JPH01258307A - 銅ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はＡＱＮ基板及びＡＱ２０□基板用の銅ペースト
に係り、特に接着強度が高く、且つシート抵抗が小さく
、シかも半田濡れ性に優れており。 厚膜導体ペーストに好適な銅ペーストに関するものであ
る。 （従来の技術） 従来より、回路基板の製造法において基板表面にメタラ
イズ層を形成する方法としては、通常。 ＭＯｌＭ　ｏ　−Ｍ　ｎやＷ等の厚膜ペーストを印刷し
焼成してメタライズする方法が採用されているが、一方
、貴金属を使用し、導体、抵抗体、誘電体ぺ−ストを印
刷して焼成する方法もある。後者の場合、貴金属ペース
トはＡｇ、　Ａｇ−Ｐｄ、　Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｔ−
Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属を主としているので高価であり
、また特にＡｇを主体とするペーストは半田喰われ、マ
イグレーションの恐れがあることから、ＡｇにＰｄ、Ｐ
ｔなどを添加して特性の劣化を制御している。 このため、安価で、且つ半田喰われ、マイグレーション
の恐れのない安価な銅ペーストの開発が試みられるよう
になり、種々のタイプのものが提案されている。しかし
、銅ペーストの場合、基板との接合力向上のためにフリ
ットを混入しているため、銅の性質が活かせず、その結
果、シート抵抗が高く、半田濡れ性も悪いうえに高周波
特性も良くないと云う欠点があり、また接着力も充分と
は云えない問題があった。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、フリットを混
入せずに接着力が高く、且つシート抵抗が小さく、しか
も半田濡れ性に優れた安価な銅ペーストを提供すること
を目的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するため１本発明者は、まずフリットを
混入しないで銅ペーストの接着強度を僧太し得る様々な
添加物について検討し、その際、併せてシート抵抗、半
田濡れ性なども改善できる方策について鋭意研究を重ね
た結果、Ｂｉ２Ｏ，、ＣｕＯ及びＰｄの各粉末を組合せ
て適量添加し、或いはこれらに更にＳｉｏ２及び／又は
Ｃａ塩の各粉末を組合せて適量添加することにより、接
着強度が安定して向上し、同時にシート抵抗の低減、半
田濡れ性の向上等を図ることができることを見い出し、
ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、Ｂｉ２Ｏ３粉末１〜８％、ＣｕＯ
粉末１〜８％及びＰｄ粉末０．１〜１％を含み、更に必
要に応じ、Ｓ　ｉＯ，粉末及びＣａ塩粉末（ＣａＯ換算
）の１種又は２種を０．０５〜３．０％含み、残部がＣ
ｕ粉末からなる組成の固形成分８０〜９０％にビークル
成分２０〜１０％を加えて混練し、ペースト状にしたこ
とを特徴とする銅ペーストを要旨とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 まず、本発明における固形成分の限定理由を示す。 Ｂｉ２Ｏ３はアルミナ基板との接着効果を向上すると共
に、銅メタライズ面の酸化を抑制する効果がある。添加
量が１％よりも少ないと接着強度が弱くなるほか、表面
に斑点が生ずるので、１％以上が必要である。特に２％
以上になると大きな効果が発揮されてくる。しかし、８
％を超えると半田濡れ性が悪くなるほか、シート抵抗が
高くなるので、好ましくない。したがって、Ｂｉ２Ｏ３
量は１〜８％の範囲とする。 ＣｕＯは、ＡＱ、○、と反応し、ＣａＯ・Ａｌ１２０゜
のスピネル固溶体を形成して、接着強度の増大に大きな
効果がある。その効果は１％以上から現われ始めるが、
８％までが限度である。８％を超えると急激に半田濡れ
性が悪いうえに、シート抵抗が高くなる。したがって、
ＣｕＯ量は１〜８％の範囲とする。 Ｐｄは接着強度を安定化する効果がある。そのための添
加量は僅かでよく、０．１〜１％の範囲である。０．１
％未満ではそのような効果が得られず、また１％を超え
ると経済的にも不利となるので、好ましくない。 Ｓｉｎ、及びＣａ塩は、いずれもＡｆｌ２Ｏ３及びＡＱ
Ｎとの反応を起こし、接着強度を向上させることが可能
な成分であるので、必要に応じて添加することができる
。特に、これらの成分の添加効果はＡＱＮ基板に適用し
た場合に顕著である。添加する場合は、Ｓｉｏ、及びＣ
ａ塩の１種又は２種を０．０５〜３．０％（但し、Ｃａ
塩はＣａＯ換算量として）添加する。それぞれが０．０
５％未満では接着強度を十分に改善することができず、
３．０％を超える半田濡れ性が悪くなるほか、シート抵
抗値も高くなるので、好ま゛しくない。なお、Ｃａ塩と
してはＣａｂ、Ｃａ（ＯＨ）、、ＣａＣ０，などが挙げ
られる。 勿論、残部は実質的にＣｕからなり、特に半田濡れ性の
向上、シート抵抗の低下の効果がある。 なお、Ｃｕ粉末の酸素濃度は半田濡れ性やシート抵抗に
影響を及ぼし、特にメタライズ後の半田濡れ性に大きな
影響を及ぼすので、適°切に管理するのが望ましい。本
発明者の実験研究によれば、０゜５％以下であることが
重要である。しかし、Ｃｕ粉末中の酸素は強度向上には
全く寄与しないことが判明した。 以上の固形成分の濃度は、メタライズ面の緻密さに大き
な影響を及ぼすので、８０〜９ｏ％とする必要がある。 ８０％未満ではメタライズ面に気孔が多く発生し、半田
濡れ性が悪くなり、シート抵抗も高くなるほか、接着強
度も弱くなる。一方、９０％を超えると混線が難しく、
且つ印刷性が極度に悪くなるので、好ましくない。 また、固形成分の粒度は銅ペーストの諸特性に影響を及
ぼすので、適切に管理することが望ましい。すなわち、
Ｃｕ粉末の粒度は焼成後のメタライズ状態に大きな影響
を及ぼす。特に粒子が２μｍ以上になると接着強度が弱
くなるうえに、印刷性も悪くなる。更に、メタライズ面
に気孔が多くなるほか、混線の際の分散性も悪くなる。 また、Ｂｉ２Ｏ，、Ｃｕｂ、Ｐｄ、Ｓｉｎ、及びＣａ塩
各粉末の粒度も同様の影響を及ぼし、２μｍ以上になる
とペースト中の分散が悪くなり、接着強度のバラツキが
大きくなる。更に、メタライズ面の平滑性も悪くなるた
め、半田濡れ性もよくない。 このような固形成分は、有機バインダー、有機溶剤等の
ビークル成分２ｏ〜１０％に分散させて混線し、ペース
トにする。有機溶剤としては、テレピネオール、ブチル
カルピトール、テキサノール、ブチルカルピトールアセ
テートなどを使用でき、有機バインダーとしては、例え
ばエチルセルロースなどを使用できる。 なお、かシる銅ペーストは、いわゆるメカニカルアロイ
法を利用して製造することができる。この場合、まず各
固形成分の・粉末を摺潰機、ボールミル、アトライター
等の微粉砕機を用いて高速、高エネルギー下で所要時間
混合撹拌して粉砕することにより、各成分粉末が機械的
に噛合結合したいわゆるメカニカルアロイ形態の複合粉
末が得られる。次いで、この複合粉末に、或いはこのよ
うな複合粉末を少なくとも含む混合粉末に前記ビークル
成分を加えてペーストにすればよい。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 失庭孤よ 第１表に示す粒度（フィシャー平均径）の粉末を準備し
、ビークルとしてテキサノールを使用し、バインダーと
してエチルセルロースを使用して、所定のソリッド（固
形成分）濃度となるように配合し混線してペーストを得
た。 なお、銅粉末は、水素気流中で２００℃で還元処理した
ものであるが、同表中の酸素濃度の高い例Ｎα２８は未
処理のものである。ビークルと粉末との混線には３本ロ
ール・ミルを使用した。ペーストの粘度は、印刷可能な
粘度２００〜３５０ｋｃｐｓになるように、特にビーク
ル中のエチルセルロースによりｙ４整した。 得られたペーストを用い、９６％アルミナ基板の片面に
標準パターンを印刷した。印刷後のレベリングは１５分
間とし、乾燥は１２０℃Ｘ１５分間とした。焼成には厚
膜焼成炉を使用し、窒素雰囲気中で焼成した。焼成条件
は４５分プロファイル、ピーク温度９００℃×１０分間
とした。焼成膜厚は１４〜１８μｍであった。 第１表に特性値（接着強度、半田濡れ性及びシート抵抗
）の評価結果を併記する。 なお、接着強度の測定には、第１図に示すように、得ら
れたアルミナ基板１のパターン印刷面２に２ｍｍ口パッ
ド３を接着し、これに０　、６　ｍｍφの錫メツキ銅ワ
イヤ４を取付け、９０’　ビール法にて剥離強度を測定
した。接着強度が４ｋｇ以上の場合を良好と評価した。 また、シート抵抗はデジタル・ボルト・メーターによっ
て測定し、２１ＩｌΩ／口以下の場合を利用工と評価し
た。 半田濡れ性は、２ｍｍ口パッドを使用し、６／４半田を
溶かし、２２０”Ｃに温度制御しである半田槽にデイツ
プさせ、各パッドの濡れ面積を測定して評価した。濡れ
目面積が９５％以上の場合にＯ印、９０〜９５％の場合
に０印を付してそれぞれ良好と評価し、９０％以下の場
合にその程度に応じてΔ印、更にｘ印を付して不合格と
評価した。 第１表より、Ｎα３〜Ｎα６、Ｎα９〜Ｎα１３、Ｎα
１７〜ＮＱ２０．Ｎα２３〜Ｎα２５の本発明例は、い
ずれも各特性が優れていることがわかる。また高周波特
性も良好であることが確認されている。なお、参考例Ｎ
α２７とＮα２８はＣｕ粉末の酸素濃度が適切でない場
合、Ｎα２９は各粉末の粒度が適切でない場合である。 一方、Ｂｉ２Ｏ３粉末を含まないか或いは量が少ない比
較例（Ｎα１、Ｎα２）は接着強度が不充分であり、し
かし多すぎると半田濡れ性が悪く、シート抵抗が高い。 同様に、Ｃｕ○粉末を含まないか或いは量が少ない比較
例（Ｎα８、Ｎα９）も接着強度が不充分であり、多す
ぎると半田濡れ性が悪く、シート抵抗が極めて高い。 また、Ｐｄ粉末を含まないか或いは少ない比較例（Ｎα
１５．Ｎα１６）は接着強度が不充分であり、多すぎる
とシート抵抗が高い。 更にまた、固形成分濃度が低い比較例（Ｎα２２）は接
着強度が低く、半田濡れ性が低下する傾向にあり、更に
シート抵抗が高くなる。固形成分濃度が高すぎる比較例
（Ｎα２６）は印刷そのものが不能であった。

【以下余白】

実施例２ 第２表に示す粒度（フィシャー平均径）の粉末を準備し
、実施例１の場合と同様にして、ビークルとしてテキサ
ノールを使用し、バインダーとして二トルセルロースを
使用して、所定のソリッド（固形成分）濃度となるよう
に配合し混練してペーストを得た。Ｎα３３及びＮα４
１〜Ｎα４３においてはＣａ（ＯＨ）２、ＣａＣＯ３を
ＣａＯ換算で０．５％に相当する量添加した。 得られたペーストを用い、純度９４％以上のＡＱＮ基板
の片面に標準パターンを印刷した。印刷後のレベリング
は１５分間とし、乾燥は１２０℃×１５分間とした。焼
成には厚膜焼成炉を使用し、窒素雰囲気中で焼成した。 焼成条件は４５分プロファイル、ピーク温度９００℃×
１０分間とした。焼成膜厚は１４〜１８μｍであった。 第２表に特性値（接着強度、半田濡れ性及びシート抵抗
）の評価結果を併記する。 なお、接着強度、シート抵抗の測定及び評価並びに半田
濡れ性の評価は、実施例１の場合と同様である。 第２表より、本発明例は、いずれも各特性が優れている
ことがわかる。また高周波特性も良好であることが確認
されている。なお、本発明例Ｎα３９、Ｎα４ｏは接着
強度のバラツキがあった。 一方、Ｓｉｎ、及びＣａ塩のいずれの粉末も含まない比
較例は接着強度が不足し、多すぎる比較例は接着強度が
充分であるものの、半田濡れ性が悪く、シート抵抗が高
い。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明では、固形成分としてＢｉ
２Ｏ３、ＣｕＯ及びＰｄの各粉末を適量含有させ、或い
は更にこれらにＳｉＯ２及び／又はＣａ塩粉末を適量含
有させて、フリットを混入せずに銅ペーストの組成を調
整したので、接着強度が高く、且つシート抵抗が小さく
、しかも半田濡れ性が優れており、高品質の銅ペースト
を安価で提供することができる。特に、ＳｉＯ２及び／
及びＣａ塩粉末を含有させたものはＡＱＮ基板用に好適
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は接着強度の測定要領を説明する図である。 特許出願人　　昭和電工株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｂｉ＿２Ｏ＿３粉末１
   〜８％、ＣｕＯ粉末１〜８％及びＰｄ粉末０．１〜１％
   を含み、残部がＣｕ粉末からなる組成の固形成分８０〜
   ９０％にビークル成分２０〜１０％を加えて混練し、ペ
   ースト状にしたことを特徴とする銅ペースト。
2. （２）Ｂｉ＿２Ｏ＿３粉末１〜８％、ＣｕＯ粉末１〜８
   ％及びＰｄ粉末０．１〜１％を含み、更にＳｉＯ＿２粉
   末及びＣａ塩粉末（ＣａＯ換算）の１種又は２種を０．
   ０５〜３．０％含み、残部がＣｕ粉末からなる組成の固
   形成分８０〜９０％にビークル成分２０〜１０％を加え
   て混練し、ペースト状にしたことを特徴とする銅ペース
   ト。
3. （３）前記Ｃｕ粉末は粒径が２．０μｍ以下で、酸素濃
   度が０．５％以下のものである請求項１又は２に記載の
   銅ペースト。
4. （４）前記Ｂｉ＿２Ｏ＿３粉末、ＣｕＯ粉末、Ｐｄ粉末
   、ＳｉＯ＿２粉末及びＣａ塩粉末はそれぞれ粒径が２．
   ０μｍ以下のものである請求項１又は２に記載の銅ペー
   スト。
5. （５）前記Ｃａ塩はＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）＿２及びＣａ
   ＣＯ＿３から選ばれたものである請求項２又は４に記載
   の銅ペースト。