JPS61245405A - 導電ペ−スト - 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 本発明はサーディツプ基板用ペースト、特にドラディン
グペーストに関するものである。

従来の技術 近年、電子機器の薄型化、コンパクト化は著しく、集積
度の増加と共に一段と信頼性が向上し、用途も拡大の一
途をたどっている。モノリシックＩＣでは急速な密度の
増加、小型化がすすんできており、一方ハイブリッ）Ｉ
Ｃの分野でも特に自動車用制御回路や電源装置用などの
産業機器においては耐熱性、耐熱衝撃性にすぐれた大規
模ハイブリットＩＣ化の傾向が強い、最近のハイブリッ
）ＩＣでは、セラミック基板上にダイオード、トランジ
スタ、半導体ＩＣなどの能動部品０ほかコイル、トラン
ス、コンデンサーなどほとんどの電気部品を搭載してい
る。集積度も一段と増加し信頼度も飛躍的に向上した混
成集積回路が開発されている。

これらのハイブリットＩｃはセラミック基板上に、個別
部品あるいはＩＣエレメントを搭載したり、厚膜技術を
駆使して構成されている。サーディツプＩＣは通常ＡＲ
２０ｘ　　９２〜８６％程度のアルミナ基板上にシリコ
ンのＩＣチップをボンディングペーストを使用して固着
しているが、一層耐久力のある固着力が要求されている
。

通常サーディツプ用のボンディング方法としては金（Ａ
ｕ）系ペーストまたは半田、ガラスなどが使用されてい
る。Ａｕ系ペーストは導電性に優れ、化学的にもまった
く安定で、Ａｕワイヤーとのポンダビリティがもっとも
良く、Ｓｉとも容易に合金化し、基板との接着もきわめ
て良好で、特に信頼性に優れているが高価であるという
難点がある。この難点を解消するためＡｕを銀（Ａ　ｇ
）に代えＡＭの欠点であるマイグレーションを防止する
ためにＰｄを添加したＡｇ−Ｐｄ系のペーストが開発さ
れてきた。

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来のＡｇ系サーディツプペーストは一般的に
９２０〜８３０℃と焼成温度が高い、Ａｕ系サーディツ
プペーストは８７０〜８９０℃であり、Ａｕ系メタライ
ズ製品と同時に焼成すると、Ａｇ系は強度が不充分にな
る。

従って、Ａｇ系ペーストを焼成する場合、専用炉を設置
する必要がある０以上の状況からＡｕ系ペーストと同じ
８７０〜８９０℃程度の焼成温度で充分な強度をもつＡ
ｇ系サーディツプ用ペーストを提供せんとするものであ
る。

また従来のペーストは金属粉末にガラス質金属酸化物を
混合し、ビヒクルを用いて混練したものであり、アルミ
ナ基板との接着はもっばらガラスフリットの焼結結合に
たよるものであった。

しかしながらガラスフリットは熱衝撃に弱く、基板を焼
成してパッケージ化する工程や、あるいは使用中の環境
温度の変化によって接着強度が熱劣化する欠点を有する
。アルミナ基板との接着力を向上させるため、Ｃｕなど
を微量添加しアルミナ基板と化学的に結合させる試みも
なされているが、ガラスフリットを使用する限り熱劣化
特性を飛躍的に向上させることは困難であった。

すなわち、たＣ単にＣｕ微粉末を添加したのでは、ビヒ
クル中では比重差により他の金属微粉末と分離する現象
が起こり、ドラディングに際しては分散が悪く、均一な
メタライズ皮膜とならないばかりでなく、アルミナ基板
に充分拡散しないため皮膜の接着強度が不充分なものと
なる。また焼成過程でＣｕの偏析した箇所は局部的に酸
化されて着色し均一な平滑面を有する皮膜が得られない
などの欠点がある。

本発明は上記のような欠点を解消すべくなされたもので
あり、サーディツプＩＣ用のドラディングペーストにお
いて、比較的に低い焼成温度でも７　】し　２　半１を
腑　シ　、ソ　１１　１　　ソ４．−、シ　シ　小撓芸
±　Ｌず　＋　−れ、耐熱性、耐熱衝撃性にもすぐれて
おり、使い易く、安価なフリットレスタイプのドラディ
ングペーストを提供せんとするものである。

問題を解決するための手段および作用 本発明者らは先に銀（Ａ　ｇ）と銅（Ｃｕ）の複合微粉
末を使用することを特徴とする導電ペーストを提案した
（特願昭５９−２０７０４２）、本発明は先の提案にさ
らに五酸化バナジウムを添加することにより、低温焼成
による接着強度をさらに強めることを目的としたもので
ある。すなわち安定的にかつ低温域側（８７０℃付近）
で、強度を発揮できる様な各種添加物につ′いて検討を
加えてきた結果、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３）が焼成
温度８５０℃でも強度を維持できることがわかった。第
一の発明は銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末および五
酸化バナジウムを含有し、残部がビヒクルよりなること
を要旨とする。第二の発明は銀微粉末と、銀と銅との複
合微粉末、および銀と白金との複合微粉末または白金微
粉末および五酸化バナジウムを含有し、残部がビヒクル
よりなることを要旨とし、Ａｇのマイグレーションを防
止し、ワイヤー接着性、ハンダ特性を向上させる効果を
有するものとなる。

第三の発明は銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末、およ
び銀とパラジウムとの複合微粉末又は。

パラジウム微粉末および五酸化バナジウムを含有し、残
部がビヒクルよりなることを要旨とするもので、Ａｇの
マイグレーション防止に特にすぐれ、ワイヤー接着性、
ハンダ特性を向上させる効果を有する。

次に本発明につき詳説する０本発明において銀微粉末は
粒径１０ル履以下のもの、好ましくは平均粒径（Ｄｓｏ
　）が０．５〜５ＪＬ１１のものを使用する。

１０ｇｇ＋より大きくなるとビヒクル中での分散性が悪
くなり、ドラディングの時にニードルが閉塞する恐れが
ある。又、焼成仕上がり面の平滑性が得難くなる。銀粉
末は特殊なものである必要はなく、通常の還元法や電解
法で得られた銀粉末を使用することができる。

銀と銅の複合微粉末はビヒクル中で銀粒子と銅粒子が結
合を保っていれば良く、メッキ粉、共沈粉、メカニカル
アロイ粉末等が利用できる。特にメカニカルアロイ粉末
は、銀と銅の粉末をボールミル中で高速回転させて混合
粉砕した結果書られるものであり、銀粒子と銅粒子が機
械的に噛合って結合しており、バインダーを何ら使用す
ることなく銀粒子と銅粒子の強固な結合を保つことが可
能である。メカニカルアロイ粉末による場合は広範囲の
Ｃｕ含有量の複合粉末を任意に選択使用できる利点を有
する。銀と銅との複合粉末の粒子径は１０終■以下、好
ましくは平均粒子径（Ｄｓｏ　）が０．５〜５ｇｍのも
のが良い、銀と銅との複合粉末中の銅の含有量は２０〜
９５％が適当である。銅含有量が２０％以下では皮膜強
度が充分でなく、９５％を越えると複合粉末化の効果が
なくなる。さらに比重値がなるべく銀と銅との中間値に
近いものがビヒクル中での分散性を良くする上で望まし
い。

導電ペースト中の金属粉末中に占める銅含有率は０．１
〜１０％、好ましくは２〜５％である。銅含有率が０．
１％以下ではアルミナ中への拡散が不充分で接着強度が
上がらない、また、銅含有量が１０％を越えると銅の酸
化が著しくなり、かえって悪影響をおよぼす結果となる
。

導電ペースト中の金属粉末含有量は９０〜９０％とする
必要があり、これ以外では取扱い易いペースト粘度が得
られない。

本発明で添加するｖ２ｏ５は、化学的に製造されたもの
で、純度が８９．８％以上のものが好ましい０粒度は平
均粒径で５１Ｌ以下好ましくは２ＩＬ以下で細かい方が
分散性が良く強度の与える影響も好ましい、逆に平均粒
径が５ｗ以上であると強度、表面平滑性、均一分散性の
面で好ましくない−Ｖ２Ｏ５（７）添加率は２０〜５０
０ｐｐｍが最適である。　２０ｐｐｍ以下では、強度に
対して顕著な効果は認められない、　　５００ｐｐｍ以
上添加すると色調に変色をきたす他、気孔が多くなった
り、表面粗さが粗くなったりして、特にダイ・アタッチ
性（Ｓｉ付けが難しい）が劣化する。

ビヒクルは金属微粉末を均一に分散させ、使用に際して
は適度の粘性と表面張力を有し、塗布面に滑らかに拡散
させる機能を有する０本発明で使用するビヒクルは通常
使用されているエチルセルロースをバインダーとして、
溶剤としてテレピネオール、ブチルカルピトール、ブチ
ルカルピトールアセテート、テキサノール等の有機質溶
媒が使用できる。また、金属粉末との濡れ性を良くする
ため界面活性剤を０．５〜１０％添加すると分散性が良
くなる。又１分散剤としてロジン系樹脂を０．１〜２％
添加する場合もある。ペースト状態では金属微粉末粒子
の分離偏析を避けるため、粘度は高く調整しておくが、
使用に際しては溶剤を用いて希釈し、４０〜４５０　ｃ
ｐｓの粘度に調整する。

第一の発明では銀微粉末および銀と銅との複合微粉末を
含み、これらの金属微粉末粒子の合計が９０〜９０％で
、かつ金属微粉末中の銅の含有量が０．１〜１０％であ
り、さらに五酸化バナジウムを固形成分中に２０〜５０
０　ｐｐｍ含み、残部がビヒクルからなる導電ペースト
である。ペーストを上記のように構成することにより熱
衝撃に耐え、熱劣化性が著しく改善された強固な結合力
を有するものとなる。さらに本発明によるペーストはド
ラディングの際の分散性も良くなり、平滑で均一な焼土
がり特性を有するすぐれた表面皮膜となる。

第二の発明は第一の発明に白金を添加したものであり、
銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀と白金との複
合微粉末または白金微粉末とを含み、これらの金属微粉
末粒子の合計が６０〜９０％で、かつ金属微粉末中の銅
の含有量が０．１〜１０％であり、銀との複合粉末であ
る場合白金の含有量が０．２〜３０％であり、さらに五
酸化バナジウムを固形成分中に２０〜５００ｐｐｍ含み
、残部がビヒクルからなる導電ペーストである。上記の
ごとくペーストを構成することにより、熱衝撃に耐え、
熱劣化性が著しく改善された強固な結合力を有するほか
に、銀のマイグレーシ璽ンを防止し、ワイヤーポンディ
ング性、ファインライン性、ハンダ特性、導電性を改善
する効果を有する。又、キャビティ一部にワイヤーを接
続する場合、Ａｎ線が使用できる大きな利点をもつ。

白金は化学的に安定であるから単独で混合しても上記特
性を改善するのに有効であるが、銀との複合粉末を使用
するとビヒクル中で均一に分散するので、一層効果的で
ある。銀と白金との複合粉末はメッキ粉、共沈粉、メカ
ニカルアロイ粉等が使用できる。複合粉末中の白金の含
有率は５〜９０％が適する。メカニカルアロイ粉では白
金含有率の高いものを容易に得ることができる。

複合粉末の粉末粒子径は１０ｇｍ以下、平均粒子径（Ｄ
ＳＩＩ　）は５ｇｍ以下程度のものが良い。白金の含有
量はペースト中の金属粒子に対し０．２〜１０％、好ま
しくは０．５〜３．０％である。白金含有量が０．２％
以下では添加効果が認められず、１０％以上ではコスト
削減の効果が現われない。

第三の発明は第一の発明にパラジウムを添加したもので
あり、銀微粉末と、銀と銅との複合粉末と、銀とパラジ
ウムとの複合微粉末又はパラジウム微粉末とを含み、こ
れらの金属微粉末粒子の合計が６０〜９０％で、かつ金
属微粉末中の銅の含有量が０．１〜１０％であり、パラ
ジウムの含有量が０．２〜３０％であり、さらに五醜化
バナジウムを固形成分中に２０〜５００ｐｐｍ含み、残
部がビヒクルからなる導電ペーストである。上記のごと
くペーストを構成することにより、熱衝撃に耐え、熱劣
化性が著しく改善された強固な結合力を有するほかに、
特に銀のマイグレーション防止に著しい効果を発揮し、
ワイヤーボンディング性、ハンダ特性を改善し、表面の
滑らかな均質皮膜が得られる効果を有する。

パラジウムを添加したペーストは銀のマイグレーシ璽ン
を防止する効果を有することは広く知られた事実である
が、パラジウムを単独で添加したペーストは、焼成過程
でパラジウムが容易に酸化され、表面粗さが極端に粗く
なる欠点がある。そのためパラジウムを単独で添加する
場合、伎 粒Ｊ５ｒ（Ｄｍ）を２ｐＬｍ以下の微粉末を使用しなけ
ればならない０本発明ではパラジウムを銀と複合化した
粉末を使用することにより、パラジウムの酸化を防止し
つつ平面状態のきわめて良好な皮膜が得られることを見
出した。

銀とパラジウムとの複合化粉末としては共沈粉末、メカ
ニカルアロイ粉末、メッキ粉末が利用できる。複合粉末
中のパラジウムの含有率は１０〜４０％、好ましくは２
０〜３０％のものが使い易い。

複合粉末の粒子径は１０ｇｍ以下、平均粒子径（Ｄ４）
は５１Ｌｆｆ１以下程度のものが良い。

パラジウムの含有量はペースト中の金属粒子に対して０
．２〜３０％、好ましくは０．５〜１０％である。パラ
ジウム含有量が０．２％以下では添加の効果が認められ
ず、３０％以上添加しても著しい特性向上は期待できな
くなるからである。

実施例 次に実施例をあげて本発明を説明する。

表１に示す金属粉末と五酸化バナジウムを使用しビヒク
ルとしてテルピネオール、エチルセルロース及び界面活
性剤を使用して三本ロールミルで混練してペーストを作
った。

銀粉末は市販の還元粉を使用し、純度は９９．８％、粒
度は１〜４ルｍであった。

銀と銅との複合粉末として銀粉９０％と銅粉１０％をボ
ールミル中で高速混合粉砕したメカニカルアロイ粉を使
用した。複合粉末の粒度は１０ｐｍ以下に分級したもの
を使用した。

白金は市販の０．５〜０．８　＃Ｌｍの微粉末、および
銀と白金の割合が８５：１５の共沈粉末を５１Ｌｆｆ１
以下に分散して使用した。

パラジウムは市販の粒度０．８〜１．８ｇｗｒの微粉末
、および銀とパラジウムの重量比が７＝３である共沈粉
末を５鉢層以下に分散したものを使用した。

ｖ２０５は純度θ９．８％で粒径３終以下のものを使用
した。

ビヒクル成分はテルピネオールに対して１２％のエチル
セルロース及びノニオン系界面活性剤２．５％を添加し
たものを用いた。

これらの金属粉末とビヒクルを表１に示す配合条件で三
木ロールミルを使用して充分混練し、ペーストを得た。

その時の粘度はＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計ＨＢＴで、
１４番スピンドルを使用して測定したところ、　２００
±５０　Ｋｃｐｓであった。

次に該ペーストを、ブチルカルピトールとテルピネオー
ルをｌ：ｌに混合した溶液をシンナーとして使用し、最
終粘度が約１００ｃｐｓになるように調整してドラディ
ングに使用した。

基板はブラックアルミナ（９２％Ａｕ２０３、寸法３１
．７Ｘ　１３Ｘ　２　ａｍ）を使用し、キャビティーの
寸法はθ、２５Ｘ　６．２５Ｘ　Ｏ，１８ｓ■であった
。

アルミナ基板はトリクロレンで洗浄後使用した。このキ
ャビティー上に粘度調整された希釈ペーストをドラディ
ングにより滴下塗布した。

ドラディング装置は右下エンジニアリング製のものを使
用した。該導電ペーストをドラディング後、レベリング
を１時間おこなった後１２０℃で２０分間乾燥し、さら
にワトキンス・ジョンソン社製４ＭＣ型厚膜焼成炉によ
り、大気雰囲気中で焼成した。焼成条件は６０分間プロ
ファイルでピーク温度８７０℃、８９０℃及び８２０℃
で１０分間とした。

このようにして得られたペースト皮膜表面を観察し、表
面粗さを東京精密製表面粗さ計により測定した。サンプ
ルは各水準毎に５０個を使用した。

さらに２．５Ｘ　２．ＳｅｍロＸ２５７ｚｍのＡｕプレ
フォームを使用し、ウェストポンド社製ダイアタッチ装
置により４５０℃でシリコンチップを接着した。このよ
うにして得られたサーディツプＩＣにつき特性試験を実
施した。これらの結果を表２に示す。

接着強度はダイアタッチ性とグイブツシュ試験で判定し
た。ダイアタッチ性とは接着時のスクライビングの時間
により判断し１表２中○印は短時間に接着できたもので
ある。グイブツシュ試験は耐熱試験終了後のテストピー
スについてエンジニアド・テクニカル・プロダクト社製
のバーチカルポンドテスターを使用して測定した０表２
中○印は２０個全部のテストピースがグイ破壊を示した
場合。Δ印は２０個のサンプルのうち１個でも膜剥離が
あった場合を示す、Ｘ印は２０個のテストピース全部が
膜剥離をしたことを示している。

上記の耐熱試験は熱サイクルテストと熱衝撃テにＩＬＬ
−ＳＴｏ　８８３Ｂ　１０１０・２に基づきＣＯＭＤＩ
ＴＩＯＮ　　Ｃでおこなった。熱衝撃テストは同じ＜　
ＭＩＬＬ−９Ｔ０８８３８１０１１　　・２　、　ＧＯ
ＭＤＩＴＩＯＮ　Ｇでおこなった。

メタライズ焼成膜の垂直引張強度は、次の方法で行った
。まず、先端２．８５ｍ層中の銅スタッドに１ＯｊＬｌ
の厚さで銀メッキしたものを金−けい素合金箔（２，２
＋ｓｍＸ　２．２ｍｍＸ５０ｇｍ　’　）をプレフォー
ムとして使用し、−４５０℃でスクライブさせながら銀
メツキスタッドを接着させた。次いで銀メツキスタッド
を引張速度ＩＥ１ｍｓ＋／分の一定速度で、今日製作所
製ブツシュ・プル・テスターにより垂直方向の引きなが
し強度を測定した。

表−１、表−２よりｖ２ｏ５は、比較的低温域の８７０
〜８９０℃での強度に著しい効果が認められる。

白金粉末または銀白全複合粉末を使用した導電ペースト
は皮膜の焼き上がり状態が良く、接着強度が一段と向上
し熱履歴によっても接着強度が劣化しないことが判明し
た。

未発明品のボンデＩング１１．　ｋＷ値り士」１常に（
ＰＥイかつ経時的に安定しており、かつボンディング特
性も良いので、アルミニウムワイヤーの使用が可能とな
ることも、本発明の大きな利点である。

本発明による銀とパラジウムの混合粉末を使用した場合
は、これらの欠点が解消され、接着強度が一段とすぐれ
たものとなる。

（以下余白） 手続補正書（自発） 昭和８１年３月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末を含みこれら金
   属微粉末の合計が６０〜９０％（重量％、以下同じ）で
   あり、かつ金属微粉末中の銅の含有量が０．１〜１０％
   であり、さらに五酸化バナジウムを固形成分中に２０〜
   ５００ｐｐｍ含み残部がビヒクル成分よりなることを特
   徴とする導電ペースト。 ２）銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀と白金と
   の複合微粉末または白金微粉末とを含み、これら金属微
   粉末の合計が６０〜９０％であり、かつ金属微粉末中の
   銅の含有量が０．１〜１０％で白金の含有量が０．２〜
   １０％であり、さらに五酸化バナジウムを固形成分中に
   ２０〜５００ｐｐｍ含み、残部がビヒクル成分よりなる
   ことを特徴とする導電ペースト。 ３）銀微粉末と、銀と銅との複合微粉末と、銀とパラジ
   ウムとの複合微粉末またはパラジウム微粉末を含み、こ
   れら金属微粉末の合計が６０〜９０％であり、かつ金属
   微粉末中の銅の含有量が０．１〜１０％で、パラジウム
   の含有量が０．２〜３０％であり、さらに五酸化バナジ
   ウムを固形成分中に２０〜５００ｐｐｍ含み、残部がビ
   ヒクル成分よりなることを特徴とする導電ペースト。