JPS6220571A - 導電性組成物 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、厚膜Ｃｕペースト用の導電性組成物、更に詳
しくは、半田濡れ性と引張り強度に優れた厚膜Ｃｕペー
スト用の導電性組成物に関する。

〔発明の背景〕

厚膜導電ペーストとして、Ａｕペースト、Ａｇ・Ｐｂペ
ーストは各種分野に用いられているが、これ等貴金属ペ
ーストは比較的高価である。これに対し、Ｃｕを主成分
とするＣｕペーストは、Ｎ２雰囲気中等の不活性雰囲気
中で焼成する必要はあるが、安価で導電性が高く、誘電
体上にも製膜可能で、半田付けもでき半田により金属間
化合物を生成する等の利点があり、導電性ペーストのコ
ストダウンを計る上で有力な材料である。

このＣｕペーストのうち、（Ｕ粉末、ガラスフリット、
有機ビヒクルからなる所謂ガラスボンドタイプのペース
トは、ガラスと基板との接合力で導電パターンを基板上
に被着させるものであるが、一般にガラス成分が導電パ
ターン表面に浮上り易く、半田濡れ性（半田付は性）を
劣下させる上、基板との接着強度にも問題がある。

そこで、半田濡れ性と接着強度の改善のために、ガラス
ボンドタイプのＣｕペーストにＢ　１２ｏ３を添加・混
入することが、一部で試みられており、且つ発明者等も
これを試みたが、Ｂ１２Ｏ３の添加量を、導電性組成物
（有機溶剤に分散・混入前の組成物）の５ｗｔ％程度以
上゛としなければ、半田濡れ性と接着強度の充分な改善
が見られないものであった。しかしながら、Ｂｒ２０３
の添加量が増すと、Ｃｕ粉末の全体に占める割合が低下
して必然的にシート抵抗値の増大を招いて、導電率を低
下させるという欠点を招来する。また、Ｂｉ２Ｏ３は半
田付は時の加熱によって、 ２Ｂ１２０３＋３５ｎ−＋４Ｂｉ＋：３Ｓｎ０３の酸化
ビスマス還元反応が徐々に進行して、接着強度を劣下さ
せる上、導電パターン内のガラスネットワークを脆弱化
させ易いという欠点もあり、Ｂｉ２Ｏ３の添加量を多く
することには、信頼性の点で問題があることは否めなか
った。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑み成されたもので、Ｂｉ２Ｏ３等
の添加量をさほどまで増大させることなくして充分な導
電性を保証し、且つ、半田濡れ性と、引張り強度（接着
強度）の良好な、厚膜Ｃｕペースト用の導電性組成物を
提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明者等は種々検討の結果、Ｂｉ２Ｏ３とｓｂ　２０
３とを所定比率で添加することによって上記目的を達成
することを見出したもので、その概要は、９２ｗｔチ以
上のＣｕ粉末、１．５〜２０ｗｔ係のガラスフリット、
３．０〜４．５ｗｔチのＢｉｚ０３，０．０５〜ｌ、Ｑ
ｗｔ％の５ｌ）２０３を含有してなる導電性組成物にあ
る。

〔発明の実施例〕

本発明に用いられる導電性組成物の主成分となるＣｕ粉
末は、（有機ビヒクルを含まない）導電性組成物全体に
対し９２ｗｔ％以上、望ましくは、９３〜９５．４５ｗ
ｔ％とされる。これはＣｕ成分が多い程導電率が良好と
なるからであり、また、Ｃｕ粉末の粒径は、０．３〜１
．５μｒｎの範囲のものが選定され、必要に応じ粒径の
異なるＣｕ粉末が調合して用いられる。

ガラスボンディングのためのガラスフリットとしては、
ホウケイ酸鉛ガラスに代表される各種低融点ガラスが適
用可能で、例えば、ｐｂＱ−５ｉＯ２−Ｂ２０３系ガラ
ス、ｐｂｏ−５ｉ０２系ガラス、ｐｂ。

−Ｂ２０３−ＺｎＯ系ガラス、Ｚｎ　Ｑ　−８２０３系
ガラス等々を爾いることができるが、望ましくは、ガラ
スフリット全体に対し、ＰｂＯが５０ｗｔ％以上含まれ
たものが選択される。また、該ガラスフリットの軟化点
（Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　）は、低い温度の
ものが選定され、後述する本発明の厚膜Ｃｕペーストの
焼成温度から見て、その軟化点が２５０〜４００℃低い
範囲のものが選定される。これは、比重の大きいＰｂＯ
が多く、且つ軟化点が低いと、焼成時に導電パターン内
部でガラス成分の基板側への沈下・流動が相当に期待で
きるからである。

また、このガラスフリットは、導電性組成物全体に対し
、１．５〜２．Ｑｗｔ％の割合とされる。

半田付は性、接着強度改善のために添加されるＢｉ２Ｏ
３および５ｂ２０３は、前者が導電性組成物全体に対し
、３．０〜４．５ｗｔ％の割合に、また、後者が０．０
５〜１．（１ｗｔ％の割合とされ、各々は、粒径２μｍ
以下のものが用いられ、導電率を相当に高いものとする
ときには、５ｂ２０３は０．２　Ｗ　ｔ％以下とされる
。

即ち、本発明の導電性組成物は、上記した重量比のＣｕ
粉末、ガラスフリット、Ｂ　ｉ　２０３．５ｂｚＯ３が
混合され、これに必要に応じて、微量の分散剤、消泡剤
が添加されて調合されろ。そして、このように作製され
た導電性組成物１００重量部に対して、有機ビヒクルを
１２〜１６重量部加えて、有機ビヒクル中に導電性組成
物を分散・混合して、導電ペーストとされる。この導電
ペーストは、スクリーン印刷・乾燥後、ピーク温度８３
０〜９５０℃で焼成される。

上記した本発明による導電性組成物を用いた導電ペース
トを焼成して得られた導電パターンは、充分な導電性と
、良好な半田濡れ性、引張り強度を示し、これは、全体
としてＣｕ粉末の含有率を大きくできること、Ｂｉ２Ｏ
３，５ｂ２０３が焼成時に溶融し、この両酸化物の溶融
によってガラス成分の粘度が低下して、ガラス成分が基
板側へ移行し易くなり、導電パターン表面部にガラス成
分が殆んど浮き上らないこと等が相俟ってなるものと推
測される。即ち、上記Ｂｉ２Ｏ３と５ｂ２０３との融点
Ｍ、Ｐと沸点Ｂ、Ｐと焼成温度との関係は、Ｍ、Ｐ＜焼
成温度＜Ｂ、Ｐ の関係にあり、両者はガラス成分の軟化と共に、一部ガ
ラスに溶は込むように作用する。よって、ガラス成分が
基板側に集中して、充分な接着強度を保証すると共に、
この反作用として導電パターン表面には金属成分ＣＣＵ
）が集中することになって充分な半田濡れ性を保証する
。勿論、この際、前述したガラスフリット自体の成分・
軟化点も重要なファクターとなり、望ましくは、前述し
た条件が満たされる。

一方、この半田付は性と接着強度の向上と、導電性の向
上とは相反する関係にあり、Ｂ！ｚｏ３とＳｂ２Ｏ３を
多くすると、導電性は劣下する。従って、本発明におい
ては、Ｂｉ２Ｏ３は３．０〜４．５ｗｔ％とされる。こ
れはＢｉ２Ｏ３が多いと前述した従来欠点が露呈するか
らである。そして、Ｂ！２０３の不足分を補うものとし
て、５ｂ２０３が０．０５〜１．０ｗｔ％添加される。

この５ｂ２０３はＢｉ２Ｏ３との協働で両酸化物を合わ
せて見ても比較的少い量で（Ｂｉ２０３　を単独で半田
付は性と接着強度向上のナニめの添加剤としたものに比
して）、半田付は性と接着強度の改善がなされる。しか
し、５ｂ２０３は１．□ｗｔ％を越えると、シート抵抗
を３ｍΩ／口／１５μｍ以上とすることが実験で確認さ
れ（勿論、この程度でも、Ａｇ−Ｐｄ　　ペーストに比
してはるかに良好なものであるが）、Ｃｕペーストに本
来求められるべき高導電率を満足させるには、ｌ、Ｑｗ
ｔ　％以下、望ましくは、９２ｗ１％以下であることが
実験で確認された。

また、導電ペーストの焼成温度も重要なファクターとな
り、８３０℃以上であると、Ｃｕ粒子同志の結合が良好
となって、シート抵抗値を、約２．６ｍΩ／ロ／１５μ
ｍ以下として、充分な導電性を満足させることが確認さ
れた。また、焼成温度が９５０℃以下であると、高温加
熱によるガラス成分の導電パターン表面への浮上りも少
なく、さほどまで半田付は性を劣下させることがないこ
とが確認された。

（実験例１） Ｃｕ粉末として、粒径０．７７μｒｎ、比表面積０．６
８ｍ！／ｇ、タップ密度３．６１ｇ／ｃｃの三井金属鉱
業（ハ）製のＳ−８４１２０１ＰＮを、９４．６ｗｔチ
、ガラスフリットとして、旭硝子■製の低融点ガラス、
ＡＳＦ−１３７０（ガラスフリット全体を１００重量部
として、Ｂ２Ｏ３が１０．ＰｂＯが５０．５ｉ０２が３
５、Ａｌ　２０３が５重量部で、軟化点が６００℃）を
、１．７７ｗｔチ、Ｂ！ｚｏａ　を３．５５ｗｔチ、５
ｂ２０３を０．０６ｗｔ％とじ、微量の分散剤を添加し
た導電性組成物を調合した。調合に際しては、ガラスフ
リット、Ｂｉ２Ｏ３粉末、５ｌ）２０３粉末をボールミ
ルで８時間以上粉砕した後、Ｃｕ粉末を加えて導電性組
成物とし、これを、・メーテルピネオールにエチルセル
ロースヲ溶解させた有機ビヒクルに混合し、三本ロール
ミルにて充分混合・分散して導電ペーストを作製した。

この有機ビヒクルは、導電性組成物１００重量部に対し
て、１４．２重帯部とした。

上記のように作製した導電ペーストを、京セラ■製の９
６％アルミナ基板上に、２（１０メツシユステンレスス
クリーンテ、スキージ硬度６０、ギヤノブ０．４龍、印
刷スピード４０朋／ｓｅｃ、印圧４　ｋｇの印刷条件で
、導電パターンを形成し、１０分間レベリングした後、
１２０℃で２０〜３０分乾燥した。これを、８５０℃、
９００℃、９３０℃の各ピーク焼成温度で、ピーク温度
保持時間を５〜１０分とし、昇温速度を約４０℃／ｍｉ
ｎ　　とし、６０分プロフィルで焼成した。また、焼成
後の導電パターンの膜厚は１３〜１５μｒｎとした。

この導電パターンのシート抵抗値を４端子法による電圧
値の読み取りで行ない、引張り強度試６峡を、　　−２
ｍｍ口の導電パターン上に０．８φの折曲げスズメッキ
銅線を半田付けしてこれを引剥すビール試験法で行なっ
た。また、半田濡れ性状、暇のため、千住金属株製のク
リーム半田、５ＰＴ−２０６３を用いてこれを印刷し、
これをリフロー条件、ビーク２３０±１０℃、２００℃
以上のアップ時間を３０〜６０ＳｅＣとして半田付けを
行ない、導電パターン表面の半田付は偉態を拡大観察し
た。

以上による実験結果は、下記の表−１の通りで、表−１ ９３０℃の焼成条件で、半田付は性に若干問題がある以
外には、他は総べて良好な結果を示した。

ここで、○印は、シート抵抗においては、　−１：、、
８〜２、ＯｍΩ／口／１５μｍ以下、半田付は性におい
ては全面半田被着、引張り強度においては、３〜５ｋｇ
／２ｍｇ口以上のものをそれぞれ指している。

（実験例２） Ｓｂ２０３を０．１２ｗｔチとし、他は総べて実験例１
と同等の条件で試験を行なった結果、表−２に示すよう
に総べて良好な結果を示した。

表−２ 〔発明の効果〕 以上詳述したように本発明によれば、導電率、半田付は
性、接着強度に優れた導電性組成物が得られ、その産業
的価値は多大である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）９２ｗｔ％以上のＣｕ粉末、１．５〜２．０ｗｔ
   ％のガラスフリット、３．０〜４．５ｗｔ％のＢｉ＿２
   Ｏ＿３、０．０５〜１．０ｗｔ％のＳｂ＿２Ｏ＿３を含
   有してなることを特徴とする導電性組成物。
2. （２）前記ガラスフリットはＰｂＯを含み、該ガラスフ
   リット全体に対し、ＰｂＯは５０ｗｔ％以上配合されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   導電性組成物。
3. （３）前記導電性組成物を用いた導電ペーストの焼成温
   度に対し、前記ガラスフリットの軟化点は、２５０〜４
   ００℃低い温度であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の導電組成物。
4. （４）前記導電性組成物を用いた導電ペーストの焼成温
   度は、８３０〜９５０℃であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の導電性組成物。