JPH0737420A - 導体ペースト組成物及びそれを用いた回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒ−トサイクル後の接着強度が高く、半田濡
れ性に優れた端子電極または外部導体を形成するための
導体ペ−スト及びそれを用いた回路基板を提供する。 【構成】 ＡｇまたはＡｇを主体とする導電材とガラス
フリット及び金属酸化物からなる無機結合剤をビヒクル
中に分散混合した導体ペ−ストであって、この無機結合
剤組成物は、ＰｂＯ及び／またはＺｎＯから選ばれる少
なくとも一種が、２０〜４０重量％、Ｂ2Ｏ3が、６〜２
０重量％、ＳｉＯ2が２〜１５重量％、ＣｕＯ及び／ま
たはＴｉＯ2が、３０〜７２重量％で構成される。これ
らのうちＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｂ2Ｏ3、及びＳｉＯ2はガラ
スフリット成分であって、導電材１００重量部に対し
て、０．３５〜１０重量部含有し、ＣｕＯ及びＴｉＯ2
はガラスフリット成分ではない金属酸化物であって、導
電材１００重量部に対して５重量部以下を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板全般に用いら
れるが、特にマイクロ波用誘電体共振子及びフィルタの
誘電体基板の端子電極または外部導体形成等に用いられ
る導体ぺ−スト組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】導体ぺ−ストは、導電材、ガラスフリッ
ト及び金属酸化物等の無機結合剤をビヒクル中に分散す
ることによって得られる。この中で導電材は、銀、パラ
ジウム、金、白金、銅、ニッケルまたはこれらの混合物
からなる。これらのうち銀合金はは比較的安価で空気中
で焼成できることから広く用いられており、また近年、
マイクロ波帯域で使用する部品が増大していることか
ら、比抵抗の最も小さい銀の使用頻度が高まっている。

【０００３】またガラスフリット及び金属酸化物等の無
機結合剤は、銀の焼結助剤及び誘電体基板との接着の役
割を果たし、永久バインダとしてはたらく。

【０００４】これら導体ぺ−ストは、セラミック素子等
への焼き付け等の処置によって端子電極あるいは外部導
体となるが、用途によってその名称は使い分けられる。
得られた端子電極等は他部品との電気的接続を確保する
ために、半田付け処理が施される。これら半田付け後の
接着強度は、初期においてもヒ−トサイクル試験後にお
いても十分高いことが必要であるが、ヒ−トサイクル試
験によって接着強度の劣化が生じる。これはヒ−トサイ
クル試験が急激な温度変化を繰り返し行う試験であるこ
とから、半田、端子電極、及び誘電体間で線膨張率の差
によって各界面に応力が発生することに起因している。
特に半田からの応力が大きく、この応力が端子電極と誘
電体間の接着部を破壊するために接着強度が劣化する。
一般に、幾度か半田付けを必要とする工程の場合、共晶
半田と高温半田が併用される。これらのうち高温半田を
用いた場合、発生する応力は共晶半田を用いた場合のそ
れよりも大きいため、接着強度劣化の度合いも大きくな
る。端子電極と誘電体の接着は導体ペ−スト中に添加さ
れる無機結合剤と誘電体の反応に支配されることから、
無機結合剤に関する提案が種々なされてきた。例えば特
開平１−２９８０９０号は、Ｂｉ2Ｏ3を添加したもので
あるが、この場合、誘電体界面の反応層にはＢｉ2Ｏ3添
加特有の針状結晶物が析出し、アンカ−効果等によって
初期強度は大きく向上するものの、応力に対しては非常
に脆く、ヒ−トサイクルによってその反応層部は容易に
破壊されてしまう。また、特開平４−２９３２１４号で
は、ガラスフリットの他に種々の金属酸化物を添加して
いるが、これでは半田濡れ性が不十分であるばかりでな
く、銀の焼結が阻害されるため電気的特性が確保できな
い等の欠点がある。

【０００５】

【発明が解決ようとする課題】本発明はこのような事情
からなされたものであり、接着強度、特にヒ−トサイク
ル後の接着強度が高く、半田濡れ性に優れた端子電極ま
たは外部導体形成に用いられる導体ぺ−ストを提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（９）の本発明により達成される。

【０００７】（１）ＡｇまたはＡｇを主成分とする合金
からなる導電材と、ガラスフリット及び金属酸化物を含
む無機結合剤とをビヒクル中に分散した導体ぺ−スト組
成物であって、前記無機結合剤組成が、ＰｂＯ及び／ま
たはＺｎＯから選ばれる少なくとも１種以上：２０〜４
０重量％、 Ｂ2Ｏ3：６〜２０重量％、 ＳｉＯ2：２〜１５重量％、 ＣｕＯ及び／またはＴｉＯ2から選ばれる少なくとも１
種以上：３０〜７２重量％、であることを特徴とする導
体ペースト組成物。

【０００８】（２）前記導電材１００重量部に対する前
記無機結合剤の含有量が０．５〜１５重量部である上記
（１）に記載の導体ペースト組成物。

【０００９】（３）前記無機結合剤中のＰｂＯ、Ｂ2Ｏ
3、及びＳｉＯ2はガラスフリットの構成成分であって、
前記導電材１００重量部に対する含有量が０．３５〜１
０重量部である請求項（１）または（２）に記載の導体
ペ−スト組成物。

【００１０】（４）前記ガラスフリットの平均粒径が
０．１〜２０μｍである上記（１）ないし（３）のいず
れかに記載の導体ペースト組成物。

【００１１】（５）前記無機結合剤中のＣｕＯ及び／ま
たはＴｉＯ2がガラス状態ではない金属酸化物であっ
て、前記導電材１００重量部に対する含有量が５重量部
以下である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の
導体ぺースト組成物。

【００１２】（６）前記金属酸化物の平均粒径が０．１
〜２０μｍである上記（１）ないし（５）に記載の導体
ペースト組成物。

【００１３】（７）前記導電材がＡｇ：７０〜１００重
量％、Ｐｄ及び／またはＰｔから選ばれる少なくとも１
種以上：０〜３０重量％、からなる上記（１）ないし
（６）に記載の導体ペ−スト組成物。

【００１４】（８）上記（１）ないし（７）のいずれか
に記載の導体ペースト組成物を焼き付けて形成された端
子電極または外部導体を有することを特徴とする回路基
板。

【００１５】（９）上記端子電極または導体の表面にめ
っき膜を有する（８）に記載の回路基板。

【００１６】

【作用】本発明の導体ペースト組成物中のガラスが誘電
体基板中のＴｉＯ2等と反応し、基板と端子電極間にＰ
ｂＴｉ3Ｏ7を主相とする反応層を形成する。これにＣｕ
Ｏ等が反応層中に介在することにより反応層強度が向上
し、接着強度、特にヒートサイクルにともなう接着強度
の劣化が抑制される。

【００１７】（具体的構成）以下、本発明の具体的構成
について詳細に説明する。

【００１８】本発明の導体ペースト組成物は、導電材と
無機結合剤とを含有する。この無機結合剤は、導電材の
永久バインダとなるものであり、ガラスフリット及び金
属酸化物からなる。

【００１９】本発明では、無機結合剤組成はＰｂＯ及び
／またはＺｎＯから選ばれる少なくとも１種以上：２０
〜４０重量％、好ましくは２５〜３８重量％、 Ｂ2Ｏ3 ：６〜２０重量％、好ましくは８〜１５重量
％、 ＳｉＯ2 ：２〜１５重量％、好ましくは４〜１０重量
％、 ＣｕＯ及びＴｉＯ2から選ばれる少なくとも１種以上：
３０〜７２重量％、好ましくは４０〜６８重量％を含有
する。

【００２０】また、ＰｂＯ、ＣｕＯ、ＳｉＯ2はガラス
フリットの構成成分であり、ＣｕＯ及び／またはＴｉＯ
2はガラス状態ではない金属酸化物である。なお、この
無機結合剤は実質的にＢｉ酸化物及びＭｎ酸化物を含有
しない。

【００２１】無機結合剤組成の限定理由は下記のとおり
である。

【００２２】ＰｂＯが前記範囲未満となるとＡｇの焼結
性が低下するため、良好な導電性が得られなくなる。ま
た、ＰｂＯが前記範囲を越えるとＡｇの焼き付け後に電
極表面にガラス浮きが生じやすくなって半田濡れ性が低
下する。なお、ＰｂＯの一部または全部がＺｎＯに置換
されてもよい。この場合でも効果は同様であるが、特に
実施例において述べるめっき処理後の引張強度の向上に
有効である。ただし、ＰｂＯを含有する場合、特に半田
濡れ性が良好になるために、通常めっき処理を施さない
端子電極等に用いられることが多い。

【００２３】Ｂ2Ｏ3が前記範囲未満となるとガラス化が
困難となり、前記範囲を超えるとガラスの軟化点が低く
なりすぎ、ガラス成分が基板内へ過剰に拡散するために
十分な接着強度が得られなくなる。

【００２４】ＳｉＯ2が前記範囲未満となるとガラス化
が困難となり、前記範囲を超えるとガラスの軟化点が高
くなりすぎ、焼き付け後に電極中にガラスが残留してガ
ラス浮きが生じるために半田濡れ性が劣化する。このよ
うな組成を有するガラス軟化点は、４００〜６５０℃程
度である。

【００２５】導体ぺ−スト組成物のガラスフリットの含
有量は、導電材１００重量部に対し０．５〜１５重量
％、特に１〜８重量％とすることが望ましい。ガラスフ
リットの含有量が前記範囲未満となると十分な接着強度
が得られず、前記範囲を超えると焼き付け後に電極表面
にガラス浮きが生じ、半田濡れ性が劣化する。

【００２６】ガラスフリットの平均粒径は、０．１〜２
０μｍであることが好ましい。

【００２７】無機結合剤には、ガラスフリットの他、ガ
ラス状態ではない金属酸化物等の無機粒子を含む。この
ような無機粒子としては、ＣｕＯ及び／またはＴｉＯ2
の１種以上が挙げられるが、これらのうち、特にＣｕＯ
が好ましい。ＣｕＯは反応生成物であるＰｂＴｉ3Ｏ7の
焼結助剤及び強度強化剤としてはたらき、反応生成物の
強度を向上させる。

【００２８】これらの無機粒子の含有量は、導電材１０
０重量部に対し５重量部以下とすることが好ましい。含
有量が５重量部を超えると、無機粒子自体が素地内へ拡
散しないために端子電極中に残留し、電極表面にこれが
浮き出しまう。このために半田濡れ性が劣化する。

【００２９】これら無機粒子の平均粒径は、０．１〜２
０μｍであることが好ましい。

【００３０】なお、Ｂｉ酸化物を含有した場合、誘電体
基板中のＴｉＯ2等と反応し、端子電極と基板間に脆弱
なＢｉ2Ｔｉ2Ｏ7層が析出するために、接着強度の劣化
が生じる。さらにこれにＭｎ酸化物を添加すると、この
層の生成が顕著になり接着強度の劣化が激しくなる。

【００３１】本発明では、マイクロ波帯で使用する場
合、あるいは高Ｑ特性を得るような場合、Ａｇを導電材
として用いる。またそれ以外に使用する場合は、Ｐｄ及
び／またはＰｔが含まれていても良い。この時、これら
の含有量は３０重量％以下にする必要がある。前記範囲
を超えると導体抵抗が大きくなりすぎて、通常用いられ
る回路の電気的特性を満足しないばかりでなく、半田濡
れ性が極度に低下する。これら 導電材粒子の平均粒径
は、０．０１〜１０μｍ程度とすることが好ましい。そ
の理由は、平均粒径が０．０１μｍ未満であると収縮率
が大きくなりすぎ、また１０μｍを超えると導体ぺ−ス
ト組成物の印刷性、分散性が悪くなるからである。

【００３２】導電材および無機結合剤が分散されるビヒ
クルは、エチルセルロ−ス、ニトロセルロ−ス、アクリ
ル系樹脂等のバインダ−、テルピネオ−ル、ブチカルビ
ト−ル等の溶剤、その他分散剤や活性剤等から必要に応
じて適宜選択される。

【００３３】なお、一般に、導体ぺ−スト組成物中のビ
ヒクルの含有率は、１０〜７０重量％程度である。

【００３４】本発明の導体ぺ−スト組成物は、導電材粒
子と無機結合剤とを混合し、これにバインダ−、溶剤等
のビヒクルを加え、これらを混練してスラリ−化するこ
とにより製造される。導体ぺ−スト組成物の粘度は、３
万〜３０万cps（センチポイズ）程度に調製しておくの
がよい。

【００３５】本発明の導体ペースト組成物は、誘電体基
板の端子電極ないし外部導体に使用される。また、全体
または一部にディッピング等によって電極を形成する円
筒状の誘電体にも用いることができる。

【００３６】なお、通常、めっきを行わない端子電極ま
たは外部導体として使用するが、めっきも行うことがで
きる。めっきは通常Ｃｕめっき膜、Ｎｉめっき膜、Ｓｎ
めっき膜あるいはＳｎ−Ｐｂ（半田）めっき膜の順に形
成される。Ｃｕ及びＮｉめっき膜は端子電極のＡｇ喰わ
れを防止するために設けられる。ただしＣｕめっき膜は
必要に応じて適宜用いられる。また、ＳｎあるいはＳｎ
−Ｐｂめっき膜は、半田濡れ性及び半田によるＡｇ喰わ
れを改善するために設けられる。

【００３７】マイクロ波帯用の誘電体共振子及びフィル
タ等に用いられる誘電体基板の誘電率は１０〜１００程
度であり、Ｍｇ−Ｔｉ酸化物、Ｓｒ−Ｔｉ酸化物、Ｂａ
−Ｔｉ酸化物等を主成分とし、必要に応じて各種金属酸
化物を添加することによって所望の誘電率を得る。本発
明の導体ペ−スト組成物はいずれの誘電体基板にも適合
する。本発明の導体ペ−スト組成物は、マイクロ波帯用
の誘電体共振子及びフィルタ等に用いられる誘電体基板
の端子電極または外部導体として用いられるほか、全体
または一部にディッピング等によって電極を形成する円
筒状の誘電体、誘電体チップ、チップインダクタ、チッ
プコンデンサ等のチップ部品、半導体集積回路素子、ダ
イオ−ド等の各種素子の表面実装部品を載せる配線基
板、ガラスセラミックス多層基板等の外部導体に適応す
ることもできる。ただし、マイクロ波帯用の誘電体共振
子及びフィルタ等に用いられる誘電体基板に形成する端
子電極または外部導体には、ヒ−トサイクル後にも強固
な接着性が要求されるので、本発明の導体ペ−スト組成
物は特にマイクロ波帯に使用する誘電体の端子電極また
は外部導体形成に好適である。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。

【００３９】（実施例１） 導体ペースト組成物の調製 導電材、無機結合剤及びビヒクルを混練し、導体ペース
ト組成物を調製した。導電材にはＡｇ（平均粒径０．２
μｍ）を、無機結合剤にはガラスフリット（平均粒径
０．７μｍ）及び金属酸化物（平均粒径０．２μｍ）
を、ビヒクルにはエチルセルロース系樹脂及び高沸点溶
剤（テルピネオール）を用いた。無機結合剤組成比及び
導電材１００重量部に対する無機結合剤の含有量を表１
に示す。なお、ビヒクルは導電材１００重量部に対し２
０〜４０重量部加えた。

【００４０】

【表１】

【００４１】誘電体基板にスクリーン印刷法により、導
体ぺ−スト組成物を、縮率２５％にて、焼き付け後の寸
法が２ｍｍ×２ｍｍ、膜厚１５±２μｍのパッドになる
ように印刷し、空気中において９００℃で焼き付けた。
なお誘電体基板はＢａ−Ｔｉ−Ｎｄ−Ｂｉ酸化物で構成
されているものを用いた。端子電極の初期及びヒートサ
イクル後の接着強度、端子電極の半田濡れ性を以下のよ
うにして調べた。

【００４２】（ａ）接着強度試験 初期強度はパッドの中心部に０．６ｍｍφのリード線を
半田付けし、垂直方向に引張り試験機を用いて２０ｍｍ
／ｍｉｎの速度で引っ張り、破壊した時の荷重を読ん
だ。またヒ−トサイクル後の強度は半田でリ−ド線を付
着させた状態でヒートサイクル試験を行った後、同様に
引張り試験を行い、破壊した時の荷重を読んだ。ヒート
サイクル試験は下限温度−４０℃、上限温度＋８５℃、
各温度における保持時間３０分の条件で１００サイクル
行った。なお半田は共晶半田と高温半田の２種類用意し
た。半田の組成及び溶融温度を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】（ｂ）半田濡れ性 共晶半田の場合２３５℃の溶融半田に、高温半田の場合
２８０℃の溶融半田に２秒間浸漬し、パッドの濡れ面積
率により評価した。各試験の結果を表３に示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】（実施例２）実施例１で得られた端子電極
にＮｉ及びＳｎめっき膜を形成し、初期及びヒ−トサイ
クル後の接着強度、及び半田濡れ性の評価を行った。導
電材１００重量部に対する無機結合剤の含有量を表４に
示す。

【００４７】

【表４】

【００４８】各試験の結果を表５に示す。

【００４９】

【表５】

【００５０】（実施例３）本発明によって得られた導体
ペ−ストを用いて、端子電極または外部導体を誘電体基
板上に形成した結果、半だ濡れ性に優れ、かつ初期及び
ヒ−トサイクル後の基板との接着強度も十分な極めて信
頼性の高い回路基板ができた。

【００５１】上記結果から、本発明の効果が明らかであ
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明の導体ぺ−スト組成物を用いてマ
イクロ波帯用の誘電体共振子及びフィルタ等に用いられ
る誘電体基板等の端子電極または外部導体を形成すれ
ば、半田濡れ性が良好で、かつ初期及びヒートサイクル
後の基板との接着強度も十分な極めて信頼性の高い素子
や基板が実現する。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡｇまたはＡｇを主成分とする合金から
   なる導電材と、ガラスフリット及び金属酸化物を含む無
   機結合剤とをビヒクル中に分散した導体ぺ−スト組成物
   であって、 前記無機結合剤組成が、 ＰｂＯ及び／またはＺｎＯから選ばれる少なくとも一種
   以上：２０〜４０重量％、 Ｂ2Ｏ3 ：６〜２０重量％、 ＳｉＯ2 ：２〜１５重量％、 ＣｕＯ及び／またはＴｉＯ2から選ばれる少なくとも１
   種以上：３０〜７２重量％、であることを特徴とする導
   体ぺ−スト組成物。
2. 【請求項２】 前記導電材１００重量部に対する前記無
   機結合剤の含有量が０．５〜１５重量部である請求項１
   に記載の導体ぺ−スト組成物。
3. 【請求項３】 前記無機結合剤中のＰｂＯ、Ｂ2Ｏ3及び
   ＳｉＯ2はガラスフリットの構成成分であって、前記導
   電材１００重量部に対する含有量が０．３５〜１０重量
   部である請求項１または２に記載の導体ペ−スト組成
   物。
4. 【請求項４】 前記ガラスフリットの平均粒径が０．１
   〜２０μｍである請求項１ないし３のいずれかに記載の
   導体ぺ−スト組成物。
5. 【請求項５】 前記無機結合剤中のＣｕＯ及び／または
   ＴｉＯ2がガラス状態でない金属酸化物であって、前記
   導電材１００重量部に対する含有量が５重量部以下であ
   る請求項１ないし４のいずれかに記載の導体ぺ−スト組
   成物。
6. 【請求項６】 前記金属酸化物の平均粒径が０．１から
   ２０μｍである請求項１ないし５に記載の導体ペ−スト
   組成物。
7. 【請求項７】 前記導電材がＡｇ：７０〜１００重量
   ％、Ｐｄ及び／またはＰｔから選ばれる少なくとも一種
   以上：０〜３０重量％、からなる請求項１ないし６に記
   載の導体ペ−スト組成物。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の導
   体ぺ−スト組成物を焼き付けて形成された端子電極また
   は外部導体を有することを特徴とする回路基板。
9. 【請求項９】 前記端子電極または外部導体の表面にめ
   っき膜を有する請求項８に記載の回路基板。