JPS6255807A - 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、特にドツティン
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
トｌＣでは、セラミック基板−トにダイオード、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１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Ａｆ
Ｌ２０３９２〜θ８％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 しかし、従来のＡｇ系サーディツプペーストは一般的に
８２０〜９３０℃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、専門炉を設置する必要がある６
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Ａｇ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醜化物を
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、ノ、（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
などを微駿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、たり弔に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、ドツテ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１；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用のドツティングペーストに
おいて、比較的に低い焼成温度でも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
のドツテ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Ｍ（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５９−２０７０４
２）、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°Ｃ付近）で１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と酸化
イツトリウム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と酸化イツ
トリウム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
末と酸化イツトリウム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、Ａ
ｇのマイグレーション防１ｉ：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本発明の導電ペーストは本
質的には金属粉末と酸化イツトリウムおよび五酸化バナ
ジウムから成る固型成分を含み。

残余がビヒクルからなるものである。金属粉末としては
、Ａｇ粉末、Ａ　ｇとＣｕとの複合粉末、ｐｔ粒粉末又
はＡｇとＰｔとの複合粉末、Ｐｄ粉末又は／Ｖ　ｇとＰ
ｔとの複合粉末等を使用する。

本発明において銀微粉末は粒径１０ｇｍ＋以下のもの、
好ましくはｆ均粒径（Ｄシ１）が０．５〜５ｇｍのもの
を使用する。１０μｍ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」二かり而の平滑性が得難
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７０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１−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力
＜　Ｉｌｆ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１０ｇ
ｔｍ以下、好ましくは平均粒子径（Ｄｉ　）が０．５〜
５ｐＬｍ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
下ではペーストとして使用した場合皮膜強度が充分でな
く、８５％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には６０〜９０％とする
必要があり、これ以外では取扱い易いペース酸化イツト
リウム（Ｙ２．Ｏｘ）は化学的手法で製造された純度が
９９．６％以上のものが好ましい。

粒度は暦均粒径で５ｇｍ以下が好ましく１粒径は強度を
向トさせるために、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１０ｇｍ以１；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（７
）　；Ｉ、１合が２０ｐｐ１１〜２％、好ましくは０．
０５〜１％となるよう添加すると付着強度白玉に著しい
効果を発揮することが判明した。添加量が２０ｐｐｍ以
”ド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。

本発明で添加するＹ２Ｏ５は、化学的に製造されたもの
で、純度が８８．９％以りのものが好ましい。粒度は平
均粒径で５ル以下好・ましくは２ル以好ましい、逆に平
均粒径が５ＪＬ以上であると強度１表面平滑性、均一分
散性の面で好ましくない。ｖ２ｏ５の添加率は２ｏ〜５
ｏｏｐｐ■が岐適である。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。ｙ２ｏ３は焼成温度
９００℃以上で効果は認められるが８００℃以下では効
果は顕著でない、より広い温度範囲に於いてより安定に
強度を維持させるには両方の添加が好ましい。

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％
添加しても良い、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　ｃｐｓ
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６０〜８０％で
、かつ金属微粉末中の銅の含有量が０．１〜１０％であ
駐、さらに酸化イツトリウムを固形成分中に２０ｐｐ−
〜２％および五酸化バナジウムを固形成分中に２０〜５
００　ＰＰ■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
ドツティングの際の分散性も良くなり、平滑で均一な焼
七か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８０−９０％で、かつ金属微粉末中の銅
の含有量が０．１〜１０％であり、白金の含有量が０．
２〜３０％であり、さらに酸化イツトリウムを固形成分
中に２０ｐｐ層〜２％および五酸化バナジウムを固形成
分中に２０〜５００ｐｐ１１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＋）：Ｌ、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、Ａ
交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１０ＪＬ、以下、平均粒子径（
Ｄｓｕ）は５ル層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粉末に対し０．２〜１０％、好まし
くは０．５〜３．０％である。白金含有？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６０〜８０％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６．２〜３０％であり、さらに醸化イ
ツトリウムを固形成分中に２０ｐｐ■〜２％と五酸化バ
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、熱衝撃に酎え、熱劣化
性が茗しく改−１４，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１１り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１トする効果を有することは広く知られた一°Ｊｆ
実である。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
加する場合は５粒径（Ｄｓｕ）を２ｇｍ以ドの微粉末を
使用するのが好ましい。また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ｖＪ
ｌｌ　しつつ平面状７ｆ、のきわめて良好な皮膜が得ら
れる。

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ｌすｌ以下、平均粒子径（Ｄｙｅ）
は５ｇｍ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粉末に対して０
．２〜３０％、好ましくは０．５〜ｌＯ％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」−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およびＩｉ′、
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木ロー
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ｍであった。

銀と銅との複合粉末として銀粉１０％と銅粉８０％をボ
ールミル中で高速混合粉砕したメカニカルアロ・ｆ粉を
使用した。複合粉末の粒度はｌ０ｇｍ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−ｍの微粉末、および
銀と白金の割合が８５：１５の共沈粉末を５ｇｍ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−ｒｘ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５ｇｍ以下に分散したものを使用した。

酸化イツトリウムは平均粒径１．２μ腸、純度３９．８
％の市阪品を使用した。

ｖ２０５は純度８９．９％で粒径３ｗ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Ｂｒｏｏｋｆ　１ｅ
ｌｄ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ツティ
ングに使用した。

基板はブラックアルミナ（８２％Ａｕ２０３、寸法３１
．７Ｘ　１３Ｘ　２　ａｍ）を使用し、キャビティーの
寸法は６．２５Ｘ　８．２５Ｘ　Ｏ，１８ｍｍであった
。

アルミナ基板はトリクレンで洗浄後使用した。

このキャビティーＬに粘度：Ａ整された希釈ペーストを
ドツティングにより滴下塗布した。

トンテ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ツティング後、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＃Ａ４ＭＣ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°Ｃ１８９０℃及び９２
０℃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１表
面粗さを東京精密製表面粗さ計により側定した。サンプ
ルは各水準毎に５０個を使用した。

さらに２．５Ｘ　２．５量園口×２５ｐ■ｔ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°Ｃ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ビングの時間に
より判断し、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ストを実
施した。試験条件は熱サイクルテストはＭＩＬＬ−９ｆ
［ｌ　８８３Ｂ　１０１０・２に基づきＣ０ＮＩＩＩＴ
ＩＯＮ　　Ｃでおこなった。熱衝撃テストは同じく旧Ｌ
Ｌ−ＳＴ０８８３Ｂ　１０１１　　・２　、　Ｃ０ＮＤ
ＩＴＩＯＮ　Ｃでおこなった。

メタライズ焼成膜の組直引張強度は１次の方法で行った
。まず、先端２．８５腸層φの銅スタッドに１０ｇ醜の
厚さで銀メッキしたものを金−けい素合金箔（２，２ｔ
ｓＸ　２．２■■×５０ルー）をプレフォームとしで使
用し、　４５０℃でスクラ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１
ｆｉｍｍ／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。

表−１、表−２よりＹ２Ｏ５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。又、Ｙ
２Ｏ３は８９０℃以上の高温域側で強度に対し著しい効
果が認められ、両温加物により、広い温度範囲で安定し
た強度が得られることが判った。

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＃ｌｉ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１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）

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２０ｐ
   ｐｍ〜２％含み、かつ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、さらに酸化イットリウムを固形成分中に
   ２０ｐｐｍ〜２％含み、かつ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、さらに酸化イットリ
   ウムを固形成分中に２０ｐｐｍ〜２％含み、かつ五酸化
   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。