JPS61288484A - セラミツク配線基板用導体混練物 - Google Patents

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、ＩＣ，ＬＳＩ、チップ部品などを搭載し、か
つそれらを相互配線した回路の高密度実装用基板として
用いることのできるセラミック配線基板用導体混線物に
関するものである。

従来の技術 従来より、セラミック配線基板の導体ペースト用金属と
しては、ムＵ、ムｕ−Ｐｔ　、　Ａｇ−Ｐｔ　。

ムｇ−Ｐｄ等の貴金属、Ｗ　、　Ｍｏ　、　Ｍｏ−Ｍｎ
等の高融点卑金属が広く用いられていた。前者のムＵ。

ムｕ−Ｐｔ、ムｇ−ｐｔ　、　ｈｇ−ｐａ等の貴金属ペ
ーストは空気中で焼付けができるという反面、コストが
高いという問題を抱えている。また、後者のＷ　、　Ｍ
ｏ　、　Ｍｏ−Ｍｎ等の高融点金属は１０００℃程度、
すなわちグリーンシート焼結温度（約１５００°Ｃ）以
上の高温で同時焼成するため多層化しやすいが、一方、
電気抵抗が高い、還元雰囲気中で焼成する必要があるた
め危険である。さらに、ハンダ付けのために導体表面に
Ｎｉ等によるメッキ処理を施す必要があるなどの問題を
有している。そこで、安価で電気抵抗が低く、ハンダ付
は性の良好なＣｕペーストが用いられる様になって来た
。

ここで、Ｃｕペーストを用いたセラミック配線基板の製
造方法の一例を述べる。従来の方法は、アルミナ等の焼
結基板上Ｋ　Ｃｕペーストをスクリーン印刷し、配線パ
ターンを形成し、乾燥後、Ｃｕの融点よシも低い温度で
、かつＣｕが酸化されず、導体ペースト中の有機成分が
十分に燃焼する様に酸素分圧を制御した窒素雰囲気中で
焼成するというものである。また、Ｃｕペーストを用い
たセラミック多層配線基板の場合は、さらに絶縁ペース
トとＣｕペーストを印刷、乾燥の後、中性雰囲気中での
焼成を所望の回数繰返し、多層化するというものである
。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の様なＣｕペーストを用いた場合、
セラミック配線基板の製造方法においていくつかの大き
な問題点がある。まず第１に、焼成工程において、Ｃｕ
を酸化させず、なおかつＣｕペースト中の有機成分を完
全に燃焼させる様な酸素分圧に炉内を制御するという事
が非常に困難であるという事である。酸素分圧が少しで
も高ければ、Ｃｕ表面が酸化され、ハンダ付は性が悪く
なり、導電性の低下につながり、逆に酸素分圧が低く過
ぎればＣｕメタライズの良好な接着が得られないばかシ
か、Ｃｕペースト中に含まれる有機成分の使用に困難が
生じる。つま９、ペーストのビヒク〜に用いられる有機
バインダ等が完全に燃焼除去さ打ないという事である。

特にＣｕの融点以下の温度では、有機バインダは分解し
ないといわれている。（文献名　例えば特開昭５５−１
２８８９９号公報） また、金属Ｃｕを用いた場合、たとえ脱バインダの工程
と、Ｏｕ焼付けの工程を分けたとしても、金属Ｃｕが脱
バインダの工程で酸化され、体積膨張を起こすため、基
板からの剥離等の問題を生ずる。第２に、多層にする場
合、印刷、乾燥後、その都度焼付を行なうのでリードタ
イムが長くなる。

さらに設備などのコストアップにつながるという問題を
有している。そこで、特販５９−１４７８３３において
、酸化鋼ペーストを用い、縁絶ペーストと導体ペースト
の印刷を繰り返し行ない多層化し、炭素に対して充分な
酸化雰囲気で、かつ内部の有機成分を熱分解させるに充
分な温度で熱処理を行ない、しかる後、Ｏｕに対して非
酸化性となる雰囲気とし、印刷され九酸化鋼が金属Ｃｕ
に還元され、焼結する事を特徴とするセラミック多層配
線基板の製造方法について、すでに開示されている。こ
の方法により焼成時の雰囲気制御が容易になり、同時焼
成が可能となった。しかしながら、以下に示す様な問題
点が新たに見い出された。それは、上記酸化銅ペースト
においては、アルミナ焼結基板との間にほとんど接着力
がなく、焼成において導体部が完全に基板から剥離して
しまう。そのため、アルミナ焼結基板と導体層の間に絶
縁層を有する構造にしなければ、セラミック配線基板と
して使用する事は出来ないという事である。さらに加え
て、焼結基板と導体層の間に、絶縁層を有した構造にし
ても、最適なＣｕＯ粒径を選ばなければ。

、印刷性が悪い、ファインパターンが得られにくく、導
体抵抗が高く、かつ収縮率が大きいための剥離現象、さ
らに、接着強度が低く、またそのばらつきが大きい等の
問題である。そこで、接着強度を高くすると共に、アル
ミナ焼結基板との接着性も良好な厚膜導体材料として、
特願昭６０−２３８４６号において、添加物としてＭｎ
Ｏ２を加えた酸化銅ベース・トを提案した。しかしこの
酸化銅ペーストにおいても、（ｕｏ　、　ＭｎＯ２の粒
子径を選ばなければ、ペースト中でのＭｎＯ２の分散性
が悪く、そのため、印刷性が悪い、配線パターンのかす
れ、切断が起こりやすい、接着強度に大きなばらつきが
生じる、ということとなる。また、多層　゛にし九場合
においても、内層の導体層表面と絶縁層間の接着強度が
弱く剥離が起こりやすい、添加物を加える事によるシー
ト抵抗の増加等の問題が新たに生じて来た。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、焼成時の雰囲気制
御が容易であり、多層の場合に同時焼成が可能で、さら
に、印刷性にすぐれ、アルミナ焼結基板とも強い接着性
が見られ、その接着強度にばらつきが少ないセラミック
配線基板用酸化銅ペーストを提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のセラミック配線基
板用導体混線物は、無機固体分中の主成分である酸化銅
粉と、添加物である酸化マンガン粉の粒子径を最適範囲
内に調製したものである。

作用 本発明は上記した様に、酸化銅ペーストであるという事
で、導体中の有機成分を完全に燃焼除去するという工程
と、酸化銅を金属Ｃｕに還元させるという工程を分離し
てセラミック配線基板の製造を行なう事が出来る。その
ため、脱バインダが完全に行なえ、焼成時の雰囲気制御
が容易であり、多層の場合においても脱バインダ時にＣ
ｕから酸化銅への変化がないため、体積膨張により層間
の剥離がなく、よって同時焼成が可能となり、製造コス
トの低下、リーディングタイムの短縮へとつながる。さ
らに、酸化銅粉の粒子径を１μ重〜９μｍの範囲内に調
製し、酸化マンガン粉の粒子径を６μｍ以下にすること
によって種々の問題が一層解決される。まず、酸化銅粉
の粒子径が、９μｍ以上のものが多い場合、酸化マンガ
ンの粒子径Ｋかかわらず、スクリーン印刷時において、
メツシュの通りが悪く、印刷パターンにかすれが生じ。

乾燥後、平滑な表面が得にくい、また１粒子径が１μｍ
以下のものが多い場合も酸化マンガンの粒子径にかかわ
らずペースト作製時に、印刷性の良い適当な粘度にする
ために、ビヒクル量が多くなり、焼成時の収縮が大きく
、配線パターンが網目状になったり、断線したり、また
、剥離したりという事になり、さらには、導電性は悪化
し、同時に精度の良い配線パターンも得られないという
問題がある。酸化銅粉の粒子径を上記の様にした場合、
その問題点を酸化マンガン粉の粒子径でおぎなう事は出
来ない。それは、酸化銅に比べ酸化マンガンの添加量が
非常に少ないからである。それを、酸化マンガンの添加
量を多くする事によって改善するという事は、Ｃｕの特
徴である低いシート抵抗、ハンダ付は性の良さを失なわ
せてしまう事であり、適当であるとは思われない。よっ
て本発明においても、酸化銅粉の粒径は％１μｍ〜９μ
論の範囲内に９６重量％以上が含まれる事が、まず第一
に必要であり、さらに、その上で酸化マンガン粉の粒子
径を調製する事によりいくつかの問題点を解決しようと
するものである。なお、酸化銅粉の粒子径を１μｍａ〜
９μｍに調製したものに添加物として酸化マンガンを入
れた場合、酸化銅単独のペーストに比ベアルミナ基板と
の接着性は著しく向上した。しかしながら、一方では、
酸化マンガン粉の多くが６μｍより大きい場合、ペース
ト中での酸化マンガン粉の分散が悪く、接着強度。

シート抵抗に大きなばらつきを生じる。また、粒子径が
大きいために、粒子径が６μ論以下の酸化マンガンと同
様な接着強度を得るためには、添加量が多くな９、逆に
シート抵抗を高くすると同時にハンダ付は性を悪くする
といりん事となる。だが、シート抵抗を低くするために
は、添加量を少くしなければならず、これは接着強度の
低下へとつながり、接着強度とシート抵抗のバランスを
とるのが困難となる。以上より、酸化マンガン粉の粒子
径は９６重量％以上を６μｍ以下にする事が必要であり
、これによって、良好なハンダ付は性。

高い接着強度、低いシート抵抗が得られ、さらに、これ
らの特性が再現性良く得られることとなる。

実施例 以下に、本発明の実施例について説明する。

まず、市販の特級（ＵＯを昇温／降温スピードが３００
℃／時間で、９００’Ｃで３時間保持し仮焼する。なお
、仮焼は大気中で行なうものとする。

その後、粉砕用の三寸ポットを用い、メタノール中で２
４時間粉砕し、さらに乾燥して得た粒子径が１μ！１〜
９μｍの範囲内に９６重量％以上が含まれる分級したＣ
ｕＯに第１表に示す様な条件でＭｎＯ２を加えたものを
無機固体分とした。これらの混合粉を用いてペースト化
した。

（以下余　白） 第１表 ペースト作製のための条件は、まず、ビヒクル組成とし
ては、溶剤としてテレピン油を用い、有機バインダとし
てのエチルセルロース、可塑剤としてのデーｎ−ブチル
フタレートを溶かしたものを用いた。上記の混合物とビ
ヒクルを三段ロールにて混練し、ペーストとした。この
様にして調製したペーストを用い、セラミック配線基板
を作製し、接着強度、シート抵抗等の緒特性を測定した
。

以下にセラミック配線基板の製造方法を示す。まず、ア
ルミナ焼結基板上に、上記のペーストを用い、スクリー
ン印刷法でパターン化した。この時の印刷厚みは約２０
μｍである。次にこの印刷済基板を１２０’Ｃで１０分
間乾燥した。なお導体層は、乾燥後１０μｍ以上の厚み
を有していた。次にこの乾燥済基板を、空気中で約７０
０’Ｃの温度で脱バインダを行なった。なお、このバイ
ンダ除去温度や雰囲気の設定については、あらかじめ有
機バインダの空気中での熱分析を行ない、バインダの除
去が完全に行なわれるかどうかを確認して設定されるも
のである。従って、バインダの種類によっては、多少分
解温度が異なるので、おのずと脱バインダ時の温度プロ
フィルも異なってくるのは当然である。次にこの脱バイ
ンダ済基板を焼成する。その焼成条件は昇温／降温スピ
ードが３００℃／時間で、１０００℃で１時間保持し、
雰囲気としては、［２＋　Ｈ２（Ｈ２／Ｎ２＝　２’／
８゜二流量は”／ｗｉｎ　）で行なった。その結果、焼
成によりＣｕＯが還元され、金属りとなり導電性パター
ンが形成された。その後、接着強度、ハンダ付は性、シ
ート抵抗等の特性を測定し、その結果を同じく第１表に
示した。なお、ハンダ付は性については、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、優・良が実用可能な範囲である。また、接着強度
は２＋ｎｍ角パターンに線巾０．８ｍｍφのリード線を
基板に対して垂直にハンダ付けし、引張り試験機でその
破壊強度を測定した。なお、ハンダは、６２％ｓｎ、ａ
ｓ％Ｐｂ　、　２％ムｇ　のものを使用した。シート抵
抗は、線巾３００μｍ、厚みが１０μｍ程度のパターン
を用いた。

その結果、６μｍ以上のＭｎＯ２粉を用いた場合、高い
接着強度を得るためには、Ｍｎｏ２の添加量を多くしな
ければならず、それは、シート抵抗が高くなることにつ
ながった。また、シート抵抗を低い状態に保つ様な条件
でＭｎＯ２を添加した場合、接着強度が不充分である。

さらに、接着強度の平均が約２ｋｇ７−のものであって
も、測定値には±１ｋｇ／−以上の誤差を示し、ばらつ
きが大きく再現性に乏しいという問題がある。一方、Ｍ
ｎ０２粒子径を６μｍ以下に粉砕１分級したものについ
ては、少量の添加量で高い接着強度を有し、また、その
測定値のばらつきも±ｏ、ｓｋｇ／−以下と小さく、シ
ート抵抗、ハンダ付は性ともにバランスの良い高性能な
特性を示している。以上よりＣｕＯペースト作製に際し
ては、ＣｕＯ粉の粒子径を１μｍ〜９μｍの範囲内に、
また、ＭｎＯ２粉の粒子径を６μｍ以下に調製する事が
ペースト作製において非常に大きな要因である事は明ら
かである。なお、ＭｎＯ２の添加量は、１〜１０重量％
の範囲で実用可能である。しかし、１〜２重量％の範囲
で、十分にその効果が得られる。

今回の実施例においては、導体一層の配線基板を作製し
、シート抵抗、接着強度を測定した場合の結果を示した
が、導体が二層以上の配線基板においても確認したとこ
ろ前記と同様な結果が得られ、粒子径調製の重要性がそ
こでも示されている。

また、酸化銅としては、今回ＣｕＯを用いたが、Ｃｕ２
Ｏを用いた場合においても粒子径の影響は大であった。

しかし、Ｃｕ２Ｏを用いる場合、脱バインダの工程にお
いて、Ｃｕ２Ｏペースト中のバインダが完全に燃焼除去
され、かつＣｕ２Ｏが酸化され、ＣｕＯに変化する事に
よる体積膨張を起こさない様な０２濃度領域で行なう必
要があるのは言うまでもない。また０２濃度が制限され
るため、ペーストに用いるバインダを０２濃度が低い状
態においても十分に飛散されるアクリル系樹脂を用いる
というのも有効な方法である。

発明の効果 以上述べた様に、本発明は、Ｃｕを導体とする電性能な
セラミック配線基板の製造を可能にする導体材料を提供
するものである。

すなわち、本発明のセラミック配線基板用導体混線物を
用いれば、 （１）　　焼成時の雰囲気制御が容易である。

（２）多層基板の製造において、同時焼成が可能である
。

（３）印刷時の配線パターンに、かすれや切断を生じな
い。

（４）アルミナ焼結基板との非常に良好なメタライズ性
が得られる。

（６）極めて少量の酸化マンガンの添加で、非常に高い
接着強度が得られ、さらにその値にばらつきが少なく、
セラミック配線基板に安心して使用できる。

この他に、本発明の導体混線物を用いる事により、Ｃｕ
の持っている導体抵抗の低さ、ハンダ付は性の良さ、耐
マイグレーション性の良さ、低コストを充分に生かせる
ものであり、工業上極めて効果的な発明である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化銅粉を主成分とし、この酸化銅粉の９５重量％以上
   が粒子径１μｍ〜９μｍの範囲内に含まれ、添加物とし
   て、粒子径が５μｍ以下のものを９５重量％以上含む酸
   化マンガンを１〜１０重量％加えた無機固体分と、さら
   に少なくとも有機バインダと可塑剤と有機溶剤とを有す
   るビヒクルとからなることを特徴とするセラミック配線
   基板用導体混練物。