(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、得られた積層体を焼成することによって、ワイヤボンディング用の表面電極を有したセラミック多層基板を得る、セラミック多層基板の製造方法であって、
前記表面電極を形成するための前記導電性ペーストとして、銅粉末、セラミック粉末及び有機ビヒクルからなる導電性ペーストであって、前記セラミック粉末が、（ａ）酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種、（ｂ）平均粒径が０．１〜３．５μｍ、及び、（ｃ）前記銅粉末に対する添加量が１〜１５体積％、を満たしている導電性ペーストを用いることを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法。
【請求項２】
前記セラミックグリーンシートは、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系のガラス複合材料からなるセラミックグリーンシートであることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック多層基板の製造方法。
【請求項３】
セラミック多層基板の表面に設けられたワイヤボンディング用表面電極を形成するための導電性ペーストであって、
銅粉末、セラミック粉末及び有機ビヒクルを含み、かつ、前記セラミック粉末が、（ａ）酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種、（ｂ）平均粒径が０．１〜３．５μｍ、及び、（ｃ）前記銅粉末に対する添加量が１〜１５体積％、を満たしていることを特徴とする、ワイヤボンディング用表面電極を形成するための導電性ペースト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体粉末、セラミック粉末及び有機ビヒクルからなる導電性ペーストを用いてワイヤボンディング用の表面電極を有したセラミック多層基板を作製する、セラミック多層基板の製造方法、ならびに、ワイヤボンディング用表面電極を形成するための導電性ペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯端末機器やパーソナルコンピュータ等の電子機器の小型化に伴い、セラミックグリーンシートと導電性ペーストとを同時焼成して得られるセラミック多層基板においても、薄層化・高密度化等を目的として、小型化が進められている。
セラミック多層基板は、通常、ドクターブレード法等で形成したセラミックグリーンシートに、コンデンサ、コイルなどの内部電極、或いは、ＩＣ等の実装素子を搭載するための電極パッドやワイヤーボンディング用導体配線部などの表面電極となる導電性ペーストをスクリーン印刷し、さらに、得られたセラミックグリーンシートを複数枚積層、圧着した後、得られた積層体を同時焼成することによって形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、セラミックグリーンシートと導電性ペーストとを同時焼成する場合、特にセラミック層と表面電極との密着強度が弱いために、表面電極に実装部品接合のための半田付けを行う際に電極パターンの剥離等が発生することがあった。また、導体配線部の表面が平滑でないため、ワイヤーボンディングを行う際にボンディング付着不良が発生することがあった。
【０００４】
これに対し、セラミック層と電極パターンとの密着力を向上させるために、導電性ペースト中にガラス成分を添加する方法が提案されているが、ガラス成分の添加量によっては電極パターンの導電性が劣化する傾向にあり、また、これを表面電極に適用した場合には、半田付性、メッキ付性が悪くなるという問題があった。
なお、電極膜厚を３．５μｍ以下にすれば、表面粗さ４．０μｍ以下の平滑な表面形状が達成されることが分かっているが、電極パターンの薄膜化は電極の密着強度のさらなる劣化を招く傾向にある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するものであり、その目的は、セラミック層との密着性が高く、かつ、表面平滑性に優れた電極パターンを形成する導電性ペーストを提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、電極表面の平滑性を維持し、かつ、セラミック層と電極パターンとの密着性が向上して、電極剥離やボンディング付着不良等の構造欠陥が少なく、信頼性の高いセラミック多層基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、導電性ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを含む複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、得られた積層体を焼成することによって、ワイヤボンディング用の表面電極を有したセラミック多層基板を得る、セラミック多層基板の製造方法であって、
前記表面電極を形成するための前記導電性ペーストとして、銅粉末、セラミック粉末及び有機ビヒクルからなる導電性ペーストであって、前記セラミック粉末が、（ａ）酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種、（ｂ）平均粒径が０．１〜３．５μｍ、及び、（ｃ）前記銅粉末に対する添加量が１〜１５体積％、を満たしている導電性ペーストを用いることを特徴とする、セラミック多層基板の製造方法に係るものである。
【０００９】
また、本発明のセラミック多層基板の製造方法において、前記セラミックグリーンシートは、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系のガラス複合材料からなるセラミックグリーンシートであることを特徴とする。
【００１０】
本発明のセラミック多層基板の製造方法によれば、ワイヤボンディング用の表面電極を形成するための導電性ペーストに含まれる前記セラミック粉末は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び酸化ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種であって、平均粒径が０．１〜３．５μｍ、さらに前記導体粉末に対する添加量が１〜１５体積％であるので、例えばＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系のガラス複合材料からなるセラミックグリーンシート上に印刷し、これを積層、焼成すると、セラミック層との密着性が高く、かつ、表面平滑性に優れたワイヤボンディング用の表面電極パターンを形成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照に、本発明のセラミック多層基板の一例を説明する。
【００１３】
セラミック多層基板１３は、セラミック層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ及び４ｆを順次積層してなる。セラミック多層基板１３の内部には、内部電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…、印刷内蔵抵抗体３などが設けられており、各内部電極は、コンデンサやコイル、配線等を形成する。
【００１４】
また、セラミック多層基板１３の一方主面には、ＩＣベアチップ７やチップコンデンサ等のチップ部品９が設けられている。ＩＣベアチップ７は、ワイヤ８を介して導体配線部２ａに導通しており、チップ部品９は、電極パッド２ｂに半田付けされている。そして、導体配線部２ａや電極パッド２ｂ等の表面電極は、ビアホールを介して内部電極や他の表面実装部品と接続されている。さらに、セラミック多層基板１３の他方主面には、印刷表面抵抗体１０が設けられており、表面電極２ｃ及びビアホールを介して内部電極や他の表面実装部品と接続されている。
【００１５】
ここで、セラミック多層基板１３において、セラミック層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ及び４ｆに形成される内部電極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…、及び、表面電極２ａ、２ｂ、２ｃ…は、本発明の導電性ペーストをセラミックグリーンシート上に印刷し、これを複数枚積層したのち圧着し、得られた積層体を同時焼成してなるものである。
【００１６】
即ち、セラミック多層基板１３によれば、セラミック層４ａと表面電極２ａ、２ｂ…との密着強度や、セラミック層４ｆと表面電極２ｃ…との密着強度が大きいので、表面電極２ｂに素子接合のための半田付けを行う際に生じる電極剥離が抑制され、また、導体配線部２ａの表面平滑性が高いので、接続不良の少ないワイヤボンディングを行うことができる。なお、本発明の導電性ペースト中にはガラス成分が添加されていないので、導電性ペーストを焼成してなる電極パターンの導電性劣化が最小限に抑えられ、また、半田付性、メッキ付性も良好である。さらに、電極膜厚を３．５μｍ程度としても、表面平滑性と電極密着強度とをバランス良く両立させることができる。
【００１７】
なお、本発明のセラミック多層基板は、ハイブリッドＩＣ用の配線基板やＩＣパッケージ等のセラミック多層基板に限定されるものではなく、チップ多層ディレイライン、チップ多層ＬＣフィルタ、積層コンデンサ等の各種チップ部品も含む概念であり、即ち、コンデンサ用電極、コイル用電極、ストリップライン等の各種電極パターンの他、ビアホールの形成などにも本発明の導電性ペーストを適用できる。
【００１８】
次に、図２及び図３を参照に、本発明の導電性ペーストにおけるセラミック粉末の平均粒径、添加量の限定理由を説明する。
【００１９】
まず、図２に示すように、アルミナの平均粒径が０．１〜３．５μｍの範囲内にあると、電極とセラミック層との密着強度（電極密着強度）が大きく、また、表面粗さが小さく表面平滑性に優れていることが分かる。なお、電極密着強度や表面平滑性が更に向上し、かつ、それらのバランスが優れることから、アルミナの平均粒径は１〜２．５μｍが望ましい。
【００２０】
これに対して、平均粒径が０．１μｍ未満であると、電極密着強度は向上するものの表面粗さが大きくなり、表面平滑性が失われて半田付け性やメッキ付け性が乏しくなる。また、平均粒径が小さいので凝集し易くなりペースト化しにくくなる。他方、平均粒径が３．５μｍを超えると、表面粗さは小さくなるものの、電極密着強度が失われ、電極とセラミック層とが剥離し易くなる。
【００２１】
次に、図３に示すように、銅粉末に対するアルミナの添加量が１〜１５体積％の範囲内にあると、電極密着強度が大きいと同時に、表面粗さが小さく表面平滑性に優れていることが分かる。なお、電極密着強度や表面平滑性が更に向上すると同時に、それらのバランスが優れ、さらに、高い導電性を保つことから、アルミナの添加量は１〜１０体積％が望ましく、表面粗さが非常に小さく表面平滑性が極めて高いことから、アルミナの添加量は１〜５体積％がさらに望ましい。
【００２２】
これに対して、添加量が１重量％未満であると、電極密着強度が小さいと同時に表面粗さも大きくなる。他方、添加量が１５体積％を超えると、電極密着強度は向上するものの、表面粗さが小さくなり、表面平滑性が失われるために半田付け性やメッキ付け性が乏しくなると同時に導電性が低下する。
【００２３】
なお、図２及び図３には、セラミック粉末が酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）である場合を示したが、セラミック粉末が酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2）、酸化ホウ素（ＢａＯ）である場合も同様に、平均粒径が０．１〜３．５μｍであって、導体粉末に対する添加量が１〜１５体積％であれば、上述したのとほぼ同等の効果が得られる。
【００２４】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
【００２５】
例えば、導体粉末は、銅に限定されるものではなく、銀、金等の比抵抗の小さな低融点金属を使用することも可能である。また、セラミック層の積層数は図１に示した数に限定されるものではなく、２層以上の多層であればよい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例についてさらに詳細に説明する。
【００２７】
まず、セラミックグリーンシート用材料として、ＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系のガラス複合材料粉末を準備し、この粉末にポリビニルブチラールなどの有機バインダ、及び、トルエンなどの有機溶剤を加えて混練し、セラミックグリーンシート用の原料スラリーを調製した。次いで、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。
【００２８】
一方、平均粒径０．５μｍのＣｕ粉末に市販の平均粒径０．１〜５．０μｍのセラミック粉末（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2又はＢａＯ）を添加し、Ｃｕ粉末とセラミック粉末とからなる固形分を７０重量％として、さらに、エチルセルロース系樹脂をテルピネオール系溶剤に溶解した有機ビヒクルを３０重量％添加し、これを３本ロールミルで混練して導電性ペーストとしてのＣｕペーストを作製した。
【００２９】
なお、セラミック粉末の種類、平均粒径、添加量は下記表１に示す。また、Ｃｕペーストの作製は、セラミック粉末と有機ビヒクル、Ｃｕ粉末と有機ビヒクルでそれぞれペーストを作製した後、最後に混ぜ合わせてもよいし、或いは、最初からＣｕ粉末、セラミック粉末及び有機ビヒクルを混ぜ合わせて混練してもよい。
【００３０】
そして、スクリーン印刷法により、先に作製したセラミックグリーンシート上に所定の電極パターンを形成した後、得られたセラミックグリーンシートを複数枚積層して圧着し、Ｎ2雰囲気中で９８０℃、２時間焼成して、セラミック多層基板を得た。
【００３１】
このようにして得られたセラミック多層基板の表面電極に無電解Ｎｉメッキ、Ａｕメッキを行い、表面粗さ（Ｒmax）を非接触レーザ式表面粗さ計で測定したところ、下記表１に示す結果が得られた。
【００３２】
また、表面に形成された２×２ｍｍ□の面積で無電解Ｎｉメッキ、Ａｕメッキ膜を形成したＣｕ電極に対して、リード線を垂直に半田付けし、このリード線を線軸方向に引っ張ったときのＣｕ電極が剥離するまでの最大値により、得られたセラミック多層基板の表面電極の密着強度（電極密着強度）を評価した。その結果を下記表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004038602.tif 000002
【００３４】
また、併せて、アルミナの平均粒径と電極密着強度、表面粗さ（Ｒmax）の関係を図２に示し、アルミナの添加量と電極密着強度、表面粗さの関係を図３に示した。なお、図２において、「●」は、アルミナ添加量１０体積％のときの電極密着強度を示し、「○」は、アルミナ添加量５体積％のときの電極密着強度を示す。また、「×」は、アルミナ添加量１０体積％のときの表面粗さを示し、「△」は、アルミナ添加量５体積％のときの表面粗さを示す。図３において、「●」は電極密着強度を示し、「×」は表面粗さを示す。
【００３５】
表１、図２及び図３から分かるように、例１〜３の導電性ペーストは、アルミナ等のセラミック粉末を含んでいないので、電極密着強度が小さく、表面粗さが大きい。また、例４の導電性ペーストは、アルミナの平均粒径が３．５μｍよりも大きいので、表面平滑性が優れているものの、電極密着強度が小さい。さらに、例７の導電性ペーストは、アルミナの添加量が１５体積％よりも多いので、優れた電極密着強度が得られているものの、表面粗さが大きく、表面平滑性が劣化してしまった。
【００３６】
これに対して、アルミナの平均粒径が０．１〜３．５μｍの範囲内にあり、かつ、アルミナの添加量が１〜１５体積％の範囲内にある例５、例６、例８〜例１３は、電極密着強度が大きいと同時に、表面粗さが小さく表面平滑性に優れていることが分かる。また、例１４及び例１５から分かるように、Ａｌ2Ｏ3の他、ＳｉＯ2、ＢａＯでも平均粒径が０．１〜３．５μｍの範囲内にあり、かつ、添加量が１〜１５体積％の範囲内にある場合は、電極密着強度が大きいと同時に、表面粗さが小さく表面平滑性に優れていることが分かる。
【００３７】
即ち、本実施例による例５、例６、例８〜例１５の導電性ペーストによれば、電極膜厚が３．５μｍ程度と薄くても、セラミック層と表面電極の密着強度を向上させることができると同時に、表面電極の平滑性を維持でき、半田付け性、メッキ付け性等に優れる。また、表面電極及び内部電極はガラス粉末等を含まないので、導電性の劣化が少ない。
【００３８】
なお、表記しないが、導電性ペースト中にＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2及びＢａＯ以外のセラミック粉末（例えば、ＣａＯ、Ｂ2Ｏ3）を含む場合、電極密着強度が低くなり、かつ、表面平滑性が損なわれる傾向にあるので、本実施例のように、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2及びＢａＯのうち少なくとも１種のみ（好ましくはいずれか１種）を用いることが好適である。
【００３９】
本発明のセラミック多層基板の製造方法及び導電性ペーストによれば、上述した特定の導電性ペーストを用いてワイヤボンディング用の表面電極を形成しているので、特にＢａＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系のガラス複合材料からなるセラミックグリーンシート上に印刷し、得られたセラミックグリーンシートを積層、焼成する場合、セラミック層との密着性が高く、かつ、表面平滑性に優れたワイヤボンディング用の表面電極パターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック多層基板の一例の概略断面図である。
【図２】アルミナの平均粒径による電極密着強度及び表面粗さの変化を示すグラフである。
【図３】アルミナの添加量による電極密着強度及び表面粗さの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…内部電極、
２ａ、２ｂ、２ｃ…表面電極、
３…印刷内蔵抵抗体、
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ…セラミック層、
７…ＩＣベアチップ、
８…ワイヤ、
９…チップ部品、
１０…印刷表面抵抗体、
１３…セラミック多層基板
【図１】
0004038602.tif 000003
【図２】
0004038602.tif 000004
【図３】
0004038602.tif 000005