JP6623919B2 - Conductive composition, method for producing conductor, and method for forming wiring of electronic component - Google Patents
Conductive composition, method for producing conductor, and method for forming wiring of electronic component Download PDFInfo
- Publication number
- JP6623919B2 JP6623919B2 JP2016089119A JP2016089119A JP6623919B2 JP 6623919 B2 JP6623919 B2 JP 6623919B2 JP 2016089119 A JP2016089119 A JP 2016089119A JP 2016089119 A JP2016089119 A JP 2016089119A JP 6623919 B2 JP6623919 B2 JP 6623919B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- glass frit
- conductive composition
- zinc
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
Description
本発明は、導電性組成物、それを用いた導体の製造方法及び電子部品の配線の形成方法に関する。 The present invention relates to a conductive composition, a method for manufacturing a conductor using the same, and a method for forming wiring of an electronic component.
電子部品の基板上に回路を形成する方法の一つに、導電性成分を含む導電性組成物を焼成して得られた導体により配線や電極を形成する方法がある。その際、導電性成分としては、金、銀、パラジウム又はこれらの混合物などが多く用いられている。しかし、金やパラジウムは、貴金属であるため価格が高く、需給状況などによって価格変動を受けやすい。よって、これらの金属を用いた場合、製品のコストアップにつながったり、価格が変動したりするなどの問題がある。銀は、金やパラジウムより安価であるが、マイグレーションが起こりやすいという問題がある。また、導電性成分として、貴金属以外ではニッケルが用いられることもあるが、導電性が比較的低いという問題がある。 As one of methods for forming a circuit on a substrate of an electronic component, there is a method of forming a wiring or an electrode using a conductor obtained by firing a conductive composition containing a conductive component. At that time, gold, silver, palladium or a mixture thereof is often used as the conductive component. However, gold and palladium are precious metals, so their prices are high, and they are susceptible to price fluctuations depending on the supply and demand situation. Therefore, when these metals are used, there are problems such as an increase in the cost of the product and a change in the price. Silver is cheaper than gold and palladium, but has the problem that migration is likely to occur. As the conductive component, nickel may be used other than the noble metal, but there is a problem that the conductivity is relatively low.
そこで、近年、導電性成分として、導電性に優れ、耐マイグレーション性に優れ、かつ、安価である銅が用いられ始めている。導体は、例えば、有機ビヒクルを配合して粘度を調整したペースト状の導電性組成物(導電性ペースト)を、スクリーン印刷などの印刷法により基板上に塗布し、基板上に塗布した導電性ペーストを乾燥した後、焼成することにより形成される。銅は、酸化されやすい金属であるため、銅を含む導電性ペーストの焼成は、一般的に、還元性雰囲気や不活性ガス雰囲気で行われ、例えば、窒素ガス中で行われる。大気中で焼成すると、銅が酸化されてしまい、その際形成される酸化物により導電性が低下することがある。 Therefore, in recent years, copper which is excellent in conductivity, excellent in migration resistance and inexpensive has been used as a conductive component. For the conductor, for example, a paste-like conductive composition (conductive paste) whose viscosity is adjusted by blending an organic vehicle is applied to a substrate by a printing method such as screen printing, and the conductive paste applied to the substrate is applied. Is formed by drying and firing. Since copper is a metal that is easily oxidized, baking of the conductive paste containing copper is generally performed in a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere, for example, in a nitrogen gas. When calcined in the air, copper is oxidized, and the oxide formed at that time may lower the conductivity.
銅を含む導電性組成物は、主成分として、銅粉末とガラスフリットとを含む場合が多い。ガラスフリットは、導電性成分同士を密着させたり、基板と導電性成分とを密着させたりする効果がある。従来、ガラスフリットは、鉛を含有するガラスフリット(鉛ガラスフリット)が多く用いられてきた。鉛ガラスフリットは、軟化温度が低く、導電性成分や基板との濡れ性に優れるため、鉛ガラスフリットを用いた導電性組成物は、十分な導電性および基板との密着性を有する。 The conductive composition containing copper often contains copper powder and glass frit as main components. Glass frit has an effect of bringing conductive components into close contact with each other or bringing a substrate and conductive components into close contact with each other. Conventionally, glass frit containing lead (lead glass frit) has been used in many cases. Since the lead glass frit has a low softening temperature and is excellent in wettability with a conductive component and a substrate, the conductive composition using the lead glass frit has sufficient conductivity and adhesion to the substrate.
しかしながら、近年、環境に有害な化学物質に対する規制が厳しくなっており、鉛はRoHS指令などで規制対象物質になっている。そこで、鉛を含まないガラスフリット(無鉛ガラスフリット)を用いた導電性組成物が求められている。 However, in recent years, regulations on chemical substances that are harmful to the environment are becoming stricter, and lead is a regulated substance under the RoHS Directive and the like. Therefore, a conductive composition using a glass frit that does not contain lead (lead-free glass frit) has been demanded.
基板上に回路を形成する際、配線や電極などの導体の他に、抵抗体も形成される。回路は、例えば、印刷法により、導電性ペーストや抵抗ペーストを基板上に塗布した後、それぞれ適切な条件で焼成することにより順次形成されたり、印刷法による塗布で基板上に配線、電極、抵抗体等のパターンを連続して形成した後に、一回の熱処理で、同時に焼成することにより形成されたりする。 When a circuit is formed on a substrate, a resistor is formed in addition to conductors such as wiring and electrodes. The circuit is formed sequentially by, for example, applying a conductive paste or a resistive paste on the substrate by a printing method, and then baking it under appropriate conditions. After a pattern of a body or the like is continuously formed, it is formed by firing simultaneously with one heat treatment.
抵抗ペーストは、例えば、酸化ルテニウムとガラスフリットを含む。この様な抵抗ペーストは、窒素雰囲気中で焼成すると、酸化ルテニウムが窒素と反応して所望の抵抗値が得られない場合がある。そこで、導電性ペーストを窒素雰囲気中で焼成する必要がある場合は、抵抗ペーストを塗布し、大気中で焼成して抵抗体を形成した後、導電性ペーストを塗布し、窒素雰囲気中で焼成して導体を形成する方法が用いられている。 The resistance paste includes, for example, ruthenium oxide and glass frit. If such a resistance paste is fired in a nitrogen atmosphere, ruthenium oxide may react with nitrogen and a desired resistance value may not be obtained. Therefore, if it is necessary to fire the conductive paste in a nitrogen atmosphere, apply a resistive paste and fire in air to form a resistor, then apply the conductive paste and fire in a nitrogen atmosphere. A method of forming a conductor by using the method has been used.
上記のように先に焼成して抵抗体を形成しておくことにより、導体の形成を窒素雰囲気中で行うことができる。しかし、導体を形成する際の熱処理は、通常、800℃〜1000℃で行われるため、抵抗体に対する窒素の影響は防止できても、高温での熱処理による熱履歴が、抵抗体に悪影響を及ぼす場合がある。そこで、より低い温度、例えば750℃以下での熱処理により焼成が可能な導電性組成物が求められている。 By forming the resistor by firing beforehand as described above, the conductor can be formed in a nitrogen atmosphere. However, since the heat treatment for forming the conductor is usually performed at 800 ° C. to 1000 ° C., even if the influence of nitrogen on the resistor can be prevented, the heat history due to the heat treatment at a high temperature adversely affects the resistor. There are cases. Therefore, a conductive composition that can be fired by a heat treatment at a lower temperature, for example, 750 ° C. or lower has been demanded.
例えば、特許文献1には、銅粉、酸化第一銅粉、酸化第二銅粉およびガラス粉を主成分とする無機成分と有機ビヒクル成分からなる銅ペースト組成物が記載され、この銅ペースト組成物は、特に550〜750℃での低温焼成に適することが記載されている。しかし、その実施例において、この銅ペースト組成物に用いられるガラス粉としては、鉛を含むガラス粉のみが開示されている。 For example, Patent Document 1 describes a copper paste composition comprising an inorganic component and an organic vehicle component containing copper powder, cuprous oxide powder, cupric oxide powder, and glass powder as main components. The article is described as being particularly suitable for low-temperature firing at 550-750 ° C. However, in the examples, only glass powder containing lead is disclosed as glass powder used in the copper paste composition.
鉛を実質的に含まない無鉛ガラスフリットは、鉛ガラスフリットに比べて基板との濡れ性に劣る傾向がある。そのため、無鉛ガラスフリットを用いた導電性組成物は、導体と基板との密着性が十分に得られない場合がある。特に、焼成の際の熱処理温度が低くなるほどその傾向は顕著にあらわれる。そのため、十分な導電性及び密着性を有する導体を形成することのできる、無鉛ガラスフリットを用いた導電性組成物が求められている。 A lead-free glass frit containing substantially no lead tends to have poorer wettability with a substrate than a lead glass frit. Therefore, a conductive composition using a lead-free glass frit may not be able to obtain sufficient adhesion between the conductor and the substrate. In particular, the lower the heat treatment temperature at the time of firing, the more noticeable the tendency. Therefore, a conductive composition using a lead-free glass frit capable of forming a conductor having sufficient conductivity and adhesion has been demanded.
例えば、引用文献2には、少なくとも銅粉、無鉛ガラスフリット、酸化第一銅を含有する銅ペースト組成物であって、無鉛ガラスフリットは、少なくともビスマス、ホウ素およびシリコンの各酸化物を含むとともに、軟化開始温度が400℃以下である銅ペースト組成物が開示されている。この銅ペースト組成物は、セラミック基板に対して密着性に優れることが記載されている。 For example, Reference 2 discloses a copper paste composition containing at least copper powder, a lead-free glass frit, and cuprous oxide, and the lead-free glass frit contains at least bismuth, boron, and each oxide of silicon, A copper paste composition having a softening start temperature of 400 ° C. or lower is disclosed. It is described that this copper paste composition has excellent adhesion to a ceramic substrate.
また、引用文献3には、外部電極用銅ペーストに用いられるガラスフリットとして、ホウ珪酸系ガラスフリット(SiO2−B2O3系)、ホウ珪酸バリウム系ガラスフリット(BaO−SiO2−B2O3系)等の無鉛ガラスフリットに、酸化亜鉛を特定の割合で含有するホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットを添加することにより、電気特性および接着強度に優れた銅ペーストが開示されている。 Patent Document 3 discloses that borosilicate glass frit (SiO 2 —B 2 O 3 ) and barium borosilicate glass frit (BaO—SiO 2 —B 2 ) are used as glass frit used for a copper paste for an external electrode. A copper paste having excellent electrical properties and adhesive strength is disclosed by adding a zinc borosilicate-based glass frit containing zinc oxide at a specific ratio to a lead-free glass frit such as O 3 ).
しかしながら、特許文献2及び3に記載される銅ペーストは、900℃の焼成で導体を形成しており、750℃以下の低温で焼成した際にも、十分な導電性及び密着性を有する導体を得られるかについては検討されていない。 However, the copper pastes described in Patent Literatures 2 and 3 form conductors by firing at 900 ° C., and even when fired at a low temperature of 750 ° C. or lower, a conductor having sufficient conductivity and adhesion is obtained. Whether it can be obtained has not been considered.
本発明は、このような現状に鑑みて検討されたもので、750℃以下の温度でも焼成が可能であり、基板と十分な密着性を有し、導電性に優れる導電性組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been studied in view of such circumstances, and provides a conductive composition that can be fired even at a temperature of 750 ° C. or less, has sufficient adhesion to a substrate, and has excellent conductivity. The purpose is to:
本発明の第1の態様では、銅粉末と、酸化第一銅と、無鉛ガラスフリットとを含有する
導電性組成物であって、酸化第一銅を、銅粉末100質量部に対し、5.5質量部以上25質量部以下含有し、無鉛ガラスフリットが、酸化ホウ素、酸化珪素、酸化亜鉛、及び任意に他の成分を含有し、かつ、含有量の多い酸化物成分の上位3種類が酸化ホウ素、酸化珪素及び酸化亜鉛であるホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットと、酸化バナジウム、酸化亜鉛、及び任意に他の成分を含有し、かつ、含有量の多い酸化物成分の上位2種類が酸化バナジウム及び酸化亜鉛であるバナジウム亜鉛系ガラスフリットと、を含有し、無鉛ガラスフリット100質量%に対して、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットを10質量%以上90質量%以下含有し、バナジウム亜鉛系ガラスフリットを90質量%以下10質量%以上含有し、導電性組成物全体に対して、鉛の含有量が0.01質量%以下である、導電性組成物が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a conductive composition containing copper powder, cuprous oxide, and a lead-free glass frit. The lead-free glass frit contains 5 to 25 parts by mass, and the lead-free glass frit contains boron oxide, silicon oxide, zinc oxide, and optionally other components. Boron, silicon oxide and zinc oxide, zinc borosilicate glass frit, and vanadium oxide, zinc oxide, and optionally contain other components, and the top two types of oxide components having a high content are vanadium oxide and containing vanadium zinc glass frit is a zinc oxide, a, with respect to 100 mass% of lead-free glass frit, borosilicate zinc glass frit containing 90 wt% or less than 10 wt%, vanadium zinc Containing less than 10 wt% 90 wt% a Rasufuritto on the total conductive composition, the content of lead is less than 0.01 wt%, the conductive composition is provided.
また、無鉛ガラスフリット100質量%に対して、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットを20質量%以上80質量%以下、バナジウム亜鉛系ガラスフリットを80質量%以下20質量%以上含有することが好ましい。バナジウム亜鉛系ガラスフリットが、バナジウム亜鉛系ガラスフリット全体に対し、酸化バナジウムを30質量%以上50質量%以下含有し、酸化亜鉛を30質量%以上50質量%以下含有することが好ましい。また、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットが、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリット全体に対し、酸化亜鉛を25質量%以上45質量%以下含有することが好ましい。また、無鉛ガラスフリットを、銅粉末100質量部に対して、0.2質量部以上8.5質量部以下含有することが好ましい。また、酸化第一銅を、銅粉末100質量部に対して、5.5質量部以上15質量部以下含有することが好ましい。また、銅粉末が、球状粉末及びフレーク状粉末の少なくとも一方を含有することが好ましい。また、球状粉末の平均粒径が0.2μm以上5μm以下であることが好ましい。また、有機ビヒクルを、導電性組成物100質量%に対して、10質量%以上50質量%以下含有することが好ましい。
Further, with respect to lead-free glass frit 100 wt%, 80 wt% to 20 wt% of borosilicate zinc glass frit or less, preferably contains a vanadium zinc glass frit less than 20 wt% 80 wt%. It is preferable that the vanadium zinc-based glass frit contains vanadium oxide in an amount of 30% by mass or more and 50% by mass or less and zinc oxide in a range of 30% by mass or more and 50% by mass or less based on the whole vanadium zinc-based glass frit . Further, it is preferable that the zinc borosilicate glass frit contains 25% by mass or more and 45% by mass or less of zinc oxide based on the whole zinc borosilicate-based glass frit . Further, it is preferable to contain the lead-free glass frit in an amount of 0.2 to 8.5 parts by mass based on 100 parts by mass of the copper powder. Further, it is preferable that cuprous oxide be contained in an amount of 5.5 parts by mass or more and 15 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the copper powder. Preferably, the copper powder contains at least one of a spherical powder and a flake-like powder. The average particle diameter of the spherical powder is preferably 0.2 μm or more and 5 μm or less. Further, it is preferable that the organic vehicle be contained in an amount of 10% by mass or more and 50% by mass or less based on 100% by mass of the conductive composition.
本発明の第2の態様では、上記導電性組成物を750℃以下の熱処理により焼成する工程を備える導体の製造方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a conductor, comprising a step of firing the conductive composition by a heat treatment at 750 ° C. or lower.
本発明の第3の態様では、上記導電性組成物を基板上に塗布する工程、及び塗布後の前記基板を750℃以下の熱処理により焼成する工程、を備える電子部品の配線の形成方法が提供される。 In a third aspect of the present invention, there is provided a method for forming a wiring of an electronic component, comprising: a step of applying the conductive composition on a substrate; and a step of firing the substrate after the application by a heat treatment at 750 ° C. or lower. Is done.
本発明の導電性組成物を用いることにより、導電性及び基板との密着性に優れた導体を形成することができる。また、本発明の導電性組成物は750℃以下の低温で焼成することが可能であるため、本発明の導電性組成物を用いることにより、電子部品の抵抗体や内部素子等にダメージを与えることなく導体を形成することができる。その結果、従来と同等の電気特性を有する電子部品を無鉛で、かつ少ない不良率少で製造することができる。 By using the conductive composition of the present invention, a conductor excellent in conductivity and adhesion to a substrate can be formed. In addition, since the conductive composition of the present invention can be fired at a low temperature of 750 ° C. or lower, the use of the conductive composition of the present invention damages resistors and internal elements of electronic components. It is possible to form a conductor without any problems. As a result, it is possible to manufacture an electronic component having the same electrical characteristics as the conventional one without lead and with a low defect rate.
1.導電性組成物
本実施形態の導電性組成物は、銅粉末と、酸化第一銅と、無鉛ガラスフリットとを含む。導電性組成物は、鉛ガラスフリットを使用しないことにより、実質的に鉛を含まず、環境特性に優れる。なお、無鉛ガラスフリットとは、鉛を含まないか、または、鉛を含む場合でも、その含有量が極めて少ないガラスフリット(例えば、ガラスフリット全体に対して、鉛の含有率が0.1質量%以下)をいう。また、導電性組成物が実質的に鉛を含まない、ということは、例えば、導電性組成物全体に対して、鉛の含有量が0.01質量%以下である状態をいう。
以下、導電性組成物を構成する各成分について説明する。
1. Conductive Composition The conductive composition of the present embodiment includes copper powder, cuprous oxide, and a lead-free glass frit. By not using a lead glass frit, the conductive composition is substantially free of lead and has excellent environmental characteristics. Note that a lead-free glass frit is a glass frit that does not contain lead or, even when it contains lead, has a very small content (for example, the content of lead is 0.1% by mass with respect to the entire glass frit). Below). Further, that the conductive composition does not substantially contain lead means, for example, a state in which the content of lead is 0.01% by mass or less with respect to the entire conductive composition.
Hereinafter, each component constituting the conductive composition will be described.
(1)銅粉末
本実施形態の導電性組成物は、導電性成分として銅粉末を含む。銅粉末は、導電性や耐マイグレーション性に優れ、かつ、安価である。銅粉末は、酸化されやすいため、導電性組成物を熱処理する際は、通常、窒素雰囲気中で加熱処理される。
(1) Copper powder The conductive composition of the present embodiment contains copper powder as a conductive component. Copper powder has excellent conductivity and migration resistance and is inexpensive. Since copper powder is easily oxidized, when heat-treating the conductive composition, it is usually heat-treated in a nitrogen atmosphere.
銅粉末の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法、例えば、アトマイズ法、湿式還元法、電気分解法などを用いることができる。例えば、アトマイズ法を用いた場合、得られる銅粉中の不純物の残留濃度を小さくすることができると共に、得られる銅粉の粒子の表面から内部に至る細孔を少なくすることができ、銅粉末の酸化を抑制できる。 The method for producing the copper powder is not particularly limited, and a conventionally known method, for example, an atomizing method, a wet reduction method, an electrolysis method, or the like can be used. For example, when the atomizing method is used, the residual concentration of impurities in the obtained copper powder can be reduced, and the number of pores extending from the surface to the inside of the obtained copper powder particles can be reduced. Oxidation can be suppressed.
銅粉末の形状および粒径は、特に限定されず、対象電子部品に応じて適宜選択できる。銅粉末の形状は、例えば、球状、フレーク状の銅粉末またはこれらの混合物を用いることができる。銅粉末は、例えば、フレーク状の銅粉末を含むことにより、銅粉末同士の接触面積が大きくなり、導電性に優れる場合がある。 The shape and particle size of the copper powder are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the target electronic component. As the shape of the copper powder, for example, spherical or flake-like copper powder or a mixture thereof can be used. The copper powder contains, for example, flake-shaped copper powder, so that the contact area between the copper powders becomes large and the copper powder may be excellent in conductivity.
銅粉末は、球状の銅粉末及びフレーク状の混合物を用いる場合、球状の銅粉末及びフレーク状の混合割合は、用途に応じて、適宜、選択できる。混合割合は、例えば、銅粉末全体100質量部に対して、球状の銅粉末を10質量部以上90質量部以下、フレーク状の銅粉末を90質量部以下10質量部以上含有させることができる。 When a spherical copper powder and a flake-like mixture are used as the copper powder, the mixing ratio of the spherical copper powder and the flake-like can be appropriately selected according to the application. The mixing ratio can be, for example, 10 parts by mass or more and 90 parts by mass or less of the spherical copper powder and 90 parts by mass or less and 10 parts by mass or more of the flaky copper powder with respect to 100 parts by mass of the entire copper powder.
銅粉末の粒径は、例えば、球状の銅粉末の場合、平均粒径が0.2μm以上5μm以下程度とすることができる。例えば、フレーク状の銅粉末の場合、扁平長粒径は3μm以上30μm以下程度とすることができる。粒径が上記範囲の場合、小型化した電子部品への適用性に優れる。なお、この平均粒径はメジアン径(D50)であり、レーザー回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置によって測定できる。なお、銅粉末は、同一の粒径を有する粉末を用いても、異なる粒径を有する2種以上の粉末を混合して用いてもよい。 For example, in the case of spherical copper powder, the average particle size of the copper powder can be about 0.2 μm or more and 5 μm or less. For example, in the case of flake-shaped copper powder, the flat elongated particle diameter can be set to be about 3 μm or more and about 30 μm or less. When the particle size is in the above range, the applicability to miniaturized electronic components is excellent. The average particle diameter is a median diameter (D50) and can be measured by a particle size distribution measuring device based on a laser diffraction / scattering method. The copper powder may be a powder having the same particle size or a mixture of two or more powders having different particle sizes.
なお、通常、導電性粉末の粒径を小さくすることにより、焼成を進みやすくすることができるが、例えば、球状の銅粉末の平均粒径を0.2μm未満とした場合、銅粉末が酸化しやすくなり、逆に焼結不良が発生するだけでなく、容量不足や、ペースト粘度の経時変化等の不具合が起こりやすくなる場合がある。本実施形態の導電性組成物は、例えば、銅粉末の粒径が1μm以上であっても、後述する特定の成分を含むことにより、例えば750℃以下の低温の熱処理であっても、十分、銅粉末を焼成させることができる。 In general, firing can be facilitated by reducing the particle size of the conductive powder.For example, when the average particle size of the spherical copper powder is set to less than 0.2 μm, the copper powder is oxidized. In addition, not only sintering failure may occur, but also problems such as insufficient capacity and change in paste viscosity with time may occur. The conductive composition of the present embodiment, for example, even if the particle size of the copper powder is 1 μm or more, by including a specific component described later, for example, even a low-temperature heat treatment of 750 ° C. or less, enough, The copper powder can be fired.
(2)無鉛ガラスフリット
本実施形態の導電性組成物は、無鉛ガラスフリットとして、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットと、バナジウム亜鉛系ガラスフリットとを含有する。導電性組成物は、上記2種類を組み合わせたガラスフリットを含むことにより、無鉛ガラスフリットを用いた場合においても、銅粉末及び基板への濡れ性にバランスよく優れる。また、この導電性組成物は、750℃以下で焼成した場合でも、導電性及び密着性に非常に優れた導体を得ることができる。
(2) Lead-free glass frit The conductive composition of the present embodiment contains zinc borosilicate glass frit and vanadium zinc glass frit as lead-free glass frit. Since the conductive composition contains a glass frit in which the above two types are combined, even when a lead-free glass frit is used, the wettability to the copper powder and the substrate is excellent in a well-balanced manner. Further, even when this conductive composition is fired at 750 ° C. or lower, a conductor having extremely excellent conductivity and adhesion can be obtained.
ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットとは、酸化ホウ素(B2O3)、酸化珪素(SiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、及び任意に他の成分を含み、含有量の多い酸化物成分の上位3種類がB2O3、SiO2及びZnOであるガラスフリットのことである。ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットは、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリット100質量%に対し、ZnOを25質量%以上45質量%以下、SiO2を5質量%以上15質量%以下、B2O3を35質量%以上55質量%以下含有することが好ましい。 The zinc borosilicate glass frit includes boron oxide (B 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and optionally other components, and is the top three oxide components having a high content. It is a glass frit whose type is B 2 O 3 , SiO 2 and ZnO. The zinc borosilicate-based glass frit has a ZnO content of 25% by mass to 45% by mass, a SiO 2 content of 5% by mass to 15% by mass, and a B 2 O 3 of 35% by mass with respect to 100% by mass of the zinc borosilicate-based glass frit. % Or more and 55% by mass or less.
ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットの組成は、上記以外の他の成分を1種類又は2種類以上含むことができ、例えば、Na2O等のアルカリ金属の酸化物やAl2O3等を含むことができる。これらの他の成分の添加量はそれぞれ0.5質量%以上10質量%以下であることが好ましい。 The composition of the zinc borosilicate glass frit may include one or more other components other than the above, and may include, for example, an oxide of an alkali metal such as Na 2 O or Al 2 O 3. it can. It is preferable that the addition amounts of these other components are respectively 0.5% by mass or more and 10% by mass or less.
ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットの粒径は、特に限定されないが、例えば、平均粒径1μm以上10μm以下であり、好ましくは1μm以上5μm以下である。粒径が上記範囲であることにより、低温焼成の際にも、流動性に優れる。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱式 粒子径・粒度分布測定装置(マイクロトラック法)により測定した値である。 The particle size of the zinc borosilicate glass frit is not particularly limited, but is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. When the particle size is within the above range, excellent fluidity is obtained even during low-temperature firing. The average particle size is a value measured by a laser diffraction / scattering type particle size / particle size distribution measuring device (microtrack method).
ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットは、軟化点が600℃以下であることが好ましく、より好ましくは400℃以上600℃以下であり、さらに好ましくは500℃以上600℃以下である。軟化点が上記範囲である場合、低温焼成した際でも、導電性及び密着性に優れた導体を得ることができる。軟化点は、例えば、ガラスフリットの組成や粒径などを適宜調整することにより、制御することができる。 The softening point of the zinc borosilicate glass frit is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and further preferably 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. When the softening point is in the above range, a conductor excellent in conductivity and adhesion can be obtained even when fired at a low temperature. The softening point can be controlled, for example, by appropriately adjusting the composition and particle size of the glass frit.
バナジウム亜鉛系ガラスフリットとは、酸化バナジウム(V2O5)、酸化亜鉛(ZnO)、及び任意に他の成分を含み、含有量の多い酸化物成分の上位2種類がV2O5及びZnOであるガラスフリットのことである。バナジウム亜鉛系ガラスフリットは、好ましくは、ZnOを30質量%以上50質量%以下、V2O5を30質量%以上50質量%以下含有するのが好ましい。バナジウム亜鉛系ガラスフリットは、V2O5を含むことにより、低温で熱処理した場合でも流動性に優れ、基板への浸透性に優れる導電性組成物を得ることができる。 The vanadium zinc-based glass frit includes vanadium oxide (V 2 O 5 ), zinc oxide (ZnO), and optionally other components, and the top two oxide components having a high content are V 2 O 5 and ZnO. Is a glass frit. The vanadium zinc-based glass frit preferably contains ZnO in a range of 30% by mass to 50% by mass and V 2 O 5 in a range of 30% by mass to 50% by mass. By containing V 2 O 5 , the vanadium zinc-based glass frit can obtain a conductive composition having excellent fluidity even when heat-treated at a low temperature, and having excellent permeability to a substrate.
バナジウム亜鉛系ガラスフリットの組成は、上記以外の他の成分を1種類又は2種類以上含むことができ、例えば、CaO等のアルカリ金属の酸化物や、B2O3、Bi2O3、Al2O3等を含むことができる。これらの他の成分の添加量はそれぞれ0質量%以上10質量%以下とするのが好ましい。 The composition of the vanadium zinc-based glass frit can include one or more components other than those described above. For example, alkali metal oxides such as CaO, B 2 O 3 , Bi 2 O 3 , and Al 2 O 3 and the like can be included. It is preferable that the addition amount of these other components is respectively 0% by mass or more and 10% by mass or less.
バナジウム亜鉛系ガラスフリットの粒径は、特に限定されないが、例えば、平均粒径1μm以上10μm以下であり、好ましくは1μm以上5μm以下である。粒径が上記範囲である場合、低温焼成の際にも、流動性に優れる。なお、この平均粒径は、マイクロトラック法により測定した値である。 The particle size of the vanadium zinc-based glass frit is not particularly limited, but is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. When the particle size is within the above range, excellent fluidity is obtained even during low-temperature firing. The average particle size is a value measured by the microtrack method.
バナジウム亜鉛系ガラスフリットは、その軟化点が、好ましくは600℃以下であり、より好ましくは300℃以上500℃以下であり、より好ましくは350℃以上450℃以下である。軟化点が上記範囲である場合、流動性に優れた導電性組成物とすることができる。軟化点は、例えば、ガラスフリットの組成や粒径などを適宜調整することにより、制御することができる。 The vanadium zinc-based glass frit has a softening point of preferably 600 ° C. or less, more preferably 300 ° C. or more and 500 ° C. or less, and more preferably 350 ° C. or more and 450 ° C. or less. When the softening point is in the above range, a conductive composition having excellent fluidity can be obtained. The softening point can be controlled, for example, by appropriately adjusting the composition and particle size of the glass frit.
また、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットの軟化点は、上記バナジウム亜鉛系ガラスフリットの軟化点より高いものを選択することができる。導電性組成物は、異なる軟化点を有するガラスフリットを含むことにより、流動性に優れ、導電性成分及び基板への濡れ性にバランスよく優れる。また、これらのガラスフリットに含まれるZnOは、乾燥や焼成工程の際、有機ビヒクル由来の残留チャー(煤、カーボン)により還元されて亜鉛となり、この亜鉛により、銅粉末の酸化を抑制することができる。なお、ガラスフリット中のZnOの機能は上記に限定されない。 Further, the softening point of the zinc borosilicate glass frit can be selected to be higher than the softening point of the vanadium zinc glass frit. Since the conductive composition contains glass frit having different softening points, the conductive composition is excellent in fluidity and excellent in wettability to the conductive component and the substrate in a well-balanced manner. In addition, ZnO contained in these glass frit is reduced by residual char (soot, carbon) derived from an organic vehicle into zinc during a drying or baking step, and this zinc suppresses oxidation of copper powder. it can. The function of ZnO in the glass frit is not limited to the above.
無鉛ガラスフリットの含有量は、例えば、塗布の対象となる電子部品、用いるガラスフリットの種類、銅粉末の含有量により得られる特性等から適宜選択できる。無鉛ガラスフリットの含有量は、例えば、その下限が、銅粉末100質量部に対して、0.2質量部以上であり、好ましくは1質量部以上であり、より好ましくは2質量部以上である。無鉛ガラスフリットの含有量の下限が上記範囲であることにより、基材との密着性により優れる。無鉛ガラスフリットの含有量の上限は、特に限定されないが、例えば、その上限が、銅粉末100質量部に対して、15質量部以下である。本実施形態の導電性組成物を導体パターンの形成に用いる場合、その上限は、好ましくは9質量部以下であり、より好ましくは6質量部以下であり、さらに好ましくは5質量部以下である。無鉛ガラスフリットの含有量の上限が上記範囲であることにより、形成した電極のはんだ接合性により優れる。無鉛ガラスフリットの含有量が多すぎる場合、焼結時に余剰のガラスが導体外部に押し出されることにより、電極の表面に余剰ガラスが残存する状態となり、はんだ接合性が悪くなる。 The content of the lead-free glass frit can be appropriately selected from, for example, the electronic component to be coated, the type of the glass frit to be used, the characteristics obtained by the content of the copper powder, and the like. The content of the lead-free glass frit is, for example, the lower limit thereof is 0.2 parts by mass or more, preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the copper powder. . When the lower limit of the content of the lead-free glass frit is within the above range, the adhesion to the substrate is more excellent. Although the upper limit of the content of the lead-free glass frit is not particularly limited, for example, the upper limit is 15 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the copper powder. When the conductive composition of the present embodiment is used for forming a conductive pattern, the upper limit is preferably 9 parts by mass or less, more preferably 6 parts by mass or less, and even more preferably 5 parts by mass or less. When the upper limit of the content of the lead-free glass frit is in the above range, the formed electrode is more excellent in solder jointability. If the content of the lead-free glass frit is too large, excess glass is extruded to the outside of the conductor during sintering, so that excess glass remains on the surface of the electrode, resulting in poor solder jointability.
また、無鉛ガラスフリットの含有量は、例えば、導電性ペースト全体に対して、0.5質量%以上10質量%以下の範囲とすることができ、中でも、2質量%以上8質量%以下が好ましい。 Further, the content of the lead-free glass frit can be, for example, in the range of 0.5% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the entire conductive paste, and particularly preferably 2% by mass or more and 8% by mass or less. .
バナジウム亜鉛系ガラス質フリットの含有量は、無鉛ガラスフリット全体に対し、例えば10質量%以上90質量%以下であり、好ましくは20質量%以上80質量%以下であり、より好ましくは40質量%以上60質量%以下である。本実施形態において、バナジウム亜鉛系ガラス質フリットの含有量が上記範囲である場合、形成される導体が導電性及び基板との密着性にバランスよく優れる。 The content of the vanadium zinc-based vitreous frit is, for example, 10% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, more preferably 40% by mass or more based on the whole lead-free glass frit. It is 60% by mass or less. In the present embodiment, when the content of the vanadium zinc-based vitreous frit is in the above range, the formed conductor is excellent in conductivity and adhesion to the substrate in a well-balanced manner.
ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットの含有量は、例えば、無鉛ガラスフリット全体に対し、90質量%以下10質量%以上であり、好ましくは80質量%以下20質量%以上であり、より好ましくは60質量%以下40質量%以上である。本実施形態において、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットの含有量が上記範囲である場合、形成される導体が導電性及び基板との密着性にバランスよく優れる。 The content of the zinc borosilicate glass frit is, for example, 90% by mass or less and 10% by mass or more, preferably 80% by mass or less and 20% by mass or more, more preferably 60% by mass, based on the whole lead-free glass frit. Below, it is 40% by mass or more. In this embodiment, when the content of the zinc borosilicate glass frit is in the above range, the formed conductor is excellent in conductivity and adhesion to the substrate in a well-balanced manner.
無鉛ガラスフリット全体に対して、ZnOの含有量は、好ましくは30質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは35質量%以上40質量%以下である。ZnOの含有量が上記範囲である場合、より基板との密着性に優れる。 The content of ZnO is preferably 30% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 35% by mass or more and 40% by mass or less based on the entire lead-free glass frit. When the content of ZnO is in the above range, the adhesion to the substrate is more excellent.
また、無鉛ガラスフリット全体に対して、V2O5の含有量は、好ましくは5質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは10質量%以上30質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以上25質量%以下である。V2O5含有量が上記範囲である場合、より基板との密着性に優れる。 In addition, the content of V 2 O 5 is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less, and further preferably 10% by mass or less with respect to the entire lead-free glass frit. It is at least 25 mass%. When the V 2 O 5 content is in the above range, the adhesion to the substrate is more excellent.
また、B2O3の含有量は、無鉛ガラスフリット全体に対して、好ましくは3質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは10質量%以上45質量%以下、さらに好ましくは20質量%以上40質量%以下である。また、SiO2の含有量は、無鉛ガラスフリット全体に対して、好ましくは2質量%以上10質量%以下である。 In addition, the content of B 2 O 3 is preferably 3% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 45% by mass or less, and further preferably 20% by mass or less, based on the entire lead-free glass frit. Not less than 40% by mass. Further, the content of SiO 2 is preferably 2% by mass or more and 10% by mass or less based on the entire lead-free glass frit.
(3)酸化第一銅
本実施形態の導電性組成物は無機結合剤として酸化第一銅(酸化銅(I):Cu2O)を含むことにより、低温焼成用銅導電ペーストの銅粉同士の焼結を促進させることができる。
(3) Cuprous oxide The conductive composition of the present embodiment contains cuprous oxide (copper (I) oxide: Cu 2 O) as an inorganic binder, so that the copper powders of the copper conductive paste for low-temperature firing can be used. Can be promoted.
酸化第一銅の含有量は、例えば、銅粉末100質量部に対し、好ましくは5.5質量部以上25質量部以下とすることができ、より好ましくは6質量部以上25質量部以下、より好ましくは7質量部以上15質量部以下である。酸化銅の含有量が上記範囲である場合、銅粉末同士の焼結を促進させ、優れた導電性及び基材との密着性を有する。なお、酸化第一銅の含有量が多すぎる場合、銅の焼結に寄与しない余分な酸化銅が抵抗となり、導電性が不十分となることがある。 The content of cuprous oxide can be, for example, preferably from 5.5 parts by mass to 25 parts by mass, more preferably from 6 parts by mass to 25 parts by mass, based on 100 parts by mass of copper powder. Preferably it is 7 to 15 parts by mass. When the content of copper oxide is in the above range, sintering of copper powders is promoted, and excellent conductivity and adhesion to a substrate are obtained. If the content of cuprous oxide is too large, excess copper oxide that does not contribute to sintering of copper becomes a resistance, and the conductivity may be insufficient.
無鉛ガラスフリットは、非酸素雰囲気中(例えば、窒素ガス雰囲気中など)で焼成すると基板に対する密着性が不十分となる傾向がある。しかし、無鉛ガラスフリットと酸化第一銅を含む導電性組成物を、例えば、ペースト状に調整した後、非酸素雰囲気中で熱処理すると、熱処理時に微量の酸素が酸化第一銅から焼成雰囲気中に導入されることにより、基板に対する密着性を向上させることができる。本実施形態の導電性組成物によれば、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットと、バナジウム亜鉛系ガラスフリットと、酸化第一銅とを組み合わせることにより、導電性及び基板に対する密着性が顕著に向上した導体を得ることができる。なお、本実施形態の導電性組成物は、上記した効果を阻害しない範囲で、少量の酸化第二銅(酸化銅(II):CuO)を含んでもよい。酸化第二銅は、例えば、銅粉末100質量部に対し、0質量部以上5質量部以下含むことができる。 When baked in a non-oxygen atmosphere (for example, in a nitrogen gas atmosphere), the lead-free glass frit tends to have insufficient adhesion to a substrate. However, when a conductive composition containing a lead-free glass frit and cuprous oxide is heat-treated in a non-oxygen atmosphere, for example, after being adjusted to a paste, a small amount of oxygen is converted from cuprous oxide into a firing atmosphere during the heat treatment. By being introduced, the adhesion to the substrate can be improved. According to the conductive composition of the present embodiment, by combining a zinc borosilicate glass frit, a vanadium zinc glass frit, and cuprous oxide, a conductor having significantly improved conductivity and adhesion to a substrate Can be obtained. Note that the conductive composition of the present embodiment may contain a small amount of cupric oxide (copper (II) oxide: CuO) as long as the above-described effects are not impaired. Cupric oxide can be contained, for example, in an amount of 0 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the copper powder.
(4)有機ビヒクル
本実施形態の導電性組成物は、有機ビヒクルを含有させてもよい。有機ビヒクルは、導電性組成物の粘度を調整し、適切な印刷性を有するペースト状の組成物とすることができる。
(4) Organic Vehicle The conductive composition of the present embodiment may contain an organic vehicle. The organic vehicle can adjust the viscosity of the conductive composition to be a paste-like composition having appropriate printability.
有機ビヒクルの組成は、特に限定されず、導電性ペーストに用いられる公知のものを用いることができる。有機ビヒクルは、例えば、樹脂成分と溶剤とを含有する。樹脂成分としては、例えば、セルロース樹脂やアクリル樹脂などを用いることができる。溶剤としては、例えば、ターピネオールやジヒドロターピネオール等のテルペン系溶剤、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等のエーテル系溶剤を、単独または複数、混合して用いることができる。 The composition of the organic vehicle is not particularly limited, and a known composition used for a conductive paste can be used. The organic vehicle contains, for example, a resin component and a solvent. As the resin component, for example, a cellulose resin or an acrylic resin can be used. As the solvent, for example, terpene-based solvents such as terpineol and dihydroterpineol, and ether-based solvents such as ethyl carbitol and butyl carbitol can be used alone or in combination.
有機ビヒクルは、導電性組成物を乾燥又は焼成する際に揮発又は燃焼する成分であるため、導電性組成物における有機ビヒクルの含有量は、特に限定されない。有機ビヒクルは、導電性組成物が適度な粘性および塗布性を有する様に添加すればよく、用途等により適宜、その含有量を調製することができる。例えば、有機ビヒクルは、ペースト状の導電性組成物(導電性ペースト)100質量%に対し、10質量%以上50質量%以下含有されることができる。 Since the organic vehicle is a component that volatilizes or burns when the conductive composition is dried or fired, the content of the organic vehicle in the conductive composition is not particularly limited. The organic vehicle may be added so that the conductive composition has appropriate viscosity and applicability, and the content thereof can be appropriately adjusted depending on the use and the like. For example, the organic vehicle can be contained in an amount of 10% by mass or more and 50% by mass or less based on 100% by mass of the paste-like conductive composition (conductive paste).
なお、本実施形態の導電性組成物は、本発明の効果を奏する範囲で、他の成分を含有してもよい。例えば、このような他の成分として、消泡剤、分散剤、カップリング剤等を、導電性組成物に適宜添加してもよい。 Note that the conductive composition of the present embodiment may contain other components as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, as such other components, an antifoaming agent, a dispersant, a coupling agent, and the like may be appropriately added to the conductive composition.
(5)導電性組成物の特性
本実施形態の導電性組成物は、焼成後の導体の導電性及び基板との接着性に非常に優れるため、導体の形成に好適に用いることができる。また、本実施形態の導電性組成物は、750℃以下の熱処理で焼成することが可能であり、さらに600℃以下の熱処理でも焼成することが可能であり、形成された導体は優れた導電性及び基板との接着性を有することができる。よって、本実施形態の導電性組成物は、低温焼成用の導電性ペーストとして好適に用いることができる。
(5) Characteristics of Conductive Composition The conductive composition of the present embodiment is very excellent in conductivity of a conductor after firing and adhesion to a substrate, and thus can be suitably used for forming a conductor. In addition, the conductive composition of the present embodiment can be fired by a heat treatment of 750 ° C. or lower, and can be fired by a heat treatment of 600 ° C. or lower. And an adhesive property with the substrate. Therefore, the conductive composition of the present embodiment can be suitably used as a conductive paste for low-temperature firing.
本実施形態の導電性組成物は、600℃で焼成した導体の膜厚10μmに換算した面積抵抗値が、好ましくは10mΩ以下であり、より好ましくは5mΩ以下である。なお、この面積抵抗値は、後述する実施例に記載の方法により測定される値である。 In the conductive composition of the present embodiment, the area resistance of the conductor fired at 600 ° C. in terms of a film thickness of 10 μm is preferably 10 mΩ or less, more preferably 5 mΩ or less. The sheet resistance is a value measured by a method described in Examples described later.
また、本実施形態の導電性組成物は、600℃で焼成した導体のピール強度が、好ましくは20N以上であり、より好ましくは25N以上である。また、上記導電性組成物の各成分の配合割合を調整することにより、30N以上とすることができ、さらに40N以上とすることができる。なお、ピール強度は、例えば、上記導電性組成物を600℃で焼成して作製した銅導体に直径0.6mmのSnめっきCuワイヤーを3Ag−0.5Cu−Snはんだで取り付けた後、前記SnめっきCuワイヤーを引っ張って破壊させた時に測定される値で、電子部品の基板と導体の密着性を評価する値である。 In the conductive composition of the present embodiment, the peel strength of the conductor fired at 600 ° C. is preferably 20 N or more, more preferably 25 N or more. Further, by adjusting the mixing ratio of each component of the conductive composition, it can be made 30N or more, and furthermore, 40N or more. The peel strength is determined, for example, by attaching a Sn-plated Cu wire having a diameter of 0.6 mm to a copper conductor prepared by sintering the conductive composition at 600 ° C. with 3Ag-0.5Cu-Sn solder, It is a value measured when the plated Cu wire is pulled and broken, and is a value for evaluating the adhesion between the substrate of the electronic component and the conductor.
なお、本実施形態の導電性組成物は、電子部品の表面に形成する配線や電極などの導体以外にも用いることができ、例えば、積層セラミックコンデンサの内部電極や外部電極、はんだ代替品として電子素子などのチップ部品をリードフレームや各種基板に接着し、電気的又は熱的に導通させる材料として使用してもよい。 Note that the conductive composition of the present embodiment can be used for other than conductors such as wiring and electrodes formed on the surface of an electronic component. A chip component such as an element may be adhered to a lead frame or various substrates and used as a material for electrically or thermally conducting.
2.導体の形成方法
以下、本実施形態の導体の形成方法について、説明する。
まず、銅粉末と、酸化第一銅と、無鉛ガラスフリットと、有機ビヒクルとを混合した導電性組成物を製造する。無鉛ガラスフリットは、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットと、バナジウム亜鉛系ガラスフリットとを含有する。導電性組成物は、有機ビヒクル中の溶剤により、適度に粘度が調整されたペースト(導電性ペースト)を形成する。導電性ペースト中の各成分の組成、配合割合等は、上述した通りである。
2. Hereinafter, a method for forming a conductor according to the present embodiment will be described.
First, a conductive composition is produced by mixing copper powder, cuprous oxide, lead-free glass frit, and an organic vehicle. The lead-free glass frit contains a zinc borosilicate glass frit and a vanadium zinc glass frit. The conductive composition forms a paste (conductive paste) whose viscosity is appropriately adjusted by the solvent in the organic vehicle. The composition, mixing ratio, and the like of each component in the conductive paste are as described above.
次に、導電性ペーストを焼成して、導体を形成する。焼成は、一般的に、800℃以上1000℃以下の熱処理により行われる。本実施形態の導電性ペーストは、800℃未満の熱処理でも十分に焼成することができ、例えば750℃以下の熱処理でも焼成が可能であり、650℃以下の熱処理でも焼成が可能である。また、本実施形態の導電性ペーストによれば、後述する実施例に示されるように、600℃の熱処理で焼成した場合でも、導電性及び基板との密着性に非常に優れる導体を得ることができる。 Next, the conductive paste is fired to form a conductor. The firing is generally performed by a heat treatment at 800 ° C. or more and 1000 ° C. or less. The conductive paste of the present embodiment can be sufficiently fired even at a heat treatment of less than 800 ° C., for example, can be fired even at a heat treatment of 750 ° C. or less, and can be fired at a heat treatment of 650 ° C. or less. Further, according to the conductive paste of the present embodiment, as shown in the examples described below, even when baked by a heat treatment at 600 ° C., it is possible to obtain a conductor having extremely excellent conductivity and adhesion to a substrate. it can.
焼成の熱処理温度の下限は、特に限定されないが、例えば、400℃以上である。また、焼成の処理の時間は、ピーク温度において、例えば、5分以上20分以下である。 The lower limit of the heat treatment temperature for firing is not particularly limited, but is, for example, 400 ° C. or higher. The firing time is, for example, 5 minutes or more and 20 minutes or less at the peak temperature.
また、焼成の前に乾燥を行ってもよい。乾燥の条件は特に限定されないが、例えば、50℃〜150℃、5分〜15時間程度で行うことができる。また、焼成炉内のバーンアウトゾーンの酸素濃度は、特に限定されないが、例えば、100ppm程度とすることができる。 Further, drying may be performed before firing. The drying conditions are not particularly limited, but for example, the drying can be performed at 50 ° C. to 150 ° C. for about 5 minutes to 15 hours. Further, the oxygen concentration in the burnout zone in the firing furnace is not particularly limited, but may be, for example, about 100 ppm.
上記導電性ペーストを電子部品上に塗布すること、及び塗布後の電子部品を焼成すること、により回路形成した電子部品を製造することができる。また、上記導電性ペーストを基板上に塗布すること、及び塗布後の基板を焼成すること、により配線を形成した電子部品を製造することができる。この電子部品の製造方法において、本実施形態の導電性組成物を用いれば、750℃以下の熱処理で焼成させることができるため、抵抗体や内部素子等へのダメージを低減することができる。また、熱処理は、650℃以下で行うこともでき、さらに600℃以下で行うこともできる。この製造方法により形成された導体は、導電性及び基板との密着性に非常に優れる。 By applying the conductive paste on the electronic component and firing the applied electronic component, an electronic component having a circuit formed thereon can be manufactured. Further, by applying the conductive paste on a substrate and baking the substrate after the application, an electronic component having wiring formed thereon can be manufactured. In the method for manufacturing an electronic component, if the conductive composition of the present embodiment is used, it can be fired by a heat treatment at 750 ° C. or less, so that damage to resistors, internal elements, and the like can be reduced. In addition, the heat treatment can be performed at 650 ° C. or lower, and can be performed at 600 ° C. or lower. The conductor formed by this manufacturing method is very excellent in conductivity and adhesion to a substrate.
次に、本発明について実施例と比較例を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
1.原料
(1)銅粉末(球状):アトマイズ法により製造した平均粒径0.3μm、1.0μm、2.5μmの球状の銅粉末を用いた。
(2)銅粉末(フレーク状):上記方法で製造した球状の銅粉末を原料に用いて、湿式ボールミル法によりフレーク化し、平均粒径10μmとしたフレーク状の銅粉末を用いた。
Next, the present invention will be described using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
1. Raw material (1) Copper powder (spherical): Spherical copper powder having an average particle diameter of 0.3 μm, 1.0 μm, and 2.5 μm manufactured by an atomizing method was used.
(2) Copper powder (flake shape): The spherical copper powder produced by the above method was used as a raw material and flaked by a wet ball mill method, and a flake copper powder having an average particle size of 10 μm was used.
(3)無鉛ガラスフリット
・ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリット:軟化点が520〜570℃のZnO−SiO2−B2O3系ガラスフリットとして、ZnOを36質量%、SiO2を10質量%、B2O3を45質量%含有し、平均粒径が1.5μmのものを用いた。
・バナジウム亜鉛系ガラスフリット:軟化点が380〜430℃のZnO−V2O5系ガラスフリットとして、ZnOを41質量%、V2O5を39.5質量%含有し、平均粒径が3.5μmのものを用いた。
・ホウ珪酸ビスマス系ガラスフリット:軟化点が565〜595℃のBi2O3−SiO2−B2O3系ガラスフリットとして、Bi2O3を34.1質量%、B2O3を24.4質量%、SiO2を17質量%含有し、平均粒径が1.5μmのものを用いた。
用いたそれぞれ無鉛ガラスフリットの組成を表1に示す。
(3) lead-free glass frit borosilicate zinc glass frit: a ZnO-SiO 2 -B 2 O 3 based glass frit having a softening point of 520 to 570 ° C., ZnO 36 wt%, a SiO 2 10 wt%, B The one containing 45% by mass of 2 O 3 and having an average particle size of 1.5 μm was used.
Vanadium zinc glass frit: a ZnO-V 2 O 5 based glass frit having a softening point of three hundred eighty to four hundred thirty ° C., ZnO 41 wt%, the V 2 O 5 contained 39.5 wt%, average particle size 3 0.5 μm was used.
· Borosilicate bismuth glass frit: as Bi 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 based glass frit having a softening point of five hundred and sixty-five to five hundred ninety-five ° C., the Bi 2 O 3 34.1 wt%, B 2 O 3 24 A material containing 0.4% by mass and 17% by mass of SiO 2 and having an average particle size of 1.5 μm was used.
Table 1 shows the composition of each lead-free glass frit used.
(4)酸化第一銅:平均粒径1μm〜5μmのCu2Oを用いた。 (4) Cuprous oxide: Cu 2 O having an average particle size of 1 μm to 5 μm was used.
2.導電性ペーストの製造
(有機ビヒクルの作製)
ターピネオール80質量部に対して、エチルセルロース18質量部、アクリル樹脂2質量部を添加し、軽く分散させ、分散液を得た。その後、この分散液をエアーモーターで撹拌しながら60℃まで加熱し、透明で粘稠な有機ビヒクルを作製した。
2. Production of conductive paste (production of organic vehicle)
Ethyl cellulose (18 parts by mass) and acrylic resin (2 parts by mass) were added to terpineol (80 parts by mass) and lightly dispersed to obtain a dispersion. Thereafter, the dispersion was heated to 60 ° C. while being stirred by an air motor to produce a transparent and viscous organic vehicle.
(導電性ペーストの作製)
銅粉末、ガラスフリット、酸化第一銅および上述のように調整した有機ビヒクルをミキサーで混合し、混合物を得た。各成分の配合比率を表2に示す。この混合物を、三本ロールミルによって混練して、導電性ペーストを作製した。
(Preparation of conductive paste)
Copper powder, glass frit, cuprous oxide, and the organic vehicle prepared as described above were mixed with a mixer to obtain a mixture. Table 2 shows the mixing ratio of each component. This mixture was kneaded with a three-roll mill to produce a conductive paste.
3.評価用の導体の形成
(1)面積抵抗値評価用試料
金ペーストをアルミナ基板に印刷、焼成し、電極間距離50mmの金(Au)電極が形成されたアルミナ基板を準備した。前記基板の表面上に、幅0.5mm、電極間距離50mmとなるパターンを用いて、焼成後の厚みが10μm〜13μmとなるように、得られた導電性ペーストをAu電極間に印刷した。この印刷後のアルミナ基板を、120℃で熱処理し、導電性ペーストを乾燥させた。乾燥処理後のアルミナ基板を、窒素雰囲気ベルト炉で、ピーク温度600℃、ピーク温度持続時間10分、炉入り口から出口まで60分のプロファイルで熱処理し、導電性ペーストを焼成した。炉内の焼成ゾーンの酸素濃度は5ppmとし、炉の前半部(炉入り口から600℃のゾーンまで)に設けられたバーンアウトゾーンには乾燥空気を導入し、酸素濃度を200ppm、400ppmおよび600ppmの各濃度に設定した。なお、酸素濃度は、ジルコニア酸素濃度計(東レ製:型式LC−750)を用いて測定し、各濃度に調整した。
(2)密着性評価用の試料
アルミナ基板上に前述の低温焼成用銅導電性ペーストを2mm×2mmのパターンで印刷し、上述の面積抵抗値評価用試料作製条件と同条件で焼成して、密着性評価用の試料(焼成後の厚み10μm)を作製した。
3. Formation of Conductor for Evaluation (1) Sample for Evaluation of Area Resistance A gold paste was printed on an alumina substrate and baked to prepare an alumina substrate on which a gold (Au) electrode having a distance between electrodes of 50 mm was formed. The obtained conductive paste was printed between Au electrodes using a pattern having a width of 0.5 mm and a distance between electrodes of 50 mm on the surface of the substrate so that the thickness after firing was 10 μm to 13 μm. The printed alumina substrate was heat-treated at 120 ° C. to dry the conductive paste. The dried alumina substrate was heat-treated in a nitrogen atmosphere belt furnace with a peak temperature of 600 ° C., a peak temperature duration of 10 minutes, and a profile of 60 minutes from the entrance to the exit of the furnace, and the conductive paste was fired. The oxygen concentration in the firing zone in the furnace was 5 ppm, and dry air was introduced into the burnout zone provided in the first half of the furnace (from the furnace entrance to the zone at 600 ° C.) to reduce the oxygen concentration to 200 ppm, 400 ppm and 600 ppm. Each concentration was set. The oxygen concentration was measured using a zirconia oxygen concentration meter (manufactured by Toray: Model LC-750) and adjusted to each concentration.
(2) Sample for Adhesion Evaluation The above-mentioned copper conductive paste for low-temperature firing was printed on an alumina substrate in a pattern of 2 mm × 2 mm, and fired under the same conditions as the above-mentioned sheet resistance evaluation sample preparation conditions. A sample (thickness after firing: 10 μm) for evaluating adhesion was prepared.
(3)形成した導体の特性評価
3−1)面積抵抗値
上記で得られた面積抵抗値評価用試料のAu電極間にデジタルマルチメータ(株式会社アドバンテスト製)の抵抗値測定用プローブを接触させて、導体の抵抗値R[t]を測定した。続いて、この抵抗値R[t]を面積抵抗値Rs[t](=R(t)×W/L)に換算した。この値を用いて、導体の厚さが10μmである場合の面積抵抗値Rs0(=Rs[t]×t/10)(Ω/□)を算出した。なお、tは導体の厚さ、Wは導体の幅、Lは導体の長さを示す。これらの結果を表2に示す。
(3) Characteristic evaluation of formed conductor 3-1) Area resistance value A resistance measuring probe of a digital multimeter (manufactured by Advantest Co., Ltd.) is brought into contact between the Au electrodes of the sample for evaluation of area resistance obtained above. Then, the resistance R [t] of the conductor was measured. Subsequently, the resistance value R [t] was converted to a sheet resistance value Rs [t] (= R (t) × W / L). Using this value, the sheet resistance Rs0 (= Rs [t] × t / 10) (Ω / □) when the thickness of the conductor was 10 μm was calculated. Note that t represents the thickness of the conductor, W represents the width of the conductor, and L represents the length of the conductor. Table 2 shows the results.
3−2)基板との密着性
得られた密着性評価用の試料の銅導体に直径0.6mmのSnめっきCuワイヤーを、96.5質量%Sn−3質量%Ag−0.5質量%Cu組成のはんだを用いてはんだ付けし、荷重測定器(アイコーエンジニアリング(株)製、MODEL 2152HTP)を用いて垂直方向に80mm/minの速度で引っ張り、導体を基板から剥離させた際の剥離強度を20点測定し、その平均値で評価した。
3-2) Adhesion to Substrate A copper conductor of the obtained adhesion evaluation sample was coated with a Sn-plated Cu wire having a diameter of 0.6 mm by using 96.5% by mass Sn-3% by mass Ag-0.5% by mass. Peeling strength when the conductor is peeled off from the substrate by soldering with a Cu composition solder, pulling the conductor in a vertical direction at a speed of 80 mm / min using a load measuring device (Model 2152HTP, manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd.) Was measured at 20 points and evaluated by the average value.
[評価結果]
表2に示されるように、実施例の導電性組成物によれば、基板に対する十分な密着性を有し、十分な導電性を有する導体を得ることができる。また、実施例1〜12の導電性組成物は、それぞれ、バナジウム亜鉛系ガラスフリットの含有量が、ガラスフリット全体(100質量%)に対して10質量%〜90質量%の範囲であり、導電性及び密着性がともに優れる。中でも、バナジウム亜鉛系ガラスフリットの含有量が40質量%〜60質量%である実施例3〜実施例7、実施例10〜実施例12では、密着性に非常に優れる。また、球状の銅粉末(平均粒径1.0μm又は2.5μm)とフレーク状の銅粉末を用いた実施例13〜23も同様に良好な結果であり、導電性に優れる傾向があった。
[Evaluation results]
As shown in Table 2, according to the conductive composition of the example, a conductor having sufficient adhesion to the substrate and having sufficient conductivity can be obtained. In the conductive compositions of Examples 1 to 12, the content of the vanadium zinc-based glass frit was 10% to 90% by mass with respect to the entire glass frit (100% by mass). Excellent in both properties and adhesion. Above all, in Examples 3 to 7 and 10 to 12 in which the content of the vanadium zinc-based glass frit is 40% by mass to 60% by mass, the adhesion is extremely excellent. In addition, Examples 13 to 23 using the spherical copper powder (average particle diameter of 1.0 μm or 2.5 μm) and the flake-shaped copper powder also had good results, and tended to have excellent conductivity.
これに対して、ガラスフリットとして、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットのみを用いた比較例1は、密着性が非常に悪く、安定した導体を形成することができなかった。また、ガラスフリットとして、バナジウム亜鉛系ガラスフリットのみを用いた比較例2では、ガラス成分が基板に浸透しすぎて、導体の形状(配線形状)を保つことが出来ず、密着性の評価ができなかった。また、ガラスフリットとして、ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットとホウ珪酸ビスマス系ガラスフリットとを用いた比較例3では、ガラスが十分に溶融せず密着性に劣ることが確認された。また、酸化第一銅の含有量が5.5質量部未満である比較例4、5では、密着性が非常に悪く、安定した導体を形成することができなかった。 On the other hand, in Comparative Example 1 using only a zinc borosilicate glass frit as the glass frit, the adhesion was extremely poor, and a stable conductor could not be formed. In Comparative Example 2, in which only a vanadium zinc-based glass frit was used as the glass frit, the glass component permeated too much into the substrate, so that the shape of the conductor (wiring shape) could not be maintained, and the adhesion could be evaluated. Did not. Further, in Comparative Example 3 using a zinc borosilicate glass frit and a bismuth borosilicate glass frit as the glass frit, it was confirmed that the glass was not sufficiently melted and the adhesion was poor. In Comparative Examples 4 and 5, in which the content of cuprous oxide was less than 5.5 parts by mass, the adhesion was extremely poor, and a stable conductor could not be formed.
以上の結果から、本実施形態の導電性組成物を用いることにより、750℃以下、例えば600℃程度の低温で焼成させた場合において、導電性及び基板との密着性に非常に優れた導体パターンを形成することができることが明らかである。 From the above results, by using the conductive composition of the present embodiment, a conductive pattern having extremely excellent conductivity and adhesion to a substrate when fired at a low temperature of 750 ° C. or less, for example, about 600 ° C. It is clear that can be formed.
本実施形態の導電性組成物は、銅粉末と特定の無鉛ガラスフリットと酸化第一銅とを含むことにより、導電性及び基板との接着強度に非常に優れるため、配線などの回路の形成に好適に用いることができる。また、本実施形態の導電性組成物は、電子部品の内部電極や外部電極、はんだ代替品などとしても用いることができる。
Since the conductive composition of the present embodiment contains copper powder, a specific lead-free glass frit, and cuprous oxide, the conductivity and the adhesive strength with the substrate are extremely excellent, and thus the conductive composition is used for forming circuits such as wiring. It can be suitably used. Further, the conductive composition of the present embodiment can also be used as an internal electrode or an external electrode of an electronic component, a solder substitute, or the like.
Claims (11)
前記酸化第一銅を、銅粉末100質量部に対し、5.5質量部以上25質量部以下含有し、
前記無鉛ガラスフリットが、
酸化ホウ素、酸化珪素、酸化亜鉛、及び任意に他の成分を含有し、かつ、含有量の多い酸化物成分の上位3種類が酸化ホウ素、酸化珪素及び酸化亜鉛であるホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットと、
酸化バナジウム、酸化亜鉛、及び任意に他の成分を含有し、かつ、含有量の多い酸化物成分の上位2種類が酸化バナジウム及び酸化亜鉛であるバナジウム亜鉛系ガラスフリットと、を含有し、
前記無鉛ガラスフリット100質量%に対して、前記ホウ珪酸亜鉛系ガラスフリットを10質量%以上90質量%以下含有し、前記バナジウム亜鉛系ガラスフリットを90質量%以下10質量%以上含有し、
前記導電性組成物全体に対して、鉛の含有量が0.01質量%以下である、
ことを特徴とする導電性組成物。 A conductive composition containing copper powder, cuprous oxide, and lead-free glass frit,
The cuprous oxide contains 5.5 parts by mass or more and 25 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the copper powder,
The lead-free glass frit,
It contains boron oxide, silicon oxide, zinc oxide, and optionally other components, and the top three types of oxide components having a high content are boron oxide, silicon oxide and zinc oxide, and a zinc borosilicate glass frit. ,
Containing vanadium oxide, zinc oxide, and optionally other components, and a vanadium zinc-based glass frit in which the top two types of oxide components having a high content are vanadium oxide and zinc oxide,
Based on 100% by mass of the lead-free glass frit, the zinc borosilicate-based glass frit is contained in an amount of 10% by mass to 90% by mass, and the vanadium zinc-based glass frit is contained in an amount of 90% by mass or less and 10% by mass or more,
The content of lead is 0.01% by mass or less with respect to the entire conductive composition.
A conductive composition characterized by the above-mentioned.
℃以下の熱処理により焼成する工程を備えることを特徴とする導体の製造方法。 The conductive composition according to any one of claims 1 to 9 , wherein the conductive composition is 750.
A method for producing a conductor, comprising a step of firing by heat treatment at a temperature of not more than ° C.
An electronic device comprising: a step of applying the conductive composition according to claim 1 on a substrate; and a step of firing the substrate after the application by a heat treatment at 750 ° C. or lower. The method of forming wiring for parts.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016089119A JP6623919B2 (en) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | Conductive composition, method for producing conductor, and method for forming wiring of electronic component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016089119A JP6623919B2 (en) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | Conductive composition, method for producing conductor, and method for forming wiring of electronic component |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017199543A JP2017199543A (en) | 2017-11-02 |
JP6623919B2 true JP6623919B2 (en) | 2019-12-25 |
Family
ID=60239516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016089119A Active JP6623919B2 (en) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | Conductive composition, method for producing conductor, and method for forming wiring of electronic component |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6623919B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6623920B2 (en) * | 2016-04-27 | 2019-12-25 | 住友金属鉱山株式会社 | Method for producing conductive composition and terminal electrode |
JP6885188B2 (en) | 2017-04-28 | 2021-06-09 | 住友金属鉱山株式会社 | Method for manufacturing conductive composition and terminal electrode |
JP6879035B2 (en) | 2017-04-28 | 2021-06-02 | 住友金属鉱山株式会社 | Conductive composition, method of manufacturing conductors, and method of forming wiring for electronic components |
JP7172224B2 (en) * | 2018-07-19 | 2022-11-16 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | COMPOSITION FOR CONDUCTOR-FORMING AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE HAVING CONDUCTOR LAYER |
JP7563007B2 (en) | 2020-07-03 | 2024-10-08 | 株式会社レゾナック | Copper paste for forming a conductor, article having a conductor film, and method for producing the same |
-
2016
- 2016-04-27 JP JP2016089119A patent/JP6623919B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017199543A (en) | 2017-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102488165B1 (en) | Conductive composition, method for producing a conductor, and method for forming wiring of electronic parts | |
KR102488162B1 (en) | Manufacturing method of conductive composition and terminal electrode | |
JP6623919B2 (en) | Conductive composition, method for producing conductor, and method for forming wiring of electronic component | |
TWI409827B (en) | Copper conductor paste, conductor circuit boards and electronic components | |
JP6954285B2 (en) | Conductive paste | |
JP5488282B2 (en) | Conductive paste | |
JP6623920B2 (en) | Method for producing conductive composition and terminal electrode | |
WO2016186185A1 (en) | Cu paste composition for forming thick film conductor, and thick film conductor | |
JP6769208B2 (en) | Lead-free conductive paste | |
CN109994246B (en) | Powder composition for forming thick-film conductor and slurry for forming thick-film conductor | |
JP7322534B2 (en) | Powder composition for forming thick film conductor and paste for forming thick film conductor | |
JP7187832B2 (en) | Powder composition for forming thick film conductor and paste for forming thick film conductor | |
JP2022082004A (en) | Powder composition for forming thick conductor, paste for forming thick conductor, and thick conductor | |
JP2019032993A (en) | Thick conductor forming composition and method for producing thick conductor | |
JP2022089460A (en) | Thick film conductor, composition for formation thereof and thick film conductor paste containing the composition for formation thereof | |
JPH0465009A (en) | Copper conductive paste |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180615 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190510 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20190604 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190802 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20190820 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191010 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191029 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191111 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6623919 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |