JPS6340328B2 - - Google Patents

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JPS6340328B2
JPS6340328B2 JP56040013A JP4001381A JPS6340328B2 JP S6340328 B2 JPS6340328 B2 JP S6340328B2 JP 56040013 A JP56040013 A JP 56040013A JP 4001381 A JP4001381 A JP 4001381A JP S6340328 B2 JPS6340328 B2 JP S6340328B2
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JP
Japan
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powder
conductive
alloy
paste
weight
Prior art date
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Application number
JP56040013A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS57152605A (en
Inventor
Sankichi Shinoda
Katsuhiko Pponjo
Yasuhiro Ogawa
Tsunehiko Todoroki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、導電性ペーストに関し、安価で導電
性、耐食性のすぐれた導電性ペーストの提供を目
的とするものである。 従来、この種導電ペーストには導電用粉体とし
てAu、Ag、Pdなどの貴金属が用いられてきた。
一般的には、この導電用粉体にAgを用い、ホウ
ケイ酸ガラスフリツトおよびBi2O3、ZnO、PbO
などと共に、ビヒクル中に分散したペーストをセ
ラミツク等の基板にスクリーン印刷等の方法で塗
布した後、高温で焼成して、セラミツクコンデン
サ、圧電体素子、半導体セラミツクなどの電極あ
るいは、電子回路用の配線導体として使用されて
来た。 しかしながら、近年、貴金属類、特にAg価格
の高騰のために、導電性Agペーストの代替とし
て、安価な導電性粉体を用いた導電性ペーストと
か、セラミツクの焼付用電極として、Cu、Niの
メツキ電極など、多くの提案がなされている。た
とえばAg粉体の代用として、安価なNi、Cuなど
の卑金属粉体あるいは、TiN、SnO2などの導電
性金属化合物体等を用いてなる導電性ペーストが
開発され、一部に市販されるようになつてきた。 しかしながら、Ni、Cuなどの卑金属導電性ペ
ーストは、初期特性は良好なものが得られるが、
耐食性が悪いために満足できるものではなく、ま
た卑金属粉体のため、焼成に対しては非酸化性雰
囲気が必要であるなどの難点がある。また、
TiN、SnO2などの導電性ペーストは、粉体自体
が比較的高抵抗のために低抵抗の導電性ペースト
は得られにくく、TiNは高温焼付型に対しては、
空気中焼成では酸化してしまうため、使用できな
い欠点がある。一方、Al2O3粉体にAgコートし
た導電性粉体を用いた導電性ペーストがある。こ
の、Al2O3のAgコート粉からなる導電性ペース
トは、経済性の点で優れているが、Al2O3はAg
との濡れ性が悪いために密着性が悪く、ペースト
の混練時にAgが剥離し、導電性劣化になつてい
る。また、この種の酸化物にAgをコートした粉
体、あるいは前記TiNやSnO2を利用した導電ペ
ーストは、焼成後の導電膜にはんだ付け性がない
という問題がある。 以上のように、Ag代替として各種導電性ペー
ストが提案されているが、いずれも導電性、耐食
性、はんだ付け性などの点で満足できるものでは
なく、これら諸特性のすぐれた、安価な高温焼付
型導電ペーストの出現が望まれている。 本発明者らは、上記したような導電性、耐食
性、はんだ付け性、さらには、経済性をも満足で
きるべく、卑金属を主成分とする合金粉体を調査
検討した結果、Cuを主成分として、Al、Zn、さ
らにSnを添加した合金が、上記諸特性をかなり
のレベルで満足することを見い出した。 次に、本発明の構成を詳述する。 本発明に従う導電性ペーストは、その導電用粉
体は、Cu−Al−Zn−Snの合金粉体である。その
組成比は、Al2〜8重量%、Zn10〜40重量%、
Sn0.5〜5重量%、残部Cuから成る。 推察するに、この種導電性ペースト、特に高温
焼付型導電ペースト用導電媒体となる粉体におい
て、望まれる条件は、 (a) 導電性があること、 (b) 耐熱酸化性があること、 (c) はんだ付けが可能であること、 などがあげられる。 しかして、本発明における導電性粉体の主成分
であるCuは、導電性の優れた金属であるが、耐
食性、耐熱酸化性は良いとは言えない。特に、高
温焼付型のペースト用導電媒体としては、その表
面に多量の酸化スケールが発生し、導電性が得ら
れず不適当である。Cuのこのような弱点を改良
する方法として、Alが添加される。Cu−Al合金
は、酸化性雰囲気において加熱しても、スケール
の生成する割合は少ない。これは、表面にAl2O3
の薄い強固な層が出来、合金の酸化進行を防いで
いるものと考えられる。しかしながら、このよう
な状態においては、粉体の接触によつて導電路を
形成しているペースト焼成膜では、導電性が悪化
するうえに、はんだ付け性も悪化する。しかし
て、Cu−Al合金粉のこのような弱点は、Znを添
加することによつて、大巾に改良される。すなわ
ち、Cu−Al−Znの合金粉体は、ペースト焼成膜
とした場合において、比較的良好な導電性が得ら
れること、はんだ付けが可能になることなどの特
徴が認められる。Znの添加が何故に、この様な
改良をもたらすか明確ではないが、Znが高温加
熱時において、合金表面より昇華するいわゆる脱
Zn現象が、Al2O3皮膜の必要以上の生成を防止し
ているとも推測される。また、Znは多少酸化し
てもガラスフリツト中に溶侵していることも考え
られる。 次に、Snの添加は上記Al−Zn−Cu合金焼成膜
のはんだ付け性を良化する。しかし、添加量が増
加すると耐酸化性を降下させることがある。 Cu−Al−Zn−Sn合金粉は以上の働きにより導
電路を形成しているが、あくまでも、合金粉の接
触により導通を保つており、合金粉が溶融焼結し
合う状態で焼成すれば、前記Al2O3膜が破壊され
るために、合金粉の酸化が進み、不導体化する。 以上の理由によつて、Cu−Al−Zn−Sn合金
が、その効果を見い出し得る組成比は、Al2〜8
重量%、Zn10〜40重量%、Sn0.5〜5重量%、残
部Cuである。添加量の下限は、前述の効果を見
い出し得る最少量である。上限は、導電性やはん
だ付け性、さらには耐食劣化などの点から制約さ
れて来る量である。 本発明に従えば、上記Cu−Al−Zn−Sn合金粉
体間の接触を良化し、焼成された導電膜の面抵抗
を低下する方向として、Cu−Al−Zn−Sn合金粉
を核として、その表面にAg被覆することが可能
である。Ag被覆の厚さは、合金粉体の粒径、導
電性、経済性を加味して決められるが、合金粉体
の粒径を0.5〜5μ程度とすれば、Ag被覆の厚さ
は、0.05μ以上においてその効果を認めることが
出来る。 通常、Ag粉を導電媒体とする高温焼付型ペー
ストにおいては、焼付条件として、保持加熱を空
気中で800〜900℃10分、その前後の上昇下降を含
めて1時間サイクル程度で行なわれているが、
Agを被覆した合金粉はAgを含有することから、
その被覆量によつては、Ag−Cu二元合金の共晶
温度780℃より若干低い温度で加熱することが望
まれる。 本発明に従えば、上述のCu−Al−Zn−Sn合金
粉体、あるいはこの粉体にAg被覆した粉体は、
導電性ペーストの導電媒体として供されるが、一
般的には、上記粉体をガラスフリツトとビヒクル
中に分散して、均質に混練してペースト状とす
る。この時、ガラスフリツトとしては、Bi2O3
PbOなどを含有するものは好ましくない。これら
酸化物は、焼成時に於いて溶融すると、合金粉を
腐食せしめる傾向を示すからである。混練された
ペーストは、セラミツク等の基板にスクリーン印
刷等の方法で塗布したのち高温で焼付けて、電
極、導電路として利用される。粉体の粒径は、
0.05〜10μの範囲、好ましくは0.5〜5μ程度が良
い。10μ以上になるとスクリーン印刷時の印刷性
が悪化し、焼成後の面抵抗が大きくなる。 次に、本発明をより具体化するために、実施例
について記述する。 本発明に従う組成に合わせて、Cu、Al、Zn、
Snの各素材を秤量し、全量1Kgとした。素材と
して、適宜Cu−Al母合金、Cu−Zn母合金を利用
した。これを、窒素ガス中で溶解し、さらに、溶
湯噴霧法によつて粉化した。噴霧媒体としては、
窒素ガスを利用し、水中投入冷却した。得られた
粉体の粒径は5〜100μ程度のものであるが、こ
れを機械式粉砕機にて、再度粉化し平均粒径を約
2μとした。そして、導電性ペースト用に供した。 一部の粉体については、さらに、Ag被覆を施
こすために、AgNO325g/から成るアンモニ
ア硝酸銀溶液とロツシエル塩140g/から成る
還元液を1:1で混合した無電解Agメツキ液中
に投入し、20℃でかくはんしながら90分間メツキ
した(Ag厚は約0.1μとなる)。このメツキ粉は十
分水洗したのち、120℃、1時間乾燥し、導電性
ペースト用の粉体として供した。 ペーストの作製は、上記粉体3gをエチルセル
ロース(100CPS)とテレピネオールから成るビ
ヒクルとB2O3、SiO2、Na2O、ZnO、Al2O3など
より成るガラスフリツトとともに、フーバーマー
ラを用いて混練した。フーバーマーラーは、荷重
100ポンド、20回転を3回繰返して行つた。粉体
の量は、全量の80重量%ととした。 上記作製したペーストをスクリーン印刷法を用
いて、アルミナ基板上に所定の形状に印刷後、
120℃、10分間乾燥し、さらに、大気中750℃〜
830℃で10分間焼成した。 上記印刷パターンの両端間の抵抗値を測定した
結果、次表の値を得た。なお、表には、参考まで
に、同方法で作製したCu粉体、Ag粉体およびCu
粉体にAg層を被覆した粉体にてペーストを作製
しそれらの焼成膜の特性も同様に示す。 また、焼成された膜面のはんだ付け性につい
て、はんだ付けが容易なもの〇、比較的容易なも
の△、出来ないもの×で合わせて表に示す。
The present invention relates to a conductive paste, and an object of the present invention is to provide a conductive paste that is inexpensive and has excellent conductivity and corrosion resistance. Conventionally, noble metals such as Au, Ag, and Pd have been used as conductive powder in this type of conductive paste.
Generally, Ag is used for this conductive powder, and borosilicate glass frit and Bi 2 O 3 , ZnO, PbO
A paste dispersed in a vehicle is applied to a ceramic substrate using a method such as screen printing, and then fired at a high temperature to form electrodes for ceramic capacitors, piezoelectric elements, semiconductor ceramics, etc., or wiring for electronic circuits. It has been used as a conductor. However, in recent years, due to the sharp increase in the price of precious metals, especially Ag, conductive pastes using inexpensive conductive powder are being used as substitutes for conductive Ag paste, and Cu and Ni plating are being used as electrodes for baking ceramics. Many proposals have been made, including electrodes. For example, as a substitute for Ag powder, conductive pastes made using inexpensive base metal powders such as Ni and Cu, or conductive metal compounds such as TiN and SnO 2 have been developed, and some are now commercially available. I'm getting used to it. However, base metal conductive pastes such as Ni and Cu can have good initial characteristics;
It is unsatisfactory due to its poor corrosion resistance, and since it is a base metal powder, it has drawbacks such as the need for a non-oxidizing atmosphere for firing. Also,
With conductive pastes such as TiN and SnO2 , the powder itself has a relatively high resistance, so it is difficult to obtain a conductive paste with low resistance.
It has the disadvantage that it cannot be used when fired in air because it oxidizes. On the other hand, there is a conductive paste using conductive powder coated with Ag on Al 2 O 3 powder. This conductive paste made of Ag-coated powder of Al 2 O 3 is excellent in terms of economy, but Al 2 O 3 is made of Ag-coated powder.
The adhesion is poor due to poor wettability with the paste, and the Ag peels off during paste kneading, resulting in poor conductivity. Further, powder of this type of oxide coated with Ag or conductive paste using TiN or SnO 2 has a problem in that the conductive film after firing does not have solderability. As mentioned above, various conductive pastes have been proposed as substitutes for Ag, but none of them are satisfactory in terms of conductivity, corrosion resistance, solderability, etc. The emergence of a type conductive paste is desired. The present inventors investigated and investigated alloy powders mainly composed of base metals in order to satisfy the above-mentioned conductivity, corrosion resistance, solderability, and furthermore, economic efficiency. It has been found that an alloy to which Al, Zn, and even Sn are added satisfies the above properties to a considerable degree. Next, the configuration of the present invention will be explained in detail. In the conductive paste according to the present invention, the conductive powder thereof is a Cu-Al-Zn-Sn alloy powder. Its composition ratio is Al2~8% by weight, Zn10~40% by weight,
It consists of 0.5 to 5% by weight of Sn and the balance is Cu. Inferred, the desirable conditions for this kind of conductive paste, especially the powder that serves as the conductive medium for high-temperature baking type conductive paste, are (a) electrical conductivity, (b) thermal oxidation resistance, ( c) Must be able to be soldered. Although Cu, which is the main component of the conductive powder in the present invention, is a metal with excellent conductivity, it cannot be said to have good corrosion resistance and thermal oxidation resistance. In particular, it is unsuitable as a conductive medium for high-temperature baking pastes because a large amount of oxide scale is generated on its surface and conductivity cannot be obtained. Al is added as a way to improve these weaknesses of Cu. Even when Cu-Al alloy is heated in an oxidizing atmosphere, the proportion of scale formation is small. It has Al 2 O 3 on the surface
It is thought that a thin, strong layer is formed to prevent the progress of oxidation of the alloy. However, in such a state, in a paste fired film that forms a conductive path through contact with powder, not only the conductivity deteriorates but also the solderability deteriorates. However, such weaknesses of Cu-Al alloy powder can be greatly improved by adding Zn. That is, Cu-Al-Zn alloy powder is recognized to have characteristics such as relatively good conductivity and soldering capability when made into a paste fired film. It is not clear why the addition of Zn brings about such an improvement, but Zn sublimes from the alloy surface during high-temperature heating.
It is also speculated that the Zn phenomenon prevents the formation of an Al 2 O 3 film more than necessary. It is also possible that Zn is dissolved into the glass frit even if it is slightly oxidized. Next, the addition of Sn improves the solderability of the Al--Zn--Cu alloy fired film. However, when the amount added increases, the oxidation resistance may decrease. The Cu-Al-Zn-Sn alloy powder forms a conductive path through the above-mentioned functions, but conduction is maintained by the contact between the alloy powders, and if the alloy powders are fired in a state where they are melted and sintered together, Since the Al 2 O 3 film is destroyed, the alloy powder is oxidized and becomes nonconductive. For the above reasons, the composition ratio at which Cu-Al-Zn-Sn alloy can find its effect is Al2~8
% by weight, 10 to 40% by weight of Zn, 0.5 to 5% by weight of Sn, and the remainder Cu. The lower limit of the amount added is the minimum amount in which the above-mentioned effect can be found. The upper limit is an amount that is restricted from the viewpoints of conductivity, solderability, and deterioration of corrosion resistance. According to the present invention, the Cu-Al-Zn-Sn alloy powder is used as a core to improve the contact between the Cu-Al-Zn-Sn alloy powder and reduce the sheet resistance of the fired conductive film. , it is possible to coat the surface with Ag. The thickness of the Ag coating is determined by considering the particle size of the alloy powder, conductivity, and economic efficiency.If the particle size of the alloy powder is approximately 0.5 to 5μ, the thickness of the Ag coating is 0.05 μm. The effect can be recognized above μ. Normally, for high-temperature baking pastes that use Ag powder as a conductive medium, the baking conditions include holding heating in air at 800 to 900℃ for 10 minutes, and cycles of about 1 hour, including rising and falling before and after. but,
Since the alloy powder coated with Ag contains Ag,
Depending on the amount of coating, it is desirable to heat at a temperature slightly lower than the eutectic temperature of the Ag-Cu binary alloy, 780°C. According to the present invention, the above-mentioned Cu-Al-Zn-Sn alloy powder or this powder coated with Ag,
It is used as a conductive medium in a conductive paste, but generally the powder is dispersed in a glass frit and a vehicle and homogeneously kneaded to form a paste. At this time, as the glass frit, Bi 2 O 3 ,
Those containing PbO etc. are not preferred. This is because these oxides tend to corrode the alloy powder when melted during firing. The kneaded paste is applied to a substrate such as ceramic by a method such as screen printing, and then baked at a high temperature to be used as an electrode or a conductive path. The particle size of the powder is
A range of 0.05 to 10μ, preferably about 0.5 to 5μ is good. When the thickness exceeds 10μ, printability during screen printing deteriorates, and sheet resistance after firing increases. Next, examples will be described in order to make the present invention more concrete. Cu, Al, Zn, according to the composition according to the invention
Each Sn material was weighed to give a total weight of 1 kg. As materials, Cu-Al master alloy and Cu-Zn master alloy were used as appropriate. This was dissolved in nitrogen gas and further pulverized by a molten metal spray method. As a spray medium,
It was cooled by putting it into water using nitrogen gas. The particle size of the obtained powder is approximately 5 to 100μ, but this is re-pulverized using a mechanical crusher to reduce the average particle size to approximately
It was set to 2μ. Then, it was used as a conductive paste. Some of the powders were further coated with Ag in an electroless Ag plating solution containing a 1:1 mixture of an ammonia silver nitrate solution containing 25 g of AgNO 3 and a reducing solution containing 140 g of Rothsiel's salt. It was then plated for 90 minutes while stirring at 20°C (Ag thickness was about 0.1μ). This plating powder was thoroughly washed with water, dried at 120° C. for 1 hour, and used as a powder for conductive paste. The paste was prepared by kneading 3 g of the above powder with a vehicle consisting of ethyl cellulose (100 CPS) and terpineol and a glass frit consisting of B 2 O 3 , SiO 2 , Na 2 O, ZnO, Al 2 O 3 etc. using a Hubermala. did. hoover mala load
I did 100 pounds and 20 rotations three times. The amount of powder was 80% by weight of the total amount. After printing the paste prepared above into a predetermined shape on an alumina substrate using a screen printing method,
Dry at 120℃ for 10 minutes, then dry at 750℃ in the air.
It was baked at 830°C for 10 minutes. As a result of measuring the resistance value between both ends of the above printed pattern, the values shown in the following table were obtained. For reference, the table shows Cu powder, Ag powder, and Cu powder produced by the same method.
Pastes were made from powder coated with an Ag layer, and the characteristics of the fired films are also shown. The solderability of the fired film surface is also shown in the table as ○ for easy soldering, △ for relatively easy soldering, and × for difficult soldering.

【表】 表から明らかなように、本発明に従う粉体を利
用したペーストは、Ag粉体を利用したペースト
に匹敵する値を示す。他方、Cu粉を利用したペ
ーストは、全く満足出来るものでない。 以上の如く、本発明に従う導電性ペーストは、
十分に実用に供し得る性能を持ち、かつ経済的に
は、Agの削減により安価に作製し得ることから、
その工業価値は、大なるものがある。
[Table] As is clear from the table, the paste using the powder according to the present invention shows comparable values to the paste using Ag powder. On the other hand, pastes using Cu powder are not completely satisfactory. As described above, the conductive paste according to the present invention is
It has sufficient performance for practical use, and economically, it can be manufactured at low cost by reducing Ag.
Its industrial value is enormous.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 Al2〜8重量%、Zn10〜40重量%、Sn0.5〜
5重量%、残部Cuの組成より成る合金の粉体を、
ガラスフリツトと共にビヒクル中に分散させたこ
とを特徴とする導電性ペースト。 2 Al2〜8重量%、Zn10〜40重量%、Sn0.5〜
5重量%、残部Cuの組成より成る合金の粉体を
核とし、その表面をAg層で被覆して成る粉体を、
ガラスフリツトと共に、ビヒクル中に分散させた
ことを特徴とする導電性ペースト。
[Claims] 1 Al2-8% by weight, Zn10-40% by weight, Sn 0.5-8% by weight
An alloy powder with a composition of 5% by weight and the balance Cu,
A conductive paste characterized by being dispersed in a vehicle together with glass frit. 2 Al2~8wt%, Zn10~40wt%, Sn0.5~
A powder consisting of an alloy powder with a composition of 5% by weight and the balance Cu as a core, and its surface coated with an Ag layer,
A conductive paste characterized by being dispersed in a vehicle together with glass frit.
JP56040013A 1981-03-18 1981-03-18 Conductive paste Granted JPS57152605A (en)

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