JP2018006248A - Powder and conductive paste as well as production method of ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、電子部品のセラミックパッケージ、無線通信モジュール基板、制御回路用基板、半導体検査装置等の製造などに用いることができる粉末及び導電ペースト並びにセラミック基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a powder and a conductive paste that can be used for manufacturing, for example, a ceramic package of an electronic component, a wireless communication module substrate, a control circuit substrate, a semiconductor inspection apparatus, and the like, and a method for manufacturing a ceramic substrate.
従来、例えば電子部品の収納に用いられるセラミックパッケージ基板は、アルミナを90wt%以上含有し、タングステン(W)やモリブデン(Mn)を電極材として使用したものが主流であった。 Conventionally, for example, ceramic package substrates used for storing electronic components mainly contain 90 wt% or more of alumina and use tungsten (W) or molybdenum (Mn) as an electrode material.
また、近年では、セラミックパッケージ基板の材料として、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)とよばれる、銀(Ag)や銅(Cu)を電極材として使用するセラミック材料(即ち低温同時焼成セラミックス)が開発されている(例えば特許文献1〜4参照)。 In recent years, ceramic materials that use silver (Ag) or copper (Cu) as an electrode material, which is called LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics), are used as ceramic package substrate materials (that is, low-temperature co-fired ceramics). It has been developed (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
この種の技術では、例えば多層セラミック基板を製造する場合には、その製造工程において、絶縁性セラミックからなるグリーンシート上に、導電ペースト(例えばAuペースト)を印刷して導電パターンを形成し、その後、これらの複数のグリーンシートを積層し焼成して、導電層を備えた多層セラミック基板を製造していた。 In this type of technology, for example, when manufacturing a multilayer ceramic substrate, in the manufacturing process, a conductive paste (for example, Au paste) is printed on a green sheet made of insulating ceramic to form a conductive pattern, and then A plurality of these green sheets are laminated and fired to produce a multilayer ceramic substrate provided with a conductive layer.
しかしながら、上述した従来技術では、絶縁層となるグリーンシートと導電層となる導電パターンとでは、焼成収縮の開始タイミングに差があるので、焼成後の基板反り、導体剥がれ(導電層の剥がれ)、ボイド等のようなセラミック基板の欠陥が発生することがあった。 However, in the above-described prior art, since there is a difference in the start timing of firing shrinkage between the green sheet serving as the insulating layer and the conductive pattern serving as the conductive layer, the substrate warpage after baking, the conductor peeling (peeling of the conductive layer), Defects in the ceramic substrate such as voids may occur.
また、これとは別に、電極材の材料を、有機金属レジネート等の形態で導電ペーストに添加する場合には、溶剤成分を添加することとなるので、導電ペーストの粘度が低下してしまう。その結果、導電パターンの印刷時の膜厚・膜形状のバラツキ(即ち印刷性の悪化)が発生するという別の問題がある。 In addition, when the material of the electrode material is added to the conductive paste in the form of an organometallic resinate or the like, a solvent component is added, so that the viscosity of the conductive paste is lowered. As a result, there is another problem that variation in film thickness and film shape during printing of the conductive pattern occurs (that is, printability deteriorates).
そこで、本発明は、例えばセラミック基板を製造する場合に、欠陥等の不具合が発生することを抑制できる粉末及び導電ペースト並びにセラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a powder, a conductive paste, and a method for manufacturing a ceramic substrate that can suppress the occurrence of defects such as defects when a ceramic substrate is manufactured, for example.
(1)本発明の第1局面は、金からなる粒子の表面が、ジルコニウムからなる被覆層で被覆されている粉末である。
本第1局面では、粉末は、金からなる粒子の表面がジルコニウムからなる被覆層で被覆されているので、以下の作用効果を奏する。
(1) The first aspect of the present invention is a powder in which the surface of particles made of gold is coated with a coating layer made of zirconium.
In the first aspect, since the surface of the particles made of gold is coated with the coating layer made of zirconium, the powder has the following effects.
セラミックグリーンシート上に、ジルコニウムで被覆されていない金の粉末を含む導電ペーストを用いて導電パターンを形成し、それらを同時焼成する場合には、図3に示すように、セラミックグリーンシート(A)と導電ペースト(B)との焼成開始温度が大きく異なる。そして、この収縮開始温度の違い(従って収縮開始のタイミングの違い)によって、上述したように、セラミック基板に欠陥が発生する恐れがある。 When forming a conductive pattern on a ceramic green sheet using a conductive paste containing gold powder not coated with zirconium, and firing them simultaneously, as shown in FIG. 3, the ceramic green sheet (A) And the conductive paste (B) have greatly different firing start temperatures. Then, due to the difference in shrinkage start temperature (and hence the difference in shrinkage start timing), there is a risk that defects will occur in the ceramic substrate as described above.
それに対して、本第1局面の粉末は、金からなる粒子の表面がジルコニウムからなる被覆層で被覆されているので、この粉末を含む導電ペーストを焼成する場合には、(コート無しの)金の粉末を含む導電ペーストを用いた場合に比べて、焼成開始温度を遅延させることができる。 On the other hand, since the powder of the first aspect is coated with a coating layer made of zirconium on the surface of the particles made of gold, when the conductive paste containing this powder is fired, Compared with the case where the electrically conductive paste containing this powder is used, the firing start temperature can be delayed.
これによって、図3に示すように、セラミックグリーンシート(A)と(金粒子の表面がジルコニウムで被覆された金粉末を用いた)導電ペースト(C)との焼成開始温度を、従来に比べて近づけることができるので、即ち焼成収縮の挙動を揃えることができるので、収縮開始のタイミングの違いに起因するセラミック基板の欠陥、例えば、基板反り、導電層の剥がれ、ボイド等の欠陥の発生を抑制することができる。 As a result, as shown in FIG. 3, the firing start temperature of the ceramic green sheet (A) and the conductive paste (C) (using the gold powder whose gold particles are coated with zirconium) is compared with the conventional one. Since it can be made closer, that is, the behavior of firing shrinkage can be made uniform, it is possible to suppress the occurrence of defects such as substrate warpage, peeling of the conductive layer, voids, etc. due to differences in the timing of shrinkage initiation can do.
また、上述したセラミック基板の欠陥の発生を抑制する等のために、導電層の材料(導電材料)を有機金属レジネート等の形態で導電ペーストに添加することが考えられるが、この場合には、溶剤成分を添加することになり、導電ペースト設計の自由度が低減する。また、導電ペーストの粘度低下により、導電パターンの印刷法による形成時の膜厚・膜形状のバラツキ(例えば、導電パターンのエッジ部分に発生するニジミ等の印刷性の悪化)等の問題が生じる恐れがある。 Further, in order to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate described above, it is conceivable to add the material of the conductive layer (conductive material) to the conductive paste in the form of an organometallic resinate, etc. The solvent component is added, and the degree of freedom in designing the conductive paste is reduced. In addition, the decrease in the viscosity of the conductive paste may cause problems such as variations in film thickness and film shape when the conductive pattern is formed by the printing method (for example, deterioration of printability such as blurring occurring at the edge portion of the conductive pattern). There is.
これとは別に、金粉末に加えて、被覆層の材料(被覆材料)を粉末形態で導電ペーストに添加することが考えられるが、この場合には、導電ペースト中における被覆材料の粉末の分散性が悪く、被覆材料の粉末の添加による効果が表れるのが局所的になり易い。例えば、添加された被覆材料の局在が発生し、その結果、導電層の反り形状が均一ではなく、導電層にうねりが発生しやすく、導電層の剥がれ(即ち導体剥離)に到ることがある。 Apart from this, it is conceivable to add the material of the coating layer (coating material) to the conductive paste in powder form in addition to the gold powder. In this case, the dispersibility of the powder of the coating material in the conductive paste However, the effect of adding the powder of the coating material tends to appear locally. For example, localization of the added coating material occurs, and as a result, the warped shape of the conductive layer is not uniform, and the conductive layer is likely to be wavy, leading to peeling of the conductive layer (that is, conductor peeling). is there.
それに対して、本第1局面では、金からなる粒子の表面がジルコニウムで被覆された粉末を、例えば導電ペーストの導電材料として用いることにより、導電材料をレジネートの形態で添加した場合の問題や、被覆材料を粉末の形態で添加した場合の問題を回避することができる。 On the other hand, in this first aspect, by using a powder in which the surface of particles made of gold is coated with zirconium, for example, as a conductive material of a conductive paste, a problem when a conductive material is added in the form of a resinate, Problems when the coating material is added in the form of a powder can be avoided.
つまり、レジネートとするための溶剤成分を添加する必要がないので、導電ペースト設計の自由度が高く、しかも、導電ペーストの粘度低下の発生を防ぐことができるので、印刷性の悪化等を抑制することができる。また、金粉末とは別に粉末の被覆材料を添加しないので、導電層にうねりが発生し難く、よって導体剥離が生じ難い。 In other words, since it is not necessary to add a solvent component for forming a resinate, the degree of freedom in designing the conductive paste is high, and further, the occurrence of a decrease in the viscosity of the conductive paste can be prevented, thereby suppressing deterioration in printability and the like. be able to. Further, since a powder coating material is not added separately from the gold powder, the conductive layer is unlikely to swell, and therefore the conductor is unlikely to peel off.
このように、本第1局面によれば、印刷性の悪化を抑制するとともに、導電層にうねりが発生することを抑制でき、よって、セラミック基板の欠陥の発生を抑制できるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the first aspect, it is possible to suppress the deterioration of the printability and to suppress the occurrence of waviness in the conductive layer, and thus it is possible to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate. .
(2)本発明の第2局面では、前記粉末は、導電ペーストに用いられる導電材料である。
本第2局面では、導電ペーストに用いる導電材料として、上述した構成の粉末を用いるので、前記第1局面と同様に、導電層を備えたセラミック基板を製造する際に、印刷性が悪化することや、導電層のうねり等によってセラミック基板に欠陥が生じることを抑制できる等の効果を奏する。
(2) In the second aspect of the present invention, the powder is a conductive material used for a conductive paste.
In the second aspect, since the powder having the above-described configuration is used as the conductive material used for the conductive paste, the printability is deteriorated when the ceramic substrate including the conductive layer is manufactured as in the first aspect. In addition, it is possible to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate due to the undulation of the conductive layer.
(3)本発明の第3局面は、前記第1又は第2局面の粉末を、ペースト中に含むこと導電ペーストである。
本第3局面は、上述した構成の粉末を、ペースト中に含む導電ペーストであるので、前記第1局面と同様に、導電層を備えたセラミック基板を製造する際に、印刷性が悪化することや、導電層のうねり等によってセラミック基板に欠陥が生じることを抑制できる等の効果を奏する。
(3) A third aspect of the present invention is a conductive paste comprising the powder of the first or second aspect in a paste.
Since the third aspect is a conductive paste containing the above-described powder in the paste, the printability is deteriorated when a ceramic substrate provided with a conductive layer is manufactured as in the first aspect. In addition, it is possible to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate due to the undulation of the conductive layer.
(4)本発明の第4局面では、前記導電ペーストは、セラミック基板に導電層を形成するために用いられる導電層用の材料である。
本第4局面では、セラミック基板に導電層を形成するために、上述した構成の導電ペーストを用いることにより、前記第1局面と同様に、導電層を備えたセラミック基板を製造する際に、印刷性が悪化することや、導電層のうねり等によってセラミック基板に欠陥が生じることを抑制できる等の効果を奏する。
(4) In the fourth aspect of the present invention, the conductive paste is a material for a conductive layer used for forming a conductive layer on a ceramic substrate.
In the fourth aspect, in order to form the conductive layer on the ceramic substrate, the conductive paste having the above-described configuration is used to print the ceramic substrate having the conductive layer as in the first aspect. It is possible to suppress the deterioration of the properties and to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate due to the undulation of the conductive layer.
(5)本発明の第5局面は、セラミックグリーンシートの表面に、導電ペーストを用いて導電パターンを形成し、前記セラミックグリーンシートと前記導電パターンとを同時焼成して、導電層を備えたセラミック基板を製造するセラミック基板の製造方法において、前記導電ペーストとして、金からなる粒子の表面をジルコニウムで被覆した粉末を含む導電ペーストを用いる。 (5) According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a ceramic provided with a conductive layer by forming a conductive pattern on a surface of a ceramic green sheet using a conductive paste and simultaneously firing the ceramic green sheet and the conductive pattern. In the method for manufacturing a ceramic substrate for manufacturing a substrate, as the conductive paste, a conductive paste containing a powder in which the surface of gold particles is coated with zirconium is used.
本第5局面では、セラミック基板を製造する場合に、導電ペーストとして、金からなる粒子の表面をジルコニウムで被覆した粉末を含む導電ペーストを用いるので、上述したように、印刷性が悪化することや、導電層のうねり等によってセラミック基板に欠陥が生じることを抑制できる等の効果を奏する。 In the fifth aspect, when a ceramic substrate is manufactured, a conductive paste containing a powder in which the surface of gold particles is coated with zirconium is used as the conductive paste. In addition, it is possible to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate due to the undulation of the conductive layer.
(6)本発明の第6局面では、前記導電パターンを形成した前記セラミックグリーンシートを複数積層して積層体を形成し、該積層体を同時焼成することによって、内部及び表面の少なくとも一方に前記導電層を備えた多層セラミック基板を製造する。 (6) In a sixth aspect of the present invention, a plurality of the ceramic green sheets on which the conductive pattern is formed are stacked to form a stacked body, and the stacked body is simultaneously fired, so that at least one of the inside and the surface A multilayer ceramic substrate with a conductive layer is manufactured.
本第6局面では、セラミック基板が多層セラミック基板の場合でも、上述したように、印刷性が悪化することや、導電層のうねり等によってセラミック基板に欠陥が生じることを抑制できる等の効果を奏する。 In the sixth aspect, even when the ceramic substrate is a multilayer ceramic substrate, as described above, the printability is deteriorated, and it is possible to suppress the occurrence of defects in the ceramic substrate due to the waviness of the conductive layer. .
<以下、本発明の各構成について説明する>
・導電ペーストとは、ペースト中に導電材料(ここでは金粒子の表面がジルコニウムで被覆された金粉末)を含むものである。
<Hereinafter, each configuration of the present invention will be described>
The conductive paste is a paste containing a conductive material (here, gold powder whose gold particles are coated with zirconium) in the paste.
・セラミック基板とは、セラミック及びガラスのうち、少なくともセラミックを含む基板である。従って、いわゆるガラスセラミックも本発明の範囲である。
なお、セラミックとしては、例えば、アルミナ、ムライト等が挙げられる。また、ガラスとしては、例えば、ホウケイ酸ガラス等が挙げられる。
A ceramic substrate is a substrate containing at least ceramic among ceramic and glass. Therefore, so-called glass ceramics are also within the scope of the present invention.
Examples of the ceramic include alumina and mullite. Examples of the glass include borosilicate glass.
・導電層は、金及びジルコニウムを含む(例えば金を主成分とする)導電性を有する層である。
・セラミックグリーンシートとは、シートの材料中の固体成分が、前記セラミック及びガラスのうち、少なくともセラミックを含む未焼成の層である。
The conductive layer is a conductive layer containing gold and zirconium (for example, containing gold as a main component).
The ceramic green sheet is an unfired layer in which the solid component in the material of the sheet contains at least the ceramic among the ceramic and glass.
・導電パターンは、導電ペーストにより形成された焼成後に導電層となる未焼成の部分である。 A conductive pattern is an unfired portion that becomes a conductive layer after firing formed of a conductive paste.
以下、本発明の粉末及び導電ペースト並びにセラミック基板の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、セラミック基板として多層セラミック基板を例に挙げる。
Hereinafter, embodiments of the method for producing a powder, a conductive paste, and a ceramic substrate of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the embodiment described below, a multilayer ceramic substrate is taken as an example of the ceramic substrate.
[1.実施形態]
[1−1.セラミック基板の構成]
まず、実施形態のセラミック基板の製造方法によって製造されるセラミック基板の構成について説明する。
[1. Embodiment]
[1-1. Configuration of ceramic substrate]
First, the structure of the ceramic substrate manufactured by the manufacturing method of the ceramic substrate of embodiment is demonstrated.
図1に示す様に、セラミック基板1は、複数のセラミック層3が厚み方向に積層された多層セラミック基板である。
このセラミック基板1の内部には、厚み方向において隣接するセラミック層3の間に内部配線層5が形成されている。また、セラミック基板1の表面(例えば上面及び下面の両方又は一方)には、表面配線層7が形成されている。
As shown in FIG. 1, the ceramic substrate 1 is a multilayer ceramic substrate in which a plurality of ceramic layers 3 are laminated in the thickness direction.
Inside the ceramic substrate 1, an internal wiring layer 5 is formed between adjacent ceramic layers 3 in the thickness direction. A surface wiring layer 7 is formed on the surface (for example, both or one of the upper surface and the lower surface) of the ceramic substrate 1.
さらに、セラミック層3には、(厚み方向に配置された)内部配線層5同士や内部配線層5と表面配線層7とを電気的に接続するビア9や、図示しない空間(キャビティ)が形成されている。 Further, the ceramic layer 3 is formed with internal wiring layers 5 (disposed in the thickness direction), vias 9 that electrically connect the internal wiring layers 5 and the surface wiring layer 7, and spaces (cavities) (not shown). Has been.
前記セラミック層3は、例えば、SiO2、Al2O3、B2O3を主成分とするホウケイ酸系ガラスとアルミナとから構成されたガラスセラミックである。
また、内部配線層5、表面配線層7、ビア9は、金及びジルコニウムから構成された導電部材である。なお、導電部材の主成分は金である(即ち金が50質量%を上回る)。ここでは、金の割合は、金及びジルコニウムの全体に対して、例えば85質量%である。
The ceramic layer 3 is a glass ceramic composed of, for example, borosilicate glass mainly containing SiO 2 , Al 2 O 3 , and B 2 O 3 and alumina.
The internal wiring layer 5, the surface wiring layer 7, and the via 9 are conductive members made of gold and zirconium. Note that the main component of the conductive member is gold (that is, gold exceeds 50% by mass). Here, the ratio of gold is, for example, 85% by mass with respect to the whole of gold and zirconium.
[1−2.セラミック基板の製造方法]
次に、セラミック基板1の製造方法について説明する。
<セラミックグリーンシートの作製工程>
セラミック原料粉末として、SiO2、Al2O3、B2O3を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを用意した。
[1-2. Manufacturing method of ceramic substrate]
Next, a method for manufacturing the ceramic substrate 1 will be described.
<Ceramic green sheet manufacturing process>
As ceramic raw material powder, borosilicate glass powder and alumina powder mainly composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , and B 2 O 3 were prepared.
なお、アルミナ粉末としては、平均粒径:2μm、比表面積:3.0m2/gのものを使用した。ホウケイ酸系ガラス粉末としては、平均粒径:2.5μm、比表面積:5.0m2/gのものを使用した。 As the alumina powder, one having an average particle diameter of 2 μm and a specific surface area of 3.0 m 2 / g was used. As the borosilicate glass powder, one having an average particle diameter of 2.5 μm and a specific surface area of 5.0 m 2 / g was used.
さらに、シート成形時のバインダー成分及び可塑剤成分として、アルリル系バインダー(アクリル樹脂)及びDOP(ジ・オクチル・フタレート)を用意した。
次に、アルミナ製のポットに、前記ホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを、重量比で50:50、総量で1kgとなるように秤量して投入した。
Furthermore, an allyl binder (acrylic resin) and DOP (dioctyl phthalate) were prepared as a binder component and a plasticizer component during sheet molding.
Next, the borosilicate glass powder and the alumina powder were weighed into an alumina pot so that the weight ratio was 50:50 and the total amount was 1 kg.
これに、前記アクリル樹脂を120gと、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせるのに必要な量の溶剤(IPA:トルエン)及び可塑剤(DOP)を、前記ポットに入れ、5時間混合することにより、セラミックスラリーを得た。 Into this pot, 120 g of the acrylic resin and an amount of a solvent (IPA: toluene) and a plasticizer (DOP) necessary for giving an appropriate slurry viscosity and sheet strength are placed in the pot and mixed for 5 hours. Thus, a ceramic slurry was obtained.
次に、図2(a)に示すように、得られたセラミックスラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚み0.25mmのセラミックグリーンシート11を得た。
<コート金粉末の作製工程>
金粉末としては、例えば平均粒径1μmの粉末を用意した。
Next, as shown in FIG. 2A, a ceramic green sheet 11 having a thickness of 0.25 mm was obtained by the doctor blade method using the obtained ceramic slurry.
<Process for producing coated gold powder>
As the gold powder, for example, a powder having an average particle diameter of 1 μm was prepared.
また、有機溶剤(トルエンやキシレン、その他のアルコールなど)に、添加成分として、コートする金属成分(ジルコニウム)を溶解(又は分散)させた。なお、有機溶剤100体積%に対して、金属成分を12体積%(外体積%)添加した。 Further, a metal component (zirconium) to be coated was dissolved (or dispersed) as an additive component in an organic solvent (toluene, xylene, other alcohols, etc.). In addition, 12 volume% (outside volume%) of the metal component was added to 100 volume% of the organic solvent.
次に、その溶解液(又は分散液)に、金粉末を添加し液中に分散させて懸濁させた。これにより、金粉末の表面に添加成分であるジルコウムを付着させた。なお、溶解液500mlに対して金粉末を50g添加した。 Next, gold powder was added to the solution (or dispersion) and dispersed and suspended in the solution. Thereby, the zirconium which is an additive component was made to adhere to the surface of gold powder. In addition, 50 g of gold powder was added to 500 ml of the solution.
その後、液成分を蒸発させて、金粉末の表面をジルコニウムで被覆した粉末(即ちコート金粉末)を得た。
なお、導電ペーストに対しては、他の方法で添加成分を添加してもよい。
Thereafter, the liquid component was evaporated to obtain a powder in which the surface of the gold powder was coated with zirconium (that is, coated gold powder).
In addition, you may add an additional component with respect to an electrically conductive paste by another method.
<導電ペーストの作製工程>
内部配線層5及び表面配線層7の導電層を構成する導電材料として、上述した表面をジルコニウムで被覆した金粉末(コート金粉末)を使用した。
<Process for producing conductive paste>
As the conductive material constituting the conductive layers of the internal wiring layer 5 and the surface wiring layer 7, the above-described gold powder (coated gold powder) whose surface was coated with zirconium was used.
導電ペーストのワニス成分は、エチルセルロース樹脂とブチルカルビトール溶剤とを使用した。そして、ワニス成分とコート金粉末とを、3本ロールミルにて混錬して、コート金粉末を含む導電ペースト(コート金導電ペースト)を得た。なお、ワニス成分15重量%に対して、コート金粉末は85重量%の割合で添加した。 As the varnish component of the conductive paste, an ethyl cellulose resin and a butyl carbitol solvent were used. Then, the varnish component and the coated gold powder were kneaded by a three-roll mill to obtain a conductive paste (coated gold conductive paste) containing the coated gold powder. The coated gold powder was added at a ratio of 85% by weight with respect to 15% by weight of the varnish component.
<セラミック基板の作製工程>
次に、図2(b)に示すように、前記セラミックグリーンシート11にビア9やキャビティ等となる開口部(貫通孔)13を加工した。その後、ビア9となる開口部13に、前記コート金導電ペーストを充填して、ビア導体15を形成した。
<Manufacturing process of ceramic substrate>
Next, as shown in FIG. 2B, openings (through holes) 13 serving as vias 9 and cavities were processed in the ceramic green sheet 11. Thereafter, the via conductor 15 was formed by filling the opening 13 serving as the via 9 with the coated gold conductive paste.
次に、図2(c)に示すように、前記コート金導電ペーストを用いて、セラミックグリーンシート11上は、内部配線層5や表面配線層7となる導電パターン17を形成した。
次に、前記(導電パターン17を形成した)セラミックグリーンシート11を複数積層して積層体19を形成するとともに、その積層体19の全体の厚みが0.65mmとなるように、適宜調整した。
Next, as shown in FIG. 2 (c), a conductive pattern 17 to be the internal wiring layer 5 and the surface wiring layer 7 was formed on the ceramic green sheet 11 using the coated gold conductive paste.
Next, a plurality of the ceramic green sheets 11 (formed with the conductive pattern 17) were laminated to form a laminate 19, and the thickness of the laminate 19 was adjusted as appropriate to 0.65 mm.
次に、積層体19を、250℃にて5時間加熱して、脱脂を行った。なお、この加熱の際には、2℃/minで昇温及び降温を行った。次に、脱脂後の積層体19を、1000℃にて1時間の焼成を行い、セラミック基板1を得た。 Next, the laminated body 19 was degreased by heating at 250 ° C. for 5 hours. In this heating, the temperature was raised and lowered at 2 ° C./min. Next, the laminated body 19 after degreasing was fired at 1000 ° C. for 1 hour to obtain a ceramic substrate 1.
[1−3.実験例1]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例1について説明する。
この実験例1は、下記表1に示す4種のセラミック基板の試料(No.1〜4)に関して、それぞれの試料を製造する際に用いる導電ペーストを違えて、ペースト粘度、印刷状態、基板反り、導体剥がれ(欠陥)を調べたものである。
[1-3. Experimental Example 1]
Next, Experimental Example 1 performed for confirming the effect of the present invention will be described.
In this experimental example 1, regarding the four types of ceramic substrate samples (Nos. 1 to 4) shown in Table 1 below, the paste used in manufacturing each sample was different, the paste viscosity, the printing state, the substrate warp. The conductor peeling (defect) was examined.
なお、試料No.1〜3は(本発明の範囲外の)比較例であり、試料No.4は本発明例である。
以下に、各試料の内容を説明する。
Sample Nos. 1 to 3 are comparative examples (outside the scope of the present invention), and sample No. 4 is an example of the present invention.
The contents of each sample will be described below.
比較例の試料No.1(添加無し)は、金粉末のみを添加した導電ペースト(金導電ペースト)を用いたものである。なお、金粉末を用いる以外は、前記実施形態と同様な製造方法で、試料のセラミック基板を作製した。 Sample No. 1 (no addition) of the comparative example uses a conductive paste (gold conductive paste) to which only gold powder is added. A sample ceramic substrate was produced by the same production method as in the above embodiment except that gold powder was used.
比較例の試料No.2(粉末)は、前記金導電ペーストに、ジルコニウム(Zr)を粉末状態で添加した導電ペーストを用いたものである。ここでは、金導電ペースト100体積%に対して、ジルコニウム粉末を2.5体積%添加した。なお、その他は、前記実施形態と同様にて、試料のセラミック基板を作製した。 Sample No. 2 (powder) of the comparative example uses a conductive paste obtained by adding zirconium (Zr) in a powder state to the gold conductive paste. Here, 2.5% by volume of zirconium powder was added to 100% by volume of the gold conductive paste. Other than that, a sample ceramic substrate was fabricated in the same manner as in the above embodiment.
比較例の試料No.3(レジネート)は、前記金導電ペーストに、有機溶剤に金属(Zr)を溶解させた有機金属化合物(レジネート)を添加した導電ペーストを用いたものである。ここでは、金導電ペースト100重量%に対して、Zrレジネートとして2.0重量%添加した。なお、その他は、前記実施形態と同様にして、試料のセラミック基板を作製した。 Sample No. 3 (resinate) of the comparative example uses a conductive paste in which an organometallic compound (resinate) obtained by dissolving a metal (Zr) in an organic solvent is added to the gold conductive paste. Here, 2.0% by weight of Zr resinate was added to 100% by weight of the gold conductive paste. In the other respects, a sample ceramic substrate was produced in the same manner as in the above embodiment.
本発明例の試料No.4(コート)は、前記実施形態と同様な導電ペースト(コート金導電ペースト)を用い、前記実施形態と同様にして、試料のセラミック基板の試料を作製したものである。 Sample No. 4 (coat) of the example of the present invention is a sample of a ceramic substrate as a sample, using the same conductive paste (coated gold conductive paste) as in the above embodiment, in the same manner as in the above embodiment. .
そして、上述した各試料の導電ペーストを用いてセラミック基板を製造する際に、下記の方法で、ペースト粘度、印刷状態、基板反り、導体剥がれを測定した。その結果を、下記表1に記す。 And when manufacturing a ceramic substrate using the electrically conductive paste of each sample mentioned above, paste viscosity, a printing state, substrate curvature, and conductor peeling were measured by the following method. The results are shown in Table 1 below.
<ペースト粘度測定>
下記ローター回転粘度計を使用して、温度25℃、(ローターの)回転数10rpmにて、各試料の導電ペーストの粘度(ペースト粘度)を測定した。なお、ペースト粘度の単位は、[Pa・s]である。
<Paste viscosity measurement>
Using the following rotor rotational viscometer, the viscosity (paste viscosity) of the conductive paste of each sample was measured at a temperature of 25 ° C. and a rotational speed of 10 rpm (of the rotor). The unit of paste viscosity is [Pa · s].
ローター回転粘度計:ブルックフィールド製LVDVE ローター記号:S14
<印刷状態評価>
各試料の導電パターンの印刷性(ニジミ、カスレ、塗膜形状等)を調べた。具体的には、顕微鏡で、導電パターンのエッジ部のニジミやカスレを観察し、下記の表面粗さ輪郭形状測定機で膜厚を測定し、寸法測定機で配線幅を測定した。
Rotor rotational viscometer: Brookfield LVDVE rotor symbol: S14
<Print status evaluation>
The printability (blurring, blurring, coating film shape, etc.) of the conductive pattern of each sample was examined. Specifically, the microscope pattern was observed for blurring and blurring at the edges of the conductive pattern, the film thickness was measured with the following surface roughness profile measuring instrument, and the wiring width was measured with a dimension measuring instrument.
膜形状測定機:東京精密製、表面粗さ輪郭形状測定機 SURFCOM 1400D
寸法測定機:Nicon製 NEXIV VMR−6555
<基板反り>
焼成後の基板反りを、下記のレーザー反り測定機により測定した。基板反りについては、各試料No.1〜4についてそれぞれ4個の試料を測定し、その平均値を求めた。なお、基板反りの単位は、縦50mm×横50mmの平面サイズ(即ち50mm□)における反りの大きさ[μm]を示すものである。
Membrane shape measuring machine: manufactured by Tokyo Seimitsu, surface roughness contour shape measuring machine SURFCOM 1400D
Dimension measuring machine: NEXIV VMR-6555 manufactured by Nikon
<Board warpage>
Substrate warpage after firing was measured by the following laser warpage measuring machine. For the substrate warpage, four samples were measured for each of the sample Nos. 1 to 4, and the average value was obtained. Note that the unit of substrate warpage indicates the size [μm] of warpage in a plane size of 50 mm long × 50 mm wide (that is, 50 mm □).
レーザー反り測定機:Anritsu レーザー反り測定機
<SEM観察>
焼成後のセラミック基板の表面、(厚み方向の)断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、導体(導電層)の焼結状態、導体の剥離等の欠陥を確認した。
Laser warpage measuring machine: Anritsu Laser warpage measuring machine <SEM observation>
The surface of the ceramic substrate after firing and the cross section (in the thickness direction) were observed with a scanning electron microscope (SEM), and defects such as the sintered state of the conductor (conductive layer) and peeling of the conductor were confirmed.
SEM装置:JEOL JSM−6330F SEM device: JEOL JSM-6330F
なお、表1において、印刷状態が「△」とは、導電パターンの膜厚が小さく(目標値の82%以下)、ニジミが発生したことを示している。また、印刷状態が「○」は、導電パターンの膜厚が厚く(目標値の90%以上)、ニジミが発生していないことを示している。 In Table 1, the printing state “Δ” indicates that the film thickness of the conductive pattern is small (82% or less of the target value), and blurring has occurred. Further, the print state “◯” indicates that the conductive pattern has a large film thickness (90% or more of the target value) and no blurring has occurred.
また、導体剥がれが「×」とは、(焼成後の)導電層に全体として剥離が発生したことを示している。導体剥がれが「△」とは、導電層の一部に剥離が発生したことを示している。導体剥がれが「○」とは、導電層に剥離が発生していないことを示している。 Moreover, the conductor peeling “x” indicates that peeling occurred as a whole in the conductive layer (after firing). The conductor peeling “Δ” indicates that peeling occurred in a part of the conductive layer. The conductor peeling “◯” indicates that no peeling occurred in the conductive layer.
この表1から明らかなように、本発明例である試料No.4は、ペースト粘度が高く、印刷状態が良好である。また、基板反りが小さく、導体剥がれもなく好適であった。
それに対して、比較例の試料No.1は、基板反りが大きく、導体剥がれもあるので、好ましくない。
As is apparent from Table 1, Sample No. 4 which is an example of the present invention has a high paste viscosity and a good printing state. Further, the substrate warp was small and the conductor was not peeled off.
On the other hand, Sample No. 1 of the comparative example is not preferable because the substrate warpage is large and the conductor is peeled off.
また、比較例の試料No.2は、基板反りがやや大きく、一部に導体剥がれがあるので、好ましくない。
さらに、比較例の試料No.3は、ペースト粘度が低く、印刷状態が悪いので、好ましくない。
Further, Sample No. 2 of the comparative example is not preferable because the substrate warpage is slightly large and the conductor is partially peeled off.
Furthermore, Sample No. 3 of the comparative example is not preferable because the paste viscosity is low and the printing state is poor.
[1−4.実験例2]
次に、焼成収縮率を調べた実験例2について説明する。
本実験例2では、下記の3種の試料(試料No.5〜7)に対して、下記の熱機械分析装置(TMA)により、30℃〜1000℃までの寸法変動率(焼成収縮率)を測定した。
[1-4. Experimental Example 2]
Next, Experimental Example 2 in which the firing shrinkage rate was examined will be described.
In this Experimental Example 2, the following three types of samples (sample Nos. 5 to 7) were subjected to a dimensional variation rate (firing shrinkage rate) of 30 ° C. to 1000 ° C. by the following thermomechanical analyzer (TMA). Was measured.
熱機械分析装置:Rigaku TMA8310
試料No.5:前記実施形態のセラミックスラリーを用いたパターン(A)
試料No.6:前記試料No.1の金導電ペーストを用いたパターン(B)
試料No.7:前記試料No.4の前記実施形態の(Zrをコートした金粉末を含む)導電ペーストを用いたパターン(C)
実験には、測定用の基台上に、各試料の材料を用いて、縦3mm×横20mm×厚み3mmの棒状のパターンを形成し、焼成を行った。そして、その焼成温度に伴って、各パターンが長手方向においてどの程度収縮したかを調べた。具体的には、最初の各パターンの長さに対する長さの変化の割合(焼成収縮率%)を調べた。その結果を、図3に示す。
Thermomechanical analyzer: Rigaku TMA8310
Sample No. 5: Pattern (A) using the ceramic slurry of the above embodiment
Sample No. 6: Pattern (B) using the gold conductive paste of Sample No. 1
Sample No. 7: Pattern (C) using the conductive paste (including Zr-coated gold powder) of the above embodiment of Sample No. 4
In the experiment, a rod-shaped pattern of 3 mm in length, 20 mm in width, and 3 mm in thickness was formed on the measurement base using the material of each sample and fired. Then, it was examined how much each pattern contracted in the longitudinal direction with the firing temperature. Specifically, the ratio of change in length with respect to the length of each initial pattern (firing shrinkage percentage%) was examined. The result is shown in FIG.
図3から明らかなように、本発明例の試料No.7のパターンCは、セラミック基板に対応するセラミックのパターンAと焼成収縮の開始タイミング(従って焼成収縮挙動)が近く、焼成の際に欠陥等が生じにくいことが分かる。 As apparent from FIG. 3, the pattern C of sample No. 7 of the example of the present invention is close to the ceramic pattern A corresponding to the ceramic substrate and the firing shrinkage start timing (hence, the firing shrinkage behavior), and defects are caused during firing. It turns out that it is hard to produce etc.
それに対して、比較例の試料No.6のパターンCは、セラミックのパターンAと焼成収縮の開始タイミング、従って焼成収縮挙動が大きく異なっているので、焼成の際に欠陥等が生じ易いことが分かる。 On the other hand, the pattern C of the sample No. 6 of the comparative example is greatly different from the ceramic pattern A in the firing shrinkage start timing, and hence the firing shrinkage behavior, and thus it is understood that defects and the like are likely to occur during firing. .
[1−5.効果]
本実施形態では、セラミック基板1を製造する場合に、内部配線層5や表面配線層7のような導電層を形成する導電ペーストとして、金からなる粒子の表面がジルコニウムからなる被覆層で被覆された粉末(即ちコート金粉末)が添加された導電ペーストを用いるので、下記のような効果を奏する。
[1-5. effect]
In this embodiment, when the ceramic substrate 1 is manufactured, as a conductive paste for forming a conductive layer such as the internal wiring layer 5 and the surface wiring layer 7, the surface of the particles made of gold is coated with a coating layer made of zirconium. Since the conductive paste to which the powder (that is, coated gold powder) is added is used, the following effects are obtained.
詳しくは、本実施形態では、コート金粉末は、金からなる粒子の表面がジルコニウムからなる被覆層で被覆されているので、このコート金粉末を含む導電ペーストを焼成する場合には、コート無しの金の粉末を含む導電ペーストを用いた場合に比べて、焼成開始温度を遅延させることができる。 Specifically, in the present embodiment, since the surface of the gold particle is coated with a coating layer made of zirconium, the coated gold powder has no coating when the conductive paste containing the coated gold powder is fired. Compared with the case where a conductive paste containing gold powder is used, the firing start temperature can be delayed.
これによって、セラミックグリーンシート11と導電ペーストからなる導電パターン17との焼成開始温度を、従来に比べて近づけることができるので、即ち焼成収縮挙動を揃えることができるので、セラミック基板1の欠陥、例えば、基板反り、導電層の剥がれ、ボイド等の欠陥の発生を抑制することができる。 As a result, the firing start temperature of the ceramic green sheet 11 and the conductive pattern 17 made of the conductive paste can be made closer than before, that is, the firing shrinkage behavior can be made uniform. Further, generation of defects such as substrate warpage, peeling of the conductive layer, and voids can be suppressed.
また、本実施形態では、コート金粉末を、導電ペーストに用いることにより、導電材料をレジネートの形態で添加した場合の問題や、被覆材料を粉末の形態で添加した場合の問題を回避することができる。 Further, in this embodiment, by using the coated gold powder for the conductive paste, it is possible to avoid problems when the conductive material is added in the form of resinate and problems when the coating material is added in the form of powder. it can.
つまり、レジネートとするための溶剤成分を添加する必要がないので、導電ペーストの設計の自由度が高く、しかも、導電ペーストの粘度低下の発生を防ぐことができるので、印刷性の悪化等を抑制することができる。また、金粉末とは別に粉末の被覆材料を添加しないので、導電層にうねりが発生し難く、よって導体剥離が生じ難い。 In other words, since there is no need to add a solvent component to make a resinate, there is a high degree of freedom in designing the conductive paste, and it is possible to prevent a decrease in the viscosity of the conductive paste, thereby suppressing deterioration in printability and the like. can do. Further, since a powder coating material is not added separately from the gold powder, undulations are unlikely to occur in the conductive layer, and therefore conductor peeling is difficult to occur.
[1−6.特許請求の範囲との対応関係]
ここで、特許請求の範囲と実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
実施形態の、セラミック基板1、内部配線層5及び表面配線層7、セラミックグリーンシート11、導電パターン17、積層体19が、それぞれ、本発明の、セラミック基板、導電層、セラミックグリーンシート、導電パターン、積層体19の一例に相当する。
[1-6. Correspondence with Claims]
Here, the correspondence of the words in the claims and the embodiment will be described.
The ceramic substrate 1, the internal wiring layer 5 and the surface wiring layer 7, the ceramic green sheet 11, the conductive pattern 17, and the laminate 19 of the embodiment are respectively the ceramic substrate, the conductive layer, the ceramic green sheet, and the conductive pattern of the present invention. This corresponds to an example of the laminated body 19.
[2.その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
[2. Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects.
(1)例えば、前記実施形態では、内部配線層と表面配線層とを備えた多層セラミック基板を例に挙げたが、内部配線層又は表面配線層のどちらか一方を備えた多層セラミック基板であってもよい。 (1) For example, in the above-described embodiment, the multilayer ceramic substrate provided with the internal wiring layer and the surface wiring layer is taken as an example, but the multilayer ceramic substrate provided with either the internal wiring layer or the surface wiring layer is used. May be.
(2)また、前記実施形態では、多層セラミック基板を例に挙げたが、1層のセラミック層からなるセラミック基板であってもよい。
(3)セラミック基板の組成については、前記実施形態の組成に限定されることなく、各種の組成のセラミック基板を採用できる。
(2) In the above-described embodiment, the multilayer ceramic substrate is taken as an example, but a ceramic substrate made of one ceramic layer may be used.
(3) About the composition of a ceramic substrate, it is not limited to the composition of the said embodiment, The ceramic substrate of various compositions is employable.
(4)なお、上述した実施形態の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。 (4) It should be noted that the constituent elements of the above-described embodiments can be appropriately combined.
1…セラミック基板
5…内部配線層
7…表面配線層
11…セラミックグリーンシート
17…導電パターン
19…積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic substrate 5 ... Internal wiring layer 7 ... Surface wiring layer 11 ... Ceramic green sheet 17 ... Conductive pattern 19 ... Laminate
Claims (6)
前記導電ペーストとして、金からなる粒子の表面をジルコニウムで被覆した粉末を含む導電ペーストを用いることを特徴とするセラミック基板の製造方法。 In the method of manufacturing a ceramic substrate, a conductive pattern is formed on the surface of the ceramic green sheet using a conductive paste, and the ceramic green sheet and the conductive pattern are simultaneously fired to manufacture a ceramic substrate having a conductive layer.
A method for producing a ceramic substrate, comprising using as the conductive paste a conductive paste containing a powder in which the surface of gold particles is coated with zirconium.
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