JPH04112410A - 厚膜導体組成物 - 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、厚膜導体組成物に関し、より詳細には、サー
デイツプ基板用ペースト及び混成集積回路用導体組成物
に関するものである。 （従来の技術） 近年、電子機器の薄型化、コンパクト化は著しく、集積
度の増加と共に一段と信頼性が向上し、用途も拡大の一
途をたどっている。モノリシックＩＣでは急速な密度の
増加、小型化がすすんできており、一方、ハイブリッド
ＩＣの分野でも特に自動車用制御回路や電源装置用など
の産業機器においては耐熱性、耐熱衝撃性に優れた大規
模ハイブリットＩＣ化の傾向が強い。最近のハイブリッ
トエＣでは、セラミック基板上にダイオード、トランジ
スタ、半導体ＩＣなどの能動部品のほか、コイル、トラ
ンス、コンデンサーなど殆どの電気部品を搭載している
。集積度も一段と増加し、信頼度も飛躍的に向上した混
成集積回路が開発されている。 これらのハイブリットＩＣは、セラミック基板上に個別
部品或いはＩＣエレメントを搭載したり、厚膜技術を駆
使して構成されている。サーデイツプＩＣは５通常、Ａ
ｌ２２０，９２〜９６％程度のアルミナ基板上にシリコ
ンＩＣチップをボンディングペーストを使用して固着し
ている。最近では、耐熱性、良熱伝導性等の特性を活か
し窒化アルミ（ＡＱＮ）が利用されるようになってきた
。 通常、これらハイブリットＩＣの配線には、Ａｕ系ペー
ストが用いられていた。しかし、Ａｕ系ペーストは導電
性に優れ、化学的にも全く安定であるが、高価であると
いう難点があった。 この難点を解消するため、ＡｕをＡｇに代えて、Ａｇの
欠点であるマイグレーションを防止するために、ｐｔ或
いはＰｄを添加したＡ４−Ｐｔ系或いはＡｇ−Ｐｄ系の
ペーストが開発されてきた。 （発明が解決しようとする課題） 本発明者らも先に特開昭６２−７１１１０号に開示した
とおり、Ａｇ−Ｐｄ系、Ａｇ−Ｐｔ系の導電ペーストを
提案している。しかし、これらペーストはＡΩＮ基板と
の接着性には優れるものの、部品搭載時の半田付は時に
半田食われが発生し、高信頼性が得られにくいという問
題があった。 本発明は、先の提案を更に改良し、特にＡＱＮ基板に対
して接着強度を強め、かつ耐半田食われ性を向上できる
厚膜導体組成物を提供することを目的とするものである
。 （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者らは、先の提案に係
る厚膜導体組成物の成分系について再検討すると共に新
たな成分系について鋭意研究を重ね、ここに本発明をな
したものである。 すなわち、本発明は、固型成分中の割合がパラジウム粉
末：０．１〜３０％、酸化ビスマス＝１〜１０％、銀と
銅の複合微粉末：０．５〜１０％、ガラス粉末二０．５
〜１０％、残部が銀微粉末からなる固形成分と、ビヒク
ルからなるペーストであって、銀微粉末、パラジウム粉
末、酸化ビスマス、銀と銅の複合微粉末及びガラス粉末
の合計がペースト中の６０〜９５％であることを特徴と
する厚膜導体組成物を要旨とするものである。 また、他の本発明は、固型成分中の割合がパラジウム粉
末二０．１〜３０％、酸化ビスマス＝１〜１０％、酸化
銅：０．５〜１０％、ガラス粉末：０゜５〜１０％、残
部が銀微粉末からなる固形成分と。 ビヒクルからなるペーストであって、銀微粉末、パラジ
ウム粉末、酸化ビスマス、酸化銅及びガラス粉末の合計
がペースト中の６０〜９５％であることを特徴とする厚
膜導体組成物を要旨とするものである。 （作用） 本発明は、要するに、特定量のガラス粉末と酸化ビスマ
スを添加することにより、銀糸導体組成物の欠点である
耐半田食われ性を向上させたものである。また、更に、
銀と銅の複合粉末、若しくは酸化銅を添加することによ
り、基板への接着強度も増大する特有の効果を有する。 本発明の組成物は、特に／ＷＩＮ基板に対して顕著な効
果を発揮するが、基板はＡＱＮに限定されるものではな
く、ＡＱ２０．、ＳｉＣ，ＢｅＯ、ムライト等のあらゆ
る磁器基板に適応可能である。 次に本発明における各成分の作用を説明する。 糺敗翫末 銀微粉末は、導電性を付与するために添加し、粒径１０
μＩ以下のもの、好ましくは平均粒径で０．５〜５μｍ
のものを使用する。１０μｍより大きくなるとビヒクル
中での分散性が悪くなり、ドツティング時にニードルが
閉寒する恐れがある。 また、印刷に際して線の解像性が悪くなり、焼成仕上り
面の平滑性が得難くなる。銀微粉末は特殊なものである
必要はなく、通常の還元法や電解法で得られた銀粉末を
使用することができる。 なお、銀微粉末の含有量は固形成分全体における以下の
各成分の残部である。 パラジウム粉末 パラジウムは、銀のマイグレーションを防止する効果を
有する。そのためには、パラジウムの含有量をペースト
中の固形成分全体に対して０．１〜３０％とする必要が
ある。０．１％未満ではその効果が認められず、また３
０％を超えて添加しても特性向上は期待できない。なお
、上記範囲でパラジウムを添加すると、シート抵抗を低
く保ちながら、半田食われ性を改善し、マイグレーショ
ンを防ぐと共に、ペーストの融点を高め、１０００〜１
２００　’Ｃの焼成にも耐えて強固な導電性皮膜を形成
することが可能となる。 酸化ビスマス 酸化ビスマスは耐半田リーチング性を向上させる上で効
果がある。しかし、添加量が１％未満ではその効果は得
られない。また、１０％を超えるとその効果は飽和し、
半田濡れ性等の他の特性を悪くする傾向がある。したが
って、酸化ビスマスの添加量は１〜１０％の範囲とする
。 銀と銅との複合粉末 銀と銅との複合粉末は、導体組成物とＡＱＮ基板との接
着性を向上させる効果があり、特に半田ぬれ性を向上で
きる。そのためには固形成分全体に対して０．５〜１０
％の添加が必要である。０゜５％未満ではその効果が得
られず、また１０％を超えると逆に接着強度が低下し始
めるので好ましくない。この複合粉末は共沈粉、メカニ
カルアロイ粉末、メツキ粉、或いは化学的に銅粉表面に
銀コーテイングした粉末のいずれでも同様の効果が得ら
れる。その場合、Ａｇの含有量は複合粉末の全体に対し
、０．５〜２５％が好ましい。０．５％未満では上記の
ような効果が得られず、２５％を超えるとその効果自体
は飽和し、単に高価になってしまい、経済的メリットが
得られない。 酸化鋼 酸化銅は、銀と銅の複合粉末と同様、ＡＱＮ基板との接
着性を向上させる効果があるが、半田ぬれ性は銀と銅の
複合粉末よりやや劣るものの、銀と銅の複合粉末に代え
て添加することができる。 これは、ＡＱＮ基板と酸化銅が焼成過程で反応してＣｕ
ＡＱ２０４相を生成するためと考えられる。 このためには、固形成分全体に対し、酸化銅粉末を０．
５〜１０％添加する。０．５％未満ではその効果が得ら
れず、また１０％を超えると半田濡れ性が悪くなると共
にシート抵抗が高くなる。酸化銅はＣｕＯ及びＣｕ２Ｏ
のいずれの形で添加してもよい。 ガラス粉末 ガラス粉末は、ＺｎＯ又はｐｂ○を主成分としたものが
好ましく、いずれのガラスも基板と導体組成物との接着
性を良くするため、半田食われを防ぐだめに添加する。 ガラス粉末の添加量はいずれの場合も０．５〜１０％の
範囲である。添加量が０．５％未満では上記の効果が得
られず、また１０％を超えるとシート抵抗の増大及び半
田濡れ性が著しく悪くなる。 以下にガラス粉末成分について更に詳細に説明する。 ＺｎＯ系ガラス粉末 ＺｎＯ系ガラス粉末はその熱膨張係数がＡＱＮに近いの
で、該基板に適しており、熱サイクル疲労に効果がある
。 ＺｎＯを主成分とするガラス粉末において、ＺｎＯはガ
ラスの軟化点を下げ、ＡＱＮ基板との濡れ性を改善する
効果がある。しかし、ＺｎＯ含有量が４０％より多くな
いとガラスの軟化点が焼成温度範囲（８５０〜９００℃
）よりも高くなってしまい、上記のような効果が得られ
ない。一方、６０％を超えるとガラス化することが難し
い。したがって、ガラス粉末全体に対するＺｎＯ量は４
０〜６０％の範囲が好ましい。 Ｂ２０．は含有量が少ないとガラス化しにくく、軟化点
を下げにくいので、１ｏ％以上が必要である。しかし、
４５％を超えると水分を吸着し易くなり、安定性に劣っ
たり、熱膨張係数が大きくなり、基板とのマツチング性
がとりにくくなる。したがって、ガラス粉末全体に対す
るＢ２０．量は１０〜４５％の範囲が好ましい。 ５１０２は含有量が少ないと、耐水性等の安定性に劣る
ので、４％以上が必要であるが、３０％を超えると軟化
点が上昇するので、好ましくない。 したがって、ガラス粉末全体に対する８１０２量は４〜
３０％の範囲とする。 ＡＱ２０．、ＢａＯ１Ｚｒ○２はガラスを安定化するた
めに適宜加えることが可能である。ＡＱ２０１、ＢａＯ
は軟化点の急激な上昇が生じない範囲でそれぞれ１０％
以下が好ましい。ＺｒＯ２はその含有量が多いと結晶化
し易くなるので、５％以内にとどめることが好ましい。 ＰｂＯは軟化点の調整を行うために、必要に応じて添加
が可能である。但し、ＰｂＯが１５％を超えると熱膨張
係数が大きくなるので、１５％以内にとどめることが好
ましい。 この他にガラスを安定化させるために、３％以内でＴｉ
ｅ２、ＳｒＯ，ＭｇＯ、Ｆｅ２０１、ＣａＯ等の添加が
可能である。 ＰｂＯ系ガラス粉末 ＰｂＯ系ガラス粉末は、その熱膨張係数がＡＱ。 Ｏｌに近いので、該基板に適している。 ＰｂＯを主成分とするガラスの場合、ＰｂＯはガラスの
軟化点を下げ、基板との濡れ性を改善する効果がある。 しかし、ＰｂＯ含有量が４０％より少ないと、ガラスの
軟化点が焼成温度範囲（８５０〜９００℃）よりも高く
なってしまい、上記のような効果は得られない。一方、
７０％を超えると軟化温度が低くなり過ぎ、メタライズ
相の半田濡れ性が悪くなることや熱膨張係数が大きくな
り過ぎ、基板と密着した後の信頼性に欠ける。したがっ
て、ガラス粉末全体に対するＰｂＯ量は４０〜７０％の
範囲とする。 Ｂ２０．は含有量が少ないと、ガラス化しにくく、軟化
点を下げにくいので、１０％以上が必要である。しかし
、４５％を超えると水分を吸着し易くなり、安定性に劣
ったり、熱膨張係数が大きくなり、基板とのマツチング
性がとりにくくなる。したがって、ガラス粉末全体に対
するＢ２０．量は１０〜４５％の範囲とする。 Ｓｉｏ２は含有量が少ないと、耐水性等の安定性に劣る
ので、４％以上が必要であるが、３０％を超えると軟化
点が上昇するので好ましくない。したがって、ガラス粉
末全体に対する５１０２量は４〜３０％の範囲とする。 ＺｎＯは軟化点を調整すると共にガラスの熱膨張係数を
調整するために、ＰｂＯ、Ｓｉｏ２の割合に併せて適宜
添加することができる。その添加量は４０％以下である
。 ＡＱ２０．、ＢａＯ、ＣａＯはガラスの安定化のために
１０％以内の量で適宜添加加が可能である。 この他にもＴｉｅ、、ＳｒＯ、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３等の
３％以内の添加はガラスの安定化のために有効であるの
で、適宜添加してもよい。 ビヒクル ビヒクルは、上記固形成分を均一に分散させ、使用しや
すいペースト状にするために添加される。 例えば、テレピネオール、ブチルカルピトール、エチル
セルロース、ブチルカルピトールアセテート、テキサノ
ール等の有機溶媒が挙げられる。 但し、上記固形成分の合計量はペースト中の６０〜９５
％とする必要がある。この範囲以外では取扱いやすいペ
ースト粘度が得られない。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 去１をＩ２ 第１表に示す固形成分（銀粉末、パラジウム粉末、銀と
銅の複合粉末、酸化ビスマス、酸化銅など）を使用し、
ビヒクルとしてテルピネオール、エチルセルロース及び
界面活性剤を使用して三本ロールミルで撹拌してペース
トとした。 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’ＣＸ１５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６０分プロファイル、ピーク温度９２０’
ＣＸ１０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、得られたＡＱＮ基板のパタ
ーン印刷面に２ｍｍ口パッドを接着し、これに０．８ｍ
ｍφの錫メツキ銅ワイヤを取付け、９０°ピール法にて
剥離強度を測定した。接着強度が３ｋｇ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、２０ＩＩＩΩ／口以下の場合を良好と評価し
た。 半田濡れ性は、２ｍｍ口パッドを使用し、６２Ｓｎ　−
３６Ｐｂ　−２Ａｇ共晶半田を溶かし、２３０℃に温度
制御しである半田槽にデイツプさせ、各バットの濡れ面
積を測定して評価した。濡れ目面積が９５％以上の場合
に◎印、９０〜９５％の場合にＯ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して△印
、更にＸ印を付して不合格と評価した。 更に耐半田食われ性は２ｍｍ口パットを使用し、２５０
℃の６２５ｎ−３６Ｐｂ−２Ａｇ共晶半田浴中に１０秒
間浸漬し、取り出すという操作を繰返し２ｍｍパッドの
面積が収縮し始めた時の回数を測定し、５回以上もった
ものを合格とした。 第１表より１本発明例は、いずれも、優れた特性値を示
していることがわかる。 ［以下余白１ 実施例２ 第２表に示す固形成分（銀粉末、パラジウム粉末、銀と
銅の複合粉末、酸化ビスマス、酸化銅など）を使用し、
ビヒクルとしてテルピネオール、エチルセルロース及び
界面活性剤を使用して三本ロールミルで撹拌してペース
トとした。 得られたペーストを用い、純度９４％以上のＡＱＮ基板
又はＡＱ、０３基板のそれぞれ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６０分プロファイル、ピーク温度９２０℃
ＸＩＯ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。 第２表より、本発明のものがＡＱＮ基板のほか。 ＡＲ２０，基板にも適用できることがわかる。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特に窒化アルミ
ニウム基板に対し、シート抵抗値が低く、優れた接着性
を示し、かつ、耐半田リーチング特性に優れた導体組成
物を得ることが可能である。 特許出願人　　昭和電工株式会社 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、パラジウム粉末：０．
   １〜３０％、酸化ビスマス：１〜１０％、銀と銅の複合
   微粉末：０．５〜１０％、ガラス粉末：０．５〜１０％
   、残部が銀微粉末からなる固形成分と、ビヒクルからな
   るペーストであって、銀微粉末、パラジウム粉末、酸化
   ビスマス、銀と銅の複合微粉末及びガラス粉末の合計が
   ペースト中の６０〜９５％であることを特徴とする厚膜
   導体組成物。
2. （２）パラジウム粉末：０．１〜３０％、酸化ビスマス
   ：１〜１０％、酸化銅：０．５〜１０％、ガラス粉末：
   ０．５〜１０％、残部が銀微粉末からなる固形成分と、
   ビヒクルからなるペーストであって、銀微粉末、パラジ
   ウム粉末、酸化ビスマス、酸化銅及びガラス粉末の合計
   がペースト中の６０〜９５％であることを特徴とする厚
   膜導体組成物。
3. （３）前記ガラス粉末が、ＺｎＯ：４０〜６０％、Ｂ＿
   ２Ｏ＿３：１０〜４５％及びＳｉＯ＿２：４〜３０％か
   らなる三元系組成物である請求項１又は２に記載の厚膜
   導体組成物。
4. （４）前記ガラス粉末が、更にＡｌ＿２Ｏ＿３：１０％
   以下、ＢａＯ：１０％以下、ＺｒＯ＿２：５％以下及び
   ＰｂＯ：１５％以下の少なくとも１種を含むものである
   請求項３に記載の厚膜導体組成物。
5. （５）前記ガラス粉末が、ＰｂＯ：４０〜７０％、Ｂ＿
   ２Ｏ＿３：１０〜４５％及びＳｉＯ＿２：４〜３０％か
   らなる三元系組成物である請求項１又は２に記載の厚膜
   導体組成物。
6. （６）前記ガラス粉末が、更にＡｌ＿２Ｏ＿３：１０％
   以下、ＢａＯ：１０％以下、ＣａＯ：１０％以下及びＺ
   ｎＯ：４０％以下の少なくとも１種を含むものである請
   求項５に記載の厚膜導体組成物。