(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板にバイアホールを形成するために用いられる導電ペーストであって、
粒径範囲が０．１〜５０μｍの球状または粒状の導電性金属粉末８０〜９４重量％と、
有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル５〜１９重量％と、
前記溶剤に膨潤する粒径範囲が０．１〜４０μｍの樹脂粉末１〜１０重量％と、
を含有し、
前記溶剤がテルピネオール系溶剤であり、前記樹脂粉末がウレタン樹脂であることを特徴とする、導電ペースト。
【請求項２】
セラミック基板にバイアホールを形成するために用いられる導電ペーストであって、
粒径範囲が０．１〜５０μｍの球状または粒状の導電性金属粉末８０〜９４重量％と、
有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル５〜１９重量％と、
前記溶剤に膨潤する粒径範囲が０．１〜４０μｍの樹脂粉末１〜１０重量％と、
を含有し、
前記溶剤がテルピネオール系溶剤であり、前記樹脂粉末がアクリル樹脂であることを特徴とする、導電ペースト。
【請求項３】
前記導電性金属粉末が銅であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の導電ペースト。
【請求項４】
セラミックグリーンシートにバイアホール用の穴を形成する工程と、
前記バイアホール用の穴に請求項１から請求項３のいずれかに記載の導電ペーストを充填する工程と、
前記バイアホール用の穴に前記導電ペーストが充填されたセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を所定の条件で焼成する工程と、
を備えていることを特徴とするセラミック基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電ペーストおよびセラミック基板に関し、詳しくは、セラミック基板にバイアホールを形成する際に用いられる導電ペーストおよびそれを用いて形成されるセラミック基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に、内部の電極や回路をバイアホールにより接続した多層のセラミック基板は、次のようにして製造されている。
即ち、まず、セラミックグリーンシートにドリルやパンチなどを用いてバイアホール用の穴を形成し、その穴に導電ペーストあるいは導電性金属粉末を充填する。次に、このセラミックグリーンシートの表面に、スクリーン印刷などの方法により導電ペーストを付与して電極や回路を形成する。その後、このセラミックグリーンシートを複数枚積層、圧着し、所定の基板サイズにカットして焼成する。このようにして、セラミックを焼結させるとともに、バイアホール用の穴に充填した導電ペーストあるいは導電性金属粉末を焼結させてセラミック基板内の導電回路を導通させ、多層のセラミック基板を得る。
【０００３】
そして、上記従来の製造方法において、バイアホール形成用の導電材料としては銅粉末が用いられている。これは、比抵抗が小さく、マイグレーションも発生しにくく、しかも安価であるからである。そして、この銅粉末をエチルセルロースなどを樹脂分として溶解させた有機ビヒクル中に混合、分散して導電ペーストとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセラミック基板の製造方法においては、焼成工程でセラミックグリーンシートとバイアホールに充填された金属とが同時に焼成される。しかしながら、バイアホールに導電ペーストを充填して焼成する場合、バイアホールへの導電ペーストの充填不足や充填過剰、あるいは導電ペーストとセラミックグリーンシートの焼成時の収縮量の差などから、バイアホール内の導体金属に亀裂が生じたり、あるいはセラミック割れを発生するという問題があった。そして、バイアホール内の導体金属の亀裂やセラミック割れなどは、バイアホールの導通不良や構造欠陥の要因となり、セラミック基板の信頼性を低下させる原因となっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決するものであり、焼成時に割れなどが発生しにくく、高い導通信頼性を実現することが可能な導電ペースト、およびそれを用いたセラミック基板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
また、はんだ付性、めっき付性に優れたバイアホールを形成することが可能な導電ペースト、およびそれを用いたセラミック基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の導電ペーストは、セラミック基板にバイアホールを形成するために用いられる導電ペーストであって、粒径範囲が０．１〜５０μｍの球状または粒状の導電性金属粉末８０〜９４重量％と、有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル５〜１９重量％と、前記溶剤に膨潤する粒径範囲が０．１〜４０μｍの樹脂粉末１〜１０重量％と、を含有し、前記溶剤がテルピネオール系溶剤であり、前記樹脂粉末がウレタン樹脂であることを特徴とする。
また、本発明の導電ペーストは、セラミック基板にバイアホールを形成するために用いられる導電ペーストであって、粒径範囲が０．１〜５０μｍの球状または粒状の導電性金属粉末８０〜９４重量％と、有機バインダーと溶剤とからなる有機ビヒクル５〜１９重量％と、前記溶剤に膨潤する粒径範囲が０．１〜４０μｍの樹脂粉末１〜１０重量％と、を含有し、前記溶剤がテルピネオール系溶剤であり、前記樹脂粉末がアクリル樹脂であることを特徴とする。
【０００８】
また、前記導電性金属粉末が銅であることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明のセラミック基板の製造方法は、セラミックグリーンシートにバイアホール用の穴を形成する工程と、前記バイアホール用の穴に前記導電ペーストを充填する工程と、前記バイアホール用の穴に前記導電ペーストが充填されたセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体を形成する工程と、前記積層体を所定の条件で焼成する工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
なお、本発明の導電ペーストにおいて、導電ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末とは、導電ペースト中の有機ビヒクルを構成する溶剤に対して膨潤性を示す樹脂粉末を意味する。
【００１３】
また、本発明において、バイアホールとは、内部電極や内部回路を接続するためのいわゆる狭義のバイアホールのみではなく、セラミック基板を貫通するように形成されるスルーホールをも含む広い概念である。
【００１４】
また、本発明の導電ペーストにおいて、球状または粒状の導電性金属粉末を用いるようにしたのは、球状または粒状の導電性金属粉末を用いた場合にはバイアホールの充填性が向上することによる。また、導電性金属粉末の粒径を０．１〜５０μｍの範囲としたのは、粒径が０．１μｍ未満になると導電ペーストの粘度が増大するとともに、導電性金属粉末として卑金属粉末を用いた場合には金属粉末の表面が酸化され、導通抵抗特性が劣化すること、また、粒径が５０μｍを超えるとスクリーン印刷法を用いるのに適さなくなることによる。また、導電性金属粉末の含有量を８０〜９４重量％としたのは、含有量が８０重量％未満になると充填密度が不十分になり、含有量が94重量％を超えると固形分量が多すぎてペースト化することが困難になることによる。
【００１５】
また、ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末の粒径を０．１〜４０μｍとしたのは、粒径が０．１μｍ未満になると導電ペーストの粘度が増大し、また、粒径が４０μｍを超えるとペースト中で膨潤した樹脂粉末がスクリーンに詰まり、スクリーン印刷法を用いるのに適さなくなることによる。また、ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末についても、充填性を向上させる見地からすれば、球状または粒状のものを用いることが好ましいが、偏平なフレーク状のものなどを用いることも可能である。さらに、ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末の含有量を１〜１０重量％としたのは、含有量が１重量％未満の場合、バイアホール内の導体金属に亀裂が発生し、１０重量％を超えるとバイアホール内部に空洞が多数発生して導通抵抗特性が劣化するとともに、はんだ付性、めっき付性が劣化することによる。
【００１６】
さらに、本発明の導電ペーストにおいては、有機ビヒクルとして、通常、厚膜形成用の導電ペーストに用いられる種々の有機ビヒクルを用いることが可能であり、セラミックグリーンシートに用いるバインダーとの組み合わせを考慮して適当な有機ビヒクルを選択して用いることが好ましい。なお、好ましい有機ビヒクルの例としては、エチルセルロース樹脂をテルピネオール系の溶剤に溶解したものなどを挙げることができる。
【００１７】
以上のように、ペースト中にペースト中の溶剤で膨潤する樹脂粉末を添加しておくことにより、バイアホールへの導電ペーストの充填性が向上するとともに、焼成時にはこの樹脂粉末が導電ペースト中の導電性金属の焼結を遅らせ、焼成後のバイアホール内の導体金属に亀裂が発生することを抑制することができる。また、膨潤した樹脂粉末は焼成の過程で分解して消失するためはんだ付性やめっき付性を劣化させることがなく、はんだ付性やめっき付性の良好なバイアホールを形成することが可能になる。さらに、膨潤する樹脂粉末を用いることで、膨潤しない樹脂粉末を添加した場合以上の効果が得られる。すなわち、膨潤するとは樹脂粉末の体積がペースト中で増大することであり、これにより充填性がさらに向上するとともに、焼成時の導電性金属の焼結を遅らせる効果もより大きくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
【００１９】
（実施例）
まず、セラミックグリーンシートを作製した。即ち、セラミック材料として、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系のガラス複合材料の粉末を準備し、この粉末にポリビニルブチラールなどの有機バインダーおよびトルエンなどの有機溶剤を加えて混練し、原料スラリーを調製した。そして、この原料スラリーをドクターブレード法によりシート状に成形し、セラミックグリーンシートを作製した。その後、このセラミックグリーンシートにパンチによりバイアホール用の穴を形成した。
【００２０】
次に、導電ペーストを作製した。即ち、導電性金属粉末として球状の銅粉末を準備し、導電ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末として、球状のウレタン樹脂粉末およびアクリル樹脂粉末を準備した。また、有機ビヒクルとしては、有機バインダーであるエチルセルロース樹脂をテルピネオール系溶剤に溶解したものを準備した。そして、これらの原料を配合し、３本ロールミルで混練することにより、表１に示す組成のバイアホール形成用の導電ペーストを作製した。また、比較例として、銅粉末と有機ビヒクルのみの導電ペーストも作製した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
次に、多層のセラミック基板を作製した。即ち、図１に示すように、セラミックグリーンシート１に形成したバイアホール用の穴２に、スクリーン印刷法を用いて導電ペースト３を充填し、乾燥させた後、同じくスクリーン印刷法により、図２に示すように、回路形成用の導電ペースト４をセラミックグリーンシート１上に印刷して回路５を形成した。
【００２３】
それから、図３に示すように、上記のようにして作製した所定の回路を有するセラミックグリーンシート１を複数枚積層し、圧着して積層体６を形成した。そして、得られた積層体６を所定の位置でカットし、窒素雰囲気中において１０００℃で１〜２時間焼成し、多層のセラミック基板を得た。なお、本実施例では、積層体を所定の箇所でカットしてから焼成したが、カットする工程を設けないようにすることも可能である。
【００２４】
その後、得られたセラミック基板を溶剤で脱脂し、導体表面の油分、酸化皮膜を除去し、Ｐｄ溶液による活性化処理を行った後、無電解Ｎｉめっきを行った。
【００２５】
次に、上記のようにして得られたセラミック基板を切断し、その切断面を実体顕微鏡で観察することにより、バイアホール内の導体金属の亀裂の有無およびセラミックの割れの有無を調べた。
【００２６】
また、得られたセラミック基板について、バイアホールの導体金属表面に形成されたＮｉめっき膜の表面をＳＥＭで観察することにより、めっき付性を比較するとともに、バイアホール内の導体金属表面にはんだ付けを行ってはんだ付性を調べた。以上の方法により得られた特性評価結果を表１に示す。
【００２７】
表１に示すように、銅粉末の含有量が本発明の範囲を超えた試料番号１０の場合、ペースト化することができなかった。また、銅粉末の含有量が本発明の範囲を下回る試料番号１１の場合、充填が不十分となりバイアホール内の導体金属に亀裂の発生が認められた。また、めっき付性、はんだ付性に関してもそれほど良好な結果が得られなかった。
【００２８】
また、膨潤する樹脂粉末に関してみると、膨潤する樹脂粉末の含有量が本発明の範囲を下回る試料番号１、２の場合、バイアホール内の導体金属に亀裂の発生が認められた。また、膨潤する樹脂粉末の含有量が本発明の範囲を超えた試料番号９の場合、バイアホール内の導体金属に空洞が認められ、かつ、めっき付性、はんだ付性が悪いという結果が得られた。
【００２９】
これに対して、銅粉末、膨潤する樹脂粉末および有機ビヒクルが本発明の範囲内にある試料（試料番号３〜８）の場合、バイアホール内の導体金属に亀裂が発生したりセラミックが割れたりせず、しかも、はんだ付性、めっき付性に優れたセラミック基板を得ることができた。これは、膨潤する樹脂粉末がバイアホールの充填性を向上させるとともに、焼成時に導体金属の収縮を遅らせて亀裂の発生を抑制し、かつ、焼成後には分解、焼失してはんだ付性およびめっき付性に悪影響を及ぼさないという機能を十分に発揮したことによるものである。
【００３０】
なお、上記実施例では、バイアホールを有するセラミック基板を製造する場合を例にとって説明したが、本発明の導電ペーストはセラミック基板にバイアホールを形成する場合のみではなく、セラミック板を貫通するスルーホールを形成する場合にも用いることが可能であり、その場合にも上記実施例の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、上記実施例では、導電性金属粉末として、銅粉末を用いた場合について説明したが、導電性金属粉末としては銅粉末に限らず、銀、パラジウム、白金、金などの貴金属やそれらの合金の粉末、あるいはニッケルなどの卑金属やその合金などの粉末を用いることが可能である。
【００３２】
また、本発明は、その他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、セラミック基板を構成するセラミックの種類、セラミックグリーンシートに用いられるバインダーの種類、導電ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末の種類、セラミック基板の構造などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の導電ペーストを用いれば、バイアホールへの導電ペーストの充填性を向上させることが可能になり、充填不良の発生を防止することができる。
【００３４】
また、導電ペースト中の溶剤に膨潤する樹脂粉末が、焼成時における導電性金属（導体金属）の収縮を遅らせるため、導電ペーストとセラミックグリーンシートの焼成収縮率の差に起因する、バイアホール内の導体金属の亀裂、セラミック割れなどの発生を抑制することができる。
【００３５】
また、導電性金属粉末として、比抵抗が小さくて、マイグレーションも発生しにくく、しかも安価である銅粉末を用いた場合には、経済性に優れ、かつ、導通信頼性の高いバイアホールを形成することが可能になる。
【００３６】
さらに、本発明のセラミック基板の製造方法は、上記本発明の導電ペーストを用いているため、はんだ付性、めっき付性に優れ、導通信頼性の高いバイアホールを有するセラミック基板を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において、セラミックグリーンシートのバイアホール用の穴に導電ペーストが充填された状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例において、セラミックグリーンシート上に回路が形成された状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例において、セラミックグリーンシートを複数枚積層し圧着して形成された積層体を示す断面図である。
【符号の説明】
１      セラミックグリーンシート
２      バイアホール用の穴
３      バイアホール形成用の導電ペースト
４      回路形成用の導電ペースト
５      回路
６      積層体
【図１】
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【図２】
0003539195.tif 000004
【図３】
0003539195.tif 000005