JPH04329207A - 導体組成物および配線基板 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の素
子を実装する配線基板に外部導体を形成するための導体
組成物と、この導体組成物によって外部導体を形成した
配線基板とに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、基板材料と導体とを約１０００℃
以下の低温で同時焼成して得られる配線基板の開発が進
められている。このような低温焼成配線基板の基板材料
は、アルミナーガラス複合体を主成分としたものである
。一方、導体材料は、従来のＷやＭｏに代り、導通抵抗
が低いＡｇ系の材料の使用が可能となっている。

【０００３】このような配線基板の内部導体としてはＡ
ｇが用いられているが、外部導体は実装部品と半田付け
されるので、外部導体には半田濡れ性が良好であること
が要求され、主にＡｇ合金系材料が用いられている。

【０００４】また、半田後の接着強度は、初期において
も経時後においても十分高いことが必要である。一般に
エージング劣化は、半田中のＳｎのＡｇ中への拡散が原
因であるとされているが、長時間にわたり、高温にさら
されるような場合にも、十分な接着強度を示すエージン
グ特性に優れたものであることが必要とされる。

【０００５】ところで、導体組成物は、Ａｇ系等の導体
金属粉末とガラスフリットを含む無機結合剤とをビヒク
ル中に分散して得られている。

【０００６】このようなことから、外部導体用の導体組
成物におけるガラスフリットのガラス組成や添加剤を所
定のものとし、エージング特性を向上させることが種々
提案されている（特公昭６２−３２５６２号、特開昭６
３−２０７００１号、特開昭６４−８６４０４号、特開
平１−２９８０９０号等）。

【０００７】しかし、このようにしてもエージング特性
は未だ十分とはいえず、さらなる改善が望まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
、エージング特性に優れた導体組成物および配線基板を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（４）の構成によって達成される。

【００１０】（１）　　ＡｇとＰｄおよび／またはＰｔ
とを含有する導体と、無機結合剤とをビヒクル中に分散
させた外部導体用の導体組成物において、前記導体が、
さらに、Ａｕ、Ｒｕ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少な
くとも１種を０．１〜５ｗｔ％　含有することを特徴と
する導体組成物。

【００１１】（２）　　焼成後の相対密度が９６％以下
である上記（１）に記載の導体組成物。

【００１２】（３）　　前記Ａｇと、Ｐｄおよび／また
はＰｔと、Ａｕ、Ｒｕ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少
なくとも１種とを合金化し、これを粉砕して得られた合
金粉末と、無機結合剤とをビヒクル中に分散した上記（
１）または（２）に記載の導体組成物。

【００１３】（４）　　上記（１）ないし（３）のいず
れかに記載の導体組成物を用いて外部導体を形成した配
線基板。

【００１４】

【作用】本発明では、導体組成物において、ＡｇとＰｄ
および／またはＰｔとを含有する導体に対し、Ａｕ、Ｒ
ｕ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少なくとも１種を０．
１〜５ｗｔ％含有させている。このため、これを焼成し
て外部導体とし、半田付けした場合、上記元素の存在に
よって、半田中のＳｎがＡｇと金属間化合物を形成する
のが阻害されるため、ＳｎのＡｇ中への拡散が防止され
る。また、上記元素の存在によって、焼結温度が高くな
り、導体の焼結性が阻害されるので、導体膜がポーラス
（相対密度９６％以下）となり、ＳｎとＰｄとの間のＰ
ｄＳｎ３　・ＰｄＳｎ２　、あるいはＳｎとＰｔとの間
のＰｔＳｎ２　などの金属間化合物が形成されやすくな
り、これによってＡｇ中へのＳｎの拡散に伴なう応力が
緩和される。もともと、ＰｄやＰｔは、この応力を緩和
する目的もあって導体の主成分とされるものであるが、
Ａｕ等の存在によりこのような効果がきわめて高いもの
となる。

【００１５】これにより、エージング劣化の防止効果が
格段と向上する。このとき、上記元素は、導体とは別に
添加することもできるが、Ａｇ、Ｐｄおよび／またはＰ
ｔとともに合金化するのがよく、これを粉砕して導体組
成物を作製するのがよい。

【００１６】なお、特開平１−２７４３０８号公報には
、「少なくとも銀粉末９５重量％、ルテニウム粉末１〜
４重量％およびパラジウム粉末１〜４重量％とからなる
導電体粉末と、印刷用ビヒクルとを含む導電ペースト組
成物。」が開示されている。

【００１７】そして、これにより安価で比抵抗が小さく
、しかもグリーンシートと同時焼成できる程度の高い焼
成温度を有するものが得られるとされている。

【００１８】上記公報に開示されるものと、本発明の組
成とはその構成上、本発明において、ＡｇとＰｄとを含
有する導体を用い、Ｒｕを含有させたものとするとき一
致する。

【００１９】しかし、上記公報に開示されるものは、そ
の実施例に示されるように内部導体として用いるもので
あり、外部導体として用いる本発明とは目的用途が明ら
かに異なるものである。

【００２０】したがって、本発明のエージング特性につ
いては、示唆すらされていない。

【００２１】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。本発明の導体組成物は、導体の基本組成と
なるＡｇとＰｄおよび／またはＰｔとを含有する。すな
わち、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔのい
ずれかの合金を含有する。

【００２２】このように、Ａｇ合金を用いることによっ
て、Ａｇ単独とするよりも、Ｐｄの場合、耐マイグレー
ション性、耐半田喰われ性が向上する効果が得られ、Ｐ
ｔの場合は、少量の添加より半田濡れ性が極めて良好に
なる効果が得られる。

【００２３】このようなＡｇ合金におけるＡｇ、Ｐｄ、
Ｐｔの割合は、目的に応じて適宜決定されるが、Ａｇ−
Ｐｄ合金では、Ｐｄの含有率を５〜２５ｗｔ％とするこ
とが好ましい。Ｐｄ含有率が５ｗｔ％　未満であると、
Ｐｄ添加の効果が得られず、また２５ｗｔ％　を超える
と導体の導電性が悪くなるからである。

【００２４】また、Ａｇ−Ｐｔ合金では、Ｐｔの含有率
を０．５〜５ｗｔ％　とすることが好ましい。Ｐｔ含有
率が０．５ｗｔ％　未満であると、Ｐｔ添加の効果が得
られず、また５ｗｔ％　を超えると導体の導電性が悪く
なり、コスト高となる。

【００２５】また、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ合金では、Ｐｄの
含有率を５〜２５ｗｔ％　とし、Ｐｔの含有率を０．５
〜５ｗｔ％　とすることが好ましい。このような含有率
とすることによってＰｄ、Ｐｔ添加の効果を得ることが
でき、導体の導電性も十分とすることができる。

【００２６】本発明の導体組成物は、ペースト状であり
、このような状態ではＡｇとＰｄおよび／またはＰｔと
が別個に存在していてもよい。この場合、後の焼成によ
りＡｇ合金となる。

【００２７】このようなＡｇ合金、あるいは、上記のよ
うにＡｇ合金となる金属は、通常、ペースト状の組成物
中に粒子として存在する。

【００２８】Ａｇ合金粒子の平均粒径は、０．０１〜１
０μｍ　程度とするのが好ましい。その理由は、平均粒
径が０．０１μｍ　未満であると導体の収縮率が大きく
なりすぎ、また１０μｍ　を超えると導体組成物の印刷
性、分散性が悪くなるからである。また、Ａｇ合金とな
る金属の粒子では、Ａｇ粒子、Ｐｄ粒子、Ｐｔ粒子とも
に、平均粒径は０．０１〜１０μｍ　程度とするのが好
ましい。 その理由は、平均粒径が０．０１μｍ　未満であると上
記Ａｇ合金粒子の場合と同様、収縮率の点で不十分とな
り、また１０μｍ　を超えるとＰｄの添加による耐マイ
グレーション性の改善効果等が小さくなるからである。

【００２９】本発明では、導体に対し、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒ
ｈおよびＩｒから選ばれる少なくとも１種を０．１〜５
ｗｔ％　、好ましくは０．５〜４ｗｔ％　含有させる。 このような含有量とすることにより、エージング特性を
向上させることができる。

【００３０】上記元素の含有量が０．１ｗｔ％　未満と
なると、エージング特性の向上効果が得られず、５ｗｔ
％　をこえると、初期における接着強度が十分とはなら
ず、また導電性が十分ではない。

【００３１】上記元素は、高融点（１０００〜２５００
℃）を有する金属であり、焼成温度に達しても酸化され
ることがないものである。このため、導体の性質を変化
させ、ＳｎとＡｇとの間に金属間化合物が形成するのを
防止してＳｎのＡｇ中への拡散を阻止するとともに、導
体の焼結性を阻害して導体膜の膜構造をポーラスとし、
Ｓｎ−ＰｄあるいはＳｎ−Ｐｔの金属間化合物の形成を
容易とし応力を緩和することができる。

【００３２】実際、焼成して導体膜（層）としたときの
相対密度は９６％以下、好ましくは８５〜９４％となり
、膜構造がポーラスとなることを示している。

【００３３】ここで、相対密度は、導体の組成から理論
的に計算される理論密度に対する実測密度の割合（％）
として定義されるものである。このときの実測密度は、
導体成分が拡散しないような材質の基板上に導体組成物
を設層して焼成し、この後の導体層についてアルキメデ
ス法に基づき体積（Ｖ）を求め、一方基板から導体層を
剥離して導体層の重量（Ｗ）を求め、Ｗ（ｇ）／Ｖ（ｃ
ｍ３）　として計算したものである。

【００３４】本発明におけるＡｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒの
金属元素は、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐ
ｔ合金の導体に別添加するものとしてもよいが、これら
の金属元素を導体とともに合金化して添加する方が好ま
しい。

【００３５】合金化することによって本発明の効果がよ
り向上する。なお、合金粒の平均粒径は前記のとおり０
．０１〜１０μｍとする。

【００３６】本発明に用いるビヒクルとしては、エチル
セルロース、ニトロセルロース、アクリル系樹脂等のバ
インダー、テルピネオール、ブチルカルビトール等の溶
剤、その他分散剤、活性剤等が挙げられ、これらのうち
任意のものが目的に応じて適宜添加される。

【００３７】なお、一般に、導体組成物中の上記ビヒク
ルの含有率は、１０〜７０ｗｔ％　程度である。

【００３８】また、導体組成物中には、無機結合剤とし
て、ガラスフリットが含有されていてもよい。ガラスフ
リットのガラス組成としては、

【００３９】ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　−ＳｉＯ２　、Ｐｂ
Ｏ−Ｂ２　Ｏ３　−ＳｉＯ２　−ＺｎＯ、ＰｂＯ−Ｂ２
　Ｏ３　−ＳｉＯ２　−ＺｎＯ、等が挙げられ、導体組
成物中における含有率は１０〜２０ｗｔ％　程度である
。

【００４０】また、ガラスは、０．１〜１０μｍ　の平
均粒径の粉末として用いられる。

【００４１】平均粒径が０．１μｍ　未満となると、粉
砕時の不純物混入が著しくなり、１０μｍ　を超えると
、印刷性が悪くなる傾向にある。

【００４２】さらに、ガラスフリット以外の添加剤とし
ては、Ａｌ２　Ｏ３　、Ｃｒ２　Ｏ３　、ＣｕＯ、Ｔｉ
Ｏ２　、ＣｏＯ、Ｂｉ２　Ｏ３　等を挙げることができ
る。なお、このなかでＢｉ２　Ｏ３　は焼成中にガラス
化するものであり、場合によってはガラス化して添加さ
れることもある。

【００４３】本発明の導体組成物は、好ましくは導体と
上記金属とを合金化したものを粉砕したものを用い、こ
れと、ガラスフリット等の無機結合剤とを混合し、これ
にバインダー、溶剤等のビヒクルを加え、これらを混練
してスラリー化することにより得ることができる。ここ
で、ペースト組成物の粘度は、３万〜３０万ｃｐｓ　程
度に調製しておくのがよい。

【００４４】本発明の導体組成物は、基板上に所定のパ
ターンに印刷されて焼成するなどして使用される。

【００４５】このように、本発明の導体組成物を用いて
外部導体とした多層配線基板の一構成例が図１に示され
ている。図１は、多層配線基板の部分断面図である。

【００４６】同図に示すように、多層配線基板１は、複
数の層を積層し、焼成により一体化した絶縁体の基板４
を有し、この基板４の内部には、所定パターンの内部導
体２が形成され、この内部導体２が基板４の表面に露出
した部分に外部導体３が形成されている。

【００４７】基板４の構成材料としては、内部導体２等
とともに同時焼成可能なものとして、アルミナ−ホウケ
イ酸ガラス、アルミナ−鉛ホウケイ酸ガラス、アルミナ
−ホウケイ酸バリウムガラス、アルミナ−ホウケイ酸カ
ルシウムガラス、アルミナ−ホウケイ酸ストロンチウム
ガラス、アルミナ−ホウケイ酸マグネシウムガラス等の
酸化物骨材とガラスとを含む低温焼結材料が好ましい。

【００４８】このような基板材料において、ガラスの含
有率は、一般に５０〜８０ｗｔ％程度とするのがよい。

【００４９】内部導体２は、通常多層配線され、基板４
の厚さ方向に形成されたスルーホール５を介して互いに
導通されている。

【００５０】外部導体３は、基板４の表面に形成され、
チップインダクタ、チップコンデンサ等のチップ部品や
半導体集積回路素子、ダイオード等の素子等の表面実装
部品７を半田６により半田付けするためのパッドとして
用いられ、あるいは抵抗体８への導通用として用いられ
る。なお、表面を覆うように絶縁被覆層が形成されてい
てもよい。

【００５１】本発明の導体組成物は、上記外部導体３を
形成するのに適用される。

【００５２】なお、内部導体２は、導電性が良いことを
優先させる点でＡｇを主体とする導体、特にＡｇとする
のが好ましい。内部導体用組成物は、導体と、導体に対
し、５〜１０ｗｔ％　程度のガラスフリットとを含有す
るものなどとすればよい。

【００５３】また、内部導体２の膜厚は、通常５〜２０
μｍ　程度、外部導体３の膜厚は、通常５〜２０μｍ　
程度とされる。そして、内部導体および外部導体の導通
抵抗は、その組成にもよるが、一般的に、前者は２〜１
０ｍΩ／□、後者は、１０〜３０ｍΩ／□程度とするの
がよい。

【００５４】さらに、抵抗体８は、酸化ルテニウム、鉛
ルテニウムパイロクロア等の抵抗体とガラスフリットと
を含有するものなどとすればよい。

【００５５】このような多層配線基板は、例えば以下の
ようにして製造する。

【００５６】まず、基板材料となるグリーンシートを作
製する。

【００５７】このグリーンシートは、基板の原材料であ
るアルミナ粉末等の骨材とガラス粉末（例えば、ホウケ
イ酸ガラス）とを所定量混合し、これにバインダー樹脂
、溶剤等を加え、これらを混練してスラリー化し、例え
ばドクターブレード法により０．１〜０．３ｍｍ程度の
厚さのグリーンシートを所定枚数作製する。

【００５８】次いで、グリーンシートにパンチングマシ
ーンや金型プレスを用いてスルーホール５を形成し、そ
の後、内部導体用組成物を各グリーンシート上に例えば
スクリーン印刷法により印刷し、所定パターンの内部導
体層を形成するとともにスルーホール５内に充填する。

【００５９】次いで、各グリーンシートを重ね合せ、熱
プレス（約４０〜１２０℃、５０〜１０００Ｋｇｆ／ｃ
ｍ２）を加えてグリーンシートの積層体とし、必要に応
じて脱バインダー処理、切断用溝の形成等を行なう。

【００６０】その後、グリーンシートの積層体を通常空
気中で８００〜１０００℃程度の温度で焼成、一体化し
、基板４に内部導体２が形成された多層配線基板を得る
。

【００６１】そして、外部導体用ペーストをスクリーン
印刷法等により印刷し、焼成して外部導体３を形成する
。さらに、抵抗体材料ペーストを印刷して焼成し、抵抗
体を形成する。なお、これら外部導体３や抵抗体８は基
板と一体同時焼成して形成してもよい。

【００６２】その後、所定の表面実装部品７を外部導体
３に半田付けし、必要に応じ、絶縁被覆層を形成して図
１に示す多層配線基板１が得られる。

【００６３】なお、基板も上記グリーンシート法に代り
印刷法により作製してもよい。

【００６４】以上では、本発明を多層配線基板に適用し
た場合の例を説明したが、本発明は、これに限らず、同
時焼成配線基板のような単層の基板等にも適用すること
ができる。

【００６５】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００６６】実施例１ （１）導体組成物の作製 表１に示すような導体組成となるように、Ａｇ、Ｐｄ、
Ｐｔを用い、この導体に対し、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ
を表１に示すような割合で添加し、これをカーボン熔解
炉を使用して熔融し合金化し、その後ボールミル等によ
り粉砕し、平均粒径０．１〜１０μｍ　の合金粒子を得
た。

【００６７】このものに、Ｂｉ２　Ｏ３　を１５ｗｔ％
　、ＰｂＯ−Ｂ２　Ｏ３　−ＳｉＯ２　ガラスを１．５
ｗｔ％　の割合で加え、さらに導体１００重量部に対し
、ビヒクルとしてアクリル系樹脂および高沸点溶剤（テ
ルピネオール）を２０〜４０重量部加え、混練して、表
１の導体組成物１〜１７を得た。

【００６８】（２）グリーンシートの作製α−アルミナ
：４０ｗｔ％、ガラス粉末：６０ｗｔ％の組成で厚さ１
００〜３００μｍ　のグリーンシートを作製した（この
場合のガラスはＡｌ２　Ｏ３　−Ｂ２　Ｏ３　−ＳｉＯ
２　−ＭＯ系、但しＭ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ）。

【００６９】（３）配線基板の作製 前記のグリーンシートにＡｇ内部導体形成後、熱プレス
により積層してグリーンシート積層体を得た。その後、
この積層体を脱脂後、空気中で温度９００℃で同時焼成
した配線基板を得た。

【００７０】この配線基板にスクリーン印刷により、導
体組成物を、縮率１５％にて、焼成後の寸法が２ｍｍ×
２ｍｍ、膜厚１２±２μｍ　のパッドになるように印刷
し、空気中で８５０℃で焼成した。

【００７１】得られた各基板について、導体の初期およ
びエージング後の接着強度を以下のようにして調べた。 また、相対密度を以下のようにして求めた。

【００７２】（ａ）接着強度試験 デュポン社の剥離試験に準じた。被着した導体膜の横方
向に直径０．８ｍｍの銅線をのばし導体膜に重なる部分
について半田付けし、その半田付けの終わる一端からの
びた銅線を導体膜被着面にほぼ垂直でかつ導体膜を剥離
する方向に引っ張り試験機を用いて引っ張り、剥離した
時の荷重を読んだ。エージングは、１５０℃の恒温槽に
所定時間放置し、同様に荷重を読んだ。

【００７３】（ｂ）相対密度 Ｐｔ基板を用い、これに導体組成物を大きさ５ｍｍ×５
ｍｍ、０．５ｍｍ厚に印刷し、８５０℃で焼成した。

【００７４】この焼成後の導体の体積（Ｖ）をアルキメ
デス法によって求め、さらに基板から導体を剥離し、そ
の重さ（Ｗ）を測定し、Ｗ（ｇ）／（ｃｍ３）　から実
測密度を求めた。測定は、組成毎に５個のサンプルにつ
いて行ない、その平均値とした。

【００７５】一方、焼成後の導体成分から理論的に算出
される理論密度（ｇ／ｃｍ３）　を求め、実測密度／理
論密度（％）を相対密度とした。

【００７６】これらの結果を表１に示す。表１には、導
体抵抗の値も併記する。

【００７７】

【表１】

【００７８】表１の結果から、本発明の効果は明らかで
ある。また、本発明のものは、半田濡れ性等も良好で、
外部導体として実用上全く問題がなかった。

【００７９】

【発明の効果】本発明の外部導体は、初期およびエージ
ング後のいずれにおいても接着強度が大きく、エージン
グ特性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導体組成物を用いて作製した多層配線
基板の部分断面図である。

【符号の説明】

１　　多層配線基板 ２　　内部導体 ３　　外部導体 ４　　基板 ５　　スルーホール ６　　半田 ７　　表面実装部品 ８　　抵抗体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＡｇとＰｄおよび／またはＰｔとを含
   有する導体と、無機結合剤とをビヒクル中に分散させた
   外部導体用の導体組成物において、前記導体が、さらに
   、Ａｕ、Ｒｕ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少なくとも
   １種を０．１〜５ｗｔ％　含有することを特徴とする導
   体組成物。
2. 【請求項２】　　焼成後の相対密度が９６％以下である
   請求項１に記載の導体組成物。
3. 【請求項３】　　前記Ａｇと、Ｐｄおよび／またはＰｔ
   と、Ａｕ、Ｒｕ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少なくと
   も１種とを合金化し、これを粉砕して得られた合金粉末
   と、無機結合剤とをビヒクル中に分散した請求項１また
   は２に記載の導体組成物。
4. 【請求項４】　　請求項１ないし３のいずれかに記載の
   導体組成物を用いて外部導体を形成した配線基板。