JPH04169002A - 導電性ペーストとそれを用いた多層セラミック配線基板の製造方法 - Google Patents

導電性ペーストとそれを用いた多層セラミック配線基板の製造方法

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JPH04169002A
JPH04169002A JP2297969A JP29796990A JPH04169002A JP H04169002 A JPH04169002 A JP H04169002A JP 2297969 A JP2297969 A JP 2297969A JP 29796990 A JP29796990 A JP 29796990A JP H04169002 A JPH04169002 A JP H04169002A
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誠一 中谷
Tsutomu Nishimura
勉 西村
Sei Yuhaku
聖 祐伯
Yasuhiko Hakotani
箱谷 靖彦
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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積層体の製造方法とそれに適用する
ための導体ペースト組成物に関するものである。
従来の技術 多層基板に用いられる導体材料としては、Au。
PL、Pd等の貴金属とW、Mo、Cu等の卑金属が使
用される。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などの絶縁基板上にス
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。また、多層基板ではこれらの導体ペーストの
他、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、Au、Ag/P
d、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。
Mo、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。
またW、Moでは、1500°C以上の高温焼成となる
。さらに信較性の面からAuでは、半田量われが課題と
なり、Ag/Pdでは、マイグレーション及び導体抵抗
が高いという課題がある。そのため導体抵抗が低く、マ
イグレーションが少なく、半田付は性も良好なCuが近
年注目されつつある。
しかし、前記のようにCuを用いるためには、窒素のよ
うな中性の雰囲気中で焼成を行う必要がある。そして、
窒素雰囲気中ではペースト中の有機バインダの分解除去
が困難となる。これは、窒素中の酸素濃度が低いためバ
インダの分離が起こらず、カーボンの形で残りメタライ
ズ性能(シート抵抗、半田塗れ性、接着強度)に悪影響
を及ぼす。逆に酸素濃度が高いと、銅電極が酸化され半
田付は性能が悪くなる。そのため焼成は、窒素雰囲気に
若干の酸素をコントロールしながら行うことが要求され
る。また積層セラミックコンデンサのようなグリーンシ
ートを用いた積層体においても同じ様な課題が起こる。
すなわち、誘電体などのグリーンシート中に含まれる有
機バインダの除去が困難となり、その除去が完全でない
とバイブは、炭化されたまま残り層間にブリスタを発生
させたり、電極−誘電体間のマツチングを悪(させる要
因となる。
そこで、このバインダ除去とCuメタライズを両立させ
る方法が提案された。それは、電極の出発原料に酸化銅
を用いる方法で、この方法によればあらかじめ空気中で
脱バインダのための熱処理を行い、その後酸化銅を還元
して金属銅にし、さらに窒素中で焼成を行うものである
。この方法は、あらかしめ脱バインダを行い、還元さら
に焼成するためCu電極の積層体をうるには最適な方法
である。この酸化銅による多層化方法は、特願昭59−
147833 、酸化銅ペーストは特願昭60−238
46、特願昭62−121912、特願昭60−140
816ニ述べられている。
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、次のような解決す
べき課題が明らかとなった。それは、上記のようなセラ
ミック多層基板において、最上層Cu配線上に直接ワイ
ヤボンディングができない点にある。Cu電極上のワイ
ヤボンディングは、現在信鯨性の点で課題が多く、Cu
多層基板が広く使われない原因となっている。
このため、最上層Cu配線上にAuメツキを施す方法が
検討されているが、メツキ液の影響によりCu配線の接
着力が著しく低下する課題を有している。一方、メツキ
法以外の方法でAu電極層を形成する場合、多層基板の
内部、最上層配線共にCu電極であるので、Cuの酸化
を防止するため窒素中で焼成しなければならない。
そのため、Aut極のハンダ濡れ性、接着力の点で、課
題が多い。またCuとAuの接続は、低融点合金化する
ので余り高温で処理できないという課題がある。
さらに現行方式では、内部配線と基板材料の焼成を同時
に行い、その後で最上層Cu配線を行うのが一般的であ
る。したがってこの場合、基板の焼結収縮が一定でなく
基板材料のLOT間変動、焼成条件により変動するため
、最上層パターンと内層パターンとの接続には収縮率の
変動を加味した接続用のランドを設ける必要がある。
これにより、最上層パターンは必要以上に広いランドが
存在し、高密度化には課題となる。
本発明は上記課題に鑑み、銅多層セラミック配線基板の
作製に対し、最上層配線にワイヤーボンディング及びフ
リップチップ実装に必要なAu配線を、セラミック材料
とマツチング性が良好で、かつ信軌性よく形成可能な銅
多層セラミック配線基板の製造方法を提供するものであ
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銅多層セラミック基
板は、ガラス−セラミック混合粉末より成るグリーンシ
ートに、平均粒径が10μm以下のAu粉末90.0〜
99.5重量%に、平均粒径10μm以下のNi粉末、
Pt粉末、Pd粉末の内生なくとも一種以上を0.5〜
10.0重量%含有した無機成分に、少なくとも溶剤と
、有機バインダを加えてなる半導体装置の接続用Auペ
ーストと、CuO粉末を主成分とする無機成分と、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と
からなる酸化銅ペーストとにより配線パターンを形成し
、空気中での熱処理により有機バインダの除去を行う工
程と、水素を含む還元性雰囲気中での熱処理により前記
酸化銅電極の還元を行う工程と、窒素中での熱処理によ
り基板材料と前記酸化銅、および金電極の焼結を行う工
程とから作製される。
作用 本発明は、上記した構成によって多層基板の上層部にA
u配線が形成できるため、信軌性の良好なワイヤーボン
ディングが可能となる。またAuの良好なハンダ濡れ性
を利用して、半導体のフリップチップ実装にも利用でき
る。さらに上記のAUペースト組成によれば、Auの融
点を上げることができるので、Cu電極と同時に900
°C焼成しても合金化し、溶融することがない。
また多層基板を上記した構成の製造方法で作製すればA
uペーストを窒素焼成することなく、内外層Cu電極と
同時焼成できるので脱バインダが良好に行われ、信顧性
に冨む多層基板が得られる。
さらに同時焼成して電極パターンが得られるので、焼成
時の収縮率を考慮しなくて良いので接続のランドを極力
小さくできる。
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ン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Cu電極、
2はセラミック基板層、3はピアホールCu電極層、4
は最上層Cu電極、5はAu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
成分としての硼珪酸鉛系ガラスと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
。つぎ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2
00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
.2mmφであった。
つぎに内層用導電性ペーストは、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を3
重量%添加した物を用いた。
ビア埋め用導電性ペーストは前記内層用導体べ−ストの
無機成分にアルミナ粉末(A1.O,平均粒径約1)を
15重量%(わえたものを用いた。
これは、基板焼成時に起こる体積収縮に合わせるために
添加するものである。次に、最上層用導電ペーストは前
記内層用導電性ペーストと同一の無機組成の物を用いた
。
Auペースト無機組成を第2表に示す。
第2表 Auペースト組成 (Wtχ) 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用いてまずピ
アホール埋め印刷を行う。印刷方法は前記ビア形成済み
グリーンシートに、スクリーン印刷法にてビア埋め用メ
タルマスクを用いてスキージングすることでビア埋め印
刷を行う。ビア埋め印刷済みのグリーンシートに内層用
導電ペーストをスクリーン印刷する。つぎに内層用導電
パターン形成済みグリーンシートを乾燥の後に、所望の
層数、熱と圧力を加えて積層する。つぎに最上層導電性
ペースト及びAuペーストを第2図に示す様なパターン
でスクリーン印刷法にて形成する。
このようにして得た積層体を所定のサイズに切断し、そ
ののち脱バインダ処理を空気中で30分間熱処理して行
った。脱バインダの温度は、600°C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45
0°C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、90
0”Cであった。それぞれの熱処理は、メツシュベルト
炉で自動的に行われる。
以上のように作製されたセラミック多層基板の最上層配
線の結果を第3表に示す。
第3表 最上層配線の性能 なお、AuとCuの接合の評価方法は、焼成後の導体の
状態を目視で判断したものである。CuとAuが合金化
し、溶融状態であるものを×、拡散が著しく信頼性に欠
くものを△、良好なものをそれぞれO20とした。実用
上O1◎が望ましい。
第3表から明らかなように、各添加物が0.5%以上あ
ればAuの融点を明らかに上げることができCuと良好
な接続が得られることがわかる。
また、得られたAu電極のシート抵抗値とワイヤボンデ
ィング性の結果から、各添加物が10wt%以上添加す
るとAu電極上のワイヤーボンディングは困難になる。
これは、Auに添加物を加えることでAu電極の硬度が
増し、超音波でのワイヤ接続ができなくなったと考えら
れる。以上の結果から各添加物の最適添加量は1〜3w
t%程度が望ましい。
発明の効果 本実施例によれば、多層基板の上層部にAu配線が形成
できるため、信頼性の良好なワイヤーボンディングが可
能となった。またAuの良好なハンダ濡れ性を利用して
、半導体のフリップチップ実装に利用できることはいう
までもない。さらに上記のAuペースト組成によれば、
Auの融点を上げることができるので、Cu電極と同時
に900°C焼成しても合金化し、溶融することがなく
、内外層Cu電極と同時焼成できるので脱バインダが良
好に行われ、信頼性に冨む多層基板が得られる。
さらに同時焼成して電極パターンが得られるので、焼成
時の収縮率を考慮しなくて良いので接続のランドを極力
小さくできるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例におけるCu多層セラミ
ック基板の断面図、第2図は本発明の実施例における最
上層配線パターンを示す図である。 ■・・・・・・内部Cu電極層、2・・・・・・セラミ
ック基板層、3・・・・・・ピアホールCu電極層、4
・・・・・・最上層Cu電極層、5・・・・・・Au電
極層、6・・・・・・最上層CU電極パターン、7・・
・・・・Au電極パターン。 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ばか2名/  −
−一 内!pCu電愉1 2−−ciミック暮坂 3〜.− ピアホールC,,*−層 4− 扇k A Cu ’111に 5−−−1+u t k /1 第 1 図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)平均粒径が10μm以下のAu粉末90.0〜9
    9.5重量%に、平均粒径10μm以下のNi粉末、P
    t粉末、Pd粉末の内少なくとも一種以上を0.5〜1
    0.0重量%含有した無機成分に、少なくとも溶剤と、
    有機バインダを加えてなることを特徴とする導電性ペー
    スト。
  2. (2)無機成分に、金属酸化物粉末及び/あるいはガラ
    ス粉末を添加することを特徴とする請求項(1)記載の
    導電性ペースト。
  3. (3)ガラス−セラミック混合物を絶縁材料とするセラ
    ミック多層配線基板の製造法であって、導体配線ペース
    ト組成物が、CuO粉末を主成分とする無機成分と、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
    とからなる酸化銅ペーストと、平均粒径が10μm以下
    のAu粉末90.0〜99.5重量%に、平均粒径10
    μm以下のNi粉末、Pt粉末、Pd粉末の内少なくと
    も一種以上を0.5〜10.0重量%含有した無機成分
    に、少なくとも溶剤と、有機バインダを加えてなること
    を特徴とする金ペーストとにより配線パターンを形成し
    、空気中での熱処理により有機バインダの除去を行う工
    程と、水素を含む還元性雰囲気中での熱処理により前記
    酸化銅電極の還元を行う工程と、窒素中での熱処理によ
    り基板材料と前記酸化銅、および金電極の焼結を行う工
    程とからなることを特徴とする多層セラミック配線基板
    の製造方法。
  4. (4)金電極上にワイヤーボンディング法にて半導体装
    置を実装することを特徴とする請求項(3)記載の多層
    セラミック配線基板の製造方法。
  5. (5)金電極上にフリップチップ実装法により半導体装
    置を実装することを特徴とする請求項(3)記載の多層
    セラミック配線基板の製造方法。
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US5252519A (en) 1993-10-12

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