JPH03285208A

JPH03285208A - 導電性ペースト

Info

Publication number: JPH03285208A
Application number: JP2086564A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Segawa; 茂俊瀬川; Yasuyuki Baba; 康行馬場; Yasukazu Fukunaga; 靖一福永; Hiroyuki Otani; 博之大谷; Kazuo Arisue; 有末　一夫; Seiichi Nakatani; 誠一中谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-16

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、回路基板用導電性ペーストに関するものであ
り、特に低温焼成セラミック多層配線基板（以下ＭＬＣ
と略す。）の電極及びピアホール用電極材料として使用
される導電ペーストに関する。

従来の技術セラミック誘電体基質に適用する導体組成物には、Ａｕ
、Ａｇ／Ｐｄ等の貴金属を用いるものと、Ｖｖ’、　Ｍ
ｏ、　Ｎ　ｉ、　　Ｃｕ等の卑金属を用いる場合がある
。特にＭＬＣは、この金属材料に有機バインダ、溶剤を
加えてペースト状にしたものをアルミナ等の絶縁基板上
にスクリーン印刷し、焼き付けて導体パターンを形成す
るものである。又、セラミック多層基板ではこれらの導
体ペーストの他に絶縁材料としてのセラミックやガラス
粉末を有機バインダを溶かした溶剤中に分散させたもの
を用いて多層化する方法と、前記の絶縁粉末、有機バイ
ンダ等からなるグリーンシート上に、前記導体ペースト
でパターン形成したものを積層して多層化する方法があ
る。これらに使用される金属導体材料に注目すると、Ａ
ｕ、Ａｇ／Ｐｄは空気中で焼成できる反面、貴金属であ
るためコストが高い。一方、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕは、卑金属
で安価であるが、焼成雰囲気を還元雰囲気か中性の雰囲
気で行う必要がある。又、Ｗ、Ｍｏでは、１５００℃以
上の高温焼成となる。さらに信頼性の面からＡｕでは、
半田食われが問題となり、Ａ　ｇ　／　Ｐ　ｄでは、マ
イグレーション及び導体抵抗が高いという問題がある。

そこで、安価で電気抵抗が低く、半田付は性の良好なＣ
ｕを用いるようになってきは、Ｃｕペーストの組成、同
じく特開昭５６−９３３９６号公報に開示されている。

前者はＣｕ粉にガラスフリットを含有する組成物、後者
はガラスフリットを含まない組成物での構成が記載され
ている。

しかしＣｕを使う上でも課題がある。それは、Ｃｕ電極
による誘電体基質への焼成は、還元もしくは中性雰囲気
となり、ペースト中の有機バインダの分解除去が困難と
なるからである。これは、窒素中の酸素濃度が低いため
バインダの分解が起こらず、カーボンの形で残り、メタ
ライズ性能に悪影響を及ぼす。逆に酸素濃度が高いと、
Ｃｕ電極が酸化され、誘電体中に拡散して電極として機
能しなくなる。そのため焼成は、窒素雰囲気中に若干の
酸素をコントロールしながら供給することで行われる。

そして、残存したカーボンが酸化銅と反応して電極層に
ブリスタを発生させたり、電極−誘電体間のマツチング
を悪くさせる要因となる。

Ｃ＋２ＣｕＯ→Ｃｏ２↑＋２ＣｕこのようにＣｕペーストは、有機バインダの使用に多く
の課題を有している。

）そこで近年、導体材料の出発原料にＣｕＯを用いる新
しいＣｕ電極多層セラミック基板の製造方法が開発され
た。つまりセラミックグリーンシート上にＣｕＯ導体組
成物によって配線パターンを形成し、積層の後、酸化性
雰囲気中の熱処理で前記ＣｕＯ導体組成物、及びセラミ
ックグリーンノート中の有機残基を熱分解する工程と、
還元雰囲気中の熱処理でＣｕ金属に還元する工程と、窒
素雰囲気でのセラミック基質の焼成を行う工程より作製
されるという構成を備えたものである。

例えば特開昭６１−２６２９３号公報、米国特許４．７
９５．５１２号明細書、同じく米国特許４．８６３．６
８３号明細書に開示されている。このセラミック積層体
の製造方法によれば絶縁基板及びペースト中の有機バイ
ンダの分解除去が容易となり、かつ良好なＣｕのメタラ
イズが得られる。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成では、ＭＬＣの内部１ｉ
極及びピアホールを形成する時、ＣｕＯを還元、焼結さ
せるために、金属Ｃｕの収縮により第２図に示すように
各誘電体層（グリーンシート）２と内部電極部１の間に
空洞部４が発生する。又同時にピアホール電極３と誘電
体層２の間隙に空洞部４が同じく発生するという課題を
育していた。前者の空洞部は誘電体材料とＣｕ粉の焼結
収縮タイミングが同一でないために起こると考えられ、
又後者は焼結後の収縮率の差、換言すれば焼結後の体積
差から起こるもの（ミスマツチ）と考えられる。このよ
うな現象が起こると、内部電極とピアホール電極の導通
不良等の信頼性を著しく低下させるという不都合があっ
た。

本発明は上記課題に鑑み、焼結収縮タイミングの基板材
料との同一化で信頼性の高い内部電極用導電性ペースト
を提供するものである。又、焼結体積をコントロールす
ることで良好なピアホール用導電性ペーストをあわせて
提供するものである。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために本発明の導電性ペーストは、
ＣｕＯ粉末の他にガラスフリットとＭｇＯ粉末を含有し
た無機成分と、少なくとも有機バインダと溶剤よりなる
有機ビヒクル成分よりなる。

又、一方の導電性ペーストはＣｕＯ粉末の他にガラスフ
リットとＭｇＯ粉末、さらにＡ／２０コ。

ＳｎＯ２，Ｔｉｅ、ＭｎＯ２の肉牛なくとも１種以上を
含有した無機成分と、少なくとも有機バインダと溶剤よ
りなる有機ビヒクル成分よりなる。

特に前者の導電性ペーストは内部電極用として適し、後
者はピアホール電極用として適している。

作用本発明は、セラミック積層体をつくる上で上記した構成
のＣｕＯペーストを用いることにより、セラミック材料
と良好なマツチング性を得ることができるものである。

本発明のＣｕＯペーストは、ＣｕＯの他にガラスフリッ
トとＭｇＯを添加すること、もしくはさらにＡｌ２Ｏ３
，ＳｎＯ２゜Ｔ　ｉ　０２．　Ｍｎ　０２の内少なくと
も１種以上を添加して得られる。本発明の導電性ペース
トはセラミック積層体として、主に多層セラミック配線
基板（ＭＬＣ）等に適用され、ＭＬＣに対して本発明の
ＣｕＯペーストは、前記の添加物を加えることで基板材
料との焼結収縮タイミング、及び収縮体積を一致させる
ことができＣｕとＭＬＣとの一体化に適している。

本発明の導電性ペーストに含まれる添加物のうち、Ｍｇ
Ｏは種々の検討の結果、Ｃｕ粉の焼結性を阻害する効果
のあることを見いだした。つまり、還元工程後のＣｕ粉
は基板材料と比べ焼結のタイミングが早過ぎるために隙
間が生じたり、セラミック層にクラックが生じる原因と
なっていたが、ＭｇＯを添加することで、基板材料の焼
結温度付近で焼結反応が起こるようになり、本発明のＣ
ｕ○組成物では上記のような問題が起こらない。この時
、ＭｇＯの添加量が０．１重量％以下では効果が少なく
空洞発生を抑えられない。又３重量％以上では焼結タイ
ミングが遅すぎ、セラミック層にクラックを発生させる
原因となる。よって望ましくは０．５〜３％が良い。又
、Ａｌ２Ｏ３゜ＳｎＯ２，Ｔ　ｉｏ２．ＭｎＯ□等の添
加物を同時に添加することで、電極層の焼結後の体積収
縮がセラミック基板材料のそれと大差なくなる。その結
果、ピアホール等の電極層で良好なメタライズが得られ
かつ良好な性能のピアホールが形成できる。又、これら
の添加物の総添加物量が３重量％以下では、電極層の体
積収縮を抑えることができない。よって、ピアホールと
セラミック層との間隙に空洞ができる。逆に２０重量％
以上では導体層の収縮か小さすぎるため、焼結体とのマ
ツチング性か悪くなる。又、導体層のインピーダンスが
著しく高くなるので良くない。望ましくは添加物が１０
〜１５重量％が良い。

実施例以下本発明の一実施例の多層セラミック配線基板につい
て、図面を参照しながら説明する。第１図は、本発明の
第一の実施例における多層セラミック配線基板の断面図
を示すものである。第１図において、１は内部電極、２
は誘電体層、３はピアホール電極層である。

本発明のセラミック多層基板に使用した材料は、ガラス
成分として硼珪酸ガラス（コーニング社製＃７０５９）
をセラミック成分としてアルミナ粉末を重量比で５０対
５０混合した物を用いた。次に前記基板材料粉末を無機
成分とし、有機バインダとしてポリブチルブチラール可
塑剤としてジ−ｎ−ブチルフタレート、溶剤としてトル
エンとイソプロピルアルコールの混合液（３０対７０重
量比）を第１表の通りの組成で混合しスラリーとした。

第１表　誘電体組成、グリーンシート組成このスラリー
を充分混合の後、ドクターブレード法で有機フィルム上
に造膜し、グリーンシートとした。乾燥後の膜厚は、約
２００であった。このグリーンシートに必要に応じてピ
アホールを金型にてパンチングする。ピアホール径は、
０．２鵬φであった。

次に導電性ペーストは、酸化第二銅粉（平均粒径３μｍ
）に接着強度を得るためのガラスフリット及び各種の添
加物を、第２表のような組成で混合した物を用いた。

本発明の導電性ペーストの作製方法は、前記組成の無機
粉末に、有機バインダであるエチルセルロースをターピ
ネオールに溶かしたビヒクルとともに加えて、３段ロー
ルにより、適度な粘度になるまで混練したものである。

このようにして得られた導電性ペーストを、スクリーン
印刷法にて前記のグリーンシート上に印刷し、乾燥の後
に所望の暦数熱と圧力を加えて積層する。そののち脱パ
インダニ程として、空気中で３０分間熱処理した。脱バ
インダの温度は６００℃であった。次に還元工程として
水素を１０％含む窒素雰囲気中で４５０℃の温度で１時
間還元処理を行った。そして最後に窒素雰囲気中で１０
分間焼成した。焼成温度は９００℃であった。それぞれ
の熱処理は、メッシニヘルト炉で自動的に行われる。

完成したＭＬＣ基板の内部電極部のメタライズ性能をシ
ート抵抗値（膜厚１０μｍ換算）で評価した。又、内部
電極の空洞化の抑制効果及びピアホールの電極埋設状態
を、ピアホールマツチング性として評価した。空洞の評
価は、内部電極の膜厚に対して空洞部の厚みの比で表し
た。すなわち、全く空洞が存在しない場合は０１内部電
極の膜厚の１０％までが△、それ以上空洞がある場合は
Ｘとした。ピアホールマツチング性の評価は、定量的に
表せないのでＳＥＭ観察による目視で評価した。以上の
結果を第２表に示す。第２表からも明らかなように空洞
化の抑制にＭｇＯの添加が効果的であることが明らかで
ある。又、添加物としてＡｌ２Ｏ３，ＳｎＯ２，’ｒｉ
ｏ２．Ｍｎ０ｚを加えた場合でも同様に、ピアホールの
マツチング性に効果があることがわかる。特に本実施例
の場合、ＭｇＯを添加した導電性ペーストは、ＭＬＣの
内部電極用に適し、他の添加物として特にＡｌ２Ｏ３を
加えたものは、ピアホールの埋設用の導電性ペーストと
して最適である。

発明の効果以上のように本発明のＣｕＯペーストは、ＣｕＯの他に
ガラスフリットとＭｇＯを添加すること、もしくはさら
にＡ　ｌ　２０３　、　　Ｓ　ｎ　０２　、　Ｔ　ｉ　
０２１Ｍ　ｎ　Ｏ２の内少なくとも１種以上を添加する
ことで、基板材料との焼結収縮タイミング及び収縮体積
を一致させることができ、ＣｕとＭＬＣとの一体化に適
している。これにより、より信頼性の高いＣｕ内部電極
及びピアホールを持つＭＬＣを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における導電性ペーストを使
用して作製したＭＬＣの内部電極ならびにピアホールの
断面図、第２図は従来のＣｕＯペーストによるＭＬＣの
内部電極ならびにピアホールの断面図である。１・・・・・・内部電極、２・・・・・・誘電体層、３
・・・・・・ピアホール電極層、４・・・・・・空洞部
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＣｕＯ粉末８７．０〜９９．４重量％に、ガラス
フリット０．５〜１０．０重量％と、ＭｇＯ粉末０．１
〜３．０重量％含有した無機成分と、少なくとも有機バ
インダと溶剤よりなる有機ビヒクル成分を備えたことを
特徴とする導電性ペースト。
（２）ＣｕＯ粉末６７．０〜９６．４重量％に、ガラス
フリット０．５〜１０．０重量％と、ＭｇＯ粉末０．１
〜３．０重量％、さらにＡｌ＿２Ｏ＿３，ＳｎＯ＿２，
ＴｉＯ＿２，ＭｎＯ＿２の内少なくとも１種以上を３．
０〜２０．０重量％含有した無機成分と、少なくとも有
機バインダと溶剤よりなる有機ビヒクル成分を備えたこ
とを特徴とする導電性ペースト。