JP2531023B2 - 導電性ペ―スト - Google Patents

導電性ペ―スト

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JP2531023B2
JP2531023B2 JP2001253A JP125390A JP2531023B2 JP 2531023 B2 JP2531023 B2 JP 2531023B2 JP 2001253 A JP2001253 A JP 2001253A JP 125390 A JP125390 A JP 125390A JP 2531023 B2 JP2531023 B2 JP 2531023B2
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glass frit
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cuo
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邦彦 浜田
広次 谷
徹 笠次
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Murata Manufacturing Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電極や配線パターン等の厚膜導体形成材料と
して用いられる導電性ペーストに関するものである。
〔従来の技術〕
従来、厚膜導体の形成材料として銀ペースト、銀−パ
ラジウムペースト、金ペーストなどが用いられている
が、これらのペーストは高価なため、コストアップにな
るという問題がある。
これに対して、卑金属の銅を主成分とする銅ペースト
が用いられるようになってきた。特に銅ペーストは銀ペ
ーストに比べて導電性,耐半田溶解性,耐マイグレーシ
ョン性の点で優れているため、セラミックコンデンサの
電極や回路基板の配線パターン等に好適である。
銅ペーストは銅粉末とガラスフリットとを有機ビヒク
ル中に分散させたものであり、有機ビヒクルは焼成前の
バインダとして機能し、ガラスフリットは焼成によって
融解し、基板表面と銅粉末との接着剤として機能する。
ガラスフリットは、窒素を主体とする不活性雰囲気中で
焼付けされるため、PbO−B2O3−ZnO系,PbO−SiO2−B2O3
系,PbO−SiO2−ZnO系,PbO−SiO2系,ZnO−B2O3系などの
ガラスフリットが使用される。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、この種の銅ペーストを用いて低酸素濃度の
不活性雰囲気中で焼付けすると、高温中に保持した場合
に焼付けた銅電極と基板との接着強度が低下するという
問題があった。
第3図は銅電極の熱劣化強度を示す。この銅電極は、
銅粉末93重量%、PbO−B2O3−ZnO系ガラスフリット(Pb
O;70重量%、B2O3;20重量%、ZnO;7重量%、SiO2:3重量
%)7重量%を、メチルセルロースをα−テレピネオー
ルで溶解した有機ビヒクル中に分散して得た銅ペースト
を、アルミナ基板の上に印刷,塗布し、これを600℃で1
00ppm,10ppmのO2を含んだN2雰囲気中で焼成したもので
ある。そして、この銅電極にリード線を半田付けした
後、150℃で24時間保持したものと96時間保持したもの
について、銅電極の接着強度を測定した。接着強度は、
リード線を基板に対して垂直方向に引っ張った時に銅電
極が基板から剥離するまでの最大荷重の値を示したもの
であり、半田付け面積は2×2mm2とした。
図から明らかなように、100ppmで焼成すると、150℃
保持中の強度低下は小さいのに対し、10ppmで焼成する
と、初期の強度は100ppmとほぼ等しいものの、150℃で2
4時間保持すると強度が著しく低下している。
第4図は焼成雰囲気中のO2濃度と、150℃で24時間保
持した後の銅電極の接着強度および半田ぬれ性との関係
を示す。ここで、半田ぬれ性は、第5図のように厚み0.
6mm,幅12mm,高さ30mmの大きさのアルミナ基板の片面に
上記銅ペーストによって銅電極を形成し、これを230℃
の半田中に垂直に浸漬し、5秒後の浮力を測定したもの
である。このような測定方法としたのは、半田が銅電極
に強く付着していると、浮力が小さくなるので、浮力に
よって半田ぬれ性を測定できることによる。
第4図によると、焼成時のO2濃度が高い方が強度は向
上するが、その反面、半田ぬれ性は劣化していることが
分かる。これは、O2濃度が高いと銅電極の表面が酸化さ
れやすく、半田ぬれ性が劣化するからである。
このように、焼成時のO2濃度は、強度の点から比較す
ると高濃度の方がよいが、半田ぬれ性の点からみると低
濃度の方がよいという相反する現象となり、O2濃度を如
何に調整しても強度と半田ぬれ性の双方の条件を同時に
満足することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、高温保持による接着強度の
低下を防止でき、かつ半田ぬれ性を劣化させない導電性
ペーストを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、第1の発明は、銅粉末
と、CuOを含有するガラスフリットとからなる固形成分
を、有機ビヒクル中に分散してなることを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明において、上記固形成分
は、銅粉末が90〜98重量%、CuOを含有するガラスフリ
ットが2〜10重量%からなることを特徴とする。
また、第3の発明は、第1または第2の発明におい
て、上記CuOを含有するガラスフリットは、ガラスフリ
ット中のCuOが5〜20重量%含有していることを特徴と
する。
さらに、第4の発明は、第1ないし第3の発明におい
て、上記CuOを含有するガラスフリットは、PbOを含み、
ガラスフリット中のPbOが60重量%以上含有しているこ
とを特徴とする。
〔作用〕
銅粉末とCuOを含有したガラスフリットとを用いて銅
ペーストを作り、この銅ペーストを基板に焼付けた場
合、ガラスフリット中に溶け込んだCuOがガラスと銅粉
末との橋渡しの役割を果たし、銅粉末がガラスと強く結
合し、接着強度の高い電極を形成することが可能とな
る。そのため、焼成雰囲気中のO2濃度は例えば10ppm程
度の低濃度でよく、銅の表面酸化が抑制され、半田ぬれ
性を劣化させない。したがって、高温保持による強度低
下と半田ぬれ性の劣化という相反する現象を同時に解決
できる。
なお、銅粉末としては、粒径0.3〜1.5μmのものが望
ましい。また、ガラスフリットとしては、従来と同様に
PbO−B2O3−ZnO系,PbO−SiO2−B2O3系,PbO−SiO2−ZnO
系,PbO−SiO2系,ZnO−B2O3系などがあり、550〜700℃の
温度範囲で焼成できるものが望ましい。有機ビヒクル
は、エチルセルロース,メチルセルロース,飽和脂肪酸
変性アルキッド樹脂等をα−テレピオネール,ブチルカ
ルビトール,テレピン油等で溶解したものが用いられ
る。
導電性ペースト中の固形成分は、銅粉末を90〜98重量
%含有しているものが望ましい。その理由は、銅粉末の
含有量が90重量%未満では導電率が低下し、逆に98重量
%を越えるとガラスフリットが少なくなり、接着強度が
低下するからである。したがって、CuOを含有するガラ
スフリットは2〜10重量%の範囲に選定される。
ガラスフリット中のCuO含有量は5〜20重量%の範囲
とするのがよい。それは、CuO含有量を5重量%未満と
すると、高温保持による接着強度の低下を防止する効果
が低くなり、逆に20重量%を越えると、強度向上が望め
なくなるとももに半田ぬれ性が劣化するからである。
また、上記ガラスフリット中にPbOが60重量%以上含
有しているものが好ましい。これは、PbOが60重量%以
上含まれていると、軟化温度が低下し、焼付け時に流動
性があり、550〜700℃程度の低温で焼付可能となるから
である。
〔実施例〕
第1図は本考案にかかる銅ペーストのガラスフリット
中のCuO量と、銅電極の接着強度および半田ぬれ性との
関係を示す。ここで銅ペーストは、銅粉末93重量%,PbO
−B2O3−ZnO系ガラスフリット7重量%を、メチルセル
ロースをα−テレピオネールで溶解した有機ビヒクル中
に分散したものであり、特にガラスフリット全量に対し
てCuOを5〜20重量%の範囲で添加した。したがって、
ガラスフリットのうち、残部(PbO;70重量%、B2O3;20
重量%、ZnO;7重量%、SiO2;3重量%)は80〜95重量%
である。この銅ペーストをアルミナ基板の上に印刷,塗
布し、600℃で10ppmのO2を含んだN2雰囲気中で焼成する
ことにより、銅電極を形成した。接着強度は、銅電極に
リード線を半田付けし、150℃で24時間保持した後、リ
ード線を基板に対して垂直方向に引っ張った時に銅電極
が剥離するまでの最大値を測定した。なお、半田付け面
積は2×2mm2とした。また、半田ぬれ性は第5図と同様
の方法で測定した。
第1図から明らかなように、CuOを含まないガラスフ
リットを使用した銅電極は、半田ぬれ性は優れている
が、接着強度は非常に低い。これに対し、CuOを7重量
%含むガラスフリットを使用した場合には、CuOを含ま
ない場合に比べて半田ぬれ性はほぼ同等であるが、強度
は約2倍となった。CuOを14重量%含むガラスフリット
を使用すると、強度は更に向上するが、半田ぬれ性はや
や劣化する。なお、CuO添加量が5%未満では、強度が
急激に低くなるので、CuOの効果が殆どなくなり、CuO添
加量が20重量%を越えると、CuOを14重量%含む場合に
比べて強度の上昇は殆どなく、半田ぬれ性は劣化した。
したがって、ガラスフリット中のCuO量は5〜20重量%
とするのが最適である。
なお、参考までにガラスフリット中にMnO2,Cu2O,Zr
O2,WO3等の添加を行ったが、CuOに比べて半田ぬれ性お
よび接着強度を向上させることは出来なかった。
第2図は第1図と同様の組成および製法で形成した銅
電極を150℃の高温中に保持した場合の熱劣化強度の変
化を示す。図から明らかなように、CuO無添加のガラス
フリットを使用した場合には、150℃で24時間保持する
と強度が約1/2に低下したのに対し、CuOを7重量%添加
すると、強度の低下をかなり抑制でき、さらにCuOを14
重量%添加すると、150℃で96時間保持しても強度が殆
ど低下しなかった。
なお、上記実施例ではPbO−B2O3−ZnO系ガラスフリッ
トに対してCuOを添加した場合について説明したが、他
系のガラスフリットに対してもCuOを添加すると、効果
がみとめられた。
〔発明の効果〕
以上の説明で明らかなように、本発明によれば導電性
ペースト中のガラスフリットとしてCuOを含有するガラ
スフリットを用いたので、高温保持による強度低下の防
止と、半田ぬれ性の劣化という相反する条件を同時に満
足することができる。そのため、半田付け時における熱
劣化や使用時の発熱等による熱劣化を防止でき、信頼性
の高い電子部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかるガラスフリット中のCuO量と銅
電極の接着強度および半田ぬれ性との関係を示す図、第
2図は本発明にかかる導電性ペーストを使用した銅電極
の150℃保持時間と接着強度との関係を示す図、第3図
は従来の銅ペーストを使用した銅電極の熱劣化強度を示
す図、第4図は従来の銅電極の焼成雰囲気中のO2濃度と
接着強度および半田ぬれ性との関係を示す図、第5図は
半田ぬれ性を測定するための方法を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−285805(JP,A) 特開 昭62−145896(JP,A) 特開 昭63−257107(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅粉末と、CuOを含有するガラスフリット
    とからなる固形成分を、有機ビヒクル中に分散してなる
    ことを特徴とする導電性ペースト。
  2. 【請求項2】上記固形成分は、銅粉末が90〜98重量%、
    CuOを含有するガラスフリットが2〜10重量%からなる
    ことを特徴とする請求項(1)に記載の導電性ペース
    ト。
  3. 【請求項3】上記CuOを含有するガラスフリットは、ガ
    ラスフリット中のCuOが5〜20重量%含有していること
    を特徴とする請求項(1)または(2)に記載の導電性
    ペースト。
  4. 【請求項4】上記CuOを含有するガラスフリットは、PbO
    を含み、ガラスフリット中のPbOが60重量%以上含有し
    ていることを特徴とする請求項(1)ないし(3)のい
    ずれかに記載の導電性ペースト。
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