JPH10270818A

JPH10270818A - 導体ペースト

Info

Publication number: JPH10270818A
Application number: JP9071795A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Nishijima; 英孝西島
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】導体パターンとセラミックス基板との接着強
度を向上させ、導電性に優れる導体ペーストを提供す
る。【解決手段】タングステンからなる導体ペーストを用
いてアルミナ多層基板１に導体パターン２を形成すると
き、導体粉末の粒度分布の変動係数は０〜５０％の範囲
であるので、粒度分布の巾が狭く、導体粉末の充填が緻
密にならない。したがって、焼結過程において、グリー
ンシート積層体中のガラス成分は導体金属層の隙間に侵
入し、導体パターン２はアルミナ多層基板１に強固に接
合される。また、アルミナ多層基板１に導体パターン２
を形成するとき、タングステンからなる導体粉末は１μ
ｍ以上であって、且つ５μｍ未満である粒径のものが９
０〜１００％の粒度分布であるので、粒度分布の巾が狭
く、導体粉末の充填が緻密にならない。したがって、導
体パターン２はアルミナ多層基板１に強固に接合され、
且つ導電性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導体ペーストに関
し、特に、セラミックス基板に導体層を形成するために
使用される導体ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器はますます高性能、小型
および高密度になってきており、これらに実装される半
導体装置は多ピンおよびマルチチップになりつつある。
これに伴い、ＬＳＩのボンディング法として、ワイヤボ
ンディング法、ＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄ
Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式よりもフリップチップ方式が多
く採用されるようになってきている。フリップチップ方
式とはＬＳＩの一方の面に形成されたパッド上にさらに
半田バンプを形成し、この半田バンプを基板側電極パッ
ドと接続する方法である。フリップチップ方式は、接
続長さを短縮でき、電気特性が良好となる、狭ピッチ
にしなくてもパッドを多く形成することができる、Ｌ
ＳＩ面積とパッケージ面積との比を大きくすることがで
きる、搭載厚さを薄くすることができる等の長所を有
している。

【０００３】一般に、セラミックス基板にフリップチッ
プ方式による半田バンプ接続用の電極パッドを形成する
には、タングステンもしくはモリブデンを導体粒子とす
る導体ペーストをスクリーン印刷等によりセラミックス
基板もしくはセラミックスグリーンシートに塗布し焼成
して導体パターンを形成し、この導体パターンにニッケ
ル等のメッキ膜を形成する方法が採用されている。ここ
で、タングステンもしくはモリブデンを導体粒子とする
のは、タングステンおよびモリブデンは高融点金属であ
るので、高温焼成が可能であるためである。また、ニッ
ケル等のメッキ膜を形成するのは、タングステンおよび
モリブデンが半田濡れ性に乏しいので、半田濡れ性の良
いニッケル等をメッキすることにより電極パッドと半田
バンプとを接続可能にするためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、タングステ
ンもしくはモリブテンを導体粉末とする導体ペーストを
グリーンシートに塗布し焼成する場合、グリーンシート
にはガラス成分が含まれているため、焼結過程において
このガラス成分が導体金属層の中に侵入し、導体パター
ンとセラミックス基板とが密着する。しかしながら、従
来のタングステンもしくはモリブテンの導体粉末では、
粒度分布の巾が広いため、導体金属層が緻密になり、導
体金属層の中へガラスが侵入することが阻害され、導体
パターンとセラミックス基板との接着強度が低下すると
いう問題があった。

【０００５】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、導体パターンとセラミックス基
板との接着強度を向上させ、導電性に優れた導体ペース
トを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
導体ペーストによると、タングステンとモリブデンから
選ばれる一種以上の粉末と、溶剤と、バインダとを含む
導体ペーストであって、前記粉末の粒度分布の標準偏差
と平均との比である変動係数は、０〜５０％の範囲であ
るので、粒度分布の巾が狭く、導体粉末の充填が緻密に
ならない。このため、焼結過程において、導体粉末は焼
結して導体金属層を形成し、セラミックス中のガラス成
分は導体金属層の隙間に侵入し、導体金属層とガラス成
分とは強固に結合する。したがって、セラミックスから
導体金属層に向かってガラス相からなるくさびが多数形
成され、機械的な噛み合わせのアンカ効果により、導体
パターンはセラミックス基板に強固に接合される。導体
粉末の粒度分布の変動係数が５０％より大きいと、粒度
分布の巾が広く、導体粉末の充填が緻密になるので、導
体金属層の中へガラスが侵入することが阻害され、導体
パターンとセラミックス基板との接着強度が低下する。

【０００７】本発明の請求項２記載の導体ペーストによ
ると、セラミックス基板の表面あるいは内部に塗布また
は充填され、焼成により導体層を形成するので、焼結過
程において、セラミックス中のガラス成分は導体金属層
の隙間に侵入する。したがって、導体パターンはセラミ
ックス基板に強固に接合される。また、導体粉末は比較
的粒径が小さいので、導体パターンは導電性に優れる。

【０００８】本発明の請求項３記載の導体ペーストによ
ると、タングステンとモリブデンから選ばれる一種以上
の粉末と、溶剤と、バインダとを含む導体ペーストであ
って、前記粉末は１μｍ以上であって、且つ５μｍ未満
である粒径のものが９０〜１００％の粒度分布であるの
で、粒度分布の巾が狭く、導体粉末の充填が緻密になら
ない。このため、焼結過程において、セラミックス中の
ガラス成分は導体金属層の隙間に侵入する。したがっ
て、導体パターンはセラミックス基板に強固に接合され
る。また、導体粉末は比較的粒径が小さいので、導体パ
ターンは導電性に優れる。導体粉末の粒径が小さい側に
分布すると、導体粉末の充填が緻密になる傾向があるの
で、導体金属層の中へガラスが侵入することが阻害さ
れ、導体パターンとセラミックス基板との接着強度が低
下し、且つ導体パターンの収縮が大きくなる。また、導
体粉末の粒径が大きい側に分布すると、導体粉末が粗充
填になる傾向があるので、焼成時、導体金属層の焼結が
進まないため、導体パターン自身の強度が弱くなり、且
つ導体パターンの導電率が小さくなる。

【０００９】本発明の請求項４記載の導体ペーストによ
ると、セラミックス基板の表面あるいは内部に塗布また
は充填され、焼成により導体層を形成するので、焼結過
程において、セラミックス中のガラス成分は導体金属層
の隙間に侵入する。したがって、導体パターンはセラミ
ックス基板に強固に接合される。また、導体粉末は比較
的粒径が小さいので、導体パターンは導電性に優れる。

【００１０】導体ペースト中の導体粉末の含有量は８４
〜９６ｗｔ％が好ましい。導体粉末の含有量が８４ｗｔ
％未満では、導体粉末が粗充填になりすぎ、焼成時、導
体金属層の焼結が進まないため、導体パターン自身の強
度が弱くなり、かつ導体パターンの導電率が小さくな
る。また、導体粉末の含有量が９６ｗｔ％を越えると、
導体ペーストの粘度が高くなりすぎて印刷を良好に行う
ことができなくなる。

【００１１】導体ペースト中には、導体粉末を分散させ
るためのビヒクルとしてバインダおよび溶剤が使用され
る。バインダとしては、例えばエチルセルロース、アク
リル樹脂、メタクリル樹脂等がある。また、溶剤として
は、例えばトルエン、キシレン、テレビン油等がある。
導体ペースト中のバインダの含有量は２〜６ｗｔ％が好
ましい。また、溶剤の含有量は２〜１６ｗｔ％が好まし
い。バインダの含有量が２ｗｔ％未満では、導体ペース
ト中の導体粉末の分散性が低下し、凝集あるいは沈殿し
易くなり、導体粉末をセラミックスに塗布して接着させ
ることができない。また、バインダの含有量が６ｗｔ％
を越えると、導体ペーストの粘度が高くなりすぎて印刷
を良好に行うことができなくなる。溶剤の含有量が２ｗ
ｔ％未満では、導体ペーストの粘度が高くなりすぎて印
刷を良好に行うことができなくなる。また、溶剤の含有
量が１６ｗｔ％を越えると、導体ペーストの粘度が低く
なりすぎて印刷を良好に行うことができなくなる。

【００１２】導体ペーストの調整は、３本ロールを使用
する方法等で調整することができる。このようにして調
整された導体ペーストを用いてセラミックスに導体パタ
ーンを形成する方法は、薄膜法、めっき法、厚膜法等特
に限定されるものではないが、スクリーン印刷等により
行われる厚膜法は、導体パターンを低コストで形成する
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る導体ペーストをアルミナ
多層基板に適用した一実施例について説明する。なお、
比較例に係る導体ペーストをアルミナ多層基板に適用し
た場合についても説明する。まず、グリーンシート積層
体の作製方法について述べる。

【００１４】アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、焼
成タルク、炭酸カルシウム等の焼結助剤と、酸化チタ
ン、酸化クロム、酸化モリブデン等の着色剤とを少量加
えた粉体に、ＤＯＰ等の可塑剤、アクリル樹脂等のバイ
ンダおよびトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤
を加え、十分に混練して粘度２０００〜４００００ｃｐ
ｓのスラリを作製し、ドクターブレード法によって例え
ば０．３ｍｍ厚の複数枚のアルミナのグリーンシートを
形成する。

【００１５】各グリーンシートに打ち抜き型やパンチ
ングマシーン等を用いて複数のビアホールを打ち抜き加
工して、各ビアホールに表１および図４に示したタング
ステン粉末を用いた導体ぺ一ストを充填し、ビアを形成
する。基板の内層に相当するグリーンシートにビアと同
じ導体ペーストで内層パターンを形成する。基板の表面
層に相当するグリーンシートにビアと同じ導体ペースト
を使用して導体パターンをスクリーン印刷する。ここ
で、表１および図４に示したタングステン粉末の粒度分
布は、レーザー回折型粒度分布測定装置を用いて測定さ
れた体積分布の粒度測定結果である。

【００１６】ビアおよび内層パターンを形成した内層
に相当するグリーンシートと導体パターンをスクリーン
印刷した表面層に相当するグリーンシートを積層し、こ
のグリーンシート積層体を例えば８０〜１５０℃、５０
〜２５０ｋｇ／ｃｍ²の条件で熱圧着して一体化する。一体化されたグリーンシート積層体を窒素−水素混合
ガス雰囲気中で１５００〜１６００℃で焼成する。これ
により、導体ペースト中の樹脂分を分解および消失さ
せ、図１に示すように、アルミナ多層基板１に導体パタ
ーン２を形成する。ここで、導体パターン２の形状は、
１辺の長さａ＝１．５ｍｍ、厚さｔ＝１５μｍの正方形
の板状である。

【００１７】次に、形成された導体パターンとアルミナ
多層基板との接着強度を以下のピーリング測定方法で評
価した。結果を表２に示す。図２および図３に示すよう
に、導体パターン２の上に接着部が一辺ｂ＝０．８ｍ
ｍ、他辺ｃ＝１．０ｍｍのコバール製リードフレーム３
を銀ろう４によりろう付けし、アルミナ多層基板１を固
定した状態で引張り試験機により１０ｍｍ／ｍｉｎの速
度で垂直上方に引張り、リードフレーム３がアルミナ多
層基板１から剥がれたときの接着強度を測定した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】表１および表２の結果から明らかなよう
に、実施例の場合、形成された導体パターンとアルミナ
多層基板との接着強度は充分大きかった。これに比べて
比較例の場合、形成された導体パターンとアルミナ多層
基板との接着強度は劣っていた。以上のように、タング
ステンからなる導体ペーストを用いてアルミナ多層基板
に導体パターンを形成するとき、導体粉末の粒度分布の
変動係数は０〜５０％の範囲であるので、粒度分布の巾
が狭く、導体粉末の充填が緻密にならない。このため、
焼結過程において、グリーンシート積層体中のガラス成
分は導体金属層の隙間に侵入し、導体パターンはアルミ
ナ多層基板に強固に接合される。

【００２１】また、タングステンからなる導体ペースト
を用いてアルミナ多層基板に導体パターンを形成すると
き、導体粉末は１μｍ以上であって、且つ５μｍ未満で
ある粒径のものが９０〜１００％の粒度分布であるの
で、粒度分布の巾が狭く、導体粉末の充填が緻密になら
ないので、焼結過程において、グリーンシート積層体中
のガラス成分は導体金属層の隙間に侵入する。したがっ
て、導体パターンはアルミナ多層基板に強固に接合され
る。また、導体粉末は比較的粒径が小さいので、導体パ
ターンは導電性に優れる。

【００２２】本発明では、アルミナ多層基板に限らず、
窒化アルミ基板、ムライト基板、低温焼成のガラス基板
等どのようなセラミックス基板に適用してもよい。ま
た、形成された導体パターンにニッケルあるいは金のめ
っきを施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導体ペーストをアルミナ多層基板に適
用した一実施例を示す模式的断面図である。

【図２】実施例および比較例の接着強度の測定を説明す
るための模式的断面図である。

【図３】実施例および比較例の接着強度の測定を説明す
るための模式的平面図である。

【図４】実施例および比較例のタングステン粉末の粒度
分布の測定結果を示すデータ図である。

【符号の説明】

１アルミナ多層基板２導体パターン３リードフレーム４銀ろう

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タングステンとモリブデンから選ばれる
一種以上の粉末と、溶剤と、バインダとを含む導体ペー
ストであって、前記粉末の粒度分布の標準偏差と平均との比である変動
係数は、０〜５０％の範囲であることを特徴とする導体
ペースト。
【請求項２】セラミックス基板の表面あるいは内部に
塗布または充填され、焼成により導体層を形成すること
を特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
【請求項３】タングステンとモリブデンから選ばれる
一種以上の粉末と、溶剤と、バインダとを含む導体ペー
ストであって、前記粉末は、１μｍ以上であって、且つ５μｍ未満であ
る粒径のものが９０〜１００％の粒度分布であることを
特徴とする導体ペースト。
【請求項４】セラミックス基板の表面あるいは内部に
塗布または充填され、焼成により導体層を形成すること
を特徴とする請求項３記載の導体ペースト。