JPS63105404A - 金導体組成物 - 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】 本発明は、多層ハイブリッド回路を包含する、電子微小
型回路において使用するための、厚いフィルム（ｔｈｉ
ｃｋ　　ｆｉｌｍ）の金導体組成物に関する。

本発明の厚いフィルムの金導体組成物は、きわめてすぐ
れたアルミニウム針金の結合性およびことに誘電材料上
の老化（ａｇｉＢ）に対する抵抗性をもつため、金属化
された基体および金属化された誘電材料へアルミニウム
針金を結合することが必要である用途において、ことに
有用である。

集積回路は、活性装置を厚いフィルムの金属化基体に接
触するために、非常に細い針金を使用することを必要と
する。一般に、細い針金は、活性装置および金属化表面
に、熱エネルギー、機械的圧！！ｉ！％超音波エネルギ
ーなどによって取付けられる。多年にわたって、このよ
うな装置を金属化量表面に取付けるために、金の針金が
もっばら使用さ“れた。高い電力のハイブリッドにおけ
る用途について、強電流を運ぶために金のストリップを
使用しなくてはならない。金の価格のために、近年金の
代替物を探究することが必要になってきた。

アルミニウム針金は、比較的安価であり、最も広く使用
されている金の針金の代替物である。アルミニウム針金
を使用するときの欠点は、このような針金を金属化量表
面へ取付けるとき、界面におけるカーケンドールの空隙
（Ｋ　１ｒｋｅｎｄａｌｌ　　ｖｏｉｄｓ）が形成する
ため、結合の強さは熱的老化後有意に劣化する。これは
、金属化表面が誘電材料であるとき、ことに真実である
。

この問題を軽減するために、例えば、１〜３重量％の範
囲の比較的少量のパラジウムは結合の強さの劣化を効果
的に抑制することが発見された。

しかしながら、パラジウムをドーピングした厚いフィル
ムの金導体組成物で実施した金属化は、いくつかの他の
欠点に悩まされる。こうして、パラジウムは金導体の金
属化を硬化する傾向があり、それゆえアルミニウム針金
の内部の導体との必要な初期の接触を達成するために、
より多くのエネルギーを必要とする。また、パラジウム
は金導体の電気抵抗を有意に増加する傾向がある。これ
はある場合において欠点であることがある。

アルミニウム針金の結合性の問題を克服するために、０
．１〜４重量％の少量の銀を添加することが、最近、示
唆された。米国特許第４，２３０゜４９３号参照。厚い
フィルムの全組成物に銀を添加すると、アルミナの基体
へのアルミニウム針金の結合強さを事実改良するが、こ
の改良は、とくに厚いフィルムの全組成物を誘電材料上
に印刷するとき、所望の性能特性をなお欠乏する。

本発明によれば、９０／１０〜２５／７５の銀対銅の比
の銀および銅の少量を金導体組成物に添加することによ
って、材料のアルミニウム針金の結合強さは有意に改良
されることが発見された。

これは、アルミニウム針金の結合が、例えば、多層ハイ
ブリッド回路における、誘電材料の上部に金属化した金
に対するとき、真実である。本発明を、ここで、組成物
の個々の成分を参照して、詳しく説明する。

本発明は、少量の銀および銅を含有する厚いフィルムの
全組成物に関する。一般に、組成物は、金材料、結合剤
、銀および銅、および有機ビヒクルからなる。

金の粉末またはフレークあるいは両者の任意の比率の混
合物を包含する、任意の適当な金材料を、本発明の組成
物において使用できる。金材料は、また、金のフレーク
または粉末を含有する方法、例えば、エンデルハード（
Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ）　Ａ　１５７０、Ａ４７９８また
はＡ４６３１であることができ、これは現在好ましい金
材料であり、このような材料は粉末およびフレークを混
合することによって、あるいはそれを沈殿物として形成
することによって生成することができる。一般に、金粉
末は直径が約０．５〜５．０ミクロンの大きさの範囲の
ほぼ球形の粒子がらなり、これより大きい粒子および小
さい粒子が存在しうることを理解すべｂである。粒子の
９０％が直径約３〜４ミクロンより小さく、５０％が直
径約１．８〜２．７ミクロンより小さく、そして１０％
が直径約０．８〜１゜２ミクロンより小さい、粉末およ
びフレークを含有する金材料を使用することが、現在、
好ましい。

粒子の表面積は、一般に、約０．３０〜０．５０ｗ２／
ｇ、　ヨ’）　好＊　シ＜　ハ約０．３５〜０．４５ｎ
ｚ／ｇである。金材料のタップ密度は、一般に、約５〜
８．５ｇ／ｍ”、より好ましくは約６〜８ｇ／ｌｓ”で
ある。金材料は、一般に約７５〜９０重量％、より好ま
しいくけ８０〜８８重量％、最も好ましくは８２〜８６
重通％の量で存在する。

本発明の組成物において使用する結合剤は、厚いフィル
ムの金組成物において通常使用する、任意の適当な結合
剤であることができる。結合剤は、金属酸化物粉末、例
えば、微細な銅酸化物、カドミウム酸化物およびビスマ
ス酸化物、および通常グラス結合剤を包含することがで
きる。少なくとも１種の遷移金属酸化物、銅酸化物、ビ
スマス酸化物およびカドミウム酸化物を微量で含有する
、鉛ボロシリケートの基づくガラスの７７リトを使用す
ることが、現在、好ましい。結合剤は、一般に約０．１
〜１２重量％、好ましくは約０．５〜３重皿％の量で存
在する。

本発明の銀／銅材料は、種々の異なる形態で組成物に添
加することができる。例えば、それは銀および銅の共同
沈殿粉末であることができ、次いでこれを金材料と混合
することができる。あるいは、銀／銅材料は、銀および
銅のレジネート、または銀酸化物の粉末、または銀粉末
および銅酸化物の粉末を一緒に混合することによって形
成することができる。しかしながら、銅レジネート、例
えば、銅エチルヘキサノエートと銀粉末および適当な有
機ビヒクルから構成された銀ペーストとを混合すること
によって銀／銅材料を調製することが、現在、好ましい
。本発明において有用な銀粉末は、一般に、直径約０．
１〜１０ミクロン、より好ましくは直径約０．１〜１０
．０ミクロンを有する球形であり、例えば、エンデルハ
ードＰ４４０銀粉末である。粒子の９０％が直径約５．
３〜９．６ミクロンより小さく、５０％が直径約３゜２
〜４．１ミクロンより小さく、そして１０％が直径約０
．９９〜２．５ミクａンより小さい、銀粉末を使用する
ことが、現在、好ましい。次いで、得られる材料を３本
ロールミルで混合して　ペーストを形成し、このペース
トは金組成物への添加に適する。

本発明の組成物におけるｆ！１／銅材料の量および銀対
銅の比は、所望のアルミニウム針金の結合強さを達成す
る上で臨界的である。一般に、銀／ｌ：ｉ４材料を約０
．５〜１．５重量％の量で使用することが好ましく、銀
／銅の百分率は組成物中の金属の量に基づく。より好ま
しくは、銀／銅の量は約０．５〜１．０重量％であり、
最も好ましくは約０．５重量％である。銀対銅の好まし
い比は、一般に９０／１０〜２５／７５、より好ましく
は９０／１０〜５０　／　５０　、最も好ましくは９０
／１０〜７５／２５である。現在、７５／２５の銀対銅
の比で約０．５％の銀／銅を使用することが好ましく、
百分率はＭＬＪ＆物中に存在する金属の百分率を表わす
６ 本発明における使用に適する有機ビヒクルは、厚いフィ
ルムの金導体組成物において普通に使用されている有機
ビヒクルの任意のものからなる。

このような有機ビヒクルは、樹脂、例えば、エチルセル
ロースυ（脂の溶液または分散液を包含する。適当な溶
液または分散液の媒質は樹脂と物理適に相溶性であるべ
きであり、そして得られる溶液または分散液は金導体組
成物の他の成分に関して化学的に不活性であるべきであ
る。種々の有様液体のいずれをも、増粘剤および／また
は安定剤お上り／または他の添加剤の存在下または不存
在下に、有機樹脂のための担体として使用でｂる。

適当な有機溶媒は、脂肪族のアルコール、エステル、グ
リコールエーテル、テルピン（ｔｅｒｐｉｎｅｓ）およ
びジ−アルキル７グレートを包含する。現在、ハーキュ
ルス（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ）　！！ｉｊのステイベライト
（Ｓ　ｔａｙｂｅｌｌｉＬｅ）　ｆｊ４脂、ブチルカル
ピトール、テルピネオールおよびエチルセルロースを使
用することが好ましい。一般に、有機ビヒクルは約１０
〜２５重量％の量で、より好ましくは約１５〜２０重量
％の量で存在する。

本発明の好ましい実施態様に従えば、金導体組成物は、
まず、球形の粉末フレークを含有する金材料を結合剤、
例えば、ペーストの形態であることがで慇るガラス７リ
ツトと一緒に混合することによってつくられる。次いで
、その混合物に、カドミウムレジネート、例えば、カド
ミウム２−エチルヘキソエートを添加する。その後、ペ
ーストの形態の銀粉末を、銅レジネート、例えば、銅エ
チルヘキサノエート士適当な有機ビヒクルと一緒に添加
する。得られる混合物をよく混合し、次いで３本ロール
ミルでペーストに形成する。次いで、この金組成物は金
属化材料中における使用に適する。他の適当な調製技術
は、もちろん、用いることができる。

次の実施例は、さらに、本発明を例示し、そしてまた、
本発明の組成物の性能を、本発明の範囲内に含まれない
種々のＡＩＬＩ＆物、例えば、銀のみを含有するものの
性能と比較する。

犬１１１− ８５０ｇの銀粉末／７レ一ク組成物、エンデルハルトＡ
４Ｇ３１を、微量のビスマスおよび銅酸化物を含有する
３１．０ｇの鉛ボロシリケートのガラス７リツトと混合
した。その混合物に、６０％のＡｇを含有し、残部が有
機ビヒクルである銀インキの６．０ｇを添加した。次い
で、２０．０ｇのカドミウムレジネートをこの混合物に
添加した。

次に、７．Ｏｇｆ）銅エチルヘキソエートを添加した０
次に、４２．ｏｇの有機ビヒクルを添加した。

この有機ビヒクルは１５．４％のハーキエルス（Ｈｅｒ
ｃｕｌｅｓ）製のステイベライト（Ｓ　ｔａｙｂｅｌｌ
ｉｔｅ）樹脂、３５．１％のテキスタイル・ケミカル（
Ｔｅｘｉｔｉｌｅ　　ＣｈｅＩｌｌｉｃａｌ）　ｌ！ｊ
のブチルカルピトール（ＢｕＬｙｌ　　Ｃａｒｂｉｔｏ
ｌ）　、３５．　１％のハーキュルス製のテルピネオー
ル（Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）および１４゜４％のハーキエ
ルス製のエチルセルロース樹脂ヲ含有した。また、４４
．０ｇの他の有機ビヒクルを添加した。この有機ビヒク
ルは、５％のハーキュルス製のエチルセルロースに−５
０００および９５％のテルピネオール−３１８を含有し
た。次いで、すべての材料をよく混合し、３本ロールミ
ルへ挿入し、次いでそのミルでペーストに形成した。

叉部１ム この実施例の金導体組成物は実施例１のそれに類似する
方法で調製したが、ただし銀インキの混合物および銅し
ジネート代わりに、銀お上Ｖ銅の共同沈殿粉末を使用し
た。

艮１性にｉｓ 実施例３〜１５の各々の金導体組成物は実施例１に記載
するように調製したが、唯一の相違は銀対徂の比および
組成物中の銀／ｆＩ４材料の量であった。それらの比お
よび量を表Ｉに示す。実施例８．１４および１５は比較
例であり、そして本発明の一部ではない。

表−一り 昼」Ａｇ％ｚ　　Ｃ’可４　　組ノ遍　醇■　ｐ部罪片
１４　　　　９０　　　１０　　　　．３１５　　　　
９０　　　１０　　　　．１＾、ｌ　ＢＯＮＩ）５００
　　　叶控暉則　社即即枚叫　ゆｐ−１轍４．５７　　
　　　６，３６　　　　　４．３６　　　　　　５．９
４３．０７　　　　　３．９８　　　　　２，８０　　
　　　　３．８６４．７５　　　　　６，１２　　　　
　４，２６　　　　　　５．７１（３，８５５，４６１
，９１４，６３ ４，３０６，４７４，１２５，６８ ５，２８５，８６３，７２５，１６ ３，７１４，９３３，３３４，８３ ４，６９４，６２４，５７５，０４ ３，６１３，３２３，３２２，９６ ３，７９２，９１３，８２２，４１ ４，９：Ｊ　　　　　　４．８６　　　　　４，６４　
　　　　　３．７２３．５６　　　　　４，８５　　　
　　２，９：ｌ　　　　　　　３．９１４．５０　　　
　　４．８０　　　　　４．３０　　　　　　３．４７
４．１２　　　　　４．Ｇ１　　　　　４．２５　　　
　　　３，６２４．５７　　　　　　Ｊ、７１　　　　
　４，０４　　　　　　３，０６４．９０　　　　　４
．０７　　　　　４，２６　　　　　　３，００４．６
０　　　　　４，１１　　　　　４．８８　　　　　　
４．０２５．０２　　　　　４，８０　　　　　５，０
３　　　　　　４，１０２．２５　　　　　２，０５　
　　　　２，７４　　　　　　１，９８３．７３　　　
　　２．５４　　　　　３．４４　　　　　　２．７２
４、：１４　　　　　３，７４　　　　　３，３６　　
　　　　３，２５４．０８　　　　　３，８９　　　　
　４．２０　　　　　　３，４３２．０？　　　　　　
２．５７ ２．９７　　　　　２．１７ ＡＬＢＯＮＤは、老化しない金属化基体のアルミニウム
針金の結合強さを意味する。

ＤＥＢＯＮＤは、金属化誘電層のアルミニウム針金の結
合強さを意味する。

ＡＬＢＯＮＤ５００は、１００℃において５００時間老
化した後の金属化基体のアルミニウム針金の結合強さを
意味する。

ＤＥＢＯＮＤ５００は、１００℃において５００時間老
化した後の金属化誘電層のアルミニウム針金の結合強さ
を意味する。

人ＬＢＯＮＤＩ（１０四は、１５０℃において１０００
時間老化した後の金属化基体のアルミニウム針金の結合
強さを意味する。

旦ＥＢＯＮＤ１０００は、１５０℃において１０００時
間老化した後の金属化誘電層のアルミニウム針金の結合
強さを意味する。

表Ｉに記載する結合試験を実施するために、金導体組成
物を９６％のアルミニウム基体上に、あるいはアルミニ
ウム基体上に印刷しである誘電材料の上に印刷した。ク
リック・アンド・ソファア°つｘツノ・ボンダー（Ｋｕ
ｌｉｃｋ　　ａｎｄ　　ＳｏｆｆａＷｅｄｇｅ　　　Ｂ
ｏｎｄｅｒ）　　４　８　４　　を、　０．　０２５ｍ
ｍ（１ミル）の金およびアルミニウム針金を結合するた
めに使用した。アルミニウム針金について、針金の結合
装置の設定は２０ｇの力、２．０の電力（ｐｏｖｅｒ）
および１．５ミリ秒であった。報告した各データ点につ
いて１５０の結合をつくった。すべての結合は、ユニチ
ック・マイクｏ７’ル（Ｕｎｉｔｅｋ　　Ｍｉｃｒｏｐ
ｕｌｌ）　　Ｉ　Ｉ　Ｉを使用して、破壊すルｉで引い
た。試験した種々の組成物について種々の条件下のアル
ミニウム針金の結合強さく　ｇ）を、表Ｉに示す。各組
成物は、金属化および１回の焼成後、および金属化およ
び１５回の焼成後に試験した。各焼成は、ベルト型炉を
使用し、６０分のサイクルお上り８５０°Ｃのピーク温
度で１０分間実施した。多数回の焼成のデータは、表■
における実施例の各々のデータの第２行である。

特に’Ｆ　出Ｍ　人　　エンデルハード・コーポレーシ
ョン代　理　人　弁理士　小田島　平　吉　　・・′、
　　　ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金材料、結合剤、有機ビヒクル、および約９０／１
   ０〜２５／７５の銀対銅の比の銀および銅を含んでなる
   金導体組成物であっで、前記銀および銅は前記組成物の
   約０．５〜１．５重量％の量で存在することを特徴とす
   る金導体組成物。 ２、金材料は組成物の約７５〜９０重量％の量で存在す
   る特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３、金材料は粉末とフレークとの混合物の形態である特
   許請求の範囲第２項記載の組成物。 ４、銀および銅は共同沈殿した粉末の形態である特許請
   求の範囲第１項記載の組成物。 ５、銀はインキの形態であり、そして銅はレジネートの
   形態である特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ６、銅レジネートは銅エチルヘキサノエートである特許
   請求の範囲第１項記載の組成物。 ７、金材料は組成物の約８２〜８６重量％の量で存在す
   る特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ８、結合剤はガラスのフリットに基づく組成物である特
   許請求の範囲第１項記載の組成物。 ９、金導体組成物の約７５〜９０重量％の量の金材料、
   組成物の約０．１〜１２重量％の量の結合剤、約９０／
   １０〜２５／７５の銀対銅の比でありかつ組成物の約０
   ．５〜１．５重量％の量の銀および銅、および有機ビヒ
   クルを含んでなることを特徴とする金導体組成物。 １０、銀対銅の比は約９０／１０〜７５／２５である特
   許請求の範囲第１項記載の組成物。 １１、銀および銅の量は組成物の約０．５〜１．０重量
   ％である特許請求の範囲第１０項記載の組成物。 １２、特許請求の範囲第１項記載の組成物で金属化した
   基体。 １３、基体は誘電材料である特許請求の範囲第１２項記
   載の基体。