JPS6254206B2 - - Google Patents

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JPS6254206B2
JPS6254206B2 JP58018914A JP1891483A JPS6254206B2 JP S6254206 B2 JPS6254206 B2 JP S6254206B2 JP 58018914 A JP58018914 A JP 58018914A JP 1891483 A JP1891483 A JP 1891483A JP S6254206 B2 JPS6254206 B2 JP S6254206B2
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silver
fine
copper
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Takashi Shoji
Kenji Ochiai
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Showa Denko KK
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Publication date
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Priority to US06/638,936 priority patent/US4552691A/en
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Publication of JPS6254206B2 publication Critical patent/JPS6254206B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明はサーデイツプ基板用ペースト、特にド
ツテイングペーストに関するものである。 近年、電子機器の薄型化、コンパクト化は著し
く、集積度の増加と共に一段と信頼性が向上し、
用途も拡大の一途をたどつている。モノリシツク
ICでは急速な密度の増加、小型化がすすんでき
ており、一方ハイブリツトICの分野でも特に自
動車用制御回路や電源装置用などの産業機器にお
いては耐熱性、耐衝撃性にすぐれた大規模ハイブ
リツトIC化の傾向が強い。最近のハイブリツト
ICでは、セラミツク基板上にダイオード、トラ
ンジスタ、半導体ICなどの能動部品のほかコイ
ル、トランス、コンデンサーなどほとんどの電気
部品を搭載している。集積度も一段と増加し信頼
度も飛躍的に向上した混成集積回路が開発されて
いる。 これらのハイブリツトICはセラミツク基板上
に、個別部品あるいはICエレメントを搭載した
り、厚膜技術を駆使して構成されている。サーデ
イツプICは通常Al2O396％程度のアルミナ基板上
にシリコンのICチツプをボンデイングペースト
を使用して固着しているが、一層耐久力のある固
着力が要求されている。 通常サーデイツプ用のボンデイング方法として
はAu系ペーストまたは半田、ガラスなどが使用
されている。Au系ペーストは導電性に優れ、化
学的にもまつたく安定で、Auワイヤーとのボン
ダビリテイがもつとも良く、Siとも容易に合金化
し、基板との接着もきわめて良好であるが、高価
であるという難点がある。この難点を解消するた
めAuをAgに代えAgの欠点であるマイグレーシヨ
ンを防止するためにPdを添加したAg−Pd系のペ
ーストが開発されてきた。 これら従来のペーストは金属粉末にガラス質金
属酸化物を混合し、ビヒクルを用いて混練したも
のであり、アルミナ基板との接着はもつぱらガラ
スフリツトの焼結結合にたよるものであつた。 しかしながらガラスフリツトは熱衝撃に弱く、
基板を焼成してパツケージ化する工程や、あるい
は使用中の環境温度の変化によつて接着強度が熱
劣化する欠点を有する。アルミナ基板との接着力
を向上させるため、Cuなどを微量添加しアルミ
ナ基板と化学的に結合される試みもなされている
が、ガラスフリツトを使用する限り熱劣化特性を
飛躍的に向上させることは困難であつた。 すなわち、ただ単にCu微粉末を添加したので
は、ビヒクル中では比重差により他の金属微粉末
と分離する現象が起こり、ドツテイングに際して
は分散が悪く、均一なペースト皮膜とならないば
かりでなく、アルミナ基板に充分拡散しないため
皮膜の接着強度が不充分なものとなる。また焼成
過程でCuの偏析した箇所は局部的に酸化されて
着色し均一な平滑面を有する皮膜が得られないな
どの欠点がある。 本発明は上記のような欠点を解消すべくなされ
たものであり、サーデイツプIC用のドツテイン
グペーストにおいて、アルミナ基板とシリコンチ
ツプとの接着力を増し、耐熱性、耐衝撃性にすぐ
れており、使い易く、安価なフリツトレスタイプ
のドツテイングペーストを提供せんとするもので
ある。 本発明は銀（Ag）と銅（Cu）の複合微粉末を
使用することを特徴とする。第一の発明は銀微粉
末と、銀と銅との複合微粉末を含有し、残部がテ
ルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカル
ビトールアセテート、２・２・４−トリメチル−
１・３−ペンタンジオールモノイソブチレートの
うち少くとも１種からなる揮発性有機溶媒とエチ
ルセルロースからなるビヒクルよりなることを要
旨とする。第二の発明は銀微粉末と、銀と銅との
複合微粉末、および銀と白金との複合微粉末また
は白金微粉末を含有し、残部がテルピネオール、
ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテ
ート、２・２・４−トリメチル−１・３−ペンタ
ンジオールモノイソブチレートのうち少くとも１
種からなる揮発性有機溶媒とエチルセルロースか
らなるビヒクルよりなることを要旨とし、Agの
マイグレーシヨンを防止し、ワイヤー接着性、ハ
ンダ特性を向上させる効果を有するものとなる。 第三の発明は銀微粉末と、銀と銅との複合微
粉、および銀とパラジウムとの複合微粉末を含有
し、残部がテルピオネール、ブチルカルビトー
ル、ブチルカルビトールアセテート、２・２・４
−トリメチル−１・３−ペンタンジオールモノイ
ソブチレートのうち少くとも１種からなる揮発性
有機溶媒とエチルセルロースからなるビヒクルよ
りなることを要旨とするもので、Agのマイグレ
ーシヨン防止に特にすぐれ、ワイヤー接着性、ハ
ンダ特性を向上させる効果を有する。 次に本発明につき詳説する。 本発明において銀微粉末は粒径10μｍ以下のも
の、好ましくは平均粒径（D50）が0.5〜５μｍの
ものを使用する。10μｍより大きくなるとビヒク
ル中での分散性が悪くなり、ドツテイングの時に
ニードルが閉塞する恐れがある。銀微粉末は特殊
なものである必要はなく、通常の還元法や電解法
で得られた銀粉末を使用することができる。 銀と銅の複合微粉末はビヒクル中で銀粒子と銅
粒子が結合を保つていれば良く、メツキ粉、共沈
粉、メカニカルアロイ粉末等が利用できる。特に
メカニカルアロイ粉末は、銀と銅の粉末をボール
ミル中で高速回転させて混合粉砕した結果得られ
るものであり、銀粒子と銅粒子が機械的に噛合つ
て結合しており、バインダーを何ら使用すること
なく銀粒子と銅粒子の強固な結合を保つことが可
能である。メカニカルアロイ粉末による場合は広
範囲の銅含有量の複合粉末を任意に選択使用でき
る利点を有する。銀と銅との複合粉末の粒子径は
10μｍ以下、好ましくは平均粒子径（D50）が0.5
〜５μｍのものが良い。銀と銅との複合粉末中の
銅の含有率は20〜70％、好ましくは40〜60％が適
当である。銅含有率が20％以下では皮膜強度が充
分でなく、70％を越えると複合粉末化の効果がな
くなる。さらに比重値がなるべく銀と銅との中間
値に近いものがビヒクル中での分散性を良くする
上で望ましい。 導電ペースト中の金属粉体中に占める銅含有率
は0.1〜10％、好ましくは２〜５％である。銅含
有率が0.1％以下ではアルミナ中への拡散が不充
分で接着強度が上がらない。また、銅含有率が10
％を越えると銅の酸化が著しくなり、かえつて悪
影響をおよぼす結果となる。 導電ペースト中の金属粉末含有量は60〜90％と
する必要があり、これ以外では取扱い易いペース
ト粘度が得られない。 ビヒクルは金属微粉末を均一に分散させ、使用
に際しては適度の粘性と表面張力を有し、塗布面
に滑らかに拡散させる機能を有する。本発明で使
用するビヒクルは通常使用されているテルピネオ
ール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトール
アセテート、２・２・４−トリメチル−１・３−
ペンタジオールモノイソブチレート（２・２・４
−trimethyl−１・３−pentanediol
monoisobutyrate、通称テキサノール；
Texanol）等の有機質溶媒が使用できる。本発明
で使用するビヒクルは、高温焼成する際に完全に
揮発し、皮膜中に残存しないことが必要である。
焼成後は金属粉末粒子の接触によつて高い導電率
を維持するためである。なお、ペースト状態での
粘結力を持たせるため、エチルセルロースを少量
添加することは有効である。ペースト状態では金
属微粉末粒子の分離偏析を避けるため、粘度は高
く調整しておくが、使用に際しては溶剤を用いて
希釈し、40〜450cpsの粘度に調整する。 第一の発明では銀微粉末および銀と銅との複合
微粉末を含み、これらの金属微粉末粒子の合計が
60〜90％で、かつ金属微粉末中の銅の含有率が
0.1〜10％であり、残部がテルピオネール、ブチ
ルカルビトール、ブチルカルビトールアセテー
ト、２・２・４−トリメチル−１・３−ペンタジ
オールモノイソブチレートのうち少くとも１種か
らなる揮発性有機溶媒とエチルセルロースからな
るビヒクルからなるドツテイングペーストであ
る。ペーストを上記のように構成することにより
熱衝撃に耐え、熱劣化性が著しく改善された強固
な結合力を有するものとなる。さらに本発明によ
るペーストはドツテイングの際の分散性も良くな
り、平滑で均一な焼上がり特性を有するすぐれた
表面皮膜となる。 第二の発明は第一の発明に白金を添加したもの
であり、銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、
銀と白金との複合微粉末または白金微粉末とを含
み、これらの金属微粉末粒子の合計が60〜90％
で、かつ金属微粉末中の銅の含有率が0.1〜10％
であり、白金の含有率が0.2〜30％であり、残部
がテルピオネール、ブチルカルビトール、ブチル
カルビトールアセテート、２・２・４−トリメチ
ル−１・３−ペンタジオールモノイソブチレート
のうち少くとも１種からなる揮発性有機溶媒とエ
チルセルロースからなるビヒクルからなるドツテ
イングペーストである。上記のごとくペーストを
構成することにより、熱衝撃に耐え、熱劣化性が
著しく改善された強固な結合力を有するほかに、
銀のマイグレーシヨンを防止し、ワイヤーボンデ
イング性、フアインライン性、ハンダ特性、導電
性を改善する効果を有する。又、キヤビテイー部
にワイヤーを接続する場合、Al線が使用できる
大きな利点をもつ。 白金は化学的に安定であるから単独で混合して
も上記特性を改善するのに有効であるが、銀との
複合粉末を使用するとビヒクル中で均一に分散す
るので、一層効果的である。銀と白金との複合粉
末はメツキ粉、共沈粉、メカニカルアロイ粉等が
使用できる。複合粉末中の白金の含有率は５〜60
％が適する。メカニカルアロイ粉では白金含有率
の高いものを容易に得ることができる。複合粉末
の粉末粒子径は10μｍ以下、平均粒子径（D50）は
５μｍ程度のものが良い。白金の含有率はペース
ト中の金属粒子に対し0.2〜10％、好ましくは0.5
〜3.0％である。白金含有率が0.2％以下では添加
効果が認められず、10％以上ではコスト削減の効
果が現われない。 第三の発明は第一の発明のパラジウムを添加し
たものであり、銀微粉末と、銀と銅との複合粉末
と、銀と白金との複合微粉末とを含み、これらの
金属微粉末粒子の合計が60〜90％で、かつ金属微
粉末中の銅の含有率が0.1〜10％であり、パラジ
ウムの含有率が0.2〜30％であり、残部がテルピ
オネール、ブチルカルビトール、ブチルカルビト
ールアセテート、２・２・４−トリメチル−１・
３−ペンタジオールモノイソブチレートのうち少
くとも１種からなる揮発性有機溶媒とエチルセル
ロースからなるビヒクルからなるドツテイングペ
ーストである。上記のごとくペーストを構成する
ことにより、熱衝撃に耐え、熱劣化性が著しく改
善された強固な結合力を有するほかに、特に銀の
マイグレーシヨン防止に著しい効果を発揮し、ワ
イヤーボンデイング性、ハンダ特性を改善し、表
面の滑らかな均質皮膜が得られる効果を有する。 パラジウムを添加したペーストは銀のマイグレ
ーシヨンを防止する効果を有することは広く知ら
れた事実であるが、パラジウムを単独で添加した
ペーストは、焼成過程でパラジウムが容易に酸化
され、表面粗さが極端に粗くなる欠点がある。本
発明ではパラジウムを銀と複合化した粉末を使用
することにより、パラジウムの酸化を防止しつつ
平面状態のきわめて良好な皮膜が得られることを
見出し、発明に至つたものである。 銀とパラジウムとの複合化粉末としては共沈粉
末、メカニカルアロイ粉末、メツキ粉末が利用で
きる。複合粉末中のパラジウムの含有率は10〜40
％、好ましくは20〜30％のものが使い易い。複合
粉末の粒子径は10μｍ以下、平均粒子径（D50）は
５μｍ程度のものが良い。パラジウムの含有率は
ペースト中の金属粒子に対して0.2〜30％、好ま
しくは0.5〜10％である。パラジウム含有率が0.2
％以下では添加の効果が認められず、30％以上添
加しても著しい特性向上は期待できなくなるから
である。 次に実施例をあげて本発明を説明する。 実施例 １ 表１に示す金属粉末を使用しビヒクルとしてテ
ルピオネール、ブチルカルビトールを使用し、バ
インダーとしてエチルセルロースを使用して三本
ロールミルで混練してペーストを作つた。銀粉は
市販の還元粉を使用し、純度は99.9％、粒度は１
〜４μｍであつた。銀と銅との複合粉末としては
銅20％を含む無電解メツキ粉、および銀粉50％と
銅粉50％をボールミル中で高速混合粉砕したメカ
ニカルアロイ粉を使用した。複合粉末の粒度は10
μｍ以下に分級したものを使用した。 ビヒクル成分はテルピネオールとブチルカルビ
ールを１：１に混合したものを使用し、その溶剤
に対して12％のエチルセルロースを添加したもの
を用いた。その時の粘度はBrookfield粘度計HBT
で、14番スピンドルを使用して測定したところ、
200±50Kcpsであつた。 これらの金属粉末とビヒクルを表１に示す配合
条件で三本ロールミルを使用して充分混練し、ペ
ーストを得た。 次に該ペーストを、ブチルカルビトールとテル
ピネオールを１：１に混合した溶液をシンナーと
して使用し、最終粘度が約100cpsになるように
調整してドツテイングに使用した。 基板はブラツクアルミナ（96％Al2O3、寸法
31.7×13×２mm）を使用し、キヤビテイーの寸法
は6.25×6.25×0.18mmであつた。アルミナ基板は
トリクロレンで洗浄後使用した。このキヤビテイ
ー上に２×２×0.1mmのシリコンチツプをドツテ
イングにより装着した。 ドツテイング装置は岩下エンジニアリング製の
ものを使用した。該導電ペーストをドツテイング
後、120℃で20分間乾燥し、さらにワトキンス・
ジヨンソン社製4MC型厚膜焼成炉により、大気
雰囲気中で焼成した。焼成条件は60分間プロフア
イルでピーク温度910℃10分間とした。 このようにして得られたペースト皮膜表面を観
察し、表面粗さを東京精密製表面粗さ計により測
定した。サンプルは各水準毎に50個を使用した。 さらに2.5×2.5mm口×25μｍのAuプリフオーム
を使用し、ウエストボンド社製ダイアタツチ装置
により450℃でシリコンチツプを接着した。この
ようにして得られたサーデイツプICにつき接着
強度試験および耐熱テストを実施した。これらの
結果を表１に示す。 接着強度はダイアタツチ性とダイプツシユ試験
で判定した。ダイアタツチ性とは接着時のスクラ
イビングの時間により判断し、表１中〇印は短時
間に接着できたものである。ダイプツシユ試験は
耐熱試験終了後のテストピースについてエンジニ
アド・テクニカル・プロダクト社製のバーチカル
ボンドテスターを使用して測定した。表１中〇印
は20個全部のテストピースがダイ破壊を示した場
合。△印は20個のサンプルのうち１個でも膜剥離
があつた場合を示す。×印は20個のテストピース
全部が膜剥離をしたことを示している。 耐熱テストは熱サイクルテストと熱衝撃テスト
を実施した。試験条件は熱サイクルテストは
MLLL−STD 883B 1010・２に基づき
CONDITION Ｃでおこなつた。熱撃テストは同
じくMILL−STD 883B 1010・２、CONDITION
Ｃでおこなつた。 なお、比較のためガラスフリツトを使用した導
電ペーストと銅粉末を単純混合した導電ペースト
を使用して、前記と全く同様な試験をした結果も
表１に合わせて示した。 表１の結果から明らかなように、本発明による
銀と銅との複合微粉末を使用した導電ペースト
は、焼成後の表面がきわめて滑らかであり、シリ
コンチツプとアルミナ基板との接着力が強固であ
り、しかも熱履歴を受けても接着力が劣化しない
というきわめてすぐれた効果を発揮している。 実施例 ２ 実施例１で使用したものと同様の銀微粉末と、
メカニカルアロイ法による銀と銅との複合微粉末
とビヒクルとを使用し、白金を添加した導電ペー
ストを実施例１と同様の方法で調整し、接着テス
トを実施した。白金は市販の0.5〜0.8μｍの微粉
末、および銀と白金の割合が85：15の共沈粉末を
５μｍ以下に分級して使用した。金属微粉末の配
合条件は表２に示すとおりである。導電ペースト
の使用テスト条件も実施例１と全く同様である。
これらのテスト結果を表２に併記して示す。 表２から明らかなように白金粉末または銀白金
複合粉末を使用した導電ペーストは皮膜の焼き上
がり状態が良く、熱履歴によつても接着強度が劣
化しないことが判明した。 さらに、太さ30μｍのアルミニウム線を使用し
キヤビテイー部へワイヤーのボンデイングテスト
をおこない、高温雰囲気にさらした後の抵抗変化
を測定した。測定は300℃で９時間大気中に放置
した後の抵抗値を放置前の抵抗値と比較した。そ
の結果、高温にさらす以前は抵抗値が205ｍΩで
あつたものが、高温雰囲気にさらした後は210ｍ
Ωとなつていた。この抵抗変化は従来品が240ｍ
Ωものが1050ｍΩになるのと比較すると著しく小
さく、本発明品が熱的に非常に安定していること
を示している。 また、本発明品の抵抗値は非常に低く、ボンデ
イング特性も良いので、アルミニウムワイヤーの
使用が可能となることも、本発明の大きな利点で
ある。 実施例 ３ 実施例１で使用したものと同様の銀微粉末と、
メカニカルアロイ法による銀と銅との複合微粉末
とビヒクルとを使用し、パラジウム添加した導電
ペーストを実施例１と同様の方法で調整し、接着
テストを実施した。パラジウムは市販の粒度0.8
〜1.8μｍの微粉末、および銀とパラジウムの重
量比が７：３である共沈粉末を５μｍ以下に分級
したものを使用した。金属微粉末の配合条件は表
３に示すとおりである。導電ペーストの使用テス
ト条件も実施例１と全く同様である。これらのテ
スト結果を表３に併記して示す。 表３から明らかなようにパラジウム粉末を単純
混合して調整ペーストは焼成後の皮膜状態が悪
く、ダイアタツチ性も劣るが本発明による銀とパ
ラジウムの複合粉末を使用した場合は、これらの
欠点が解消される。 また、このペーストを使用した皮膜を温度60
℃、湿度95％の大気中に100時間放置したが、銀
のマイグレーシヨンの兆候は観察できなかつた。 さらに実施例２と同様に30μｍのアルミニウム
線を使用してボンデイングテストをおこない、高
温雰囲気にさらして抵抗変化を測定した。測定条
件も実施例２と同様である。 測定の結果245ｍΩであつた抵抗値は270ｍΩに
変化していたが、従来のものに比較して、かなり
熱的に安定であると言える。
【表】
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末を含みこ
    れら金属微粉末の合計が60〜90％であり、かつ金
    属微粉末中の銅の含有率が0.1〜10％であり、残
    部がテルピネオール、ブチルカルビトール、ブチ
    ルカルビトールアセテート、２・２・４−トリメ
    チル−１・３−ペンタンジオールモノイソブチレ
    ートのうち少なくとも１種からなる揮発性有機溶
    媒とエチルセルロースからなるビヒクル成分より
    なることを特徴とするドツテイングペースト。 ２ 銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀と
    白金との複合粉末または白金微粉末を含み、これ
    ら金属微粉末の合計が60〜90％であり、かつ金属
    微粉末中の銅の含有率が0.1〜10％で白金の含有
    率が0.2〜10％であり、残部がテルピネオール、
    ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテ
    ート、２・２・４−トリメチル−１・３−ペンタ
    ンジオールモノイソブチレートのうち少なくとも
    １種からなる揮発性有機溶媒とエチルセルロース
    からなるビヒクル成分よりなることを特徴とする
    ドツテイングペースト。 ３ 銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀と
    パラジウムとの複合微粉末を含み、これら金属微
    粉末の合計が60〜90％であり、かつ金属微粉末中
    の銅の含有率が0.1〜10％でパラジウムの含有率
    が0.2〜30％であり、残部がテルピネオール、ブ
    チルカルビトール、ブチルカルビトールアセテー
    ト、２・２・４−トリメチル−１・３−ペンタジ
    オールモノイソブチレートのうち少くとも１種か
    らなる揮発性有機溶媒とエチルセルロースからな
    るビヒクル成分よりなることを特徴とするドツテ
    イングペースト。
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