JP2633879B2 - Conductive paste composition for non-oxide ceramics - Google Patents

Conductive paste composition for non-oxide ceramics

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JP2633879B2 JP62318910A JP31891087A JP2633879B2 JP 2633879 B2 JP2633879 B2 JP 2633879B2 JP 62318910 A JP62318910 A JP 62318910A JP 31891087 A JP31891087 A JP 31891087A JP 2633879 B2 JP2633879 B2 JP 2633879B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導体ペースト組成物、特に非酸化物系セラミ
ツクスの金属化又は配線に好適な導体ペースト組成物に
関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a conductive paste composition, particularly to a conductive paste composition suitable for metallization of non-oxide ceramics or wiring.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

非酸化物系セラミツクス、特に窒化アルミニウムや炭
化シリコンは、近年の焼結技術や精製技術の向上に伴つ
て、電子部品用基板材料として注目されている。
Non-oxide ceramics, in particular, aluminum nitride and silicon carbide have been receiving attention as substrate materials for electronic components with the improvement of sintering technology and purification technology in recent years.

例えば、(1)Y.KurokawaらによるIEEE Trans on C.
H.M.T.,CHMT−8,No.2,247〜252頁(1985年)における
“AlN Substrates with High Thernal Conductivity"と
題する論文では、高密度,高純度に精製された窒化アル
ミニウム粉を加圧焼結して、熱伝導率160W/m・K(室
温)、電気抵抗率5×1013Ω・cm(室温)、誘電率8.9
(1MHz)屈曲強度50kg/mm2、熱膨張係数4.3×10-6/℃
(室温〜400℃)なる性質を付与していることを開示し
ている。また、(2)特公昭58−15953号公報では、ベ
リリヤ添加した炭化シリコンの加圧焼結体に熱伝導率0.
25cal/cm・sec・℃以上、抵抗率107Ω・cm以上(室
温)、熱膨張係数4×10-6/℃以下なる性質を付与した
電気的装置用基板を開示している。
For example, (1) IEEE Trans on C. by Y. Kurokawa et al.
In a paper entitled "AlN Substrates with High Thernal Conductivity" in HMT, CHMT -8 , No. 2, pp. 247-252 (1985), pressure-sintering of high-density, high-purity aluminum nitride powder was performed. Thermal conductivity 160W / m · K (room temperature), electric resistivity 5 × 10 13 Ω · cm (room temperature), dielectric constant 8.9
(1MHz) Flexural strength 50kg / mm 2 , coefficient of thermal expansion 4.3 × 10 -6 / ℃
(Room temperature to 400 ° C.). Also, (2) Japanese Patent Publication No. 58-15953 discloses that a pressurized sintered body of silicon carbide to which beryllia is added has a thermal conductivity of 0.1.
Disclosed is a substrate for an electric device which has a property of not less than 25 cal / cm · sec · ° C., a resistivity of not less than 10 7 Ω · cm (room temperature) and a thermal expansion coefficient of not more than 4 × 10 −6 / ° C.

窒化アルミニウムや炭化シリコンをはじめとする非酸
化物系セラミツクス焼結体は、電子装置の性質向上に資
することが期待される。この期待実現のためには、シリ
コン等の半導体基板あるいは金属やセラミツクス材から
なる他部材とを一体的に接合するための金属化層あるい
は機能素子間の導体配線としての金属化層を、上記焼結
体上に形成する必要がある。
Non-oxide ceramic sintered bodies such as aluminum nitride and silicon carbide are expected to contribute to the improvement of the properties of electronic devices. In order to realize this expectation, a metallization layer for integrally joining a semiconductor substrate such as silicon or another member made of metal or ceramic material or a metallization layer as a conductor wiring between functional elements is formed by the above-described firing. It must be formed on the body.

従来の窒化アルミニウム焼結体に対する金属化技術の
代表例として、(3)特開昭60−178687号に、銀,銀−
白金,銀−パラジウム等を主体にした銀系ペーストに酸
化銅を0.1wt%(Cu2O換算)以上添加したケミカルボン
ド型ペーストを印刷,焼成して窒化アルミニウム焼結体
を金属化する方法、(4)N.KuramotoらによるProceedi
ngs of 36th Electronic Component Conference Seattl
e May5〜7(1986年)における“Translucent AlN Cera
mic Substrate"と題する論文では、銀,パラジウムに酸
化ビスマス,ガラスフリツト(PbO−SiO2−CaO−Al2O3
−B2O3−ZnO)を含むフリツト型ペーストを印刷,焼成
して窒化アルミニウム焼結体を金属化する方法がそれぞ
れ開示されている。また、炭化シリコン焼結体に対して
も同様の金属化技術が検討されている。
As a typical example of a metallization technique for a conventional aluminum nitride sintered body, (3) Japanese Patent Application Laid-Open No.
A method of metallizing an aluminum nitride sintered body by printing and firing a chemical bond type paste in which copper oxide is added in an amount of 0.1 wt% or more (in terms of Cu 2 O) to a silver paste mainly composed of platinum, silver-palladium, etc. (4) Proceedi by N. Kuramoto et al.
ngs of 36th Electronic Component Conference Seattl
e "Translucent AlN Cera" on May 5-7 (1986)
The paper entitled mic Substrate ", silver, palladium bismuth oxide, glass frit (PbO-SiO 2 -CaO-Al 2 O 3
-B 2 O 3 -ZnO) printed Furitsuto type paste containing, a method of metallizing a sintered aluminum nitride by firing is disclosed, respectively. Similar metallization techniques are also being studied for silicon carbide sintered bodies.

なお、(5)特開昭60−32343号公報には、窒化アル
ミニウム部材と銅部材とを活性金属としてのTi,Zrと銅
の合金層を介して接合してなるパワー半導体モジユール
基板が開示され、そして(6)田中金属工業(株)製セ
ラミツクス用活性金属ろう(SP641)のごとく、銀−銅
系金属にチタニウムを添加したろう材ペーストが市販さ
れている。
(5) JP-A-60-32343 discloses a power semiconductor module substrate in which an aluminum nitride member and a copper member are joined via an alloy layer of Ti, Zr and copper as active metals. And (6) a brazing filler metal paste obtained by adding titanium to a silver-copper-based metal, such as an active metal brazing filler for ceramics (SP641) manufactured by Tanaka Metal Industry Co., Ltd.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記(3)において、金属化導体と窒化アルミニウム
焼結体との間にはCuAlO2又はCuAl2O4等の複合酸化物層
が形成され、これが導体の接合強度の維持に寄与すると
言われる。しかしながら、本発明者らの実験結果による
と、 この技術を適用して実現できる接合強度は高々2kg/mm
2と、発熱量の大なるパワー素子を高密度に搭載し得る
高熱伝導基板のメリツトを出すには十分でない。これは
複合酸化物と導体金属層との接合が必ずしも強固でない
こと、複合酸化物層自体多孔質的でもろい性質を有して
いることによる。このことは当然ながら温度サイクルな
どの熱的ストレスに対する耐力を持ち得ない主要な原因
にもなつている。さらに、金属化導体の金属ソルダ、特
に鉛−60重量%スズはんだによる侵食も著しく、本発明
者らの実験によると、厚さ12μmの銀−パラジウム導体
層(パラジウム20重量%)の場合250℃の上記はんだ浴
中の浸漬2〜3秒で導体層は完全に消失し、焼結体上に
は複合酸化物層が残留するのみであつた。これは、導体
層に金属ソルダの侵蝕作用を抑制する担体が存在しない
ためである。
In the above (3), a composite oxide layer such as CuAlO 2 or CuAl 2 O 4 is formed between the metallized conductor and the aluminum nitride sintered body, which is said to contribute to maintaining the bonding strength of the conductor. However, according to the experimental results of the present inventors, the bonding strength that can be realized by applying this technology is at most 2 kg / mm.
Second , it is not enough to provide the advantage of a high heat conductive substrate on which power elements with a large amount of heat can be mounted at high density. This is because the bonding between the composite oxide and the conductive metal layer is not always strong, and the composite oxide layer itself has a porous and brittle property. This, of course, is also a major cause of failure to withstand thermal stress such as temperature cycling. In addition, the metallized conductor is significantly corroded by metal solder, particularly lead-60% by weight tin solder. According to experiments by the present inventors, a silver-palladium conductor layer having a thickness of 12 μm (palladium 20% by weight) has a temperature of 250 ° C. After 2 to 3 seconds of immersion in the above solder bath, the conductor layer completely disappeared, and only the composite oxide layer remained on the sintered body. This is because there is no carrier that suppresses the erosion of the metal solder in the conductor layer.

一方、(4)によると、金属化導体と窒化アルミニウ
ムの焼結体との間には酸化ビスマスや亜鉛,銀,鉛の酸
化物を主体としたガラス質物質が層状になつて残留す
る。これらの物質は、セラミツクス材がアルミナの場合
は粒界に沿つて焼結体内部に侵入してアンカ効果による
接着力維持に寄与するが、窒化アルミニウムの場合は同
様の侵入作用は生じない。残留したガルス質層は多孔質
的でありかつもろい酸化亜鉛や酸化ビスマスの偏在層を
形成しているため、接合強度は高々2kg/mm2しか得られ
ず、しかも熱的ストレスに対する耐力低下をもたらして
いる。
On the other hand, according to (4), a glassy substance mainly composed of bismuth oxide, oxides of zinc, silver and lead remains between the metallized conductor and the sintered body of aluminum nitride in a layered state. These substances penetrate into the sintered body along the grain boundaries when the ceramic material is alumina and contribute to the maintenance of the adhesive force by the anchor effect. However, when aluminum nitride is used, the same penetrating action does not occur. Since residual Gallus electrolyte layer forms a localized layer of porous qualitative and is and brittle zinc oxide and bismuth oxide, the bonding strength is at most 2 kg / mm 2 obtained only, yet resulted in strength reduction to thermal stress ing.

上述した従来技術の問題は、炭化シリコン,窒化ほう
素,窒化シリコン,窒化チタン等の他の非酸化物系セラ
ミツクスを母材にした回路基板の場合にも共通してい
る。
The above-described problems of the prior art are common to circuit boards using other non-oxide ceramics as a base material such as silicon carbide, boron nitride, silicon nitride, and titanium nitride.

上述した状況から、大電流を扱う電力素子とそれを制
御する信号回路とを組合せた混成集積回路装置のように
高度の性能や信頼性の要求される回路装置は、在来の金
属化技術に基づく回路基板では実現することは極めて困
難であつた。
From the situation described above, circuit devices that require advanced performance and reliability, such as hybrid integrated circuit devices that combine a power element that handles a large current and a signal circuit that controls the power element, are not compatible with conventional metallization technology. It has been extremely difficult to achieve with a circuit board based on this.

なお、上記(5)及び(6)に基づく先行技術では、
接合時の熱処理は真空中、不活性ガス中,還元性雰囲気
中のごとく、特別に調節され雰囲気下で実施する必要が
ある。また、このような手法で形成された導体は、後続
の抵抗体形成,誘電体形成等の酸化性雰囲気下での焼成
が必須なプロセスとの整合が図りにくい。
In the prior art based on the above (5) and (6),
The heat treatment at the time of joining must be performed in a specially controlled atmosphere, such as in a vacuum, an inert gas, or a reducing atmosphere. Further, it is difficult to match a conductor formed by such a method with a process that requires firing in an oxidizing atmosphere, such as a subsequent formation of a resistor and a dielectric.

したがつて、本発明は上述した在来技術の欠点を補な
い、非酸化物系セラミツクスに対して強固な接合強度,
優れた熱伝導機能、そして優れた信頼性を付与した金属
化層を設けることの可能な導体ペースト組成物を提供す
ることを目的とする。
Therefore, the present invention does not compensate for the drawbacks of the conventional technology described above, and has a strong bonding strength to non-oxide ceramics.
It is an object of the present invention to provide a conductive paste composition capable of providing a metallized layer having excellent heat conduction function and excellent reliability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は導体ペースト組成物に関する発明であつて、
銀,金,白金及びパラジウムよりなる群から選択した少
なくとも1種の金属からなる導体粉末と、好ましくは密
度(g/cm3)が4.0〜6.3の第1ガラス粉末と、又は更に
これにクロム,チタン,ジルコニウムの群より選択され
た少なくとも1種の金属の酸化物粉末と、有機ビヒクル
とを含有していることを特徴とする。
The present invention relates to a conductive paste composition,
A conductive powder made of at least one metal selected from the group consisting of silver, gold, platinum and palladium, and preferably a first glass powder having a density (g / cm 3 ) of 4.0 to 6.3, or chromium, It is characterized by containing an oxide powder of at least one metal selected from the group consisting of titanium and zirconium, and an organic vehicle.

本発明において、ペーストにおける導体粉末は金属化
層又は導体層に電気伝導性を付与すると共に金属ソルダ
に対するぬれ性を持たせるためのものである。また、ペ
ーストにおける第1ガラス粉末は、金属化層又は導体層
と基板との接合界面にあつて、両者の接合力を強化する
役割と、金属化層又は導体層中に分散されていて金属ソ
ルダによる侵食を妨げる役割を有している。すなわち、
ガラス粉末は、焼成過程において、セラミツクス基板の
表面と化学的に反応して基板との接合担体を形成する。
この接合担体は当然のことながら、金属層又は導体層に
対する接合担体も兼ねる。また、ガラス質物質は金属化
層又は導体層中に分散され、金属ソルダとの接触面積
(反応面積)を実効的に小さくさせることにより、金属
ソルダによる侵食を防ぐ。
In the present invention, the conductive powder in the paste is for imparting electrical conductivity to the metallized layer or the conductive layer and for imparting wettability to the metal solder. In addition, the first glass powder in the paste serves at the bonding interface between the metallized layer or the conductive layer and the substrate to strengthen the bonding strength between the two, and the first glass powder is dispersed in the metallized layer or the conductive layer to form a metal solder. It has a role in preventing erosion by ash. That is,
During the firing process, the glass powder chemically reacts with the surface of the ceramic substrate to form a bonding carrier with the substrate.
Of course, this bonding carrier also serves as a bonding carrier for the metal layer or the conductor layer. In addition, the vitreous substance is dispersed in the metallization layer or the conductor layer, and effectively reduces the contact area (reaction area) with the metal solder, thereby preventing erosion by the metal solder.

本発明において、金属酸化物は、溶融ガラスに溶込ん
でガラス自体の流動を促すと共に、非酸化物系セラミツ
クス表面を化学的に活性化させて、流動ガラスのぬれ性
を高める働きをする。また、金属酸化物は、非酸化物系
セラミツクスとの親和力が高く、それ自身セラミツクス
構成成分と化学的に結合する。更に、ペースト中に添加
された金属酸化物の一部は、ガラス成分と共に金属層内
に分散され、金属ソルダの侵食を抑制する。一方、金属
酸化物はガラスの流動を促進させるため、金属層表面へ
のガラス成分の残留を抑制(沈降を促す)し、金属ソル
ダのぬれ性を高める働きもする。更に金属酸化物は、導
体金属層とセラミツクス基板界面の接合強度を安定的に
高めるのに顕著な効果を有している。
In the present invention, the metal oxide dissolves in the molten glass to promote the flow of the glass itself, and also chemically activates the surface of the non-oxide-based ceramic to enhance the wettability of the flowing glass. In addition, metal oxides have a high affinity for non-oxide ceramics, and themselves chemically bond to ceramic constituents. Further, a part of the metal oxide added to the paste is dispersed in the metal layer together with the glass component, thereby suppressing the erosion of the metal solder. On the other hand, since the metal oxide promotes the flow of the glass, it also functions to suppress (promote the sedimentation) of the glass component on the surface of the metal layer and to enhance the wettability of the metal solder. Further, the metal oxide has a remarkable effect to stably increase the bonding strength at the interface between the conductor metal layer and the ceramics substrate.

本発明において、ガラス質物質の密度を4.0以上6.3以
下(g・cm3)に選ぶ理由は、溶融ガラス質物質の界面
への流動を促進せしめると同時に導体焼結体中に適度に
分散せしめるのに好適である点による。ガラス質物質の
密度が上記範囲より小さい場合は金属化層又は導体層表
面へのガラス質物質の浮上が促進され、そして密度が上
記範囲を越えると導体中への分散がなされにくくなる。
前者の場合は金属ソルダのぬれ性にそして後者の場合は
金属ソルダの侵食に対する耐力にそれぞれ影響する。
In the present invention, the reason why the density of the vitreous substance is selected to be 4.0 or more and 6.3 or less (g · cm 3 ) is to promote the flow of the molten vitreous substance to the interface and at the same time to appropriately disperse the molten vitreous substance in the sintered conductor. It is suitable for When the density of the vitreous substance is smaller than the above range, the floating of the vitreous substance on the surface of the metallized layer or the conductor layer is promoted, and when the density exceeds the above range, dispersion in the conductor becomes difficult.
The former case affects the wettability of the metal solder and the latter case affects the resistance of the metal solder to erosion.

本発明の導体ペースト組成物において、密度4.0〜6.3
g/cm3の第1ガラス粉末の重量が導体粉末と第1ガラス
粉末と金属酸化物の総重量に基づいて0.01〜0.1である
のが好適であり、金属酸化物粉末の重量が上記総重量に
基づいて0.001〜0.05であるのが好適である。
In the conductor paste composition of the present invention, a density of 4.0 to 6.3
Preferably, the weight of the first glass powder of g / cm 3 is 0.01 to 0.1 based on the total weight of the conductor powder, the first glass powder and the metal oxide, and the weight of the metal oxide powder is the above total weight. It is preferably 0.001 to 0.05 based on

また、本発明の導体ペースト組成物においては、密度
4.0g/cm3より小さい値を有する第2のガラス粉末であつ
ても、金属ソルダに対するぬれ性を害さない限りにおい
て密度(g/cm3)が4.0以上6.3以下の第1ガラス粉末や
金属酸化物粉末とともに添加されてもよい。この場合、
第2ガラス粉末は導体粉末と第1及び第2ガラス粉末と
金属酸化物粉末の総重量に基づいて0.001〜0.03である
のが好適である。
Further, in the conductor paste composition of the present invention, the density
Even if the second glass powder has a value smaller than 4.0 g / cm 3, the first glass powder having a density (g / cm 3 ) of 4.0 or more and 6.3 or less or a metal oxide as long as the wettability to the metal solder is not impaired. May be added together with the material powder. in this case,
The second glass powder is preferably 0.001 to 0.03 based on the total weight of the conductor powder, the first and second glass powders, and the metal oxide powder.

本発明における特に好ましい形態のもとでは、導体は
銀及びパラジウムからなり、そしてガラス質物質はSiO2
−B2O3−Al2O3−PbO−ZnO系で上記範囲の密度と550℃以
下の軟化点を有している。
Under a particularly preferred form of the invention, the conductor consists of silver and palladium and the vitreous material is SiO 2
—B 2 O 3 —Al 2 O 3 —PbO—ZnO system having a density in the above range and a softening point of 550 ° C. or less.

本発明におけるクロム,チタン群等を含まない場合に
おけるペーストは酸化ビスマスを含まないのが重要であ
る。酸化ビスマスは強度を低める。
It is important that the paste of the present invention containing no chromium or titanium group does not contain bismuth oxide. Bismuth oxide reduces strength.

基板材は窒化アルミニウム及び炭化シリコン等の非酸
化物系セラミツクスの他、例えば窒化ほう素,窒化シリ
コンあるいは窒化アルミニウム,炭化シリコンを含むこ
れら非酸化物系化合物の混合セラミツクス、そしてこれ
らがラミネートされた複合セラミツクスであつても、本
発明の効果が得られる。更に、上記非酸化物系セラミツ
クスと酸化アルミニウムやベリリヤに代表される酸化物
系セラミツクスとの混合又は複合セラミツクスであつて
も同様の効果が得られる。
The substrate material is non-oxide ceramics such as aluminum nitride and silicon carbide, as well as mixed ceramics of these non-oxide compounds including, for example, boron nitride, silicon nitride or aluminum nitride and silicon carbide, and composites in which these are laminated. Even with ceramics, the effects of the present invention can be obtained. Further, the same effect can be obtained by using a mixture or a composite ceramic of the above-mentioned non-oxide ceramic and an oxide ceramic represented by aluminum oxide or beryllia.

更に、窒化アルミニウムにあつては、高純度に精製さ
れた加圧焼結体に限定されるものではなく、例えば、Y2
O5,CaOやアルカリ土類属酸化物,希土類酸化物のごとき
物質で代表されるような熱伝導性をあまり損わない他の
添加物と共に焼結されたものや、自然混入不純物を含有
するものであつても良く、また常圧で焼結されたもので
あつても良い。
Further, the aluminum nitride is not limited to a high-purity sintered pressure-resistant sintered body, for example, Y 2
Contains sintered materials with other additives such as O 5 , CaO, alkaline earth oxides, and rare earth oxides that do not significantly impair the thermal conductivity, and naturally contained impurities It may be one that has been sintered under normal pressure.

更に、本発明導体ペースト組成物を適用するに当つ
て、非酸化物系セラミツクス表面が導体焼成過程又はそ
れ以前に酸化されていることに何等障害を有するもので
はない。この表面酸化物は界面に偏在するガラス質物質
や金属酸化物と共に混在して接合界面を強固に保つのに
役立つと共に耐水性の向上にも役立つからである。
Further, in applying the conductor paste composition of the present invention, there is no problem in that the non-oxide-based ceramic surface is oxidized before or before the conductor firing process. This is because the surface oxides coexist with the vitreous substances and metal oxides unevenly distributed at the interface to help keep the bonding interface strong and to improve the water resistance.

本発明において使用できる有機ビヒクルとしては、脂
肪族アルコール、そのようなアルコールのエステル例え
ばアセテート及びプロピオネート,テルペン例えば松根
油α−及びβ−テルピネオール等、溶媒例えば松根油及
びエチレングリコールモノアセテートのポリメタアクリ
レートの溶液又はエチルセルロースの溶液である。この
ビヒクルは、速やかな乾燥を促進するため揮発性液体を
含有してもよい。
Organic vehicles that can be used in the present invention include aliphatic alcohols, esters of such alcohols such as acetate and propionate, terpenes such as pine oil α- and β-terpineol, and solvents such as pine oil and polymethacrylate of ethylene glycol monoacetate. Or a solution of ethylcellulose. The vehicle may contain a volatile liquid to facilitate rapid drying.

実施例1 重量比で、導体金属粉末としての銀粉末56%(平均粒
径1μm)、パラジウム粉末15%(平均粒径1μm)、
第1ガラス粉末5%又は更に酸化クロム粉末1.5%(平
均粒径2.5μm)、そして残部がエチルセルロース樹脂
とα−テルピネオールとからなる有機ビヒクルとで構成
された混合物を三本ロールにて十分混練し、導体ペース
ト組成物を得た。第1ガラス粉末は主要成分組成が重量
比でSiO2(14.5%)−B2O3(4.2%)−Al2O3(1.5%)
−PbO(70.0%)−ZnO(9.1%)を有し、密度5.2g/c
m3、熱膨張係数7.3×10-6/℃,軟化点500℃なる物性値
を有した平均粒径2μmの粉末である。
Example 1 By weight ratio, 56% of silver powder (average particle diameter 1 μm) as a conductive metal powder, 15% of palladium powder (average particle diameter 1 μm),
A mixture composed of 5% of the first glass powder or 1.5% of the chromium oxide powder (average particle size of 2.5 μm) and the remainder of an organic vehicle composed of ethylcellulose resin and α-terpineol is sufficiently kneaded with a three-roll mill. Thus, a conductor paste composition was obtained. The first glass powder has a main component composition of SiO 2 (14.5%)-B 2 O 3 (4.2%)-Al 2 O 3 (1.5%) by weight.
-Has PbO (70.0%)-ZnO (9.1%), density 5.2g / c
It is a powder having an average particle size of 2 μm having physical properties such as m 3 , a coefficient of thermal expansion of 7.3 × 10 −6 / ° C. and a softening point of 500 ° C.

上記導体ペースト組成物におけるガラス粉末は、導体
金属粉末及びガラス粉末、又は更に酸化クロム粉末の総
重量に基づいて0.065、そして酸化クロム粉末は上記総
重量に基づいて0.019含まれている。
The glass powder in the conductor paste composition contains 0.065 based on the total weight of the conductor metal powder and the glass powder or further the chromium oxide powder, and the chromium oxide powder contains 0.019 based on the total weight.

上記組成物の効果を確認するため、セラミツクス基板
上に導体層を設けた回路基板を作成し、種種評価した。
In order to confirm the effect of the above composition, a circuit board having a conductor layer provided on a ceramics substrate was prepared, and various evaluations were made.

回路基板は、上記導体ペースト組成物を、高純度合成
窒化アルミニウム粉(粒径1μm以下)や添加剤として
の炭酸カルシウム等を窒素雰囲気で加圧焼結(2×104P
a,2000℃)して得られた焼結体、そして炭化シリコン粉
末からなる圧粉成形体を添加物としてのベリリヤ粉末
(1.5重量%)と共に真空中で加圧焼結(2×104Pa,200
0℃)して得られた焼結体状の炭化シリコンである非酸
化物系セラミツクス基板上にスクリーン印刷法にて塗布
し、これらを120℃,60分の空気中乾燥処理を施した後、
強制空気を流したトンネル炉中で850℃,10分の焼成処理
を施して導体層を設けることにより得た。
The circuit board is prepared by subjecting the above-mentioned conductor paste composition to pressure sintering of high-purity synthetic aluminum nitride powder (particle size: 1 μm or less), calcium carbonate as an additive, etc. in a nitrogen atmosphere (2 × 10 4 P
a, 2000 ° C.) and a green compact made of silicon carbide powder under pressure (2 × 10 4 Pa) in vacuum with beryllia powder (1.5% by weight) as an additive. , 200
0 ° C) is applied on a non-oxide-based ceramics substrate, which is a sintered silicon carbide obtained by screen printing, and then dried at 120 ° C for 60 minutes in the air.
The conductor layer was obtained by baking at 850 ° C for 10 minutes in a tunnel furnace with forced air flowing.

第1−1図は以上の工程を経て得たセラミツクス基板
1上に導体層2を設けた回路基板10の模式断面図、第1
−2,1−4図は窒化アルミニウム基板1上の導体層2形
成部の法線方向のX線マイクロアナライザによるライン
分析結果、そして第1−3,1−5図は炭化シリコン基板
1上の導体層2形成部の分析結果を表面側からの距離
(横軸)とX線強度(縦軸)との関係で示すグラフであ
る。第1−2図及び第1−3図は酸化クロム粉末を含ま
ず。ライン分析結果においてガラス質物質の主要成分で
あるPbに注目すると、Pbは基板1と導体層2の接合界面
に高濃度に分布していて、基板1の内部にも食込んでい
る様子が認められるのに対し、導体層2の表面に向うに
つれ濃度を減じている。また、Pbは導体層2中にも局所
的に分布している。更に、酸化クロムの主要成分である
Crに注目すると、ガラスの主要成分と同様の分布をして
いる。導体層2表面が低濃度で基板1の内部に食込む度
合いの大きい点は酸化クロムを添加した場合の特徴的な
利点である。接合界面部のX線回折結果によると、Crと
AlあるいはCrとSiの金属間化合物が形成されている。基
板1の主要成分であるAlやSiはガラスが高濃度に分布し
ている領域にも見られる。上記ガラス質や酸化クロムの
高濃度領域は基板1及び導体層2の接合を強固に保つこ
と、そして導体層2中に分散しているガラス質物質及び
クロム酸化物は金属ソルダによる侵食を防止するのにそ
れぞれ寄与する(後述)。また、表面におけるガラス質
及びクロム酸化物の濃度が低い点は、金属ソルダに対す
るぬれ性を高めるのに寄与する。
FIG. 1-1 is a schematic sectional view of a circuit board 10 having a conductor layer 2 provided on a ceramics substrate 1 obtained through the above steps.
FIGS. -2 and 1-4 are line analysis results of the X-ray microanalyzer in the normal direction of the conductor layer 2 forming portion on the aluminum nitride substrate 1, and FIGS. 1-3 and 1-5 are results on the silicon carbide substrate 1. 5 is a graph showing the results of analysis of a conductor layer 2 forming portion in a relationship between a distance from the surface side (horizontal axis) and X-ray intensity (vertical axis). Figures 1-2 and 1-3 do not include chromium oxide powder. Focusing on Pb, which is the main component of the vitreous substance, in the line analysis results, it can be seen that Pb is distributed at a high concentration at the bonding interface between the substrate 1 and the conductive layer 2 and also penetrates into the inside of the substrate 1. In contrast, the concentration decreases toward the surface of the conductor layer 2. Pb is also locally distributed in the conductor layer 2. In addition, it is a major component of chromium oxide
Focusing on Cr, it has a distribution similar to the main components of glass. The fact that the surface of the conductor layer 2 has a low concentration and is highly eroded into the substrate 1 is a characteristic advantage when chromium oxide is added. According to the X-ray diffraction results of the joint interface, Cr and
An intermetallic compound of Al or Cr and Si is formed. Al and Si, which are main components of the substrate 1, are also found in a region where glass is distributed at a high concentration. The vitreous or high-concentration region of chromium oxide keeps the bonding between the substrate 1 and the conductor layer 2 strong, and the vitreous substance and chromium oxide dispersed in the conductor layer 2 prevent erosion by metal solder. (Described later). In addition, the low vitreous and chromium oxide concentration on the surface contributes to enhancing the wettability to metal solder.

第2図及び第3図は導体層2上に直径2.5mmの銀めつ
き銅ピンをPb−60重量%Snはんだで接合し、−55〜150
℃の温度サイクルを与えながら、接合面に対して垂直な
方向の強度を追跡した結果を、温度サイクル数(回,横
軸)と接合強度(kg/mm2,縦軸)との関係で示すグラフ
である。第2図は酸化クロム粉末を含まないものであ
る。このものは基板1が窒化アルミニウム,炭化シリコ
ンのいずれであつても、初期強度は4kg/mm2であつて、
又第3図の酸化クロムを含むものは温度サイクルの進行
と共に約1/2の強度劣化は見られる。両者はともに1000
回経過後でも初期とほぼ同等の水準が維持されている。
上述の初期強度の値は、両者とも先行技術例(3)に基
づくケミカルボンド型ペーストそして同(4)に基づく
フリツト型ペーストを適用した場合の2kg/mm2に比べて
2倍である。また、これらの先行技術例に基づく場合は
約500回の温度サイクルで導体層2ははく離してしまう
のに比べ、実施例の場合は熱ストレスに対する長期的な
信頼性が十分確保されていることを示唆している。
FIG. 2 and FIG. 3 show that silver-plated copper pins having a diameter of 2.5 mm are joined on the conductor layer 2 with Pb-60% by weight Sn solder.
The results of tracking the strength in the direction perpendicular to the joint surface while giving a temperature cycle of ℃ are shown as the relationship between the number of temperature cycles (times, horizontal axis) and the joint strength (kg / mm 2 , vertical axis). It is a graph. FIG. 2 does not contain chromium oxide powder. It has an initial strength of 4 kg / mm 2 regardless of whether the substrate 1 is made of aluminum nitride or silicon carbide.
In addition, the chromium oxide containing chromium oxide shown in FIG. Both are 1000
The level is almost the same as the initial level even after the passage.
The value of the above-mentioned initial strength is twice as large as 2 kg / mm 2 in the case of applying the chemical bond type paste based on the prior art example (3) and the frit type paste based on the same (4). In addition, in the case of these prior art examples, the conductor layer 2 is peeled off in about 500 temperature cycles, whereas in the case of the embodiment, the long-term reliability against thermal stress is sufficiently ensured. It suggests.

第4図は接合強度(kg/mm2)の度数分布である。同図
(a)は本実施例に関する分布、そして同図(b)は本
実施例構成において酸化クロムを添加しない比較例につ
いて示す。本実施例の場合は約4kg/mm2にピークを有し
ばらつきの少ない分布をしていて、同じく4kg/mm2にピ
ークを有するがこれより低強度の領域にも高ひん度の分
布を有する比較例より安定的に高い強度が得られてい
る。この点は酸化クロムを添加した場合に特徴的な点で
ある。
FIG. 4 is a frequency distribution of the bonding strength (kg / mm 2 ). FIG. 3A shows the distribution of the present embodiment, and FIG. 3B shows a comparative example in which chromium oxide is not added in the configuration of the present embodiment. For this embodiment have a small distribution of variation has a peak at about 4 kg / mm 2, with a high-duty distribution in the region of but lower strength than that having a same peak at 4 kg / mm 2 Higher strength is obtained more stably than the comparative example. This is a characteristic point when chromium oxide is added.

導体層2は厚さ11μmになるように形成されている
が、そのシート抵抗は19.8mΩ/□であり、混成集積回
路用配線として十分実用できる導電性を有しているが、
温度サイクル1000回そして150℃、空気中の高温放置試
験(1000時間)を施してもシート抵抗の増大は全く認め
られない。また、導体層2上に6mm×6mmのシリコンパワ
ートランジスタチツプをPb−5重量%Snはんだにより搭
載したときのチツプと基板1間の熱抵抗はそれぞれ0.8
℃/W(窒化アルミニウム基板)、0.7℃/W(炭化シリコ
ン基板)であり、十分な放熱性が確保されている。この
熱抵抗値は、温度サイクル1000回経過後でも初期値と同
等の値が維持された。
The conductor layer 2 is formed so as to have a thickness of 11 μm, and has a sheet resistance of 19.8 mΩ / □, which is sufficiently conductive as a wiring for a hybrid integrated circuit.
No increase in sheet resistance is observed even after a temperature cycle test of 1000 times and a high-temperature storage test in air at 150 ° C. (1000 hours). When a 6 mm × 6 mm silicon power transistor chip is mounted on the conductor layer 2 by Pb-5 wt% Sn solder, the thermal resistance between the chip and the substrate 1 is 0.8.
° C / W (aluminum nitride substrate) and 0.7 ° C / W (silicon carbide substrate), ensuring sufficient heat dissipation. This thermal resistance maintained the same value as the initial value even after 1000 temperature cycles.

次に、回路基板10をPb−60重量%Snはんだ浴(250
℃)中に浸漬しはんだのぬれ性(ぬれ面積/金属化面
積)比を測定した。この結果を先行技術例(3),
(4)に基づく他の比較例と共に第1表に示す。( )
内は酸化クロム粉末を含むものである。他両者とも同じ
値である。
Next, the circuit board 10 was placed in a Pb-60 wt% Sn solder bath (250
C.) and the wettability (wet area / metallized area) ratio of the solder was measured. This result is compared with the prior art example (3),
The results are shown in Table 1 together with other comparative examples based on (4). ()
The inside contains chromium oxide powder. Both of them have the same value.

実施例の初期ぬれ性(浸漬5秒)は、比較例のケミカ
ルボンド型にわずかに劣るもののフリツト型と同等のぬ
れ性を示し、実用上支障ない。また、長時間浸漬した場
合でも良好なぬれ性が維持されている。これに対し比較
例ではケミカルボンド型の場合は初期ぬれ性の点で勝る
ものの長時間の浸漬ではぬれ性が消失されやすい。これ
は、はんだの侵食に抗すべき担体を有していないためで
ある。また、比較例のフリツト型の場合は長時間浸漬に
対するぬれ性はケミカルボンド型に比べ改善されている
が、実施例の結果より劣つている。以上のように、実施
例の回路基板は金属ソルダに対するぬれ性や耐侵食性の
点で優れている。
The initial wettability (5 seconds immersion) of the example is slightly inferior to the chemical bond type of the comparative example, but shows the same wettability as the frit type, and does not hinder practical use. Also, good wettability is maintained even when immersed for a long time. On the other hand, in the case of the comparative example, the chemical bond type is superior in initial wettability, but the wettability is easily lost by long-time immersion. This is because it has no carrier to resist solder erosion. Further, in the case of the frit type of the comparative example, the wettability to long-term immersion is improved as compared with the chemical bond type, but is inferior to the result of the example. As described above, the circuit boards of the examples are excellent in wettability to metal solder and erosion resistance.

以上に説明したように、第1ガラス質物質更にクロム
酸化物は優れた回路基板を得るのに重要な役割を演じて
いる。
As described above, the first vitreous material and chromium oxide play an important role in obtaining an excellent circuit board.

実施例2 実施例1において用いたガラス粉末の代りに、第2表
に示す組成及び性質を有する各種のガラス粉末を等量
(5重量%)添加したペーストを同様にして得た。な
お、同表には比較例用として用いたガラス粉末について
も示す。
Example 2 Instead of the glass powder used in Example 1, pastes were added in the same manner as above, in which various glass powders having the compositions and properties shown in Table 2 were added in equal amounts (5% by weight). The table also shows the glass powder used for the comparative example.

これらのペーストを上述と同様に印刷,焼成(ただし
焼成温度900℃)して回路基板10を得た。
These pastes were printed and fired in the same manner as described above (the firing temperature was 900 ° C.) to obtain a circuit board 10.

第3−1表及び第3−2表に、その結果をまとめて示
す。同表におけるNo.は、第2表におけるNo.と対応し、
No.1〜No.6は本実施例の結果そしてNo.7〜No.16は比較
例の結果を示す。また、第3−1表は基板1が窒化アル
ミニウムの場合そして第3−2表は炭化シリコンの場合
である。( )は酸化クロム粉末を含むもので、他は両
者とも同じ値である。
Tables 3-1 and 3-2 summarize the results. The numbers in the table correspond to the numbers in Table 2,
No. 1 to No. 6 show the results of this example, and No. 7 to No. 16 show the results of the comparative example. Table 3-1 shows the case where the substrate 1 is made of aluminum nitride, and Table 3-2 shows the case where the substrate 1 is made of silicon carbide. () Includes chromium oxide powder, and the other values are the same.

本実施例の回路基板10(No.1〜No.6)はシート抵抗,
接合強度,熱抵抗,ぬれ性(耐侵食性)共、実施例1と
ほぼ同等の性能を示しており、No.1〜No.6のガラス物質
は実施例1の第1ガラス物質の代替物質になり得ること
を示している。実施例1のガラス物質を含めたこれらの
ガラス物質はそれぞれ単独で添加されててもよいが、こ
れらのガラス物質を適宜組合せて添加されてもよい。導
体層のX線マイクロアナライザによるライン分析結果で
は、実施例1のペーストの場合と同様に、ガラス質物質
とクロム酸化物がセラミツクス基板1との境界で高濃度
に分布し、基板1中に深く拡散すると共に導体層2内に
分散され、そして導体層2の表面部に低濃度に分布する
ことが確認された。
The circuit board 10 (No. 1 to No. 6) of this embodiment has a sheet resistance,
The joint strength, heat resistance, and wettability (corrosion resistance) are almost the same as those of Example 1. The glass materials No. 1 to No. 6 are substitutes for the first glass material of Example 1. Indicates that it can be These glass substances including the glass substance of Example 1 may be added alone, or may be added in an appropriate combination of these glass substances. According to the line analysis result of the conductor layer by the X-ray microanalyzer, similarly to the case of the paste of Example 1, the vitreous substance and the chromium oxide are distributed at a high concentration at the boundary with the ceramics substrate 1 and are deeply distributed in the substrate 1. It was confirmed that they were diffused and dispersed in the conductor layer 2 and were distributed at a low concentration on the surface of the conductor layer 2.

また、本実施例の結果から、優れた電気伝導性,接合
強度,放熱性,はんだぬれ性(耐侵食性)と信頼性を持
つ回路基板を得るためには、ガラス物質の密度が4.2〜
6.2g/cm3となるようにすることの重要性が認められる。
なお、密度が4.0g/cm3及び6.3g/cm3のガラス物質を用い
た場合でも、本実施例とほぼ同等の性能が得られた。
Also, from the results of this example, it is found that the density of the glass material needs to be 4.2 to 4.0 in order to obtain a circuit board having excellent electrical conductivity, bonding strength, heat dissipation, solder wettability (erosion resistance) and reliability.
It is recognized that it is important to be 6.2 g / cm 3 .
Even when glass materials having densities of 4.0 g / cm 3 and 6.3 g / cm 3 were used, performance almost equivalent to that of the present example was obtained.

実施例3 本実施例では、ガラス質物質及びクロム酸化物の添加
量に関して説明する。本実施例では、実施例1と同様に
して酸化クロムの添加量を種々調整した導体ペースト組
成物を作成した。ペースト組成物の作成に当り導体金属
粉末,有機ビヒクルの種類及び量、そして第1ガラス質
物質の種類及び量は実施例1に準拠した。更に、同ペー
ストにより上述と同様の手順を経て回路基板10を作成し
た。なお、本実施例で以下に記述する酸化クロム粉末添
加量とは、導体金属,第1ガラス質物質、そして酸化ク
ロムの総重量に基づいた酸化クロムの重量を、重量%で
表わす。
Example 3 In this example, the amounts of the vitreous material and chromium oxide added will be described. In this example, a conductive paste composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of chromium oxide added was adjusted variously. In preparing the paste composition, the types and amounts of the conductive metal powder and the organic vehicle, and the types and amounts of the first vitreous substance were based on Example 1. Further, a circuit board 10 was prepared using the same paste and through the same procedure as described above. The amount of the chromium oxide powder described below in the present embodiment means the weight of the chromium oxide based on the total weight of the conductive metal, the first vitreous substance, and the chromium oxide, expressed as% by weight.

第5図及び第6図は、ガラス,酸化クロム粉末添加量
(重量%,横軸)とシート抵抗(mΩ/□,縦軸)及び
熱抵抗(℃/W,縦軸)との関係を示すグラフである。シ
ート抵抗は、Ag及びPbを主体とする導体層2中に分散す
る第1ガラス質物質やクロム酸化物の分散密度にも当然
ながら依存するが、添加量5重量%以下では添加量0重
量%に近い値が得られる。また、熱抵抗も抵抗量10重量
%以下では添加量0重量%に近い値が得られる。これは
チツプ搭載用のはんだ材の分担熱抵抗が全体の熱抵抗を
支配しているためである。第5図は酸化クロム粉末を含
まないものである。
5 and 6 show the relationship between the amount of glass and chromium oxide powder added (% by weight, horizontal axis), sheet resistance (mΩ / □, vertical axis), and thermal resistance (° C./W, vertical axis). It is a graph. The sheet resistance naturally depends on the dispersion density of the first vitreous substance and chromium oxide dispersed in the conductor layer 2 mainly composed of Ag and Pb, but when the addition amount is 5% by weight or less, the addition amount is 0% by weight. Is obtained. When the resistance is 10% by weight or less, a value close to 0% by weight is obtained. This is because the shared thermal resistance of the chip mounting solder material controls the overall thermal resistance. FIG. 5 does not contain chromium oxide powder.

第7図及び第8図は、ガラス質物質及び酸化クロム粉
末添加量(重量%,横軸)と接合強度(kg/mm2,縦軸)
との関係を示すグラフである。ガラス質添加量1重量%
以上では無添加の場合の約5倍以上、酸化クロム添加量
0.1〜10重量%の範囲では約4kg/mm2と高い強度が得られ
ている。
FIGS. 7 and 8, the glassy material and chromium oxide powder amount (wt%, abscissa) and the bonding strength (kg / mm 2, the vertical axis)
6 is a graph showing a relationship with the graph. 1% by weight of glass
Above, the amount of chromium oxide added is about 5 times or more compared to the case of no addition
In the range of 0.1 to 10% by weight, a high strength of about 4 kg / mm 2 is obtained.

第9図及び第10図は、ガラス質物質及び酸化クロム添
加量(重量%,横軸)とぬれ性(%,縦軸)との関係を
示すグラフである。浸漬初期では約10重量%を越える領
域でぬれ性は低下するが、10重量%以下では良好なぬれ
性を有している。また、浸漬60秒後ではガラス質物質で
は1〜10重量%、後者では10重量%以上でも良好なぬれ
性が保たれており、はんだによる侵食も少ないことを示
している。ガラス質1重量%未満及び10重量%を越える
領域ではぬれ性は劣る。1重量%未満の場合ははんだに
よる侵食で導体層2が消失してしまうこと、そして10重
量%を越える場合ははんだのぬれ広がりが緩慢なことが
原因している。
FIG. 9 and FIG. 10 are graphs showing the relationship between the added amount of glassy substance and chromium oxide (% by weight, horizontal axis) and wettability (%, vertical axis). At the initial stage of immersion, the wettability decreases in a region exceeding about 10% by weight, but when the amount is less than 10% by weight, good wettability is obtained. Also, after 60 seconds of immersion, good wettability is maintained even with 1 to 10% by weight of the vitreous substance and 10% by weight or more of the latter, indicating that the erosion by solder is small. In the range of less than 1% by weight and more than 10% by weight, the wettability is poor. When the amount is less than 1% by weight, the conductor layer 2 is lost due to the erosion by the solder, and when it exceeds 10% by weight, the spread of the solder is slow.

初期段階で酸化クロム粉末は10重量%を越えるとはん
だぬれ性が低下するのは酸化クロムが過剰でああつては
んだと導体の接触が阻害されるためであり、浸漬60秒後
でぬれ向上を生じるのは接触が促進されるためである。
If the chromium oxide powder exceeds 10% by weight in the initial stage, the solder wettability is reduced because the excess of chromium oxide inhibits the contact between the solder and the conductor, resulting in improved wetting after 60 seconds of immersion This is because contact is promoted.

以上の結果から、総合的に見て選択される好ましいガ
ラス質及び酸化クロムの添加量は〔ガラス質又は酸化ク
ロム/金属導体+第1ガラス質物質+酸化クロム)×10
0〕なる式に換算して前者では1〜10重量%、後者では
0.1〜5重量%である。
Based on the above results, the preferable addition amount of vitreous and chromium oxide, which is comprehensively selected, is [vitreous or chromium oxide / metal conductor + first vitreous substance + chromium oxide] × 10
0] for the former, 1-10% by weight for the former, and
0.1 to 5% by weight.

なお、本実施例では実施例1で用いた第1ガラス質物
質の場合について示したが、実施例2におけるNo.1〜N
o.6の第1ガラス質物質を添加した場合でも上述した好
ましい添加量の範囲は変らない。
In this example, the case of the first vitreous substance used in Example 1 was described.
Even when the first vitreous substance of o.6 is added, the preferable range of the addition amount described above does not change.

実施例4 本実施例では、金属導体と共に、密度5.2g/cm3及び密
度3.5g/cm3なる2種類のガラス質物質を添加した例を説
明する。
Embodiment 4 In this embodiment, an example will be described in which two types of vitreous substances having a density of 5.2 g / cm 3 and a density of 3.5 g / cm 3 are added together with a metal conductor.

重量比で、導体金属粉末としての銀粉末56%(平均粒
経1μm)、パラジウム粉末15%(平均粒経1μm)、
実施例1と同種の第1ガラス粉末5%、実施例2におけ
るNo.13と同種の第2ガラス粉末1.5%、そして残部がエ
チルセルロース樹脂とα−テレピネオールで構成された
有機ビヒクルからなる導体ペースト組成物を、実施例1
と同様にして作成した。こうして得たペースト組成物
は、導体金属粉末、第1ガラス粉末、そして第2ガラス
粉末の総重量に基づいて0.065の第1ガラス粉末と0.019
の第2ガラス粉末を含有している。
By weight ratio, 56% silver powder (average particle diameter 1 μm) as a conductive metal powder, 15% palladium powder (average particle diameter 1 μm),
Conductive paste composition comprising 5% of the first glass powder of the same type as in Example 1, 1.5% of the second glass powder of the same type as No. 13 in Example 2, and the remainder being an organic vehicle composed of ethyl cellulose resin and α-terpineol. Example 1
Created in the same way as The paste composition thus obtained contains 0.065 of the first glass powder and 0.019, based on the total weight of the conductive metal powder, the first glass powder, and the second glass powder.
Of the second glass powder.

また、同ペーストを用い、実施例1と同様の手順を経
て、実施例1と同様の窒化アルミニウム基板上に配線を
設けた回路基板10を作成した。
Further, using the same paste, a circuit board 10 having the same wirings as the first embodiment was formed on an aluminum nitride substrate through the same procedure as in the first embodiment.

第4表は得られた回路基板10の性能をまとめて示した
ものである。
Table 4 summarizes the performance of the obtained circuit board 10.

シート抵抗,接合強度,熱抵抗、及びぬれ性(耐侵食
性)共に、実施例1に比べそん色ない結果が得られてい
る。特に本実施例では、はんだ浸漬(60min)を3回く
り返してもはんだ食われによるぬれ性低下は認られなか
つた。これは、第2ガラス質物質が導体層2中に均一に
分散され、はんだ特に錫の拡散が抑制されたためであ
る。この利点は、高温放置後の接合強度低下の度合が軽
減される点にも波及する。
Sheet resistance, bonding strength, heat resistance, and wettability (corrosion resistance) were all lower than those in Example 1. In particular, in this example, even if the solder immersion (60 min) was repeated three times, no decrease in wettability due to solder erosion was observed. This is because the second vitreous substance was uniformly dispersed in the conductor layer 2 and the diffusion of solder, especially tin, was suppressed. This advantage extends to a point that the degree of decrease in bonding strength after leaving at high temperature is reduced.

これより、本発明は密度4.0〜6.3g/cm3なる第1ガラ
ス質物質を含むことを基本とするが、これらに加えて密
度が4.0g/cm3より少ないガラス質物質が適量添加される
場合であつても、本発明の目的は十分達せられることが
わかる。なお、添加される第2ガラス質物質は、十分な
初期はんだぬれ性と耐侵食性を得るためには、導体金
属、第1ガラス,酸化クロム、そして第2ガラスの総重
量に基づいて0.001〜0.03であることが望ましい。この
点は、実施例2において、No.11及び12を除くNo.7〜No.
16のガラス質物質を第2ガラスとした場合でも同様であ
る。
Than this, the present invention is a basic that it comprises a first vitreous material comprising a density 4.0~6.3g / cm 3, glassy substance is added in an appropriate amount less than the density in addition to these 4.0 g / cm 3 It can be seen that even in this case, the object of the present invention is sufficiently achieved. In order to obtain sufficient initial solder wettability and erosion resistance, the added second vitreous material should be 0.001 to 0.001% based on the total weight of the conductive metal, the first glass, the chromium oxide, and the second glass. Desirably 0.03. This point is the same as in Example 2 except that No. 7 to No.
The same applies to the case where the 16 glassy substances are the second glass.

なお、このようなガラス質物質を添加したペーストを
炭化シリコン基板1に適用した場合でも、同様の性能の
回路基板10が得られる。
Note that even when such a paste containing a vitreous substance is applied to the silicon carbide substrate 1, a circuit board 10 having similar performance can be obtained.

実施例5 本実施例では、実施例1におけるペーストの導体金属
を、銀単体(71重量%)、又は銀−白金(71重量%)、
又は銀−金(71重量%)に替えた同ペースト組成物を作
成した。この際、ガラス質物質,酸化クロム、及び有機
ビヒクルは実施例1と同種,等量であり、製作手順も同
様である。また、同ペーストを窒化アルミニウム基板1
上に塗布後、120℃,60分、空気中の乾燥処理を経て、強
制空気中で850℃,10分の焼成処理を施して回路基板10を
作成した。
Example 5 In this example, the conductive metal of the paste in Example 1 was changed to silver alone (71% by weight), silver-platinum (71% by weight),
Alternatively, the same paste composition was prepared in which silver-gold (71% by weight) was used. At this time, the vitreous substance, chromium oxide, and organic vehicle were the same type and the same amount as in Example 1, and the manufacturing procedure was the same. The paste was applied to an aluminum nitride substrate 1
After application on the upper surface, the substrate was dried at 120 ° C. for 60 minutes in the air, and then subjected to a baking process at 850 ° C. for 10 minutes in forced air to form a circuit board 10.

第5表は、得られた回路基板10の性能をまとめて示し
たものである。( )は酸化クロムを含む場合のもので
ある。他は両者とも同じである。
Table 5 summarizes the performance of the obtained circuit board 10. Figures in parentheses are those containing chromium oxide. Everything else is the same.

シート抵抗,接合強度,熱抵抗、及びぬれ性(耐侵食
性)共に実用上支障のない性能が得られている。炭化シ
リコン基板を用いた場合でも、これと同等の性能が得ら
れている。
The sheet resistance, the bonding strength, the heat resistance, and the wettability (corrosion resistance) are all practically acceptable. Even when a silicon carbide substrate is used, performance equivalent to this is obtained.

また、銀,白金,金,パラジウムの任意の組合せ及び
任意の組成からなる導体金属であつても、本発明の効果
は変らない。
The effect of the present invention does not change even if the conductor metal is made of any combination and any composition of silver, platinum, gold, and palladium.

実施例6 本実施例では、酸化クロム以外の他の添加物の効果に
関して説明する。実施例2と同様にして酸化クロムの代
替添加物である酸化チタン又は酸化ジルコニウムの添加
量を種々調整した導体ペースト組成物を作成した。ペー
スト組成物の作成にあたり導体金属粉末,有機ビヒクル
の種類及び量、そして第1ガラス物質の種類及び量は実
施例1に準拠した。更に、同ペーストにより上述と同様
の手順を経て窒化アルミニウム上に導体を形成した回路
基板10を作成した。なお、本実施例で以下に記述する金
属酸化物添加量とは、導体金属,第1ガラス質物質、そ
して金属酸化物の総重量に基づいた金属酸化物の重量
を、重量%で表わす。
Example 6 In this example, the effect of an additive other than chromium oxide will be described. In the same manner as in Example 2, a conductor paste composition was prepared in which the addition amount of titanium oxide or zirconium oxide, which is a substitute for chromium oxide, was variously adjusted. In preparing the paste composition, the types and amounts of the conductive metal powder and the organic vehicle, and the types and amounts of the first glass material were based on Example 1. Further, a circuit board 10 having a conductor formed on aluminum nitride was prepared using the paste and the same procedure as described above. In addition, the metal oxide addition amount described below in the present embodiment is expressed by weight% of the weight of the metal oxide based on the total weight of the conductive metal, the first vitreous substance, and the metal oxide.

第11図とは金属酸化物粉末添加量(重量%,横軸)と
シート抵抗(mΩ/□,縦軸)及び熱抵抗(℃/W,縦
軸)との関係を示すグラフである。シート抵抗は、添加
量5重量%以下では無添加に近い値が得られている。ま
た、熱抵抗も添加量10重量%以下では無添加に近い値が
得られている。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the amount of metal oxide powder added (% by weight, horizontal axis), sheet resistance (mΩ / □, vertical axis), and thermal resistance (° C./W, vertical axis). As for the sheet resistance, a value close to no addition is obtained when the addition amount is 5% by weight or less. Also, the thermal resistance shows a value close to no addition when the addition amount is 10% by weight or less.

第12図は、金属酸化物粉末添加量(重量%,横軸)と
接合強度(kg/mm2,縦軸)との関係を示すグラフであ
る。金属酸化物粉末添加量0.1〜10重量%の範囲で約4kg
/mm2と高い強度が得られている。なお、これらの金属酸
化物を添加した場合は無添加の場合に比べ、安定的に高
い強度が得られやすいことは酸化クロム添加の場合と同
様である。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the amount of metal oxide powder added (% by weight, horizontal axis) and bonding strength (kg / mm 2 , vertical axis). About 4 kg in the range of 0.1 to 10% by weight of metal oxide powder
/ mm 2 and high strength. Note that, when these metal oxides are added, stable high strength is easily obtained as compared with the case where no metal oxide is added, similarly to the case where chromium oxide is added.

第13図は、金属酸化物粉末添加量(重量%,横軸)と
ぬれ性(%,縦軸)との関係を示すグラフである。浸漬
初期では約10重量%を越える領域でぬれ性は低下する
が、10重量%以下では良好なぬれ性が保たれている。ま
た、浸漬60秒後では10重量%以下でも良好なぬれ性が保
たれており、10重量%以下でもはんだによる侵食に耐え
ている。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the amount of metal oxide powder added (% by weight, horizontal axis) and wettability (%, vertical axis). At the initial stage of immersion, the wettability decreases in a region exceeding about 10% by weight, but good wettability is maintained at 10% by weight or less. Also, after 60 seconds of immersion, good wettability is maintained even at 10% by weight or less, and even with 10% by weight or less, it resists erosion by solder.

以上の結果から、金属酸化物が酸化チタンや酸化ジル
コニウムの場合であつても酸化クロムを添加した場合と
同様の効果が得られることが明らかである。この効果は
基板が炭化シリコンの場合であつても変らない。
From the above results, it is apparent that the same effect as when chromium oxide is added can be obtained even when the metal oxide is titanium oxide or zirconium oxide. This effect does not change even when the substrate is made of silicon carbide.

また、上述の結果を総合的に見て選択される好ましい
金属酸化物の添加量は〔金属酸化物/金属導体+第1ガ
ラス質物質+金属酸化物)×100〕なる式に換算して0.1
〜5重量%である。
Further, the preferable addition amount of the metal oxide, which is selected in view of the above results comprehensively, is 0.1 in terms of [metal oxide / metal conductor + first glassy substance + metal oxide] × 100].
~ 5% by weight.

なお、本実施例では実施例1で用いた第1のガラス質
物質の場合について示したが、実施例2におけるNo.1〜
No.6の第1ガラス質物質を添加した場合、あるいは実施
例4の場合のように密度4g/cm3以下の第2のガラス質物
質を添加した場合でも上述した好ましい添加量の範囲は
変らない。
In this example, the case of the first vitreous substance used in Example 1 was described.
Even when the first vitreous material of No. 6 is added, or when the second vitreous material having a density of 4 g / cm 3 or less is added as in the case of Example 4, the range of the preferable addition amount described above is not changed. Absent.

また、銀,白金,金,パラジウムの任意の組合せ及び
任意の組成からなる導体金属であつても、本発明の効果
は変らない。
The effect of the present invention does not change even if the conductor metal is made of any combination and any composition of silver, platinum, gold, and palladium.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に詳述したように、本発明によれば、強固な接合
強度と金属ソルダに対する耐侵食性を有し、優れた放熱
性と電気伝導性を付与した導電領域を有し、熱的ストレ
スに対しても安定した性能を維持できる非酸化物系セラ
ミツクスからなる回路基板を得るのに有利な導体ペース
ト組成物を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, it has a strong bonding strength and erosion resistance to metal solder, has a conductive region imparted with excellent heat dissipation and electrical conductivity, and has a It is possible to provide a conductive paste composition that is advantageous for obtaining a circuit board made of non-oxide ceramics that can maintain stable performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1−1図は本発明の回路基板の1例の断面模式図、第
1−2〜第1−5図は本発明の回路基板構成成分の断面
における濃度分布、第2図及び第3図は本発明の回路基
板の温度サイクル数と接合強度の関係を示す図、第4図
は接合強度を棒グラス、第5図,第6図及び第11図は本
発明の回路基板のガラス物質添加量とシート抵抗及び熱
抵抗の関係を示す図、第7図,第8図及び第12図は本発
明の回路基板のガラス質物質添加量と接合強度の関係を
示す図、第9図,第10図及び第13図は本発明の回路基板
のガラス質物質添物量とはんだぬれ性の関係を示す図で
ある。
FIG. 1-1 is a schematic cross-sectional view of one example of a circuit board of the present invention, and FIGS. 1-2 to 1-5 are concentration distributions in cross sections of components of the circuit board of the present invention, FIGS. 2 and 3. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of temperature cycles and the bonding strength of the circuit board of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the bonding strength of the circuit board; FIGS. 7, 8 and 12 are diagrams showing the relationship between the amount and the sheet resistance and the thermal resistance, and FIGS. 7, 8 and 12 are diagrams showing the relationship between the amount of the vitreous substance added to the circuit board of the present invention and the bonding strength. 10 and 13 are diagrams showing the relationship between the amount of the vitreous substance additive and the solder wettability of the circuit board of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三▲吉▼ 忠彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 遠藤 恒雄 長野県小諸市大字柏木190番地 株式会 社日立製作所小諸工場内 (56)参考文献 特開 昭61−87397(JP,A) 特開 昭62−86602(JP,A) 特開 昭58−68918(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tadahiko San ▲ 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. In the Komoro factory of Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-61-87397 (JP, A) JP-A-62-86602 (JP, A) JP-A-58-68918 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】銀,金,白金及びパラジウムから選択した
少なくとも1種の金属からなる導体粉末と、 SiO2−B2O3−Al2O3−PbO−ZnO系で密度が4.0〜6.3g/cm3
であり550℃以下の軟化点を有するガラス粉末と、 クロム,チタン及びジルコニウムの群から選択された少
なくとも1種の金属の酸化物粉末と、 有機ビヒクルと、 を含んだことを特徴とする非酸化物系セラミックス用導
体ペースト組成物。
1. A silver, gold, and conductive powder made of at least one metal selected from platinum and palladium, density SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -PbO-ZnO system 4.0~6.3g / cm 3
A glass powder having a softening point of 550 ° C. or less, an oxide powder of at least one metal selected from the group consisting of chromium, titanium and zirconium, and an organic vehicle. Conductive paste composition for ceramics.
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