JPH0797449B2 - メタライズ組成物 - Google Patents
メタライズ組成物Info
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- JPH0797449B2 JPH0797449B2 JP9023887A JP9023887A JPH0797449B2 JP H0797449 B2 JPH0797449 B2 JP H0797449B2 JP 9023887 A JP9023887 A JP 9023887A JP 9023887 A JP9023887 A JP 9023887A JP H0797449 B2 JPH0797449 B2 JP H0797449B2
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Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、IC,LSI,チップ部品などを搭載し、かつそれ
らを相互配線した回路の高密度実装用基板として用いる
ことのできるメタライズ組成物に関するものである。
らを相互配線した回路の高密度実装用基板として用いる
ことのできるメタライズ組成物に関するものである。
従来の技術 従来より、セラミック配線基板の導体ペースト用金属と
しては、Au,Au−Pt,Ag−Pt,Ag−Pd等の貴金属、W,Mo,Mo
−Mn等の高融点卑金属が広く用いられていた。前者の、
Au,Au−Pt,Ag−Pt,Ag−Pd等の貴金属ペーストは空気中
で焼付けができるという反面、コストが高いという問題
を抱えている。また、後者のW,Mo,Mo−Mn等の高融点金
属1600℃程度、すなわちグリーンシートの焼結温度（約
1500℃）以上の高温で同時焼成するため多層化しやすい
が、一方、導電性が低く、還元雰囲気中で焼成する必要
があるため危険である。また、ハンダ付けのために導体
表面にNi等によるメッキ処理を施す必要があるなどの問
題を有している。
しては、Au,Au−Pt,Ag−Pt,Ag−Pd等の貴金属、W,Mo,Mo
−Mn等の高融点卑金属が広く用いられていた。前者の、
Au,Au−Pt,Ag−Pt,Ag−Pd等の貴金属ペーストは空気中
で焼付けができるという反面、コストが高いという問題
を抱えている。また、後者のW,Mo,Mo−Mn等の高融点金
属1600℃程度、すなわちグリーンシートの焼結温度（約
1500℃）以上の高温で同時焼成するため多層化しやすい
が、一方、導電性が低く、還元雰囲気中で焼成する必要
があるため危険である。また、ハンダ付けのために導体
表面にNi等によるメッキ処理を施す必要があるなどの問
題を有している。
そこで、安価で導電性が良く、ハンダ付け性の良好なCu
ペーストが用いられる様になって来た。ここで、Cuペー
ストを用いたセラミック配線基板の製造方法の一例を述
べる。従来の方法はアルミナ等の焼結基板上にCuペース
トをスクリーン印刷し、配線パターンを形成し、乾燥
後、Cuの融点よりも低い温度で、かつCuが酸化されず、
導体ペースト中の有機成分が十分に焼結する様に酸素分
圧を制御した窒素雰囲気中で焼成するというものであ
る。また、Cuペーストを用いたセラミック多層線基板の
場合は、さらに絶縁ペーストとCuペーストを印刷，乾
燥，中性雰囲気中での焼成をそれぞれ所望の回数繰返
し、多層化するというものである。
ペーストが用いられる様になって来た。ここで、Cuペー
ストを用いたセラミック配線基板の製造方法の一例を述
べる。従来の方法はアルミナ等の焼結基板上にCuペース
トをスクリーン印刷し、配線パターンを形成し、乾燥
後、Cuの融点よりも低い温度で、かつCuが酸化されず、
導体ペースト中の有機成分が十分に焼結する様に酸素分
圧を制御した窒素雰囲気中で焼成するというものであ
る。また、Cuペーストを用いたセラミック多層線基板の
場合は、さらに絶縁ペーストとCuペーストを印刷，乾
燥，中性雰囲気中での焼成をそれぞれ所望の回数繰返
し、多層化するというものである。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の様なCuペーストを用いた場合、セ
ラミック配線基板の製造方法においていくつかの大きな
問題点がある。まず第一に、焼成工程において、Cuを酸
化させず、なおかつCuペースト中の有機成分を完全に燃
焼させる様な酸素分圧に炉内を制御するという事が非常
に困難であるという事である。酸素分圧が高ければ、Cu
表面が酸化され、ハンダ付け性が悪くなり、導電性の低
下につながり、逆に酸素分圧が低過ぎれば、Cuメタライ
ズの良好な接着が得られないばかりか、Cuペースト中に
含まれる有機成分の使用に困難が生じる。つまり、ペー
ストのビヒクルに用いられる有機バインダ等が、完全に
燃焼し除去されないという事である。特にCuの融点以下
の温度では、有機バインダは分解しないといわれてい
る。（文献名 例えば特開昭55−128899号公報） また、金属Cuを用いた場合、たとえ脱バインダ工程と、
Cu焼付けの工程を分けたとしても、金属Cuが脱バインダ
の工程で酸化され、CuOとなり体積膨張を起こすため、
基板からの剥離等の問題を生ずる。第二に、多層にする
場合、印刷，乾燥後、その都度焼成を行なうのでリード
タイムが長くなる、さらには設備などのコストアップに
つながるという問題を有している。そこで、特願昭59−
147833号において、酸化銅ペーストを用い、絶縁ペース
トと導体ペーストの印刷を繰り返し行ない多層化し、炭
素に対して充分な酸化雰囲気中で、かつ内部の有機成分
を熱分解させるに充分な温度で熱処理を行ない、しかる
後、Cuに対して非酸化性となる雰囲気とし、印刷された
酸化銅が金属Cuに還元され、焼結する事を特徴とするセ
ラミック多層配線基板の製造方法について、すでに開示
されている。この方法により、焼成時の雰囲気制御が容
易になり、同時焼成が可能となった。しかしながら以下
に示す様な問題点が新たに見い出された。それは、CuO
ペーストの場合、焼成工程でCuOからCuへの還元が起こ
り、そのため収縮が生じる。特に多層構造にした場合、
上層の導体印刷は、下部絶縁層のバイアホールを介して
内層導体との接続を保ち、配線パターンを形成するもの
であるため、焼成時の内部導体ペーストの収縮は、その
上層導体パターンのひび割れ、およびバイアホール部分
の陥没の原因となり、ひいては、導体パターンの断線、
接触強度の低下につながるというものである。
ラミック配線基板の製造方法においていくつかの大きな
問題点がある。まず第一に、焼成工程において、Cuを酸
化させず、なおかつCuペースト中の有機成分を完全に燃
焼させる様な酸素分圧に炉内を制御するという事が非常
に困難であるという事である。酸素分圧が高ければ、Cu
表面が酸化され、ハンダ付け性が悪くなり、導電性の低
下につながり、逆に酸素分圧が低過ぎれば、Cuメタライ
ズの良好な接着が得られないばかりか、Cuペースト中に
含まれる有機成分の使用に困難が生じる。つまり、ペー
ストのビヒクルに用いられる有機バインダ等が、完全に
燃焼し除去されないという事である。特にCuの融点以下
の温度では、有機バインダは分解しないといわれてい
る。（文献名 例えば特開昭55−128899号公報） また、金属Cuを用いた場合、たとえ脱バインダ工程と、
Cu焼付けの工程を分けたとしても、金属Cuが脱バインダ
の工程で酸化され、CuOとなり体積膨張を起こすため、
基板からの剥離等の問題を生ずる。第二に、多層にする
場合、印刷，乾燥後、その都度焼成を行なうのでリード
タイムが長くなる、さらには設備などのコストアップに
つながるという問題を有している。そこで、特願昭59−
147833号において、酸化銅ペーストを用い、絶縁ペース
トと導体ペーストの印刷を繰り返し行ない多層化し、炭
素に対して充分な酸化雰囲気中で、かつ内部の有機成分
を熱分解させるに充分な温度で熱処理を行ない、しかる
後、Cuに対して非酸化性となる雰囲気とし、印刷された
酸化銅が金属Cuに還元され、焼結する事を特徴とするセ
ラミック多層配線基板の製造方法について、すでに開示
されている。この方法により、焼成時の雰囲気制御が容
易になり、同時焼成が可能となった。しかしながら以下
に示す様な問題点が新たに見い出された。それは、CuO
ペーストの場合、焼成工程でCuOからCuへの還元が起こ
り、そのため収縮が生じる。特に多層構造にした場合、
上層の導体印刷は、下部絶縁層のバイアホールを介して
内層導体との接続を保ち、配線パターンを形成するもの
であるため、焼成時の内部導体ペーストの収縮は、その
上層導体パターンのひび割れ、およびバイアホール部分
の陥没の原因となり、ひいては、導体パターンの断線、
接触強度の低下につながるというものである。
問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明のメタライズ組
成物は、CuO粉体とCu2O粉体とから成る無機成分にビヒ
クルを加え、混練して調整したものである。
成物は、CuO粉体とCu2O粉体とから成る無機成分にビヒ
クルを加え、混練して調整したものである。
作用 本発明は、上記した様な無機成分で構成されているの
で、脱バインダ時（空気中）での導体層の体積膨張が小
さく（Cu2Oのみでは体積膨張が大）、また、焼成時（還
元雰囲気）での導体層の体積収縮も小さい（CuOのみで
は体積収縮が大）。すなわち、本発明は、脱バイダ時や
焼成時での導体層の膨張・収縮を押さえ、導体層の剥離
や亀裂が起らない組成にしたものである。
で、脱バインダ時（空気中）での導体層の体積膨張が小
さく（Cu2Oのみでは体積膨張が大）、また、焼成時（還
元雰囲気）での導体層の体積収縮も小さい（CuOのみで
は体積収縮が大）。すなわち、本発明は、脱バイダ時や
焼成時での導体層の膨張・収縮を押さえ、導体層の剥離
や亀裂が起らない組成にしたものである。
実施例 以下本発明の一実施例のメタライズ組成物について説明
する。
する。
まず本発明にかかるセラミック基板材料には、アルミナ
96％の焼結基板を用いた。そして、メタライズ組成物と
しては、第１表に示す組成の無機組成物とビヒクルとを
混練してペースト化したものを用いた。ペーストの作製
条件は、有機バインダであるエチルセルロースをテレピ
ン油で溶かしたビヒクルと上記無機粉体とを三段ロール
にて混練しペーストとした。この様にして調整したペー
ストを用いてセラミック配線基板を作製し、シート抵
抗、接着強度、焼成時の収縮によるバイアホール部での
亀裂について評価した。以下にセラミック配線基板の製
造方法を伸べる。まず、アルミナ焼結基板上に、絶縁ペ
ーストを200メッシュのスクリーンで約30μｍの厚みと
なる様に印刷し、120℃で10分間乾燥した。なお、ここ
で用いた絶縁ペーストは、無機成分として、ホウケイ酸
ガラス粉体（コーニング社製＃7059）と酸化アルミニュ
ウム粉体を重量比で１対１となる様に混合したものを用
い、さらにこの混合粉体に導体ペーストに用いたのと同
一のビヒクルを加え適当な粘度に混練したものである。
絶縁ペースト乾燥後、前記の導体ペーストを250メッシ
ュのスクリーンを用い約20μｍの厚みとなる様に印刷
し、同様に乾燥させた。なお導体層は乾燥後10μｍ以上
の厚みを有していた。次にこの乾燥済基板を、空気中で
約700℃の温度で脱バインダを行なった。この時のバイ
ンダ除去温度や雰囲気の設定については、あらかじめ有
機バインダの空気中での熱分析を行ない、バインダの除
去が完全に行なわれるかどうかを確認して設定されるも
のである。従って、バインダの種類によっては、多少分
解温度が異なるので、おのずと脱バインダ時の温度プロ
ファイルも異なってくるのは当然である。次にこの脱バ
インダ済基板を焼成する。その焼成条件は、昇・降温ス
ピードが300℃／時間で、1000℃で１時間保持し、雰囲
気としてはN2＋H2（H2/N2＝20/80:流量２/min）で行
なった。この様にして作製したセラミック配線基板を用
いて、シート抵抗および接着強度を測定した。なお、シ
ート抵抗は、線巾0.3mmで長さ120mmの第１図のパターン
５でシート抵抗を測定した。また接着強度は2mm角の第
１図のパターン６に線巾0.8mmのリード線を基板に垂直
にハンダ付けし、引張り試験機でその破壊強度を測定し
た。なお、ハンダは、62％Sn,36％bd,2％Agのものを使
用した。第２図は前記第１図の断面図である。
96％の焼結基板を用いた。そして、メタライズ組成物と
しては、第１表に示す組成の無機組成物とビヒクルとを
混練してペースト化したものを用いた。ペーストの作製
条件は、有機バインダであるエチルセルロースをテレピ
ン油で溶かしたビヒクルと上記無機粉体とを三段ロール
にて混練しペーストとした。この様にして調整したペー
ストを用いてセラミック配線基板を作製し、シート抵
抗、接着強度、焼成時の収縮によるバイアホール部での
亀裂について評価した。以下にセラミック配線基板の製
造方法を伸べる。まず、アルミナ焼結基板上に、絶縁ペ
ーストを200メッシュのスクリーンで約30μｍの厚みと
なる様に印刷し、120℃で10分間乾燥した。なお、ここ
で用いた絶縁ペーストは、無機成分として、ホウケイ酸
ガラス粉体（コーニング社製＃7059）と酸化アルミニュ
ウム粉体を重量比で１対１となる様に混合したものを用
い、さらにこの混合粉体に導体ペーストに用いたのと同
一のビヒクルを加え適当な粘度に混練したものである。
絶縁ペースト乾燥後、前記の導体ペーストを250メッシ
ュのスクリーンを用い約20μｍの厚みとなる様に印刷
し、同様に乾燥させた。なお導体層は乾燥後10μｍ以上
の厚みを有していた。次にこの乾燥済基板を、空気中で
約700℃の温度で脱バインダを行なった。この時のバイ
ンダ除去温度や雰囲気の設定については、あらかじめ有
機バインダの空気中での熱分析を行ない、バインダの除
去が完全に行なわれるかどうかを確認して設定されるも
のである。従って、バインダの種類によっては、多少分
解温度が異なるので、おのずと脱バインダ時の温度プロ
ファイルも異なってくるのは当然である。次にこの脱バ
インダ済基板を焼成する。その焼成条件は、昇・降温ス
ピードが300℃／時間で、1000℃で１時間保持し、雰囲
気としてはN2＋H2（H2/N2＝20/80:流量２/min）で行
なった。この様にして作製したセラミック配線基板を用
いて、シート抵抗および接着強度を測定した。なお、シ
ート抵抗は、線巾0.3mmで長さ120mmの第１図のパターン
５でシート抵抗を測定した。また接着強度は2mm角の第
１図のパターン６に線巾0.8mmのリード線を基板に垂直
にハンダ付けし、引張り試験機でその破壊強度を測定し
た。なお、ハンダは、62％Sn,36％bd,2％Agのものを使
用した。第２図は前記第１図の断面図である。
次に第３図の様な断面の配線基板を作製した。まず、ア
ルミナ焼結済基板１に、前記セラミック基板の作製に用
いた絶縁ペーストと導体ペーストを交互に印刷し、乾燥
させて、内部にバイアホール部４を設けた配線基板を作
製した。この様にして作製した基板を脱バインダ、焼成
後、バイアホール部の亀裂を評価した。なお、脱バイン
ダ条件、焼成条件は前記の配線基板の作製条件と同じ条
件で行なった。なお、バイアホール部４の亀裂の評価方
法は、第４図に示す様なパターンを基板上に100ヶ所設
け、亀裂が見られる上層パターンの数を示すものであ
る。
ルミナ焼結済基板１に、前記セラミック基板の作製に用
いた絶縁ペーストと導体ペーストを交互に印刷し、乾燥
させて、内部にバイアホール部４を設けた配線基板を作
製した。この様にして作製した基板を脱バインダ、焼成
後、バイアホール部の亀裂を評価した。なお、脱バイン
ダ条件、焼成条件は前記の配線基板の作製条件と同じ条
件で行なった。なお、バイアホール部４の亀裂の評価方
法は、第４図に示す様なパターンを基板上に100ヶ所設
け、亀裂が見られる上層パターンの数を示すものであ
る。
以上の様にして求めた結果を同じく第１表に示した。
第１表より明らかな様に、無機成分がCuO100％では、焼
成時での導体層の収縮が大きいために、導体層の断線や
バイアホール部での亀裂が多くみられ、また、接着強度
も低い。ところがCu2O5〜25wt％含有したものは、導体
層の断線やバイアホールの亀裂が少なくなり、接着強度
が高いことが認められた。また、Cu2Oの含有量が前記含
有量の範囲よりも少なくても多くても導体層の断線や剥
離が起ることがわかった。
成時での導体層の収縮が大きいために、導体層の断線や
バイアホール部での亀裂が多くみられ、また、接着強度
も低い。ところがCu2O5〜25wt％含有したものは、導体
層の断線やバイアホールの亀裂が少なくなり、接着強度
が高いことが認められた。また、Cu2Oの含有量が前記含
有量の範囲よりも少なくても多くても導体層の断線や剥
離が起ることがわかった。
発明の効果 本発明は、高性能なセラミック配線基板の製造を可能に
する導体材料を提供するものであり、まず、焼成時の雰
囲気制御が容易である。多層基板の製造において、同時
焼成が可能である。シート抵抗、接着強度などの点で優
れている。などの効果がある。
する導体材料を提供するものであり、まず、焼成時の雰
囲気制御が容易である。多層基板の製造において、同時
焼成が可能である。シート抵抗、接着強度などの点で優
れている。などの効果がある。
第１図は、接着強度およびシート抵抗測定用セラミック
基板の正面図、第２図は、第１図のセラミック基板の断
面図、第３図は、バイアホール部の亀裂を評価するため
のセラミック基板の断面図、第４図は、第３図のセラミ
ック基板の正面図である。 １……アルミナ焼結済基板、２……絶縁層、３……Cuメ
タライズ層、3a……下部導体層、3b……バイアホール部
導体層、3c……最上部導体層、４……バイアホール、５
……シート抵抗測定用パターン、６……接着強度測定用
パターン。
基板の正面図、第２図は、第１図のセラミック基板の断
面図、第３図は、バイアホール部の亀裂を評価するため
のセラミック基板の断面図、第４図は、第３図のセラミ
ック基板の正面図である。 １……アルミナ焼結済基板、２……絶縁層、３……Cuメ
タライズ層、3a……下部導体層、3b……バイアホール部
導体層、3c……最上部導体層、４……バイアホール、５
……シート抵抗測定用パターン、６……接着強度測定用
パターン。
Claims (1)
- 【請求項１】CuO粉体75〜95重量％とCu2O粉体25〜５重
量％から成る無機成分とビヒクルとより構成されている
ことを特徴とするメタライズ組成物。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023887A JPH0797449B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | メタライズ組成物 |
| US07/180,899 US4877555A (en) | 1987-04-13 | 1988-04-13 | Conductor composition and method of manufacturing a ceramic multilayer structure using the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP9023887A JPH0797449B2 (ja) | 1987-04-13 | 1987-04-13 | メタライズ組成物 |
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Family Applications (1)
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1987
- 1987-04-13 JP JP9023887A patent/JPH0797449B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63257109A (ja) | 1988-10-25 |
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