JPH0465013A - 銅導体ペースト組成物 - 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、セラミックス等の絶縁性基板上に電極や配線
パターンを形成するために用いられる銅導体ペースト組
成物に関し、更に詳しくは、導電性および半田濡れ性に
優れ、かつ基板との密着性も良好な銅導体ペースト組成
物（以下単に銅導体ペーストと称することもある）に関
する。

（従来の技術） 導体ペーストはガラス、セラミックス等の絶縁性基板に
、スクリーン印刷法、直接描画法等で所定パターンとな
るように塗布した後、焼成することにより導体厚膜を形
成するものである。従来、かかる導体ペーストには、金
、銀、銀／Ｐｄ　、銅、ニッケルなどの粉末が用いられ
ているが、近年銅導体ペーストを用いる傾向になりつつ
あることは周知の通りである。

すなわち、金導体ペーストは大気中でも焼成できるが高
価であり、銀導体ペーストはエレクトロマイグレーンヨ
ンが起こりやすく、銀／Ｐｄ導体ペーストも高価であり
、ニッケル導体ペーストは配線抵抗が高いなどの欠点を
有するが、銅導体ペーストは低コストである上に配線抵
抗も低く、さらに、マイグレーションも起こりにくく理
想的な導体材料といえる。

従来の銅導体ペーストは、例えば平均粒径０，５〜１１
０Ａ１の銅粉を無機結合剤とともに有機ビヒクル中に分
散させてペースト化させたものである。銅粉は焼成によ
り導電膜である網焼成膜を形成する。

有機ビヒクルは、ペースト化用液体バインダとしてチク
ソトロビックなレオロジーをもたせる役割を有し、基板
への塗布・印刷を可能にし、焼成時には分解・飛散する
。通常、有機ビヒクルとしては樹脂を揮発性の溶剤中に
溶解したものが用いられる。

無機結合剤にはこの網焼成膜を基板に密着させる作用が
あり、ガラスフリット、金属酸化物等が用いられる。

特にガラスフリットによる密着作用はガラスボンドと呼
ばれ導体ペーストの焼成時にガラスフリットが溶融し、
これが濡れ現象により銅粉間より基板へ流動することに
よって網焼成膜と基板とを密着させる。従来より用いら
れているガラスフリフトとしては、軟化点が３００〜７
００℃のものが多く、Ｐｂ０−ＢｚＯｚ−５ｉＯｚ系に
例えばＣｄＯ，ＺｎＯ１ＡＱｚＯｉ、ＣａＯ等の金属酸
化物を含むガラス、およびホウケイ酸塩ガラス等が使用
されている。

一方、金属酸化物による密着作用はケミカルボンドと呼
ばれ、基板と金属酸化物との反応により網焼成膜と基板
とを密着させるものである。このときの反応により形成
された部分は半田の侵食におかされにくいため、ケミカ
ルボンドは半田付後の高温エージングによる密着性の低
下が小さいという特徴をもつ。従来より用いられる金属
酸化物としては、Ｃｕ、ＯおよびＣｕＯが主であるが、
その他、Ｂｉｚ０３、Ｃｄ０１ＰｂＯｚ、５ｂ２０３、
ｖ２０５、ＺｎＯ等を使用する場合もある。

また近年、銅粉の表面上に酸化物層を形成させた粉末を
用いることにより、より有効にケミカルボンドを発現さ
せる手法も提供された。特開平１１９６１９２号公報お
よび特開昭６０−３５４０５号公報参照。

なお、ガラスボンドとケミカルボンドを組み合わせたも
のがミックスボンドであり、現在量も多く用いられる結
合法である。

（発明が解決しようとする課題） 従来、ケミカルボンドおよびミックスボンドにおいて、
金属酸化物の添加法としては、金属酸化物粉末を添加す
る方法と、表面に予め酸化層を形成させた銅粉を用いる
方法がある。

金属酸化物粉を添加した場合に問題となる点は、金属酸
化物の粒子全体が反応するのには高温を要するため（例
えばＣｕＯでは１０２６℃、ＣｄＯでは９００〜１００
０°Ｃである）、焼成温度が９００°Ｃ以下である通常
の焼成条件では不完全反応物が残りやすい。

このため、所望の密着性が得られないばかりか、副作用
として、むしろ導電性および半田濡れ性を低下させる。

一方、表面酸化層を有する銅粉を用いた場合は、ある程
度の密着性は得られるものの、表面酸化層は銅粉の焼結
を著しく阻害するために導電性が低く、また半田濡れ性
にも問題がある。

本発明は上記欠点を解消すべく成されたもので、基板と
の密着性にすぐれ、かつ、半田濡れ性および導電性にも
すぐれた銅導体ペースト組成物を提供することを目的と
している。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明者は種々の銅化合物につ
いて検討した結果、従来の酸化銅に代えて水酸化銅を用
いると水酸化銅が低温加熱により活性の酸化銅を生成し
、これが低温でも十分に反応することを知見し、本発明
を完成するに至った。

すなわち、本発明の銅導体ペースト組成物は、銅粉を導
電粒子とする導体ペーストにおいて、粒径５−以下の水
酸化銅粉を銅粉土水酸化銅粉の合計量を基準に２〜７重
量％含有することを特徴とする銅導体ペースト組成物で
ある。

本発明は、より具体的には、銅粉末と水酸化銅の粉末と
ガラスフリットおよび有機ビヒクルとからなる銅導体ペ
ースト組成物である。

本発明の銅導体ペーストが、導体に要求される特性であ
る導電性、半田濡れ性、基板との密着性をすべて満足で
きた理由は、ペーストへの配合物として金属酸化物の粉
末を添加することなく、また、好ましくは表面酸化の進
んだ銅粉を用いることなく、水酸化銅粉を添加した点に
ある。

すなわち、水酸化銅は、１５０°Ｃから２００″Ｃの温
度で脱水反応を起こす。この反応過程において、副生成
物として酸化銅が生成するのであるが、そのとき生成す
る酸化銅は非常に反応性に冨み、従来の酸化物存在状態
（酸化銅粉添加、銅粉の表面酸化層）より、より活発に
基板と反応するため、また焼成後には未反応の酸化銅が
存在しないため理想的なケミカルポンディングが発現す
ると考えられる。

（作用） 本発明の構成と作用を説明する。

本発明に使用する銅粉の平均粒径は０．１〜１０／Ａｌ
＋、好ましくは０．５〜５ｐである。銅粉の製造方法、
粒子の形状等には特に制限はないが、スクリーン印刷の
面からは球状に近い粒子であることが好ましい。

銅粉は一般に酸化され易いため表面酸化がみられ、その
酸化層はすでに述べたように銅粉の焼結性を劣化させる
が、本発明の場合、通常みられる程度、例えば０．６％
までは許容される。好ましくは０．５％以下に制限する
。

本発明に使用される水酸化銅粉末とは主として水酸化第
二Ｍ　［Ｃｕ　（ＯＨ）　ｚｌ　のことを言うが、これ
に金属銅および水酸化第一銅（Ｃｕ（Ｏｆ（）Ｉが少量
含有されているものであっても使用可能である。

水酸化銅としてはＣｕ（ＯＨ）ｚ　、Ｃｕ０Ｈあるいは
Ｃｕ（ＯＨ）　ｚ＋ｃｕＯＨのいずれも使用可能である
。均一に分散させるためにはその粒径が５ｐ以下である
ことが必要であり、これよりも大きくなると反応にムラ
を生ずる。また添加量が銅粉＋水酸化銅粉の合計量を基
準に２重量％未満では接着効果が乏しく一方、７重量％
を超える場合は導電性、半田濡れ性が劣化する。好まし
くは、３〜４％である。

本発明の銅導体ペーストは、上記した銅粉末および水酸
化銅粉を、必要によりそれらの合計量の２重量％以下の
ガラスフリットとともに有機ビヒクルに混線分散させる
ことによってペースト化する。

本発明に使用されるガラスフリットとしては、公知のガ
ラスフリットが使用可能である。たとえば、ＰｂＯ−８
，０，−５１０□ガラスをベースとして、各種の金属を
添加したものが使用可能である。ガラスフリントの平均
粒径は０．１〜１０ｍ、好ましくは０゜３〜５ｐである
。

本発明に使用される有機ビヒクルとしては、般に厚膜導
体ペーストに使用されるものであれば良く、特定のもの
に限定されない。たとえば、エチルセルロース、ポリブ
チルメタクリレート等の樹脂をテルピネオール、ジブチ
ルカルピトール、ジブチルフタレート、ジブチルカルピ
トール、２２．４−　トリメチル−１，３−ベンタンジ
オールモノイソブチレート等の溶剤に溶解したものが挙
げられる。

上記ペースト化法としては、公知の各種方法が使用可能
である。例えば、万能攪拌混合機を用いて予備混練した
後、三本ロールで混練するという手法が一般的である。

このようにして得られた銅導体ペーストは、次いでセラ
ミック基板上に印刷または描画により塗布し、溶剤を乾
燥、揮散させ、次いで焼成して導電被膜を得る。

本発明の銅導体ペーストの印刷には公知の印刷方法が使
用可能である。このような印刷法としては、スクリーン
印刷法、メタルマスクによる印刷法、直接描画法等が挙
げられる。

また、本発明の導体ペーストの焼成方法としては、公知
の焼成方法が使用可能であるが、生産性および安全性の
点からハツチ炉よりもベルト炉が望ましい。

（実施例） 以下、本発明を具体的実施例により説明する。

第１表の組成割合で調整した各銅導体ペーストを純度９
１１％のアルミナ基板上にスクリーン印刷機で適当なパ
ターンに印刷を行い、１２０°Ｃで１０分間乾燥して溶
剤を除去した後、窒素雰囲気中で、ベルト炉においてピ
ーク温度７５０°Ｃ、ピーク温度保持時間１０分を含む
１サイクル４０分のプロファイルで焼成を行い、膜厚２
０／Ｊｌの銅導体厚膜を得た。

このようにして得られた各焼成膜について、導電性、半
田濡れ性および接着強度による導体特性評価を行った。

評価要領は次の通りであった。

（導電性） 導体抵抗値の測定により評価した。具体的には、４端子
法抵抗測定、および銅厚膜の線幅・膜厚より比抵抗値を
求めた。

（半田濡れ性） 焼成部品を２３０±３°Ｃの温度に維持した６３％５ｎ
−３７％ｐｂ半田槽に３±０．５秒間浸漬し、４ｍｍＸ
４ｍの銅被膜上に被着した半田の被着率を目視で測定し
た。

（接着強度） ２１１！１１角の銅導体被膜に、２３０±３°Ｃの温度
に維持した６３％５ｎ−３７％ｐｂ半田槽に３±０．５
秒間浸漬した後、その上に０．６　ｍｍφスズメツキ銅
線をハンダゴテにて半田付けした。スズメツキ銅線を被
膜端部より１１の位置で９０度曲げて基板と垂直とし、
基板を固定した状態で引張り試験機により］Ｏｃｍ／ｍ
ｉｎの速度でスズメンキ銅線を引張り、スズメツキ銅線
が基板からはがれた時の接着強度を測定した。

接着強度は半田付直後の値（初期接着強度）、および１
５０°Ｃで１００時間エージングした後の値を測定した
。

これらの結果は同しく第１表にまとめて示す。

水酸化銅粉を含まない比較例１．２にあっては銅粉の平
均粒径が１．４ｐであったが導電率および半田濡れ性が
十分でなかった。また比較例３．４にあっては従来のよ
うに酸化銅粉を使用したが導電率、接着強度および半田
濡れ性のいずれについても十分でなかった。

一方、本発明にかかる銅導体ペーストを使用したものは
これらのいずれについても満足すべき特性を示すことが
できた。

なお、本例では水酸化銅としてＣｕ　（ＯＨ）　ｚを使
用したが、Ｃｕ　（Ｏｆ（）あるいはそれら両者の混合
物を使用しても同様の結果が得られる。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成されており、前述の実
施例からも明らかなように、本発明の銅導体ペーストは
水酸化銅粉を含有することにより、導電性、半田濡れ性
、基板との密着性（初期、エージング後とも）をすべて
実用上満足する程度にまで改善されており、画期的な導
体ペーストであり、産業上きわめて有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅粉を導電粒子とする導体ペーストにおいて、粒
   径５μｍ以下の水酸化銅粉を銅粉＋水酸化銅粉の合計量
   を基準に２〜７重量％含有することを特徴とする銅導体
   ペースト組成物。
2. （２）ガラスフリットを銅粉＋水酸化銅粉の合計量に対
   して２重量％以下添加してなる請求項１記載の銅導体ペ
   ースト組成物。