JPH0483781A - セラミック用メタライズ組成物 - 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（唄低温焼成セラミックに金属面を形成すること
によって、高密度多層配線基板、　　ＩＣ又はトランジ
スタパッケージ、電気絶縁用電子部品等に利用できるセ
ラミック用メタライズ組成物に関するものである。

［従来の技術］ 従来、低温焼成セラミックに用いられるメタライズ組成
物（表　セラミックと同時焼成することによって、セラ
ミック上に金属面を形成するものであり、この低温焼成
セラミック用メタライズ組成物として、各種のものが提
案されている。

例えば、低温焼成セラミック用Ｃｕメタライズ組成物と
してｌｉ　　ＣｕＯＣｕ粉末の混合割合や粒度配合を工
夫したり、ＴｌＯ２，ＭｎＯ２，Ｐｔ。

Ａｕ、Ａｇ２Ｏ等の添加によって、Ｃｕメタライズ層の
導通や気密性等の特性の向上が図られている（特開昭６
３−２９５４９１号公報参照）。

また、この様なメタライズ組成物を使用し、同時焼成に
よって例えばＣｕメタライズ層を形成する場合に（表次
の様な工程で行われている。即ち、大気中にて脱バイン
ダーを行う工程（脱バインダー程）、Ｈ２又は分解ガス
中でＣｕＯをＣｕに還元する工程（還元焼成工程）、非
酸化ガス中でセラミックとＣｕを一体に焼結する工程（
本焼成工程）等である。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のメタライズ層の形成方法で（表上述し
た焼成工程を必要とするために、下記の様な問題が生ず
ることがあった。

つまり、上記脱バインダー工程や焼成還元工程で［ｉＣ
ｕ粉の酸化と還元とを避けることが不可能であり、それ
によって、Ｃｕの酸化による体積増加や還元による体積
減少等の体積変動が生じていた。この体積変動によって
、メタライズに粗密部を生じ易くなり、この粗部がら第
２図に示す様な蜂の巣状のひび割れＰｌを生じて、ブロ
ックＰ２に分離してしまうことがあった。その結果、後
の本焼成工程で、ブロックＰ２に局部焼結現象が発生し
てしまい、導通が取れなくなったり気密性が損なわれる
という問題があった。

本発明（友上記課題を解決し、局部焼結現象を防止して
優れた特性のメタライズ層を形成するセラミック用メタ
ライズ組成物を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する本発明は 主成分のＣｕＯ，Ｃｕ０−Ｃｕ混合物又はＣｕＯＣｕ２
Ｏ混合物に対し、Ｂ１゜ｏ３を１重量％以上８重量％未
満の範囲で添加したことを特徴とするセラミック用メタ
ライズ組成物を要旨とする。

二こで、主成分としてはＣｕＯ単体を用いることができ
、或はＣｕＯ−Ｃｕ混合物としては、ＣｕＯ粉末粉末３
置 粉末７０重量部以下からなるものが望ましく、またＣｕ
０−ＣＬＪ２０混合物としてｉｔ，ＣｕＯ１０重量部以
重量部以上１部０ 下からなるものが望ましい。

更に、使用するＣｕＯ粉末の粒径が、０．　　５〜５μ
ｍの範囲のものが好ましく、特にその範囲で異なる平均
粒径のＣｕＯ粉末を組み合わせてもよい。またＣ　Ｌｌ
　２　０粉末の粒径が、０．　　５〜１０μｍの範囲の
ものが好ましく、その範囲で異なる平均粒径のＣ　Ｕ　
２　０粉末を組み合わせてもよい。或はＣｕ粉末の粒径
が、０．　　５〜２０μｍの範囲のものが好ましく、そ
の範囲で異なる平均粒径のＣｕ粉末を組み合わせてもよ
い。

また、前記Ｂｉ２Ｏ３の添加量に比例して、メタライズ
の局部焼結現象抑制作用の効果があるが、添加量に対応
してメタライズの導通抵抗は大きくなる傾向にあるので
、Ｂｉ２０ａの添加量は　３〜５重量％の範囲が好適で
ある。尚、Ｂ１□０３の粒径（−Ｌ　　０．３〜１．　
　０μｍの範囲のものが望ましい。

［作用］ 本発明（上セラミック用メタライズ組成物として、その
成分にＢｉ２Ｏ３を１重量％以上８重量％以下の範囲で
含有していることが特徴であり、このＢｉ２０ａが下記
の様に作用して、局部焼結現象を抑制する。

メタライズペーストが形成されたセラミックのグリーン
シート（友　大気中で焼成されて、バインダーが除去さ
れるが、このときＣｕは酸化してＣｕＯとなり体積膨張
を引き起こす。そして、次の還元焼成でＣｕＯが還元し
てＣｕになるが、この時に体積収縮してメタライズに粗
密を生じ、ひび割れを起こし易くなる。ところがメタラ
イズの組成中にＢｉ２５：、が含まれていると、Ｂ１２
ｏ３も還元されてＢｉとなり、このＢｉがＣｕ同士を結
合させる働きをすると考えられるので、メタライズが粗
密となることが防止される。その結果、ひび割れが生じ
にくくなるので、メタライズが多くのブロックに分離す
ることが防止される。よって、後の本焼成の際に、ブロ
ックに局部焼結現象が発生することが抑止されるので、
メタライズの導通や気密性が損なわれることが防止され
る。

［実施例］ 次１：，本発明の実施例を、セラミックパッケージを例
にとって、第１図の工程図に基づいて説明する。

本実施例のセラミックパッケージは以下の様にして製造
される。

（グリーンシート製造工程）・・・１ グリーンシートの原料となる、ＺｎＯ，ＭｇＣＯ３、Ａ
Ｑ　　（ＯＨ）ａ，Ｓ　ｉ　０２，Ｈ２ＳＯ４，ＨａＰ
○４を所定量秤量し、ライカイ機にて混合し、白金ルツ
ボ又はアルミナ質ルツボにて１４００〜１５００℃の適
当な温度で溶融する。この融液を水中に投入し、急冷し
てガラス化し、その後アルミナ製ボールミルで粉砕して
、粒径が２〜３μｍのフリット（ガラス粉末）を形成す
る。

この粉末とポリビニルブチラールと可塑剤（ジエチレン
グリコール）とを用いて、常法に従って、ドクターブレ
ード法により厚さ約０．　６ｍｍのグリーンシートを作
成する。

（パンチング工程）・・・１１ この様にして形成したグリーンシートを使用し、各シー
トの所定位置にパンチングで孔をあけて、スルーホール
を形成する。

（メタライズペースト充填及び印刷工程）・・・１１１
次に、各グリーンシートのスルーホール内に、下記の組
成のペースト状のＣｕメタライズ組成物（メタライズペ
ースト）を充填する。また、グリーンシート表面（二　
Ｃｕメタライズペーストを用い、スクリーン印刷によっ
て焼結後の導体層となるＣｕメタライズ層を形成する。

前記Ｃｕメタライズペーストの組成及び原料粉末径とし
て（よ種々のものを採用できるが、例えば下記の様であ
る。

Ｃｕｂ：　６０重量部（以下部と称す、粉末粒径Ｉμｍ
）、Ｃｕ：　１０部（１μｍ）、ＣｕｌＯ部（３，２μ
ｍ）、Ｃｕ；　２０部（１５μｍ）、Ｂ２Ｏ３；３部（
０，７７部ｍ）、樹脂（バインダー）：５訊溶剤；適量
部。

（シート積層工程）・・・１ｖ 印刷の終了した各層のグリーンシートを所定の順序で重
ねて加熱し、加圧して一体化する。そして所定の形状に
切断して、外形寸法を揃えて製品形状とする。

尚、本工程ではグリーンシートを積層して一体化したが
、これ以外にも、絶縁層や導電層を印刷によって順次積
層して形成してもよい。

（脱バインダー工程）・・・■ その後、大気中で約３００℃にて約５時間かけて仮焼成
し、グリーンシート及び各メタライズ層等に含まれる樹
脂等の有機質成分を飛散、除去させる。そして仮焼成後
、大気中で６００〜７５０°Ｃにて約１時間焼成し、残
存カーボンを消失させる。

（還元焼成工程）・・・ｖｌ 次に、アンモニア分解ガス雰囲気中にて、３５Ｏ〜７５
０℃に保って、ＣｕＯをＣｕに還元する。

尚、この時、アンモニア分解ガスに代えて水素ガスを使
用してもよい。

（本焼成工程）・・・■１ 次いで、非酸化ガスの中性雰囲気中にて、９００〜］］
］０°Ｃ１約１時間で本焼成を行う。即ち、メタライズ
及びセラミックを同時に一体的に焼結して、所定のシー
ル用のＣｕメタライズ層をもつベースを製作し、同様に
所定形状のキャップを形成し、このベース及びキャップ
を用いてセラミックパッケージが完成する。

この様（ミ本実施例で（よ　セラミック用Ｃｕメタライ
ズ組成物として、その成分中に８１２０３を適量添加し
ている。従って、還元焼成の際にＣｕＯからＣｕへの体
積変化が生じても、メタライズ層にひび割れが生じるこ
とを防止できる。それによって、本焼成の際に局部焼結
現象が生ずることが抑止されるので、メタライズ層は好
適な導通を有し、また高い気密性を達成できる。

次に、本発明の効果を確認するために行った実験例につ
いて説明する。

（実験例） 実験は、上記の様な製造工程を経て、メタライズ層を備
えたセラミックを製造して行った　そして、メタライズ
層の体積抵抗、気密性　クラック発生状況を調べた。

その際のメタライズ組成物中の成分を下記表１に示す。

ここで８１２０３の量（友主成分のＣｕＯ単体、Ｃｕ０
−Ｃｕ混合物又はＣｕ　ＯＣＵ　２０混合物に対する重
量％である。尚、気密性（飄１Ｏ−８ｓｔｄ、ｃｃ／　
ｓｅｃ以下のものを○で示し、それを上回るものを×で
示した。更に、クラック発生状況（表１０μｍ幅程度の
大きなりラックが連続して連なっているものを×で示し
、部分的にそのクラックが発生しているものを△で示し
、はとんどクラックが見られないものを○で示した。ま
た、比較例（試料ＮＣＬＡＩ、　Ｂｌ、　　ＣＩ、　　
ＤＩ、　　Ｆｌ）としてＢｉ２Ｏ，を添加しないメタラ
イズ層も製造した 表１から明かなように、Ｂｉ２Ｏ３を添加したものでは
、断線が生じることがない（試料Ｎ［ＬＡ２〜Ａ３）。

また、一般に８１２０３を添加したものは体積抵抗が少
ないという傾向がある（試料ＮαＢ２〜Ｂ４．　　Ｆ２
〜Ｆ４）。更にクラック発生が少ないという特長があり
（試料ＮｃｔＦ２及び比較例以外の全試料）、気密性に
も改善が見られる（試料Ｎ（ｌＡ２．　　Ｃ２，Ｃ２，
Ｅ　１〜Ｅ３．　　Ｆ２〜Ｆ４．　　Ｇ２−Ｇ３）。

それに対して、比較例のＢｉ２Ｏ３を添加しないもの（
友断線が生じたり（試料Ｎ（ＩＡＩ）、気密性が損なわ
れたり（試料Ｎ（１８１，ＣＩ）、クラックの発生が多
い（試料ＮｃＤ１．　　Ｆｌ）という問題があった。

尚、試料ＮｃｔＦ２のものは、クラックの発生が多いが
、８１２０３を添加しであるので比較例の試料ＮαＦ１
と比べて体積抵抗が小さいという利点がある。

［発明の効果］ 上述した様に、本発明のセラミック用メタライズ組成物
は、その成分中にＢｉ２０ａを所定量含有している。従
って、還元焼成の際にメタライズ層に粗密が生じること
を防ぎ、それによって、ひび割れが生じることを防止で
きるので、本焼成の際に局部焼結現象が生ずることがな
い。その結果、緻密で優れたメタライズ層を形成できる
ので、微細配線が可能になり、配線密度の高い多層配線
基板や各種のパッケージを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のメタライズ層を形成する手順を示す
工程医　第２図は従来技術の問題点を示す説明図である
。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　主成分のＣｕＯ，ＣｕＯ−Ｃｕ混合物又はＣｕＯ−
   Ｃｕ＿２Ｏ混合物に対し、Ｂｉ＿２Ｏ＿３を１重量％以
   上８重量％以下の範囲で添加したことを特徴とするセラ
   ミック用メタライズ組成物。