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JPS59146103A - ドツテイングペ−スト - Google Patents

ドツテイングペ−スト

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Publication number
JPS59146103A
JPS59146103A JP58018914A JP1891483A JPS59146103A JP S59146103 A JPS59146103 A JP S59146103A JP 58018914 A JP58018914 A JP 58018914A JP 1891483 A JP1891483 A JP 1891483A JP S59146103 A JPS59146103 A JP S59146103A
Authority
JP
Japan
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powder
fine
silver
copper
paste
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP58018914A
Other languages
English (en)
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JPS6254206B2 (ja
Inventor
孝志 荘司
落合　健治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP58018914A priority Critical patent/JPS59146103A/ja
Priority to US06/638,936 priority patent/US4552691A/en
Publication of JPS59146103A publication Critical patent/JPS59146103A/ja
Publication of JPS6254206B2 publication Critical patent/JPS6254206B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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】 本発明はザーデイツブ基板用ペースト、特にドラディン
グペーストに関するものである。
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、一方ハイブリツ）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、耐衝撃性にすぐれた大規模
ハイプリツ）ＩＣ化の傾向が強い。最近のハイブリット
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トＩＣはセラミック基板」ニイツブ
ＩＣは通常Ａ、Ｚ２０３９６φ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ｆ４”ｙグ方法としてはＡｌ
ｌ系ペーストまたは゛１月刊、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、化学的にも寸っ
たく安定で、Ａｕ　ワイヤーとのボンダビリティがもつ
とも良く、Ｓｉとも容易に合金化し、基板との接着もき
わめて良好であるが、高価であるという難点がある。こ
の難点を解消するためＡＩＪ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糸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」〕されるため、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、た寸単にＣｕ　Ｗｌ、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、
均一なペースト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用のドツデ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を増し、
耐熱性、耐衝撃性にすぐれており、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。
本発明は銀（Ａｇ）と銅（Ｃｕ　）の複合微粉末を使用
することを特徴とする。第一の発明は銀微粉末と、銀と
銅との複合微粉末を含有し、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１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、および
銀とパラジウムとの複合微粉末を含有し、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。
本発明において銀微粉末は粒径１０μｍ以下のもの、好
ましくは平均粒径（Ｄ５゜）が０５〜５μｍ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。銀微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、銀と銅の粉末全ホ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
Ｃ旬、含有量の複合粉末を任意に選沢使用できる利点を
有する。　銀と銅との複合粉末のｉ子径は１０μｍ以下
、好ましくは平均粒子径（Ｄ、。）が０．５〜５μｍの
ものが良い。銀と銅との複合粉米中の銅の含翁Ｍ′は２
０〜７０係、好ましくは４０〜６０％カー適当である。
銅含有量が２０係以下では皮膜強度が充分でなく、７０
φを越えると複合粉末化の効果がなくなる。さらに比重
値カー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」−で望ましい。
導電ペースト中の金属粉体中に占める銅含有率は０１〜
１０％、好ましくは２〜５係である。銅含有率が０１係
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係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チとする
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。
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。本発明で使用するビヒクルは通常
使用されているテレピネオール、ブチルカルピトール、
エチルセルロ−ス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。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、
４０〜４　５　０　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６０〜９０％で
、かつ金属微粉末中の銅の含有量が０１〜１０チであり
、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」−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６０〜９０係で、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係であり、残部がビヒクルからなる導電ペー
ストである。
」二部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
ボンディング性、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／’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チが適する。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１０μｍ以下、平均粒子径（Ｄ，、
）　　は５μｍ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係、好ましくは０
５〜３．０係である。白金含有量か０。
２チ以下では添加効果が認められず、１０％以−にでは
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、銀と白金と
の複合微粉末とを含み、これらの金属微粉末粒子の合計
が６０〜９０チで、かつ金属微粉末中の銅の含有量が０
．１〜１０チであり、パラジウムの含有量が０．２〜３
０係であり、残部がビヒクルからなる導電ぺ〜ストであ
る。」二部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。本発明ではバラジウノ＼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、発明に至ったものである。
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、メッキ粉末カー利川できる。　複合
粉末中のパラジウムの含有率は１０〜４０係、好ましく
け２０〜３０係のものが使い易い。複合粉末の粒子径は
１０μｍ以下、平均粒子径（Ｄ５゜）は５μｍ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チ、好ましくは０５〜１０係である。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条以１；添加しても著しい特性向トは期待できなく
なるからである。
次に実施例をあげて本発明を説明する。
実施例　１ 表１に示す金属粉末を使用しビヒクルどしてテルピネオ
ール、ブチルカルピトール、エチルセルロースを使用し
て三本ロールミルで混練してペーストを作った。銀粉は
市販の還元粉を使用し、純度は９９．９％、粒度け１〜
４μｍであった。銀と銅との複合粉末としては銅２０係
を含む無電解メツギ粉、および銀粉５０％と銅粉５０チ
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１０μｍ以下に分級した
ものを使用した。
ビヒクル成分はテルピネオールとブチルカルビールを１
：１に混合し、その溶剤に対して１，２係のエチルセル
ロースを添加したものを用いた。その時の粘度はＢｒｏ
ｏｋｆｉｅｌｄ粘度計）（ｒｌＴ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。
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
本ロールミルを使用して充分混練し、ペーストを得た。
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１００　ｃｐｓ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（９６％Ａ／２０．、寸法３１
．７Ｘ１３Ｘ２ｍｍ）を使用し、キャビティーの寸法は
６．２５　Ｘ　６．２５　Ｘ　０．１８胴であった。
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−Ｉ；に２Ｘ２Ｘ０．１ｍのシリコン
チップをドラディングにより装着した。
ドラディング装置は岩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、１２０℃で
２０分間乾燥し、さらにワトキンス・ジョンソン社製４
ＭＣ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℃１
０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２．５　Ｘ　２．　Ｓ　ｒｔｒｍ口×２５μｍ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につき接
着強度試験および耐熱テストを実施した。
これらの結果を表１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、表１中Ｏ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。
表１中○印は２０個全部のテストピースがダイ破壊を示
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。×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。
耐熱テスト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ＭＴ。
ＬＬ−８ＴＤ　８８３Ｂ　　１０１０・２に基づきＣ０
ＮＤＩＴＩＯＮ　Ｃでおこなった。熱衝撃テストは同じ
＜ＭＩＬＬ−８ＴＤ　　８８３Ｂ　　１０１１・２゜Ｃ
Ｏ’ＮＤＴ　Ｉ　ＯＮ　Ｃでおこなった。
なお、比較のためガラスフリットを使用した導電ペース
トと銅粉末を単純混合した導電ペーストを使用して、前
記と全く同様な試験をした結果も表１に合わせて示した
。
表１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
がきオつめて滑らかであり、シリコンチップとアルミナ
基板との接着力が強固であり、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。
実施例　２ 実施例１で使用したものと同様の銀微粉末と、メカニカ
ルアロイ法による銀と銅との複合微粉末とビヒクルとを
使用し、白金を添加した導電ペーストを実施例１と同様
の方法で調整し、接着テストを実施した。白金は市販の
０．５〜０．８μｍの微粉末、および銀と白金の割合が
８５：１５の共沈粉末を５μｍ以下に分級して使用した
。金属微粉末の配合条件は表２に示すとおりである。導
電ペーストの使用テスト条件も実施例１ど全く同様であ
る。これらのテスト結果を表２に併記して示す。
複合粉末を使用した導電ペーストは皮膜の焼き」二かり
状態が良く、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。
さらに、太さ３０μｍのアルミニウム線を使用しキャビ
ティ一部へワイヤーのボンディングテストをおこない、
高温雰囲気にさらした後の抵抗変化を測定した。測定は
３００℃で９時間大気中に放置した後の抵抗値を放置前
の抵抗値と比較した。
その結果、高温にさらす以前は抵抗値が２０５ｍΩであ
ったものが、高温雰囲気にさらした後は２１０ｍΩとな
っていた。この抵抗変化は従来品が２４０７１Ωのもの
が１０５０７ｎΩになるのと比較すると著しく小さく、
本発明品が熱的に非常に安定していることを示している
。
また、本発明品の抵抗値は非常に低く、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。
実施例　３ 実施例１で使用したものと同様の銀微粉末と、メカニカ
ルアロイ法による銀と銅との複合微粉末とビヒクルとを
使用し、パラジウム添加した導電ペーストを実施例１と
同様の方法で調整し、接着テストを実施した。パラジウ
ムは市販の粒度０．８〜１．８μｍ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５μｍ
以下に分級したものを使用した。金属微粉末の配合条件
は表３に示すとおりである。導電ペーストの使用テスト
条件も実施例１と全く同様である。これらのテスト結果
を表３に併記して示す。
表３から明らかなようにパラジウム粉末を単純混合して
調整ペーストは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複合粉末を使
用した場合は、これらの欠点が解消される。
また、このペーストを使用した皮膜を温度６０℃、湿度
９５チの大気中に１００時間放置したが、銀のマイグレ
ーションの兆候は観察できなかった。
さらに実施例２と同様に３０μｍのアルミニウム線を使
用してボンディングテストをおこない、高温雰囲気にさ
らして抵抗変化を測定した。測定条件も実施例２と同様
である。
測定の結果　２４５ｍΩであった抵抗値は２７０ｍΩに
変化していたが、従来のものに比較して、かなり熱的に
安定であると言える。
１Ｎ開昭５９−゛ロ６１０３（７）

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係であり、かつ金属微粉末
    中の銅の含有量が０１〜１０チであり、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を含み、これら金属微粉
    末の合計が６０〜９０係であり、かつ金属微粉末中の銅
    の含有量が０１〜１０チで白金の含有量が０２〜１０％
    であり、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を含み、これら金属微粉末の合計が
    ６０〜９０矢であり、かつ金属微粉末中の銅の含有量が
    ０．１〜１０１％でパラジウムの含有量が０．２〜３０
    ％であり、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。
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