JP3564089B2 - Conductive paste and method for producing the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板等に膜状導体を形成する用途に用いられる導体ペーストに関する。
【0002】
【従来の技術】
ハイブリッドIC、マルチチップモジュール等を構築するのに用いられるセラミック配線基板その他のセラミック電子部品に所定パターンの膜状導体(配線、電極等)を形成する材料として導体ペーストが使用されている。この導体ペーストは、導体を形成する主成分たる金属粉末と必要に応じて添加される種々の添加剤(無機結合剤、ガラスフリット、フィラー等)とを所定の有機媒質(ビヒクル)に分散させることにより調製される導体形成材料である。
かかる導体ペーストは、スクリーン印刷等の一般的な手法によりセラミック基板等に印刷・塗布される。次いで、当該塗布物(塗膜)を適当な温度で焼成する(焼き付ける)ことにより、当該セラミック基板等のセラミック電子部品上に所定パターンの膜状導体が形成される。
このような導体ペーストとして典型的なものに、金属粉末として銀(Ag)を主体に構成されたものがある(以下「Agペースト」と略称する。)。Ag粉末は金(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等と比較して安価に入手できるものであり、さらに電気的抵抗度も低い。このため、Agペーストは各種電子部品に膜状導体を形成する用途に広く使用されている。
【0003】
ところで、上記用途のAgペーストには、従来、次のような問題点があった。すなわち、金属粉末がAgのみから成るAgペーストを使用して形成された膜状導体は、いわゆる半田耐熱性が低かった。このため、膜状導体に種々の素子を半田付けする際の高熱によって所謂「半田くわれ(典型的には膜状導体に含まれるAgの半田への溶解)」が生じる場合があった。そのような半田耐熱性が低いこと、即ち顕著な半田くわれの発生は、膜状導体から成る回路と素子の接合性を劣化させ、延いては断線その他の導通不良の原因ともなるため好ましくない。
従って、かかる半田くわれを防止するため、換言すれば半田耐熱性を向上させるため、従来、Agから成る導体の表面に更にニッケル(Ni)や銅(Cu)のめっき皮膜を形成する場合があった。膜状導体の表面にNiめっき皮膜等が形成されるとそれがバリアーの働きをしてAgベース導体の半田くわれを防止することができるからである。
しかし、このような金属めっき処理を別途行うことは、セラミック基板(例えば積層セラミックコンデンサ)等のセラミック電子部品の製造工程をより煩雑化するため、好ましくない。また、かかるめっき処理工程の追加は、当該電子部品の生産コスト高の要因ともなり得る。
【0004】
また、半田くわれを軽減・防止する他の手段として、Agのみから成るAgペーストに代えてAgとパラジウム(Pd)との混成金属粉末又はAgと白金(Pt)との混成金属粉末を主体とする導体ペーストが用いられている。かかるペーストを用いて形成されたAgとPd又はPtとから成る膜状導体によると、半田くわれの発生を軽減・抑止することができる。
しかし、AgとPd又はPtとから成る膜状導体は、Agのみから成る導体に比べて所謂「半田濡れ(半田の付着具合)」が劣るという問題点がある。また、PdやPtはAgと比べて高価であり、セラミック電子部品の生産コスト高の要因ともなる。
従って、そのような高価な貴金属を多量に用いたり或いはNiめっき等を別途施したりすることなく、半田耐熱性の向上した膜状導体を形成し得るAgベースの導体ペーストがセラミックコンデンサ等の電子部品製造分野において望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、セラミック基板等のセラミック電子部品を形成するためのAgペーストに関する上記従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その目的とするところは、実用上充分なレベルの半田濡れ性及び半田耐熱性をともに実現したAgベースの導体ペースト及びその製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのような導体ペーストを用いてセラミック電子部品を製造する方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の焼成された膜状導体を基材に形成する用途に用いられる導体ペーストは、金属粉末を主成分とし、その金属粉末は表面が有機系金属化合物でコーティングされたAg又はAg主体の合金から成る微粒子(粒子群)から実質的に構成されたものである。そして、その有機系金属化合物は、アルミニウム(Al)を構成金属元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド又はキレート化合物である。
【0007】
本発明者は、上記した類の有機系金属化合物(即ちAlを含有する有機化合物のことであり特に炭素−金属結合の有無を問わない。以下同じ。)でAg又はAg主体の合金から成る微粒子(粉体)をコーティングすることによって、そのAgベースの微粒子から成る焼成物(膜状導体)の半田耐熱性を著しく向上させ得ることを見出し、本発明の導体ペーストを創出した。
上記構成の導体ペーストによると、従来のAgペーストと比較して半田耐熱性が向上した膜状導体を形成することができる。すなわち、本発明のペーストによると、従来のAgペーストに劣らない半田濡れ性を具備すると共に、顕著な半田くわれが生じない実用上充分なレベルの半田耐熱性を備えた膜状導体をセラミック基材に形成する(焼き付ける)ことができる。
【0008】
本発明のペーストとして好ましいものでは、上記有機系金属化合物のコーティング量(含有量)は、その金属の酸化物換算(即ち当該有機系金属化合物を焼成した際に得られる金属酸化物(例えばAl 2 O 3 に換算した場合の重量)で、ペースト中に含まれる上記微粒子全量の0.01〜2.0wt%に相当する量であることを特徴とする。
本構成の導体ペーストによると、Agのみから成る膜状導体と同等の低抵抗率(即ち充分な導電性)を維持しつつ実用上充分なレベルの半田濡れ性及び半田耐熱性を共に実現することができる。
【0009】
また、本発明のペーストとして好ましいものは、上記微粒子(微粒子群即ち粉体)の平均粒径が0.3〜1.0μmであることを特徴とする。
本構成の導体ペーストによると、実用性に優れる半田濡れ性及び半田耐熱性を具備すると共に、抵抗増大や断線等の要因ともなり得る顕著なポアの発生が少なく、さらに、セラミック基材との接着強度に優れる緻密構造のAgベース膜状導体を形成することができる。例えば、積層セラミックコンデンサの幅広面(表面)に緻密な膜状導体(以下「表面導体膜」という。)を形成することができる。あるいは、そのような積層型セラミック電子部品の側面(表面導体膜形成面に隣接するいずれかの面をいう。以下同じ。)に、いわゆる端子電極等の膜状導体(以下「側面導体膜」という。)を形成することができる。
【0010】
また、本発明は、上述の導体ペーストを好適に製造する方法を提供する。すなわち、本発明によって提供される金属粉末を主成分とする導体ペーストの製造方法は、(a)Ag又はAg主体の合金から成る平均粒径0.3〜1.0μmの微粒子の表面を有機系金属化合物でコーティングすることによって金属粉末を調製する工程と、(b)そのコーティングされた金属粉末を有機媒質(ビヒクル)中に分散させる工程とを包含し、ここで上記有機系金属化合物はAlを構成金属元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド又はキレート化合物であることを特徴とする。
本構成の導体ペースト製造方法によると、上述した本発明の導体ペーストを好適に製造することができる。
【0011】
また、本発明は、上述の本発明の導体ペーストを用いてセラミック電子部品を製造する方法を提供する。
すなわち、本発明によって提供される、膜状導体が形成されたセラミック基材を含むセラミック電子部品の製造方法は、(a)次の性状の金属粉末すなわち「表面が有機系金属化合物でコーティングされたAg又はAg主体の合金から成る平均粒径0.3〜1.0μmの微粒子から実質的に構成されており、その有機系金属化合物はAlを構成金属元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド又はキレート化合物である」金属粉末を主成分とする導体ペーストをセラミック基材に塗布する(即ち付着させる)工程と、(b)その塗布されたペースト主成分を焼成する工程とを包含する方法である。
なお、本明細書において「セラミック電子部品」とは、セラミック製の基材(ベース)を有する電子部品一般をいう。従って、ハイブリッドIC、マルチチップモジュール類およびそれらを構成するセラミック配線基板、或いは積層セラミックコンデンサ等は、本明細書において定義される「セラミック電子部品」に包含される典型例である。
【0012】
本発明のセラミック電子部品製造方法では、セラミック基材に具備される膜状導体(所定パターンの配線や電極)が上述の導体ペーストから形成される結果、Agのみから成る膜状導体と同等の低抵抗率を維持しつつ実用上充分なレベルの半田濡れ性及び半田耐熱性を実現した膜状導体を備えたセラミック電子部品を製造することができる。すなわち、かかる製造方法によって、他の電子素子や回路と良好な接合性(高接合強度)を有し、電気的特性及び機械的特性に優れるセラミック電子部品を製造することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本発明の導体ペーストは、上述の金属粉末を主成分とすることで特徴付けられる電子部品形成用ペーストであり、上記目的を達成し得る限りにおいて他の副成分の内容や組成に特に制限はない。
本発明に係る金属粉末は、Ag若しくはAg主体の合金(例えばAg−Au合金、Ag−Pd合金)から実質的に構成されている微粒子群(以下「Agベース微粒子」と略称する。)と、その表面をコーティングする有機系金属化合物とから実質的に構成される粉末である。かかるAgベース微粒子としては、導電性付与の観点から、Ag単体または比抵抗値が概ね1×103Ω・cm以下(好ましくは1.8〜5.0×10-6Ω・cm、例えば1.9〜3.0×10-6Ω・cm)の合金から成るものが適当である。また、特に限定するものではないが、緻密構造の焼成膜を形成するという観点からは平均粒径が0.3〜1.0μmのAgベース微粒子が好ましい。また、そのような比較的微小な平均粒径を有し且つ粒径10μm以上(特に好ましくは粒径5μm以上)の粒子を実質的に含まないような粒度分布の比較的狭いAgベース微粒子が特に好ましい。
【0014】
なお、特に限定するものではないが、表面導体膜形成用ペーストと側面導体膜形成用ペーストとを区別して製造する場合、側面導体膜形成用ペーストに含まれるAgベース微粒子は、表面導体膜形成用ペーストに含まれるAgベース微粒子よりも粒径が小さいほうが好ましい。例えば、小型電子製品に搭載される多層セラミック回路基板(例えば携帯電話機に備えられる低温焼結型チップアンテナモジュール)の側面導体膜を形成するための導体ペーストに含ませるAgベース微粒子としては、平均粒径0.5μm未満(典型的には0.3〜0.5μm)のものが好ましい。このような粒径のAgベース微粒子を含むペーストを用いると、通常の表面導体・側面導体よりも抵抗が低く、緻密な表面導体・側面導体を形成することができる。また、表面導体膜よりも緻密で低抵抗性の側面導体膜(端子電極等)を形成することもできる
なお、Agベース微粒子自体は、従来公知の製造方法によって製造されたものでよく、特別な製造手段を要求するものではない。例えば、周知の還元析出法、気相反応法、ガス還元法等によって製造されたAgベース微粒子を使用することができる。
【0015】
次に、Agベース微粒子の表面をコーティングする有機系金属化合物について説明する。Agベース微粒子のコーティングに使用する有機系金属化合物としては、最終的(焼成後)にAgベース微粒子の表面に本発明の目的の実現に適う金属(金属酸化物又はその還元物を含む)の被膜(即ち当該表面を被覆する付着物)を形成し得る、Alを構成金属元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド又はキレート化合物が用いられる。
例えば、好適な金属アルコキシドとしては、アルミニウムエトキシド(Al(OC2H5)3)、アルミニウムt-ブトキシド(Al(OC(CH3)3)3)、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、アセトアルコキシアルミニウムエチルアセトアセテート、アセトアルコキシアルミニウムアセチルアセトネート等のアルミニウムアルコキシドが挙げられる
【0016】
また、本発明に係るAgベース微粒子のコーティングに使用する有機系金属化合物として他の好適なものは、Alを構成金属元素とする有機酸金属塩である
また、本発明者は、本発明とは解決すべき課題や目的が異なる高温焼成対応貴金属粉末(即ち高温で焼成処理した貴金属粉末:特開平8−7644号公報参照)を製造する際に好ましく使用されるある種の有機酸金属塩が、本発明に係る有機系金属化合物として好適であることを見出した。すなわち、本発明のAgベース微粒子コーティングに使用する有機系金属化合物として好適な有機酸金属塩は、上記列挙した元素を主構成金属元素とするカルボン酸塩である。例えば、Alと各種脂肪酸(例えばナフテン酸、オクチル酸、エチルヘキサン酸)、アビエチン酸、ナフトエ酸等の有機酸との化合物が挙げられる。特に好適な有機酸金属塩は、Alとカルボン酸(特に脂肪酸)との化合物である。
このような組成の有機酸金属塩によってコーティングされたAgベース微粒子の焼成物は、特に高い半田耐熱性や接着強度を実現する。従って、本発明の導体ペーストでは、後述する無機添加剤を添加しない場合でも、実用上充分なレベルの半田耐熱性や接着強度を有する膜状導体をセラミック基材に形成することができる。従って、本発明の導体ペーストを用いると、Pd等の高価な貴金属を大量に使用せずに且つ煩雑なメッキ処理を行うことなく、実用上充分なレベルの半田耐熱性や接着強度を有する膜状導体(表面導体膜、側面導体膜、内部導体膜(いくつかのセラミックシートを積層した際に、内部に埋設される膜状導体をいう。以下同じ。)等)をセラミック基材に形成することができる。
【0017】
次に、Agベース微粒子表面への有機系金属化合物のコーティング方法すなわち所定の有機系金属化合物でコーティングされた金属粉末の製造方法について説明する。
本発明の実施に用いられる金属粉末は、その主体たるAgベース微粒子表面に満遍なくほぼ均等に有機系金属化合物がコーティングされればよく、そのコーティング方法に特に制限はない。従って、従来知られている金属粒子への有機物コーティング方法をそのまま適用することができる。例えば、トルエン、キシレン、各種アルコール等の適当な有機溶剤に所望の有機系金属化合物を溶解若しくは分散する。次いで、得られた溶液若しくは分散液(ゾル)にAgベース微粒子を添加し、分散・懸濁する。この懸濁液を所定時間静置又は撹拌することによって、当該懸濁液中のAgベース微粒子の表面を目的の有機系金属化合物でコーティングすることができる。このとき、特に限定するものではないが、好ましくは有機系金属化合物のコーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子全量の0.01〜2.0wt%(典型的には0.01〜1.0wt%、例えば0.01〜0.1wt%)に相当する量となるように所望する有機系金属化合物を金属粉末にコーティングする。かかるコーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子の0.01wt%に相当する量よりも少なすぎる場合には、コーティングの効果が希薄であり、本発明に関する目的を達成し難い。他方、かかるコーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子の2.0〜3.0wt%に相当する量よりも過剰に多い場合には、Ag系金属粉末本来の電気的特性等の諸機能が損なわれる虞があるため好ましくない。
【0018】
特に表面導体膜形成用ペーストでは、かかるコーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子の0.025〜2.0wt%に相当する量であることが好ましい。焼成後のコーティング物質がアルミナである場合、即ちAlを構成元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド、キレート化合物等の有機系金属化合物でAgベース微粒子をコーティングする場合、そのコーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子の0.1〜2.0wt%に相当する量(例えば0.2〜1.0wt%)であることが特に好ましい。
かかるコーティング量の導体ペーストは、焼成時に過度の収縮が起こり難く、セラミック基材(アルミナ、ジルコニア等)と導体膜との間に過大な焼成収縮率差が生じるのを防止し得る。このため、接着特性に優れ、剥離やクラック等の顕著な構造欠陥のないセラミック電子部品を製造することができる。かかる導体ペーストは、内部導体膜形成用途としても好適である。
【0019】
また、特に限定しないが、側面導体膜形成用ペーストとしては、コーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子の0.01〜1.0wt%に相当する量であることが好ましい。焼成後のコーティング物質がアルミナである場合、即ちAlを構成元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド、キレート化合物等の有機系金属化合物でAgベース微粒子をコーティングする場合、そのコーティング量が酸化物換算でAgベース微粒子の0.01〜1.0wt%に相当する量(例えば0.0125〜0.1wt%)であることが特に好ましい。
【0020】
次に、本発明の導体ペーストに含ませ得る副成分として好適なものについて説明する。
本発明の導体ペーストの副成分として、上記金属粉末を分散させておく有機媒質(ビヒクル)が挙げられる。本発明の実施にあたっては、かかる有機ビヒクルは金属粉末を分散させておくものであればよく、従来の導体ペーストに用いられているものを特に制限なく使用することができる。例えば、エチルセルロース等のセルロース系高分子、エチレングリコール及びジエチレングリコール誘導体、トルエン、キシレン、ミネラルスピリット、ブチルカルビトール、ターピネオール等の高沸点有機溶媒が挙げられる。
【0021】
また、本発明の導体ペーストには、当該ペースト本来の導電性(低抵抗率)、半田濡れ性、半田耐熱性、接着強度等を著しく損なわない限りにおいて種々の無機添加剤を副成分として含ませることができる。例えば、かかる無機添加剤としては、ガラス粉末、無機酸化物、その他種々のフィラー等が挙げられる。特に若干量のガラス粉末及び/又は無機酸化物の添加が好適である。
すなわち、ガラス粉末は、セラミック基材上に付着したペースト成分を安定的に焼き付き・固着させること(即ち接着強度の向上)に寄与する無機成分(無機結合材)となり得る。特に酸化物ガラスが好ましい。酸化物ガラス粉末は、セラミック基材上に付着したペースト成分を安定的に焼き付き・固着させること(即ち接着強度の向上)に寄与する無機成分(無機結合材)となり得る。後述する焼成温度との関係から、軟化点が概ね800℃以下のものが好ましい。そのようなガラス粉末として、鉛系、亜鉛系及びホウケイ酸系ガラスが挙げられ、典型的には、PbO−SiO2−B23系ガラス、PbO−SiO2−B23−Al23系ガラス、ZnO−SiO2系ガラス、ZnO−B23−SiO2系ガラス、Bi23−SiO2系ガラス及びBi23−B23−SiO2系ガラスから成る群から選択される一種又は二種以上のガラス粉末を使用するのが適当である。また、使用するガラス粉末としては、その比表面積が概ね0.5〜50m2/gであるものが好ましく、平均粒径が2μm以下(特に1μm程度又はそれ以下)のものが特に好適である。
【0022】
また、無機酸化物は、セラミック基材と膜状導体との間の接着強度の向上に寄与し得る。さらに、本発明の導体ペーストから形成された膜状導電体の焼成時に過大な焼成収縮応力が生じるのを防止し、製造しようとするセラミック電子部品の精度や機械的強度を実用上高レベルに維持することに寄与する無機成分となり得る。そのような金属酸化物として、酸化銅、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン等が挙げられる。これらのうち、酸化銅、酸化鉛、酸化ビスマスが、特に好適な酸化物である。なかでも酸化ビスマスは、Ag系金属粉末の焼結を促進するとともに、Agとセラミック基材(アルミナ等)との濡れ性を向上させ得るため、特に好適な無機酸化物である。また、酸化銅は基板との密着性を向上させ得る。
また、使用する金属酸化物としては、ペーストの充填率や分散性を適切化するという観点から、平均粒径が5μm以下(典型的には1〜5μm、特に好ましくは1μm以下)の粉末が好ましい。また、比表面積については、少なくとも0.5m2/gである粉体が好ましく、1.0m2/g以上(典型的には1.0〜2.0m2/g、特に好ましくは2.0〜100m2/g)である粉体が特に好ましい。
【0023】
また、本発明の導体ペーストには、当該ペースト本来の導電性(低抵抗率)、半田濡れ性、半田耐熱性、接着強度等を著しく損なわない限りにおいて種々の有機添加剤を副成分として含ませることができる。例えば、かかる有機添加剤としては、各種の有機バインダー、セラミック基材との密着性向上を目的としたシリコン系、チタネート系及びアルミニウム系等の各種カップリング剤等が挙げられる。
有機バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、セルロース系高分子、ポリビニルアルコール等をベースとするものが挙げられる。本発明の導体ペーストに良好な粘性及び塗膜(基材に対する付着膜)形成能を付与し得るものが好適である。また、本発明の導体ペーストに光硬化性(感光性)を付与したい場合には、種々の光重合性化合物及び光重合開始剤を適宜添加してもよい。
【0024】
なお、上記の他にも本発明の導体ペーストには、必要に応じて界面活性剤、消泡剤、可塑剤、増粘剤、酸化防止剤、分散剤、重合禁止剤等を適宜添加することができる。これら添加剤は、従来の導体ペーストの調製に用いられ得るものであればよく、詳細な説明は省略する。
【0025】
次に、本発明に係る導体ペーストの調製について説明する。本発明の導体ペーストは従来の導体ペーストと同様、典型的には金属粉末と有機媒質(ビヒクル)を混和することによって容易に調製することができる。このとき、必要に応じて上述したような添加剤を添加・混合するとよい。例えば、三本ロールミルその他の混練機を用いて、金属粉末及び各種添加剤を有機ビヒクルとともに所定の配合比で直接混合し、相互に練り合わせる。
【0026】
特に限定するものではないが、好ましくは、主成分たる金属粉末の含有率がペースト全体の60〜95wt%となるように各材料を混練するのがよく、70〜90wt%となるように混練するのが特に好ましい。なお、表面導体膜形成用ペーストではかかる含有率が60〜80wt%(好適には65〜75wt%)となるように混練するのが好ましい。他方、側面導体膜形成用Agペーストではかかる含有率が75〜95wt%(好適には80〜90wt%)となるように混練するのが好ましい。
ペースト調製に用いられる有機ビヒクルの添加量は、ペースト全体のほぼ1〜40wt%となる量が適当であり、1〜20wt%となる量が特に好ましい。
また、無機添加剤として上述のガラス粉末を加える場合には、金属粉末重量の0.5wt%以下(より好ましくは0.25wt%以下)程度の量を添加するのが好ましい。かかる低率の添加量によると、本発明の導体ペーストの良好な導電率や半田濡れ性を実質的に損なうことなく、本発明のペーストから得られる焼成物(膜状導体)のセラミック基材に対する接着強度の向上を実現することができる。
他方、無機添加剤として上述の無機酸化物を加える場合には、金属粉末重量の5.0wt%以下(より好ましくは2.0wt%以下、更に好ましくは1.0wt%以下、特に好ましくは0.50wt%以下)程度の量を添加するのが好ましい。かかる低率の添加量によると、本発明の導体ペーストの良好な導電率や半田濡れ性を実質的に損なうことなく、本発明のペーストから得られる焼成物(膜状導体)のセラミック基材に対する接着強度の向上及び焼成収縮の抑制を実現することができる。
【0027】
接着強度の向上は、特に側面導体膜(端子電極等)について問題となる性質である。従って、セラミック基材としてアルミナ等の酸化物セラミックス製のものを使用し、表面導体膜形成用ペーストと側面導体膜形成用ペーストとを用いてセラミック電子部品を製造する場合には、側面導体膜形成用ペーストに副成分として無機酸化物粉末を比較的高率に含有させるとよい。一方、表面導体膜形成用ペーストには、かかる無機酸化物粉末を必ずしも含有させる必要はなく、接着強度向上の観点から無機酸化物粉末を含有させる場合であっても、その含有率は、側面導体膜形成用ペーストの無機酸化物粉末含有率よりも低くてよい。例えば、側面導体膜形成用ペーストに酸化ビスマス、酸化銅等の無機酸化物粉末を含ませる場合、Agベース微粒子の0.001〜5.0wt%(より好ましくは0.005〜2.0wt%)となる比率で含ませるのが好ましい。他方、表面導体膜形成用Agペーストは、かかる無機酸化物粉末を実質的に含有しないか、その含有率がAg系金属粉末の0.01wt%未満であるものが好ましい。特に酸化物ガラス粉末を比較的多量に含有させることは、導体抵抗の上昇を招く虞がある。
なお、各成分の含有率・配合比等に係る上記数値範囲は厳密に解釈すべきでなく、本発明の目的を達成し得る限りかかる範囲からの若干の逸脱を許容するものである。
【0028】
次に、本発明の導体ペーストを用いた膜状導体形成に係る好適例について説明する。本発明の導体ペーストは、セラミック製の基材(基板)上に配線、電極等の膜状導体を形成するのに従来用いられてきた導体ペーストと同様に取り扱うことができ、従来公知の方法を特に制限なく採用することができる。典型的には、スクリーン印刷法やディスペンサー塗布法等によって、所望する形状・厚みとなるようにして導体ペーストをセラミック基材(基板)に塗りつける。次いで、好ましくは乾燥後、加熱器中で適当な加熱条件(典型的には最高焼成温度が概ね500〜960℃、好ましくはAgの融点を超えない温度域、例えば700〜960℃特には800〜900℃)で所定時間加熱することによって、その塗りつけられたペースト成分を焼成(焼き付け)・硬化させる。この一連の処理を行うことによって、目的の膜状導体(配線、電極等)が形成されたセラミック電子部品(例えばハイブリッドICやマルチチップモジュールの構築用セラミック配線基板)が得られる。而して、当該セラミック電子部品を組み立て材料として用いつつ従来公知の構築方法を適用することによってさらに高度なセラミック電子部品(例えばハイブリッドICやマルチチップモジュール)を得ることができる。なお、かかる構築方法自体は、特に本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
なお、用途限定を意図するものではないが、上述のとおり、本発明の導体ペーストによると従来のものよりも半田耐熱性や接着強度に優れる膜状導体を形成することができる。このため、本発明の導体ペーストは、膜厚が10〜30μm程度の導体の形成のみならず、10μm以下の比較的薄い膜厚の導体を形成する用途にも好適である。
【0029】
【実施例】
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【0030】
<実施例1:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例では、金属粉末のベースとして、一般的な湿式法により調製された平均粒径が0.8〜1.0μmの範囲にある略球状のAg粉末を使用した。但し、後述する表中において0.8≫1.0と示すように、粒径約0.8μmの粒子が粒径約1.0μmの粒子よりも富む粒度分布である。一方、有機系金属化合物として、アルミニウムアルコキシド(ここではアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート)を用いた。
而して、適当な有機溶剤(ここではメタノール)に上記アルミニウムアルコキシドを添加し、濃度5〜100g/lのコーティング用溶液を調製した。次いで、かかる溶液中に上記Ag粉末を適当量懸濁させ、適宜撹拌しつつ1〜3時間懸濁状態を維持した。その後、Ag粉末を回収し、60〜110℃で通風乾燥した。
以上の処理によって、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.0125wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドによって表面がほぼ均等にコーティングされたAg粉末(以下「AlコーティングAg粉末」という。)を得た。
【0031】
次に、上記得られたAlコーティングAg粉末を使用して導体ペーストを調製した。すなわち、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ここではターピネオール)となるように使用材料を秤量し、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0032】
<実施例2:本発明の導体ペーストの調製>
上記コーティング溶液のアルミニウムアルコキシド濃度及び必要に応じてAg粉末の懸濁時間を適宜調節することによって、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.025wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た。次いで、かかるAlコーティングAg粉末を用いて実施例1と同様の処理を行い、本実施例に係る導体ペーストを調製した。すなわち、本実施例に係る導体ペーストと実施例1に係る導体ペーストとは、アルミニウムアルコキシドのコーティング量のみが異なる。
【0033】
<実施例3:本発明の導体ペーストの調製>
上記コーティング溶液のアルミニウムアルコキシド濃度及び必要に応じてAg粉末の懸濁時間を適宜調節することによって、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.05wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た。次いで、かかるAlコーティングAg粉末を用いて実施例1と同様の処理を行い、本実施例に係る導体ペーストを調製した。すなわち、本実施例に係る導体ペーストと実施例1及び実施例2に係る導体ペーストとは、アルミニウムアルコキシドのコーティング量のみが異なる。
【0034】
<実施例4:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例では、金属粉末のベースとして、平均粒径が0.8〜1.0μmの範囲にある略球状のAg粉末を使用した。但し、後述する表中において0.8≪1.0と示すように、粒径約1.0μmの粒子が粒径約0.8μmの粒子よりも富む粒度分布のものを使用した。かかるAg粉末以外は実施例1と同様の材料・処理を適用して本実施例に係る導体ペーストを調製した。すなわち、本実施例に係る導体ペーストと実施例1に係る導体ペーストとは、Al粉末(粒度分布)のみが異なる。
【0035】
<実施例5:本発明の導体ペーストの調製>
上記コーティング溶液のアルミニウムアルコキシド濃度及び必要に応じてAg粉末の懸濁時間を適宜調節することによって、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.025wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た以外は、実施例4と同様の材料・処理を採用して本実施例に係る導体ペーストを調製した。すなわち、本実施例に係る導体ペーストと実施例4に係る導体ペーストとは、アルミニウムアルコキシドのコーティング量のみが異なる。
【0036】
<実施例6:本発明の導体ペーストの調製>
上記コーティング溶液のアルミニウムアルコキシド濃度及び必要に応じてAg粉末の懸濁時間を適宜調節することによって、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.05wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た以外は、実施例4と同様の材料・処理を採用して本実施例に係る導体ペーストを調製した。すなわち、本実施例に係る導体ペーストと実施例4及び実施例5に係る導体ペーストとは、アルミニウムアルコキシドのコーティング量のみが異なる。
【0037】
【0038】
【0039】
<実施例8:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として亜鉛系ガラス(ZnO−B23−SiO2系ガラス、平均粒径:1〜2μm、軟化点:780℃)を含有する導体ペーストを調製した。
すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末(コーティング量:0.050wt%(Al2O3換算))および亜鉛系ガラス粉末(比表面積1〜2m2/gのガラスフリット)を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.5wt%となる量の亜鉛系ガラス粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0040】
<実施例9:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として鉛系ガラス(PbO−SiO2−B23系ガラス、平均粒径:1〜2μm、軟化点:700℃)を含有するペーストを調製した。
すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末および鉛系ガラス粉末(比表面積1〜2m2/gのガラスフリット)を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.25wt%となる量の鉛系ガラス粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0041】
<実施例10:本発明の導体ペーストの調製>
鉛系ガラス粉末の添加量を対Ag粉末重量比で0.5wt%とした以外は、実施例9と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0042】
<実施例11:本発明の導体ペーストの調製>
鉛系ガラス粉末の添加量を対Ag粉末重量比で1.0wt%とした以外は、実施例9と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0043】
<実施例12:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤としてホウケイ酸系ガラス(Bi23−B23−SiO2系ガラス、平均粒径:1〜2μm、軟化点:725℃)を含有するペーストを調製した。
すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末およびホウケイ酸系ガラス粉末(比表面積1〜2m2/gのガラスフリット)を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.5wt%となる量のホウケイ酸系ガラス粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0044】
<実施例13:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として酸化銅(Cu2O)粉末を含有するペーストを調製した。すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末および酸化銅粉末(平均粒径:1〜5μm、比表面積:0.5〜1.5m2/g)を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.25wt%となる量の酸化銅粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0045】
<実施例14:本発明の導体ペーストの調製>
酸化銅粉末の添加量を対Ag粉末重量比で0.5wt%とした以外は、実施例13と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0046】
<実施例15:本発明の導体ペーストの調製>
酸化銅粉末の添加量を対Ag粉末重量比で1.0wt%とした以外は、実施例13と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0047】
<実施例16:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として酸化鉛(Pb3O4)粉末を含有するペーストを調製した。すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末および酸化鉛粉末(平均粒径:1〜5μm、比表面積:0.5〜1.5m2/g)を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.25wt%となる量の酸化鉛粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0048】
<実施例17:本発明の導体ペーストの調製>
酸化鉛粉末の添加量を対Ag粉末重量比で0.5wt%とした以外は、実施例16と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0049】
<実施例18:本発明の導体ペーストの調製>
酸化鉛粉末の添加量を対Ag粉末重量比で1.0wt%とした以外は、実施例16と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0050】
<実施例19:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として酸化ビスマス(Bi2O3)粉末を含有するペーストを調製した。すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末および酸化ビスマス粉末(平均粒径:1〜10μm、比表面積:0.5〜2.0m2/g)を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.25wt%となる量の酸化ビスマス粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0051】
<実施例20:本発明の導体ペーストの調製>
酸化ビスマス粉末の添加量を対Ag粉末重量比で0.5wt%とした以外は、実施例19と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0052】
<実施例21:本発明の導体ペーストの調製>
酸化ビスマス粉末の添加量を対Ag粉末重量比で1.0wt%とした以外は、実施例19と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0053】
<実施例22:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として上述の酸化ビスマス粉末及び鉛系ガラス粉末を含有するペーストを調製した。すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末、上記酸化ビスマス粉末及び上記鉛系ガラスを使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.5wt%となる量の酸化ビスマス粉末及び0.25wt%となる量の鉛系ガラス粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0054】
<実施例23:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例では、金属粉末のベースとして、平均粒径が0.3〜0.5μmの範囲にある微細なAg粉末を使用した。そして、実施例3と同様の処理を行い、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.05wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た。
而して、当該AlコーティングAg粉末を用いる以外は、上記実施例20と同様の処理を行い、無機添加剤として酸化ビスマス粉末(対Ag粉末重量比で0.5wt%)を含有する本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0055】
<実施例24:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例では、金属粉末のベースとして、平均粒径が0.3〜0.5μmの範囲にある微細なAg粉末を使用した(なお実施例23とはAg粉末の製造元が異なる)。そして、実施例3と同様の処理を行い、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.05wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た。
而して、当該AlコーティングAg粉末を用いる以外は、上記実施例20と同様の処理を行い、無機添加剤として酸化ビスマス粉末(対Ag粉末重量比で0.5wt%)を含有する本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0056】
<実施例25:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例では、金属粉末のベースとして、平均粒径が0.5〜0.7μmの範囲にあるAg粉末を使用した。そして、実施例3と同様の処理を行い、酸化アルミニウム(Al2O3)換算でAg粉末の略0.05wt%となる量の上記アルミニウムアルコキシドで表面が略均等にコーティングされたAg粉末を得た。
而して、当該AlコーティングAg粉末を用いる以外は、上記実施例20と同様の処理を行い、無機添加剤として酸化ビスマス粉末(対Ag粉末重量比で0.5wt%)を含有する本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0057】
<実施例26:本発明の導体ペーストの調製>
本実施例において、無機添加剤として上述の酸化ビスマス粉末及び酸化銅粉末を含有するペーストを調製した。すなわち、実施例3で得たAlコーティングAg粉末、上記酸化ビスマス粉末及び上記酸化銅粉末を使用するとともに、最終的なペースト濃度(重量比)がAlコーティングAg粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、さらに対Ag粉末重量比で0.5wt%となる量の酸化ビスマス粉末及び0.5wt%となる量の酸化銅粉末を加え、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0058】
<実施例27:本発明の導体ペーストの調製>
酸化銅粉末の添加量を対Ag粉末重量比で0.25wt%とした以外は、実施例26と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0059】
<実施例28:本発明の導体ペーストの調製>
酸化銅粉末の添加量を対Ag粉末重量比で0.125wt%とした以外は、実施例26と同様の処理を行って本実施例に係る導体ペーストを調製した。
【0060】
<比較例1:従来の導体ペーストの調製>
本比較例では、金属粉末のベースとして、平均粒径が2.0〜3.0μmの範囲にあるAg粉末を使用した。有機系金属化合物によるコーティングは行っていない。すなわち、かかる非コーティングAg粉末をそのまま用いて最終的なペースト濃度(重量比)が当該Ag粉末87wt%および残部が溶剤(ターピネオール)となるようにこれら材料を秤量し、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、本比較例に係る導体ペーストを調製した。
【0061】
<比較例2:従来の導体ペーストの調製>
本比較例では、金属粉末のベースとして、平均粒径が約1.0μmの範囲にあるAg粉末を使用した。有機系金属化合物によるコーティングは行っていない。
而して、かかる非コーティングAg粉末を使用する以外は、実施例26と同様の処理を行い、無機添加剤として酸化ビスマス粉末及び酸化銅粉末(それぞれ対Ag粉末重量比で0.5wt%)を含有する本比較例に係る導体ペーストを調製した。
なお、上述の各実施例および比較例の導体ペーストにおけるAg粉末の平均粒径、有機系金属化合物(即ちアルミニウムアルコキシド)のコーティング量、無機添加剤の種類及びその添加量を、以下の表1〜表10に欄を設けて示している。
【0062】
【表1】

Figure 0003564089
【0063】
【表2】
Figure 0003564089
【0064】
【表3】
Figure 0003564089
【0065】
【表4】
Figure 0003564089
【0066】
【表5】
Figure 0003564089
【0067】
【表6】
Figure 0003564089
【0068】
【表7】
Figure 0003564089
【0069】
【表8】
Figure 0003564089
【0070】
【表9】
Figure 0003564089
【0071】
【表10】
Figure 0003564089
【0072】
<実施例29:膜状導体の形成及びその評価(1)>
次に、各実施例及び比較例に係る導体ペーストを用いて、セラミック基材(ここでは厚みが約0.8mmのアルミナ製基板)の表面に膜状導体を形成した。すなわち、一般的なスクリーン印刷法に基づいてセラミック基板の表面に導体ペーストを塗布し、所定の膜厚(10〜30μm:各表中の「塗膜厚み」欄参照。)の塗膜を形成した。
続いて、遠赤外線乾燥機を用いて100℃で15分間の乾燥処理を施した。この乾燥処理により、上記塗膜から溶剤が揮発していき、セラミック基板上に未焼成の膜状導体が形成された。
【0073】
次に、この膜状導体をセラミック基板ごと焼成した。すなわち、電気炉中で700,750,800,850または900℃のいずれか(使用したペースト毎に異なる。各表中の「焼成温度」欄を参照。)で1時間の焼成処理を行った。この焼成処理によって、所定の膜厚(各表中の「焼成膜厚み」欄を参照。)の膜状導体をセラミック基板上に焼き付けた。以下、単に膜状導体というときは当該焼成後のものを指す。
【0074】
次に、得られた各膜状導体の特性評価として、抵抗値、シート抵抗値、半田濡れ性、半田耐熱性および引っ張り強度を以下のように試験・測定した。これら特性評価試験の結果は、使用ペーストごとに表1〜10の各々対応する欄に示している。なお、表中のn.d.は未測定であることを示している。
【0075】
<抵抗値の測定>
実施例1〜7に係る導体ペーストを使用して得られた膜状導体のそれぞれについて以下のようにして抵抗値(Ω)を測定した。すなわち、デジタルマルチメーターを用いて一般的な2端子法に基づいて膜状導体の抵抗値(Ω)を測定した。
【0076】
<シート抵抗値の測定>
実施例1〜25及び比較例1、2に係る導体ペーストを使用して得られた膜状導体のそれぞれについて以下のようにしてシート抵抗値(mΩ/□)を測定した。すなわち、シート抵抗値(mΩ/□)は上記測定抵抗値(Ω)に基づいて次式より算出した。
シート抵抗値(mΩ/□)=測定抵抗値(Ω)×(導体幅(mm)/導体長さ(mm))×(導体厚み(μm)/換算厚み(μm));ここで換算厚みは焼成物10μm若しくは印刷物25μm。
【0077】
<半田濡れ性>
各実施例及び比較例に係る導体ペーストを使用して得られた膜状導体のそれぞれについて以下のようにして半田濡れ性を調べた。すなわち、各セラミック基板の膜状導体部分にロジンフラックスを塗布した後、当該基板を230±5℃の半田(Sn/Pb=60/40(重量比))に3秒間浸漬した。その後、当該半田で濡れている膜状導体部分の面積比率で半田濡れ性を評価した。具体的には、膜状導体の表面の90%以上が濡れたものは良好な半田濡れ性を示すものと判断し、表中において◎で示した。他方、半田濡れ部分が膜状導体表面全体の80%以下のものについては、半田濡れ性が劣るものと判断し、表中において×で示した。
【0078】
<半田耐熱性>
各実施例及び比較例2に係る導体ペーストを使用して得られた膜状導体のそれぞれについて以下のようにして半田耐熱性を調べた。すなわち、各セラミック基板の膜状導体部分にロジンフラックスを塗布した後、当該基板を所定温度の半田(Sn/Pb=60/40(重量比))に所定時間浸漬した。ここでは、かかる半田温度条件及び浸漬時間を230±5℃×30秒、260±5℃×10秒、および260±5℃×20秒の3通りとした(適用条件は使用したペースト毎に異なる。各表中の「半田耐熱性」欄を参照。)。
而して、浸漬後に「半田くわれ」されなかった部分、即ち浸漬前と比較して浸漬後にセラミック基板上に残存している膜状導体の面積比率で半田耐熱性を評価した。具体的には、膜状導体の略90%以上が残存しているものは優れた半田耐熱性を示すものと判断し、表中において◎で示した。また、膜状導体の略80%以上90%未満が残存しているものは良好な半田耐熱性を示すものと判断し、表中において○で示した。他方、膜状導体の残存している部分が浸漬前の略80%未満のものは半田耐熱性が比較的劣っているものと判断し、表中において×で示した。
【0079】
<引っ張り強度>
各実施例及び比較例2に係る導体ペーストを使用して得られた膜状導体のそれぞれについて、セラミック基板に対する接着強度の指標として引っ張り強度(kg)を以下のようにして測定した。すなわち、セラミック基板に焼き付き形成された膜状導体に評価用リード線(スズめっき銅線)を半田付けした。その後、そのリード線を基板の面方向とは垂直方向に所定の力で引っ張り、その接合面が破壊(分断)された時の負荷(kg)を接着強度(引っ張り強度)とした。なお、ここでは、上記焼成処理直後のセラミック基板、焼成後さらに150℃で48時間、100時間又は200時間のエージングを施した後のセラミック基板について上記引っ張り強度試験を行った(条件は使用したペースト毎に異なる。各表中の「引っ張り強度」欄を参照。)。
【0080】
表1〜10に示した上記各特性評価試験の結果から明らかなように、本実施例に係る導体ペーストから形成された膜状導体(厚み:10〜22μm)は、何れも導体として問題のない抵抗値及び/又はシート抵抗値を示した。これらの結果は、導電性即ち電気的特性の観点からみて本発明の導体ペーストが膜状導体形成用途に好適に用い得ることを示すものである。
また、半田濡れ性については、比較的多量に鉛系ガラス粉末又はホウケイ酸系ガラス粉末を添加したもの(実施例10,11,12)については若干劣っていた(概ね50%〜70%)ものの、それら以外のものは、半田濡れ性の上記指標値が90%以上(表中の◎)を示した。このことは、半田濡れ性の観点からみて、本発明の導体ペーストが膜状導体形成用途に好適であることを示すものである。また、ガラス粉末を添加する場合は、亜鉛系ガラス粉末が比較的好ましい(実施例8)。
【0081】
半田耐熱性に関する評価試験から明らかなように、各実施例に係る導体ペーストから形成された膜状導体は、従来のAg/Pd粉末を含む導体ペーストから形成された膜状導体やNiめっきされた膜状導体と同等かそれ以上の半田耐熱性を示した。特に、無機添加剤を添加せずに調製したペースト(実施例1〜)であっても、高い半田耐熱性を有していることが確認された(実施例1〜)。このことは、本発明によると、金属(Ag)粉末に対して0.01wt%(酸化物換算)程度のごく僅かな量の有機系金属化合物(ここでは金属アルコキシド)でAgベース微粒子をコーティングすることにより、高価なPdを使用したり煩雑なNiめっき処理を行うことなく実用レベルでの高い半田耐熱性を実現できることを示すものである。
【0082】
また、引っ張り強度に関する評価試験から明らかなように、本発明の導体ペーストから形成された膜状導体は、Agベース微粒子の焼成物である結果、特に添加剤を必要とすることなく実用レベルの接着強度を保持することが認められた(実施例1〜)。また、無機添加剤を添加した各実施例のペーストを用いた結果から、適当量のガラスフリット及び/又は無機酸化物粉末を添加することにより、所望する半田耐熱性や半田濡れ性を維持しつつ接着強度を向上させ得ることが確認された(例えば実施例3と実施例13〜15参照)。特に、適当量の無機酸化物の添加が有効である。かかる添加によって、高い半田濡れ性及び半田耐熱性の維持と接着強度の向上とを共に実現させることができる(実施例13〜28参照)。さらに焼成収縮の低減にも寄与する。なお、添加する無機酸化物は1種類でもよいが、2種類又はそれ以上組み合わせて添加することが好ましいことが示された(実施例26〜28参照)。
【0083】
各実施例で使用したAg粉末の平均粒径(0.2〜1.0μm)は、本発明の導体ペーストを調製するのに適当なものであった(実施例20,23,24,25参照)。また、各実施例に係る導体ペーストを使用した場合の膜状導体焼成温度は、比較的高いレベルの接着強度保持の観点から800℃以上が好ましく、850〜900℃程度の焼成温度が特に好適であることが示された。
【0084】
<実施例30:膜状導体の形成及びその評価(2)>
次に、本実施例に係る導体ペーストによると、上記比較例で形成したものよりも薄い膜状導体(10μm以下)を好適に形成し得ることを確認するため、実施例17,20,22及び比較例2の計4種類の導体ペーストを用いて比較的厚い膜状導体と比較的薄い膜状導体とを形成し、上記実施例29と同様の特性評価を行った。
すなわち、実施例29と同様、スクリーン印刷法に基づいてセラミック基板の表面に各導体ペーストを塗布し、ペーストごとに薄い塗膜と厚い塗膜を形成した。その後、実施例29と同様の焼成処理を行い、比較的厚い膜状導体(膜厚:12〜15μm)と、比較的薄い膜状導体(膜厚:6〜8μm)を形成した。
次いで得られた各膜状導体の特性評価として、シート抵抗値、半田濡れ性、半田耐熱性および引っ張り強度を上記実施例と同様にして試験・測定した。結果を以下の表11及び表12に示す。
【0085】
【表11】
Figure 0003564089
【0086】
【表12】
Figure 0003564089
【0087】
表11及び12に示した結果から明らかなように、これら実施例に係る導体ペーストによると、比較的厚い膜状導電膜と実質的に同等の導電性、半田濡れ性および半田耐熱性を具備する10μm以下の薄い膜状導電膜を形成することができる。このことは、本発明の導体ペーストによると、電気的特性及び/又は機械的特性に優れた薄膜回路基板や薄膜ハイブリッドIC等のセラミック電子部品を好適に製造し得ることを示すものである。
【0088】
以上の実施例から、本発明の導体ペーストとして好適ないくつかの実施形態が明らかとなった。好適な導体ペーストは、次の条件の一つ又は二つ以上を構成要件とするものが挙げられる。すなわち、
(1).平均粒径が0.2〜1.0μmのAg粉末を金属粉末の主体とする。
(2).Ag又はAg主体の合金の微粒子に有機系金属化合物として金属アルコキシド(特に好ましくはアルミニウムアルコキシド)がコーティングされたものを金属粉末とする。
(3).金属アルコキシドのコーティング量(含有率)が酸化物換算で金属(Ag)粉末の0.01〜0.1wt%に相当する量である。
(4).金属(Ag)粉末の略1wt%又はそれ以下に相当する量(好ましくは0.5wt%以下)で、1種又は2種以上の無機酸化物(好ましくは酸化銅、酸化鉛及び/又は酸化ビスマス)を無機添加剤として含む。
(5).金属(Ag)粉末の略0.5wt%又はそれ以下に相当する量(好ましくは0.25wt%以下)で、1種又は2種以上のガラス粉末(好ましくは亜鉛系ガラス、鉛系ガラス及び/又はホウケイ酸系ガラス)を無機添加剤として含む。
【0089】
また、以上の実施例から、本発明の導体ペーストを用いてのセラミック電子部品製造方法として特に好適ないくつかの実施形態が明らかとなった。本発明のセラミック電子部品製造方法として特に好適なものには、上述したいずれかの好適な実施形態に係る導体ペーストを使用することを特徴とする方法が挙げられ、或いは、セラミック基材に塗布したペースト主成分(即ちコーティング金属粉末)を800〜900℃程度の温度で焼成することを特徴とする方法が挙げられる。
【0090】
<実施例31〜33:側面導体膜形成用Agペースト>
表13に実施例31〜33として示す計種類の組成の側面導体膜形成用Agペーストを調製した。
すなわち、Agベース微粒子として一般的な湿式法により調製された平均粒径が0.3〜0.5μm(実施例32を除く)又は0.6〜0.8μm(実施例32のみ)の範囲にある略球状のAg粉末を使用した。また、コーティング材料としてアルミニウムアルコキシド(アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート)を用いた。而して、適当な有機溶剤(ここではメタノール)に上記金属アルコキシドを添加し、濃度5〜100g/lのコーティング用溶液を調製した。次いで、かかる溶液中に上記Ag粉末を適当量懸濁させ、適宜撹拌しつつ1〜3時間懸濁状態を維持した。その後、Ag粉末を回収し、60〜110℃で通風乾燥した。
以上の処理によって、酸化物(Al 2 O 3 換算でAg粉末の略0.0125〜0.1wt%となる量のアルミニウムアルコキシドによって表面がほぼ均等にコーティングされたAg粉末(以下「コーティングAg粉末」という。)を得た。なお、かかるコーティング量の調整は、上記コーティング溶液の金属アルコキシド濃度及び必要に応じてAg粉末の懸濁時間を適宜調節することによって容易に行うことができる。
【0091】
側面導体形成用Agペーストの調製には、無機酸化物粉末として平均粒径:1〜5μm、比表面積:0.5〜1.5m2/gの酸化銅(Cu2O又はCuO)粉末及び平均粒径:1〜10μm、比表面積:0.5〜2.0m2/gの酸化ビスマス(Bi2O3)粉末を使用した。
而して、最終的な濃度(重量比)が65〜75wt%となる量のコーティングAg粉末と、コーティングAg粉末量の0.01〜1.0wt%に相当する量の酸化ビスマス粉末と、コーティングAg粉末量の0.005〜0.5wt%に相当する量の酸化銅粉末と、コーティングAg粉末量の1.5〜10wt%に相当する量の有機バインダー(エチルセルロース)と、残部が溶剤(実施例31〜32についてはBC(ブチルカルビトール)即ちジエチレングリコールモノブチルエーテルとターピネオールの混合溶媒、実施例33についてはBCとエステル(具体的にはトリメチルペンタジオールモノイソブチレート)の混合溶媒)となるように各材料を秤量し、三本ロールミルを用いて混練した。これにより、表13に示す計種類のAgペーストを得た。
【0092】
【表13】
Figure 0003564089
【0093】
<実施例36、39〜44、46及び47:表面導体膜形成用Agペースト>
表14〜表16に示す計種類の組成の表面導体膜形成用Agペーストを調製した。なお、実施例31〜33で使用したものと同タイプのAg粉末、金属アルコキシドを使用した。
すなわち、金属アルコキシド濃度が5〜100g/lのコーティング用溶液を調製し、側面導体膜形成用Agペースト製造時と同様の処理を行って、酸化物(Al 2 O 3 換算でAg粉末の0.025wt%〜0.4wt%のアルミニウムアルコキシドによって表面がほぼ均等にコーティングされたコーティングAg粉末を得た。
次いで、側面導体膜形成用Agペースト製造時と同様の処理を行って、最終的なペースト濃度(重量比)が83〜86wt%となる量のコーティングAg粉末と表14〜16に記載の副成分(無機酸化物、有機バインダー、溶剤等)を適宜用いて計種類のAgペーストを得た。表14〜16の記載から明らかなように、これら表面導体膜形成用Agペーストは、表13の側面導体膜形成用AgペーストよりもAg粉末含有率が高いことを一つの特徴とする。また、実施例36、39〜44に係るAgペーストは無機酸化物粉末(酸化ビスマス及び酸化銅)を含んでいないことをもう一つの特徴とする。他方、実施例46〜47に係るAgペーストはこれら無機酸化物粉末を比較的高率に含んでいる。なお、各ペーストを製造するのに使用した有機バインダー(エチルセルロース)の含有率(対Ag比%)及び溶剤の種類は、表14〜表16に示したとおりである。また、実施例40及び実施例42に係るペーストの調製にあたっては分散剤(ここではアミン系のものを使用した)を微量配合した。
【0094】
【表14】
Figure 0003564089
【0095】
【表15】
Figure 0003564089
【0096】
【表16】
Figure 0003564089
【0097】
<Agペーストの性能評価>
一般的な回転粘度計(ブルックフィールド社製:型式DV3)及びローター(ブルックフィールド社製:型式SC4−14)を用いてこれらAgペーストの粘度(Pa・s)と粘度比を測定した。結果を表13〜表16の該当欄に示す。なお、表中の1T、10T、50T及び100Tはそれぞれ1rpm、10rpm、50rpm及び100rpmであるときの粘度を示している。
表13から明らかなように、側面導体膜形成用Agペーストは、低粘度である。従って、これら側面導体膜形成用Agペーストは、微細なチップ形状のセラミック基材に対しても精細なスクリーン印刷等を好ましく行うことができる。
他方、表14〜16から明らかなように、表面導体膜形成用Agペーストは、側面導体膜形成用Agペーストよりも粘度が高く、基材表面に塗布(印刷)する或いはスルーホールに充填するのに適している。また、Ag粉末含有率が高いため、導体膜の導通抵抗を低く抑えることができる。
【0098】
各Agペーストを用いてそれぞれ形成した導体膜について、乾燥密度(g/cm3)を以下のようにして測定した。すなわち、予め重量を測定しておいたアルミナ基板上に、30mm×20mm角の大きさで導体膜を印刷した。次いで、100〜120℃で10分程度の乾燥処理を施した。かかる印刷処理及び乾燥処理を繰返し、印刷膜を3〜5層重ねて形成した。次いで、この印刷基板の重量を測定し、その測定値(印刷基板重量)からアルミナ基板重量を差し引き、印刷層の重量(乾燥ペースト重量)を算出した。同時に、表面粗さ計等を使用して印刷層の膜厚を測定し、それに基づいて当該印刷層の体積を算出した。乾燥密度は、(印刷層の重量)/(印刷層の体積)より導き出した。
得られた結果を表13〜16の該当欄に示す。各Agペーストは、いずれも良好な乾燥密度の導体膜(即ち導通抵抗の低い導体膜)を形成することができる。
【0099】
また、各Agペーストを用いて導体膜を形成する場合の収縮率(%)を調べた。すなわち、各Agペーストを一般的なスクリーン印刷法に基づいて厚み:約1mmのアルミナ製セラミックシートの表面に塗布し(膜厚:10〜30μm)、最高温度950℃の条件で焼成処理した。常温時(焼成前)と比較したときの700℃及び900℃におけるセラミックシート上での収縮の変化即ち体積減少度合(−%)をTMAを指標として調べた。
得られた結果を表13〜16の該当欄に示す。いずれのAgペーストも比較的低い収縮率(0〜−21%)を示した。特に、実施例36、39〜41のAgペーストの700℃における収縮率は0〜−10%以内である。このことは、セラミック基材との同時焼成において、当該セラミック基材(アルミナ等)とその表面及び/又は内面に形成された導体膜との間に収縮率差がほとんど生じないことを示している。従って、これらAgペーストを表面導体膜形成用途に使用することによって、或いは積層タイプのセラミック配線基板を製造する場合にはさらに内面導体膜形成用途として使用することによって、同時焼成時におけるセラミック基材との過大な焼成収縮率差の発生を防止し、結果、セラミック基材と導体膜との接着特性に優れ、構造欠陥のないセラミック電子部品を製造することができる。
【0100】
また、これらAgペーストの耐熱性を調べた。すなわち、アルミナ製のセラミック基板上に実施例31のAgペーストを塗布し、950℃で1時間の焼成処理を行った。比較対象として、表面が有機系金属化合物や金属酸化物によってコーティングされていない従来の一般的なAg単体粉末を主成分とする導体ペースト(以下「従来のAgペースト」という。)を塗布したセラミック基板を同条件で焼成処理した。かかる焼成処理後のセラミック基板表面の写真を図1として示す。これら写真から明らかなように、従来のAgペーストを塗布したものは、導体膜の剥離及び蒸発が顕著であった(図1の(A)参照)。一方、本発明に係るAgペーストを塗布したものは、顕著な剥離、蒸発及び発泡が認められず、良好な導体膜(焼結体)が形成・維持された(図1の(B)参照)。このことから、本発明に係るAgペーストは、Agベース微粒子を主成分とする導体ペーストであるにもかかわらず、比較的高温での焼成に対応し得ることが確認された。
【0101】
<セラミック配線基板の製造>
次に、表面導体膜形成用Agペーストを用いて、セラミック基材(ここでは厚みが約2.0mmのアルミナ製基板)の表面に所定のパターン(図2参照)の導体膜を形成した。すなわち、一般的なスクリーン印刷法に基づいてセラミック基板の表面に実施例31のAgペーストを塗布し、膜厚が10〜30μmの塗膜を形成した。続いて、遠赤外線乾燥機を用いて100℃で15分間の乾燥処理を施した。この乾燥処理により、上記塗膜から溶剤が揮発していき、セラミック基板上に未焼成の導体膜が形成された。
次に、この導体膜をセラミック基板ごと焼成した。すなわち、電気炉中で700℃、1時間の焼成処理を行った。この焼成処理によって、上記所定のパターンの導体膜が焼き付けられたセラミック配線基板が得られた(図2の実施例の欄の写真参照)。
なお、比較対象として、従来のAgペースト(比較例A)、AgとPdが80/20である合金粉末を主成分とする従来の導体ペースト(比較例B)、ならびにAgとPtが99.5/0.5である合金粉末を主成分とする従来の導体ペーストを使用して、同様の処理を行い、同形状の導体膜が焼き付けられたセラミック配線基板をそれぞれ作製した。
【0102】
半田耐熱性は以下のように試験・測定した。すなわち、セラミック基板の導体膜形成部分にロジンフラックスを塗布した後、当該基板を所定温度の半田(Sn/Pb=60/40(重量比))に所定時間浸漬した。ここでは、かかる半田温度条件及び浸漬時間を230±5℃×30秒、260±5℃×20秒の2通りとした。かかる浸漬後のセラミック基板表面の写真を図2として示す。これら表面写真から明らかなように、実施例31の導体膜は、いずれの条件でもいわゆる「半田くわれ」が実質的に生じなかった。また、Ag/Pd合金から形成された比較例Bの導体膜についても殆ど「半田くわれ」は生じていない。他方、表面がコーティングされていない従来のAg単体から形成された比較例Aの導体膜は著しい「半田くわれ」が生じており、浸漬前と比較して導体膜の30%以上が失われた。
このように、本発明によると、Ag単体を主成分とする導体ペーストから成る導体膜であるにもかかわらず、Niメッキ、半田メッキ等のメッキ処理を施すことなくAg/Pd合金から成る導体膜と同等又はそれ以上の半田耐熱性を実現することができる。
【0103】
<試験例1>
本発明に関連する試験例1として、有機金属塩のコーティング量及び/又は焼成温度と焼成収縮率との関係について考察した。
すなわち、各実施例のAgペーストを調製するのと同様にして、平均粒径0.8〜1.0μmのAg粉末を含有率85wt%となるように溶剤(BC)に分散して成るAgペースト(無機酸化物粉末を含まない)であって、上述のアルミニウムアルコキシドのコーティング量が酸化物(Al2O3)換算でAg粉末の0〜0.5wt%となる計6種類のAgペーストを調製した。
それらペーストを、上記<Agペーストの性能評価>の項で説明したのと同様の方法で、アルミナ製セラミックシートの表面に塗布し、400℃〜900℃の温度条件で焼成処理を行い、収縮率(%)を求めた。その結果を図3に示す。上記コーティング量の範囲では、コーティング量が増加する程、収縮率が減少した。特にコーティング量が0.1%以上のものは、800℃以上(例えば900℃)の温度条件での焼成処理によっても低い収縮率を維持し得ることが確認された。
【0104】
<試験例2>
本発明に関連する試験例2として、無機酸化物粉末の種類及び添加量と接着強度(引っ張り強度)との関係について考察した。
すなわち、各実施例のAgペーストを調製するのと同様にして、平均粒径0.8〜1.0μmのAg粉末であって酸化物(Al2O3)換算でAg粉末の0.1wt%となる量で上述のアルミニウムアルコキシドでコーティングされたAg粉末を含有率85wt%となるように溶剤(BC)に分散してAgペーストを調製した。この試験例では、酸化ビスマス、酸化銅、又は酸化物ガラス(Bi23−B23−SiO2系ガラス)をAg粉末の0.25wt%、0.5wt%又は1wt%相当量含む、計9種類のAgペーストを調製した。
それらペーストを用いて、上述したものと同様のセラミック配線基板を作製し、上記引っ張り強度試験を行った。その結果を図4に示す。グラフから明らかなように、各Agペーストから形成された導体膜はいずれも高い接着強度を有することが確認された。
【0105】
以上の実施例や試験例において、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の導体ペーストによれば、Pd等の高価な貴金属を多量に用いたり或いはNiめっき処理等を別途行うことなく、実用上充分な半田耐熱性、半田濡れ性、接着強度、導電性を有する膜状導体を形成することができる。このため、本発明の導体ペーストを用いると、安価且つ比較的簡便な処理によって、電気的信頼性及び機械的強度の高い導体層(膜状導体)が形成されたセラミック配線基板その他のセラミック電子部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は従来のAgペーストを塗布したセラミック基板表面の高温焼成処理後の状態を示す写真であり、(B)は本発明に係るAgペーストを塗布したセラミック基板表面の高温焼成処理後の状態を示す写真である。
【図2】導体膜の形成された実施例31及び比較例A,Bに係るセラミック配線基板を溶融状態の半田に浸漬した後の当該セラミック基板表面(導体膜)の状態を示す写真である。
【図3】一試験例における、有機金属塩のコーティング量及び/又は焼成温度と焼成収縮率との関係を示すグラフである。
【図4】一試験例における、無機酸化物粉末の種類及び添加量と接着強度(引っ張り強度)との関係を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductor paste used for forming a film conductor on a ceramic substrate or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A conductor paste is used as a material for forming a film-shaped conductor (wiring, electrode, and the like) having a predetermined pattern on a ceramic wiring board and other ceramic electronic components used for constructing a hybrid IC, a multi-chip module, and the like. This conductor paste disperses a metal powder as a main component forming a conductor and various additives (inorganic binder, glass frit, filler, etc.) added as required in a predetermined organic medium (vehicle). Is a conductor-forming material prepared by
Such a conductor paste is printed and applied to a ceramic substrate or the like by a general method such as screen printing. Next, by baking (baking) the applied material (coating) at an appropriate temperature, a film-shaped conductor having a predetermined pattern is formed on a ceramic electronic component such as the ceramic substrate.
A typical example of such a conductive paste is a metal powder mainly composed of silver (Ag) (hereinafter abbreviated as “Ag paste”). Ag powder is available at a lower cost than gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), and the like, and has a lower electrical resistance. For this reason, Ag paste is widely used for forming film conductors on various electronic components.
[0003]
By the way, the Ag paste for the above use has the following problems conventionally. That is, the film-like conductor formed by using the Ag paste in which the metal powder is made of only Ag had low so-called solder heat resistance. For this reason, so-called "solder cracking (typically, dissolution of Ag contained in the film-like conductor into solder)" may occur due to high heat when soldering various elements to the film-like conductor. Such low solder heat resistance, that is, the occurrence of remarkable solder cracks deteriorates the joining property between the circuit and the element formed of the film conductor, and eventually causes disconnection and other conduction defects, which is not preferable. .
Therefore, in order to prevent such solder cracking, in other words, to improve the solder heat resistance, a plating film of nickel (Ni) or copper (Cu) may be further formed on the surface of a conductor made of Ag. Was. This is because, when a Ni plating film or the like is formed on the surface of the film-like conductor, it functions as a barrier and can prevent the Ag base conductor from being soldered.
However, it is not preferable to separately perform such a metal plating process, because the process of manufacturing a ceramic electronic component such as a ceramic substrate (for example, a multilayer ceramic capacitor) becomes more complicated. In addition, the addition of the plating process may be a factor in increasing the production cost of the electronic component.
[0004]
As another means for reducing or preventing solder cracking, a hybrid metal powder of Ag and palladium (Pd) or a composite metal powder of Ag and platinum (Pt) is mainly used instead of an Ag paste consisting of Ag alone. Conductive paste is used. According to the film conductor made of Ag and Pd or Pt formed using such a paste, the occurrence of solder cracks can be reduced or suppressed.
However, the film-shaped conductor made of Ag and Pd or Pt has a problem that the so-called “solder wetting (the degree of solder adhesion)” is inferior to a conductor made of Ag alone. Further, Pd and Pt are more expensive than Ag, which causes a higher production cost of ceramic electronic components.
Accordingly, an Ag-based conductor paste capable of forming a film conductor having improved solder heat resistance without using a large amount of such expensive noble metal or separately applying Ni plating is used for electronic components such as ceramic capacitors. It is desired in the manufacturing field.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems relating to an Ag paste for forming a ceramic electronic component such as a ceramic substrate, and an object thereof is to provide a practically sufficient level of solder wettability. It is an object of the present invention to provide an Ag-based conductor paste realizing both solder heat resistance and solder heat resistance, and a method for producing the same. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a ceramic electronic component using such a conductive paste.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention which solves the above-mentioned problemsUsed for forming fired film conductors on substratesThe conductor paste has a metal powder as a main component, and the metal powder is substantially composed of fine particles (particle group) made of Ag or an alloy mainly composed of Ag, the surface of which is coated with an organic metal compound. And the organic metal compound is aluminum (Al)Organic acid metal salts, metal alkoxides or chelate compounds as constituent metal elements.
[0007]
The present inventors have proposed an organic metal compound of the type described above (ie,AlAnd an organic compound having no carbon-metal bond. same as below. The present invention has been found that by coating fine particles (powder) composed of Ag or an alloy mainly composed of Ag by (1), the soldering heat resistance of a fired product (film conductor) composed of the Ag-based fine particles can be remarkably improved. Conductor paste was created.
According to the conductor paste having the above configuration, it is possible to form a film conductor having improved solder heat resistance as compared with a conventional Ag paste. That is, according to the paste of the present invention, a film-like conductor having solder wettability not inferior to that of the conventional Ag paste and having a practically sufficient level of solder heat resistance that does not cause remarkable solder cracking is used as a ceramic base. It can be formed (baked) on a material.
[0008]
In a preferable paste of the present invention, the coating amount (content) of the organic metal compound is converted into an oxide of the metal (that is, a metal oxide obtained by firing the organic metal compound (for example,Al Two O Three )(Equivalent weight), and is equivalent to 0.01 to 2.0 wt% of the total amount of the fine particles contained in the paste.
According to the conductor paste of this configuration, practically sufficient levels of solder wettability and solder heat resistance can be realized while maintaining a low resistivity (ie, sufficient conductivity) equivalent to a film conductor made of Ag alone. Can be.
[0009]
Further, a preferable paste of the present invention is characterized in that the fine particles (fine particle group or powder) have an average particle size of 0.3 to 1.0 μm.
According to the conductor paste of the present configuration, the solder paste has excellent practicality in solder wettability and solder heat resistance, and there is little occurrence of remarkable pores that may cause factors such as an increase in resistance and disconnection. An Ag-based film-like conductor having a dense structure and excellent strength can be formed. For example, a dense film conductor (hereinafter, referred to as “surface conductor film”) can be formed on a wide surface (front surface) of the multilayer ceramic capacitor. Alternatively, a film-like conductor such as a so-called terminal electrode (hereinafter referred to as a “side-surface conductor film”) is provided on a side surface (referred to as any surface adjacent to the surface conductor film forming surface; hereinafter the same) of such a multilayer ceramic electronic component. .) Can be formed.
[0010]
Further, the present invention provides a method for suitably producing the above-mentioned conductor paste. That is, the method for producing a conductor paste containing a metal powder as a main component provided by the present invention comprises the steps of: (a) applying a surface of fine particles made of Ag or an alloy mainly composed of Ag having an average particle diameter of 0.3 to 1.0 μm to an organic type; Preparing a metal powder by coating with a metal compound, and (b) dispersing the coated metal powder in an organic medium (vehicle), wherein the organic metal compound comprises Al It is a metal salt of an organic acid, a metal alkoxide or a chelate compound as a constituent metal element.
According to the conductor paste manufacturing method of the present configuration, the above-described conductor paste of the present invention can be suitably manufactured.
[0011]
The present invention also provides a method for manufacturing a ceramic electronic component using the above-described conductor paste of the present invention.
That is, the method for producing a ceramic electronic component including a ceramic substrate on which a film-shaped conductor is provided, provided by the present invention, comprises the steps of (a) metal powder having the following properties, ie, “the surface is coated with an organic metal compound. It is substantially composed of fine particles of Ag or an alloy mainly composed of Ag and having an average particle diameter of 0.3 to 1.0 μm, and the organic metal compound is an organic acid metal salt, metal alkoxide or metal alkoxide containing Al as a constituent metal element. The method includes a step of applying (ie, adhering) a conductive paste mainly containing a metal powder, which is a chelate compound, to a ceramic base material, and a step of baking the applied paste main component. .
In this specification, “ceramic electronic component” generally means an electronic component having a ceramic base material (base). Therefore, hybrid ICs, multi-chip modules, and ceramic wiring boards or multilayer ceramic capacitors that constitute them are typical examples included in the “ceramic electronic component” defined in this specification.
[0012]
In the method for manufacturing a ceramic electronic component according to the present invention, the film conductor (wiring or electrode of a predetermined pattern) provided on the ceramic base material is formed from the above-described conductor paste. It is possible to manufacture a ceramic electronic component provided with a film-shaped conductor that achieves practically sufficient levels of solder wettability and solder heat resistance while maintaining resistivity. That is, by such a manufacturing method, it is possible to manufacture a ceramic electronic component having good bonding properties (high bonding strength) with other electronic elements and circuits, and having excellent electrical characteristics and mechanical characteristics.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
The conductor paste of the present invention is an electronic component forming paste characterized by containing the above-described metal powder as a main component, and there is no particular limitation on the content and composition of other subcomponents as long as the above object can be achieved. .
The metal powder according to the present invention is a fine particle group (hereinafter abbreviated as “Ag-based fine particles”) substantially composed of Ag or an alloy mainly composed of Ag (for example, an Ag—Au alloy or an Ag—Pd alloy). It is a powder substantially composed of an organic metal compound that coats its surface. As such Ag-based fine particles, from the viewpoint of imparting conductivity, Ag alone or a specific resistance value of about 1 × 10ThreeΩ · cm or less (preferably 1.8 to 5.0 × 10-6Ω · cm, for example, 1.9 to 3.0 × 10-6Ω · cm) is suitable. Also, although not particularly limited, the average particle size is from the viewpoint of forming a fired film having a dense structure.Is 0. 3 to 1.0μmAg-based microparticles are preferred. Further, Ag-based fine particles having a relatively narrow average particle diameter and having a relatively narrow particle size distribution substantially free of particles having a particle diameter of 10 μm or more (particularly preferably 5 μm or more) are particularly preferable. preferable.
[0014]
Although not particularly limited, when the paste for forming the surface conductor film and the paste for forming the side surface conductor film are separately manufactured, the Ag-based fine particles included in the paste for forming the side surface conductor film are used for forming the surface conductor film. It is preferable that the particle size is smaller than the Ag-based fine particles contained in the paste. For example, Ag-based fine particles contained in a conductor paste for forming a side conductor film of a multilayer ceramic circuit board (for example, a low-temperature sintered chip antenna module provided in a mobile phone) mounted on a small electronic product include an average particle size. Those having a diameter of less than 0.5 μm (typically 0.3 to 0.5 μm) are preferred. When a paste containing Ag-based fine particles having such a particle size is used, the resistance is lower than that of a normal surface conductor / side conductor, and a dense surface conductor / side conductor can be formed. Further, a side conductor film (terminal electrode or the like) which is denser and has lower resistance than the surface conductor film can be formed..
The Ag-based fine particles themselves may be manufactured by a conventionally known manufacturing method, and do not require any special manufacturing means. For example, Ag-based fine particles manufactured by a well-known reduction precipitation method, a gas phase reaction method, a gas reduction method, or the like can be used.
[0015]
Next, the organic metal compound that coats the surface of the Ag-based fine particles will be described. As the organic metal compound used for coating the Ag-based fine particles, a film of a metal (including a metal oxide or a reduced product thereof) suitable for realizing the object of the present invention is finally (after firing) coated on the surface of the Ag-based fine particles. An organic acid metal salt, a metal alkoxide or a chelate compound containing Al as a constituent metal element, which can form (that is, a deposit covering the surface) is used.
For example, preferred metal alkoxides include aluminum ethoxide (Al (OCTwoHFive)Three), Aluminum t-butoxide (Al (OC (CHThree)Three)Three), Aluminum alkoxides such as acetoalkoxyaluminum diisopropylate, acetoalkoxyaluminum ethyl acetoacetate, and acetoalkoxyaluminum acetylacetonate..
[0016]
Other suitable organic metal compounds used for coating the Ag-based fine particles according to the present invention include:AlOrganic acid metal salt as a constituent metal element.
Further, the inventor of the present invention preferably uses the noble metal powder corresponding to high-temperature sintering which has different problems and objects to be solved in the present invention (that is, a noble metal powder fired at a high temperature: see JP-A-8-7644). It has been found that certain organic acid metal salts are suitable as the organic metal compound according to the present invention. That is, the organic acid metal salt suitable as the organic metal compound used for the Ag-based fine particle coating of the present invention is a carboxylate having the above-listed elements as main constituent metal elements. For example,With AlExamples include compounds with various fatty acids (for example, naphthenic acid, octylic acid, ethylhexanoic acid), and organic acids such as abietic acid and naphthoic acid. Particularly preferred organic acid metal salts areWith AlCompounds with carboxylic acids (especially fatty acids).
The fired product of the Ag-based fine particles coated with the organic acid metal salt having such a composition realizes particularly high solder heat resistance and adhesive strength. Therefore, in the conductor paste of the present invention, a film conductor having a practically sufficient level of solder heat resistance and adhesive strength can be formed on a ceramic substrate even when an inorganic additive described below is not added. Therefore, when the conductor paste of the present invention is used, without using a large amount of expensive noble metal such as Pd and without performing a complicated plating process, a film having a sufficient level of solder heat resistance and adhesive strength for practical use is obtained. Conductor (surface conductor film, side conductor film, inner conductor film(This refers to a film conductor embedded inside when several ceramic sheets are stacked. The same applies hereinafter.)Etc.) on a ceramic substrate.
[0017]
Next, a method for coating the surface of the Ag-based fine particles with an organic metal compound, that is, a method for producing a metal powder coated with a predetermined organic metal compound will be described.
The metal powder used in the practice of the present invention is not particularly limited as long as the organic metal compound is uniformly and almost uniformly coated on the surface of the main Ag-based fine particles. Therefore, a conventionally known method of coating a metal particle with an organic substance can be applied as it is. For example, a desired organic metal compound is dissolved or dispersed in an appropriate organic solvent such as toluene, xylene, or various alcohols. Next, Ag-based fine particles are added to the obtained solution or dispersion liquid (sol), and dispersed and suspended. By leaving or stirring the suspension for a predetermined time, the surface of the Ag-based fine particles in the suspension can be coated with the target organic metal compound. At this time, although not particularly limited, preferably, the coating amount of the organic metal compound is 0.01 to 2.0 wt% (typically 0.01 to 1.0 wt%) of the total amount of the Ag base fine particles in terms of oxide. %, For example, 0.01 to 0.1 wt%), and the desired organic metal compound is coated on the metal powder. If the amount of the coating is too small, which is equivalent to 0.01% by weight of the Ag-based fine particles in terms of oxide, the effect of the coating is so weak that it is difficult to achieve the object of the present invention. On the other hand, when the coating amount is excessively larger than the amount corresponding to 2.0 to 3.0% by weight of the Ag-based fine particles in terms of oxide, various functions such as the electrical characteristics of the Ag-based metal powder are impaired. It is not preferable because there is a possibility of being generated.
[0018]
In particular, in the case of the surface conductor film forming paste, it is preferable that the coating amount is an amount corresponding to 0.025 to 2.0 wt% of the Ag base fine particles in terms of oxide. When the coating material after firing is alumina, that is, an organic metal compound such as an organic acid metal salt, metal alkoxide, or a chelate compound containing Al as a constituent element.With thingsWhen coating the Ag base fine particles, it is particularly preferable that the coating amount is an amount corresponding to 0.1 to 2.0 wt% of the Ag base fine particles in terms of oxide (for example, 0.2 to 1.0 wt%).
The conductor paste having such a coating amount hardly causes excessive shrinkage during firing, and can prevent an excessive difference in firing shrinkage ratio between the ceramic substrate (alumina, zirconia, etc.) and the conductor film. For this reason, it is possible to manufacture a ceramic electronic component having excellent adhesive properties and having no remarkable structural defects such as peeling and cracks. Such a conductive paste is also suitable for forming an internal conductive film.
[0019]
Although not particularly limited, the paste for forming the side surface conductive film preferably has an amount of coating equivalent to 0.01 to 1.0 wt% of the Ag base fine particles in terms of oxide. When the coating material after firing is alumina, that is, an organic metal compound such as an organic acid metal salt, metal alkoxide, or a chelate compound containing Al as a constituent element.With thingsWhen coating the Ag base fine particles, it is particularly preferable that the coating amount is an amount corresponding to 0.01 to 1.0 wt% of the Ag base fine particles in terms of oxide (for example, 0.0125 to 0.1 wt%).
[0020]
Next, a description will be given of suitable components that can be included in the conductor paste of the present invention.
As a secondary component of the conductor paste of the present invention, an organic medium (vehicle) in which the metal powder is dispersed is exemplified. In practicing the present invention, the organic vehicle only needs to disperse metal powder, and those used in conventional conductive pastes can be used without any particular limitation. Examples include cellulose-based polymers such as ethyl cellulose, ethylene glycol and diethylene glycol derivatives, and high-boiling organic solvents such as toluene, xylene, mineral spirit, butyl carbitol, and terpineol.
[0021]
Further, the conductive paste of the present invention contains various inorganic additives as subcomponents as long as the inherent conductivity (low resistivity), solder wettability, solder heat resistance, adhesive strength and the like of the paste are not significantly impaired. be able to. For example, such inorganic additives include glass powder, inorganic oxides, and various other fillers. In particular, the addition of a small amount of glass powder and / or inorganic oxide is preferred.
That is, the glass powder can be an inorganic component (inorganic binder) that contributes to stably sticking and fixing the paste component attached to the ceramic base material (that is, improving the adhesive strength). Particularly, oxide glass is preferable. The oxide glass powder can be an inorganic component (inorganic binder) that contributes to stably sticking and fixing the paste component adhered to the ceramic substrate (that is, improving the adhesive strength). In view of the relationship with the firing temperature described later, those having a softening point of approximately 800 ° C. or less are preferable. Such glass powders include lead-based, zinc-based and borosilicate-based glasses, typically PbO-SiOTwo-BTwoOThreeGlass, PbO-SiOTwo-BTwoOThree-AlTwoOThreeGlass, ZnO-SiOTwoGlass, ZnO-BTwoOThree-SiOTwoGlass, BiTwoOThree-SiOTwoGlass and BiTwoOThree-BTwoOThree-SiOTwoIt is appropriate to use one or more glass powders selected from the group consisting of system glasses. Further, the glass powder used has a specific surface area of about 0.5 to 50 m.Two/ G is preferable, and those having an average particle size of 2 μm or less (particularly about 1 μm or less) are particularly preferable.
[0022]
In addition, the inorganic oxide can contribute to improvement of the adhesive strength between the ceramic base material and the film conductor. Further, it is possible to prevent the occurrence of excessive firing contraction stress during firing of the film-shaped conductor formed from the conductor paste of the present invention, and to maintain the precision and mechanical strength of the ceramic electronic component to be manufactured at a practically high level. It can be an inorganic component that contributes to the performance. Examples of such a metal oxide include copper oxide, lead oxide, bismuth oxide, manganese oxide, cobalt oxide, magnesium oxide, tantalum oxide, niobium oxide, and tungsten oxide. Among these, copper oxide, lead oxide and bismuth oxide are particularly suitable oxides. Among them, bismuth oxide is a particularly suitable inorganic oxide because it promotes sintering of the Ag-based metal powder and can improve the wettability between Ag and a ceramic substrate (such as alumina). Further, copper oxide can improve the adhesion to the substrate.
As the metal oxide to be used, powder having an average particle size of 5 μm or less (typically 1 to 5 μm, particularly preferably 1 μm or less) is preferable from the viewpoint of optimizing the filling rate and dispersibility of the paste. . The specific surface area is at least 0.5 mTwo/ G is preferable, and 1.0 mTwo/ G or more (typically 1.0 to 2.0 mTwo/ G, particularly preferably 2.0 to 100 mTwo/ G) are particularly preferred.
[0023]
The conductive paste of the present invention contains various organic additives as sub-components as long as the original conductivity (low resistivity), solder wettability, solder heat resistance, adhesive strength and the like of the paste are not significantly impaired. be able to. For example, examples of such organic additives include various organic binders, and various coupling agents such as silicon-based, titanate-based, and aluminum-based coupling agents for improving adhesion to a ceramic substrate.
Examples of the organic binder include those based on acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, alkyd resin, cellulosic polymer, polyvinyl alcohol, and the like. It is preferable that the conductive paste of the present invention can impart good viscosity and ability to form a coating film (adhesion film to a substrate). When it is desired to impart photocurability (photosensitivity) to the conductive paste of the present invention, various photopolymerizable compounds and photopolymerization initiators may be appropriately added.
[0024]
In addition to the above, a surfactant, an antifoaming agent, a plasticizer, a thickener, an antioxidant, a dispersant, a polymerization inhibitor, and the like may be appropriately added to the conductor paste of the present invention as necessary. Can be. These additives may be any additives that can be used for preparing a conventional conductor paste, and a detailed description thereof will be omitted.
[0025]
Next, preparation of the conductor paste according to the present invention will be described. The conductor paste of the present invention can be easily prepared typically by mixing a metal powder and an organic medium (vehicle), similarly to the conventional conductor paste. At this time, the above-mentioned additives may be added and mixed as needed. For example, using a three-roll mill or other kneading machine, the metal powder and various additives are directly mixed together with the organic vehicle at a predetermined compounding ratio and kneaded with each other.
[0026]
Although not particularly limited, it is preferable to knead each material so that the content of the metal powder as the main component is 60 to 95 wt% of the whole paste, and is 70 to 90 wt%. Is particularly preferred. In the paste for forming a surface conductor film, it is preferable to knead such that the content is 60 to 80 wt% (preferably 65 to 75 wt%). On the other hand, it is preferable that the Ag paste for forming the side conductor film is kneaded such that the content is 75 to 95 wt% (preferably 80 to 90 wt%).
The amount of the organic vehicle used for preparing the paste is suitably about 1 to 40% by weight of the whole paste, and particularly preferably 1 to 20% by weight.
When the above-mentioned glass powder is added as an inorganic additive, it is preferable to add about 0.5 wt% or less (more preferably 0.25 wt% or less) of the metal powder weight. According to such a low addition amount, the fired product (film conductor) obtained from the paste of the present invention can be used for the ceramic substrate without substantially impairing the good electrical conductivity and solder wettability of the conductive paste of the present invention. It is possible to realize an improvement in adhesive strength.
On the other hand, when the above-mentioned inorganic oxide is added as an inorganic additive, it is 5.0 wt% or less (more preferably 2.0 wt% or less, further preferably 1.0 wt% or less, particularly preferably 0.1 wt% or less) of the metal powder weight. It is preferable to add an amount of about 50% by weight or less. According to such a low addition amount, the fired product (film conductor) obtained from the paste of the present invention can be used for the ceramic substrate without substantially impairing the good electrical conductivity and solder wettability of the conductive paste of the present invention. It is possible to improve the adhesive strength and suppress the firing shrinkage.
[0027]
The improvement in the adhesive strength is a property that is particularly problematic for the side conductor film (terminal electrode and the like). Therefore, when a ceramic substrate is made of an oxide ceramic such as alumina and a ceramic electronic component is manufactured using the surface conductor film forming paste and the side conductor film forming paste, the side conductor film forming It is preferable to make the paste for use contain an inorganic oxide powder at a relatively high rate as a subcomponent. On the other hand, the paste for forming a surface conductor film does not necessarily need to contain such an inorganic oxide powder, and even when the inorganic oxide powder is contained from the viewpoint of improving the adhesive strength, the content is limited to the side conductor. It may be lower than the inorganic oxide powder content of the film forming paste. For example, when an inorganic oxide powder such as bismuth oxide or copper oxide is contained in the paste for forming the side conductor film, 0.001 to 5.0 wt% (more preferably 0.005 to 2.0 wt%) of the Ag base fine particles. It is preferable to include them in such a ratio as follows. On the other hand, the Ag paste for forming a surface conductor film preferably does not substantially contain such an inorganic oxide powder or has a content of less than 0.01% by weight of the Ag-based metal powder. In particular, if the oxide glass powder is contained in a relatively large amount, the conductor resistance may be increased.
It should be noted that the above numerical ranges relating to the content ratios and the mixing ratios of the respective components should not be interpreted strictly, and allow a slight deviation from such ranges as long as the object of the present invention can be achieved.
[0028]
Next, a preferred example of forming a film conductor using the conductor paste of the present invention will be described. The conductor paste of the present invention can be handled in the same manner as a conductor paste conventionally used for forming film conductors such as wirings and electrodes on a ceramic base material (substrate). It can be adopted without particular limitation. Typically, a conductive paste is applied to a ceramic base material (substrate) in a desired shape and thickness by a screen printing method, a dispenser coating method, or the like. Then, preferably after drying, appropriate heating conditions in a heater (typically a temperature range in which the maximum firing temperature is approximately 500 to 960 ° C., preferably does not exceed the melting point of Ag, for example, 700 to 960 ° C., particularly 800 to 960 ° C.) By heating at 900 ° C. for a predetermined time, the applied paste component is baked (baked) and cured. By performing this series of processing, a ceramic electronic component (for example, a ceramic wiring board for building a hybrid IC or a multi-chip module) on which a target film-like conductor (a wiring, an electrode, or the like) is formed can be obtained. Thus, a more advanced ceramic electronic component (for example, a hybrid IC or a multi-chip module) can be obtained by applying a conventionally known construction method while using the ceramic electronic component as an assembling material. Note that such a construction method itself does not particularly characterize the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.
Although not intended to limit the use, as described above, the conductor paste of the present invention can form a film conductor having better solder heat resistance and adhesive strength than conventional conductor pastes. Therefore, the conductor paste of the present invention is suitable not only for forming a conductor having a thickness of about 10 to 30 μm but also for forming a conductor having a relatively small thickness of 10 μm or less.
[0029]
【Example】
Hereinafter, some examples of the present invention will be described, but it is not intended to limit the present invention to those shown in the examples.
[0030]
<Example 1: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
In this embodiment, as a base of the metal powder, a substantially spherical Ag powder having an average particle diameter in a range of 0.8 to 1.0 μm prepared by a general wet method was used. However, as shown in the table below, 0.8≫1.0, the particles having a particle size of about 0.8 μm have a particle size distribution that is richer than the particles having a particle size of about 1.0 μm. On the other hand, aluminum alkoxide (here, acetoalkoxy aluminum diisopropylate) was used as the organic metal compound.
The aluminum alkoxide was added to a suitable organic solvent (here, methanol) to prepare a coating solution having a concentration of 5 to 100 g / l. Next, an appropriate amount of the above Ag powder was suspended in the solution, and the suspension was maintained for 1 to 3 hours with appropriate stirring. Thereafter, the Ag powder was recovered and dried by ventilation at 60 to 110 ° C.
By the above processing, aluminum oxide (AlTwoOThree) An Ag powder (hereinafter referred to as “Al-coated Ag powder”) whose surface was almost uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.0125 wt% of the Ag powder was obtained.
[0031]
Next, a conductor paste was prepared using the obtained Al-coated Ag powder. That is, the materials used were weighed such that the final paste concentration (weight ratio) was 87 wt% of the Al-coated Ag powder and the balance was a solvent (here, terpineol), and kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0032]
<Example 2: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
By appropriately adjusting the aluminum alkoxide concentration of the coating solution and, if necessary, the suspension time of the Ag powder, aluminum oxide (AlTwoOThree) An Ag powder whose surface was almost uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.025 wt% of the Ag powder in terms of conversion was obtained. Next, the same processing as in Example 1 was performed using the Al-coated Ag powder to prepare a conductor paste according to the present example. That is, the conductor paste according to the present embodiment is different from the conductor paste according to the first embodiment only in the amount of aluminum alkoxide coated.
[0033]
<Example 3: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
By appropriately adjusting the aluminum alkoxide concentration of the coating solution and, if necessary, the suspension time of the Ag powder, aluminum oxide (AlTwoOThree) An Ag powder whose surface was substantially uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.05 wt% of the Ag powder in terms of conversion was obtained. Next, the same processing as in Example 1 was performed using the Al-coated Ag powder to prepare a conductor paste according to the present example. That is, the conductor paste according to the present embodiment differs from the conductor pastes according to the first and second embodiments only in the coating amount of the aluminum alkoxide.
[0034]
<Example 4: Preparation of conductor paste of the present invention>Made>
In this example, a substantially spherical Ag powder having an average particle diameter in the range of 0.8 to 1.0 μm was used as the base of the metal powder. However, as shown in the below-mentioned table, 0.8 後 述 1.0, particles having a particle size distribution in which particles having a particle size of about 1.0 μm were richer than particles having a particle size of about 0.8 μm were used. A conductor paste according to this example was prepared by applying the same materials and processing as in Example 1 except for the Ag powder. That is, the conductor paste according to the present embodiment and the conductor paste according to the first embodiment differ only in the Al powder (particle size distribution).
[0035]
<Example 5: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
By appropriately adjusting the aluminum alkoxide concentration of the coating solution and, if necessary, the suspension time of the Ag powder, aluminum oxide (AlTwoOThree) This example was carried out using the same materials and treatments as in Example 4 except that an Ag powder whose surface was substantially uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.025 wt% of the Ag powder in terms of conversion was obtained. Example conductor pastes were prepared. That is, the conductor paste according to the present embodiment and the conductor paste according to the fourth embodiment differ only in the amount of aluminum alkoxide coated.
[0036]
<Example 6: Preparation of conductor paste of the present invention>Made>
By appropriately adjusting the aluminum alkoxide concentration of the coating solution and, if necessary, the suspension time of the Ag powder, aluminum oxide (AlTwoOThree) This example was carried out using the same materials and treatments as in Example 4 except that an Ag powder whose surface was substantially uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.05 wt% of the Ag powder was calculated. Example conductor pastes were prepared. That is, the conductor paste according to the present embodiment is different from the conductor pastes according to the fourth and fifth embodiments only in the coating amount of the aluminum alkoxide.
[0037]
[0038]
[0039]
<Example 8: Preparation of conductor paste of the present invention>Made>
In this embodiment, a zinc-based glass (ZnO-B) was used as an inorganic additive.TwoOThree-SiOTwoA conductive paste containing a system glass (average particle size: 1-2 μm, softening point: 780 ° C.) was prepared.
That is, the Al-coated Ag powder obtained in Example 3 (coating amount: 0.050 wt% (AlTwoOThreeConversion)) and zinc-based glass powder (specific surface area 1-2 m)Two/ G of glass frit) and weigh these materials so that the final paste concentration (weight ratio) is 87 wt% of the Al-coated Ag powder and the balance is a solvent (terpineol). Was added, and the mixture was kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0040]
<Example 9: Preparation of conductor paste of the present invention>Made>
In this embodiment, lead-based glass (PbO-SiO) was used as an inorganic additive.Two-BTwoOThreeA paste containing a base glass (average particle size: 1-2 μm, softening point: 700 ° C.) was prepared.
That is, the Al-coated Ag powder and the lead-based glass powder obtained in Example 3 (specific surface area: 1 to 2 mTwo/ G of glass frit), and weigh these materials so that the final paste concentration (weight ratio) is 87 wt% of the Al-coated Ag powder and the balance is a solvent (terpineol). Was added and the mixture was kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0041]
<Example 10: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
A conductor paste according to the present example was prepared by performing the same treatment as in Example 9 except that the amount of the lead-based glass powder was changed to 0.5 wt% in terms of the weight ratio to the Ag powder.
[0042]
<Example 11: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
A conductor paste according to the present example was prepared by performing the same process as in Example 9 except that the amount of the lead-based glass powder was changed to 1.0 wt% in terms of the weight ratio of Ag powder to Ag powder.
[0043]
<Example 12: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
In this embodiment, borosilicate glass (Bi) is used as an inorganic additive.TwoOThree-BTwoOThree-SiOTwoA paste containing a base glass, average particle size: 1-2 μm, softening point: 725 ° C.) was prepared.
That is, the Al-coated Ag powder and the borosilicate glass powder obtained in Example 3 (specific surface area: 1 to 2 mTwo/ G of glass frit) and weigh these materials so that the final paste concentration (weight ratio) is 87 wt% of the Al-coated Ag powder and the balance is a solvent (terpineol). The borosilicate glass powder was added in an amount of 0.5 wt% in the above, and kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0044]
<Example 13: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
In this example, copper oxide (CuTwoO) A paste containing the powder was prepared. That is, the Al-coated Ag powder and the copper oxide powder obtained in Example 3 (average particle size: 1 to 5 μm, specific surface area: 0.5 to 1.5 m)Two/ G) and weigh these materials so that the final paste concentration (weight ratio) is 87% by weight of the Al-coated Ag powder and the balance is a solvent (terpineol). Copper oxide powder was added in an amount of 25 wt% and kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0045]
<Example 14: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
A conductor paste according to this example was prepared by performing the same process as in Example 13 except that the amount of the copper oxide powder added was 0.5 wt% in terms of the weight ratio to the Ag powder.
[0046]
<Example 15: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
A conductor paste according to the present example was prepared by performing the same process as in Example 13 except that the amount of the copper oxide powder to be added was changed to 1.0% by weight relative to the Ag powder.
[0047]
<Example 16: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
In this embodiment, lead oxide (PbThreeOFour) A paste containing the powder was prepared. That is, the Al-coated Ag powder and the lead oxide powder obtained in Example 3 (average particle size: 1 to 5 μm, specific surface area: 0.5 to 1.5 m)Two/ G) and weigh these materials so that the final paste concentration (weight ratio) is 87% by weight of the Al-coated Ag powder and the balance is a solvent (terpineol). Lead oxide powder in an amount of 25 wt% was added and kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0048]
<Example 17: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
A conductor paste according to the present example was prepared by performing the same process as in Example 16 except that the amount of the lead oxide powder added was 0.5 wt% in terms of the weight ratio to the Ag powder.
[0049]
<Example 18: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
A conductor paste according to this example was prepared by performing the same process as in Example 16 except that the amount of the lead oxide powder added was changed to 1.0 wt% in terms of the weight ratio to the Ag powder.
[0050]
<Example 19: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
In this example, bismuth oxide (BiTwoOThree) A paste containing the powder was prepared. That is, the Al-coated Ag powder and the bismuth oxide powder obtained in Example 3 (average particle diameter: 1 to 10 μm, specific surface area: 0.5 to 2.0 m)Two/ G) and weigh these materials so that the final paste concentration (weight ratio) is 87% by weight of the Al-coated Ag powder and the balance is a solvent (terpineol). Bismuth oxide powder was added in an amount of 25 wt% and kneaded using a three-roll mill. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0051]
<Example 20: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
A conductor paste according to this example was prepared by performing the same process as in Example 19 except that the amount of bismuth oxide powder added was 0.5 wt% in terms of the weight ratio of Ag powder to Ag powder.
[0052]
<Example 21: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
A conductor paste according to this example was prepared by performing the same process as in Example 19, except that the amount of bismuth oxide powder added was 1.0 wt% in terms of the weight ratio of Ag powder to Ag powder.
[0053]
<Example 22: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
In this example, a paste containing the above-described bismuth oxide powder and lead-based glass powder as inorganic additives was prepared. That is, while using the Al-coated Ag powder, the bismuth oxide powder, and the lead-based glass obtained in Example 3, the final paste concentration (weight ratio) was 87 wt% of the Al-coated Ag powder, and the balance was a solvent (terpineol). These materials are weighed so that the weight ratio of bismuth oxide to the weight ratio of Ag powder to bismuth oxide powder and the amount of lead-based glass powder to be 0.25 wt% are added to the mixture, and the mixture is rolled using a three-roll mill. Kneaded. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0054]
<Example 23: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
In this example, a fine Ag powder having an average particle size in the range of 0.3 to 0.5 μm was used as a base of the metal powder. Then, the same processing as in Example 3 is performed, and aluminum oxide (AlTwoOThree) An Ag powder whose surface was substantially uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.05 wt% of the Ag powder in terms of conversion was obtained.
Thus, the same treatment as in Example 20 was performed except that the Al-coated Ag powder was used, and the present Example containing bismuth oxide powder (0.5% by weight to Ag powder weight ratio) as an inorganic additive was used. Was prepared.
[0055]
<Example 24: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
In this example, a fine Ag powder having an average particle size in the range of 0.3 to 0.5 μm was used as the base of the metal powder (the manufacturer of the Ag powder is different from that of Example 23). Then, the same processing as in Example 3 is performed, and aluminum oxide (AlTwoOThree) An Ag powder whose surface was substantially uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.05 wt% of the Ag powder in terms of conversion was obtained.
Thus, the same treatment as in Example 20 was performed except that the Al-coated Ag powder was used, and the present Example containing bismuth oxide powder (0.5% by weight to Ag powder weight ratio) as an inorganic additive was used. Was prepared.
[0056]
<Example 25: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
In this example, an Ag powder having an average particle size in the range of 0.5 to 0.7 μm was used as a base of the metal powder. Then, the same processing as in Example 3 is performed, and aluminum oxide (AlTwoOThree) An Ag powder whose surface was substantially uniformly coated with the aluminum alkoxide in an amount of about 0.05 wt% of the Ag powder in terms of conversion was obtained.
Thus, the same treatment as in Example 20 was performed except that the Al-coated Ag powder was used, and the present Example containing bismuth oxide powder (0.5% by weight to Ag powder weight ratio) as an inorganic additive was used. Was prepared.
[0057]
<Example 26: Preparation of conductive paste of the present invention>Made>
In this example, a paste containing the above-described bismuth oxide powder and copper oxide powder as inorganic additives was prepared. That is, while using the Al-coated Ag powder, the bismuth oxide powder and the copper oxide powder obtained in Example 3, the final paste concentration (weight ratio) was 87% by weight of the Al-coated Ag powder, and the balance was a solvent (terpineol). These materials are weighed so that the weight ratio of bismuth oxide powder and the weight of copper oxide powder becomes 0.5 wt% and 0.5 wt% with respect to the Ag powder weight ratio, respectively, and kneaded using a three-roll mill. did. Thus, a conductor paste according to the present example was prepared.
[0058]
<Example 27: Preparation of conductive paste of the present inventionMade>
A conductor paste according to this example was prepared by performing the same process as in Example 26, except that the addition amount of the copper oxide powder was changed to 0.25 wt% in terms of a weight ratio to the Ag powder.
[0059]
<Example 28: Preparation of conductor paste of the present inventionMade>
A conductor paste according to this example was prepared by performing the same process as in Example 26, except that the addition amount of the copper oxide powder was 0.125 wt% in terms of the weight ratio of Ag powder to Ag powder.
[0060]
<Comparative Example 1: Preparation of conventional conductor pasteMade>
In this comparative example, an Ag powder having an average particle size in a range of 2.0 to 3.0 μm was used as a base of the metal powder. No coating with an organic metal compound was performed. That is, using the uncoated Ag powder as it is, these materials are weighed so that the final paste concentration (weight ratio) is 87 wt% of the Ag powder and the remainder is a solvent (terpineol), and kneaded using a three-roll mill. did. Thus, a conductor paste according to this comparative example was prepared.
[0061]
<Comparative Example 2: Preparation of conventional conductor pasteMade>
In this comparative example, an Ag powder having an average particle size in a range of about 1.0 μm was used as a base of the metal powder. No coating with an organic metal compound was performed.
Thus, the same treatment as in Example 26 was performed except that the uncoated Ag powder was used, and bismuth oxide powder and copper oxide powder (each 0.5 wt% with respect to the Ag powder weight ratio) were used as inorganic additives. A conductor paste according to this comparative example was prepared.
The average particle size of the Ag powder in the conductor pastes of the above Examples and Comparative Examples, the organic metal compound (ie, aluminum alkoxy)Do)Are shown in Tables 1 to 10 below with columns.
[0062]
[Table 1]
Figure 0003564089
[0063]
[Table 2]
Figure 0003564089
[0064]
[Table 3]
Figure 0003564089
[0065]
[Table 4]
Figure 0003564089
[0066]
[Table 5]
Figure 0003564089
[0067]
[Table 6]
Figure 0003564089
[0068]
[Table 7]
Figure 0003564089
[0069]
[Table 8]
Figure 0003564089
[0070]
[Table 9]
Figure 0003564089
[0071]
[Table 10]
Figure 0003564089
[0072]
<Example 29: Formation of film conductor and evaluation thereof (1)>
Next, a film conductor was formed on the surface of the ceramic base material (here, an alumina substrate having a thickness of about 0.8 mm) using the conductor paste according to each of the examples and the comparative examples. That is, a conductive paste was applied to the surface of a ceramic substrate based on a general screen printing method to form a coating film having a predetermined thickness (10 to 30 μm: see the “coating film thickness” column in each table). .
Subsequently, a drying treatment was performed at 100 ° C. for 15 minutes using a far-infrared dryer. By this drying treatment, the solvent volatilized from the coating film, and an unfired film conductor was formed on the ceramic substrate.
[0073]
Next, the film conductor was fired together with the ceramic substrate. That is, the baking treatment was performed in an electric furnace at 700, 750, 800, 850 or 900 ° C. (different for each paste used; see the “Baking temperature” column in each table) for one hour. By this baking treatment, a film-shaped conductor having a predetermined film thickness (see the column of “baked film thickness” in each table) was baked on the ceramic substrate. Hereinafter, when simply referred to as a film conductor, it refers to that after firing.
[0074]
Next, as a characteristic evaluation of each of the obtained film conductors, a resistance value, a sheet resistance value, a solder wettability, a solder heat resistance and a tensile strength were tested and measured as follows. The results of these property evaluation tests are shown in the corresponding columns of Tables 1 to 10 for each paste used. Note that n.d. in the table indicates that measurement has not been performed.
[0075]
<Measurement of resistance value>
The resistance value (Ω) of each of the film conductors obtained by using the conductor pastes of Examples 1 to 7 was measured as follows. That is, the resistance (Ω) of the film conductor was measured based on a general two-terminal method using a digital multimeter.
[0076]
<Measurement of sheet resistance>
The sheet resistance (mΩ / □) of each of the film conductors obtained using the conductor pastes according to Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2 was measured as follows. That is, the sheet resistance value (mΩ / □) was calculated from the following equation based on the measured resistance value (Ω).
Sheet resistance value (mΩ / □) = measured resistance value (Ω) × (conductor width (mm) / conductor length (mm)) × (conductor thickness (μm) / converted thickness (μm)); Burned product 10 μm or printed material 25 μm.
[0077]
<Solder wettability>
The solder wettability of each of the film conductors obtained using the conductor paste according to each of the examples and comparative examples was examined as follows. That is, after applying a rosin flux to the film-shaped conductor portion of each ceramic substrate, the substrate was immersed in solder (Sn / Pb = 60/40 (weight ratio)) at 230 ± 5 ° C. for 3 seconds. Thereafter, the solder wettability was evaluated based on the area ratio of the film-shaped conductor portion wetted with the solder. Specifically, a film-shaped conductor having 90% or more of its surface wetted was judged to exhibit good solder wettability, and is indicated by ◎ in the table. On the other hand, when the solder wettability was 80% or less of the entire surface of the film conductor, it was judged that the solder wettability was inferior.
[0078]
<Solder heat resistance>
The solder heat resistance of each of the film conductors obtained using the conductor paste according to each example and comparative example 2 was examined as follows. That is, after applying the rosin flux to the film-shaped conductor portion of each ceramic substrate, the substrate was immersed in solder (Sn / Pb = 60/40 (weight ratio)) at a predetermined temperature for a predetermined time. Here, the solder temperature condition and the immersion time were set to three types of 230 ± 5 ° C. × 30 seconds, 260 ± 5 ° C. × 10 seconds, and 260 ± 5 ° C. × 20 seconds (application conditions differed for each used paste). See the "Solder heat resistance" column in each table.)
Thus, the solder heat resistance was evaluated by the area ratio of the film conductor remaining on the ceramic substrate after the immersion as compared with before the immersion, that is, the portion that was not “soldered” after the immersion. Specifically, those in which approximately 90% or more of the film-like conductors remained were judged to exhibit excellent solder heat resistance, and are indicated by ◎ in the table. Further, those in which about 80% or more and less than 90% of the film-like conductors remained were judged to exhibit good soldering heat resistance, and are indicated by a circle in the table. On the other hand, when the remaining portion of the film conductor was less than about 80% before immersion, it was judged that the solder heat resistance was relatively inferior.
[0079]
<Tensile strength>
For each of the film conductors obtained using the conductor paste according to each of the examples and comparative example 2, the tensile strength (kg) was measured as an index of the adhesive strength to the ceramic substrate as follows. That is, an evaluation lead wire (tin-plated copper wire) was soldered to a film-shaped conductor formed by burning on a ceramic substrate. Thereafter, the lead wire was pulled by a predetermined force in a direction perpendicular to the surface direction of the substrate, and a load (kg) when the joint surface was broken (cut) was defined as an adhesive strength (tensile strength). Here, the above tensile strength test was performed on the ceramic substrate immediately after the above-mentioned firing treatment and on the ceramic substrate after being subjected to aging at 150 ° C. for 48 hours, 100 hours or 200 hours after firing (the conditions used were the paste used). (See the “tensile strength” column in each table.)
[0080]
As is clear from the results of the respective characteristic evaluation tests shown in Tables 1 to 10, the film-like conductor (thickness: 10 to 22 μm) formed from the conductor paste according to the present example has no problem as a conductor. The resistance value and / or sheet resistance value is shown. These results show that the conductive paste of the present invention can be suitably used for forming a film conductor from the viewpoint of conductivity, that is, electrical characteristics.
In addition, the solder wettability was slightly inferior (approximately 50% to 70%) to those containing a relatively large amount of lead-based glass powder or borosilicate glass powder (Examples 10, 11, and 12). Other than those, the above index value of the solder wettability was 90% or more (90 in the table). This indicates that the conductor paste of the present invention is suitable for use in forming a film conductor from the viewpoint of solder wettability. When glass powder is added, zinc-based glass powder is relatively preferred (Example 8).
[0081]
As is clear from the evaluation test for solder heat resistance, the film conductor formed from the conductor paste according to each of the examples was a film conductor formed from a conventional conductor paste containing Ag / Pd powder or Ni-plated. The solder heat resistance was equal to or higher than that of the film conductor. In particular, pastes prepared without adding inorganic additives (Examples 1 to6) Was confirmed to have high solder heat resistance (Examples 1 to 5).6). This means that according to the present invention, the Ag-based fine particles are coated with a very small amount of an organic metal compound (here, metal alkoxide) of about 0.01 wt% (in terms of oxide) based on the metal (Ag) powder. This shows that high solder heat resistance at a practical level can be realized without using expensive Pd or performing complicated Ni plating.
[0082]
Further, as is clear from the evaluation test on the tensile strength, the film-like conductor formed from the conductor paste of the present invention is a baked product of Ag-based fine particles, and as a result, has a practical level of adhesion without the need of any additive. It was confirmed that the strength was maintained (Examples 1 to 5).6). Also, from the results of using the pastes of the respective examples to which the inorganic additives were added, by adding an appropriate amount of glass frit and / or inorganic oxide powder, it was possible to maintain desired solder heat resistance and solder wettability. It was confirmed that the adhesive strength could be improved (for example, see Example 3 and Examples 13 to 15). In particular, the addition of an appropriate amount of an inorganic oxide is effective. By such addition, both maintenance of high solder wettability and solder heat resistance and improvement of adhesive strength can be realized (see Examples 13 to 28). Furthermore, it contributes to reduction of firing shrinkage. It should be noted that one kind of inorganic oxide may be added, but two or more kinds are preferably added in combination (see Examples 26 to 28).
[0083]
The average particle size (0.2 to 1.0 μm) of the Ag powder used in each example was suitable for preparing the conductor paste of the present invention (see Examples 20, 23, 24, and 25). ). Further, the film-shaped conductor firing temperature when the conductive paste according to each example is used is preferably 800 ° C. or higher from the viewpoint of maintaining a relatively high level of adhesive strength, and a firing temperature of about 850 to 900 ° C. is particularly preferable. It was shown that there is.
[0084]
<Example 30: Formation of film conductor and its evaluation (2)>
Next, in order to confirm that the conductor paste according to the present example can suitably form a thin film conductor (10 μm or less) thinner than that formed in the comparative example, Examples 17, 20, 22 and A comparatively thick film conductor and a comparatively thin film conductor were formed using a total of four types of conductor pastes of Comparative Example 2, and the same characteristic evaluation as in Example 29 was performed.
That is, similarly to Example 29, each conductive paste was applied to the surface of the ceramic substrate based on the screen printing method, and a thin coating film and a thick coating film were formed for each paste. Thereafter, the same baking treatment as in Example 29 was performed to form a relatively thick film conductor (thickness: 12 to 15 μm) and a relatively thin film conductor (thickness: 6 to 8 μm).
Next, as a property evaluation of each of the obtained film conductors, a sheet resistance value, solder wettability, solder heat resistance and tensile strength were tested and measured in the same manner as in the above example. The results are shown in Tables 11 and 12 below.
[0085]
[Table 11]
Figure 0003564089
[0086]
[Table 12]
Figure 0003564089
[0087]
As is clear from the results shown in Tables 11 and 12, the conductor pastes according to these examples have substantially the same conductivity, solder wettability, and solder heat resistance as a relatively thick film conductive film. A thin film conductive film having a thickness of 10 μm or less can be formed. This indicates that the conductor paste of the present invention can suitably produce ceramic electronic components such as a thin film circuit board and a thin film hybrid IC having excellent electrical and / or mechanical characteristics.
[0088]
From the above examples, several embodiments suitable as the conductor paste of the present invention have been clarified. Suitable conductor pastes include those having one or more of the following conditions as constituent elements. That is,
(1) Ag powder having an average particle size of 0.2 to 1.0 μm is mainly used as the metal powder.
(2) Metal alkoxide (particularly preferably aluminum alkoxyDo)Is coated with metal powder.
(3) The coating amount (content) of the metal alkoxide is an amount equivalent to 0.01 to 0.1 wt% of the metal (Ag) powder in terms of oxide.
(4) One or two or more inorganic oxides (preferably copper oxide, lead oxide, and the like) in an amount corresponding to about 1 wt% or less (preferably 0.5 wt% or less) of the metal (Ag) powder. And / or bismuth oxide) as an inorganic additive.
(5) One or two or more types of glass powder (preferably zinc-based glass, lead) in an amount corresponding to approximately 0.5 wt% or less (preferably 0.25 wt% or less) of the metal (Ag) powder. Glass and / or borosilicate glass) as an inorganic additive.
[0089]
Further, from the above examples, several embodiments particularly suitable as a method for manufacturing a ceramic electronic component using the conductive paste of the present invention have been clarified. Particularly preferred as the method for manufacturing a ceramic electronic component of the present invention include a method characterized by using the conductor paste according to any one of the preferred embodiments described above, or a method of applying the conductive paste to a ceramic substrate. A method is characterized in that the paste main component (that is, the coating metal powder) is fired at a temperature of about 800 to 900 ° C.
[0090]
<Example 31 to33: Ag paste for forming side conductor film>
Table 13 shows Examples 31 to 3133Meter shown as3Ag pastes for forming side conductor films having various compositions were prepared.
That is, the average particle diameter prepared as a Ag-based fine particle by a general wet method is in the range of 0.3 to 0.5 μm (excluding Example 32) or 0.6 to 0.8 μm (Example 32 only). An approximately spherical Ag powder was used. Also, as a coating materialALuminium alkoxide (acetoalkoxy aluminum diisopropylate)Was. Thus, the metal alkoxide was added to an appropriate organic solvent (here, methanol) to prepare a coating solution having a concentration of 5 to 100 g / l. Next, an appropriate amount of the above Ag powder was suspended in the solution, and the suspension was maintained for 1 to 3 hours with appropriate stirring. Thereafter, the Ag powder was recovered and dried by ventilation at 60 to 110 ° C.
By the above processing, the oxide (Al Two O Three )Approximately 0.0125 to 0.1 wt% of Ag powder in conversion%WhenAmount of aluminum alkoxyToThus, an Ag powder whose surface was almost uniformly coated (hereinafter referred to as “coated Ag powder”) was obtained. The coating amount can be easily adjusted by appropriately adjusting the metal alkoxide concentration of the coating solution and, if necessary, the suspension time of the Ag powder.
[0091]
In preparing the Ag paste for forming the side conductor, the average particle size as the inorganic oxide powder: 1 to 5 μm, the specific surface area: 0.5 to 1.5 mTwo/ G of copper oxide (CuTwoO or CuO) powder and average particle size: 1 to 10 μm, specific surface area: 0.5 to 2.0 mTwo/ G of bismuth oxide (BiTwoOThree) Powder was used.
Thus, a coating Ag powder having a final concentration (weight ratio) of 65 to 75 wt%, and a coating Ag powder amount of 0.01 to 1.0 wt%To%Corresponding amount of bismuth oxide powder and 0.005-0.5 wt% of coating Ag powderTo%A corresponding amount of copper oxide powder, an organic binder (ethyl cellulose) corresponding to 1.5 to 10% by weight of the coating Ag powder amount, and a solvent (BC (butyl carbitol) for Examples 31 to 32) Mixed solvent of diethylene glycol monobutyl ether and terpineol, Example 3To 3Then, each material was weighed so as to be a mixed solvent of BC and an ester (specifically, a mixed solvent of trimethylpentadiol monoisobutyrate) and kneaded using a three-roll mill. As a result, the total amount shown in Table 13 is obtained.3Various kinds of Ag pastes were obtained.
[0092]
[Table 13]
Figure 0003564089
[0093]
<Example 36, 39-44, 46 and47: Ag Paste for Forming Surface Conductive Film>
Table 14 to Table 16Shown inSum9Ag pastes for surface conductor film formation having various compositions were prepared. Examples 31 to 3133Ag powder and metal alkoxide of the same type as those used in the above were used.
That is, a coating solution having a metal alkoxide concentration of 5 to 100 g / l is prepared, and the same treatment as in the production of the Ag paste for forming the side surface conductive film is performed, and the oxide (Al Two O Three )0.025 wt% to 0.4 wt% of aluminum alkoxy in terms of Ag powderToThus, a coated Ag powder having a substantially uniform surface was obtained.
Next, the same treatment as that for the production of the Ag paste for forming the side conductor film is performed, so that the final paste concentration (weight ratio) becomes 83 to 86 wt%, and the amount of the coated Ag powder and the auxiliary components described in Tables 14 to 16 (Inorganic oxides, organic binders, solvents, etc.) as appropriate9Various kinds of Ag pastes were obtained. As is clear from the descriptions of Tables 14 and 16, one of the features of these surface conductor film forming Ag pastes is that the Ag powder content is higher than that of the side surface conductor film forming Ag pastes of Table 13. Example 36, 39Another feature is that the Ag pastes according to Nos. To 44 do not contain inorganic oxide powder (bismuth oxide and copper oxide). On the other hand, the embodiment46The Ag pastes according to Nos. 47 to 47 contain these inorganic oxide powders at a relatively high rate. The content of the organic binder (ethyl cellulose) (% by Ag) and the type of the solvent used for producing each paste are as shown in Tables 14 to 16. In preparing the pastes according to Examples 40 and 42, a small amount of a dispersant (here, an amine-based one was used) was blended.
[0094]
[Table 14]
Figure 0003564089
[0095]
[Table 15]
Figure 0003564089
[0096]
[Table 16]
Figure 0003564089
[0097]
<Performance evaluation of Ag paste>
The viscosity (Pa · s) and the viscosity ratio of these Ag pastes were measured using a general rotational viscometer (Brookfield: Model DV3) and a rotor (Brookfield: SC4-14). The results are shown in the corresponding columns of Tables 13 to 16. In addition, 1T, 10T, 50T, and 100T in the table indicate viscosities at 1 rpm, 10 rpm, 50 rpm, and 100 rpm, respectively.
As is clear from Table 13, the Ag paste for forming the side conductor film has a low viscosity.. SubordinateTherefore, these Ag pastes for forming a side surface conductive film can preferably perform fine screen printing or the like even on a fine chip-shaped ceramic base material.
On the other hand, as is clear from Tables 14 to 16, the Ag paste for forming the surface conductor film has a higher viscosity than the Ag paste for forming the side conductor film, and is applied (printed) on the surface of the base material or filled in the through holes. Suitable for. Further, since the Ag powder content is high, the conduction resistance of the conductor film can be suppressed low.
[0098]
For the conductor film formed using each Ag paste, the dry density (g / cmThree) Was measured as follows. That is, a conductive film having a size of 30 mm × 20 mm square was printed on an alumina substrate whose weight was measured in advance. Next, a drying treatment was performed at 100 to 120 ° C. for about 10 minutes. The printing process and the drying process were repeated to form three to five printed films. Next, the weight of the printed substrate was measured, and the weight of the alumina substrate was subtracted from the measured value (the weight of the printed substrate) to calculate the weight of the printed layer (the dried paste weight). At the same time, the thickness of the printed layer was measured using a surface roughness meter or the like, and the volume of the printed layer was calculated based on the measured thickness. The dry density was derived from (weight of print layer) / (volume of print layer).
The obtained results are shown in the corresponding columns of Tables 13 to 16. Each Ag paste can form a conductor film with good dry density (ie, a conductor film with low conduction resistance).
[0099]
Further, the shrinkage rate (%) when a conductive film was formed using each Ag paste was examined. That is, each Ag paste was applied to the surface of an alumina ceramic sheet having a thickness of about 1 mm (film thickness: 10 to 30 μm) based on a general screen printing method, and baked at a maximum temperature of 950 ° C. The change in shrinkage on the ceramic sheet at 700 ° C. and 900 ° C. as compared with that at normal temperature (before firing), that is, the degree of volume reduction (−%) was examined using TMA as an index.
The obtained results are shown in the corresponding columns of Tables 13 to 16. All Ag pastes showed relatively low shrinkage (0-21%). In particular, Example 36, 39The shrinkage at 700 ° C. of the Ag pastes No. 41 to No. 41 is within 0 to −10%. This indicates that there is almost no difference in shrinkage between the ceramic substrate (alumina or the like) and the conductor film formed on the surface and / or the inner surface of the substrate during the simultaneous firing with the ceramic substrate. . Therefore, by using these Ag pastes for the surface conductor film forming application, or when manufacturing the laminated type ceramic wiring board, further using the Ag paste for the inner surface conductor film forming application, the ceramic base material during the simultaneous firing is used. This prevents the occurrence of an excessive difference in firing shrinkage, and as a result, it is possible to manufacture a ceramic electronic component having excellent adhesion characteristics between the ceramic base material and the conductive film and having no structural defects.
[0100]
Further, the heat resistance of these Ag pastes was examined. That is, the Ag paste of Example 31 was applied on a ceramic substrate made of alumina, and baked at 950 ° C. for 1 hour. As a comparative object, a ceramic substrate coated with a conductor paste mainly containing a conventional general Ag simple substance powder whose surface is not coated with an organic metal compound or a metal oxide (hereinafter referred to as “conventional Ag paste”). Was fired under the same conditions. A photograph of the surface of the ceramic substrate after the firing treatment is shown in FIG. As is clear from these photographs, when the conventional Ag paste was applied, peeling and evaporation of the conductive film were remarkable (see FIG. 1A). On the other hand, when the Ag paste according to the present invention was applied, remarkable peeling, evaporation and foaming were not observed, and a good conductor film (sintered body) was formed and maintained (see FIG. 1B). . From this, it was confirmed that the Ag paste according to the present invention can cope with firing at a relatively high temperature, despite being a conductor paste containing Ag-based fine particles as a main component.
[0101]
<Manufacture of ceramic wiring board>
Next, a conductor film having a predetermined pattern (see FIG. 2) was formed on the surface of the ceramic base material (here, an alumina substrate having a thickness of about 2.0 mm) using an Ag paste for forming a surface conductor film. That is, the Ag paste of Example 31 was applied to the surface of the ceramic substrate based on a general screen printing method to form a coating film having a thickness of 10 to 30 μm. Subsequently, a drying treatment was performed at 100 ° C. for 15 minutes using a far-infrared dryer. By this drying treatment, the solvent volatilized from the coating film, and an unsintered conductor film was formed on the ceramic substrate.
Next, this conductor film was fired together with the ceramic substrate. That is, firing treatment was performed at 700 ° C. for 1 hour in an electric furnace. By this baking treatment, a ceramic wiring board on which the conductor film having the predetermined pattern was baked was obtained (see the photograph in the column of the embodiment of FIG. 2).
As a comparison object, a conventional Ag paste (Comparative Example A), a conventional conductor paste mainly containing an alloy powder having Ag and Pd of 80/20 (Comparative Example B), and 99.5% of Ag and Pt. The same processing was performed using a conventional conductor paste mainly containing an alloy powder of /0.5 to produce ceramic wiring boards on which conductor films of the same shape were baked.
[0102]
The solder heat resistance was tested and measured as follows. That is, after applying the rosin flux to the conductor film forming portion of the ceramic substrate, the substrate was immersed in solder (Sn / Pb = 60/40 (weight ratio)) at a predetermined temperature for a predetermined time. Here, the solder temperature conditions and the immersion time were set to 230 ± 5 ° C. × 30 seconds and 260 ± 5 ° C. × 20 seconds. FIG. 2 shows a photograph of the surface of the ceramic substrate after immersion. As is clear from these surface photographs, the conductor film of Example 31 did not substantially cause so-called "soldering" under any conditions. Also, almost no "soldering" occurred in the conductor film of Comparative Example B formed of an Ag / Pd alloy. On the other hand, the conductor film of Comparative Example A formed from a conventional Ag simple substance whose surface is not coated has a remarkable “soldering crack”, and 30% or more of the conductor film has been lost compared to before the immersion. .
As described above, according to the present invention, a conductor film made of an Ag / Pd alloy without performing a plating process such as Ni plating or solder plating, despite being a conductor film made of a conductor paste containing Ag alone as a main component. Solder heat resistance equal to or higher than the above.
[0103]
<Test Example 1>
As Test Example 1 related to the present invention, the relationship between the coating amount of the organic metal salt and / or the firing temperature and the firing shrinkage rate was considered.
That is, an Ag paste obtained by dispersing an Ag powder having an average particle diameter of 0.8 to 1.0 μm in a solvent (BC) so as to have a content of 85% by weight in the same manner as in the preparation of the Ag paste of each example. (Excluding the inorganic oxide powder), and the coating amount of the aluminum alkoxide is the oxide (AlTwoOThree) In total, six kinds of Ag pastes were prepared, which were 0 to 0.5 wt% of Ag powder in conversion.
The pastes were applied to the surface of an alumina ceramic sheet in the same manner as described in the section <Evaluation of performance of Ag paste>, and baked at a temperature of 400 ° C. to 900 ° C. (%) Was determined. The result is shown in FIG. In the above range of the coating amount, the shrinkage ratio decreased as the coating amount increased. In particular, it was confirmed that those having a coating amount of 0.1% or more can maintain a low shrinkage rate even by a baking treatment under a temperature condition of 800 ° C. or more (for example, 900 ° C.).
[0104]
<Test Example 2>
As Test Example 2 related to the present invention, the relationship between the type and amount of the inorganic oxide powder and the adhesive strength (tensile strength) was considered.
That is, in the same manner as the preparation of the Ag paste of each example, an Ag powder having an average particle size of 0.8 to 1.0 μm and an oxide (AlTwoOThreeAg paste was prepared by dispersing the above-mentioned aluminum alkoxide-coated Ag powder in an amount of 85 wt% in a solvent (BC) in an amount of 0.1 wt% of the Ag powder in terms of conversion. In this test example, bismuth oxide, copper oxide, or oxide glass (BiTwoOThree-BTwoOThree-SiOTwoA total of nine types of Ag pastes containing 0.25 wt%, 0.5 wt% or 1 wt% of Ag glass powder were prepared.
Using these pastes, ceramic wiring boards similar to those described above were produced and subjected to the above tensile strength test. The result is shown in FIG. As is clear from the graph, it was confirmed that each of the conductor films formed from the respective Ag pastes had high adhesive strength.
[0105]
In the above Examples and Test Examples, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above.
Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the conductor paste of the present invention, practically sufficient solder heat resistance, solder wettability, and adhesion can be achieved without using a large amount of expensive noble metal such as Pd or separately performing Ni plating. A film conductor having strength and conductivity can be formed. Therefore, when the conductor paste of the present invention is used, a ceramic wiring board or other ceramic electronic component on which a conductor layer (film conductor) having high electrical reliability and high mechanical strength is formed by inexpensive and relatively simple processing. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (A) is a photograph showing the state of a conventional ceramic substrate surface coated with an Ag paste after a high-temperature firing treatment, and FIG. 1 (B) is a high-temperature firing of the ceramic substrate surface coated with the Ag paste according to the present invention. It is a photograph which shows the state after a process.
FIG. 2 is a photograph showing a state of a surface (conductor film) of a ceramic wiring board after a ceramic wiring board according to Example 31 and Comparative Examples A and B on which a conductor film is formed is immersed in molten solder.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a coating amount of an organic metal salt and / or a firing temperature and a firing shrinkage rate in one test example.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the type and amount of inorganic oxide powder and the adhesive strength (tensile strength) in one test example.

Claims (7)

金属粉末を主成分とする、焼成された膜状導体を基材に形成する用途に用いられる導体ペーストであって、
その金属粉末は、表面が有機系金属化合物でコーティングされたAg又はAg主体の合金から成る平均粒径0.3〜1.0μmの微粒子から実質的に構成されたものであり、
その有機系金属化合物は、Alを構成金属元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド又はキレート化合物である、導体ペースト。
A conductive paste used for forming a fired film-shaped conductor on a substrate, which is mainly composed of metal powder,
The metal powder is substantially composed of fine particles having an average particle diameter of 0.3 to 1.0 μm made of Ag or an Ag-based alloy coated on the surface with an organic metal compound,
Conductive paste, wherein the organic metal compound is an organic acid metal salt, metal alkoxide or chelate compound containing Al as a constituent metal element.
前記Alを構成金属元素とする有機系金属化合物のコーティング量は、Alの酸化物換算でペースト中に含まれる前記微粒子全量の0.01〜2.0wt%に相当する量である、請求項1に記載の導体ペースト。The coating amount of the organic metal compound containing Al as a constituent metal element is an amount corresponding to 0.01 to 2.0 wt% of the total amount of the fine particles contained in the paste in terms of Al oxide. 4. The conductor paste according to 1. 前記Alを構成金属元素とする有機系金属化合物のコーティング量は、Alの酸化物換算でペースト中に含まれる前記微粒子全量の0.01〜0.1wt%に相当する量である、請求項1に記載の導体ペースト。The coating amount of the organic metal compound having Al as a constituent metal element is an amount corresponding to 0.01 to 0.1 wt% of the total amount of the fine particles contained in the paste in terms of Al oxide. 4. The conductor paste according to 1. 金属粉末を主成分とする、焼成された膜状導体を基材に形成する用途に用いられる導体ペーストの製造方法であって、
(a)Ag又はAg主体の合金から成る平均粒径0.3〜1.0μmの微粒子の表面を有機系金属化合物でコーティングすることによって金属粉末を調製する工程と、
(b)そのコーティングされた金属粉末を有機媒質中に分散させる工程とを包含し、
ここで前記有機系金属化合物はAlを構成金属元素とする有機酸金属塩、金属アルコキシド又はキレート化合物である、導体ペースト製造方法。
A method for producing a conductor paste used for forming a baked film conductor on a substrate, comprising a metal powder as a main component,
(A) preparing metal powder by coating the surface of fine particles of Ag or an alloy mainly composed of Ag and having an average particle diameter of 0.3 to 1.0 μm with an organic metal compound;
(B) dispersing the coated metal powder in an organic medium;
Here, the method for producing a conductive paste, wherein the organic metal compound is an organic acid metal salt, metal alkoxide or chelate compound containing Al as a constituent metal element.
膜状導体が形成されたセラミック基材を含むセラミック電子部品を製造する方法であって、
(a)請求項1〜3のいずれかに記載の導体ペーストをセラミック基材に塗布する工程と、
(b)その塗布されたペースト主成分を焼成する工程とを包含するセラミック電子部品製造方法。
A method for manufacturing a ceramic electronic component including a ceramic substrate on which a film-shaped conductor is formed,
(A) applying the conductive paste according to any one of claims 1 to 3 to a ceramic substrate;
(B) a step of firing the applied paste main component.
前記Alを構成金属元素とする有機系金属化合物のコーティング量は、Alの酸化物換算でペースト中に含まれる前記微粒子全量の0.01〜2.0wt%に相当する量である、請求項4に記載の製造方法。The coating amount of the organic metal compound having Al as a constituent metal element is an amount corresponding to 0.01 to 2.0 wt% of the total amount of the fine particles contained in the paste in terms of Al oxide. The method according to 1. 前記Alを構成金属元素とする有機系金属化合物のコーティング量は、Alの酸化物換算でペースト中に含まれる前記微粒子全量の0.01〜0.1wt%に相当する量である、請求項4に記載の製造方法。The coating amount of the organic metal compound having Al as a constituent metal element is an amount corresponding to 0.01 to 0.1 wt% of the total amount of the fine particles contained in the paste in terms of Al oxide. The method according to 1.
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