JPH06177546A

JPH06177546A - 導体ペースト及びセラミックス多層配線基板

Info

Publication number: JPH06177546A
Application number: JP32768492A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Nakada; 好和中田; Toshihiko Kubo; 敏彦久保; Yoji Tozawa; 洋二戸澤; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: Sumitomo Metal Ceramics Inc; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel and Sumikin Electronics Devices Inc
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【構成】タングステン粉末、モリブデン粉末又はタン
グステン粉末とモリブデン粉末との混合粉末99.9〜86wt
％、ニッケル粉末0.1 〜6 wt％及びセラミックス粉末8
wt％以下からなる導体成分を含有する導体ペースト。【効果】本発明に係る導体ペーストを用いることによ
り、セラミックス多層配線基板の反りの発生を防止する
ことができる。従って、反りの発生によって生じる種々
の不都合の解消されたセラミックス多層配線基板を提供
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導体ペースト及びセラミ
ックス多層配線基板に関し、より詳細には、反りや変形
のない、半導体チップを搭載するためのＩＣセラミック
スパッケージ、あるいは半導体チップやＩＣパッケージ
等を搭載するためのセラミックス多層配線基板（以下、
ＩＣセラミックスパッケージを含めてセラミックス多層
配線基板という）を形成するための導体配線の原料とな
る導体ペースト及び該導体ペーストを用いて形成された
セラミックス多層配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス多層配線基板用のセラミッ
クス材料としては、卓越した絶縁性、熱伝導性、安定性
及び機械的強度を有し、かつ、低コストであるアルミナ
が広く使用されている。又、前記セラミックス多層配線
基板の配線材料としては、約1600℃前後でアルミナと同
時焼成が可能なタングステンやモリブデン又はその混合
物が使用されている。以後、本文においてタングステン
粉末、モリブデン粉末又はタングステン粉末とモリブデ
ン粉末との混合粉末のことを総称して、タングステン粉
末等という。

【０００３】近年のＩＣの高集積化による多ピン化と電
気特性の改善、特にノイズ低減の要求からセラミックス
多層配線基板の多層化、高密度配線化が進んでいる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セラミックス多層配線
基板の多層化及び高密度化が進むと、同時焼成した際の
アルミナとタングステン粉末等との焼結挙動の違いによ
り、焼成後にセラミックス多層配線基板に反り等の変形
が生ずるという課題がある。

【０００５】特に、セラミックス多層配線基板にはＬＳ
Ｉを搭載するためにキャビティが形成されているのでセ
ラミックス多層配線基板の上部と下部とで配線密度が異
なる構造となっており、そのため反りが生じやすい。セ
ラミックス多層配線基板に反りが生じると、ＬＳＩのキ
ャビティ部への固定、セラミックス多層配線基板とＬＳ
Ｉとのダイレクトワイヤリングによる接続、セラミック
ス多層配線基板上部へのポリイミドを用いた微細配線を
有する多層積層膜の形成、垂直ピンの形成、シールキャ
ップの固定等が困難になる。

【０００６】セラミックス多層配線基板に反りが生じる
原因としては、例えば同時焼成時における基板に用いら
れたアルミナと配線材料のタングテン等との焼結挙動の
差が挙げられる。同時焼成の典型的なプロフィールの一
例は、ピーク温度を1550℃とし、ピーク温度を保持する
時間を２時間とするものである。ここで、ピーク温度を
保持する時間を２時間としたのは、通常、アルミナには
数wt％の焼結助剤が含まれており、該焼結助剤が焼成時
に液層になり、アルミナ粒子間に均一に流動して、アル
ミナの機械的強度を安定化させるために必要だからであ
る。

【０００７】このときのセラミックス多層配線基板のア
ルミナとタングテン等の各焼結挙動は次のようになる。
まず、ピーク温度の1550℃まで昇温させる過程において
は、アルミナの焼結収縮は1100〜1200℃から進行し始め
るが、通常のタングテン粉末等（粒径がサブミクロンか
ら10μｍの粉末）の焼結収縮はほとんど起こらない。し
かし、ピーク温度を保持する段階では、アルミナは焼結
がほぼ完了しているためにほとんど収縮せず、一方、タ
ングステン等は焼結収縮が進行する。この焼結挙動は、
通常のアルミナ及びタングステン等の粒径範囲（サブミ
クロンから10μｍ）では必ず起こる基本的な現象である
ため、同時焼成のプロフィールを少々変更しても、反り
等の変形は避けることが難しい。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
ので、セラミックス多層配線基板の焼成時における基板
に用いられるアルミナと配線材料のタングステン等との
焼結挙動の差による反りの発生を抑えることのできる導
体ペースト及び該導体ペーストを用いて形成された反り
のないセラミックス多層配線基板を提供することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る導体ペーストは、タングステン粉末、モ
リブデン粉末又はタングステン粉末とモリブデン粉末と
の混合粉末（タングステン粉末等）99.9〜86wt％、ニッ
ケル粉末0.1 〜6 wt％及びセラミックス粉末8wt％以下
からなる導体成分を含有することを特徴としている。

【００１０】また、本発明に係る他の導体ペーストはタ
ングステン粉末、モリブデン粉末又はタングステン粉末
とモリブデン粉末との混合粉末（タングステン粉末等）
99.9〜99.0wt％及びニッケル粉末0.1 〜1.0 wt％からな
る導体成分を含有することを特徴としている。

【００１１】また、本発明に係るセラミックス多層配線
基板は、導体配線の組成がタングステン成分、モリブデ
ン成分又はタングステン成分とモリブデン成分との混合
成分99.9〜86wt％、ニッケル成分0.1 〜6 wt％及びセラ
ミックス成分8 wt％以下からなることを特徴としてい
る。

【００１２】さらに、本発明に係るセラミックス多層配
線基板は、導体配線の組成がタングステン成分、モリブ
デン成分又はタングステン成分とモリブデン成分との混
合成分99.9〜99.0wt％及びニッケル成分0.1 〜1.0 wt％
からなることを特徴としている。

【００１３】本発明では、タングステン粉末等、ニッケ
ル粉末及びセラミックス粉末を導体成分とした導体ペー
ストと、タングステン粉末等及びニッケル粉末を導体成
分とした導体ペーストの２種類のペーストが用いられ
る。

【００１４】まず、タングステン粉末等、ニッケル粉末
及びセラミックス粉末を導体成分とした導体ペーストに
ついて説明する。該導体ペーストは、タングステン粉末
等にニッケル粉末及びセラミックス粉末を混合して有機
ビヒクル中に分散させてペースト化したものである。前
記タングステン粉末等の導体成分全体に対する含有量
は、99.9〜86wt％が好ましい。タングステン粉末等の含
有量が99.9wt％を超えると、タングステン粉末等の焼結
開始温度が低下せず、一方、タングステン粉末等の含有
量が86wt％未満の場合は、ニッケル粉末が過剰かもしく
はセラミックス粉末が過剰となるため、後述の弊害が生
じるので好ましくない。また、タングステン粉末等の粒
径は0.3 〜10μｍが好ましい。該粉末の粒径が0.3 μｍ
以下では比表面積が大きく、かさ高いのでペースト化に
多量の有機ビヒクルを要し、ペースト中の固形物量が低
下するので好ましくなく、一方、該粉末の粒径が10μｍ
以上では印刷性が低下するので好ましくない。

【００１５】本発明の導体ペーストには焼結促進剤を添
加する必要があり、前記粉末としては融点が1000〜2000
℃の範囲の金属粉末が挙げられるが、耐酸化性に優れ、
かつ、タングステン粉末等との反応性の優れたニッケル
粉末が好ましい。ニッケル粉末の添加量は導体成分全体
に対し、0.1 〜６wt％が好ましい。ニッケル粉末の添加
量が、0.1 wt％未満ではタングステン粉末等の焼結促進
効果がほとんどなく、一方、ニッケル粉末の添加量が６
wt％を超えた場合、タングステン粉末等の焼結を過剰に
促進して収縮量が大きくなりすぎるので好ましくない。
また、好ましいニッケル粉末の粒径は0.01μｍから２μ
ｍである。ニッケル粉末の粒径が0.01μｍ未満ではペー
スト化した場合に粘土状になり印刷性が低下し、一方、
ニッケル粉末の粒径が２μｍを超えると焼成時に溶融し
て配線形状が崩れ、さらに、ニッケル粒子が粉末中に微
細に分散しないため焼結が均一に促進されないので好ま
しくない。

【００１６】本発明で用いられるセラミックス粉末は、
タングステン粉末等の焼結収縮抑制剤として用いられる
ため、焼成時に化学的に安定で、かつ、タングステン粉
末等と化学反応を起こさないセラミックス粉末が好まし
い。前記条件を満たすセラミックス粉末としては、例え
ばアルミナ、マグネシア、ジルコニア、シリカ等の酸化
物、窒化アルミ、窒化珪素、窒化チタン等の窒化物系の
セラミックス粉末等が挙げられるが、これらのなかでも
コスト等の点からアルミナ粉末が好ましい。また、前記
粉末の他に、アルミナテープに含まれるアルミナ含有粉
末を使用することもできる。該粉末には、通常、アルミ
ナの他にアルミナの焼結助剤として炭酸カルシウム、シ
リカ、焼成タルク、カオリン等がアルミナ含有粉末全体
に対し約１〜８wt％含まれている。前記セラミックス粉
末の添加量は、導体成分全体に対して８wt％以下が好ま
しい。セラミックス粉末の添加量が８wt％を超えると、
タングステン粉末等の焼結収縮が小さくなりすぎ、ま
た、導体配線の導通抵抗が高くなるために好ましくな
い。

【００１７】導体ペーストの調製は、導体成分の粉末を
所定量配合し、前記導体成分100 重量部に対して有機ビ
ヒクルを10〜15重量部添加し、前記有機ビヒクル中に導
体成分の粉末を分散させてペースト化すればよい。ここ
で、有機ビヒクルとは上記粉末を印刷可能にするための
有機液体媒体のことであり、樹脂を溶剤、可塑剤等に溶
解させたものである。

【００１８】樹脂としては、例えばエチルセルロース等
のセルロース樹脂、メタクリル樹脂又はアクリル樹脂が
使用可能である。また、溶剤としては、例えばターピネ
オール等が使用可能であり、可塑剤としては、例えばジ
ブチルフタレート等が使用可能である。ペースト化のた
めの混練は３本ロールを使用するのが好ましい。

【００１９】次に、タングステン粉末等及びニッケル粉
末を導体成分とした導体ペーストについて説明する。該
導体ペーストは、タングステン粉末等にニッケル粉末を
混合して有機ビヒクル中に分散させてペースト化したも
のである。前記タングステン粉末等の導体成分全体に対
する含有量は、99.9〜99.0wt％が好ましい。この場合、
タングステン粉末等の焼結収縮量は小さいので、タング
ステン粉末等の焼結収縮抑制剤としてのセラミックス粉
末を添加しなくてもよい。タングステン粉末等の好まし
い粒径は、前記したタングステン粉末等、ニッケル粉末
及びセラミックス粉末を導体成分とした場合（以下、セ
ラミックス粉末含有導体成分という）と同様でよい。

【００２０】この場合に用いられるニッケル粉末の添加
量は導体成分全体に対し、0.1 〜1.0 wt％が好ましい。
ニッケル粉末の添加量が、0.1 wt％未満ではタングステ
ン粉末等の焼結促進効果がほとんどなく、一方、ニッケ
ル粉末の添加量が1.0 wt％を超えた場合、タングステン
粉末等の焼結を過剰に促進して収縮量が大きくなりすぎ
るので好ましくない。また、好ましいニッケル粉末の粒
径はセラミックス粉末含有導体成分の場合と同様であ
る。

【００２１】さらに、前記導体成分を用いた導体ペース
トの組成及び調製方法もセラミックス含有導体成分の場
合と同様である。

【００２２】次に、前記２種類の導体ペーストを用いた
アルミナグリーンシートの作製方法としては、公知の方
法が使用可能であり、アルミナ粉末に、通常用いられる
各種の焼結助剤を加え、公知の樹脂、溶剤、可塑剤を添
加混合してスラリー化し、ドクターブレード法等の公知
の方法によって均一な厚みのグリーンシートを形成し、
ハンドリング可能な状態まで乾燥させる。このグリーン
シートをカッター、あるいは打抜き型によって所望の形
状に加工し、必要に応じてさらに打抜き型等により所望
の位置にスルーホールを形成する。次に、前記加工済み
グリーンシート上に前記導体成分を主成分とする導体ペ
ーストをスクリーン印刷して配線パターンを形成する。
その後、前記配線パターンの形成されたグリーンシート
を所定枚数積層し、プレスして積層体とし、焼成してセ
ラミックス多層配線基板を得る。

【００２３】焼成条件としては、1500〜1600℃をピーク
保持の温度として焼成するのが好ましい。前記焼成温度
が1500℃未満では、アルミナの焼結が不充分なため機械
的強度が弱く、一方、1600℃を超えると焼成炉の安定操
業が困難になる。

【００２４】このようにして得られたセラミックス多層
配線基板において、該基板中の導体配線は焼成前に印刷
した導体ペースト中の有機成分が飛散又は分解され、導
体配線中の各成分はもとの組成のまま残留する。

【００２５】

【作用】本発明においては、タングステン等の焼結挙動
をアルミナの焼結挙動に合致させるために、ニッケル等
の添加によりタングステン等の焼結開始温度を低くし、
かつ、収縮量をアルミナの収縮量と合わせた導体ペース
トを用いているのでセラミックス多層配線基板の反りの
発生が防止される。

【００２６】すなわち、タングステン粉末等とニッケル
粉末、又はタングステン粉末等、ニッケル粉末及びセラ
ミックス粉末からなる導体成分を導体ペースト中に含有
させ、ニッケル粉末の焼結促進作用により焼結開始温度
を低減させ、又は、前記粉末に、さらにセラミックス粉
末を添加してセラミックス粉末の焼結収縮抑制作用によ
り収縮量をアルミナの収縮量に合うように調整している
ので、焼成過程において基板と導体成分の焼結挙動がほ
ぼ同じとなり、又両者の収縮量もほぼ同じになり、セラ
ミックス多層配線基板の反りの発生が防止される。

【００２７】

【実施例及び比較例】導体配線層とアルミナとの焼結収
縮のマッチングを調査するために、図１(a)に示すよう
に導体ペースト11をアルミナテープ12に印刷し、焼成過
程における変形量を測定した。変形量の測定は、図１
(b) に示すように焼成された導体配線13及びアルミナ焼
結体14を含む焼結体15の反り量16をミツトミ製マイクロ
メータを用いて反りを直接測定することにより求めた。

【００２８】より具体的な方法は、下記の方法による。

【００２９】まず、下記の表１及び表２に示す配合比か
らなる粉末の導体成分100 重量部に対し、有機ビヒクル
12重量部を添加して導体ペーストとした。前記有機ビヒ
クルの組成は、エチルセルロース５wt％とテルピネオー
ル95wt％とした。前記導体ペーストは、下記の表１及び
表２に示す導体成分と有機ビヒクルを３本ロールにて混
練することにより調製し、厚さが400 μｍで90wt％のア
ルミナを含有するテープに印刷した。アルミナテープ12
の大きさは10ｍｍ×10ｍｍであり、導体ペースト11はそ
の上面の全面に厚さ20μｍになるように塗布した。焼成
プロフィールは、1400℃までの昇温速度を150 ℃／時
間、1400〜1550℃の昇温速度を60℃／時間、ピーク温度
を1550℃、ピーク温度を保持する時間を２時間とし、そ
の後の降温の条件を−250 ℃／時間の速度に設定した。
そして、前記焼成過程における前記アルミナシートの変
形状況を求めるために、図２に示すような焼成パター
ン、すなわち焼成温度1300℃の条件21、焼成温度1400℃
の条件22、焼成温度1500℃の条件23、焼成温度1550℃で
ピーク温度の保持時間なしの条件24、焼成温度1550℃で
ピーク温度の保持時間１時間の条件25及び焼成温度1550
℃でピーク温度の保持時間が２時間の最終的な焼成条件
26の焼成条件で焼成した後、試料を取り出し、前記方法
によりそれぞれの条件下における反り量を測定した。こ
のときの降温条件は、前記の焼成プロフィールにおける
降温条件と同様の−250 ℃／時間とした。

【００３０】結果を表１〜２に示す。なお、反り量の測
定において、＋の値はアルミナ焼結体を下にした場合に
凸の形状に反ったことを示し、−の値は逆に凹の形状に
反ったことを示している。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】上記表１〜２から明らかなように、本発明
に係る導体ペーストを使用すれば、焼成中及び焼成後の
反りは10mmの幅のアルミナシートを焼成した場合、その
反りの量を500 μｍ以下に抑えることが可能であること
がわかる。

【００３４】次に、前記焼結体中の導体配線の成分を市
販のＩＣＰ（プラズマ発光分析）を用いて調べたとこ
ろ、導体ペースト中に添加した各導体成分の組成と全く
変化していないことを確認できた。

【００３５】このような結果を得たので、さらに本実施
例に記載のペーストを用いてセラミックス多層配線基板
を製造したところ、従来よりも変形量が極めて少なく、
ＬＳＩのキャビティ部への固定、セラミックス多層配線
基板とＬＳＩとのダイレクトワイヤリングによる接続、
セラミックス多層配線基板上部へのポリイミドを用いた
微細配線を有する多層積層膜の形成、垂直ピンの形成、
シールキャップの固定等について全く問題のない、セラ
ミックス多層配線基板を得ることができた。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る導体
ペーストにあっては、タングステン粉末、モリブデン粉
末又はタングステン粉末とモリブデン粉末との混合粉末
99.9〜86wt％、ニッケル粉末0.1 〜6 wt％及びセラミッ
クス粉末8 wt％以下からなる導体成分を含有している
か、又はタングステン粉末、モリブデン粉末又はタング
ステン粉末とモリブデン粉末との混合粉末99.9〜99.0wt
％及びニッケル粉末0.1 〜1.0 wt％からなる導体成分を
含有しているので、焼成過程における基板と導体成分と
の焼結挙動がほぼ同じとなり、又両者の収縮量もほぼ同
じになりセラミックス多層配線基板の反りの発生を防止
することができる。

【００３７】また、前記導体ペーストを使用することに
より得られたセラミックス多層配線基板にあっては、前
記導体ペースト中の導体成分と同じ組成の導体配線が形
成され、従来よりも変形量が極めて少なく、ＬＳＩのキ
ャビティ部への固定、セラミックス多層配線基板とＬＳ
Ｉとのダイレクトワイヤリングによる接続、セラミック
ス多層配線基板上部へのポリイミドを用いた微細配線を
有する多層積層膜の形成、垂直ピンの形成、シールキャ
ップの固定等について全く問題のない、セラミックス多
層配線基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例に係るアルミナ焼結体
の反り量の測定方法を示す説明図であり、図１(a) は導
体ペーストの印刷されたアルミナグリーンシートの側
面、図１(b) は前記アルミナグリーンシートの焼結後の
形状を示す側面図である。

【図２】図２は、実施例に係る導体ペーストの印刷され
たアルミナグリーンシートの焼成工程における焼成温度
パターンを示すグラフである。

【符合の説明】

１１導体ペースト１３導体配線

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【手続補正書】

【提出日】平成５年７月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸澤洋二山口県美祢市大嶺町東分字岩倉2701番１株式会社住友金属セラミックス内 (72)発明者山本哲也山口県美祢市大嶺町東分字岩倉2701番１株式会社住友金属セラミックス内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タングステン粉末、モリブデン粉末又は
タングステン粉末とモリブデン粉末との混合粉末99.9〜
86wt％、ニッケル粉末0.1 〜6 wt％及びセラミックス粉
末8 wt％以下からなる導体成分を含有することを特徴と
する導体ペースト。
【請求項２】タングステン粉末、モリブデン粉末又は
タングステン粉末とモリブデン粉末との混合粉末99.9〜
99.0wt％及びニッケル粉末0.1 〜1.0 wt％からなる導体
成分を含有することを特徴とする導体ペースト。
【請求項３】導体配線の組成がタングステン成分、モ
リブデン成分又はタングステン成分とモリブデン成分と
の混合成分99.9〜86wt％、ニッケル成分0.1〜6 wt％及
びセラミックス成分8 wt％以下からなることを特徴とす
るセラミックス多層配線基板。
【請求項４】導体配線の組成がタングステン成分、モ
リブデン成分又はタングステン成分とモリブデン成分と
の混合成分99.9〜99.0wt％及びニッケル成分0.1 〜1.0
wt％からなることを特徴とするセラミックス多層配線基
板。