JPS63115691A - 活性銀鑞ペ−スト - 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】 〔概要〕 セラミックスと金属あるいはセラミック相互の接合をよ
り強固に行う方法として、従来の活性銀鑞ペーストの成
分に更に有機チタン系接着促進剤を添加して構成される
ペースト。

〔産業上の利用分野〕

本発明は接着強度を向上した活性銀鑞ペーストの構成に
関する。

大量の情報を高速に処理する要求に沿って情報処理技術
は急速に進歩しており、情報処理装置の主体を構成する
半導体装置は単位素子の小形化による集積化が行われて
ＬＳＩやＶＬＳＩが実用化されている。

一方、パッケージング技術も改良されており、今までＩ
Ｃ，ＬＳＩなどの半導体素子（チップ）はアルミナ（α
−Ａｌ□０３）などからなる多Ｎ基板に搭載してハーメ
チックシール構造をとり、これを多層プリント配線基板
上に装着する実装方法がとられていた。

然し、半導体素子に対するパッシベーション技術の進歩
により複数個の半導体素子をチップの状態のま＼で、セ
ラミック多層基板上に搭載して半導体モジュールを作り
、これを取替え単位としてコネクタを介してプリント配
線基板に装着する実装形態がとられつ＼ある。

このように半導体装置は高密度化が進んでいるが、これ
に比例して発熱量も膨大となっている。

例えばＬＳＩチップの発熱量は最高でも４ワット（Ｗ）
程度であったがＶＬＳＩにおいてはＩＯＷ程度に達しよ
うとしている。

そのため、従来の強制空冷法に代わって液冷法が研究さ
れているが、これと共に基板を通っての放熱法の改良が
必要となった。

すなわち、半導体素子を搭載する基板の必要条件は、 ■　融点が高く安定で絶縁抵抗が高い材料からなること
。

■　熱伝導度が優れていること。

などで、該当する材料として次のものがある。

表 今まで、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子を搭載する基板
材料としてはＡＪｚＯｉ、ガラスセラミックス。

結晶化ガラスなどが使われている。

ここで、ガラスセラミックスや結晶化ガラスは軟化温度
が低いために１０００℃以下の比較的低い温度で焼成し
て多層基板が形成できることから使用されているが、熱
伝導度は４〜５　Ｗ／ｍＫと低く、そのため充分な放熱
が行われない。

また、Ａ　Ｉ　２０３基板は安定な材料であり、従来よ
り使用されているが、半導体モジュールの搭載用として
は熱伝導度は不充分である。

これらのことから放熱性の優れた基板の実用化が望まれ
ている。

一方、放熱を充分に行うため、或いは装置構成の必要上
から、充分な接着強度を備えたセラミック基板と金属と
の接合或いはセラミック相互の接合が必要である。

〔従来の技術〕

セラミックスと金属或いはセラミックスとセラミックス
とを接合する方法として今までセラミックスの表面をメ
タライズした後、銀源などを用いて溶着する方法が採ら
れていた。

すなわち、真空蒸着、無電解メッキ、厚膜ペーストのス
クリーン印刷などの方法で、接着を行うセラミック基板
の上にメタライズして溶着可能な状態とし、銀源などを
用いて接合していた。

然し、最近では活性銀源ペーストが開発され、メタライ
ズ層を形成しなくても直接に接合ができるようになった
。

すなわち、従来の銀源ペーストは、 構成材として銀（Ａｇ）・銅（Ｃｕ）合金粉末或いは銀
・パラジウム（Ｐｄ）合金粉末を、 バインダとしてポリビニルブチラール（略称ＰｖＢ）や
アクリル樹脂などの合成樹脂を、有機ゲル化剤として硬
化ヒマシ油（略称ヒマ硬）などを、 溶媒としてキシレン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン
（略称ＭＥＫ）などの混合物を、用いて構成されている
が、活性銀源ペーストは、これに構成材としてチタン（
Ｔｉ）粉末を加えて形成されている。

そして、セラミックス基板と金属板或いはセラミック基
板相互の接合は従来と同様に接合部に活性銀源ペースト
を塗布した後、真空中或いは不活性雰囲気中で８５０〜
９００℃の温度に加熱することにより行われている。

ここで、構成材としてＴｉ粉末を加えることによりメタ
ライズ層が不要となる理由はＴｉが非常に活性な金属で
あって、ゲッタ作用を示し、高温において酸素（０２）
などのガスを吸収するからである。

か＼る活性銀源ペーストを使用するとアルミナ（α−Ａ
　Ｉ！２０３）基板と金属板或いはアルミナ基板相互の
接着を行うことができる。

すなわち、ペースト中に含まれているＴｉは易動度が大
きく、また反応性であるためにアルミナ分子を構成する
酸素イオンと反応してＴｉ自体が酸化物（例えばＴｉＯ
＋　Ｔｉ　ｓＯａ、Ｔｉ２ｏｚ＋　Ｔｉ０ｚなど）化す
るために銀源との強固な接合が起こるのである。

このようにして酸化物からなるセラミックスとの接合は
良（行われ、２．０　ｋｇ／１ｍ”以上の接合強度を示
すが、窒化物や炭化物からなるセラミックス例えばＡＩ
ＮやＳｉＣなどの基板に対しては接合強度が弱く、必要
とする２、０　ｋｇ／　ｖａ”以上の接合強度を得るこ
とができない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように、半導体モジュールの搭載用基板とし
ては熱伝導度が高く、融点の高い基板が必要で、アルミ
ナよりも更に熱伝導度の優れた基板が要望されているが
、酸化物でないために活性銀源ペースト用いて直接に接
合を行う場合に接合強度が弱いことが問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はセラミックスと金属或いはセラミックス相
互の接合に使用する活性銀源ペーストとして、従来成分
に更に有機チタン系接着促進剤を添加してなる活性銀源
ペーストを使用することにより解決することができる。

〔作用〕

活性銀源ペーストは既に市販されているが、（例えば日
中貴金属ＫＫ、商品番号５Ｐ−６３１，５Ｐ−６４１な
ど）これらのペーストを用いて窒化物や炭化物などから
なるセラミックスを接合する場合に必要とする接合強度
が得られない理由は、ペースト中に含まれているＴｉ粉
末のセラミックスを構成する陰イオンに対するゲッタ作
用が弱いからである。

そこで、本発明は有機チタン系接着促進剤を活性銀源ペ
ースト中に添加することにより接合強度を高めるもので
ある。

有機チタン系接着促進剤はチタネートカップリング剤と
も言われており、対象物（この場合はセラミックス）の
表面に吸着している水分（Ｈ，Ｏ）や空気中の水分と反
応して加水分解し、階段的にアルコールを遊離して最終
的にはＴｉと０とからなる網目構造の巨大分子に成長す
る性質がある。

そして、一般にはプラスチッスクの接着に利用されてい
る。

ここで、必要なことは対象物の表面に薄く均一に形成す
ることで、塗膜が厚いと、形成される皮膜は加水分解の
進行に伴ってクラックを生じ、最終的には個々の酸化チ
タン（ＴｉＯ□）からなる粉末となり接着促進効果が全
く無くなってしまう。

そこで、本発明は分解温度が３００〜４５０°Ｃと高い
有機チタン系接着促進剤を少量活性銀源ペースト中に加
えることにより、極めて薄く対象物（この場合セラミッ
クス）の表面に形成し、このＴｉイオンをペースト中の
Ｔｉ粉末と共にセラミックスの構成陰イオンと反応させ
て化合物を作るようにするものである。

ここで、有機チタン系接着促進剤にはアルキルチタネー
ト系、チタニウムアシレート系、チタニウムキレート系
の三種類があり、この順に加水分解率は低くなるが、主
なものを挙げると次のようになる。

アルキルチタネート系： イソプロピルトリイソステアロイルチタネート。

テトラブチルチタネート、テトラステアリルチタネート チタニウムアシレート系： イソプロポキシチタニウムステアレート、チタニウムキ
レート系： チタニウムアセチルアセトネート、チタニウムラクテー
ト、 〔実施例〕 市販の活性銀源ペースト（日中貴金属ＫＫ、５Ｐ−６３
１）に有機チタン系接着促進剤としてアルキルチタネー
ト系のイソプロピルトリイソステアロイルチタネートを
２重量％加えて本発明に係る活性銀源ペーストを作った
。

次に、このペーストと従来の５Ｐ−６３１の両者を用い
て厚さが０．６Ｎで２５Ｘ２５ｍｍの大きさをもつＡβ
Ｎ基板（徳山曹達ＫＫ、製）とコバール金属板（２９％
Ｎｉ・１７％Ｃｏ他Ｆｅ）との接合を行い、この接合強
度を比較した。

また、この二種類のペーストについてアルミナ基板とコ
バール金属板についても接合を行い、接合強度を比較し
た。

熱処理条件は真空中で８６０℃、４０分である。

各５個づつの試料について接合強度を比較した結果は次
のようである。

第１表　（ＡＮＮ） ココテ、〉２．８とする理由ハ２．８　ｋｇ／　ａｍ”
　テＡｎ　ｉ板が破壊したことによる。

第２表（α−Ａｆｚ（ｈ） このように本発明を実施するとＡＩＮのような基板に対
しても必要とする２、Ｑ　ｋｇ／　ｖａ”以上の接合強
度を得られると共に、アルミナの接合においても従来よ
りも海かに高い強度の接合を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明にか＼る活性銀源ペーストの使
用によりＡＩＮのような酸化物以外のセラミックスに対
しても必要とする接合強度が得られると共にアルミナセ
ラミックスに対しても従来よりも優れた接着強度を得る
ことができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックスと金属或いはセラミックス相互の接合に使
   用する活性銀鑞ペーストが従来成分に更に有機チタン系
   接着促進剤を添加してなることを特徴とする活性銀鑞ペ
   ースト。