专利名称：铜导体糊剂、铜导体填充通孔的衬底的制造方法、电路衬底、电子部件、半导体封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了使形成于衬底上的多层配线电路导通而填充到通孔中并进行煅 烧而使用的铜导体糊剂、及将该铜导体糊剂填充到通孔中后进行高温煅烧的铜导体填充通 孔的衬底的制造方法，还涉及铜导体填充通孔的衬底、电路衬底、电子部件、半导体封装。
背景技术：
为了高密度安装电动/电子部件，使用表里两面配线等的多层电路衬底。在该多 层电路衬底中，形成于衬底上的多层导体电路的导通连接通过设置在衬底上的通孔来进 行。而且，特别是在使用陶瓷衬底等耐热性衬底作为衬底的情况下，利用通孔连接导体电 路，一般是将导体糊剂填充到通孔中来进行。该高温煅烧型的导体糊剂，例如是含有导电性金属粉末、玻璃粉末、有机载体等而 配制的糊剂，将导体糊剂填充到形成于衬底上的通孔中后，将其高温煅烧，由此可使填充在 通孔中的糊剂变成导体，从而进行导体电路的连接。但是，当将导体糊剂填充到通孔中并煅烧时，存在如下问题因煅烧时导电性金属 粉末收缩，填充在通孔中的导体收缩，导体从通孔内脱落或在与导体电路之间发生导通不
良ο因此，在专利文献1中，将膨胀剂添加在导体糊剂中，通过在将导体糊剂填充到通 孔中并进行煅烧时使膨胀剂膨胀，来防止填充在通孔中的导体收缩。但是，如上所述使导体糊剂含有膨胀剂时，存在可能会使填充在通孔中的导体的 导电性下降的问题。另外，膨胀剂是通过煅烧时被氧化而膨胀，需要在氧化气氛中进行煅 烧，在铜导体糊剂那样的易氧化金属糊剂的情况下，因为导体金属也被氧化而致使导电性 显著下降，所以不能应用。另外，在专利文献2中，通过将氧化钌粉末添加到导体糊剂中，可减少煅烧收缩。 但是，在银导体糊剂的情况下，可以确认收缩减少的效果，而在铜导体糊剂的情况下，由专 利文献2的图3可看出，产生的煅烧收缩率为10 %以上，通过添加氧化钌粉末来减少铜导体 糊剂的煅烧收缩的效果小。专利文献1 日本特开平9-46013号公报专利文献2 日本特开平7-94840号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种通孔填充用铜导体糊剂， 其填充到通孔中并煅烧时可减少收缩的产生，可以防止铜导体脱落或发生导通不良，另外， 其目的还在于提供一种铜导体填充通孔的衬底的制造方法，在将铜导体糊剂填充到通孔中 并煅烧时防止收缩的产生，可以防止铜导体脱落或发生导通不良，并且，其目的还在于提供 使用这种铜导体糊剂的铜导体填充通孔的衬底、电路衬底、电子部件、半导体封装。
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本发明的通孔填充用铜导体糊剂是填充到耐热性衬底的通孔中并在非氧化性气 氛下煅烧的类型，其特征在于，由煅烧引起的体积变化率为8%以下，且煅烧后的铜导体的 电阻率为10μ Ω · cm以下。根据本发明，铜导体糊剂煅烧时的体积变化率为8 %以下，即小至+8 % -8 %，将 铜导体糊剂填充到通孔中并煅烧时可减少收缩的产生，防止铜导体从通孔中脱落或通孔与 导体电路发生导通不良，另外，煅烧后的铜导体的电阻率小至10μ Ω 以下，具有良好的 导电特性。另外，本发明的通孔填充用铜导体糊剂，其特征在于，至少含有铜粉末、玻璃粉末、 有机载体，铜粉末是由10 30质量％的粒径小于1 μ m的粉末、和70 90质量％的粒径 为1 50 μ m的粉末构成的混合粉末，而且振实密度为6. Og/cc以上，且铜导体糊剂中的有 机成分含量为8. 5质量％以下。作为这样的铜粉末，是由10 30质量％的粒径小于Iym的粉末、70 90质量％ 的粒径为1 50 μ m的粉末构成的混合粉末，而且通过使用振实密度为6. Og/cc以上的粉 末，且使用铜导体糊剂中的有机成分含量为8. 5质量％以下的粉末，可以制作在保持良好 的填充性的同时铜粉的含量高的铜导体糊剂，可以煅烧成如上所述的低电阻率的铜导体。 另外，该铜导体糊剂可以大幅减少填充到通孔中后由溶剂干燥及高温煅烧引起的收缩，可 以使铜导体的体积变化率如上所述减小。另外，本发明的特征在于，铜的上述混合粉末的平均比表面积为0. 3 0. 6m2/g。铜在空气中等氧化性气氛下加热时发生氧化，但由具有这样的平均比表面积的混 合铜粉构成的铜导体糊剂在空气中加热时，铜粉的表面被氧化，随着铜成为氧化铜，体积适 当膨胀，可以弥补糊剂因除去溶剂而引起的体积收缩。另外，被表面氧化的铜粉在其后的非 活性气氛下煅烧时被还原成金属铜，在煅烧过程中，铜粉表面的氧化铜层阻碍铜粉的烧结 (使之延迟)，可以减少铜粉的烧结收缩。另外，本发明的特征在于，相对于铜导体糊剂总量含有0. 5 10质量％的氧化铜 粉。这样，通过在铜导体糊剂中含有氧化铜粉作为铜的混合粉末的一部分，可以适当 抑制铜导体糊剂的烧结性，抑制煅烧时铜导体的收缩，减小体积变化。另外，本发明的铜导体糊剂填充通孔衬底的制造方法，其特征在于，具有将上述 的铜导体糊剂填充到在耐热性衬底上形成的通孔中的工序、在氧化性气氛下对填充到通孔 中的铜导体糊剂进行加热而使铜粉末部分氧化的工序、在非活性气氛下在700°C以上的温 度下对氧化处理过的铜导体糊剂进行煅烧的工序。根据此发明，在氧化性气氛下对填充到通孔中的铜导体糊剂进行加热而使铜粉末 的表面氧化，再在非活性气氛下煅烧时，被表面氧化的铜粉末利用表面的氧化层抑制烧结 性，在没有大幅收缩而还原成金属铜的同时被烧结，可以如上所述减少将铜导体糊剂填充 到通孔中并煅烧时发生的收缩。需要说明的是，在本发明中，所谓使铜粉末部分氧化，是指 不使铜粉末的内部氧化，而使其整个表面氧化。另外，本发明的特征在于，对填充到上述的通孔中的铜导体糊剂加热来进行氧化 处理的工序是在温度200 300°C的加热条件下来实施。通过将加热温度设定在此范围内，可以在填充到通孔中的铜导体糊剂的形状不溃散的条件下使铜导体糊剂的铜粉末适当氧化。另外，本发明的特征在于，上述耐热性衬底为陶瓷制衬底。陶瓷制衬底的耐热性优异，同时，因为在电路或电子部件的制造中广为利用，所以 通过本发明的应用获得很好的效果。另外，本发明的特征在于，上述陶瓷制衬底为氮化铝衬底。氮化铝的机械特性、电特性、热传导性等优异，因此特别优选。而且，利用使用如上所述本发明的铜导体糊剂制作的铜导体填充通孔的衬底，可 以制作电路衬底、电子部件、半导体封装。根据本发明，在氧化性气氛下对填充到通孔中的铜导体糊剂进行加热，使铜粉末 的表面氧化，再在非活性气氛下煅烧时，在表面氧化的铜粉末没有大幅收缩而还原成金属 铜的同时被烧结，可以防止将铜导体糊剂填充到通孔中并煅烧时发生收缩，从而可以防止 铜导体从通孔中脱落或发生导通不良。本发明的铜导体糊剂，在氮气氛下、900°C、60分钟的条件下煅烧时，可以得到由煅 烧引起的体积变化率为8%以下、并且煅烧后的电阻率为10μ Ω · cm以下的铜导体。
具体实施例方式下面，对用于实施本发明的最佳方式进行说明。 本发明的铜导体糊剂是至少配合铜粉末、玻璃粉末、有机载体而配制的。而且，在本发明中，作为上述的铜粉末，使用包含10 30质量％的粒径小于1 μ m 的粉末和70 90质量％ (合计100质量％ )的粒径为1 50 μ m的粉末、且振实密度为 6. Og/cc以上的混合粉末，同时，使用的铜导体糊剂中的有机成分含量为8. 5质量％以下。 需要说明的是，在本发明中，粒径是指中心粒径。另外，在本发明中，作为该铜的混合粉末，使用平均比表面积为0. 3 0. 6m2/g的 粉末。在本发明中，玻璃粉末是为了提高对于衬底等的润湿性并改善密合性等而配合 的，没有特别限定，但优选软化点为约400 750°C的范围的粉末。对于玻璃的种类并没有 特别限定，但优选硼硅酸类玻璃、硼硅酸锌类玻璃、铋类玻璃等不含铅、镉等有害物质的低 熔点玻璃。在通孔填充后的衬底需要进行镀层处理的情况下，优选使用具有耐化学品性的 玻璃。玻璃粉末的粒径及形状没有特别限定，但粒径优选在0. 1 IOym的范围内，为了将 由玻璃熔融引起的收缩抑制到最小限度，其粒径更优选为0. 1 5 μ m、进一步优选为0. 1 3 μ m0另外，在本发明中，作为有机载体，可以使用将有机粘合剂溶解在有机溶剂中而成 的有机载体。作为有机粘合剂，没有特别限定，可以使用在煅烧过程中容易使其烧失且灰分 少的有机化合物，例如聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类；硝基纤维素、 乙基纤维素、醋酸纤维素、丁基纤维素等纤维素类；聚甲醛等聚醚类；聚丁二烯、聚异戊二 烯等聚乙烯基类等，这些有机粘合剂除了可以单独使用1种以外，还可以混合使用2种以 上。作为有机溶剂，没有特别限定，可以使用赋予铜导体糊剂适当的粘性且在将铜导 体糊剂涂布到衬底上后通过干燥处理容易使其挥发的有机化合物，例如卡必醇、卡必醇乙酸酯、松油醇、间甲酚、二甲基咪唑、二甲基咪唑烷酮、二甲基甲酰胺、二丙酮醇、三乙二醇、 对二甲苯、乳酸乙酯、异佛尔酮等高沸点的有机溶剂。这些有机溶剂除了可以单独使用1种 以夕卜，还可以混合使用2种以上。配合上述的铜粉末、玻璃粉末、有机载体、以及根据需要的氧化物等烧结抑制剂、 表面活性剂、抗氧化剂等，将这些材料混合，由此可以配制铜导体糊剂。各材料的混合比例 没有特别限定，优选设定为相对于铜粉末100质量份，玻璃粉末为1 6质量份、有机粘合 剂为0.5 3质量份，有机溶剂为4 9质量份的范围内。在此，在本发明的铜导体糊剂 中，以使由有机粘合剂、有机溶剂及其他有机添加剂构成的有机成分的含量在糊剂中所占 的总量为8. 5质量％以下的方式进行设定。玻璃粉末可提高煅烧铜导体的致密性，并且可改善铜导体和衬底间的密合力。当 玻璃粉末的配合量小于1质量份时，因为煅烧铜导体的致密性下降，与衬底的粘接力也变 低，所以在煅烧后，铜导体可能会从通孔中脱落。另一方面，因为玻璃粉末在铜导体的高温 煅烧中熔融收缩，所以，当其配合量为6质量份以上时，铜导体糊剂的煅烧收缩变大，有可 能无法得到目标的低收缩率。有机粘合剂具有赋予铜导体糊剂适度的粘性、即使在除去溶剂、干燥后也使形状 得以维持等作用。当有机粘合剂的配合量小于0. 5质量份时，铜导体糊剂的稳定性、印刷性 下降，难以进行良好的通孔填充。另一方面，当其超过3质量份时，铜导体糊剂的粘度变高， 可能会使对通孔的填充性下降。另外，因为铜导体糊剂中的有机成分在干燥或煅烧中全部被蒸发、分解，所以，如 果其量多，则可能会使铜导体糊剂的煅烧收缩变大。为了实现本发明的低收缩率，铜导体糊 剂中的有机成分的含量设定为8.5质量％以下。有机成分少的铜导体糊剂由其烧失除去引 起的收缩变小，但如果其量过少，则作为糊剂的流动性(填充性)下降，所以优选为6.0质
量％以上。为了形成在耐热性衬底上的多层配线电路的导通，由此配制的本发明的铜导体糊 剂可填充到通孔中使用。作为该耐热性衬底，只要是可耐受将铜导体糊剂填充到通孔中后进行煅烧的高温 的衬底，就没有特别限制。可举出例如陶瓷衬底、玻璃衬底、硅衬底、珐琅(*一 π—)衬 底等。作为陶瓷，可以举出氧化铝、氧化锆、氧化铍、莫来石、镁橄榄石、堇青石、钛酸铅、钛 酸钡、锆钛酸铅等氧化物类陶瓷；氮化硅、氮化铝、碳化硅等非氧化物类陶瓷等，在这些材料 中，由于氮化铝的机械特性、电特性、热传导性等优异，所以特别优选。另外，在耐热性衬底上，在两面形成配线电路的部位，形成贯通衬底的通孔，将铜 导体糊剂填充到该通孔中。可以用任意方法向通孔中填充铜导体糊剂，例如，可通过丝网印 刷来实施。这样将铜导体糊剂填充到通孔中后，首先进行加热除去铜导体糊剂中的溶剂。可 以在低于200°C的温度、例如约150°C的温度下进行加热以除去溶剂。其后，通过在非活性气氛中以700°C以上的温度煅烧在通孔中填充了该铜导体糊 剂的衬底，可以得到煅烧收缩率小的铜导体。但是，为了进一步降低煅烧收缩率，优选将铜 导体糊剂进行加热氧化处理。该加热氧化是为了使填充在通孔中的铜导体糊剂中的部分有 机粘合剂热分解，同时使铜粉末的表面氧化，在空气等活性气氛(氧化气氛)中进行。由于
6铜粉末的表面被氧化时铜粉的体积变大，所以可弥补因溶剂挥发及有机粘合剂分解引起的 体积减少。另外，加热温度设定为200°C以上。加热温度的上限没有特别限定，优选为300°C 以下的温度。当加热铜导体糊剂的温度低于200°C时，不能使铜粉末充分氧化，所以不能得 到充分的抑制收缩效果。另外，当加热铜导体糊剂的温度超过300°C时，有机粘合剂被完全 分解，可能会使填充在通孔中的铜导体糊剂的形状溃散或从衬底上脱落。另外，铜粉被过度 氧化，在其后的煅烧工序不能充分还原，可能会使导电性大幅下降。需要说明的是，加热时 间没有特别限定，一般优选为约30 180分钟。接着，由此进行加热对铜导体糊剂的铜粉末进行部分氧化处理后，在非活性气氛 下加热衬底，煅烧填充在通孔中的铜导体糊剂。该煅烧的加热温度设定在700°C以上。在 此，作为非活性气氛(非氧化气氛、还原气氛)，可以使用例如氮气氛等。通过这样在非活 性气氛中将铜导体糊剂加热到700°C以上，如上所述表面形成为铜氧化物的铜粉末被还原， 在恢复成原来的金属铜的同时被烧结，并且有机载体发生分解而除去。当煅烧时的加热温度低于700°C时，将铜氧化物还原成金属铜的作用不充分并且 烧结也不充分，因此可能无法得到充分的导电性及密合性。加热温度的上限没有特别设定， 优选在950°C以下的温度煅烧。需要说明的是，煅烧时间没有特别限定，通常优选在上述温 度下保持约10 60分钟。这样，通过在非活性气氛下加热到700°C以上进行煅烧，铜氧化物在被还原成金属 铜的同时被烧结，铜粉表面的氧化铜层阻碍铜粉的烧结，使烧结性降低，由此可使烧结收缩 降低。因而，可以防止铜导体糊剂被煅烧而形成在通孔中的导体发生收缩，不会发生导体从 通孔中脱落或导体上产生缺陷等，可以防止发生导通不良等问题。在此，本发明中，通过这样在200°C以上的温度下加热铜导体糊剂，可以容易地使 铜粉末部分氧化，再通过在非活性气氛下、700°C以上的温度下煅烧该氧化处理过的铜导体 糊剂，可以使表面氧化的铜粉末不发生收缩而容易地还原成金属铜，作为这样的铜粉末，可 使用如上所述的由10 30质量％的粒径小于1 μπι的粉末、和70 90质量％的粒径为 1 50 μ m的粉末构成的混合粉末，其振实密度为6. Og/cc以上、且平均比表面积为0. 3 0. 6m2/g0在铜的这种混合粉末中，当粒径小于1 μ m的粉末小于10质量％时，铜粉末的氧化 不充分，在非活性气氛下煅烧时防止发生收缩的效果不充分。另外，当粒径小于Iym的粉 末超过30质量％时，在非活性气氛下煅烧氧化后的铜粉末时不能充分还原，可能会使导电 性下降。另一方面，当铜粉末的振实密度小于6. Og/cc时，铜粉末的填充密度低，作成糊剂 时需要大量的溶剂。这样的铜导体糊剂会因干燥及煅烧时除去溶剂而发生大幅收缩，因此 不能实现减小体积变化率的目标。优选振实密度越高越好，其上限没有特别限定，但实用上 的上限为约7. Og/cc。另外，当铜粉末的平均比表面积小于0. 3m2/g时，铜粉末的氧化不充分，在非活性 气氛下煅烧时防止收缩、减小体积变化的效果不充分。反之，当平均比表面积超过0. 6m2/g 时，在非活性气氛下煅烧氧化后的铜粉末时不能充分还原，可能会使导电性下降。另外，在本发明中，除上述的各成分以外，可以在铜导体糊剂中配合使用氧化铜 粉。这样将氧化铜粉作为铜的混合粉末的一部分配合到铜导体糊剂中时，如上所述在氧化性气氛下对填充到通孔中的铜导体糊剂进行加热时，氧化铜粉发生膨胀，可以弥补体积减 少，可以抑制铜导体的收缩、减小体积变化。在铜导体糊剂中，氧化铜粉末的配合量相对于 铜导体糊剂总量优选为0. 5 10质量％的范围。当其相对于铜导体糊剂总量低于0. 5质 量％时，不能充分获得由配合氧化铜粉产生的效果。反之，当其相对于铜导体糊剂总量超过 10质量％时，因氧化铜粉膨胀而致使铜导体膨胀过大，铜导体的体积变化反而因这种膨胀 变大。氧化铜粉的粒径没有特别限定，以中心粒径计优选为0. 5 20 μ m的范围。而且，使用如上所述的组成的铜导体糊剂，按如上所述的方法将铜导体糊剂填充 到衬底的通孔中并进行煅烧，由此可以得到抑制煅烧时的收缩并减小体积变化率、由煅烧 引起的体积变化率为8%以下即体积变化率在-8% +8%的范围内的铜导体。当体积变化 率超过-8%而收缩时，可能会使铜导体从通孔中脱落或发生通孔与导体电路的导通不良。 反之，当铜导体发生膨胀而体积膨胀率超过+8%时，可能会使铜导体从通孔中露出过多或 通孔被铜导体破坏。另外，通过在非活性气氛下进行煅烧，还原铜氧化物，可以使铜导体的导电性提 高，可以得到电阻率为10μ Ω 以下的铜导体。当电阻率超过10μ Ω 时，有可能无 法充分确保在通孔中的导电性，在大电流的用途中无法使用。优选电阻率越小越好，其下限 没有特别限定，纯铜的电阻率1. 69μ Ω · cm为实质性下限。通过使用如上所述制作的铜导体填充通孔的衬底，在耐热性衬底上形成电路，可 以得到电路衬底。另外，通过将电子元件安装到该电路衬底的耐热性衬底上，可以得到电子 部件。另外，通过将半导体元件安装到该电路衬底的耐热性衬底上并进行密封，可以得到半 导体封装。
实施例下面，利用实施例及比较例来阐明本发明。如表1 所示，使用中心粒径为 7. 3μπι、4. 8μπι、1. 2μπι、0. 83μπι、0. 52 μ m 的铜粉
1 5 (均为三井金属矿业公司制)作为铜粉末，另外，使用中心粒径为4. 2 μ m的氧化亚铜 粉(高纯度化学研究所制)作为氧化铜粉，将这些粉末按表2的配合量进行混合，作为混合 粉末使用。需要说明的是，在本发明中，中心粒径(D50)是用激光衍射式粒度分布测定装置 测定的值。这些数值采用制造商公布的值。另外，在本发明中，平均比表面积是用BET法测 定的值，表1的数值是制造商公布的值。另外，在本发明中，混合铜粉的振实密度是用量筒 式振实密度测定装置(德国Pharma Test公司制造的振实密度计“PT-DTI”)测定的值。需 要说明的是，表1的各种铜粉或氧化铜粉的振实密度的数值是制造商公布的值。表 1
铜粉N2中心粒径 (μπι)比表面积 (m2/g)振实密度 (g/cc)铜粉17. 30. 125. 2铜粉24. 80. 215. 0铜粉31. 20. 694. 1铜粉40. 831. 24. 1铜粉50. 521. 83. 8氧化亚铜粉4. 20. 223. 5
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另外，作为玻璃粉，使用软化点为565°C、平均粒径为3μπι的硼硅酸锌类玻璃粉末。另外，作为有机载体，使用按1 2的质量比将有机粘合剂丙烯酸树脂与有机溶剂 卡必醇/松油醇(=1:1)混合而成的有机载体。然后，将这些成分按表2的配合量进行配合，利用混合器进行混合后，用三辊混炼 机进行均勻混炼，由此得到实施例1 4及比较例1 8的铜导体糊剂。对于该铜导体糊剂，测定煅烧后的收缩率和电阻率。由于在将铜导体糊剂填充到 通孔中的状态下难以进行该收缩率或电阻率的测定，所以将铜导体糊剂印刷到氮化铝衬底 的表面上来进行测定。首先，在氮化铝衬底的表面上，使用250目筛网，分别将实施例1 4及比较例1 8的铜导体糊剂丝网印刷成图案形状，在150°C加热10分钟，由此除去铜导体糊剂中的有机 溶剂。接着，通过在空气中使用连续干燥炉在表2中示出的温度下加热60分钟来进行氧化 处理。其后，使用连续煅烧炉在氮气氛下、90(TC下加热60分钟进行煅烧。然后，对于体积变化率而言，用触针式膜厚计分别测定煅烧前的图案的厚度和煅 烧后的图案的厚度，按下式比较煅烧前后的膜厚值，由此以收缩率的形式求出。收缩率(％)=[(煅烧前膜厚_煅烧后膜厚)/煅烧前膜厚]X 100当收缩率(％ )是正值时，因为体积减少，所以体积变化率为负值。反之，当收缩率 (%)为负值时，因为体积增加，所以体积变化率为正值。将结果示于表2。另外，对于电阻率而言，对形成在衬底上的煅烧后的边长IOmm的正方形的图案， 用四端子电阻率测试仪测定电阻值，以体积电阻率的形式求出。将结果示于表2。接着，对于实施例1 4及比较例1 8的铜导体糊剂，评价对通孔的填充性及密 合性。首先，使用设置了多个孔径为0. 15mm及0. 3mm这2种通孔的氮化铝衬底(3英 寸X3英寸X厚度0.635mm)，用手工印刷操作将铜导体糊剂填充到通孔中。接着，将其放 入150°C的送风干燥机中加热20分钟，进行溶剂干燥后，利用抛光研磨完全除去残留在衬 底表面上的铜导体糊剂。其后，通过将该衬底放入220°C的连续干燥炉中，在空气中加热60 分钟来进行氧化处理，接着，将衬底放入连续煅烧炉中，在氮气氛下、900°C下煅烧60分钟。对于这样进行煅烧后的衬底，用立体显微镜观察对通孔的填充状态，确认导体有 无脱落(第1次)，再将衬底放入超声波装置中施加超声波振动20分钟后，再次用立体显 微镜观察对通孔的填充状态，确认导体有无脱落(第2次)。将结果示于表2。需要说明的 是，在表2中，"*1，，表示第1次的脱落，表示第2次的脱落。
9 由表2可以看出，实施例1 4的铜导体糊剂因煅烧引起的体积变化率低为8%以 下。而且，通过在200°C以上的温度的加热进行氧化处理，体积变化率进一步变小，电阻率也足够小。关于通孔填充性，实施例1 4良好，加以超声波振动后也无导体脱落或缺陷。另 外，将衬底的通孔部切断进行断面观察，其结果，通孔壁面和填充导体无间隙粘接，未产生 空隙等缺陷。需要说明的是，实施例4是用氧化铜粉取代实施例3的部分铜粉末的例子，通过这 样配合氧化铜粉，可以进一步抑制收缩的发生，即使在180°C的温度下进行氧化处理的情况 下，也可以实现几乎无收缩。另一方面，对于比较例1的铜导体糊剂而言，粒径小于Iym的微细铜粉末的比率 高，通过在200°C以上的温度下进行氧化处理，可减少煅烧时的收缩，但在煅烧时不能将氧 化后的铜粉末充分还原，导电性大幅下降，电阻率变高。另外，对于比较例2的铜导体糊剂而言，因为铜粉末的振实密度低，所以煅烧时的 收缩大，导体从通孔中脱落。另外，因为铜粉末的平均比表面积大，所以当使铜粉末氧化时， 会产生过度膨胀，同时导电性大幅下降。另外，对于比较例3及比较例4的铜导体糊剂而言，因为不含有粒径小于1 μ m的 微细铜粉末，因此振实密度也低，所以煅烧时发生大幅收缩，导体从通孔中脱落。另外，对于比较例5的铜导体糊剂而言，因为振实密度低，所以煅烧时的收缩大， 导体从通孔中脱落。另外，对于比较例6及比较例7的铜导体糊剂而言，粒径小于1 μ m的微细铜粉末 的比率高，振实密度小，同时平均比表面积大，所以氧化处理时容易产生过度膨胀，导电性 大幅下降。另外，对于比较例8的铜导体糊剂而言，因为有机载体量多，所以尽管进行氧化处 理，收缩也大。
权利要求
一种通孔填充用铜导体糊剂，其为填充到耐热性衬底的通孔中并在非氧化性气氛下进行煅烧的类型，其特征在于，由煅烧引起的体积变化率为8％以下，且煅烧后的铜导体的电阻率为10μΩ·cm以下。
2.如权利要求1所述的通孔填充用铜导体糊剂，其特征在于，至少含有铜粉末、玻璃粉 末、有机载体，铜粉末是由10 30质量％的粒径小于1 μ m的粉末、和70 90质量％的粒 径为1 50 μ m的粉末构成的混合粉末，而且振实密度为6. Og/cc以上，且铜导体糊剂中的 有机成分含量为8. 5质量％以下。
3.如权利要求2所述的通孔填充用铜导体糊剂，其特征在于，铜的所述混合粉末的平 均比表面积为0. 3 0. 6m2/go
4.如权利要求1 3中任一项所述的通孔填充用铜导体糊剂，其特征在于，相对于铜导 体糊剂总量含有0. 5 10质量％的氧化铜粉。
5.一种铜导体填充通孔的衬底的制造方法，其特征在于，具有将权利要求1所述的铜 导体糊剂填充到在耐热性衬底上形成的通孔中的工序、在氧化性气氛下对填充到通孔中的 铜导体糊剂进行加热而使铜粉末部分氧化的工序、在非活性气氛下在700°C以上的温度下 对氧化处理过的铜导体糊剂进行煅烧的工序。
6.如权利要求5所述的铜导体填充通孔的衬底的制造方法，其特征在于，对填充到通 孔中的铜导体糊剂加热来进行氧化处理的工序是在温度200 300°C的加热条件下来实 施。
7.如权利要求5所述的铜导体填充通孔的衬底的制造方法，其特征在于，所述耐热性 衬底为陶瓷制衬底。
8.如权利要求7所述的铜导体填充通孔的衬底的制造方法，其特征在于，所述陶瓷制 衬底为氮化铝衬底。
9.一种铜导体填充通孔的衬底，其特征在于，在耐热性衬底的通孔中填充有由权利要 求1所述的铜导体糊剂的煅烧物构成的铜导体。
10.一种铜导体填充通孔的衬底，其特征在于，通过权利要求5所述的方法制造而成。
11.一种电路衬底，其具备权利要求9所述的铜导体填充通孔的衬底。
12.一种电子部件，其具备权利要求9所述的铜导体填充通孔的衬底。
13.一种半导体封装，其具备权利要求9所述的铜导体填充通孔的衬底。
全文摘要
本发明提供铜导体糊剂、铜导体填充通孔的衬底及其制造方法、电路衬底、电子部件、半导体封装。其中，所述通孔填充用铜导体糊剂，填充到通孔中并煅烧时可以减少收缩的产生，防止铜导体脱落或发生导通不良。本发明涉及一种填充在耐热性衬底的通孔中并在非氧化性气氛下煅烧的类型的通孔填充用铜导体糊剂，其特征在于，由煅烧引起的体积变化率为8％以下、且煅烧后的铜导体的电阻率为10μΩ·cm以下。另外，至少含有铜粉末、玻璃粉末、有机载体，铜粉末是由10～30质量％的粒径小于1μm的粉末、和70～90质量％的粒径为1～50μm的粉末构成的混合粉末，而且振实密度为6.0g/cc以上，且铜导体糊剂中的有机成分含量为8.5质量％以下。
文档编号H01L21/48GK101930959SQ200910204039
公开日2010年12月29日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者林耀广, 豆崎修, 黑田浩太郎 申请人:三之星机带株式会社