JP2941002B2 - 導体組成物 - Google Patents

導体組成物

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、絶縁基板上に印刷し焼成して該基板上に電
気回路を形成するための導体組成物に関する。特に、ア
ルミナ基板上及び多層グレーズ上のいずれにおいても適
用可能な導体組成物に関する。
(従来技術とその問題点) 従来の厚膜配線板においては、絶縁基板として96%ア
ルミナ基板が一般的に使用されているが、近年厚膜配線
板の小型化、高密度化の要請が高まり、該要請に応える
ために絶縁グレーズペーストを用いて多層化し、その多
層グレーズ上に導体ペーストで配線して厚膜回路を形成
することがしばしば行なわれる様になった。一方、厚膜
導体ペーストの種々の特性のうち、ハンダ濡れ性を十分
満足した上で熱エージング後の導体と絶縁基板との密着
強度劣下を極力抑える要望は多く、その改善の試みはこ
れまでアルミナ基板上に関する限り数多く成されてき
た。しかしながら、昨今、前述した様にアルミナ基板上
のみならず多層グレーズ上の導体においても良好なハン
ダ濡れ性と強密着性が要求される様になって来たが、市
販の導体ペーストを使用すると多層グレーズ上では該導
体表面にガラス皮膜が形成される結果、ハンダ濡れ性を
著しく阻害すると同時に熱エージング後の密着強度が十
分に得られなかった。
(発明の目的) 本発明は、アルミナ基板上のみならず、多層グレーズ
上に形成されても良好なハンダ濡れ性を示し、熱エージ
ング後の密着強度劣下が極めて少ない導体組成物を提供
することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、少なくとも銀を含む金属粉と、無機結合剤
粉末とがビヒクル中に分散されてなる導体組成物におい
て、前記無機結合剤がガラスフリット、ビスマス化合物
及びルテニウム化合物を含み、必要に応じて酸化銅、酸
化ニッケル及び二酸化マンガンを含むことを特徴とする
導体組成物であり、ガラスフリットとして後に述べる特
定組成のものを使用することを特徴とする。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明における導体組成物の金属粉は、微細に分割さ
れた銀粉を必須成分として含み、該金属粉は銀粉の他に
パラジウム粉や白金粉を含有していてもよい。これらの
金属成分の組成は、通常銀100〜40重量%、パラジウム
0〜35%重量%、白金0〜35重量%である。又使用され
る銀の平均粒径は0.5〜7μでその表面積は0.5〜3m2/
g、パラジウムの平均粒径は0.1〜1μでその表面積は5
〜20m2/g、白金の平均粒径は0.1〜1μでその表面積は1
0〜40m2/gが好ましい。
該金属粉とともに本発明に係わる導体組成物を構成す
る無機結合剤の粉末は、ガラスフリットとビスマス化合
物から成り、該ガラスフリットが特定の組成であるこ
と。また同時に必須の添加物としてルテニウム化合物を
導体組成物中に含有することが本発明の最大の特徴であ
る。更には必要に応じて酸化銅、酸化ニッケル及び二酸
化マンガンを添加物として含んでもよい。前記無機結合
剤及び添加物の使用量は用途に応じて摘宜選定すること
ができるが、通常該金属粉に対して1〜30重量%程度と
し、該金属粉、無機結合剤及び添加物を分散させるビヒ
クルは導体組成物全体に対して10〜30%程度とする。
本発明で使用されるガラスフリットは、750〜900℃に
軟化点がある非晶質ガラスで、その組成が重量%でSiO2
40〜60,Al2O3 10〜20,B2O3 3〜10,MgO0.05〜5,CaO15〜
30であり、更に好ましくは重量%でSiO2 50〜60,Al2O3
12〜15,B2O3 5〜8,MgO1〜3,CaO18〜25のもので800〜580
℃の軟化点を有するものである。またガラスフリットの
導体組成物中の含有量は0.1〜12重量%とすれば良く、
更に好ましくは3〜8%であるが、金属粉の配合割合や
多層グレースの質によってその最適量が変化する故、摘
宜選択する必要がある。
又ビスマス化合物としては、酸化ビスマス粉末が一般
的であるが、オクチル酸ビスマス等の液状金属石鹸を含
む有機ビスマス化合物でも、本発明の目的を達成するこ
とが可能である。また導体組成物中の含有量は酸化ビス
マスとして通常5〜15重量%とすればよい。
本発明で用いられるルテニウム化合物としては酸化ル
テニウムが一般的であるが、ルテニウムレジネートで
も、本発明の目的を達成することができる。
本発明で使用される酸化ルテニウムは平均粒径0.1μ
以下、表面積50〜200m2/gを有する微粉末が最適であ
り、また導体組成物中の含有量は酸化ルテニウムに換算
して0.05〜3重量%、更に好ましくは0.1〜1重量%と
すればよい。
また必要に応じては本発明で使用される酸化銅、酸化
ニッケル及び二酸化マンガンは平均粒径0.1〜3μの粉
末で導体組成物中の含有量は総量で0〜3重量%であ
る。
このような構成から成る本発明の導体組成物をアルミ
ナセラミック基板上、ないし多層グレーズ上へ印刷し、
乾燥の後、800〜900℃で約5〜30分焼成して導体組成物
が被覆された回路基板が作製される。なお該焼成は複数
回繰り返してもよい。
このように作製された本発明の導体組成物が被覆され
た回路基板では、十分満足できるハンダ濡れ性と強密着
性を有している。その理由は必ずしも明らかではない
が、前記導体組成物中の無機結合剤を構成するガラスフ
リット、ビスマス化合物及びルテニウム化合物の3種類
の成分が焼成の段階で前記金属粉の焼結と相俟って相互
に反応する結果、導体表面の無機結合剤は無理なく導体
膜中に拡散してゆき、アルミナ基板ないし多層グレーズ
界面に金属成分と無機結合剤成分の緻密なマトリックス
が形成される結果、優れたハンダ濡れ性と強密着性を同
時に満足すると推定される。また従来の導体組成物との
大きな相異点としてアルミナ基板上のみならず多層グレ
ーズ上でもハンダ濡れ性と密着強度を満足させる理由と
しては、本発明に用いられたガラスフリットが極めて軟
化点が高いことで金属粉の焼結を総体的に大きく抑制
し、同時に添加されているルテニウム化合物が微細部分
にわたって一段と効果的にさせているものと考えられ
る。その結果アルミナ基板上に比べ、一般的に金属粉の
焼結が著しく進行する多層レーズ上においても、その焼
結は抑制され、アルミナ基板上に形成される導体膜と類
似の膜質を持つ導体膜が形成されるためと推定される。
また酸化銅、酸化ニッケル及び二酸化マンガンを必要に
応じて組合せ配合させることが出来、多層のグレーズの
質が変化した際にも良好なハンダ濡れ性と密着強度を得
ることが可能となる。
以下実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する
が、該実施例は本発明を限定するものではない。
(実施例) 微細に分割された金属粉、無機結合剤及び添加物をタ
ーピネオールにエチルセルロース樹脂を溶解したビヒク
ル中に混練分散し導体組成物を作製した。その配合比は
下記表に示す通りであり、96%アルミナセラミック基板
及び多層グレーズ上双方に印刷し、コンベア炉中850℃
における10分間の焼成を2回繰り返し、膜厚10〜14μの
電気回路を形成した。ここで、多層グレーズの材質とし
ては、アルミノホウケイ酸鉛系ガラスに酸化物フィラー
を加えたタイプのものを用いた。また、スクリーンとし
ては200メッシュ、総厚90μのものを使用した。このよ
うにして形成された電気回路をロジンフラックス中に浸
漬し、銀を含む鉛−錫共晶ハンダに220℃5秒間浸漬し
5×5mmパッドでのハンダ濡れ性を目視した。一方2×2
mmパッドに直径0.6mmのハンダめっき銅線をハンダゴテ
でハンダ付けした後、150℃のオーブン中に投入した。3
00時間放置後取り出し、ピールテストにより密着強度を
測定し下表の結果を得た。
ガラスフリットに関し、Aは本願で請求のガラス組成
であり、Bは軟化点450℃のB2O3−ZnO−PbO系ガラス、
Cは軟化点780℃のSiO2−Al2O3−PbO系ガラス、Dは軟
化点550℃のSiO2−B2O3−PbO系ガラスである。
上表から明らかな通り、ハンダ濡れ性において本発明
による導体組成物は、比較例にある導体組成物にくらべ
アルミナ基板上のみならず多層グレーズ上においても極
めて安定しており金属粉の任意の配合割合で、いずれも
99%以上の良好な特性を示している。一方熱エージング
後の密着強度においても本発明による導体組成物はアル
ミナ基板上及び多層グレーズ上で極めて優れた値を示し
ている。
(発明の効果) 以上の説明により本発明の導体組成物はアルミナ基板
上のみならず多層グレーズ上で焼成されても導体表面の
無機結合剤が金属粉の焼結によってさえぎられることな
く導体膜中に拡散して行き、優れたハンダ濡れ性を示
す。その結果導体とアルミナ基板ないし多層グレーズと
の界面に、金属成分と無機結合剤成分の緻密なマトリッ
クスが形成されることを可能にし、極めて優れた密着強
度を示している。多層グレーズを併用したアルミナ回路
基板においては、優れたハンダ濡れ性と密着強度を有す
る本発明の導体組成物が、極めて有用かつ画期的と言え
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01B 1/22 H01B 1/16 H05K 1/09 H05K 3/38 C09D 5/24

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも銀を含む金属粉と、無機結合剤
    粉末とがビヒクル中に分散されて成る導体組成物におい
    て、前記無機結合剤がガラスフリット、ビスマス化合物
    及び添加物としてルテニウム化合物を含み、前記ガラス
    フリットが重量%でSiO2 40〜60,Al2O3 10〜20,B2O3 3
    〜10,MgO0.05〜5,CaO15〜30の組成を有していることを
    特徴とする導体組成物。
  2. 【請求項2】添加物として酸化銅、酸化ニッケル及び二
    酸化マンガンの少なくとも1つを含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の導体組成物。
  3. 【請求項3】金属粉が銀粉のみから成る特許請求の範囲
    第1項又は、第2項に記載の導体組成物。
  4. 【請求項4】金属粉が銀粉の他に、パラジウム粉及び/
    又は白金粉を含んでいる特許請求の範囲第1項又は、第
    2項に記載の導体組成物。
  5. 【請求項5】ガラスフリットの導体組成物中の含有率が
    0.1〜12重量%である特許請求の範囲第1項から第4項
    までのいずれかに記載の導体組成物。
  6. 【請求項6】ルテニウム化合物の導体組成物中の含有量
    が酸化ルテニウムに換算して0.05〜3重量%である特許
    請求の範囲第1項から第5項までのいずれかに記載の導
    体組成物。
  7. 【請求項7】酸化銅、酸化ニッケル及び二酸化マンガン
    の少なくとも1種を含み、導体組成物中の含有量が総量
    で0.05〜3重量%である特許請求の範囲第1項から第6
    項までのいずれかに記載の導体組成物。
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