JPS61289691A - メタライズ組成物 - 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メタライズ組成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、ムｑ−Ｐｔ、ムｑ−Ｐｔ粉
、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、肋。

ムｕ−ｐｔ、ムｑ−ｐｔ、ムｇ−Ｐｔ粉、Ｐｄ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１６００″Ｃ程度、す
なわちグリーンシートの焼結温度（約１６００’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、
導電性が低く、還元雰囲気中で焼成する必要があるため
危険である。また、ハンダ付けのために導体表面にＮ上
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、安価で導電性が良く、ハンダ付は性の良好なＣ
ｕペーストが用いられる様になって来た。

ここで、ＣＵペーストヲ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
基板上にＣｕペーストヲスクリーン印刷し、配線パター
ンを形成し、乾燥後、Ｃｕの融点よりも低い温度で、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、中性雰囲気中での焼成をそ
れぞれ所望の回数繰返し、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Ｏｒｓ　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。まず第一九、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、逆に酸素分圧が低過ぎれば
、Ｃｕメタライズの良好な接着が得られないばかりか、
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。つまシ、ペーストのビヒクルに用いられる有機バイ
ンダ等が、完全に燃焼し除去され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０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、Ｃｕ焼付けの工程を分けたとしても、金属Ｏｕが脱
バインダの工程で酸化され、（ｊｕＱとなり体積膨張を
起こすため、基板からの剥離等の問題を生ずる。第二に
、多１層にする場合、印刷。

乾燥後、その都度焼成を行なうのでリードタイムが長く
なる、さらには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、特願５９−１４７８３３
号において、酸化鋼ペーストを用い、絶縁ペーストと導
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、Ｃｕ
Ｋ対して非酸化性となる雰囲気とし、印刷された酸化鋼
が金属Ｏｕ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。この方法にニジ、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、ＣｕＯペーストの場合、焼成工程で、ＣｕＯから
Ｃｕへの還元が起こり、そのため収縮が生じる。特に多
層構造にした場合、上層の導体印刷は、下部絶縁層のバ
イアホールを介して内層導体との接続を保ち、配線パタ
ーンを形成するものであるため、焼成時の内部導体ペー
ストの収縮は、その上層導体パターンのひび割れ、およ
びバイアホール部分の陥没の原因となシ、ひいては、導
体パターンの断線、接着強度の低下につながるというも
のである。

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、本発明のメタライズ組成
物は、酸化鋼を主成分とし、さらに添加物として、ｐｔ
粉、　Ｐ（１粉、　Ｎｉ粉のうち少なくとも一種以上添
加した無機成分に、ビヒクルと溶剤組成物を加え、混練
して調製したものである。また、添加物として前記の無
機成分に、さらにセラミックまたはガラス等の耐熱性絶
縁材料を添加したものもメタライズ組成物として調製し
た。

作用 本発明は上記した様に、酸化鋼ペーストであるという事
で、導体ペースト中の有機成分を完全に燃焼除去すると
いう工程と、酸化鋼を金属Ｏｕ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。すなわち、脱バインダ時には、有機バインダの除去
のため充分な酸化雰囲気で熱処理をし、焼成時には、酸
化鋼の還元のみを考えてＨ２ｆｔ含む雰囲気で熱処理す
れば良く、従りて、従来の様に微妙な雰囲気コントロー
ルを必要とした焼成条件も、本発明の導体ペーストを用
いれば、ただ単にＮ２にＨ２ｉ適度に含む還元雰囲気の
焼成で良く、雰囲気制御が非常に容易となる。また、多
層の場合においても脱バインダ時にＣｕから酸化鋼への
変化がないため、体積膨張によシ層間の剥離がなく、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。また、ｐｔ粉、Ｐ
ｄ粉。

Ｎ１粉の添加物は焼成時において、酸化銅からＣｕへの
還元による収縮をおさえ、緻密な配線パターンを形成す
るのに効果がある。なぜなら、ｐｔ、Ｐｔ粉、Ｐｄ。

Ｎ１はＣｕの融点を下げないため、必要以上の焼結反応
をおさえることが出来るからである。さらに、セラミッ
クまたは、ＢａＯ，Ｂ２０．、ＣａＯ，ＭｇＯ。

ム１２０．，５ｉ０２などより選ばれた組成によるガラ
スを添加することにより、接着性の向上に効果がある事
がわかった。なお、このガラス成分は、Ｃｕに対して熱
力学的に安定でｃｕｂ酸化させる事はない。

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％の焼結済基板を用いた。そして、メタライズ組成
物にＣａＯ粉を主成分とし第１表に示す組成でｐｔ粉、
　Ｐ（ｌ粉、Ｎｉ粉を添加した。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、ハンダ付は性、焼成時の収縮によるバイア
ホール部での亀裂や陥没について評価した。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、絶縁ペーストｆ：２００メッシ為のスクリー
ンで約３０μ■の厚みとなる様に印刷し、１２．０″Ｃ
で１０分間乾燥した。なお、ここで絶縁ペーストは、無
機成分として、ホウケイ醗ガラス粉末（コーニング社製
＃了０６９）とアルミナ粉末を重量比１対１となる様に
配合したものを用い、さらにこの混合粉に導体ペースト
に用いたのと同一のビヒクルを加え適当な粘度に混練し
たものである０絶縁ペースト乾燥後、前記の導体ペース
トを２５０メツシエのスクリーンを用い約２０μ重の厚
みとなる様に印刷し、同様に乾燥させた。なお導体層は
乾燥後１０μｍ以上の厚みを有していｆＣｏ次にこの乾
燥済基板を、空気中で約７００°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
ダの種類に工つては、多少分解温度が異なるので、おの
ずと脱ノくインダ時の温度プロファイルも異なりてくる
のは当然である。次にこの脱バインダ済基板を焼成する
０その焼成条件は昇温／降温スピードが３００°Ｃ／時
間で、１０００°Ｃで１時間保持し、雰囲気としては、
１２　＋　Ｂ２　（Ｈ２／ｉｉ□＝　”／　　’流量２
ｊ７ｍｉｎ）で行なった０この様にして作製したセラ２
ツク配線基板の断面図を第１図に示した。その後、この
基板を用い、接着強度、ノ・ンダ付は性を測定しｆＣ。

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鎮角
パターンに線巾０．８鵡φのＩＪ　−ド線を基板に垂直
にノ・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、ノ・ンダは、６２％Ｓｎ、３６％Ｐｂ　、
２％ム＜Ｆ１７）もｏｔ−使用した０ （以下余白） 第　　　１　　　表 次に第２図の様な断面を持った配線基板を作製した。ま
ず、アルミナ焼結済基板に、絶縁層を印刷、乾燥させ、
さらに無機成分が１００重量−〇ｕＯの導体ペースト印
刷、乾燥させ、さらに、絶縁層を印刷、乾燥させた。こ
こで第１表に示した無機組成からなる導体ペーストをバ
イアホール部分に印刷し、乾燥させ、最後にまた絶縁層
を印刷した。なお、絶縁ペースト組成、印刷条件、乾燥
条件、脱バインダ条件、焼成条件は、前記の配線基板の
作製条件と同じ条件で行りた。焼成の後、Ｄｕ　Ｐｏｎ
ｔ社製＄９１５３のＣｕペーストを印刷し、乾燥（１１
０″Ｃで１層分間）後、ベルト炉中で９００″Ｃで焼成
した。な、お、雰囲気はＯｚ　ｔ−約１０９ｐ墓含むＮ
２雰囲気で行なった。この様にしして作製した配線基板
を用い、焼成時の収縮によるバイアホール部での亀裂や
陥没を評価した。その評価方法は、第３図に示す様なパ
ターンを基板上に１００ケ所設け、亀裂または陥没が見
られる上層パターンの数を示すというものである。

以上の様にして求めた結果を同じく第１表に示した。第
１表より明らかな様に、各添加物ともに、ハンダ付は性
は、添加物が１０重量％を越えると非常に悪くなった。

また、接着強度については、添加物量が１重量−の場合
、はとんど添加物の効果は見られなかったものの、２．
または６重量％添加した場合、非常に効果があった。な
お、添加物が１０重量−以上のものについては、ハンダ
付は性の影響で、接着強度は測定不可能でありた。

一方、バイアホール部での亀裂や陥没は、添加物量が、
１．２．５重量％の場合は、添加物によってあまり改善
されなかったが、１０重量−以上添加した場合、著しく
改善された。なお、Ｎ１粉を２６重量％添加した際のデ
ータがないのは、Ｎ１は脱バインダ時にＮｉＯとなり体
積膨張を起こし、さらに焼成時に還元されＮ１　にもど
るための体積変化で剥離を生じたためである。しかし、
添加量が１〜２０重量％の場合においては剥離の問題は
生じなかった。しかし、全体的にＮ１粉を添加した場合
、他の添加物に比べて接着強度が低く、亀裂、陥没の割
合が高いのは、剥離は生じないまでも、体積変化の影響
によるものと考えられる。以上の結果より、ｐｔ粉、　
Ｐ（ｌ粉、Ｎｉ粉の添加は２〜５重量−の範囲では接着
強度が高くなるため、セラミック配線基板用導体ペース
トとして特に有効であり、さらに、１０重量％を越える
添加量では、ハンダ付は性は悪いが収縮率が低く、緻密
になるため、良好なハンダ付は性を必要としない様す、
バイアホールを埋めるための導体ペーストとして有効で
ある。

通常、セラミック多層配線基板の場合、内層導体と上層
導体の導通をつけるために、絶縁層にバイアホールを設
けるが、絶縁層の厚みが厚くなると、上層印刷によって
バイアホールを導体で満たすのは困難となる。なぜなら
、焼成時のバイアホール部分の導体収縮が上層の亀裂、
陥没上層と内層導体の断線の原因となるからである。そ
のため、バイアホール部のパターンを１層設けるのであ
るが、収縮率の大きな導体ペーストを用いたのではやは
り、焼成による、亀裂、陥没、断線の確率が轟く良い解
決策とはいえない。そのため、本発明の様に、添加物に
よって収縮率をおさえる方法が有効である。一方、添加
物量が多くなる事により、。

導体抵抗の上昇が考えられるが、バイアホール部におい
てのみ使用する場合、厚み方向の抵抗が問題となり、全
体の配線パターンへはほとんど大きな影響はおよぼさな
いと思われる。

（実施例２） ＣａＯ粉に、添加物としてｐｔ粉と・ム１２０３とガラ
スの主要成分（Ｍｇ　Ｏｓ　８１０２　、　ＣａＯ）　
ｔ−重量比でｅ６：４に混合したものを、第２表に示す
様な組成で混合し、さらに実施例１と同様な有機成分を
加え導体ペーストとした。

以下余白 この様にして調製した導体ペーストを用い、実施例１と
同様の測定を行なりた。その結果を同じく第２表に示し
た。表に示す様に添加物としてｐｔを１６重量％加えた
場合は、ノ１ンダ付は性の影響で接着強度は測定出来な
かつ７？：ｏまた、バイアホール部の亀裂や陥没に、ム
ＪｚＯｓとガラス主要成分の添加は、あまシ効果を示さ
なか５たが、接着強度においては明らかに効果が見られ
た〇今回、酸化鋼としてＣｕＯを用いたが、Ｃｕ２Ｏを
用いた場合においても添加物の影響は大であった。

しかし、Ｃｕ２０を用いる場合、脱バインダの工程にお
いて、０ｕ２０ペースト中のバインダが完全に燃焼除去
され、かつＣｕｚＯが酸化され、ＯｕＯ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０そこで、０２濃度が制
限されるｋめ、ペーストに用いるバインダｔ−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。

さらに、添加物としての耐熱性絶縁材料は、実施例２に
示した組成に限るものではない。

発明の効果 以上述べた様に、本発明は、ｃｕ　ｆ、導体とする高性
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メタライズ組
成物を用いれは、 （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。

（３１Ｐｔ　、　Ｐａ　、　Ｎｉ等の金属粉の添加によ
り、導体ペーストの収縮をおさえる事が出来るため、バ
イアホール部分用ペーストとして有効である０（４）　
　さらＫ、耐熱性絶縁材料を添加する事により、メタラ
イズ性に著しい効果がある。

この他に、本発明のメタライズ組成物を用いる事にニジ
、Ｃｕの持っている導体抵抗の低さ、低コスト等を充分
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、接着強度、ハンダ付は性の測定用セラミック
配線基板の断面図、第２図は、収縮による亀裂、陥没を
評価するためのセラミック多層配線基板の断面図、第３
図は、第２図のセラミック多層配線基板の上層パターン
を上から見た図である０ １・・・・・・アルミナ焼結済基板、２・・・・・・絶
縁層、３・°・・・・Ｃｕメタライズ層、３−１−・・
・−１００％　ＣｕＯ粉からなる導体ペースト、３−２
・・・・・・所定量の添加物を加えたペーストからなる
。３−３・・・・・・市販Ｑ１１　ペーストからなる。 ４・・・・・・バイアボール。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化銅粉末８０〜９８重量％に少なくともＰｔ粉
   、Ｐｄ粉、Ｎｉ粉のうち少なくとも一種以上を２〜２０
   重量％含有した無機成分とビヒクルと溶剤組成物とより
   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）酸化銅粉末を７０〜９７重量％、耐熱性絶縁材料
   を１〜１０重量％、および、Ｐｔ粉、Ｐｄ粉、Ｎｉ粉の
   うち少なくとも一種以上を２〜２０重量％含有した無機
   成分とビヒクルと溶剤組成物と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。