JPS61245406A - 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）ＩＣ化の傾向が強い、岐近のハイブリッ
）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などの能動部品のほかコイル、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。サーディップエＣは通常ＡＱ
２０３９２〜８８％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Ａｕ系
ペーストまたは半田、ガラスなどが使用されている。Ａ
ｕ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Ａｇに代えＡｇ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。

これら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−ヒ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。

発明が解決しようとする問題点 、ヒ記のような欠点を解消するため銀と銅との複合粉末
を使用しフリットを使用しないペーストの提供を試みた
。

しかしながら銅を金属のまま添加したのでは偏析を起こ
しやすく、このようなペーストを使用すると接着強度の
バラツキが大きく、安定した製品が得られない欠点があ
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（Ａｇ）と銅（Ｃｕ）の複合微粉末
を使用し、酸化イツトリウムを添加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有機銅を添加することに
より、銅の分散性を改善し接着強度を安定して強めるこ
とを目的としたものである。第一の発明は銀微粉末と、
銀と銅との複合微粉末と銅有機物をペースト中の銅線物
の合計が０、ｌＮ１０％となる範囲で含み、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を含有し、さらに銅有機物をペー
スト中の銅線物の合計が０．１−１０％となる範囲で含
み、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
末を含有し、さらに銅有機物をペースト中の銅線物の合
計が０．１〜１０％となる範囲で含み、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１０ｐＬＩ１１以下のもの、好ましくは平均粒径（
Ｄｓｏ　）が０．５〜５μ層のものを使用する。

１ＯＩＬ１１より大きくなるとビヒクル中での分散性が
悪くなり、ドツテ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１０ｇｎ＋以下、
好ましくは平均粒子径（Ｄｙ＋）が０，５〜５ｐｍのも
のが良い、銀と銅との複合粉末中の銅の含有量は２０〜
８５％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６０〜９０％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。

本発明で使用する銅有機物とは、 ０　　　　　　　　　　　０　　　　　Ｕ（Ｒは飽和型
炭化水素）の一般式で示されるもので、環式テルペン系
誘導体またはＲ−９−Ｃｕ又はＲ−５−Ｃｕ−５−Ｒの
一般式で示されるものでもよい、銅の含有量は一般に３
〜１０重量％である。具体的には。

レジネート銅、銅アリールメルカプチド、銅エルペンメ
チドなどがある。これらの有機銅はペースト中で溶剤に
溶けた状態で存在する。有機銅は。

ＩＲ法（Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　
Ｓｐｅｃｔｒｕｍ、赤外線吸収スペクトル）、ＮＭＲ法
（Ｎｕｃｌｅａｒ　ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃ
ｅ核磁気共鳴法）等で金属銅と区別して存在が判別でき
る。

銅有機物を使用することによる効果は ｉ）液体であるためビヒクルと良く混ざるため、分散性
に優れたペーストが可能である。

ｉｉ）基板にドツティングしても偏析が殆んどない。

１ｉｉ）焼成過程に於て、Ａｇ／Ｃｕ複合粉は、主に基
板との接着強度に寄与し、銅有機物は均一に分散するた
め、メタライズ層間の焼結を促二住−モＣ誹ス茄ｆｆｉ
礒（弧ス 従って接着強度のばらつきが小さくなり、安定した強度
の製品を得られる点にある。

ビヒクルは帰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、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６０〜９０％で
、かつ金属微粉末中の銅の含有量が０．１−１０％であ
り、さらに銅有機物をペースト中の銅純物の合計が０．
１〜１０％となる範囲で含み１、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酎
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ツティン
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、さらに銅
有機物をペースト中の銅純物の合計が０．１−１ｏ％と
なる範囲で含み、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、銀のマイグレーションを防止し、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、Ａｌ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５〜６０％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１ＯＩＬ１１以下、平均粒子径（Ｄｓ
ｏ　）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％以ヒではコスト削減
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６０〜６０％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、さらに銅有機
物をペースト中の銅純物の合計が０．１〜１０％となる
範囲で含み、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
撃に酎え、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、ワイヤーポンディング性、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ョン
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、粒径（Ｄｓｏ　）を２ｇｔａ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１０ＩＬｆｆｉ以下、平均粒子径（
Ｄ！ｌｏ）は５４ｍ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。

これらの発明において、銅有機物を配合する利点は、液
体であるためビヒクルに非常に良く混合できる利点と、
ドツティングの際も分離・偏析しない利点があり、焼成
後の強度を高くかつ安定的に保つ利点がある。

実施例 次に実施例をあげて本発明を説明する。

表１に示す金属粉末を使用しビヒクルとして有機銅を配
合したテルピネオール、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９９．９％、粒
度は１〜４ル■であった。

銀と銅との複合粉末として銀粉９０％と銅粉ｌθ％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１０ＩＬｍ以下に分級したも
のを使用した。

白金は市販の０．５〜０．８　ｐ、ｔａの微粉末、およ
び銀と白金の割合が８５：１５の共沈粉末を５給膳以下
に分散して使用した。

パラジウムは市販の粒度０．８〜ｌ。８ＪＬ膳の微粉末
、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濤■以下に分散したものを使用した。

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％及び銅有
機物としてレジネート銅をあらかじめ添加したものを用
いた。

ビヒクル成分およびレジネート銅の配合割合は、ペース
ト全体に対し上記ビヒクル成分が１１重量部、レジネー
ト銅４重量部になるように配合した。

レジネート鋼中のＣｕ含有量は８．４％であるので、レ
ジネート銅から入るＣ　ｕ純分は０．２５１３重量部と
なる。

これらの金属粉末とビヒクルおよびレジネート銅とを表
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Ｂｒｏｏｋｆ　１
ｅｌｄ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１＝１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％ＡＪ１２０３、寸法３
１．７Ｘ　１３Ｘ　２　ａｍ）を使用し、キャビティー
の寸法は８，２５Ｘ　８．２５Ｘ　Ｏ，１８ｍ＋ｓ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８１０℃及び９２０℃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
ルは各水準毎暎５０個を使用した。

さらに２．５Ｘ　２．５＋ｕａ口Ｘ２５ｐｍ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Ｑ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ｓａ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ストを実
施した。試験条件は熱サイクルテストはにＩＬＬ−ＳＴ
Ｄ　８８３Ｂ　１０１０・２に基づきＣ０ＮＤＩＴＩＯ
Ｎ　　Ｃでおこなった。熱衝撃テストは同じ＜　ＭＩＬ
Ｌ−９ＴＤ８８３Ｂ　１０１１　　＠２　、　Ｃ０ＮＤ
ＩＴＩＯＮ　Ｃ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２．８５腸層中の銅スタッードに１０４ｍ
の厚さで銀メッキしたものを金−けい素合。

金箔（２，２ｍ膳Ｘ　２．２ｍｍＸ　５０μ、＋）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０次いで銀メツキス
タッドを引張速度１１ｍ＊／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。

第２表の結果から明らかなように１本発明による銅有機
物を添加した導電ペーストは、焼成後の表面がきわめて
滑らかであり、シリコンチップとメタライズ焼成膜との
接着力が強固でバラツキが少なく安定しており、しかも
熱履歴を受けても接着力が劣化しないというきわめてす
ぐれた効果を発揮している。また、ペーストの使用にあ
たっては銅分の分散性が良く均質で取扱が容易である利
点を有する。

これに対して銅宥機物単体又は、銀あるいは銅の単体添
加では接着強度が充分でなく、かつ強度のバラツキが多
い。

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。

本発明品のボンディング抵抗値は非常に低く、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り／７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、さらに銅有機物をペースト中の銅純物の合計が
   ０．１〜１０％となる範囲で含み、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、さらに銅有機物をペースト中の銅純物の
   合計が０．１〜１０％となる範囲で含み、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、さらに銅有機物をペ
   ースト中の銅純物の合計が０．１〜１０％となる範囲で
   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。