脱バインダ済の基板を焼成
する。その条件は、昇温/降温スピートが300″C/
時間で1000°Cで1時間保持し、雰囲気としては、
N2+H2(H2/N2=20/80)で行なった。そ
の結果、を同じく第−表に示す。なお半田付は性につい
ては、ハンダディップ槽に、ディップし、その濡れ性を
定性的に判断したもので、◎○が実用可能な範囲である
。また、接着強度は2JII角のパターンに線径0.8
鵡φのリード線をハンダ付けし、引張シ試験機でその破
壊強度を測定した。
第1表 その結果、B12o3.Cdo9Mno2.A2203
  を添加した場合接着強度の改善に効果がみられる。
2wt%以上添加したものにその効果がみられるが半田
付性などを考慮すれば、その最適添加量は、6〜10w
t%程度である。
第2表には、それらの添加物を組合わせた場合の結果を
示す。同様に、Cdoのみの場合に比べ改善されている
第2表 (実施例2) 実施例1のCdo粉とBi2O3、Cdo、MnO3゜
A12o3のそれぞれを用いて、ガラス粉末の添加効果
を調べた。ガラス粉末の作製方法としては、BaO+ 
B2O3+ 5102 、 Al2O3、CaO、bl
qoをそれぞれBaω3.H,BO,、St、2. A
l2O3、CaCO3゜棒ρの形で顆番に30.50,
5,10,2.5゜2.5の重量比で混合したものを1
260°Cの温度で溶解し、水中に落下急冷させ、乾燥
の後前記ガラス粒を、湿式粉砕した。この時、溶剤はメ
チルアルコールを用いアルミナ玉石によって72 hr
g粉砕した。その結果平均粒径2μmのガラス粉末が作
製できた。
以上のようして作製されたガラス粉末と、CuOを基本
として第3表に示す組成でペーストを作製し、実施例1
と同様の試験を行なった。
第  3 表 その結果、ガラス粉末を添加することで、接着強度に著
しく効果があることがわかった。なお、ガラス粉末の添
加で、1wt%でも効果があり、逆に10wt 5以上
ではハンダがつきにくいため、れる。
なお本発明において、BaO,B2O3、CaO。
’hlqo 、 Al2O3、5102のガラス成分を
用いたが、前記、組成以外でも還元雰囲気の焼成におい
てCuを酸化させるものでなければ、どのような組成の
ものでも良いのはいうまでもない。
発明の効果 本発明は、セラミック配線基板用の厚膜導体ペーストに
関するもので、出発原料に酸化銅を用いることで、空気
中脱バインダが可能となり、焼成の雰囲気コントロール
が容易となった。さらに添加物とシテ、B12o3.C
do2Mn○2.Al2O3ヲ添加するか、さらにBa
O、B2O3、Ca02A1203゜Mq○+ 510
2よシ選択されたガラス粉末を添加することで、メタラ
イズ性において著しい効果がある。
本発明は、低コストで信頼性の高い導体ペーストを提供
するもので、極めて効果的な発明である。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名手続
補正書(方側 昭和60年6 月z3 日 昭和60年特許願第23848号 2発明の名称 メタライズ組成物 3補正をする者 事件との関係      特   許   出   願
   大佐 所  大阪府門真市大字門真1006番地
名 称 (582)松下電器産業株式会社代表者   
 山  下  俊  彦 4代理人 〒571 住 所  大阪府門真市大字門真1006番地松下電器
産業株式会社内 7、補正の内容 (1)  明細書第6ページ第10行〜第14行の[例
えば・・・・・・pp94−101 Jを次の通り補正
します。
r例、tJf■シュタイン・ニス・ジェイ、ヒュアング
・シー、カン・エル・、インタナショナルソサイエティ
 フォ ハイブリッド マイクロエレクトロニイクス 
1980年議事録。
291頁〜296頁(5tain、S、J、、Huan
g、C。
and Can(、L、、 Internationa
l 5ociety forHybrid Micro
electronics 1980 Proceedi
ngs。
pp 291〜296) ■ニート・シー・アール0.インタナショナルマイクロ
エレクトロニクス コンフエレンス1’?12年 94
頁〜101頁(Need、C0R,。
International Microelectr
onics Conference 1982 pp 
94−101 ) 4(謁 明細書第6ページ第11行
〜第13行のr B2Ludry−−−−−−pp、1
ss−196」を次の通り補正します。
「ハウダリイ、エイ・ツ七 モネレイ、エム・サー ・
ド ヨーロピイーアン ハイブリッド マイクロエレク
トロニクス コンフェレンス 1981年、188頁〜
196頁(Baudry、HandMonneraye
、M、、Th1rd ICuropaan Hybri
dMicroelectronics Confere
nce 1981 。
pp 18B−196) J

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化第二銅(CuO)粉末85〜98重量パーセ
    ントに、少くともBi_2O_3、CdO、MnO_2
    ;Al_2O_3の内の一種以上を、2〜15重量パー
    セント含有した無機成分とビヒクルおよび溶剤組成物よ
    り構成されていることを特徴とする、メタライズ組成物
  2. (2)酸化第二銅(CuO)粉末を84〜97重量パー
    セント、粉末ガラスを1〜10重量パーセント、および
    Bi_2O_3、CdO、MnO_2、Al_2O_3
    のうち少くとも一種以上を2〜15重量パーセント含有
    した無機成分とビヒクルおよび溶剤組成物より構成され
    ていることを特徴とするメタライズ組成物。
  3. (3)ガラス粉末が、BaO、B_2O_3、CaO、
    MgO、Al_2O_3、SiO_2のうちより選ばれ
    た成分によって構成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲(2)項に記載のメタライズ組成物。
JP2384685A 1984-07-17 1985-02-08 メタライズ組成物 Pending JPS61183807A (ja)

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JP2384685A JPS61183807A (ja) 1985-02-08 1985-02-08 メタライズ組成物
US06/756,081 US4714570A (en) 1984-07-17 1985-07-17 Conductor paste and method of manufacturing a multilayered ceramic body using the paste
US07/066,182 US4863683A (en) 1984-07-17 1987-06-24 Conductor paste and method of manufacturing a multilayered ceramic body using the paste

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JP2384685A JPS61183807A (ja) 1985-02-08 1985-02-08 メタライズ組成物

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63291303A (ja) * 1987-05-22 1988-11-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd メタライズ組成物
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59226178A (ja) * 1983-05-13 1984-12-19 セントララブ・インコ−ポレ−テツド 銅金属被覆の形成方法

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