JPH06231612A - 導電性インキ - Google Patents

導電性インキ

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JPH06231612A
JPH06231612A JP1394293A JP1394293A JPH06231612A JP H06231612 A JPH06231612 A JP H06231612A JP 1394293 A JP1394293 A JP 1394293A JP 1394293 A JP1394293 A JP 1394293A JP H06231612 A JPH06231612 A JP H06231612A
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JP
Japan
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electrode
inorganic
weight
firing
cuo
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JP1394293A
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English (en)
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Kazuhiro Miura
和裕 三浦
Sei Yuhaku
聖 祐伯
Minehiro Itagaki
峰広 板垣
Yasuhiko Hakotani
靖彦 箱谷
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH06231612A publication Critical patent/JPH06231612A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温焼成セラミック多層基板電極用の導電性
インキにおいて、導体膜の緻密性の向上を図る。 【構成】 導電性物質がCuOからなる無機組成物で、
無機成分中のCuOが95.50〜99.25重量%、無機バイン
ダが0.25〜2.00重量%、Na系混合物が0.50〜2.50重量
%からなる混合物を無機成分として、少なくとも溶剤と
有機バインダを加え、無機成分を分散させる。添加する
Na系の混合物がガラスセラミック基板のガラス成分と
焼成時に反応し焼結を起こすために、焼成後、導体電極
と基板との接着が強固なものとなり、Cu電極の接着強
度が向上する。しかもNa系の添加物により、従来のCu
Oインキよりも少ない無機バインダ量で導体が基板に接
着するために焼成後の半田濡れも向上し、Cu出発原料
のCu電極と比較しても遜色のない電極となるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック積層体の内
外部の電極パターンに適用するための導電性インキに関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体LSI,チップ部品等は小
型,軽量化が進んでおり、これらを実装する配線基板も
小型,軽量化が望まれている。このような要求に対し
て、セラミック多層基板は要求される高密度配線が得ら
れ、なお薄膜化が可能なことより、今日のエレクトロニ
クス業界において重要視されている。
【0003】このセラミック多層基板に使用される電極
材料としての導体組成物は、一般に導電性金属,無機酸
化物,ガラス粉末が有機媒体中に分散されているペース
ト状組成物である。近年、低温焼結ガラス・セラミック
多層基板の開発によって使用できる導体材料は、金,
銀,銅,パラジウムまたはそれらの混合物が用いられる
ようになった。これらの金属は従来使用されたタングス
テン,モリブデンなどに比べ導体抵抗が低く、かつ使用
できる設備も安全で低コストに製造できる。
【0004】一方、これらの金属のうち、貴金属である
金,銀,パラジウムは、高価でかつ価格変動が大きいこ
とから、安価で価格変動の少ない卑金属系が使用されて
きている。この中でも銅が比抵抗が小さく、半田濡れ性
も優れているため、銅の電極材料の使用が望まれてい
る。
【0005】低温焼結セラミック多層基板にCuを導体
材料として使用する例としては、Cu電極の出発原料に
CuOインキを用い、低温焼結セラミック基板と同時焼
成を行なうことが報告されている(中谷他、「銅多層セ
ラミック基板」、ナショナルテクニカルレポート、Vol.
35、No3、p.86〜94、1989)。しかし、前記CuOインキ
は内層用には十分使用できるが、最上層に用いるにはC
u出発原料の電極と比較すると、焼成後の導体膜の半田
濡れが不十分であり、部品の実装には、信頼性が低く、
最上層には使用できなかった。それで、基板最上層には
内層焼成後に金属Cuインキを用いて再焼成するのが一
般的である。
【0006】このような金属Cuインキ材料の例とし
て、銅粉末,亜酸化銅粉末,酸化ビスマス粉末,ほう酸
鉛ガラス粉末および有機媒体からなる組成物が開示さ
れ、半田濡れ性の改良などを図ることが示されている
(特開平1−192780号公報)。しかし、最上層に銅インキ
をしようすると、セラミック基板と内層導体を焼結した
後に再び最上層電極の焼成を繰り返さねばならない。ま
た、基板電極の高密度配線が必要となる現在、焼成後、
セラミック基板が収縮した後に電極を印刷することは、
収縮率の誤差を吸収するため大きなランドが必要とな
り、そのため高密度化に向かない。これらのことから、
セラミック多層基板の最上層電極の同時焼成が必要とな
っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】現在、回路基板の高密
度実装化に伴い、ファインパターンが重要になり、100
μm以下の配線が課題となってきていることから、前述
のようにセラミック多層基板の同時焼成が必要となって
いる。しかし、出発原料がCuを使用しているときのCu
電極に比べ、出発原料にCuOを使用した導体膜は焼成
後の緻密性が低くなり、基板と電極の接着に必要とする
無機バインダが電極表面にも析出して、半田濡れを阻害
してしまっている。
【0008】このような半田濡れを向上させるために、
無機バインダ量を減少させると、導体膜の接着強度が低
くなってしまうため、半田濡れ性と密着強度の性能の両
立は難しく、良好な性能の導電性インキを製作するのは
困難であった。
【0009】本発明は上記課題を解決するためのもので
あり、導体膜の緻密性の向上を目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の導電性インキは、導電性物質がCuOからな
る無機組成物で、無機成分中で、CuOが95.50〜99.25
重量%、無機バインダが0.25〜2.00重量%、Na系混合
物が0.50〜2.50重量%からなる混合物を無機成分とし
て、少なくとも溶剤と有機バインダを加え、無機成分を
分散させたことを特徴とするものであり、混合するNa
系混合物には、NaF,NaCl,NaCO3,NaAlO3お
よびこれらの混合物を使用することを特徴とするもので
あるさらに、本発明の導電性インキは、ポリiso−ブチ
ルメタクリレートとポリα−メチルスチレンの共重合
体、またはエチルセルロースを有機バインダとし、この
有機バインダの含有量がインキ全体に対し、重量比で1.
00〜3.00重量%であることを特徴とするものである。
【0011】
【作用】本発明によれば、添加するNa系の混合物がガ
ラスセラミック基板のガラス成分と焼成時に反応し焼結
を起こすために、焼成後、導体電極と基板との接着が強
固なものとなり、Cu電極の接着強度が向上する。しか
もNa系の添加物により、従来のCuOインキよりも少な
い無機バインダ量で導体が基板に接着するために焼成後
の半田濡れも向上し、Cu出発原料のCu電極と比較して
も遜色のないものとなっている。また、この粉体の配合
に最適な有機バインダとバインダの配合比の選択によっ
て、ファインライン印刷時に発生しやすくなる欠けやだ
れを防止する等の良好な印刷性を有する導電性インキと
なる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の各実施例について説明する。
【0013】(実施例1)ここで用いたペーストは、無機
組成はCuO(平均粒径3.0μm)98.5重量%,ガラスフリ
ット(日本電気硝子社製、GA−8 ガラス粉末、平均
粒径2.5μm)0.5重量%,NaCO3(平均粒径3μm)1.0重
量%からなるもので、ペースト全体としての組成は(表
1)に示す。この(表1)に示すそれぞれの組成のミルベ
ースをセラミック3本ロールに6回通して混合し、Cu
Oインキを作製した。
【0014】
【表1】
【0015】このCuOインキを使用してスクリーン印
刷機を使用して、低温焼成用ガラス・セラミックのグリ
ーンシートを必要枚数積層した積層体上に印刷を行なっ
た。このとき得られたパターンのうち、(試料2)〜(試
料9)のインキや、直線性が良好であり、欠けのない高
品質のものであるが、(試料1),(試料10)のインキは印
刷に欠けがみられていた。また、このCuOパターンを
印刷したグリーンシート積層体を、箱型炉において空気
中で500℃、2時間保持し有機バインダ除去を行ない、
還元炉において水素100%中で400℃、5時間保持しCu
O還元を行ない、ベルト炉において窒素中で900℃、1
時間の焼成を行なった。
【0016】表1における(試料1)〜(試料8)のものは
SEMの観察から、焼成後の導体膜は緻密に充填された
ものであったが、(試料9),(試料10)のものは導体膜が
疎になっている粗悪なものであった。印刷時の印刷性、
焼成後の導体膜の緻密性の両方から見たときに必要性能
を満たしているものは、有機バインダ含有量がインキ全
体に対し1.00〜3.00重量%となる(試料2)〜(試料8)で
あり、この中でも最も性能の良いものは(試料4)の有機
バインダが1.426重量%のときであった。
【0017】(実施例2)ここで用いたペースト組成は、
(実施例1)の(試料4)に用いた組成を使用した。無機粉
体にはCuO(平均粒径3μm),NaF(平均粒径2.5μ
m),ガラスフリット(日本電気硝子社製、GA−33 ガ
ラス粉末、平均粒径2.5μm)を使用し、この無機粉体の
組成を(表2)に示す。
【0018】
【表2】
【0019】それぞれの組成のミルベースをセラミック
3本ロールに6回通して混合し、CuOインキを作製し
た。このCuOインキを使用してスクリーン印刷機を使
用して、低温焼成用ガラス・セラミックのグリーンシー
トを必要枚数積層した積層体上に印刷を行なった。この
印刷したグリーンシート積層体を、箱型炉において空気
中で500℃、2時間保持し有機バインダ除去を行ない、
還元炉において水素100%中で400℃、5時間保持しCu
O還元を行ない、ベルト炉において窒素中で900℃、1
時間の焼成を行なった。この焼成後の導体電極を接着強
度,半田濡れにより性能評価を行なった。
【0020】(性能評価方法) 接着強度:基板上に2mm×2mm導体膜12箇所のパターン
の印刷を行ない焼成した。その後、パターン上にクリー
ム半田を付け、ベルト伝熱式リフロー炉においてリフロ
ー温度350℃、ベルトスピード0.6m/minで導体膜上に
金メッキした燐青銅のピンをつけた。このサンプルを試
験機でピンの垂直方向から力を加え、基板から導体膜が
剥がれるときの接着強度を測定した。
【0021】半田濡れ性:基板上に1mm×1mm導体膜6
箇所,2mm×2mm導体膜8箇所,直径2mmの円の導体膜
6箇所,5mm×5mm導体膜2箇所のパターンの印刷を行
ない焼成した。この導体膜にフラックスを付け、250℃
の半田層に5±0.5秒間、基板を漬けて、引き上げたと
きの導体膜部の半田濡れ面積で評価した。
【0022】(表2)では半田濡れ性を5段階に分け、濡
れ面積が導体膜部の0〜20%未満のときに1,20%以上
40%未満のときに2,40%以上60%未満のときに3,60
%以上80%未満のときに4,80%以上100%未満のとき
に5という値を示している。
【0023】(表2)にも示されるように、接着強度はガ
ラスが増加する毎に高くなり、ガラス0%の場合ではN
aFを添加してもあまり高い強度とはならない。ガラ
ス,NaFの添加量をあまり増加させても半田濡れが悪
化することとなる。この中から接着強度,半田濡れ性共
に必要な性能となるのは、無機組成においてCuOが95.
50〜99.25重量%,無機バインダであるガラスが0.25〜
2.00重量%,NaFが0.50〜2.50重量%から構成される
ときである。
【0024】そして、全体の性能面からみて、CuOが9
8.75重量%,無機バインダであるガラスが0.25重量%,
NaFが1.0重量%から構成されるときが最も好ましい。
【0025】なお、この実施例では添加するNa系混合
物としてNaCO3,NaFを使用しているが、NaCl,
NaAlO3およびNaF,NaCl,NaCO3,NaAlO3
の混合物を使用しても同様の効果を得ることができる。
【0026】また、この実施例では、有機バインダにエ
チルセルロースを使用しているが、ポリiso−ブチルメ
タクリレートとポリα−メチルスチレンの共重合体を、
有機バインダとして使用しても同様の結果を得ることが
できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の導電性イ
ンキは、添加するNa系の混合物がガラスセラミック基
板のガラス成分と焼成時に反応し焼結を起こすために、
焼成後、導体電極と基板との接着が強固なものとなり、
Cu電極の接着強度が向上する。しかもNa系の添加物に
より、従来のCuOインキよりも少ない無機バインダ量
で導体が基板に接着するために焼成後の半田濡れも向上
し、Cu出発原料のCu電極と比較しても遜色のない電極
となるものである。
【0028】また、この粉体の配合に最適な有機バイン
ダとバインダの配合比の選択によって、ファインライン
印刷時に発生しやすくなる欠けやだれを防止する等の良
好な印刷性を有する導電性インキとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 1/09 A 6921−4E D 6921−4E 3/12 B 7511−4E 3/46 S 6921−4E (72)発明者 箱谷 靖彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性物質がCuOからなる無機組成物
    で、無機成分中のCuOが95.50〜99.25重量%、無機バ
    インダが0.25〜2.00重量%、Na系混合物が0.50〜2.50
    重量%からなる混合物を無機成分として、少なくとも溶
    剤と有機バインダを加え、無機成分を分散させたことを
    特徴とする導電性インキ。
  2. 【請求項2】 混合するNa系混合物は、NaF,NaC
    l,NaCO3,NaAlO3およびこれらの混合物を使用す
    ることを特徴とする請求項1記載の導電性インキ。
  3. 【請求項3】 有機バインダは、ポリiso−ブチルメタ
    クリレートとポリα−メチルスチレンの共重合体、また
    はエチルセルロースから構成されることを特徴とする請
    求項1記載の導電性インキ。
  4. 【請求項4】 有機バインダの含有量は、インキ全体に
    対し、重量比で1.00〜3.00重量%であることを特徴とす
    る請求項1記載の導電性インキ。
JP1394293A 1993-01-29 1993-01-29 導電性インキ Pending JPH06231612A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0969531A (ja) * 1994-06-16 1997-03-11 Anam Ind Co Inc 半導体パッケージ用ダイアタッチ接着剤組成物
CZ307435B6 (cs) * 2013-12-17 2018-08-22 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Anorganický inkoust na bázi nanočástic, zejména pro materiálový tisk

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0969531A (ja) * 1994-06-16 1997-03-11 Anam Ind Co Inc 半導体パッケージ用ダイアタッチ接着剤組成物
CZ307435B6 (cs) * 2013-12-17 2018-08-22 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Anorganický inkoust na bázi nanočástic, zejména pro materiálový tisk

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