JPH04144985A - 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、磁器基板用銅系導体組成物に係り、特にアル
ミナ基板に対してスルーホール印刷性が良く、接着強度
が高く、かつ高信頼性を有する厚膜導体組成物に関する
もので、磁器基板上に導体回路を形成するのに好適であ
る。

（従来の技術及び解決しようとする課題）従来１回路基
板の製造法において基板表面上にメタライズ層を形成す
る方法としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐｔ
及びＡｇ／Ｐｄ／Ｐｔ等の貴金属ペーストが主として用
いられている。

しかし、これら貴金属ペーストは高価であり、また特に
Ａｇを、主体とするペーストはマイグレーションや耐半
田リーチング性に劣る等の問題がある。これらの問題点
はＡｇにＰｄ或いはｐｔなどを添加して特性の改善が図
られている。ところが。

Ｐｄ、Ｐｔ等の添加は更に高価になり、特性的な改善で
も十分とは言えない。

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。例えば、特開昭
５３−４９２９６号、特開昭５６−９３３９６号などが
ある。また本件出願人は特願昭６３−２７６７４２号に
てＢｉ、０３、ＣｕＯ及びＰｄの各粉末を含有させ、ガ
ラスフリットが混入しない銅ペーストを提案した。

これらのペーストは、導体抵抗が小さく、高い接着強度
が得られる反面、焼成時のＣｕ粒子の収縮が急激に起こ
るために、スルーホール印刷部にクラックが入り、導通
が取れない等の問題が生じた。

本発明は、上記問題点を解決して、スルーホール印刷が
可能で、しかも高接着強度を有し、信頼性も高い銅導体
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、本発明者は、銅粉末の急激な
収縮を押え、かつ優れた接着強度を有する銅系導体組成
物が得られるガラスフリットの組成及び添加物について
鋭意検討を行った。

その結果、先の提案に係る銅系導体組成物において特定
組成のガラスフリット及び各種添加物を添加することに
より、可能であることを見い出し、ここに本発明をなし
たものである。

すなわち、本発明は、ＰｂＯ：３０〜４０％、Ｚｎｏ：
２５〜３５％、Ｂ２Ｏ３：２０〜３０％及びｓｉｏ、：
ａ〜１０％を必須成分として含み、必要に応じて更にＡ
Ｑ、０．、ＺｒＯ，、ＴｉＯ２、ＢａＯ及びＣａＯの少
なくとも１種以上を合計で５％以下含むガラス粉末：０
．３〜３．０％と、酸化銅：０．５〜１０％と、酸化ビ
スマス二〇、５〜１０％とを含み、残部が銅粉末からな
る固形成分６０〜９５％に、ビヒクル成分４０〜５％を
加えてペースト状にしたことを特徴とする厚膜導体組成
物を戻しとするものである。

以下に本発明を更に詳述する。

（作用） まず、本発明における固形成分の限定理由を示す。

１うｊ（１末− ガラス粉末は焼成過程において軟化し、液相状態になる
。この液相がＣｕ粉末焼結時にＣｕの粒界に存在し、Ｃ
ｕ粒子の再配列を引き起こしたり、スルーホール孔のコ
ーナ一部においてつなぎの役割を果し、焼成後にスルー
ホール孔コーナ一部のクラックの発生を防ぐ。

一方、銅の焼結開始温度が約６００℃付近から始まり、
７００〜８００℃の範囲で急激な収縮が起こる。このた
めガラスフリットに上記のような効果を期待するために
は、ガラスの軟化温度が５００℃付近にあり、軟化した
ガラスの粘度は７００〜８００℃のＣｕの急激な収縮を
抑制するためにある程度大きな値を示すことが望ましい
。

そのため、本発明において用いるガラスフリットの組成
は、以下のように、ＰｂＯ，ＺｎＯ１Ｂ２０２及びＳｉ
ｎ、を必須成分とする組成にしたものである。

ＰｂＯは、ガラスの軟化点を下げ、かつ基板との接着性
を良好にすることができる。しかし、ＰｂＯ含有量が３
０％より少ないと、ガラスの軟化点が焼成温度よりも高
くなってしまい、上記のような効果は得られない、一方
、４０％を超えるとガラスの軟化点が低くなり過ぎ、や
はり上記のような効果が得られにくく、また焼成後の半
田濡れ性を著しく悪くする。したがって、ガラス粉末全
体に対するｐｂｏ量は３０〜４０％の範囲とする。

ＺｎＯも、ＰｂＯと同様、ガラスの軟化点を下げること
と、良好な接着性を得るためにガラス粉末に含有させる
。しかし、ＺｎＯ含有量が２５％より少ないとガラスの
軟化点が焼成温度よりも高くなってしまい望ましくない
、一方、３５％を超えると結晶化温度の低下を招き、良
好な接着性が得られにくくなる。このため、ガラス粉末
全体に対するＺｎＯ量は２５〜３５％の範囲とする。

Ｂ、０３は含有量が少ないとガラス化しにくいことと、
軟化点を下げにくくすることにより、２０％以上が必要
である。しかし、３０％を超えると水分を吸着し易くな
り、安定性に劣る。したがって、ガラス粉末全体に対す
るＢ、Ｏ，量は２０〜３０％の範囲とする。

Ｓｉｎ、は含有量が少ないと、耐水性等の安定性に劣る
ので、３％以上が必要であるが、１０％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ＳｉＯ□量は３〜１０％の範囲とする。

なお、固形成分としては、上記ガラス粉末の他に、以下
に説明するように、酸化銅及び酸化ビスマスを適量で添
加することを必須とする。

１良艶 酸化銅は、銅ペースト中の銅粒子相互の焼結を促進する
効果がある。これは、焼成時にビヒクルが分解して還元
性雰囲気を形成し酸化銅の一部が活性なＣｕとなるため
、焼結助剤的な効果を示すためである。また、その一部
は基板と反応し、反応相を形成するため、接着性を良好
にする役割を果す。そのためには、固形成分全体に対し
、酸化銅粉末を０．５〜１０％の範囲で添加する。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。

１似くムヱ入 酸化ビスマスは基板との接着効果を向上すると共に、焼
成時に酸化ビスマスの一部が金属ＢｉＬ、−変化し、半
田濡れ性を向上させる効果がある。そのためには、固形
成分全体に対して酸化ビスマスを０．５〜１０％の範囲
で添加する。添加量が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に対する効果が逆
に悪くなる傾向を示す。

鼾翫末 勿論、固形成分の残部は実質的に銅粉末からなり、銅粉
末は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、銅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、とく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
０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。

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６０〜９５％とする必要がある。６
０％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、特に強固
な接着が得られない。

一方、９５％を超えると、混線が難しく、かつ印刷性が
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、銅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、そこで、銅粉末
の粒度は０．４〜１０μｍの範囲が好ましく、更に強固
な接着が要求されるときは０．４〜５μ■のの範囲に押
えることが望ましい。

ＡＱ、Ｏ，、ＺｒＯ，、ＴｉＯ２、ＢａＯ及びＣａＯは
ガラスを安定化させるために適宜加えることが可能であ
る。これらはガラスの安定性を考えた場合、０．１％以
上の添加により効果が顕著に認められ、少なくとも１種
以上を合計で５％以下の添加で十分である。それ以上の
添加は軟化点を上昇させる可能性があるので好ましくな
い。

また、ガラス粉末は軟化点の異なる２乃至３種のガラス
を上記組成範囲内に入るように混合したものを用いても
、同様の効果が期待できる。

このような固形成分は、有機バインダー、有機溶剤等の
ビヒクル成分４０〜５％に分散させて混練し、ペースト
状にする。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、アクリル樹脂などを使用できる。な
お、ビヒクル成分量が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。

なお、かＳる銅ペースト用の固形成分は、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１次いで、この複合粉末に、或
いはこのような各成分の混合粉末に前記ビヒクル成分を
加えてペースト状にすればよい。

銅ペーストは、９００℃以下の低温で焼成しても３ｋｇ
以上の接着強度が得られる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す各粉末を準備し、ビヒ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／ア
クリル樹脂を混合したものを所定のソリッド（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。

その際、ガラス粉末としては第２表に示す種々の組成の
ものを用いた。

また、銅粉末は、水素気流中で２００℃で還元処理した
ものを用いた。ビヒ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２
００〜２５０　ｋｃｐｓになるように、特にビヒクル中
のエチルセルロースにより調整した。

得られたペーストを用いて、純度９６％以上のＡｌ２２
ｏ３基板の片面に標準パターンを印刷した。

またスルーホール印刷性の評価には純度９６％、板厚０
．６３５ｍｍ−スルーホール孔径０．４＋＋＋＋ｏφの
基板の両面に印刷を行った。印刷後のレベリングはいず
れの場合も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６０分プロファイル、ピーク温度９
００℃×１ｏ分間とした。

焼成膜厚は１４〜１６μ園であった。

第１表に特性値（接着強度、半田濡れ性及びスルーホー
ル印刷性）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ＡＱ２０゜基板の
パターン印刷面に２ｍｍ口パッドを接着し、これに０．
８膳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３
ｋｇ以上の場合を良好と評価した。

半田濡れ性は、２ＩＩｌ飄ロパツドを使用し、６／４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◎印、９０〜９５％の場
合に○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。

スルーホール性については、焼成後、スルーホール孔周
辺のクラックの有無を顕微鏡により観察し、第１図に示
すように、クラックの無いものをＯ印、クラックの有る
ものをｘ印とした。

第１表より明らかなように、本発明例はいずれも、接着
強度が高く、半田濡れ性に優れ、しかも良好なスルーホ
ール性を示している。

【以下余白１ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、固形成分として
銅粉末に特定組成のガラスフリットを添加し、更に酸化
銅、酸化ビスマスを含有させた導体組成物としたので、
接着強度が高く、しかも半田濡れ性に優れており、良好
なスルーホール引率が可能であり、信頼性の高い安価な
導体組成物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１、図はスルーホール性の評価を説明する図で、（、
）はクラックが有る場合、（ｂ）はクラックが無い場合
を示している。 １・・・アルミナ基板、２・・・Ｃｕメタライズ層、３
・・・クラック。 特許出願人　　昭和電工株式会社 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第 図 （Ｑ） （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、ＰｂＯ：３０〜４０％
   、ＺｎＯ：２５〜３５％、Ｂ＿２Ｏ＿３：２０〜３０％
   及びＳｉＯ＿２：３〜１０％を必須成分として含むガラ
   ス粉末：０．３〜３．０％と、酸化銅：０．５〜１０％
   と、酸化ビスマス：０．５〜１０％とを含み、残部が銅
   粉末からなる固形成分６０〜９５％に、ビヒクル成分４
   ０〜５％を加えてペースト状にしたことを特徴とする厚
   膜導体組成物。
2. （２）前記ガラス粉末が、更にＡｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ
   ＿２、ＴｉＯ＿２、ＢａＯ及びＣａＯの少なくとも１種
   以上を合計５％以下含むものである請求項１に記載の厚
   膜導体組成物。