JPS6342148A - 導電性シ−ト及びそれによるメタライズ方法 - 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） 本発明はセラミック基板のメタライズ技術に係り、より
詳細には、サーデイツプ基板などのセラミック基板に導
電性材料を付着させてメタライズ処理する方法及びそれ
に用いる導電性材料に関する。

（従来の技術） 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
途をたどっている。モノリシックＩＣでは急速な密度の
増加、小型化がすすんできており、一方ハイブリットＩ
Ｃ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、耐衝撃性に優れた大規模ハ
イブリットＩＣ化の傾向が強い、最近のハイブリットエ
Ｃでは、セラミッ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。

これらのハイブリットＩＣはセラミック基板上に個別部
品或いは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Ａｆ１２
Ｏｆｆ９６％程度のアルミナ基板上にシリコンのＩＣチ
ップをボンディ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ＩＣ用のボンディング方法において
はＡｕ系導電ペースト又は半田、ガラスなどが使用され
ている。Ａｕ系導電ペーストは導電性に優れ、化学的に
もまったく安定で、Ａｕワイヤーとのボンダビリティ−
が最も良く、Ｓｉとも容易に合金化し、基板との接着も
極めて良好であるが、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に代えてＡｇの欠点
であるマイグレーショ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によるセラミック基板のメタライ
ズ法としては種々の方法がある（例、特開昭６０−１９
５０７９参照）０例えば、Ａｕ系又はＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ
−Ｐｔ等のＡｇ系の金属粉末にガラス質金属酸化物を混
合し、ビヒクルを用いて希釈混練して導電ペーストとし
、第３図（ａ）、　（ｂ）に示すように、これをセラミ
ック基板１のキャビティ部２の底部にドツティングした
後、全面に拡散さ“せ約１時間のレベリング処理を行っ
た後、約１時間乾燥し、Ａｕ系ペーストの場合は約８７
０〜９００℃、　　Ａｇ系ペーストの場合は約９００〜
９３０℃で焼成してメタライズ処理し、その上にＳＬチ
ップ３等を搭載する方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような導電ペーストによるメタライズ法で
は、■色調５表面粗さ、気孔率等々の特性管理が非常に
難しく、■工程が複雑であり、■希釈中に沈降分離の現
象が生じるので取扱いが難しい。更には、■膜厚の管理
は希釈率によっているものの均一な膜厚が得られず、個
々には相当バラツキが大きく、■しかも、ＳＬを搭載し
ない部分もメタライズ化されてしまうのでコスト高にな
るという欠点があった。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、作業性がよく
簡略な工程によって必要な部分だけ処理でき、均一な特
性、膜厚のメタライズ層を低コストで安定して形成でき
る技術を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、従来のメタライ
ズ法の欠点が導電ペーストの性状に起因することに鑑み
、ペースト状でない新たな性状の導電性材料について鋭
意研究を重ねた結果、導電ペースト組成物をシート状に
することにより、希釈、ドツティング、レベリング等の
処理を必要とせず、優れた膜特性のメタライズ層を形成
し得るメタライズ技術を見い出し、本発明をなしたもの
である。

すなわち、本発明に係るセラミック基板のメタライズ用
導電性シートは、導電ペースト組成物であって、これを
シート状に成形後、乾燥したグリーンシートからなるこ
とを特徴とするものである。

また本発明によるセラミック基板のメタライズ方法は、
導電性ペースト組成物をシート状に成形し、このシート
を適宜寸法にパンチングした後、セラミック基板の所定
箇所に貼り付け、焼成することを特徴とするものである
。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

前述の如く、従来の導電ペーストは溶剤で希釈して使用
されていたのに対し、本発明ではシート状に成形したグ
リーンシートを用いるので、希釈並びに希釈に伴う以降
の不可避的工程を全く必要とせず、これを所定箇所に貼
り付る工程を必要とするだけである。

まず、出発材料としては、従来の導電ペーストと同様の
Ａｕ系、Ａｇ系の組成物、或いはこれに少量のガラスフ
リットを混合した組成物、更にはガラスの粉末を用いる
ことができる。

Ａｕ系としてはＡｕｌＯＯ％粉末、Ａｕ−Ｐｔ系粉末な
どがある６またＡｇ系としては、Ａｇ１００％粉末のほ
か、ＡＩ！ニーＰｄ系粉末やＡｇ−Ｐｔ系粉末やＡｇ−
Ｃｕ系粉末、Ａｇ−Ｃｕ−（酸化イツトリウム及び／又
は五酸化バナジウム）系粉末、Ａｇ−Ｃｕ−（銅有機物
）系粉末などがある。

なお、Ａｇ系の場合、組成物の一例を挙げるならば、Ａ
ｇ−（０，１〜１０％）Ｃｕ、Ａｇ　　（０，２〜１０
％）Ｐｔ、Ａｇ−（０，２〜３０％）Ｐｄ、Ａｇ−（０
，１〜１０％）Ｃｕ−（２０ｐｐｍ〜２％）酸化イット
リウム及び／又は（２０〜５００　ｐｐｍ）五酸化バナ
ジウム、Ａｇ−（０，１〜１０％）Ｃｕ　−（２０ｐｐ
ｍ〜２％）酸化イツトリウム−（組成物中の銅純物の合
計が０．１〜１０％となる量）銅有機物、などがある。

これらの組成物の場合、Ａｇ微粉末やＡｇとＣｕ、Ａｇ
とＰｄ、Ａｇとｐｔなどの複合微粉末を用い、更にＡｇ
微粉末全体の３０％以上をフレーク状のＡｇ粒子どする
と、フリットレスタイプで接着力、耐熱性、耐衝撃性を
向上させることができる。

従来の導電ペーストは上記金属微粉末を主として有機溶
媒中に分散させたものであるが１本発明では固型成分が
同じであれば良く、テープ成形技術が利用できれば必ず
しも有機溶媒は必要としない。

以上のような原料粉末は、水、バインダー、界面活性剤
等々を適宜添加して混練し、テープ成形技術によりシー
ト状にする。テープ成形するには粘度が３０〜４０ｋｃ
ｏｓ位が最も成形性が良好である。テープ成形に際して
は、アクリル樹脂等の樹脂製シート、好ましくはグリー
ンシートとの分離を容易にするために表面にＳＬ樹脂を
塗布したものを用いる。シート上にはドクターブレード
などの掻き板にて所望厚さで均一化する６成形後、常温
で自然乾燥して樹脂製シートから分離し、グリーンシー
トを得る。なお、強制乾燥するとグリーンシートに気孔
が多く発生するので、好ましくない。

得られたグリーンシートは、パンチングにより所定寸法
に切り出し、シート貼り材面に水、エチルアルコール、
テレピネオール、ブチルカルピトール等の溶剤を含ませ
たうえでセラミック基板のキャビティ部などの所定箇所
に貼り付ける。その後、従来と同様、焼成してメタライ
ズ面を得る。

なお、パンチング時に残った不要のグリーンシート部に
ついては、再混練して再シート化することができる。

第１図及び第２図はパンチングしたグリーンシートを用
いてサーデイツプ基板のキャビティ部をメタライズ処理
した一例を示しており、第１図の如く、セラミック基板
１のキャビティ部２に搭載すべきＳｉチップ３よりも若
干広面積の円形又は矩形（正方形）のグリーンシート５
を用いたり、また第２図に示すようにジャンパー線６を
とる場合には、Ｓｉチップ部とジャンパー線のボンディ
ンググランド部の複数個所に各々グリーンシート５を用
いればよい。勿論、キャビティ部全面をグリーンシート
を用いてメタライズ処理することもでき、この場合には
グリーンシートを約６００℃で脱脂して貼り付けるとよ
い。

一般的な焼成は厚膜焼成炉が利用でき、大気雰囲気で行
う。通常のマツフル炉でも良い、良好なメタライズ面を
得るには目安として６００℃までは５０　’Ｃ／　ｍｉ
ｎ以下で加熱し、６００℃以上は急速加熱で良い。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 粉末成分として次の組成（ｗｔ％）のものを準備し、こ
れをＶ型混合器にて充分に混合した。

Ｐｄ（平均粒径１．２μ）　　　　２％Ｃｕ　−Ａ　ｇ
複合粉　　　　　　０．８％Ｙ、　Ｏ，（平均粒径１．
３ｕ）　　　０．００３％銀（平均粒径１．６μ）　　
　　残　部更に、この混合粉末に水、アクリル系バイン
ダー、界面活性剤等を次の割合で配合し、ポット・ミル
（ウレタン・コーティング製）で２４時間混合処理した
。

水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
２部セラモＰ−１７（第一工業薬品（株）製）　３部セ
ラモＴＢ−１３（）２４部 アンチフロスＦニー１０２（１１）　　０．１部ステア
リン酸（和光純薬製）　　　　　０．６部上記混合粉末
　　　　　　　　　　　６０部混合処理後、ポット・ミ
ルから取り出し、表面にＳＬ樹脂を塗布したポリエステ
ル製シートでドクターブレード方式のテープ成形技術を
利用して成形した。ドクターブレードによる厚みは５０
μ、１００μ、１５０μの厚みとした。

成形後、常温で一昼夜乾燥した。乾燥後、ポリエステル
製シートから自然に剥離して得られたグリーンシートは
、１０ａｎＸ２０ａｍであった。

次に、このシートを６ｍｍ口にパンチングし、ブラック
・アルミナ（寸法３１．７Ｘ１３Ｘ２ｍｍｔ）上に、シ
ート貼り何面に水を含ませてキャビティー底部に貼り付
けた。更にワトキンス・ジョンソン社製４ＭＣ型厚膜焼
成炉により大気雰囲気中で焼成した。焼成条件は昇温か
ら冷却まで６０分閏プロファイルで、ピーク温度は９２
０℃で１０分間保持した。焼成によりグリーンシート貼
り付は部は４ｍｍ口に収縮し、良好なメタライズ面が得
られた。

実施例２ 粉末成分として 金粉（平均粒径１．３μ）　　　　９６％ガラス粉（＃
５．２μ）　　　　４％ を準備し、Ｖ型混合器で充分に混合した。なお、ガラス
粉の組成は、ＳｉＯ，１５％、Ｂ、０．１０％、Ｐｂ０
４０％、Ｂａ０２０％及びＺｎＯ１５％であった・ この混合粉末に水、アクリル系バインダー、界面活性剤
等を次の割合で配合した。

上記混合粉末　　　　　　　　　　７０部セラモＰ−１
７２，５部 セラモＴＢ−１３２０，６部 アンチフロスＦ−１０２０、１部 ステアリン酸　　　　　　　　　　０．５部水　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１０．３部次いで、こ
れを実施例１と同様にして、２０μ、５０μのグリーン
シートを成形し、キャビティ部に貼り付け、８７０℃で
焼成してメタライズ面を得た。

ヌ】１１去 粉末成分のうち、金属粉のみがＰｔ０．４％を含み、他
は実施例１の粉末成分と同一の粉末成分を準備し、また
別途粉末成分としてＰｔ、Ｐｄを含まずにＡｇのみの粉
末を準備し、これらについて、実施例１と同様の条件に
て、各々５０μのグリーンシートを成形し、キャビティ
部に貼り付け、焼成してメタライズ面を得た。但し、焼
成温度は上記ｐｔを含む場合は９１０℃、Ａｇのみの場
合は９２０’Ｃとした。

以上の各実施例において、焼成後のメタライズ面の膜厚
、色調、表面粗さを調べると共に、ダイアタッチ性と、
Ａｕ−３ｉ系プリフオームを使用してＳｉチップをメタ
ライズ面にダイボンディングにより搭載した後、熱シヨ
ツク試験後のダイプッシュテストを実施し並びに垂直引
張強度を調べた。

それらの結果を第１表に示す。

なお、ここで、ダイアタッチ性は、シリコンチップを搭
載処理後、シリコンチップを剥離し、シリコンチップの
裏側にＡｕ−５ｉ共晶膜ができているかどうかを見た。

◎印は１０個テストし、いずれもＡｕ−５ｉ共晶膜がシ
リコンチップ裏面にｍｅされたものを示す。

ダイプッシュ性はシリコンチップを搭載処理後、シリコ
ンチップに剪断応力をかけて剥離試験した６◎印は１０
個テストし、いずれもシリコンチップがメタライズ面か
ら剥離せず、シリコンチップ自身が破壊したものを示す
。

また、垂直引張強度測定は次の方法によって行なった（
第４図参照）。

セラミック基板１を４５０℃に保ち、メタライズ面にプ
レホーム８とスタッド９を乗せ、２〜３度こすりつけた
後冷却し、第４図に示すような試料とした後、垂直引張
試験を行った。

スタッド・・・接着部径３．３■φ、 Ａｇメツキ１０μｍｔ鋼製 プレホーム・・・Ａｕ−２％ＳＬ、 ５０　μｍｔＸ　２ｍｍＸ　２ｍｍ 引張速度−１５ｍｍ／ｗｉｎ 測定点数は１ｏ点とし、最小値３０ｋｇ以上、平均値３
５ｋｇ以上とする。スタッド切れモードとなることが望
ましい。

ｒ以下余白】 第１表かられかるように、いずれの膜厚でも気孔がなく
均一で色調、表面粗さも良好で従来技術によるよりもダ
イアタッチ性が優れている。また、ダイプッシュテスト
の結果も良く、強度も大きい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、導電ペースト組
成物をテープ成形技術によってシート状にし、これを用
いて基板の所要個所に貼り付け、焼成してメタライズ処
理するので、従来のメタライズ処理のような希釈、ドラ
ディング、レベルリング工程を必要とせず、工程が簡略
化されると共に、得られたメタライズ面は気孔率、色調
、表面粗さが良好で均一な膜厚てなり、ダイアタッチ性
に優れている。更にはシート状で用いるので作業性がよ
く、必要な部分だけメタライズ処理できると共にパンチ
ングにより残った部分は再混線により再度シート化でき
るので、貴金属の使用量が節減されて低コスト化が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による導電性グリーンシートを用いてサ
ーデイツプ基板のキャビティ部にＳｉチップ用のグラン
ドをメタライズ処理した状態を示す図で、（ａ）は断面
図、（ｂ）は円形グリーンシートを用いたときの斜視図
、（Ｃ）は矩形グリーンシートを用いたときの斜視図で
あり、 第２図は同様にキャビティ部にＳｉチップ用及びジャン
パー線用のグランドとしてそれぞれ導電性グリーンシー
トを用いてメタライズした例を示す断面図であり、 第３図は従来技術により上記Ｓｉチップ用のグランドと
してキャビティ部の底部全面をメタライズ処理した状態
を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図であり、 第４図は垂直引張強度測定法を説明する図である。 １・・・セラミック基板、２・・・キャビティ部、３・
・・Ｓｉチップ、４・・・メタライズ層、５・・・導電
性グリーンシート、６・・・ジャンパー線、７・・・リ
ード、８・・・プレホーム、９・・・スタッド。 第１図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電ペースト組成物であって、シート状に成形後
   、乾燥したグリーンシートからなることを特徴とする導
   電性シート。
2. （２）導電性ペースト組成物をシート状に成形し、この
   シートを適宜寸法にパンチングした後、セラミック基板
   の所定箇所に貼り付け、焼成することを特徴とするセラ
   ミック基板のメタライズ方法。