JPS6185705A - 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、一方ハイブリットエ
Ｃの分野でも特に自動車用制御回路やＭ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、最近のバイブリフ
ト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）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ｆｉｌ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Ａ
文２０３９２〜９６％程度のアルミナ基板上にシリコン
のＩＣチップをポ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ワイヤーとのボンダビ
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。

発明が解決しようとする問題点 これら従来のペーストは金属粉末にガラス買金属酸化物
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゛す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、たり単に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、アルミナ基板とシリコンチップとの接着力にすぐ
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ＣＡｇ）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５８−１８９１４）　０本発明は先の提案にさら
に酸化イツトリウムを添加することにより、接着強度を
さらに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酸化イツトリウ
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と酸化イ
ツトリウムを含有し、残部がビヒクルよりなることを要
旨とじ、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
末と酸化イツトリウムを含有し、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１１０７ｚ以下のもの、好ましくは平均粒径（Ｄ刃
）が０．５〜５に腸のものを使用する。

１１０７Ｌ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
７０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
粉砕した結果得られるものであり、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鋼粒子の強固な結合を保つことが可
億である。メカニカル７０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１０ｇｍ以下、好
ましくは平均粒子径（Ｄｉ　）が０．５〜５絡腸のもの
が良い、銀と銅との複合粉末中の銅の含有量は２Ｇ−！
３５％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。

酸化イツトリウム（Ｙ２０３）は化学的手法で製造され
た純度が９８．６％以上のものが好ましい。

粒度は平均粒径で５鉢■以下が好ましく、粒径は強度を
向上させるために、あるいは分散性を良くするために細
かい方が良い、平均粒径が１す］以上になると、均一分
散性が悪く表面平滑性の面で好ましくない。

酸化イツトリウムの添加量はペーストの固形成分中の割
合が０．０２〜２％、好ましくは０．０５〜１％となる
よう添加すると付着強度向上に著しい効果を発揮するこ
とが判明した。添加量が０．０５％以下では効果が認め
られず、２％を越えるとＹ２Ｏ３が析出し、表面平滑性
に悪影響を及ぼし、ダイアタッチ性を阻害する０表面平
滑性を保ちしかも付着強度を向上させるにはペーストの
固形成分中に０．０５〜１％添加するのが良い。

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重力を有し、塗布面に滑らかに拡散
させる機崗を有する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ｂｔｕ
溶媒が使用できる。また、金属粉末との漏れ性を良くす
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、４０〜４５００
Ｐ３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〜ｌθ％であ
り、さらに酸化イー、トリウムを固形成分中に０．０２
〜２％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１１９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９０〜９０％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
る場合白金の含有呈が０．２〜３０％であり、さらに酸
化イツトリウムを固形成分中に０．０２〜２％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、ＡｆＬ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ノー２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１ＯＩＬ−以下、平均粒子径（
ＤＭＩ　）は５ｐｍ以下程度のものが良い、白金の含有
に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、さらに酸化イ
ツトリウムを固形成分中に０．０２〜２％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。

粒度（０５０）を２１Ｌｍ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１０終腸以下、平均粒子径（ＤＩ　
）は５終膓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に示す金属粉末と酸化イツトリ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８８．８％、粒
度は１〜４ル膳であった。

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１０ル履以下に分級したもの
を使用した。

白金は市販の０．５〜０．８　ｇｍの微粉末、および銀
と白金の割合が８５：１５の共沈粉末を５ル鵬以下に分
散して使用した。

パラジウムは市販の粒度０．８〜１．８ｐ、ｔｘの微粉
末、および銀とパラジウムの重量比が７二３である共沈
粉末を５ル腸以下に分散したものを使用した。

酸化イアトリウムは平均粒径１．２用墓、純度９９９％
の市販品を使用した。

ど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酸化イツトリウムとビヒクルを表１
に示す配合条件で三本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Ｂｒｏａｋｆｉｅｌ
ｄ粘度計ＨＢＴで、１４１！！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：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（ｉ］２％Ａｌ２Ｏ３、寸法３
１．７Ｘ　１３Ｘ　２　ａ層）を使用し、キャビティー
の寸法は８．２５Ｘ　Ｂ、２５Ｘ　Ｏ，１８ｍｍ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層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、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９１０℃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
ルは各水準毎に５０偏を使用した。

さらに　２．５Ｘ　　２．５鵬ロロ×２５終鵬のＡｕプ
レフォームを使用し、ウェストボンド社製ダイアタッチ
９２１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特開
により判断し、表２中Ｑ印は短時間に接着できたもので
ある。グイプッ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拳テクニカル・プロタクト社製
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Ｏ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
ｏ　８８３Ｂ　＋０１０争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−ＳＴ０８８３８１０１０　拳２　、　ＧＯＭＤＩＴ
ＩＯＩＩＩ　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２．８５ｍ１＋中の銅スタッドに１０ｇｍ
の厚さで銀メッキしたものを金−けい素合金ｔｅＪ　（
２，２ｗｍＸ　２．２票膳×５０μｍｌ　）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
銀メンキスタンドを接着させた０次いで銀メツキスタッ
ドを引張速度１６■ｌ／分の一定速度で、今田製作所製
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、本発明による銀と銅
との複合微粉末を使用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あり、しかも熱履歴を受け
ても接１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。

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。

本発明品のポ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、かつポ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。

パラジウム粉末を単純混合した調整ペーストはパラジウ
ムの粒度を細かくしないと焼成後の皮膜状態が悪く、ダ
イアタッチ性も劣るが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。

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、さらに酸化イットリウムを固形成分中に０．０
   ２〜２％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、さらに酸化イットリウムを固形成分中に
   ０．０２〜２％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、さらに酸化イットリ
   ウムを固形成分中に０．０２〜２％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。