JPH0431336A - 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、特に窒化
アルミニウム接着強度が高く、高信頼性を有するもので
、磁器基板上に導体を形成する上で好適である。 （従来の技術及び解決しようとする課題）従来、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／Ｐ
ｔ、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フ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。しかし、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。例えば
、特開昭５３−４９２９６号、特開昭５６−９３３９６
号などがある。また、本件出願人が先に特願昭６３−２
７６７４２号に提案したとおり、Ｂｉ２Ｏ，、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
い銅ペーストを開発した。 しかしながら、これらペーストは、いずれも窒化アルミ
ニウム上に焼付けても、高い接着強度は得られにくい、
これは、ＡＱＮがＣｕペーストの焼成されるＮ２雰囲気
下では安定なためにガラスフリットとの濡れ性が悪いこ
とや、ガラスや金属酸化物との反応が生じにくいためで
ある。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、ＡＱＮに対し
ても接着力に優れた安価で信頼性の高い銅ペーストを提
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） 前記目的を達成するため、本発明者は、ＡＱＮに対して
優れた接着強度を有する銅系導体組成物を得るべくガラ
スフリットの組成及び添加物について検討した。 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、ＺｎＯ：４０〜６０％、Ｂ、０３
＝１０〜４５％及びＳｉＯ，：４〜３０％からなる特定
組成のガラス粉末１〜１０％と、酸化銅０．５〜１３％
と、Ｃｕ　−Ａ　ｇ合金粉末１〜１０％を含み、残部が
Ｃｕ粉末からなる組成の無機固形成分６０〜９５％に、
ビヒクル成分４０〜５％を加えて混練し、ペースト状に
したことを特徴とする磁器基板用、特に窒化アルミ基板
用として優れた厚膜導体組成物を要旨とするものである
。 （作用） まず１本発明における固形成分の限定理由を示す。 １ラジリ創末 ガラス粉末は焼成過程で軟化、流動化し、基板上及び基
板内に拡散し、導体組成物と基板とを接着させる役割を
果たすものである。また、軟化したガラスの一部は銅粉
末の焼結をも促進させる役割がある。そのためにはガラ
ス粉末を固形成分全体に対して１〜１０％添加する。１
％以下の添加では基板との接着力を持たすことができず
、また、１０％を超えると半田濡れ性が悪くなるため好
ましくない。 但し、ガラス粉末の組成は以下に示す通りのものが必要
である。 ＺｎＯ： ＺｎＯはガラス粉末の主成分であり、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。ガ
ラス成分中のＺｎＯ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
、６ｏ％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４０〜６０％
の範囲とする。 Ｂ２０．： Ｂ２０．は、含有量が少ないとガラス化しにくいことと
、軟化点を下げにくいことから、ガラス成分中に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Ｂ、Ｏ，量は１０〜４５
％の範囲とする。 ５ｉｎ２： Ｓｉｎ、は、含有量が少ないと耐水性等の安定性に劣る
のでガラス成分中で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Ｓｉｎ、量は４〜３０％の
範囲とする。 以上の必須成分の他、ＡΩ、０．、ＢａＯ及びＺｒＯ２
の１種又は２種以上をガラスを安定化するために適宜加
えることが可能であり、またＰｂＯも適宜加えることが
できる。 ＡＱ、０．、ＢａＯ： ＡＱｚｏ３及びＢａＯは軟化点の急激な上昇が生じない
範囲で、ＡＱ２０３は１０％以下、ＢａＯも１０％以下
の範囲で添加できる。 ＺｒＯ２： ＺｒＯ２はその含有量が多いとかえって納品化しやすく
なるので、ガラス成分全体に対して５％以内にとどめる
ことが望ましい。 ＰｂＯ： ＰｂＯは軟化点を降下させる効果があり、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、Ｐ
ｂＯが１５％を超えると、熱膨張係数が大きくなること
や、焼成時（Ｎ２雰囲気中）にバインダーの影響により
ガラスが劣化しやすくなるので、添加量はガラス成分全
体に対して１５％以内にとどめることが望ましい。 この他にも、ガラスを安定化させるために３％以下のＴ
ｉＯ２、Ｓｒ０１Ｍｇ０．Ｆｅ２Ｏ，、ＣａＯ等の添加
が可能である。 更に、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、酸化鋼と、Ｃｕ−Ａ＆：合金と、銅
粉末を適量添加することを必須とし、更に必要に応じて
酸化ビスマス（Ｂｉ、Ｏよ）を適宜添加することもでき
る。 量化１− 酸化鋼はＣｕＯ又はＣｕ２Ｏのいずれの形で添加しても
よい。これらは銅ペースト中の銅粒子相互の焼結を促進
し、導電体を形成する効果がある。 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、酸化鋼の一部が活性なＣｕとなるため、焼結助剤
的な効果を示すものと考えられる。 また、その一部はＡＱＮと反応し、ＣｕＡＱＯ，相を生
成し、接着性を良好にする役割をも果たす。 そのためには、固形成分全体に対し酸化銅粉末を０．５
〜１３％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１３％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。 立どラミ豆倉ｎ末 Ｃｕ−Ａｇ合金粉末は導電体を形成するとともに導体組
成物の半田濡れ性を改善するために添加する。その添加
量は１〜１０％の範囲である。１％未満であるとその効
果が得られず、また１０％を超えると接着強度が劣化し
始めるので好ましくない。Ｃｕ−Ａｇ合金粉末はメカニ
カルアロイによって得られた粉砕粉或いは化学的に銅粉
表面に銀コートした粉末のいずれでもその効果は得られ
る。 メカニカルアロイ法による場合は、まず各成分の粉末を
掴潰機、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攪拌して粉砕す
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。なお
、Ａｇの含有量はＣｕ−Ａｇ合金粉末の全体に対して０
．５〜２５％とするのが好ましい。０．５％以下では上
記のような効果が得られず、２５％を超えるとその効果
自体は変わらず、単に高価になってしまい、経済的メリ
ットが得られないためである。 置部Ｊ３（運入 酸化ビスマス粉末は、ＡＱＮ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Ｂｉに変化し、半
田濡れ性を向上させる効果があるので適宜添加できる。 添加する場合には酸化ビスマス量は１〜１０の範囲とす
る。１％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。 ！■末 固形成分の残部は実質的に銅粉末からなる。 銅粉末は導電体を形成しシート抵抗の低下の効果の他に
半田濡れ性の向上の効果がある。特に銅微粉は綱メタラ
イズ層内の強度を向上させる効果があり、半田濡れ性、
表面平滑性に対し効果がある。銅微粉は比表面積が大き
いために表面エネルギーが大きく、このため、Ｃｕ粉末
の焼結を促進させるためにメタライズ層内の強度を向上
させるものと考えられる。また、この焼結性が良いこと
に伴い表面平滑性が向上できる。また、半田濡れ性に対
しては銅微粉の比表面積が大きいために系内で軟化した
ガラスがメタライズ表面に浮上することを防ぐ効果があ
るので、半田濡れ性が良くなるものと考えられる。 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０．４〜１０μ−の範
囲が好ましく、更に強固な接着を要求するためには、０
．４〜５μ−の範囲に抑えることが望ましい。 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、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０本発明
者の実験研究によれば、０６５％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。 ６０％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、且つ印刷性が極度に悪くなるので、好ましくな
い。 なお、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。 このような固形成分を、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
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。 か）る厚膜導体組成物は、固形成分原料の混合粉末に前
記ビークル成分を加えて混練しペースト状にすればよい
。 本発明の厚膜導体組成物は、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。 勿論、か）る導体組成物は、ＡＱＨに限らず、Ａｌ、Ｏ
，、ムライト等の磁器基板においても適用可能なもので
ある。 本発明は、銅粉末及び銅−銀混合粉末により導電体を形
成するに当り、特定組成のガラスを使用することにより
、導電体と基板との接着を促し、金属粒子の焼結をも促
進させ、もって強固で低抵抗の導電体を得るものである
。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 大ｌ五土 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を使
用して、所定のソリッド（ｗｉ形成分）濃度（８５％）
となるように配合し混練してペーストを得た。 銅粉末は、平均粒径２μ■の水素気流中で２゜０℃で還
元処理した還元銅粉を用いた。 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２００〜２５０
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、純度９４％以上のＡＭＮ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１２゜’ＣＸ１Ｓ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８５０℃
ＸＩＯ分間とした。焼成膜厚は１４〜１８μ踵であった
。 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ＡＱＮ基板１のパターン印刷面２に２−一ロパット
３を接着し、これに０．８履履φの錫メツキ鋼ワイヤを
取付け、９０６ビ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、５朧Ω／口以下の場合を良好と評価した。 半田濡れ性は、２■■ロパツトを使用し、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。濡れ面
積が９５％以上の場合にＯ印、９０〜９５％の場合にＱ
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、いずれも、焼成温度が低温でも高い接着強
度が得られ、半田濡れ性が良好であり。 シート抵抗も満足できる値である。

【以下余白】

ス１１１圀 第２表に示す各粉末を準備し、実施例１の場合と同様に
して、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を使用して、所定のソリッド
（固形成分）濃度（８５％）となるように配合し混練し
てペーストを得た。 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８５０℃
×１０分間とした。焼成膜厚は１４〜１８μ腸であった
。 第２表に特性値（接着強度、半田濡れ性及びシート抵抗
）の評価結果を兵撮する。 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、いずれも、焼成温度が低温でも高い接着強
度が得られ、半田濡れ性が良好であり、シート抵抗も満
足できる値である。

【以下余白】

ス１目１灸 第３表に示す各粉末を準備し、実施例］の場合と同様に
して、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を使用して、所定のソリッド
（固形成分）濃度（８６％）となるように配合し混線し
てペーストを得た。 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６０分プロファイル、ピーク温度８５０℃×
１０分間とした。焼成膜厚は１４〜１８μ履であった６
第３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３表より、いずれも、焼成温度が低温でも高い接着強
度が得られ、半田濡れ性が良好であり、シート抵抗も満
足できる値である。

【以下余白】

スｎ先 第４表に示す各粉末を準備し、実施例１の場合と同様に
して、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を使用して、所定のソリッド
（固形成分）濃度（８６％）となるように配合して混練
してペーストを得た。 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８５０℃
×１０分間とした。焼成膜厚は１４〜１８μ置であった
。 第４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４表より、いずれも、焼成温度が低温でも高い接着強
度が得られ、半田濡れ性が良好であり。 シート抵抗も満足できる値である。

【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、銅
粉末にＺｎＯを特徴とする特定組成のガラスフリットを
添加し、更に酸化銅、Ｃυ−Ａｇ合金粉末及び銅粉を含
有させた導体組成物としたので、接着強度が高く、しか
も半田濡れ性が優れており、半田喰われも無く、マイグ
レーションを起こさず、更には基板の材質に制限がなく
、各種グレードのＡＱＮ基板にも適用できる信頼性の高
い安価なものを提供することができる。

【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 (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、ＺｎＯ：４０〜６０％
   、Ｂ＿２Ｏ＿３：１０〜４５％及びＳｉＯ＿２：４〜３
   ０％からなるガラス粉末１〜１０％と、酸化銅０．５〜
   １３％と、Ｃｕ−Ａｇ合金粉末１〜１０％を含み、残部
   がＣｕ粉末からなる組成の無機固形成分６０〜９５％に
   、ビヒクル成分４０〜５％を加えて混練し、ペースト状
   にしたことを特徴とする磁器基板用厚膜導体組成物。
2. （２）前記ガラス粉末が更にＡｌＯ＿３：１０％以下、
   ＢａＯ：１０％以下及びＺｒＯ＿２：５％以下の１種又
   は２種以上含むものである請求項１に記載の磁器基板用
   厚膜導体組成物。
3. （３）前記ガラス粉末が更にＰｂＯ：１５％以下を含む
   ものである請求項１又は２に記載の磁器基板用厚膜導体
   組成物。
4. （４）前記無機固形成分が更に酸化ビスマスを１〜１０
   ％含むものである請求項１、２又は３に記載の磁器基板
   用厚膜導体組成物。