JP4933674B1 - 電極用銅ペースト。 - Google Patents

Abstract

【課題】
現状では、銀ペーストの変わる電極用銅ペーストが開発されているが、接着強度に問題がある。接着強度が強く、特に、フェライトコアーの外部電極として使用できる電極用銅ペーストの提供。
【解決手段】
微細銅粉を主体とし、亜鉛粉末、ビスマス粉末、ガラスフリット、ビビクルで構成された電極用銅ペーストに、更に、多くの気孔率を有する多孔質炭化珪素、或いは、多孔質セラミックス等を添加することで、微細銅粉との、結合を強め電極用銅ペーストとして素子とのの密着強度を向上させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、セラミック素子等の絶縁体に塗布、焼き付けて外部電極の導電性パターンを形成する為に用いる電極用銅ペーストで、電極への密着強度の強い電極用銅ペーストに関する。

従来、セラミック電子部品は、主にセラミック素子と外部電極からなり、例えば、セラミック素子としては、チタン酸バリュウム系、チタン酸ストロンチュウム系、酸化亜鉛系、酸化鉄系のセラミックからなり、製品としては磁器コンデンサー、ＮＴＣサーミスター、酸化亜鉛バリスター等がある。これ等の外部電極は、例えば、円版状の基板の両側平面に銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布し、７００〜９００℃で焼き付けて、電極を形成していたが近年では、銀の価格高騰により、材料コストが高いものになっている。

銀電極の場合はマイグレーションによる絶縁劣化が生じる恐れがあり、半田耐熱性等にも劣る欠点があった、更に、鉛レスの半田使用となり、更に、鉛レスの半田使用となり、半田付け温度にも問題が生じている。銀に変わり、種々の卑金属が検討されており、銅粉末からなる電極用銅ペーストが各種、先行技術として示されている。然し、銅焼付け電極は一般には８００℃以上の高温で焼付けをして、電極を緻密化する必要がある。この焼結緻密化が不十分な場合は、電極への半田の浸漬がおこり、特性の不具合や、密着強度の低下の原因になっていた。電極用銅ペーストに要求される特性の中では、密着強度が常に問題となる項目である。

そこで、密着強度に関しての先行技術が、種々、開示されている。金属ペーストの密着強度を高めるために金属酸化物を添加しているものも有るが、金属粉が、銀、パラジュウム等の高価な金属が主体である。
（例えば、特許文献１参照）
銅ペーストとしては、有機金属を添加剤として、対応しているものも開示されている。
（例えば、特許文献２参照）

更に、之までは、素子に電極を形成するのは、誘電体が主体であったが、近年電子部品は回路基板に表面実装されるようになって、磁性体にも素体に電極を形成する必要性が出てきた。然し、インダクターは、コンデンサーの様に積層状態が難しく、小型ドラムコアーに巻線という形で供給されている。それは、フェライトコアーに直に銀ペーストを焼き付けると、電気特性、特に、Q値が２０〜３０％程度、減少することが知られている。その為、積層の形は難しく、ドラムコアーの電極に関しても、銀電極では、Q値が減少するため、電極の面積を狭くせざるを得ない状態である。即ち、ドラムコアーの鍔の部分に、銀ペーストで全面電極を形成すると、電気的特性、特にQ値が極端に低下する。その為、部分的な電極形成となり、回路基板との接合面積が減り密着強度も充分に得られていないのが現状である。そこで、一般的には樹脂製のベースを使用することで、対応している。 （例えば特許文献２、３参照）
特許公報第２７９５４６７号 特開２０００−３４０４２８号公報 特開平８−１９５３１７

高価な銀に代えての微細銅粉主体の電極用銅ペーストは、実用化されているものの密着強度の問題は解決されていないのが実情である。この２〜３年先行技術の開示は無い。特に、フェライトコアーの電極用としては、未だ、電極用銅ペーストは開発されていない。面実装用インダクターでは、上記、先行技術の様に、樹脂ベースを使用しているが、面実装の概念からは外れている。直付けの方法で面実装することが出来る、又、一般のセラミック素子の電極として、密着強度の強い電極用銅ペーストの提供を課題とする。

課題を解決するための第一の技術手段は、微細銅粉を主体とし、亜鉛粉末、ビスマス粉末、ガラスフリット、ビビクル、で構成された電極用銅ペーストにおいて、更に、多孔質炭化珪素、或いは、多孔質セラミックスを０．０２〜５．０重量部の範囲で添加すること。

一般的なセラミック素子への強い密着強度はもとより、インダクター、としてのドラムコアー等フェライトコアー自体に直接、電極を形成することが出来、回路部品として、特性を低下することなく、面実装できて、密着強度も充分に得ることが出来る。
何よりも、従来から最大の懸案でであった電極用銅ペーストの強度が向上したことは今後の電極形成に於いて、セラミック基板、ＬＥＤ回路基板等に大いに利用されると期待される。

本発明の電極形成、従来品との比較図 本発明のＬＥＤ電球基板への応用例

従来の微細銅粉を主体とした電極用銅ペーストは、銅粉同士の密着ではその強度に限界があり電極強度として問題があった、五酸化バナジュウム等を、セメントに含有のバラスにも似た状態で、楔として添加することで、幾分強度は増加するが、充分ではなかった。五酸化バナジュウムの添加は、本発明者の過去の出願である。

試行錯誤の結果 今回、多孔質炭化珪素が、気孔率が大きく、微細銅粉との組み合わせで、素子、微細銅粉、多孔質炭化珪素が上手く繋がりあう事を確認し、電極用銅ペーストに多孔質炭化珪素を添加することで、塗布、焼付け後の銅電極の密着強度が向上する事を知得した。即ち、気孔の内部に、微細銅粉は入り込み多孔質炭化珪素が楔の役目をするものと思われる。多孔質炭化珪素の気孔率は、４０％位までの間、任意に、変えることも出来る。

多孔質炭化珪素に関しては、熱伝導率も、良く、物質としては、ダイヤモンドに次ぐ値を示す。電極用銅ペーストに含有されても、焼付け時に反応への影響も無くスムースに、電極形成が出来る。

多孔質炭化珪素の他、多孔質のセラミックとして、アルミナ、ジルコニア等も同様に使用できるが、これ等は使用用途において、選べばよい。
多孔質炭化珪素の添加量は０．０２〜５．０重量部の範囲、添加できるが、０．０２重量部以下では、効果が確認できず、５．０重量部以上では、銅粉末の特性を阻害することになって半田付けの不具合が生じることになる。他の多孔質セラミックにおいても同様である。

従来から、フェライトからなるドラムコアー、インダクターの表面に、銀電極を焼き付けた場合、これ等の電気的特性、主にQ値が極端に減少するとされている。今回、本発明の電極用銅ペーストをフェライトドラムコアーの電極として焼き付けた場合はQ値の減少を抑えることが出来た、これは、銅は，非磁性であり、電極用銅ペーストに、強磁性物質を含まないことに関連があると推察される。銀電極の場合、成分としてニッケル、コバルト等、強磁性体を多くの場合含んでいる。そのため、電極面積を狭く塗布する状態で、回路基板との接合面積が減り密着強度も充分に得られていないのが現状である。

本発明の電極用銅ペーストによれば、広い範囲に電極が形成でき、又、密着強度に於いても、回路基板との密着度も上がり、強度的にも優れたものになっている。銅の場合は非磁性であることが磁気回路的に有意である。

図１において、（１）は、銀電極による、従来のドラムコアーの電極形成でドラムコアーの鍔の両端に形成されている。
この状態では直接の面実装では、基板との密着の状態が完全ではない。
強度的に不安がある。

（２）は、本発明の電極用銅ペーストをドラムコアーの鍔の全面に電極形成した物である。この状態での特性の劣化は僅かで、基板との密着強度に関しては充分である。この様に、電極用銅ペーストであれば、全面電極も可能で、強度的にも優れているが、更に 本発明による、多孔質炭化珪素の添加によって、密着強度は強くなっている。

最近話題となっているＬＥＤ電球の基板に、酸化アルミニュウム、窒化アルミニュウムが、放熱性がよいことから、使用されているが、これ等の基板との接合においても多孔質炭化珪素を添加の電極用銅ペーストは優れた電極強度を持つことが出来る。
図２はLED電球用、酸化アルミニュウム基板に、本発明の電極用銅ペーストで電極回路を焼き付けた物である。

微細銅粉、１Kg,エチルセルローズ７０ｇをブチルカルビトールに溶解し、ガラスフリット２００ｇ、亜鉛粉末２ｇ、ビスマス粉末１２ｇ、炭化珪素 ５ｇを添加した。これ等を３本ミルを用いて混錬した後、外形9.85ｍｍφ厚さ１．９ｍｍのＮＴＣサーミスタ素子にスクリーン印刷によって、外形８ｍｍφの 電極を印刷し１３０℃で30分乾燥した後、窒素雰囲気中４５０℃、４８０℃、５００℃で、夫々焼き付けた。得られた銅電極に外形０．６ｍｍφの錫引き銅線のリード線を半田付けし、リード線の引っ張り強度を測定した。その結果は第１表の通りであった。

微細銅粉、１Kg,エチルセルローズ７０ｇをブチルカルビトールに溶解し、ガラスフリット２００ｇ、亜鉛粉末２ｇ、ビスマス粉末１２ｇ、炭化珪素 １０ｇを添加した。
これ等を３本ミルを用いて混錬した後、外形８．０Ｘ８．０ｍｍ、高さ３．８ｍｍ（コイル幅２．０）のインダクター用フェライトコアーの鍔面にスクリーン印刷によって、鍔面一面に銅ペーストでの電極を印刷し１３０℃で30分乾燥した後、窒素雰囲気中５００℃、５５０℃、６００℃で、夫々焼き付けた。得られた銅電極に外形（０．０６ｍｍ）φの（ＵＴＰ）のリード線を半田付けし、リード線の引っ張り強度を測定した。その結果は第２表の通りであった。

１ フェライト ドラム型コアー
２ 電極 （Ａｇペースト）
３ 電極（ Ｃｕペースト）

Claims (1)

1. 微細銅粉を主体とし、亜鉛粉末、ビスマス粉末、ガラスフリット、ビビクル、で構成された電極用銅ペーストにおいて、更に、多孔質炭化珪素、或いは多孔質セラミックスを、０．０２〜５．０重量部、添加することを特徴とした電極用銅ペースト。