銅導體糊劑、銅導體填充通孔的襯底的製造方法、電路襯底、電子部件、半導體封裝的製作方法

2023-06-12 02:51:36 1

專利名稱：銅導體糊劑、銅導體填充通孔的襯底的製造方法、電路襯底、電子部件、半導體封裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及為了使形成於襯底上的多層配線電路導通而填充到通孔中並進行煅 燒而使用的銅導體糊劑、及將該銅導體糊劑填充到通孔中後進行高溫煅燒的銅導體填充通 孔的襯底的製造方法，還涉及銅導體填充通孔的襯底、電路襯底、電子部件、半導體封裝。
背景技術：
為了高密度安裝電動/電子部件，使用表裡兩面配線等的多層電路襯底。在該多 層電路襯底中，形成於襯底上的多層導體電路的導通連接通過設置在襯底上的通孔來進 行。而且，特別是在使用陶瓷襯底等耐熱性襯底作為襯底的情況下，利用通孔連接導體電 路，一般是將導體糊劑填充到通孔中來進行。該高溫煅燒型的導體糊劑，例如是含有導電性金屬粉末、玻璃粉末、有機載體等而 配製的糊劑，將導體糊劑填充到形成於襯底上的通孔中後，將其高溫煅燒，由此可使填充在 通孔中的糊劑變成導體，從而進行導體電路的連接。但是，當將導體糊劑填充到通孔中並煅燒時，存在如下問題因煅燒時導電性金屬 粉末收縮，填充在通孔中的導體收縮，導體從通孔內脫落或在與導體電路之間發生導通不
良ο因此，在專利文獻1中，將膨脹劑添加在導體糊劑中，通過在將導體糊劑填充到通 孔中並進行煅燒時使膨脹劑膨脹，來防止填充在通孔中的導體收縮。但是，如上所述使導體糊劑含有膨脹劑時，存在可能會使填充在通孔中的導體的 導電性下降的問題。另外，膨脹劑是通過煅燒時被氧化而膨脹，需要在氧化氣氛中進行煅 燒，在銅導體糊劑那樣的易氧化金屬糊劑的情況下，因為導體金屬也被氧化而致使導電性 顯著下降，所以不能應用。另外，在專利文獻2中，通過將氧化釕粉末添加到導體糊劑中，可減少煅燒收縮。 但是，在銀導體糊劑的情況下，可以確認收縮減少的效果，而在銅導體糊劑的情況下，由專 利文獻2的圖3可看出，產生的煅燒收縮率為10 %以上，通過添加氧化釕粉末來減少銅導體 糊劑的煅燒收縮的效果小。專利文獻1 日本特開平9-46013號公報專利文獻2 日本特開平7-94840號公報

發明內容
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於，提供一種通孔填充用銅導體糊劑， 其填充到通孔中並煅燒時可減少收縮的產生，可以防止銅導體脫落或發生導通不良，另外， 其目的還在於提供一種銅導體填充通孔的襯底的製造方法，在將銅導體糊劑填充到通孔中 並煅燒時防止收縮的產生，可以防止銅導體脫落或發生導通不良，並且，其目的還在於提供 使用這種銅導體糊劑的銅導體填充通孔的襯底、電路襯底、電子部件、半導體封裝。
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本發明的通孔填充用銅導體糊劑是填充到耐熱性襯底的通孔中並在非氧化性氣 氛下煅燒的類型，其特徵在於，由煅燒引起的體積變化率為8%以下，且煅燒後的銅導體的 電阻率為10μ Ω · cm以下。根據本發明，銅導體糊劑煅燒時的體積變化率為8 %以下，即小至+8 % -8 %，將 銅導體糊劑填充到通孔中並煅燒時可減少收縮的產生，防止銅導體從通孔中脫落或通孔與 導體電路發生導通不良，另外，煅燒後的銅導體的電阻率小至10μ Ω 以下，具有良好的 導電特性。另外，本發明的通孔填充用銅導體糊劑，其特徵在於，至少含有銅粉末、玻璃粉末、 有機載體，銅粉末是由10 30質量％的粒徑小於1 μ m的粉末、和70 90質量％的粒徑 為1 50 μ m的粉末構成的混合粉末，而且振實密度為6. Og/cc以上，且銅導體糊劑中的有 機成分含量為8. 5質量％以下。作為這樣的銅粉末，是由10 30質量％的粒徑小於Iym的粉末、70 90質量％ 的粒徑為1 50 μ m的粉末構成的混合粉末，而且通過使用振實密度為6. Og/cc以上的粉 末，且使用銅導體糊劑中的有機成分含量為8. 5質量％以下的粉末，可以製作在保持良好 的填充性的同時銅粉的含量高的銅導體糊劑，可以煅燒成如上所述的低電阻率的銅導體。 另外，該銅導體糊劑可以大幅減少填充到通孔中後由溶劑乾燥及高溫煅燒引起的收縮，可 以使銅導體的體積變化率如上所述減小。另外，本發明的特徵在於，銅的上述混合粉末的平均比表面積為0. 3 0. 6m2/g。銅在空氣中等氧化性氣氛下加熱時發生氧化，但由具有這樣的平均比表面積的混 合銅粉構成的銅導體糊劑在空氣中加熱時，銅粉的表面被氧化，隨著銅成為氧化銅，體積適 當膨脹，可以彌補糊劑因除去溶劑而引起的體積收縮。另外，被表面氧化的銅粉在其後的非 活性氣氛下煅燒時被還原成金屬銅，在煅燒過程中，銅粉表面的氧化銅層阻礙銅粉的燒結 (使之延遲)，可以減少銅粉的燒結收縮。另外，本發明的特徵在於，相對於銅導體糊劑總量含有0. 5 10質量％的氧化銅 粉。這樣，通過在銅導體糊劑中含有氧化銅粉作為銅的混合粉末的一部分，可以適當 抑制銅導體糊劑的燒結性，抑制煅燒時銅導體的收縮，減小體積變化。另外，本發明的銅導體糊劑填充通孔襯底的製造方法，其特徵在於，具有將上述 的銅導體糊劑填充到在耐熱性襯底上形成的通孔中的工序、在氧化性氣氛下對填充到通孔 中的銅導體糊劑進行加熱而使銅粉末部分氧化的工序、在非活性氣氛下在700°C以上的溫 度下對氧化處理過的銅導體糊劑進行煅燒的工序。根據此發明，在氧化性氣氛下對填充到通孔中的銅導體糊劑進行加熱而使銅粉末 的表面氧化，再在非活性氣氛下煅燒時，被表面氧化的銅粉末利用表面的氧化層抑制燒結 性，在沒有大幅收縮而還原成金屬銅的同時被燒結，可以如上所述減少將銅導體糊劑填充 到通孔中並煅燒時發生的收縮。需要說明的是，在本發明中，所謂使銅粉末部分氧化，是指 不使銅粉末的內部氧化，而使其整個表面氧化。另外，本發明的特徵在於，對填充到上述的通孔中的銅導體糊劑加熱來進行氧化 處理的工序是在溫度200 300°C的加熱條件下來實施。通過將加熱溫度設定在此範圍內，可以在填充到通孔中的銅導體糊劑的形狀不潰散的條件下使銅導體糊劑的銅粉末適當氧化。另外，本發明的特徵在於，上述耐熱性襯底為陶瓷製襯底。陶瓷製襯底的耐熱性優異，同時，因為在電路或電子部件的製造中廣為利用，所以 通過本發明的應用獲得很好的效果。另外，本發明的特徵在於，上述陶瓷製襯底為氮化鋁襯底。氮化鋁的機械特性、電特性、熱傳導性等優異，因此特別優選。而且，利用使用如上所述本發明的銅導體糊劑製作的銅導體填充通孔的襯底，可 以製作電路襯底、電子部件、半導體封裝。根據本發明，在氧化性氣氛下對填充到通孔中的銅導體糊劑進行加熱，使銅粉末 的表面氧化，再在非活性氣氛下煅燒時，在表面氧化的銅粉末沒有大幅收縮而還原成金屬 銅的同時被燒結，可以防止將銅導體糊劑填充到通孔中並煅燒時發生收縮，從而可以防止 銅導體從通孔中脫落或發生導通不良。本發明的銅導體糊劑，在氮氣氛下、900°C、60分鐘的條件下煅燒時，可以得到由煅 燒引起的體積變化率為8%以下、並且煅燒後的電阻率為10μ Ω · cm以下的銅導體。
具體實施例方式下面，對用於實施本發明的最佳方式進行說明。 本發明的銅導體糊劑是至少配合銅粉末、玻璃粉末、有機載體而配製的。而且，在本發明中，作為上述的銅粉末，使用包含10 30質量％的粒徑小於1 μ m 的粉末和70 90質量％ (合計100質量％ )的粒徑為1 50 μ m的粉末、且振實密度為 6. Og/cc以上的混合粉末，同時，使用的銅導體糊劑中的有機成分含量為8. 5質量％以下。 需要說明的是，在本發明中，粒徑是指中心粒徑。另外，在本發明中，作為該銅的混合粉末，使用平均比表面積為0. 3 0. 6m2/g的 粉末。在本發明中，玻璃粉末是為了提高對於襯底等的潤溼性並改善密合性等而配合 的，沒有特別限定，但優選軟化點為約400 750°C的範圍的粉末。對於玻璃的種類並沒有 特別限定，但優選硼矽酸類玻璃、硼矽酸鋅類玻璃、鉍類玻璃等不含鉛、鎘等有害物質的低 熔點玻璃。在通孔填充後的襯底需要進行鍍層處理的情況下，優選使用具有耐化學品性的 玻璃。玻璃粉末的粒徑及形狀沒有特別限定，但粒徑優選在0. 1 IOym的範圍內，為了將 由玻璃熔融引起的收縮抑制到最小限度，其粒徑更優選為0. 1 5 μ m、進一步優選為0. 1 3 μ m0另外，在本發明中，作為有機載體，可以使用將有機粘合劑溶解在有機溶劑中而成 的有機載體。作為有機粘合劑，沒有特別限定，可以使用在煅燒過程中容易使其燒失且灰分 少的有機化合物，例如聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸類；硝基纖維素、 乙基纖維素、醋酸纖維素、丁基纖維素等纖維素類；聚甲醛等聚醚類；聚丁二烯、聚異戊二 烯等聚乙烯基類等，這些有機粘合劑除了可以單獨使用1種以外，還可以混合使用2種以 上。作為有機溶劑，沒有特別限定，可以使用賦予銅導體糊劑適當的粘性且在將銅導 體糊劑塗布到襯底上後通過乾燥處理容易使其揮發的有機化合物，例如卡必醇、卡必醇乙酸酯、松油醇、間甲酚、二甲基咪唑、二甲基咪唑烷酮、二甲基甲醯胺、二丙酮醇、三乙二醇、 對二甲苯、乳酸乙酯、異佛爾酮等高沸點的有機溶劑。這些有機溶劑除了可以單獨使用1種 以夕卜，還可以混合使用2種以上。配合上述的銅粉末、玻璃粉末、有機載體、以及根據需要的氧化物等燒結抑制劑、 表面活性劑、抗氧化劑等，將這些材料混合，由此可以配製銅導體糊劑。各材料的混合比例 沒有特別限定，優選設定為相對於銅粉末100質量份，玻璃粉末為1 6質量份、有機粘合 劑為0.5 3質量份，有機溶劑為4 9質量份的範圍內。在此，在本發明的銅導體糊劑 中，以使由有機粘合劑、有機溶劑及其他有機添加劑構成的有機成分的含量在糊劑中所佔 的總量為8. 5質量％以下的方式進行設定。玻璃粉末可提高煅燒銅導體的緻密性，並且可改善銅導體和襯底間的密合力。當 玻璃粉末的配合量小於1質量份時，因為煅燒銅導體的緻密性下降，與襯底的粘接力也變 低，所以在煅燒後，銅導體可能會從通孔中脫落。另一方面，因為玻璃粉末在銅導體的高溫 煅燒中熔融收縮，所以，當其配合量為6質量份以上時，銅導體糊劑的煅燒收縮變大，有可 能無法得到目標的低收縮率。有機粘合劑具有賦予銅導體糊劑適度的粘性、即使在除去溶劑、乾燥後也使形狀 得以維持等作用。當有機粘合劑的配合量小於0. 5質量份時，銅導體糊劑的穩定性、印刷性 下降，難以進行良好的通孔填充。另一方面，當其超過3質量份時，銅導體糊劑的粘度變高， 可能會使對通孔的填充性下降。另外，因為銅導體糊劑中的有機成分在乾燥或煅燒中全部被蒸發、分解，所以，如 果其量多，則可能會使銅導體糊劑的煅燒收縮變大。為了實現本發明的低收縮率，銅導體糊 劑中的有機成分的含量設定為8.5質量％以下。有機成分少的銅導體糊劑由其燒失除去引 起的收縮變小，但如果其量過少，則作為糊劑的流動性(填充性)下降，所以優選為6.0質
量％以上。為了形成在耐熱性襯底上的多層配線電路的導通，由此配製的本發明的銅導體糊 劑可填充到通孔中使用。作為該耐熱性襯底，只要是可耐受將銅導體糊劑填充到通孔中後進行煅燒的高溫 的襯底，就沒有特別限制。可舉出例如陶瓷襯底、玻璃襯底、矽襯底、琺瑯(*一 π—)襯 底等。作為陶瓷，可以舉出氧化鋁、氧化鋯、氧化鈹、莫來石、鎂橄欖石、堇青石、鈦酸鉛、鈦 酸鋇、鋯鈦酸鉛等氧化物類陶瓷；氮化矽、氮化鋁、碳化矽等非氧化物類陶瓷等，在這些材料 中，由於氮化鋁的機械特性、電特性、熱傳導性等優異，所以特別優選。另外，在耐熱性襯底上，在兩面形成配線電路的部位，形成貫通襯底的通孔，將銅 導體糊劑填充到該通孔中。可以用任意方法向通孔中填充銅導體糊劑，例如，可通過絲網印 刷來實施。這樣將銅導體糊劑填充到通孔中後，首先進行加熱除去銅導體糊劑中的溶劑。可 以在低於200°C的溫度、例如約150°C的溫度下進行加熱以除去溶劑。其後，通過在非活性氣氛中以700°C以上的溫度煅燒在通孔中填充了該銅導體糊 劑的襯底，可以得到煅燒收縮率小的銅導體。但是，為了進一步降低煅燒收縮率，優選將銅 導體糊劑進行加熱氧化處理。該加熱氧化是為了使填充在通孔中的銅導體糊劑中的部分有 機粘合劑熱分解，同時使銅粉末的表面氧化，在空氣等活性氣氛(氧化氣氛)中進行。由於
6銅粉末的表面被氧化時銅粉的體積變大，所以可彌補因溶劑揮發及有機粘合劑分解引起的 體積減少。另外，加熱溫度設定為200°C以上。加熱溫度的上限沒有特別限定，優選為300°C 以下的溫度。當加熱銅導體糊劑的溫度低於200°C時，不能使銅粉末充分氧化，所以不能得 到充分的抑制收縮效果。另外，當加熱銅導體糊劑的溫度超過300°C時，有機粘合劑被完全 分解，可能會使填充在通孔中的銅導體糊劑的形狀潰散或從襯底上脫落。另外，銅粉被過度 氧化，在其後的煅燒工序不能充分還原，可能會使導電性大幅下降。需要說明的是，加熱時 間沒有特別限定，一般優選為約30 180分鐘。接著，由此進行加熱對銅導體糊劑的銅粉末進行部分氧化處理後，在非活性氣氛 下加熱襯底，煅燒填充在通孔中的銅導體糊劑。該煅燒的加熱溫度設定在700°C以上。在 此，作為非活性氣氛(非氧化氣氛、還原氣氛)，可以使用例如氮氣氛等。通過這樣在非活 性氣氛中將銅導體糊劑加熱到700°C以上，如上所述表面形成為銅氧化物的銅粉末被還原， 在恢復成原來的金屬銅的同時被燒結，並且有機載體發生分解而除去。當煅燒時的加熱溫度低於700°C時，將銅氧化物還原成金屬銅的作用不充分並且 燒結也不充分，因此可能無法得到充分的導電性及密合性。加熱溫度的上限沒有特別設定， 優選在950°C以下的溫度煅燒。需要說明的是，煅燒時間沒有特別限定，通常優選在上述溫 度下保持約10 60分鐘。這樣，通過在非活性氣氛下加熱到700°C以上進行煅燒，銅氧化物在被還原成金屬 銅的同時被燒結，銅粉表面的氧化銅層阻礙銅粉的燒結，使燒結性降低，由此可使燒結收縮 降低。因而，可以防止銅導體糊劑被煅燒而形成在通孔中的導體發生收縮，不會發生導體從 通孔中脫落或導體上產生缺陷等，可以防止發生導通不良等問題。在此，本發明中，通過這樣在200°C以上的溫度下加熱銅導體糊劑，可以容易地使 銅粉末部分氧化，再通過在非活性氣氛下、700°C以上的溫度下煅燒該氧化處理過的銅導體 糊劑，可以使表面氧化的銅粉末不發生收縮而容易地還原成金屬銅，作為這樣的銅粉末，可 使用如上所述的由10 30質量％的粒徑小於1 μπι的粉末、和70 90質量％的粒徑為 1 50 μ m的粉末構成的混合粉末，其振實密度為6. Og/cc以上、且平均比表面積為0. 3 0. 6m2/g0在銅的這種混合粉末中，當粒徑小於1 μ m的粉末小於10質量％時，銅粉末的氧化 不充分，在非活性氣氛下煅燒時防止發生收縮的效果不充分。另外，當粒徑小於Iym的粉 末超過30質量％時，在非活性氣氛下煅燒氧化後的銅粉末時不能充分還原，可能會使導電 性下降。另一方面，當銅粉末的振實密度小於6. Og/cc時，銅粉末的填充密度低，作成糊劑 時需要大量的溶劑。這樣的銅導體糊劑會因乾燥及煅燒時除去溶劑而發生大幅收縮，因此 不能實現減小體積變化率的目標。優選振實密度越高越好，其上限沒有特別限定，但實用上 的上限為約7. Og/cc。另外，當銅粉末的平均比表面積小於0. 3m2/g時，銅粉末的氧化不充分，在非活性 氣氛下煅燒時防止收縮、減小體積變化的效果不充分。反之，當平均比表面積超過0. 6m2/g 時，在非活性氣氛下煅燒氧化後的銅粉末時不能充分還原，可能會使導電性下降。另外，在本發明中，除上述的各成分以外，可以在銅導體糊劑中配合使用氧化銅 粉。這樣將氧化銅粉作為銅的混合粉末的一部分配合到銅導體糊劑中時，如上所述在氧化性氣氛下對填充到通孔中的銅導體糊劑進行加熱時，氧化銅粉發生膨脹，可以彌補體積減 少，可以抑制銅導體的收縮、減小體積變化。在銅導體糊劑中，氧化銅粉末的配合量相對於 銅導體糊劑總量優選為0. 5 10質量％的範圍。當其相對於銅導體糊劑總量低於0. 5質 量％時，不能充分獲得由配合氧化銅粉產生的效果。反之，當其相對於銅導體糊劑總量超過 10質量％時，因氧化銅粉膨脹而致使銅導體膨脹過大，銅導體的體積變化反而因這種膨脹 變大。氧化銅粉的粒徑沒有特別限定，以中心粒徑計優選為0. 5 20 μ m的範圍。而且，使用如上所述的組成的銅導體糊劑，按如上所述的方法將銅導體糊劑填充 到襯底的通孔中並進行煅燒，由此可以得到抑制煅燒時的收縮並減小體積變化率、由煅燒 引起的體積變化率為8%以下即體積變化率在-8% +8%的範圍內的銅導體。當體積變化 率超過-8%而收縮時，可能會使銅導體從通孔中脫落或發生通孔與導體電路的導通不良。 反之，當銅導體發生膨脹而體積膨脹率超過+8%時，可能會使銅導體從通孔中露出過多或 通孔被銅導體破壞。另外，通過在非活性氣氛下進行煅燒，還原銅氧化物，可以使銅導體的導電性提 高，可以得到電阻率為10μ Ω 以下的銅導體。當電阻率超過10μ Ω 時，有可能無 法充分確保在通孔中的導電性，在大電流的用途中無法使用。優選電阻率越小越好，其下限 沒有特別限定，純銅的電阻率1. 69μ Ω · cm為實質性下限。通過使用如上所述製作的銅導體填充通孔的襯底，在耐熱性襯底上形成電路，可 以得到電路襯底。另外，通過將電子元件安裝到該電路襯底的耐熱性襯底上，可以得到電子 部件。另外，通過將半導體元件安裝到該電路襯底的耐熱性襯底上並進行密封，可以得到半 導體封裝。
實施例下面，利用實施例及比較例來闡明本發明。如表1 所示，使用中心粒徑為 7. 3μπι、4. 8μπι、1. 2μπι、0. 83μπι、0. 52 μ m 的銅粉
1 5 (均為三井金屬礦業公司制)作為銅粉末，另外，使用中心粒徑為4. 2 μ m的氧化亞銅 粉(高純度化學研究所制)作為氧化銅粉，將這些粉末按表2的配合量進行混合，作為混合 粉末使用。需要說明的是，在本發明中，中心粒徑(D50)是用雷射衍射式粒度分布測定裝置 測定的值。這些數值採用製造商公布的值。另外，在本發明中，平均比表面積是用BET法測 定的值，表1的數值是製造商公布的值。另外，在本發明中，混合銅粉的振實密度是用量筒 式振實密度測定裝置(德國Pharma Test公司製造的振實密度計「PT-DTI」)測定的值。需 要說明的是，表1的各種銅粉或氧化銅粉的振實密度的數值是製造商公布的值。表 1
銅粉N2中心粒徑 (μπι)比表面積 (m2/g)振實密度 (g/cc)銅粉17. 30. 125. 2銅粉24. 80. 215. 0銅粉31. 20. 694. 1銅粉40. 831. 24. 1銅粉50. 521. 83. 8氧化亞銅粉4. 20. 223. 5
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另外，作為玻璃粉，使用軟化點為565°C、平均粒徑為3μπι的硼矽酸鋅類玻璃粉末。另外，作為有機載體，使用按1 2的質量比將有機粘合劑丙烯酸樹脂與有機溶劑 卡必醇/松油醇(=1:1)混合而成的有機載體。然後，將這些成分按表2的配合量進行配合，利用混合器進行混合後，用三輥混煉 機進行均勻混煉，由此得到實施例1 4及比較例1 8的銅導體糊劑。對於該銅導體糊劑，測定煅燒後的收縮率和電阻率。由於在將銅導體糊劑填充到 通孔中的狀態下難以進行該收縮率或電阻率的測定，所以將銅導體糊劑印刷到氮化鋁襯底 的表面上來進行測定。首先，在氮化鋁襯底的表面上，使用250目篩網，分別將實施例1 4及比較例1 8的銅導體糊劑絲網印刷成圖案形狀，在150°C加熱10分鐘，由此除去銅導體糊劑中的有機 溶劑。接著，通過在空氣中使用連續乾燥爐在表2中示出的溫度下加熱60分鐘來進行氧化 處理。其後，使用連續煅燒爐在氮氣氛下、90(TC下加熱60分鐘進行煅燒。然後，對於體積變化率而言，用觸針式膜厚計分別測定煅燒前的圖案的厚度和煅 燒後的圖案的厚度，按下式比較煅燒前後的膜厚值，由此以收縮率的形式求出。收縮率(％)=[(煅燒前膜厚_煅燒後膜厚)/煅燒前膜厚]X 100當收縮率(％ )是正值時，因為體積減少，所以體積變化率為負值。反之，當收縮率 (%)為負值時，因為體積增加，所以體積變化率為正值。將結果示於表2。另外，對於電阻率而言，對形成在襯底上的煅燒後的邊長IOmm的正方形的圖案， 用四端子電阻率測試儀測定電阻值，以體積電阻率的形式求出。將結果示於表2。接著，對於實施例1 4及比較例1 8的銅導體糊劑，評價對通孔的填充性及密 合性。首先，使用設置了多個孔徑為0. 15mm及0. 3mm這2種通孔的氮化鋁襯底(3英 寸X3英寸X厚度0.635mm)，用手工印刷操作將銅導體糊劑填充到通孔中。接著，將其放 入150°C的送風乾燥機中加熱20分鐘，進行溶劑乾燥後，利用拋光研磨完全除去殘留在襯 底表面上的銅導體糊劑。其後，通過將該襯底放入220°C的連續乾燥爐中，在空氣中加熱60 分鐘來進行氧化處理，接著，將襯底放入連續煅燒爐中，在氮氣氛下、900°C下煅燒60分鐘。對於這樣進行煅燒後的襯底，用立體顯微鏡觀察對通孔的填充狀態，確認導體有 無脫落(第1次)，再將襯底放入超聲波裝置中施加超聲波振動20分鐘後，再次用立體顯 微鏡觀察對通孔的填充狀態，確認導體有無脫落(第2次)。將結果示於表2。需要說明的 是，在表2中，"*1，，表示第1次的脫落，表示第2次的脫落。
9 由表2可以看出，實施例1 4的銅導體糊劑因煅燒引起的體積變化率低為8%以 下。而且，通過在200°C以上的溫度的加熱進行氧化處理，體積變化率進一步變小，電阻率也足夠小。關於通孔填充性，實施例1 4良好，加以超聲波振動後也無導體脫落或缺陷。另 外，將襯底的通孔部切斷進行斷面觀察，其結果，通孔壁面和填充導體無間隙粘接，未產生 空隙等缺陷。需要說明的是，實施例4是用氧化銅粉取代實施例3的部分銅粉末的例子，通過這 樣配合氧化銅粉，可以進一步抑制收縮的發生，即使在180°C的溫度下進行氧化處理的情況 下，也可以實現幾乎無收縮。另一方面，對於比較例1的銅導體糊劑而言，粒徑小於Iym的微細銅粉末的比率 高，通過在200°C以上的溫度下進行氧化處理，可減少煅燒時的收縮，但在煅燒時不能將氧 化後的銅粉末充分還原，導電性大幅下降，電阻率變高。另外，對於比較例2的銅導體糊劑而言，因為銅粉末的振實密度低，所以煅燒時的 收縮大，導體從通孔中脫落。另外，因為銅粉末的平均比表面積大，所以當使銅粉末氧化時， 會產生過度膨脹，同時導電性大幅下降。另外，對於比較例3及比較例4的銅導體糊劑而言，因為不含有粒徑小於1 μ m的 微細銅粉末，因此振實密度也低，所以煅燒時發生大幅收縮，導體從通孔中脫落。另外，對於比較例5的銅導體糊劑而言，因為振實密度低，所以煅燒時的收縮大， 導體從通孔中脫落。另外，對於比較例6及比較例7的銅導體糊劑而言，粒徑小於1 μ m的微細銅粉末 的比率高，振實密度小，同時平均比表面積大，所以氧化處理時容易產生過度膨脹，導電性 大幅下降。另外，對於比較例8的銅導體糊劑而言，因為有機載體量多，所以儘管進行氧化處 理，收縮也大。
權利要求
一種通孔填充用銅導體糊劑，其為填充到耐熱性襯底的通孔中並在非氧化性氣氛下進行煅燒的類型，其特徵在於，由煅燒引起的體積變化率為8％以下，且煅燒後的銅導體的電阻率為10μΩ·cm以下。
2.如權利要求1所述的通孔填充用銅導體糊劑，其特徵在於，至少含有銅粉末、玻璃粉 末、有機載體，銅粉末是由10 30質量％的粒徑小於1 μ m的粉末、和70 90質量％的粒 徑為1 50 μ m的粉末構成的混合粉末，而且振實密度為6. Og/cc以上，且銅導體糊劑中的 有機成分含量為8. 5質量％以下。
3.如權利要求2所述的通孔填充用銅導體糊劑，其特徵在於，銅的所述混合粉末的平 均比表面積為0. 3 0. 6m2/go
4.如權利要求1 3中任一項所述的通孔填充用銅導體糊劑，其特徵在於，相對於銅導 體糊劑總量含有0. 5 10質量％的氧化銅粉。
5.一種銅導體填充通孔的襯底的製造方法，其特徵在於，具有將權利要求1所述的銅 導體糊劑填充到在耐熱性襯底上形成的通孔中的工序、在氧化性氣氛下對填充到通孔中的 銅導體糊劑進行加熱而使銅粉末部分氧化的工序、在非活性氣氛下在700°C以上的溫度下 對氧化處理過的銅導體糊劑進行煅燒的工序。
6.如權利要求5所述的銅導體填充通孔的襯底的製造方法，其特徵在於，對填充到通 孔中的銅導體糊劑加熱來進行氧化處理的工序是在溫度200 300°C的加熱條件下來實 施。
7.如權利要求5所述的銅導體填充通孔的襯底的製造方法，其特徵在於，所述耐熱性 襯底為陶瓷製襯底。
8.如權利要求7所述的銅導體填充通孔的襯底的製造方法，其特徵在於，所述陶瓷製 襯底為氮化鋁襯底。
9.一種銅導體填充通孔的襯底，其特徵在於，在耐熱性襯底的通孔中填充有由權利要 求1所述的銅導體糊劑的煅燒物構成的銅導體。
10.一種銅導體填充通孔的襯底，其特徵在於，通過權利要求5所述的方法製造而成。
11.一種電路襯底，其具備權利要求9所述的銅導體填充通孔的襯底。
12.一種電子部件，其具備權利要求9所述的銅導體填充通孔的襯底。
13.一種半導體封裝，其具備權利要求9所述的銅導體填充通孔的襯底。
全文摘要
本發明提供銅導體糊劑、銅導體填充通孔的襯底及其製造方法、電路襯底、電子部件、半導體封裝。其中，所述通孔填充用銅導體糊劑，填充到通孔中並煅燒時可以減少收縮的產生，防止銅導體脫落或發生導通不良。本發明涉及一種填充在耐熱性襯底的通孔中並在非氧化性氣氛下煅燒的類型的通孔填充用銅導體糊劑，其特徵在於，由煅燒引起的體積變化率為8％以下、且煅燒後的銅導體的電阻率為10μΩ·cm以下。另外，至少含有銅粉末、玻璃粉末、有機載體，銅粉末是由10～30質量％的粒徑小於1μm的粉末、和70～90質量％的粒徑為1～50μm的粉末構成的混合粉末，而且振實密度為6.0g/cc以上，且銅導體糊劑中的有機成分含量為8.5質量％以下。
文檔編號H01L21/48GK101930959SQ200910204039
公開日2010年12月29日 申請日期2009年9月30日 優先權日2008年9月30日
發明者林耀廣, 豆崎修, 黑田浩太郎 申請人:三之星機帶株式會社