JPS63301405A - 低温焼成型導電性ペ−スト及び回路基板の製造方法 - 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〕 本発明は電子機器等の内部配線材として用いられるプリ
ント回路基板に用いられる低温焼成型の導電性ペースト
及びこれを用いた回路基板の製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術及びその問題点］ 従来この種の導電性ペーストは、金属粉末、ガラスフリ
ット及び有機質ビヒクルにて構成されており、その金属
粉末としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等の金属
が使用され、それぞれＡｕペースト、Ａｇペースト、Ａ
ｇ−Ｐｄペースト、Ｃｕペーストと呼ばれている。これ
らの導電性ペーストは絶縁性基板上に印刷され、９００
℃前後の温度で焼成し、厚膜を形成して、５Ｘ１０−’
Ω・ａｍ程度の比抵抗を持つ導体回路として使用してい
るものである。

このような導電性ペーストの印刷に用いられる絶縁性基
板としては、上記焼成温度にて変化せず、導電性ペース
トと充分に密着し、電気絶縁性に優れたセラミックス基
体、特にアルミナ基板がもちいられている。

また近年、ＡｕやＡｇ、Ｐｄが高価であることから、Ｃ
ｕによるペーストが注目を集めている。

銅は安価であるだけでなく、電気伝導性に優れ、ハンダ
付は性も良好であり、又マイグレーションも起こりにく
い等特性的にも優れている。しかしＣｕペーストは、銅
は酸化しやすいために大気中で焼成することが出来ず、
通常有機質ビヒクルを飛散させることが出来、かつ銅を
酸化させないある特定の酸素分圧を有する窒素雰囲気中
で焼成しなければならないという取り扱いの難しさがあ
り、現状ではＣｕペーストは決して安くはない。

最近、酸化銅−を用いた導電性ペーストの考え方が開示
された。これは、酸化銅粉末に少量のｐｔ粉、Ｐｄ粉、
Ｎｉ粉、酸化マンガン粉を加えたもので、大気中で７０
０℃程度で焼成したのち、１０００℃程度で還元性雰囲
気中で還元することによって導体を形成するものであり
、厳密な雰囲気コントロールは必要としていない。しか
しこの導電性ペーストは、同時焼成多層回路基板に用い
ることを前提としており、酸化銅が銅に還元される時の
体積収縮が問題となる為高価な貴金属粉末が添加されて
おり未だかなり高価となる（特開昭和６１−２８９６９
１、特開昭６１−２９２３９４、特開昭６１−２９２３
９３参照）。

一方近年、５００〜６７５℃程度の温度でも焼成が可能
な導電性ペーストが提案された。この導電性ペーストは
、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｇ合金、Ｃｕ合金等の金属粉末とガ
ラスフリット及び有機質ビヒクルとにより構成されてお
り、基板との密着強度及び形成される厚膜自体の強度を
向上させる為、ガラスフリフトの量を増加して焼成して
いる（特開昭５８−７１５０７、特開昭５８−１０３０
２参照）、又酸化銅粉末を基体とし、硼素を７〜２７％
、ガラスフリントを０〜３５％含む導電性ペーストが、
５００〜６７５℃の大気中で加熱することにより、厚い
フィルム導体を形成することが出来るとの提案がなされ
ている（特開昭５７−５５００５参１）ｉ１ｆ）、Ｌか
しこれらの導電性ペーストは比抵抗が５　Ｘ　１０−’
Ω・Ｃｍより大きく、又半田付性も悪く、回路基板用と
しては使用出来ないものであった。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明は上記の点に鑑み鋭意検討の結果なされた物であ
り、その目的とするところは、３００〜６００℃の如き
低温度で焼成することが出来ると共に、形成した導電回
路は絶縁性基板と充分な密着強度を有し、且つ導電性及
び半田付性に優れた回路を形成出来る導電性ペーストを
堤供することである。

即ち本発明は、銅、銅を生成分とした銅合金の群から選
ばれた１種または２種以上の混合物からなる導電性物質
の粉末５０〜９５ｗｔ％と、軟化点が３００〜６００℃
１熱膨張率が６〜１３×１０−’℃−１のガラス粉末５
〜５０ｗｔ％とからなる基材を有機質ビヒクル中に分散
させたことを特徴とする低温焼成型導電性ペースト、並
びにかかる導電性ペーストを用いて、電気絶縁性無機基
板上に所望の方法により回路パターンを形成したのち、
これを３００〜６００℃の大気中で加熱し、ついで還元
性雰囲気中で４００〜６００℃に加熱する事を特徴とす
る回路基板の製造方法に関するものである。

［作用］ 従来の銅系の導電性ペーストは、銅を酸化させないよう
に非酸化性雰囲気中で焼成されている。

しかし本発明の導電性ペーストは逆に銅を酸化させるこ
とによって、低温での焼成を可能としている。

−Ｉｉｆｆｌに金属粉の表面は酸化被膜が形成されてい
るため、理論焼結温度で焼結することは出来ない。

このため一般に焼結は還元性雰囲気中で行われる。

しかし、導電性ペーストのように有機質ビヒクルをふく
む場合は、これを飛散させる必要があるため、還元性雰
囲気中での焼成は行えない。

そこで本発明の導電性ペーストにおいては、まず大気中
で焼成することによって有機質ビヒクルを飛散させ、酸
化した銅粉即ち酸化銅粉とガラスとの濡れ性を向上させ
、導電膜の強度向上を図っている。そして次に還元性雰
囲気中での焼成において、前記酸化銅粉を還元すると同
時に焼結を促進させることによって電気伝導度の良い導
電膜を形成させている。しかし本発明の導電性ペースト
は、銅又は銅合金の粉末のみでは低温で焼成するには充
分ではなく、低軟化点温度のガラスと組み合わせること
によって、充分な特性を持った導電膜が得られるもので
ある。更に特開昭６０−２４８４２４号に酸化銅粉を用
いた低温焼成型導電性ペーストが開示されているが、こ
れによって得られる導電膜は、還元による体積減少のた
めに膜厚が薄くなり、所望の厚さに制御することが難し
い。

しかし本発明による導電性ペーストは、大気中で焼成す
るため一時体積が膨張するが、最終的には還元工程を行
なう為、膜厚が初期の厚さより大幅に減少することがな
く、膜厚の制御が容易である。

更に本発明の導電性ペーストは低温で焼成することを目
的としている為、高温で焼成しても充分な特性は得られ
ない。即ち６５０℃以上の温度で大気中で焼成すると、
Ｃｕ、Ｏとガラス中の成分であるＰｂＯ等の酸化物が反
応し、複合酸化物が形成されて、還元性雰囲気中での焼
成において健全な銅が得られなくなるものである。

本発明の導電性ペーストにおいて軟化点が３００〜６０
０℃１熱膨張率が６〜１３Ｘ１０−”℃−１のガラス粉
末の含有量を５〜５０ｗＬ％と限定した理由は、ガラス
粉末の含を量が５ｗｔ％未満であると、得られたペース
トは絶縁性基板との接着性が悪く、一方５０ｗｔ％を越
えて大量に含有されると、当該ペーストを用いて形成し
た回路への半田付性が著しく低下する為である。

尚軟化点が３００〜６００℃１熱膨張率が６〜１３Ｘ１
０−’℃−１の低軟化点ガラスとしては、ＰｂＱ　　Ｂ
２Ｏ２Ｓｉｎｇ系ガラスやＺｎ０Ｂｔｏ、−ｐｂｏ系ガ
ラス等がある。又これらのガラス系にＢａＯ１Ａｐｚ○
３　、Ｔｉ１ｔ　、Ｚｒ０ｚ、ＺｎＯ等の酸化物を少量
含有してもよい。又ガラス粉末は−３２５メツシユ程度
より小さいものが好ましい。

銅を主成分とした銅合金としては、例えばＣｕ−Ａｇ、
Ｃｕ−３Ｃｕ−３ｎＳＣｕ−Ａの群から選ばれたＡｇ含
有量が０．０５〜５０ｗｔ％、或いはＳｎ含有量が０．
０１〜１０ｗｔ％のものが好ましい、前記銅合金におい
てＡｇ或いはＳｎを添加したのは、本発明の導電性ペー
ストを用いて形成した回路への半田付性を更に改善する
ためであって、前記含有量の下限未満ではこれら元素添
加の効果が見られなく、又上限を超えると、Ｓｎ添加の
場合は比抵抗が大きくなりすぎ、Ａｇ添加の場合はマイ
グレーションを起こしやすく、またコストアップになっ
て、経済上不利となる。

又有機質ビヒクルとしては、例えばエチルセルローズ、
飽和脂肪酸変性アルキッド樹脂等の基材を１０重量％程
度、テルピネオール、ブチルカルピトールやテレピン油
等に溶解したものがあげられる。そして基材と有機質ビ
ヒクルとの混合割合は、最終的に得られるペーストの粘
度との関連で決めれば良い。

本発明による導電性ペーストは、スクリーン印刷等でセ
ラミックス基板、ホーロー基板等に印刷し、乾燥後、３
００〜６００℃で大気中で加熱し、その後４００〜６０
０℃で還元性雰囲気中で加熱することによって、導体回
路を形成出来る。

（実施例１〕 次に本発明を実施例により更に具体的に説明する。平均
粒径１μｍの銅粉末と軟化点約４００℃１熱膨張率８．
５Ｘ１０−６℃−１のＰｂＯＢｚＯｚ−３−ＳｉＯ２系
ガラス粉末（ＰｂＯニア０％、Ｂ２Ｏ３：ｔＳ、Ｓ％、
ＳＩＯ，：４．５％、ＺｎＯ：　８％、Ａ１．Ｏ，：２
％）とを種々の割合で混合して基材を作り、これをエチ
ルセルローズをブチルカルピトールに１０重量％溶解し
た有機質ビヒクル中に分散させて、導電性ペーストを作
成した。この導電性ペーストをアルミナ基板上にスクリ
ーン印刷し、所定の温度で焼成して得られた導体の比抵
抗、密着強度及び半田付性を調べ、その結果を第１表に
示した。

第１表から明らかな様に、ガラス量が本発明の範囲内で
ある本発明例Ｎｏ、１〜６はいずれも比抵抗が小さく、
密着強度及び半田付性も良好である。一方ガラス量が少
なすぎる比較例Ｎｏ、７は基板への密着強度が低く、又
ガラス量が多すぎる比較例Ｎｏ、８は半田付性が低下し
ている。

〔実施例２］ 実施例１にて調整した本発明例Ｎｏ、４の導電性ペース
トをアルミナ基板上にスクリーン印刷し、種々の温度で
焼成して得られた導体の比抵抗、密着強度及び半田付性
を調べ、その結果を第２表に示した。

第２表から明らかな様に、焼成温度が本発明の範囲内で
ある本発明例ＮＯ１９〜１）はいずれも比抵抗が小さく
、密着強度及び半田付性も良好である。一方焼成温度が
本発明の範囲外である比較例Ｎｏ、１２〜１６はいずれ
も比抵抗が大きくなっている。

〔実施例３］ 平均粒径ｌｕｍで、第３表に示した組成の銅合金粉末７
０ｗｔ％と、軟化点約３５０℃１熱膨張率１）×１０−
６°ｃ−１のＰ　ｂ　ＯＢ２Ｏ２Ｓ　ｉ　Ｏｘ系ガラス
粉末（Ｐｂ０：８５％、Ｂ２Ｏ２：１Ｂ％、５ｉＯｚ：
４％、ＺｎＯ：２％、Ａ／！、０３：１％）３０％とを
混合して基材を作り、これをエチルセルローズをブチル
カルピトールに１（１量％溶解した有機質ビヒクル中に
分散させて、導電性ペーストを作成した。この導電性ペ
ーストをアルミナ基板上にスクリーン印刷し、所定の温
度で焼成して得られた導体の比抵抗、密着強度及び半田
付性を趨べ、その結果を第３表に示した。

第３表から明らかな様に、Ａｇ或いはＳｎ含有量が本発
明の範囲内である本発明例Ｎｏ、２１〜２７はいずれも
比抵抗が小さく、密着強度が良好で、半田付性が非常に
優れている。（◎＋、◎＋士は、◎よりも更に半田付性
が改善されている事を示す）。一方Ａｇ或いはＳｎ含有
量が少ない比較例Ｎｏ、２８．２９は、Ａｇ或いはＳｎ
添加による半田付性の一層の改善は認められない、又Ｓ
ｎ含有量が多すぎる比較例Ｎｏ、３１は比抵抗が大きく
なっている。

（発明の効果〕 本発明による導電性ペーストは、低温度で焼成すること
が出来ると共に、絶縁基板と充分な密着性を有し、且つ
導電性及び半田付性に優れた導電回路を形成することが
出来、工業上顕著な効果を奏するものである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅、銅を主成分とした銅合金の群から選ばれた１
   種または２種以上の混合物からなる導電性物質の粉末５
   ０〜９５ｗｔ％と、軟化点が３００〜６００℃、熱膨張
   率が６〜１３×１０＾−＾６℃＾−＾１のガラス粉末５
   〜５０ｗｔ％とからなる基材を有機質ビヒクル中に分散
   させたことを特徴とする低温焼成型導電性ペースト。
2. （２）導電性物質粉末が銅粉末である事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の低温焼成型導電性ペースト。
3. （３）銅合金がＣｕ−Ａｇ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ａｇ−
   Ｓｎの群から選ばれたいずれかの合金で、Ａｇの含有量
   が０．０５〜５０ｗｔ％、Ｓｎの含有量が０．０１〜１
   ０ｗｔ％の範囲のものである事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の低温焼成型導電性ペースト。
4. （４）軟化点が３００〜６００℃、熱膨張率が６〜１３
   ×１０＾−＾６℃＾−＾１のガラス粉末が、ＰｂＯ−Ｂ
   ＿２Ｏ＿３−ＳｉＯ＿２を主成分とした硼硅酸鉛ガラス
   である事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低温
   焼成型導電性ペースト。
5. （５）電気絶縁性無機基板上に銅、銅を主成分とした銅
   合金の群から選ばれた１種または２種以上の混合物から
   なる導電性物質の粉末５０〜９５ｗｔ％と、軟化点が３
   ００〜６００℃、熱膨張率が６〜１３×１０＾−＾６℃
   ＾−＾１のガラス粉末５〜５０ｗｔ％とからなる基材を
   有機質ビヒクル中に分散させてなる低温焼成型導電性ペ
   ーストを用いて、所望の方法により回路パターンを形成
   したのち、これを３００〜６００℃の大気中で加熱し、
   ついで還元性雰囲気中で４００〜６００℃に加熱する事
   を特徴とする回路基板の製造方法。
6. （６）電気絶縁性無機基板がセラミックス基板、ホーロ
   ー基板の群から選ばれたいずれかの基板である事を特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の回路基板の製造方法
   。
7. （７）低温焼成型導電性ペーストをスクリーン印刷して
   回路パターンを形成する事を特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の回路基板の製造方法。