JPH0653594B2

JPH0653594B2 - 導体組成物

Info

Publication number: JPH0653594B2
Application number: JP60195437A
Authority: JP
Inventors: 清造村山; 謙一宇留賀
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1985-09-04
Filing date: 1985-09-04
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPS6255805A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、基板に回路を形成するために用いられる導体
組成物に関し、特に結晶化ガラスからなるホーロ被覆基
板等に強固に接着した回路を形成し得る導体組成物に関
するものである。

「従来の技術とその問題点」近年、厚膜技術を利用して回路を形成するために、セラ
ミックス基板が広く用いられている。セラミックス基板
としては、従来アルミナ製のものが用いられていた。こ
のアルミナ製基板は、耐熱性に優れ、高品質の回路を焼
成できる利点があるものの、このアルミナ性基板はもろ
いため、実用的には寸法の小さいものしか作成できない
等の問題があった。

このような問題に対処し得るセラミックス基板として、
特開昭５７−１４０８７７号公報にて開示された方法で
製造されるホーロー被覆された基板がある。この基板
は、ホーロー被覆をなすガラスの５０〜９０vol％が結
晶化されたものである。このホーロー被覆された基板
は、良好な靱性を有するので寸法の大きなものを作成で
きると共に、アルミナ製基板に匹敵する耐熱性を有する
ので、高品質の回路を形成できる可能性を有する優れた
ものである。

ところが、セラミックス基板に回路を形成するための導
体組成物として従来提供されているものは、主にアルミ
ナ製基板用に開発されたものであったので、従来の導体
組成物で上記ホーロー被覆された基板上に回路を形成し
た場合、形成された回路の基板に対する接着強度が不十
分である問題があった。

「発明の目的」本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、上記ホー
ロー被覆された基板にも接着強度の高い回路を形成し得
る新規な導体組成物を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明の導体組成物は、金属粉末７０〜９８．５重量％
と、ガラス微粒子０．５〜１０重量％と、三酸化ビスマ
ス微粒子８重量％以下と、酸化銅微粒子０．２〜１５重
量％とからなるものである。

上記ガラス微粒子が、一酸化鉛５５〜８５重量％、三酸
化二ホウ素５〜２０重量％、二酸化ケイ素５〜３０重量
％、酸化アルミニウム５重量％以下、酸化カルシウム５
重量％以下、酸化マグネシウム５重量％以下の組成から
なる。または、上記ガラス微粒子が、酸化バリウム４０
〜５５重量％、酸化カルシウム１０〜１５重量％、三酸
化二ホウ素１４〜２５重量％、二酸化ケイ素１３〜２３
重量％の組成からなる。

上記酸化銅微粒子が、酸化第一銅からなるものである。

「作用」本発明の導体組成物にあっては、基本的には組成物中の
ガラス成分が導体金属と基板とを結合させる働きをす
る。酸化銅は基板とガラス成分との結合を強化する作用
を有するが、酸化第一銅は特にその作用が強く有効であ
る。酸化ビスマスは、フラックスとしての作用を有する
ので組成物中の各成分の濡れを促進し、特に酸化銅の反
応性を高め、導体金属微粒子の焼結を容易にする。

「実施例」以下、本発明の導体組成物を詳しく説明する。

本発明の導体組成物は、金属粉末とガラス微粒子と添加
物としての三酸化ビスマス微粒子および酸化銅微粒子と
からなるものである。そして、この導体組成物は、これ
ら粉末を粘性流体化して印刷可能にする有機媒体に分散
されて用いられる。

上記添加物は、導体組成物の接着強度を向上するもの
で、本発明の導体組成物にあっては、三酸化ビスマス
(Ｂi₂Ｏ₃)および酸化銅(酸化第一銅Ｃu₂Ｏあるいは酸化
第二銅ＣuＯ)の微粒子が添加される。Ｂi₂Ｏ₃微粒子
は、これを添加することにより次のような効果が得られ
る。即ち、導体組成物が焼成される際に融解して、基板
の表面および導体組成物中の金属粉末、ガラス微粒子を
濡らし、フッラックスとして作用する。そのうえ、本発
明の導体組成物においてＢi₂Ｏ₃は、焼成時、同時に添
加された酸化銅(融点Ｃu₂Ｏ＝1,230℃、ＣuＯ＝1,026
℃)と反応してこの酸化銅の融点を低下させる。このた
め酸化銅は、一般的な焼成温度である８５０℃程度で融
解し、酸化銅は基板表面、ガラス微粒子および金属粉末
と良好に接触する。そして、酸化銅は、焼成時、高い反
応性を発揮し、金属粉末等の導体組成分とホーロー被覆
された基板表面との接着強度を著しく向上せしめる。特
に、酸化第一銅(Ｃu₂Ｏ)は結晶化ガラスとの反応性が高
い。上記特開昭５７−１４０８７７号公報記載の方法で
製造されたホーロー被覆基板(以下、ホーロー被覆基板
と略称する)に本発明の導体組成物で形成された回路を
調べると、Ｃu₂Ｏがホーロー被覆をなすガラスの内部に
浸入している状態が観察される。

本発明の導体組成物にはＢi₂Ｏ₃が、導体組成物中の全
固形物に対して８重量％以下、より好ましくは０．５〜
８重量％添加される。Ｂi₂Ｏ₃の添加量が８重量％を越
えると、形成される回路の接着強度が著しく低下するう
え、半田付け性の低下を招く場合があるので好ましくな
い。また、Ｂi₂Ｏ₃の添加量が０．５重量％以上になる
と、上記したＢi₂Ｏ₃の作用が十分発揮され、ホーロー
被覆基板に形成される回路の接着強度がより向上される
ので好ましい。

また、上記酸化銅は導体組成物中の全固形物に対して
０．２〜１５重量％、より好ましくは２〜７重量％添加
される。この酸化銅の添加量が１５重量％を越えると、
導体組成物の焼結が阻害されるうえ、基板に形成された
回路が半田くわれを起こし易いものとなるので好ましく
ない。また、酸化銅の添加量が０．２重量％未満になる
と、上記のような酸化銅の作用が十分発揮されず、ホー
ロー被覆基板に形成される回路の接着強度が不十分とな
る。酸化銅としては、ＣuＯ、Ｃu₂Ｏ共に利用できる
が、高い反応性を有する点でＣu₂Ｏの方がより好ましく
用いられる。

上記ガラス微粒子は、導体組成物の金属粉末と基板とを
結合する結合剤として働くもので、導体組成物中の全固
形物に対して０．５〜１０重量％添加される。ガラス微
粒子の添加量が１０重量％を越えると、導体組成物中の
金属粉末の量が相対的に減少し導体組成物の導電性が損
なわれるので、好ましくない。また、ガラス微粒子の添
加量が０．５重量％未満になると、金属粉末と基板との
結合が不十分となり、形成された回路から金属粉末が脱
落し易くなる不都合が生じる。

この導体組成物に添加されるガラス微粒子には、バリウ
ムガラス、鉛ガラス、カリ石炭ガラス、ケイ酸アルカリ
ガラス等種々のものを利用できるが、その中でも好適な
ものとして、まず第一にホウケイ酸鉛ガラスを挙げるこ
とができる。このホウケイ酸鉛ガラスは、金属粉末等と
基板とを強固に接着し得る点で好ましい。また、ホウケ
イ酸鉛ガラスの中でも、一酸化鉛(ＰbＯ)５５〜８５重
量％、三酸化二ホウ素(Ｂ₂Ｏ₃)５〜２０重量％、二酸化
ケイ素(ＳiＯ₂)５〜３０重量％、酸化アルミニウム(Ａl
₂Ｏ₃)５重量％以下、酸化カルシウム(ＣaＯ)５重量％以
下、酸化マグネシウム(ＭgＯ)５重量％以下の組成のも
のが適しており、特に、ＰbＯ６５〜８２重量％、Ｂ₂Ｏ
₃１０〜１５重量％、ＳiＯ₂５〜１０重量％、Ａl₂Ｏ₃５
重量％以下、ＣaＯ５重量％以下、ＭgＯ５重量％以下の
組成のものが好適である。

また、この導体組成物に添加されるガラス微粒子として
好適に用いられるガラスとして、第２に酸化バリウム
(ＢaＯ)４０〜５５重量％、酸化カルシウム(ＣaＯ)１０
〜１５重量％、三酸化二ホウ素(Ｂ₂Ｏ₃)１４〜２５重量
％、二酸化ケイ素(ＳiＯ₂)１３〜２３重量％からなるガ
ラスを挙げることができる。このガラスの中でも、Ｂa
Ｏ４７〜５３重量％、ＣaＯ１０〜１５重量％、Ｂ₂Ｏ₃
１５〜２０重量％、ＳiＯ₂１６〜２１重量％の組成のも
のが特に好適に用いられる。このような組成のガラスに
あっても、本発明の導体組成物を基板に対して強固に接
着し得る。

上記金属粉末は、導体組成物の主成分で、この導体組成
物で形成される回路に導電性を付与するものである。こ
の金属粉末は、導体組成物中に７０〜９８．５重量％加
えられる。この金属粉末の添加量が７０重量％未満にな
ると、得られる導体組成物の抵抗が増大する不都合を生
じる。また、金属粉末の添加量が９８．５重量％を越え
ると、他の成分を必要量添加できない不都合を生じる。

この金属粉末には、銅、ニッケル等の卑金属、銀、金等
の貴金属など種々の金属を利用できるが、耐酸化性に優
れている点で、貴金属からなる粉末が好適に用いられ
る。また、貴金属からなる粉末の中でも、銀粉末、銀−
パラジウム合金の粉末、銀粉末とパラジウム粉末の混合
物、銀−白金合金の粉末、銀粉末と白金粉末の混合物等
が好適に用いられる。これらの金属粉末は混合して用い
ることもできる。銀(Ａg)粉末は、金属の中でも最も導
電率が高い点で好適である。また、Ａgにパラジウム(Ｐ
d)あるいは白金(Ｐt)を加えたものは、高湿雰囲気下で
のマイグレーションや半田くわれの現象を改善し得る点
で好ましい。

このような本発明の導体組成物は、有機媒質に分散せし
められ、基板の表面にスクリーン印刷された後、焼成さ
れて回路とされる。

この導体組成物を分散せしめる有機媒体としては、乾
燥、焼成により蒸発、分散あるいは酸化されて除去され
るものが好適に用いられる。このような有機媒体として
は、例えば、エチルセルロース等の有機結合剤がテルピ
ネオール、ブチルカルビトールアセテート等の溶剤に溶
解されたものを挙げることができる。また、この有機媒
体には、厚膜ペースト用ビヒクルとして一般に市販され
ているものも利用できる。

「実験例１」本発明の導体組成物を試作して、その接着強度を調べ
た。

試作した導体組成物の組成を第１表に示す。

導体組成物の製造は次のように行った。まず、上記＊1
および＊2に示した組成のガラスを作成し、これらを粉
砕して粒径３μｍ以下のガラス微粒子とした。このガラ
ス微粒子に、平均粒径０．５μｍのＡg粉末、平均粒径
１．５μｍのＣu₂Ｏ微粒子および粒径３μｍ以下のＢi₂
Ｏ₃微粒子を加え、上記第１表に示す組成の導体組成物
を作成した。尚、samp.5として、Ｃu₂Ｏの代わりにＣu
Ｏを加えたものを作成した。

次いで、作成された導体組成物をスクリーン印刷用ペー
ストとするために、各導体組成物１００重量部に対して
約２０重量部の有機媒体を加え、混練した。有機媒体に
はエレクトロ・サイエンス・ラボラトリー社製＃４０６
を用いた。

接着強度の試験は次のように行った。

まず、試験用にホーロー被覆基板を作成した。この基板
は、ＭgＯ５８．０モル％、ＢaＯ７．０モル％、Ｂ₂Ｏ₃
２１．０モル％、ＳｉＯ₂１４．０モル％の組成を有す
る結晶化ガラスをホーロー用鋼板上にコーティングする
ことにより作成した。

次いで、この基板に上記スクリーン印刷用ペーストを、
２mm×２mmでそれぞれ２０箇所ずつスクリーン印刷し
た。この後これを１５０℃×２０分で乾燥し、更にピー
ク温度８５０℃×１０分で焼成して導体パッドとした。

次に、各導体パッドに直径０．８mmの錫メッキ軟銅線を
半田付けした。そして、プッシュプルスケール用いてこ
の軟銅線をパッド面と垂直方向に引っ張り、印刷された
導体パッドと基板との接着部が破壊されたときの荷重を
測定した。測定値を相加平均して平均接着強度を求め
た。結果を第２表に示す。

一般に、厚膜導体回路の接着強度は２mm×２mmの導体パ
ッドで５ポンド(約２．３kg)以上あれば、余裕をもって
実用に供し得ると考えられている。この実験の結果、本
発明の導体組成物で形成された導体パッドはいずれも５
ポンド以上の強度を示し、本発明の導体組成物を用いる
ことによりホーロー被覆基板上に十分実用に供し得る接
着強度を有する回路を形成できることが判明した。

「実験例２」実験例１において試作した導体組成物と金属粉末の種類
のみ異なる導体組成物を試作して、同様の試験方法で接
着強度を測定した。

金属粉末として実験例１で用いたＡg粉末の代わりに、
Ａg−10重量％Ｐd合金粉末、Ａg−15％Ｐd混合粉末、Ａ
g−10重量％Ｐt合金粉末およびＡg−８重量％Ｐt混合粉
末を用いた。

試作した導体組成物を用いてスクリーン印刷ペーストを
作成し、これらを印刷して導体パッドとした。

これらの導体パッドの接着強度を測定したところ、いず
れも５ポンド以上の平均接着強度を示し、Ａg−10重量
％Ｐd合金粉末等からなる導体組成物によっても、十分
実用に供し得る接着強度の回路を形成できることが判明
した。

「発明の効果」以上説明したように、本発明の導体組成物は、金属粉末
７０〜９８．５重量％と、ガラス微粒子０．５〜１０重
量％と、三酸化ビスマス微粒子８重量％以下と、酸化第
一銅微粒子０．２〜１５重量％とからなるものなので、
本発明の導体組成物により形成された回路は、基板、特
に特開昭５７−１４０８７７号公報で開示された方法で
製造された結晶化ガラスからなるホーロー被覆基板に対
して強固に接着したものとなる。従って、本発明の導体
組成物によれば、上記結晶化ガラスからなるホーロー被
覆基板上にも高品質の回路を形成することができる。

また特に、本発明は、上記ガラス微粒子が、一酸化鉛５
５〜８５重量％、三酸化二ホウ素５〜２０重量％、二酸
化ケイ素５〜３０重量％、酸化アルミニウム５重量％以
下、酸化カルシウム５重量％以下、酸化マグネシウム５
重量％以下の組成からなり、または、上記ガラス微粒子
が、酸化バリウム４０〜５５重量％、酸化カルシウム１
０〜１５重量％、三酸化二ホウ素１４〜２５重量％、二
酸化ケイ素１３〜２３重量％の組成からなり、上記酸化
銅微粒子が、酸化第一銅からなるから、ホーロー被覆さ
れた基板に良好な接着強度で接着することができ、より
一層接着強度の高い回路を形成することができる。さら
に、結晶化ガラスとの反応性の高い酸化第一銅を含むの
で、酸化第一銅がホーロー被覆をなすガラスの内部に浸
入し、ホーロー被覆された基板に接着強度の高い回路を
形成することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粉末７０〜９８．５重量％と、ガラス
微粒子０．５〜１０重量％と、三酸化ビスマス微粒子８
重量％以下と、酸化銅微粒子０．２〜１５重量％とから
なり、上記ガラス微粒子が、一酸化鉛５５〜８５重量
％、三酸化二ホウ素５〜２０重量％、二酸化ケイ素５〜
３０重量％、酸化アルミニウム５重量％以下、酸化カル
シウム５重量％以下、酸化マグネシウム５重量％以下の
組成からなり、上記酸化銅微粒子が、酸化第一銅からな
るものであることを特徴とする導体組成物。
【請求項２】金属粉末７０〜９８．５重量％と、ガラス
微粒子０．５〜１０重量％と、三酸化ビスマス微粒子８
重量％以下と、酸化銅微粒子０．２〜１５重量％とから
なり、上記ガラス微粒子が、酸化バリウム４０〜５５重
量％、酸化カルシウム１０〜１５重量％、三酸化二ホウ
素１４〜２５重量％、二酸化ケイ素１３〜２３重量％の
組成からなり、上記酸化銅微粒子が、酸化第一銅からな
るものであることを特徴とする導体組成物。