JPH03291989A - 銅導電ペースト、その製法及び低温焼成基板 - Google Patents
銅導電ペースト、その製法及び低温焼成基板Info
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- JPH03291989A JPH03291989A JP9368790A JP9368790A JPH03291989A JP H03291989 A JPH03291989 A JP H03291989A JP 9368790 A JP9368790 A JP 9368790A JP 9368790 A JP9368790 A JP 9368790A JP H03291989 A JPH03291989 A JP H03291989A
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- copper conductive
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- glass frit
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- Non-Insulated Conductors (AREA)
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。
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、銅導電ペースト (以下、rCu導体ペース
ト」ともいう)、その製法および低温焼成基板に関する
。さらに詳しくは、本発明は、その焼成が従来よりも低
温であっても可能であり、かつ接着強度が高い銅厚膜回
路を得ることができる銅導電ペースト、その製法および
前記銅導電ペーストを用いた低温焼成基板に関する。
ト」ともいう)、その製法および低温焼成基板に関する
。さらに詳しくは、本発明は、その焼成が従来よりも低
温であっても可能であり、かつ接着強度が高い銅厚膜回
路を得ることができる銅導電ペースト、その製法および
前記銅導電ペーストを用いた低温焼成基板に関する。
(従来の技術)
電子機器部品に対する小型化、高機能化、高信頼性化、
低コスト化への要求は極めて大きく、これらの要求に対
応するため、半導体チップは、高集積密度化、高速化の
方向へめざましく発達してきた。これに伴って、セラ壽
ツタ基板に対しても従来用いられているアルミナ(41
gOJ基板以上の特性が求められるようになった。
低コスト化への要求は極めて大きく、これらの要求に対
応するため、半導体チップは、高集積密度化、高速化の
方向へめざましく発達してきた。これに伴って、セラ壽
ツタ基板に対しても従来用いられているアルミナ(41
gOJ基板以上の特性が求められるようになった。
一般的に、従来から用いられているアルミナ基板には以
下に示す欠点があるつ (1)アルミナは1500〜1600℃程度の高温の焼
結を必要とするため 同時に焼成される導体材料は、タ
ングステン、モリブデン等のような比抵抗が比較的大き
な(5,5〜5.6 Xl0−自Ω・c+*)高融点金
属材料に限られてしまう、したがって、抵抗値の低い導
体であるAg(1,62Xl0−”Ω・C11)あるい
はCu(1,72Xl0−’Ω・cm)を導体材料とし
て利用することはできない。このため、結果的に配線抵
抗値が高くなり、電気信号の伝送損失を考慮した場合、
配線パターンの微細化の限界を高めることはできない。
下に示す欠点があるつ (1)アルミナは1500〜1600℃程度の高温の焼
結を必要とするため 同時に焼成される導体材料は、タ
ングステン、モリブデン等のような比抵抗が比較的大き
な(5,5〜5.6 Xl0−自Ω・c+*)高融点金
属材料に限られてしまう、したがって、抵抗値の低い導
体であるAg(1,62Xl0−”Ω・C11)あるい
はCu(1,72Xl0−’Ω・cm)を導体材料とし
て利用することはできない。このため、結果的に配線抵
抗値が高くなり、電気信号の伝送損失を考慮した場合、
配線パターンの微細化の限界を高めることはできない。
(ii)アルミナの熱膨張係数は?、3X10−’de
g−’であり、シリコンの熱膨張係数(3,6X10−
”deg−’)との差が大きく、熱整合性が悪いために
、大形シリコンチップのマウントと高密度実装とのそれ
ぞれに難がある。
g−’であり、シリコンの熱膨張係数(3,6X10−
”deg−’)との差が大きく、熱整合性が悪いために
、大形シリコンチップのマウントと高密度実装とのそれ
ぞれに難がある。
(tj)アルミナの比誘電率は約10(at I MH
z)と大きく、信号の遅延時間も大きい。
z)と大きく、信号の遅延時間も大きい。
以上の欠点を克服するために、アルミナ基板に代わる低
温焼成基板の開発が行われ、一部では実用化されるまで
に到った。このような低温焼成基板は、大別すると、ガ
ラスを使用する系としない系とに分類される。さらに、
ガラスを使用する系では結晶化ガラス系と、ガラスとフ
ィラ(アルミナ、シリカ等からなる充填材)とを組み合
わせた複合系とに区分される。なかでも、複合系の場合
には、ガラスの種類とフィラの組成およびこれらの配合
比とを適宜選択することにより、種々の特性を有するセ
ラ亀ツクが得られる可能性があり、近年では特に重点的
な研究が行われている。
温焼成基板の開発が行われ、一部では実用化されるまで
に到った。このような低温焼成基板は、大別すると、ガ
ラスを使用する系としない系とに分類される。さらに、
ガラスを使用する系では結晶化ガラス系と、ガラスとフ
ィラ(アルミナ、シリカ等からなる充填材)とを組み合
わせた複合系とに区分される。なかでも、複合系の場合
には、ガラスの種類とフィラの組成およびこれらの配合
比とを適宜選択することにより、種々の特性を有するセ
ラ亀ツクが得られる可能性があり、近年では特に重点的
な研究が行われている。
この低温焼成基板の表面への導体の形成は、アルミナ基
板の場合と同様に、導体ペーストを基板上に所定の形状
にスクリーン印刷した後、焼成する技術が最も用いられ
る。導体ペーストとしては、Ag −Pd系導体ペース
ト、N1導体ペースト、Cu導体ペースト等が現在用い
られている。^、−Pd系導体ペーストは大気中での焼
成が可能であること、Ni導体ペーストは耐環境性およ
び耐マイグレーション性に優れ、高い信頼性が得られる
ことなどの特徴を有するが、さらに配線抵抗およびコス
トの低減を勘案すれば、Cu導体ペーストが最も有利で
あり、理想的な導体材料であるといえる。Cult体ペ
ーストで回路を形成した場合、シート抵抗が1.5〜2
mΩ/口と低いため(Ag−Pd系導体ペーストで4〜
6−Ω/口、Ni導体ペーストで8〜10IlΩ/口)
、パターンの細線化が実現できる。その結果、パターン
間の浮遊容量が下げられ、また、高密度配線が可能とな
るので、半導体チップの高速化および高集積密度化に合
致した基板を製造することができる。
板の場合と同様に、導体ペーストを基板上に所定の形状
にスクリーン印刷した後、焼成する技術が最も用いられ
る。導体ペーストとしては、Ag −Pd系導体ペース
ト、N1導体ペースト、Cu導体ペースト等が現在用い
られている。^、−Pd系導体ペーストは大気中での焼
成が可能であること、Ni導体ペーストは耐環境性およ
び耐マイグレーション性に優れ、高い信頼性が得られる
ことなどの特徴を有するが、さらに配線抵抗およびコス
トの低減を勘案すれば、Cu導体ペーストが最も有利で
あり、理想的な導体材料であるといえる。Cult体ペ
ーストで回路を形成した場合、シート抵抗が1.5〜2
mΩ/口と低いため(Ag−Pd系導体ペーストで4〜
6−Ω/口、Ni導体ペーストで8〜10IlΩ/口)
、パターンの細線化が実現できる。その結果、パターン
間の浮遊容量が下げられ、また、高密度配線が可能とな
るので、半導体チップの高速化および高集積密度化に合
致した基板を製造することができる。
銅導電ペーストは、銅導電粉末およびバインダー粉末を
樹脂と揮発性溶剤とからなる有機ビヒクル中に分散させ
てなるものである。銅導電ペーストを低温焼成基板へ印
刷後の焼成工程では以下のような反応が順次起こる。ま
ず、揮発性の溶剤が薫発し、次に200〜400℃の間
に樹脂が燃焼する。
樹脂と揮発性溶剤とからなる有機ビヒクル中に分散させ
てなるものである。銅導電ペーストを低温焼成基板へ印
刷後の焼成工程では以下のような反応が順次起こる。ま
ず、揮発性の溶剤が薫発し、次に200〜400℃の間
に樹脂が燃焼する。
さらに温度が上昇すると、バインダー粉末が溶融して低
温焼成基板と反応し始める。同時に、銅導電粉末とも反
応を始め、銅導電粉末の焼結を促進する。
温焼成基板と反応し始める。同時に、銅導電粉末とも反
応を始め、銅導電粉末の焼結を促進する。
この際、銅導電ペースト中のバインダー粉末は、焼成し
たCu厚膜導体を基板上に固着させる作用を有しており
、主に次の3種類に分類される。
たCu厚膜導体を基板上に固着させる作用を有しており
、主に次の3種類に分類される。
(i)ガラスボンド
焼成時に溶融し、軟化したガラスがぬれ現象によって基
板と厚膜導体とを密着させる。
板と厚膜導体とを密着させる。
(ii )ケミカルボンド
金属酸化物、例えばCuOなどが基板と化学反応を起こ
し複合酸化物を形成することで接着させる。
し複合酸化物を形成することで接着させる。
(iii) ミックスボンド
ガラスと金属とをバランスよく組み合わせ、両者の作用
を利用して、基板と厚膜導体とを密着させるものである
。
を利用して、基板と厚膜導体とを密着させるものである
。
一方、特開昭60−35405号公報には、ガラスフリ
ットの1威分としてCuOを含有する銅伝導体組成物が
、特開昭61−107607号公報には、固形分と有機
バインダーとからなる導体組成物において、固形分とし
て、Cu粉80〜95重量%およびV、O,を単独また
はCugOlPbzOlSbgOa 、Bi2O2の少
なくとも1種を組み合わせた添加物5〜20重量%から
なる導体組成物が、さらに特開平1−128488号公
報には、ガラスフリットとして、亜鉛−カルシウム−ア
ルミニウムケイ酸塩ガラスフリット、アル逅ニウムーマ
グネシウムーバリウム−アルミニウムケイ酸塩ガラスフ
リットおよびそれらの混合物を含有する銅導体インキが
、それぞれ提案されている。
ットの1威分としてCuOを含有する銅伝導体組成物が
、特開昭61−107607号公報には、固形分と有機
バインダーとからなる導体組成物において、固形分とし
て、Cu粉80〜95重量%およびV、O,を単独また
はCugOlPbzOlSbgOa 、Bi2O2の少
なくとも1種を組み合わせた添加物5〜20重量%から
なる導体組成物が、さらに特開平1−128488号公
報には、ガラスフリットとして、亜鉛−カルシウム−ア
ルミニウムケイ酸塩ガラスフリット、アル逅ニウムーマ
グネシウムーバリウム−アルミニウムケイ酸塩ガラスフ
リットおよびそれらの混合物を含有する銅導体インキが
、それぞれ提案されている。
(発明が解決しようとする課M)
ところで、現在市販されている銅導電ペーストは主にア
ル逅す基板用に開発されたものであり、各種低温焼成基
板への適用に対しては十分な信頼性はない。
ル逅す基板用に開発されたものであり、各種低温焼成基
板への適用に対しては十分な信頼性はない。
特に、ケ逅カルポンド用バインダー粉末を含む銅導電ペ
ーストでは、約1000℃前後の高温焼成を要するが、
低温焼成基板用のガラスの屈伏点は、通常800℃弱程
度であるため、低温焼成基板には全く適用できない。
ーストでは、約1000℃前後の高温焼成を要するが、
低温焼成基板用のガラスの屈伏点は、通常800℃弱程
度であるため、低温焼成基板には全く適用できない。
また、ガラスボンドにおいても、ガラスの低温焼成基板
に対する熱膨張整合性等がアルミナ基板に比較して劣る
。
に対する熱膨張整合性等がアルミナ基板に比較して劣る
。
また、特開昭61−107607号公報においては、焼
成温度を850〜950℃と高くする必要があり、さら
に特開昭60−35405号公報または特開平1−12
8488号公報ではガラスフリットのガラスと低温焼成
基板中のガラスとで線膨張率の差によるマイクロクラン
クの発生があり、やはり問題がある。
成温度を850〜950℃と高くする必要があり、さら
に特開昭60−35405号公報または特開平1−12
8488号公報ではガラスフリットのガラスと低温焼成
基板中のガラスとで線膨張率の差によるマイクロクラン
クの発生があり、やはり問題がある。
このように、従来から、低温焼成基板用のバインダー粉
末を含有する銅導電ペーストの開発が望まれていたので
ある。
末を含有する銅導電ペーストの開発が望まれていたので
ある。
ここに、本発明の目的は、低温焼成基板の表面に、75
0℃以下の低温域での焼成により、基板との接合強度が
高く銅厚膜導体を形成することができる銅導電ペースト
およびその製法を提供することにある。
0℃以下の低温域での焼成により、基板との接合強度が
高く銅厚膜導体を形成することができる銅導電ペースト
およびその製法を提供することにある。
また、別の面からは、前記銅導電ペーストを用いた低温
焼成基板を提供することにある。
焼成基板を提供することにある。
(課題を解決するための手段)
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究の結果
、低温焼成基板への銅厚膜導体への接着強度を上げるた
め、バインダー粉末として低温焼成基板に含まれている
ガラス成分と同じ成分のガラスフリットを用い、該ガラ
スフリットを平均粒径2μm以下に微粉砕することによ
り、銅厚膜導体と低温焼成基板との接着点を増やして、
低温焼成基板と銅厚膜導体との接着強度を高めることが
可能となることを知見した。ここで、微粉砕されたガラ
スフリフトは非常にかさ高い(1,50cffl/g)
ため、比表面積が高< (3,5rrf/g)かつ凝集
性が高い。このため、微粉砕されたガラスフリットを、
粘性を有する(見かけ粘度が1×10〜・Pa−5程度
である)有機ビヒクル中に均一に分散させることは非常
に難しい。この難点を克服するため、本発明者らは、さ
らに検討を重ねた結果、予め銅導電粉末とガラスフリッ
トとをアセトンを分散液とした湿式混合法を用いて均一
に混合しておき、該混合粉末の見かけ比容積及び比表面
積を低減させた後、有機ビヒクル中に分散させることに
より、固形物粉末の分散度が高く、かつ固形物濃度も高
い銅導電ペーストを得ることができることを知り、本発
明を完成するに至った。
、低温焼成基板への銅厚膜導体への接着強度を上げるた
め、バインダー粉末として低温焼成基板に含まれている
ガラス成分と同じ成分のガラスフリットを用い、該ガラ
スフリットを平均粒径2μm以下に微粉砕することによ
り、銅厚膜導体と低温焼成基板との接着点を増やして、
低温焼成基板と銅厚膜導体との接着強度を高めることが
可能となることを知見した。ここで、微粉砕されたガラ
スフリフトは非常にかさ高い(1,50cffl/g)
ため、比表面積が高< (3,5rrf/g)かつ凝集
性が高い。このため、微粉砕されたガラスフリットを、
粘性を有する(見かけ粘度が1×10〜・Pa−5程度
である)有機ビヒクル中に均一に分散させることは非常
に難しい。この難点を克服するため、本発明者らは、さ
らに検討を重ねた結果、予め銅導電粉末とガラスフリッ
トとをアセトンを分散液とした湿式混合法を用いて均一
に混合しておき、該混合粉末の見かけ比容積及び比表面
積を低減させた後、有機ビヒクル中に分散させることに
より、固形物粉末の分散度が高く、かつ固形物濃度も高
い銅導電ペーストを得ることができることを知り、本発
明を完成するに至った。
ここに、本発明の要旨とするところは、ガラスとフィラ
とを組み合わせた低温焼成基板用の銅導電ペーストであ
って、前記ガラスの成分と同じ成分を有し、平均粒径が
2μ恒以下であるガラスフリットおよび銅導電粉末を含
有することを特徴とする銅導電ペーストである。
とを組み合わせた低温焼成基板用の銅導電ペーストであ
って、前記ガラスの成分と同じ成分を有し、平均粒径が
2μ恒以下であるガラスフリットおよび銅導電粉末を含
有することを特徴とする銅導電ペーストである。
ここで、「平均粒径」とは、走査電子顕微鏡を用い、2
000個の粉末の各々に対し、一定方向の2本の平行線
ではさまれた距離を個々の粉末の代表径とし、2000
個の代表径の最@値を意味する。
000個の粉末の各々に対し、一定方向の2本の平行線
ではさまれた距離を個々の粉末の代表径とし、2000
個の代表径の最@値を意味する。
なお、上記の本発明にかかる銅導電ペーストは、従来か
ら公知の導電ペーストと同様に、前記ガラスフリット、
銅導電粉末の他に、樹脂、溶剤を混合して調製される。
ら公知の導電ペーストと同様に、前記ガラスフリット、
銅導電粉末の他に、樹脂、溶剤を混合して調製される。
本発明において用いる樹脂としては各種の公知の樹脂を
用いることができる0例えば、エチルセルロース、ニト
ロセルロース、ヒドロキシセルロース、ポリブチルメタ
クリレート等を例示することができる。
用いることができる0例えば、エチルセルロース、ニト
ロセルロース、ヒドロキシセルロース、ポリブチルメタ
クリレート等を例示することができる。
また、本発明において用いる溶剤も公知の各種の溶剤を
用いることができる。例えば、テルピネオール、ジブチ
ルカルピトール、ジブチルフタレ−ト、2,2.4−ト
リメチル−1,3−ベンタンジオール、モノイソブチレ
ート等を例示することができる。
用いることができる。例えば、テルピネオール、ジブチ
ルカルピトール、ジブチルフタレ−ト、2,2.4−ト
リメチル−1,3−ベンタンジオール、モノイソブチレ
ート等を例示することができる。
また、上記の本発明においては、前記銅導電粉末の平均
粒径が1〜2μmであることが750℃以下の焼成に好
適である。
粒径が1〜2μmであることが750℃以下の焼成に好
適である。
また、上記の本発明にかかる銅導電ペーストを得るため
には、前記ガラスフリットと前記銅導電粉末とを予め湿
式混合した後、有機ビヒクル中に分散させてペースト化
すればよい。
には、前記ガラスフリットと前記銅導電粉末とを予め湿
式混合した後、有機ビヒクル中に分散させてペースト化
すればよい。
なお、上記ペースト化の方法の例としては、ニーグー、
措潰機、3本ロール等により混練する等の従来から公知
の方法を例示することができる。
措潰機、3本ロール等により混練する等の従来から公知
の方法を例示することができる。
また、別の面からは、本発明の要旨とするところは、ガ
ラスとフィラとを組み合わせた低温焼成基板であって、
上記の本発明にかかる銅導電ペーストを基板上に塗布し
、750℃以下の温度で焼成し物てなることを特徴とす
る低温焼成基板である。
ラスとフィラとを組み合わせた低温焼成基板であって、
上記の本発明にかかる銅導電ペーストを基板上に塗布し
、750℃以下の温度で焼成し物てなることを特徴とす
る低温焼成基板である。
(作用)
以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお、本明
細書において、特にことわりがない限り、「%」は「重
量%」を意味するものとする。
細書において、特にことわりがない限り、「%」は「重
量%」を意味するものとする。
基板と銅焼成厚膜との接着強度の低下の原因、特に高温
放置後の接合強度の低下の原因として考えられるものに
、ガラスフリットと基板との熱膨張率の差により生じる
熱ひずみ(マイクロクランク)がある。
放置後の接合強度の低下の原因として考えられるものに
、ガラスフリットと基板との熱膨張率の差により生じる
熱ひずみ(マイクロクランク)がある。
現在、市販されている銅導電ペースト中のガラスフリッ
トは、アルZす基板の熱膨張係数7.2×10−’de
g−’に近い鉛ホウケイ酸ガラス系(熱膨張係数6〜8
X 10− ’deg−’ )を用いているため、ア
ルミナ基板に対する熱膨張整合性はよい。しかし、低温
焼成基板の熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数3.6
X10−’deg−’に近づけるため、アルミナ基板よ
り低い4〜6 Xl0−”deg−’に設定されている
。このため、鉛ホウケイ酸ガラスと低温焼成基板との熱
膨張整合性は悪く、高温放置後の接着強度は低下してし
まう。
トは、アルZす基板の熱膨張係数7.2×10−’de
g−’に近い鉛ホウケイ酸ガラス系(熱膨張係数6〜8
X 10− ’deg−’ )を用いているため、ア
ルミナ基板に対する熱膨張整合性はよい。しかし、低温
焼成基板の熱膨張係数は、シリコンの熱膨張係数3.6
X10−’deg−’に近づけるため、アルミナ基板よ
り低い4〜6 Xl0−”deg−’に設定されている
。このため、鉛ホウケイ酸ガラスと低温焼成基板との熱
膨張整合性は悪く、高温放置後の接着強度は低下してし
まう。
そこで、本発明では、低温焼成基板に含まれるガラスと
同じ酸分のガラスを選出し、このガラスを銅導電ペース
ト中のガラスフリットとして用いることにより、両者の
熱膨張整合性を完全に一致させる。これにより、銅厚膜
中のガラスと基板中のガラスとは一体化し、強固な結合
状態が得られることとなる。
同じ酸分のガラスを選出し、このガラスを銅導電ペース
ト中のガラスフリットとして用いることにより、両者の
熱膨張整合性を完全に一致させる。これにより、銅厚膜
中のガラスと基板中のガラスとは一体化し、強固な結合
状態が得られることとなる。
しかし、単に低温焼成基板に含まれるガラスと同じ成分
のガラスを銅導電ペースト中のガラスフリットとして用
いるだけでは、新たな問題が生しる。すなわち、低温焼
成基板に用いられるガラスの屈伏点は800℃弱であり
、該ガラスフリントを含有する銅導電ペーストを750
℃以下で焼成する場合はガラスフリットの流動性が不足
し、銅導電ペーストが基板に十分に濡れずに広がらない
という事態になり、良好な接着強度は得られない。これ
は、従来の20μ部以下にふるい分けしたガラスフリッ
トでは、いわゆる1氷山の一角”のように、ガラスフリ
ットの極く一部分のみが基板に接触するため、単位面積
当たりのガラスフリフトの接触点の数は極めて低いため
であると考えられる。すなわち、ガラスフリットの流動
性が低ければ、ガラスフリットの基板との接触面積の総
計は低くなしたがって、低温焼成基板に含まれる屈伏点
が800℃弱のガラスをガラスフリットとして使用する
場合を勘案し、本発明においては、該ガラスフリットを
その平均粒径が2μm以下となるように微粉砕しておき
、基板との接触点を増大させるのである。このように、
ガラスフリットの粒径をも限定することにより、該ガラ
スフリット自体の流動性が不足していても、基板との充
分な接触面積を得ることができ、基板と銅導電ペースト
との接着性が向上する。
のガラスを銅導電ペースト中のガラスフリットとして用
いるだけでは、新たな問題が生しる。すなわち、低温焼
成基板に用いられるガラスの屈伏点は800℃弱であり
、該ガラスフリントを含有する銅導電ペーストを750
℃以下で焼成する場合はガラスフリットの流動性が不足
し、銅導電ペーストが基板に十分に濡れずに広がらない
という事態になり、良好な接着強度は得られない。これ
は、従来の20μ部以下にふるい分けしたガラスフリッ
トでは、いわゆる1氷山の一角”のように、ガラスフリ
ットの極く一部分のみが基板に接触するため、単位面積
当たりのガラスフリフトの接触点の数は極めて低いため
であると考えられる。すなわち、ガラスフリットの流動
性が低ければ、ガラスフリットの基板との接触面積の総
計は低くなしたがって、低温焼成基板に含まれる屈伏点
が800℃弱のガラスをガラスフリットとして使用する
場合を勘案し、本発明においては、該ガラスフリットを
その平均粒径が2μm以下となるように微粉砕しておき
、基板との接触点を増大させるのである。このように、
ガラスフリットの粒径をも限定することにより、該ガラ
スフリット自体の流動性が不足していても、基板との充
分な接触面積を得ることができ、基板と銅導電ペースト
との接着性が向上する。
また、本発明にかかる銅導電ペースト中の銅導電粉末の
平均粒径は1μm以上2μm以下であることが好適であ
る。平均粒径が2μ憚超の銅粉の場合750”Cの焼成
では充分に焼結せず、一方1μ■未満の場合ペースト化
に必要なビヒクル量が増大し、脱溶媒性が悪くなり、い
ずれにしても所望の性質の銅導電ペーストを得ることが
できないことがあるからである。
平均粒径は1μm以上2μm以下であることが好適であ
る。平均粒径が2μ憚超の銅粉の場合750”Cの焼成
では充分に焼結せず、一方1μ■未満の場合ペースト化
に必要なビヒクル量が増大し、脱溶媒性が悪くなり、い
ずれにしても所望の性質の銅導電ペーストを得ることが
できないことがあるからである。
しかし、ここで、再び新たな問題が生しる。すなわち、
ガラスフリットをその平均粒径が2μm以下となるよう
に微粉砕すると、見かけ比容積並びに比表面積が著しく
増大するため、該微粉砕されたガラスフリットを銅導電
粉末とともに有機ビヒクル中へ分散させてペーストを作
成する場合、多量の有機ビヒクルを要することとなる。
ガラスフリットをその平均粒径が2μm以下となるよう
に微粉砕すると、見かけ比容積並びに比表面積が著しく
増大するため、該微粉砕されたガラスフリットを銅導電
粉末とともに有機ビヒクル中へ分散させてペーストを作
成する場合、多量の有機ビヒクルを要することとなる。
このため、ペースト中の固形物(銅導電粉末士ガラスフ
リット)の濃度が低下するため、ペーストを基板へ印刷
した後の前記固形物の粉末の充填度は下がり、緻密な焼
成厚膜は得られず、その結果、シート抵抗値は高くなっ
てしまう、従来は、特殊な湿潤剤(界面活性剤の一種)
を前記固形物の粉末の表面に被覆した後に有機ビヒクル
中に分散させていた。
リット)の濃度が低下するため、ペーストを基板へ印刷
した後の前記固形物の粉末の充填度は下がり、緻密な焼
成厚膜は得られず、その結果、シート抵抗値は高くなっ
てしまう、従来は、特殊な湿潤剤(界面活性剤の一種)
を前記固形物の粉末の表面に被覆した後に有機ビヒクル
中に分散させていた。
また、有機ビヒクル中では、銅粉とガラスフリットとが
均一に分散していることが理想的であるが、ガラスフリ
ットの平均粒径が2μm以下になると凝集が起きやすく
なり、見かけ粘度が約1×10’mPa・S前後である
有機ビヒクル中に凝集状態を解体させ、均一に分散させ
ることは難しい。従来は、やはり、特殊な分散剤(界面
活性剤の一種)を用いて前記有機ビヒクル中に分散させ
ていた。
均一に分散していることが理想的であるが、ガラスフリ
ットの平均粒径が2μm以下になると凝集が起きやすく
なり、見かけ粘度が約1×10’mPa・S前後である
有機ビヒクル中に凝集状態を解体させ、均一に分散させ
ることは難しい。従来は、やはり、特殊な分散剤(界面
活性剤の一種)を用いて前記有機ビヒクル中に分散させ
ていた。
本発明者らは、このような2つの問題、すなわち、ガラ
スフリットの微粉砕により生ずる■ペースト中の固形物
の、濃度の低下、■ペースト中の固形物である微粉末の
不均一分散 を克服するため、該固形物の微粉末を混式混合法により
予備混合することが有効であることを知見した。すなわ
ち、例えばアセトンを分散液とした湿式混合法により、
銅導電粉末とガラスフリットとを均一に予備混合するこ
とで銅微粉末(銅導電粉末)の表面上にガラスフリット
を被覆させ、銅微粉末とガラスフリットとの混合物の比
表面積を、各微粉末の比表面積の相加平均より下げるこ
とが可能となるのである。
スフリットの微粉砕により生ずる■ペースト中の固形物
の、濃度の低下、■ペースト中の固形物である微粉末の
不均一分散 を克服するため、該固形物の微粉末を混式混合法により
予備混合することが有効であることを知見した。すなわ
ち、例えばアセトンを分散液とした湿式混合法により、
銅導電粉末とガラスフリットとを均一に予備混合するこ
とで銅微粉末(銅導電粉末)の表面上にガラスフリット
を被覆させ、銅微粉末とガラスフリットとの混合物の比
表面積を、各微粉末の比表面積の相加平均より下げるこ
とが可能となるのである。
そして、銅微粉末とガラスフリットとを均一に混合して
、分散液であるアセトンを完全にa!見させた後に、該
銅微粉末およびガラスフリフトを、樹脂と溶剤とからな
る有機ビヒクル中に分散させ4てペースト化することに
より、ペースト濃度が高く、固形物中の微粉末が均一に
分散した高品位の銅導電ペーストを得ることが可能とな
る。
、分散液であるアセトンを完全にa!見させた後に、該
銅微粉末およびガラスフリフトを、樹脂と溶剤とからな
る有機ビヒクル中に分散させ4てペースト化することに
より、ペースト濃度が高く、固形物中の微粉末が均一に
分散した高品位の銅導電ペーストを得ることが可能とな
る。
なお、上記ペースト化の方法は、前述したような公知の
方法によればよく、何ら限定を要するものではない。
方法によればよく、何ら限定を要するものではない。
さらに、このようにして得た本発明にかかる銅導電ペー
ストを低温焼成基板の表面に導体として形成するには、
従来の方法と同様に、スクリーン印刷法、メタルマスク
による印刷法、直接描画法等を用いればよい0例えば、
前記銅導電ペーストを基板上に所定の形状にスクリーン
印刷した後、焼成すればよい。この際、本発明にかかる
銅導電ペーストは、低温焼成が可能であり、焼成温度を
750℃以下とすることができる。
ストを低温焼成基板の表面に導体として形成するには、
従来の方法と同様に、スクリーン印刷法、メタルマスク
による印刷法、直接描画法等を用いればよい0例えば、
前記銅導電ペーストを基板上に所定の形状にスクリーン
印刷した後、焼成すればよい。この際、本発明にかかる
銅導電ペーストは、低温焼成が可能であり、焼成温度を
750℃以下とすることができる。
このように、本発明にかかる銅導電ペーストでは、焼成
温度を750℃以下と抑制することができるため、焼成
後の接合強度の低下を防止することができる。
温度を750℃以下と抑制することができるため、焼成
後の接合強度の低下を防止することができる。
また、低温焼成基板の内部導体として、銀導体を利用す
る場合、焼成温度が779℃以上の場合、本発明にかか
る銅導電ペーストと前記銀導体とを接続するときに、共
晶反応を起こし、接続不良を起こすおそれがあるが、本
発明においては、焼成温度を750℃以下とすることが
できるため、前記不良の発生を防止することもできる。
る場合、焼成温度が779℃以上の場合、本発明にかか
る銅導電ペーストと前記銀導体とを接続するときに、共
晶反応を起こし、接続不良を起こすおそれがあるが、本
発明においては、焼成温度を750℃以下とすることが
できるため、前記不良の発生を防止することもできる。
このように、本発明により、低温焼成基板の表面に、7
50℃以下の低温域での焼成により、基板との接合強度
が、高温放置後においても3kgf/2mm口以上と、
高い銅厚膜導体を形成することができる銅導電ペースト
およびその製法、さらに前記銅導電ペーストを用いた低
温焼成基板を提供することができる。
50℃以下の低温域での焼成により、基板との接合強度
が、高温放置後においても3kgf/2mm口以上と、
高い銅厚膜導体を形成することができる銅導電ペースト
およびその製法、さらに前記銅導電ペーストを用いた低
温焼成基板を提供することができる。
以下、本発明を実施例を用いて、より詳細に説明するが
、これはあくまでも本発明の例示であって、これにより
本発明が限定されるものではない。
、これはあくまでも本発明の例示であって、これにより
本発明が限定されるものではない。
(実施例)
平均粒径1μ麟のアルミノ・カルシウムホウケイ酸<A
l2O213,1%−Ca021.8%−3i0□57
.3%−BzCh 7.8%)から成るガラスブリット
(比表面積1.20m”/g) 0.1gと、平均粒
径2μmの銅導電粉末(比表面積0.30m”/g)
5.0gを、アセトン15ccを注入したビーカーに投
入した。この混合液に超音波振動を加えながら激しく攪
拌した。この攪拌は、アセトンが完全に揮発するまで行
った。
l2O213,1%−Ca021.8%−3i0□57
.3%−BzCh 7.8%)から成るガラスブリット
(比表面積1.20m”/g) 0.1gと、平均粒
径2μmの銅導電粉末(比表面積0.30m”/g)
5.0gを、アセトン15ccを注入したビーカーに投
入した。この混合液に超音波振動を加えながら激しく攪
拌した。この攪拌は、アセトンが完全に揮発するまで行
った。
そして、撹拌後に、この混合粉末を電子顕微鏡で観察し
たところ、銅導電粉末の表面上にガラスフリットが均一
に被覆されていることが確認できた。
たところ、銅導電粉末の表面上にガラスフリットが均一
に被覆されていることが確認できた。
該混合粉末の比表面積は0.28+g”/gであり、各
粉末単独の相加平均値((1,20(+1″/g) X
0.1 (g) +0.30(m”/g)X5.O(
g)) +(0,1+5.0)(g) ) ′io、3
21/gより低い値となった。
粉末単独の相加平均値((1,20(+1″/g) X
0.1 (g) +0.30(m”/g)X5.O(
g)) +(0,1+5.0)(g) ) ′io、3
21/gより低い値となった。
次いで、このようにして得た銅導電粉末とガラスフリフ
トとの混合物5.10gを0.82gの有機ビヒクル(
6%エチルセルロース−テルピネオール)中に分散、混
練させて、スクリーン印刷に最適な粘度200 Pa−
5を有する銅導電ペーストとした。
トとの混合物5.10gを0.82gの有機ビヒクル(
6%エチルセルロース−テルピネオール)中に分散、混
練させて、スクリーン印刷に最適な粘度200 Pa−
5を有する銅導電ペーストとした。
なお、ペーストの混練には3本ロールミルを使用した。
このようにして得た銅導電ペーストを、該銅導電ペース
ト中に含まれるガラスフリットと同成分のガラス(A
1 zch 13.1%−Ca021.8%−5iO*
57.3%−fhOi 7.8%)とアルミナとで構成
された低温焼成基板((40%A j! gos 6
0%ガラス)、熱膨張係数5.5X 10−”deg−
’、比誘電率7.7(at IMHz))上に所定の形
状にスクリーン印刷し、120℃で10分間予備乾燥し
て溶剤(テルピネオール)を除去した後、750℃×7
0分間ベルト炉(ピーク時キープ条件=750℃×10
分)で、窒素雰囲気下(20μpmO,−N、 bit
、)で坑底した。
ト中に含まれるガラスフリットと同成分のガラス(A
1 zch 13.1%−Ca021.8%−5iO*
57.3%−fhOi 7.8%)とアルミナとで構成
された低温焼成基板((40%A j! gos 6
0%ガラス)、熱膨張係数5.5X 10−”deg−
’、比誘電率7.7(at IMHz))上に所定の形
状にスクリーン印刷し、120℃で10分間予備乾燥し
て溶剤(テルピネオール)を除去した後、750℃×7
0分間ベルト炉(ピーク時キープ条件=750℃×10
分)で、窒素雰囲気下(20μpmO,−N、 bit
、)で坑底した。
その結果、750℃という低温の坑底であったが、厚さ
20μmの銅導体厚膜である本発明例を得ることができ
た。
20μmの銅導体厚膜である本発明例を得ることができ
た。
このようにして得た本発明例にかかる銅導体厚膜の評価
を行うために、シート抵抗、接着強度(初期、加熱およ
び放置後)、およびはんだ濡れ性を評価した。
を行うために、シート抵抗、接着強度(初期、加熱およ
び放置後)、およびはんだ濡れ性を評価した。
評価方法は以下の通りである。
2二上11:4体抵抗値の測定により評価した。
方法は、4端子法抵抗測定により、線幅0.5mmの銅
導体厚膜の抵抗値を測定し、厚さ20μm時のシート抵
抗値に換算して求めた。
導体厚膜の抵抗値を測定し、厚さ20μm時のシート抵
抗値に換算して求めた。
笈豊豆度: Du Pont法ビール強度の測定により
評価した。2開角のw4導体厚膜に、0.6開スズメツ
キ銅線を、水平に、はんだデイツプ法(60Sn/40
pbハンダ、230℃×3秒浸漬〉によりはんだ付後、
スズメッキ5pIvA厚膜端部より1+g−の位置で9
0度曲げて基板と垂直とし、基板を固定した状態で引張
り試験機により、10c麟/分の速度でスズメツキ銅線
を引張り、基板とスズメツキ#iwAとが剥離した際の
剥S強度を測定し、この値を初期接着強度とした。なお
、加熱および放置後の接着強度は、ハンダデイツプした
後、基板を150“Cにコントロールしたオーブン中に
500時間保存したものの剥離強度とした。
評価した。2開角のw4導体厚膜に、0.6開スズメツ
キ銅線を、水平に、はんだデイツプ法(60Sn/40
pbハンダ、230℃×3秒浸漬〉によりはんだ付後、
スズメッキ5pIvA厚膜端部より1+g−の位置で9
0度曲げて基板と垂直とし、基板を固定した状態で引張
り試験機により、10c麟/分の速度でスズメツキ銅線
を引張り、基板とスズメツキ#iwAとが剥離した際の
剥S強度を測定し、この値を初期接着強度とした。なお
、加熱および放置後の接着強度は、ハンダデイツプした
後、基板を150“Cにコントロールしたオーブン中に
500時間保存したものの剥離強度とした。
一41d覧撮1叫生:焼成部品をハンダデイツプした後
、銅テストパターン上に得られたはんだ被覆の割合(%
)よりはんだ濡れ性を測定した。
、銅テストパターン上に得られたはんだ被覆の割合(%
)よりはんだ濡れ性を測定した。
結果を第1表に示す。
ケイ酸(Pb065%−Cd010%−8iO!10%
−Br(h15%)から威るガラスフリット(比表面積
1.15−/g)0、lOgと本発明例で用いた銅導電
粉末を実施例1と同様に予備湿式混合した後に、0.8
2gの有機じヒクル中に分散、混練して粘度200 P
a−5の導電ペーストを作成した。
−Br(h15%)から威るガラスフリット(比表面積
1.15−/g)0、lOgと本発明例で用いた銅導電
粉末を実施例1と同様に予備湿式混合した後に、0.8
2gの有機じヒクル中に分散、混練して粘度200 P
a−5の導電ペーストを作成した。
該導電ペーストを本発明例と同様に低温焼成基板に印刷
、坑底して、比較例3とし、各種導体特性を評価した。
、坑底して、比較例3とし、各種導体特性を評価した。
本発明例および比較例】ないし比較例3によって得られ
た導体特性を第1表にまとめて示す。
た導体特性を第1表にまとめて示す。
一方、比較例として、前記の本発明例で用いた銅導電粉
末5.0gとガラスフリフト0.10gとを湿式混合に
よる予備混合を施さず、直接有機ビヒクル中に分散させ
、3本ローラーミルで混練したところ、粘度200 P
a−5を有するペーストとするために、0.95gの有
機ビヒクルを要した。
末5.0gとガラスフリフト0.10gとを湿式混合に
よる予備混合を施さず、直接有機ビヒクル中に分散させ
、3本ローラーミルで混練したところ、粘度200 P
a−5を有するペーストとするために、0.95gの有
機ビヒクルを要した。
該導電ペーストを、前記の本発明例の場合と同様に、低
温焼成基板に印刷、坑底して、比較例1として、前記の
各種導体特性を評価した。
温焼成基板に印刷、坑底して、比較例1として、前記の
各種導体特性を評価した。
また、平均粒径が10μmである本発明例に用いたガラ
スフリフトと同じ酸分のガラスフリット0、10gと本
発明例で用いた銅微粉末5.0gとを、本発明例と同様
にアセトンを分散媒とした湿式混合により予備混合した
後に、有機ビヒクル0.78g中に分散、混練し粘度2
00 Pa−5のペーストを作成した。
スフリフトと同じ酸分のガラスフリット0、10gと本
発明例で用いた銅微粉末5.0gとを、本発明例と同様
にアセトンを分散媒とした湿式混合により予備混合した
後に、有機ビヒクル0.78g中に分散、混練し粘度2
00 Pa−5のペーストを作成した。
該ペーストを比較例1と同様に低温焼成基板に印刷、坑
底して、比較例2として、各種導体特性を評価した。
底して、比較例2として、各種導体特性を評価した。
さらに、平均粒径2μ僻の鉛カドミウム・ホウ第1表か
らも明らかなように、本発明にかかる銅導電ペーストは
、焼成温度が通常より低い750℃程度であるにも関わ
らず、低温焼成基板との接着強度、特に加熱放置後の接
着強度が高く、かつ十分な導電性及び良好なはんだ濡れ
性を具備しており、信頼性の高い低温焼成基板を得るこ
とができた。
らも明らかなように、本発明にかかる銅導電ペーストは
、焼成温度が通常より低い750℃程度であるにも関わ
らず、低温焼成基板との接着強度、特に加熱放置後の接
着強度が高く、かつ十分な導電性及び良好なはんだ濡れ
性を具備しており、信頼性の高い低温焼成基板を得るこ
とができた。
(発明の効果〉
以上詳述したように、本発明により、低温焼成基板の表
面上に、導体を形成することが可能となった。したがっ
て、低温焼成基板の用途拡大に大きく寄与することが可
能である。
面上に、導体を形成することが可能となった。したがっ
て、低温焼成基板の用途拡大に大きく寄与することが可
能である。
かかる効果を有する本発明の実用上の意義は極めて著し
い。
い。
Claims (4)
- (1)ガラスとフィラとを組み合わせた低温焼成基板用
の銅導電ペーストであって、前記ガラスの成分と同じ成
分を有し、平均粒径が2μm以下であるガラスフリット
および銅導電粉末を含有することを特徴とする銅導電ペ
ースト。 - (2)前記銅導電粉末の平均粒径が1〜2μmである請
求項1記載の銅導電ペースト。 - (3)前記ガラスフリットと前記銅導電粉末とを予め湿
式混合した後、有機ビヒクル中に分散させてペースト化
することを特徴とする請求項1または請求項2記載の銅
導電ペーストの製法。 - (4)ガラスとフィラとを組み合わせた低温焼成基板で
あって、請求項1または請求項2記載の銅導電ペースト
を基板上に塗布し、750℃以下の温度で焼成してなる
ことを特徴とする低温焼成基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9368790A JPH03291989A (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 銅導電ペースト、その製法及び低温焼成基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9368790A JPH03291989A (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 銅導電ペースト、その製法及び低温焼成基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03291989A true JPH03291989A (ja) | 1991-12-24 |
Family
ID=14089315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9368790A Pending JPH03291989A (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 銅導電ペースト、その製法及び低温焼成基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03291989A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261411A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Kyocera Corp | セラミック配線基板及びその製造方法 |
| JP2006196245A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導電性ペースト及びそれを用いた配線回路基板 |
| JP2006216389A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導電性ペーストおよびそれを用いた配線基板 |
| JPWO2005015573A1 (ja) * | 2003-08-08 | 2006-10-05 | 住友電気工業株式会社 | 導電性ペースト |
-
1990
- 1990-04-09 JP JP9368790A patent/JPH03291989A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261411A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Kyocera Corp | セラミック配線基板及びその製造方法 |
| JPWO2005015573A1 (ja) * | 2003-08-08 | 2006-10-05 | 住友電気工業株式会社 | 導電性ペースト |
| JP4600282B2 (ja) * | 2003-08-08 | 2010-12-15 | 住友電気工業株式会社 | 導電性ペースト |
| JP2006196245A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導電性ペースト及びそれを用いた配線回路基板 |
| JP2006216389A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 導電性ペーストおよびそれを用いた配線基板 |
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