JP2001023438A

JP2001023438A - 導電性ペーストおよびセラミック電子部品

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Publication number: JP2001023438A
Application number: JP11193867A
Authority: JP
Inventors: Shuji Matsumoto; 修次松本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2001-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: JP3666308B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属粉末とガラスフリットと有機ビヒクルと
を含有し、中温焼成される、導電性ペーストであって、
絶縁性セラミック部材上にこの導電性ペーストを付与し
焼成することによって形成された導電膜が優れた導電性
を示すとともに、絶縁性セラミック部材に対して十分な
接着強度を確保できるようにする。【解決手段】金属粉末を構成する金属の溶解度が、焼
成温度において、５重量％以上となるガラスフリットを
含有させた導電性ペーストとする。この導電性ペースト
をセラミック基板２上に付与し焼成して得られた導電膜
３は、優れた導電性を有するとともに、セラミック基板
２に対して十分な接着強度を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、導電性ペースト
およびセラミック電子部品に関するもので、特に、中温
焼成タイプの導電性ペースト、およびこの導電性ペース
トを用いて形成された導電膜を備えるセラミック電子部
品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】導電性ペーストは、一般に、厚膜形成技
術を適用して導電膜を形成するために用いられる。たと
えば、導電性ペーストをスクリーン印刷法や直接描画法
によってセラミックまたはガラス−セラミック等からな
る絶縁性基板上に付与した後、これを焼成して、電極ま
たは配線パターン等の所望のパターンを有する導電膜を
形成することが行なわれている。

【０００３】このような用途に向けられる導電性ペース
トは、焼成温度によって、８００℃から９５０℃近傍で
焼成する高温焼成タイプのものと、７５０℃以下で６０
０℃近傍で焼成する中温焼成タイプのものとに分類する
ことができる。

【０００４】高温焼成タイプの導電性ペーストは、優れ
た導体特性、特に導電性、および基板との密着性を与え
ることができるものの、基板側に印刷抵抗体が形成され
ている場合や基板が誘電体で構成されている場合には、
これら印刷抵抗体や誘電体に熱的ダメージを与えてしま
うという欠点がある。

【０００５】これに対して、中温焼成タイプの導電性ペ
ーストは、上述した高温焼成タイプの導電性ペーストと
長短逆であって、印刷抵抗体および誘電体に熱的ダメー
ジを与えることなく導電膜の形成が可能であるという長
所を有する反面、導体特性が高温焼成タイプのものに比
べて劣るという短所を有している。

【０００６】一般に、中温焼成タイプの導電性ペースト
は、金属粉末とガラスフリットとを有機ビヒクル中に分
散させてなるものである。このような導電性ペースト
は、焼成時に金属粉末が焼結することによって厚膜導体
を形成する。ガラスフリットは、この厚膜を基板に接着
させる作用を有している。また、有機ビヒクルは、金属
粉末およびガラスフリットを印刷可能にするための有機
液体媒体として作用している。

【０００７】ガラスフリットによる基板への接着作用
は、ガラスボンド作用と呼ばれ、導電性ペーストの焼成
時には、ガラスフリットは、溶融して基板との界面に移
動し、焼成膜と基板とを密着させる。したがって、焼成
後は、厚膜の上層部に金属成分が多く、下層部になるほ
ど、ガラス成分が多くなるような分布状態を示すことに
なる。すなわち、厚膜と基板とは、あたかもガラスが基
板表面上から金属粒子の間に手を伸ばしたような形にな
って、互いに機械的な結合をなしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、回路基板の技術
分野では、基板に対する高密度配線化および多機能化の
要求が高まっており、また、導電性ペーストの焼成にあ
たっては、印刷抵抗体や誘電体に対する熱的ダメージを
極力小さくするため、中温焼成を採用できることが望ま
れている。

【０００９】しかしながら、ガラスフリットを含有させ
た従来の導電性ペーストにあっては、基板との濡れ性お
よび反応性を重要視しているため、溶融したガラスフリ
ットの部分と焼結した金属粒子との界面での接合強度が
比較的低く、また、ガラスフリットがかえって金属粒子
相互間の焼結の妨げとなり、焼結した導電膜自体の強度
および導電性を低下させるという問題を引き起こすこと
がある。

【００１０】そこで、この発明の目的は、焼成されるこ
とによって、優れた導電性を与えることができるととも
に、基板等の絶縁性セラミック部材に対して十分な接着
強度を確保できる、中温焼成タイプの導電性ペースト、
およびこの導電性ペーストによる導電膜が形成されたセ
ラミック電子部品を提供しようとすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、まず、金属
粉末とガラスフリットと有機ビヒクルとを含有し、焼成
されることが予定されている導電性ペーストに向けられ
るものであって、上述した技術的課題を解決するため、
金属粉末を構成する金属の、ガラスフリットに対する溶
解度が、焼成温度において、５重量％以上であることを
特徴としている。

【００１２】上述した溶解度は、より高い方が好まし
く、そのため、好ましくは、２０重量％以上とされる。

【００１３】また、金属粉末の平均粒径は、０．５〜１
０μｍの範囲内にあることが好ましい。

【００１４】また、ガラスフリットの含有量について
は、この導電性ペースト全体に対して、２〜１５重量％
の範囲内にあることが好ましい。

【００１５】また、金属粉末としては、好ましくは、
銅、銀、金、白金もしくはパラジウムまたはこれら金属
の少なくとも１種を含む合金からなる粉末、あるいは、
これらの金属粉末から選ばれた少なくとも２種類の金属
粉末を混合したものが用いられる。

【００１６】この発明は、また、基板のような絶縁性セ
ラミック部材とこの絶縁性セラミック部材上に形成され
る導電膜とを備える、セラミック電子部品にも向けられ
る。この発明に係るセラミック電子部品は、その導電膜
が、上述したような導電性ペーストを絶縁性セラミック
部材上に付与し、焼成することによって形成されたもの
であることを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１には、この発明の一実施形態
によるセラミック電子部品１が斜視図で示されている。

【００１８】このセラミック電子部品１は、回路基板を
構成するもので、絶縁性セラミック部材としてのセラミ
ック基板２を備え、このセラミック基板２上には、導電
膜３が所定のパターンをもって形成されている。なお、
図示されたセラミック電子部品すなわち回路基板１にお
いては、セラミック基板２上に極めて単純なパターンを
もって単に１つの導電膜３が形成されているにすぎない
が、これは、この発明のより容易な理解を可能とするた
めのものであると理解すべきであり、実際には、さらに
多数の導電膜がより複雑なパターンをもって形成された
り、また、印刷抵抗体等の他の電気的要素が形成された
りすることが多い。

【００１９】導電膜３は、導電性ペーストをたとえば印
刷によりセラミック基板２上に付与し、焼成することに
よって形成されたものである。この導電性ペーストとし
て、前述したように、金属粉末とガラスフリットと有機
ビヒクルとを含有し、金属粉末を構成する金属の、ガラ
スフリットに対する溶解度が、焼成温度において、５重
量％以上のものが用いられる。

【００２０】このように、金属に対して５重量％以上の
溶解度を与えるガラスフリットを導電性ペースト中に含
有させることにより、金属粉末を構成する金属の溶解−
再析出による液相焼結が促進され、したがって、緻密な
導電膜３が得られ、この導電膜３自体の導電性および強
度が向上する。

【００２１】また、溶融したガラスフリットの部分と金
属粉末によってもたらされる焼結金属粒子との界面での
接合強度が向上するため、導電膜３とセラミック基板２
との間での接合強度が向上する。

【００２２】上述した効果は、導電性ペースト中の金属
粉末を構成する金属の、ガラスフリットに対する溶解度
がより高くなるほど、一層顕著なものとなり、好ましく
は、溶解度が２０重量％以上となるようにガラスフリッ
トの組成が選ばれる。

【００２３】また、金属粉末の平均粒径は、０．５〜１
０μｍの範囲内に選ばれるのが好ましい。金属粉末の平
均粒径が０．５μｍ未満であると、かさ密度が過度に低
くなり、そのため、ペースト化のために多量の有機ビヒ
クルを必要とするのであまり好ましくない。他方、金属
粉末の平均粒径が１０μｍを超える場合には、通常の焼
成条件では導電膜３において十分な焼結状態を得ること
が困難となり、また、印刷性の点について言えば、微細
配線の形成に難がある。

【００２４】また、ガラスフリットの含有量は、導電性
ペースト全体に対して、２〜１５重量％の範囲内に選ば
れることが好ましい。ガラスフリットの含有量が２重量
％未満では、前述したような金属粉末を構成する金属の
溶解による効果が少なく、他方、含有量が１５重量％を
超える場合には、導電膜３の半田付け性や導電性が低下
する。

【００２５】また、導電性ペーストに含有される金属粉
末としては、銅、銀、金、白金もしくはパラジウムから
なる粉末、またはこれら金属の少なくとも１種を含む合
金からなる粉末、あるいは、これら金属粉末を混合した
ものを用いることが好ましい。これらに金属または合金
は、いずれも、優れた導電性を示し、したがって、導電
膜３において優れた導電性を得るのに効果的である。

【００２６】図２および図３をそれぞれ参照して、この
発明の他の実施形態によるセラミック電子部品１１およ
び２１について説明する。

【００２７】まず、図２に示すセラミック電子部品１１
は、チップ積層コンデンサである。このセラミック電子
部品すなわちチップ積層コンデンサ１１は、複数の誘電
体セラミック層１２をもって構成される積層体１３を備
える。誘電体セラミック層１２の複数の界面に沿って複
数の内部電極１４が形成され、さらに、積層体１３の対
向する側面部には外部電極１５がそれぞれ形成されてい
る。

【００２８】このチップ積層コンデンサ１１は、誘電体
セラミック層１２となるべきセラミックグリーンシート
上に、この発明に係る導電性ペーストを印刷して内部電
極１４となるべき導電性ペースト膜を形成し、次いで、
これら複数のセラミックグリーンシートを積層し、圧着
し、所定の条件下で焼成することによって、マザー積層
体を得、その後、これをカッティングして、各チップ積
層コンデンサ１１のための積層体１３とし、さらに、こ
の積層体１３を、この発明に係る導電性ペースト中に浸
漬して外部電極１５となるべき導電性ペースト膜を付与
した後、これを焼き付けることによって、外部電極１５
を形成する、各工程を経て製造されることができる。

【００２９】上述のチップ積層コンデンサ１１によれ
ば、内部電極１４および外部電極１５がこの発明に係る
導電性ペーストによって形成されているので、電極１４
および１５の各々と誘電体セラミック層１２との接合強
度が向上して、信頼性を高めることができる。また、電
極１４および１５の各々中の金属粉末の液相焼結が促進
されるので、得られた焼結体が緻密になり、したがっ
て、電極１４および１５自体の導電性が向上して、チッ
プ積層コンデンサ１１を高周波特性に優れたものとする
ことができる。

【００３０】また、この発明は、図３に示すようなセラ
ミック電子部品２１に適用することも可能である。

【００３１】図３に示すセラミック電子部品２１は、厚
膜回路基板である。このセラミック電子部品すなわち厚
膜回路基板２１においては、セラミック基板２２上に厚
膜抵抗体２３が形成されており、この厚膜抵抗体２３
は、この発明に係る導電性ペーストによって形成される
厚膜導体２４によって、ビアホールや内部電極、他の受
動部品や実装部品等に接続される。また、厚膜抵抗体２
３および厚膜導体２４上には、これらを湿気等から保護
するための保護用ガラス膜２５が形成されている。

【００３２】この厚膜回路基板２１によれば、厚膜導体
２４を形成するために、この発明に係る導電性ペースト
が用いられているので、厚膜導体２４とセラミック基板
２２との接合強度、さらには、厚膜導体２４と厚膜抵抗
体２３との接着強度が向上して、厚膜回路基板２１の信
頼性を高めることができる。また、上述したのと同様
に、厚膜導体２４中の金属粉末の液相焼結が促進される
ので、得られた焼結体が緻密になり、したがって、厚膜
導体２４自体の導電性が向上して、厚膜回路基板２１を
高周波特性に優れたものとすることができる。

【００３３】なお、この発明が適用されるのは、上述し
かつ図示したような回路基板や厚膜回路基板あるいはチ
ップ積層コンデンサのようなセラミック電子部品に限定
されるものではない。たとえば、チップＬＣフィルタ、
チップコイル、チップアンテナ等のチップ部品、さらに
は、ハイブリッドＩＣ用基板やセラミックパッケージ等
の種々のセラミック基板に適用可能である。すなわち、
この発明に係る導電性ペーストは、たとえば、チップＬ
Ｃフィルタにおけるコンデンサパターン、コイルパター
ン、内層配線等の内部電極形成や接続端子用の外部電極
形成、さらには、ワイヤボンディング用電極パッドや半
田付け用電極パッド、表層配線等の種々の導体パターン
の形成に用いることができる。

【００３４】

【実施例】以下に、この発明に係る導電性ペーストの実
施例について説明する。

【００３５】銅に対して異なる溶解度を与える３種類の
ガラスフリットを用意した。より具体的には、第１のガ
ラスフリットは、実施例に相当するもので、ＰｂＯ：８
８．５モル％、Ａｌ₂Ｏ₃：１．５モル％、ＳｉＯ₂：
１モル％、Ｂ₂Ｏ₃：６モル％、およびＺｎＯ：３モル
％を含む組成を有するものを用いた。第２のガラスフリ
ットは、比較例１に相当するもので、ＳｉＯ₂：４０モ
ル％、Ｂ₂Ｏ₃：５０モル％、およびＫ₂Ｏ：１０モル
％を含む組成を有するものを用いた。第３のガラスフリ
ットは、比較例２に相当するもので、ＳｉＯ₂：６０モ
ル％、Ｂ₂Ｏ₃：１０モル％、ＬｉＯ₂：１５モル％、
およびＮａ₂Ｏ：１５モル％を含む組成を有するものを
用いた。

【００３６】これら実施例ならびに比較例１および２の
各々に係るガラスフリットに対する、６００℃における
銅の溶解性が、表１に示されている。

【００３７】

【表１】

【００３８】次に、上述した各ガラスフリットと、金属
粉末としての銅粉末と、酸化銅粉末と、有機ビヒクルと
を、以下の比率で混錬することによって、各試料に係る
導電性ペーストを作製した。銅粉末：７６重量部ガラスフリット：７重量部酸化銅粉末：３重量部有機ビヒクル：１４重量部なお、有機ビヒクルとしては、たとえば、エチルセルロ
ース系樹脂、アルキッド系樹脂またはアクリル系樹脂等
を、テルピネオール系溶剤またはアルコール系溶剤等で
溶解したものを用いることができるが、ここでは、エチ
ルセルロース系樹脂をテルピネオール系溶剤で溶解した
ものを用いた。

【００３９】次に、各試料に係る導電性ペーストを、ア
ルミナ基板上にスクリーン印刷法によって塗布し、１５
０℃で１０分間乾燥させた。次いで、Ｎ₂雰囲気下で最
高６００℃で１時間にわたって焼成処理することによっ
て、導電性ペーストを焼き付け、厚膜からなる導電膜を
形成した。

【００４０】このようにして得られた導電膜の配線抵
抗、初期接着強度および熱エージングの接着強度をそれ
ぞれ測定した。これらの結果も表１に示されている。

【００４１】表１に示した配線抵抗（ｍΩ／□）は、長
さ（Ｌ）および幅（Ｗ）が１００：１の寸法関係（Ｌ／
Ｗ＝１００／１）を有するパターンとされた導電膜上の
２点間の抵抗値を周知の４端子法によって測定した上
で、これを膜厚換算して求めたシート抵抗値の意味であ
る。

【００４２】また、表１における接着強度（Ｋｇｆ）
は、導電膜に対してリード線を半田付けによって接続し
た後、このリード線を引っ張ることによって求められた
数値である。より詳細には、２３５±５℃に温度調整さ
れた銀（Ａｇ）２％含有の共晶半田中に、２ｍｍ×２ｍ
ｍの大きさを有する導電膜を５±１秒だけ浸漬しなが
ら、この導電膜に対して、直径０．８ｍｍの錫めっき銅
線からなるリード線を半田付けによって接続した後、こ
のリード線を引っ張り試験機によって２０ｃｍ／分の速
度で引っ張ることによって測定された接着強度を示して
いる。

【００４３】さらに、表１では、上述の接着強度に関し
て、初期接着強度および熱エージング後の接着強度の双
方を示しているが、初期接着強度は、上述のリード線の
半田付け直後の接着強度を示し、他方、熱エージング後
の接着強度は、１５０℃の温度下で１０００時間にわた
るエージング処理を施した後の接着強度を示している。

【００４４】表１に示すように、配線抵抗については、
用いられたガラスフリットに対する銅の溶解度が高いほ
ど、低くなり、実施例のように、溶解度が５重量％以上
である２０．０重量％であるとき、３．０ｍΩ／□とい
った低い配線抵抗を示している。

【００４５】これに対して、比較例１および２では、そ
れぞれ、ガラスフリットに対する銅の溶解度が３．０重
量％および１．０重量％というように５重量％未満であ
るので、４．０ｍΩ／□および６．０ｍΩ／□というよ
うに、３．０ｍΩ／□を超える配線抵抗を示している。

【００４６】これらの結果から、実施例は、比較例１お
よび２に比べて、導電膜における焼結性が向上している
ことがわかる。

【００４７】また、表１に示すように、初期接着強度に
ついては、用いられたガラスフリットに対する銅の溶解
性が大きくなるほど、高くなる傾向が見られるものの、
実施例および比較例１の双方について、３．０Ｋｇｆ以
上の接着強度が達成されている。

【００４８】これに対して、熱エージング後の接着強度
を比較すれば、実施例と比較例１および２との差が顕著
に現れる。すなわち、比較例１および２の熱エージング
後の接着強度は、それぞれ、０．７Ｋｇｆおよび０．２
Ｋｇｆにまで低下しているにもかかわらず、実施例１で
は、１．０Ｋｇｆ以上の１．５Ｋｇｆの接着強度が確保
されている。

【００４９】なお、以上の実施例では、厚膜からなる導
電膜をアルミナ基板上に形成したが、その他の絶縁性セ
ラミック基板、たとえば低温焼結ガラスセラミック基板
上に形成した場合でも、実質的に同様の結果が得られる
ことが確認されている。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る導電性ペ
ーストによれば、焼成温度において、金属粉末を構成す
る金属の溶解度を５重量％以上とすることができるガラ
スフリットを含有させているので、中温焼成であって
も、導電性が良好で、基板等の絶縁性セラミック部材に
対する十分な接着強度、特に、熱エージング後において
十分な接着強度を示す導電膜を得ることができる。

【００５１】上述の溶解度が２０重量％以上とされたと
きには、得られた導電膜の導電性および接着強度をさら
に向上させることができる。

【００５２】この発明に係る導電性ペーストにおいて、
金属粉末の平均粒径を０．５μｍ以上に選ぶと、ペース
ト化のために多量の有機ビヒクルを必要とせず、他方、
金属粉末の平均粒径を１０μｍ以下に選ぶと、通常の焼
成条件によって、得られた導電膜における焼結性を十分
なものとすることができるとともに、微細配線の形成を
容易にする良好な印刷性を与えることができる。

【００５３】また、この発明において、ガラスフリット
の含有量を、導電性ペースト全体に対して、２重量％以
上に選ぶと、前述したようなこの発明による効果をより
確実に達成でき、また、この含有量を１５重量％以下に
選ぶことにより、導電膜におけるガラスフリットの影響
による半田付け性や導電性の低下を防止することができ
る。

【００５４】また、この発明の目的の１つは、導電性ペ
ーストを焼成して得られた導電膜の導電性を高めること
であるので、金属粉末として、銅、銀、金、白金および
パラジウムから選ばれた少なくとも１種を含む粉末を用
いるようにすれば、金属粉末自体において高い導電性を
与えることができ、その結果、このような高導電性の金
属粉末自体を、得られた導電膜の導電性のさらなる向上
に寄与させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態によるセラミック電子部
品としての回路基板１を示す斜視図である。

【図２】この発明の他の実施形態によるセラミック電子
部品としてのチップ積層コンデンサ１１を示す概略断面
図である。

【図３】この発明のさらに他の実施形態によるセラミッ
ク電子部品としての厚膜回路基板２１の一部を示す概略
断面図である。

【符号の説明】

１回路基板（セラミック電子部品）２，２２セラミック基板３導電膜１１チップ積層コンデンサ（セラミック電子部品）１２誘電体セラミック層１４内部電極（導電膜）１５外部電極（導電膜）２１厚膜回路基板（セラミック電子部品）２４厚膜導体（導電膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB03 BB05 BB24 BB27 BB31 CC12 CC22 DD04 DD05 DD06 DD20 DD21 DD52 EE02 EE03 EE10 EE11 GG04 GG07 GG09 5G301 DA03 DA05 DA06 DA11 DA12 DA34 DA42 DD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粉末とガラスフリットと有機ビヒク
ルとを含有し、焼成されることが予定されている導電性
ペーストであって、前記金属粉末を構成する金属の、前記ガラスフリットに
対する溶解度が、焼成温度において、５重量％以上であ
ることを特徴とする、導電性ペースト。
【請求項２】前記溶解度が、２０重量％以上である、
請求項１に記載の導電性ペースト。
【請求項３】前記金属粉末の平均粒径が、０．５〜１
０μｍの範囲内にある、請求項１または２に記載の導電
性ペースト。
【請求項４】前記ガラスフリットの含有量が、当該導
電性ペースト全体に対して、２〜１５重量％の範囲内に
ある、請求項１ないし３のいずれかに記載の導電性ペー
スト。
【請求項５】前記金属粉末が、銅、銀、金、白金およ
びパラジウムから選ばれた少なくとも１種を含む、請求
項１ないし４のいずれかに記載の導電性ペースト。
【請求項６】絶縁性セラミック部材と前記絶縁性セラ
ミック部材上に形成される導電膜とを備える、セラミッ
ク電子部品であって、前記導電膜は、請求項１ないし５のいずれかに記載の導
電性ペーストを前記絶縁性セラミック部材上に付与し、
焼成することによって形成されたものである、セラミッ
ク電子部品。