JPH01192780A - 銅導体組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主としてセラミック基板に導体パターンあるい
は電極を形成するのに使用する銅導体組成物に関する。

【従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 厚膜導体組成物として用いる導体組成物は一般に、導電
性金属と無機酸化物および無機結合剤としてのガラス粉
末とが微粉末状で有機媒体中に分散されている組成物で
ある。その原料として用いる導電性金属は通常、金、銀
、パラジウム、白金またはそれらの混合物および合金で
ある。ところが、これらの金属は貴金属であり高価でか
つ価格変動が大きいことから、安価で価格変動の少ない
卑金属、とくに金属銅で置換することが強く望まれてい
た。かかる銅導体組成物に関しては特公昭５９−２３９
８号公報において、銅粉末、酸化銅粉末、酸化鉛粉末お
よび／または酸化ビスマス粉末からなる組成物がガラス
バインダーを含有しない銅導体組成物として開示されて
いるが、かかる系においては一般に焼成雰囲気として用
いられる窒素中に、有機物の分解・揮散を目的として少
量添加される酸素によって銅の酸化が起こり、しばしば
ハンダ濡れ性が不良となる現象が見られる。特開昭８０
−７０７４６号公報においては銅粉末と無機バインダー
およびタングステンまたはモリブデンあるいはレニウム
からなる組成物が開示され、これらの金属の酸素捕捉能
を利用してハンダ濡れ性の改良などを図ることが示され
ている。ところが、これらの金属は酸素とむすびついて
、昇華性あるいは揮発性の金属酸化物となるがゆえにし
ばしば焼成炉内の汚染あるいは回路上へのこれらの金属
酸化物の沈着といった問題を惹起する。

また従来より、ガラスバインダーを含有する銅導体組成
物ではガラス粉末として、ホウ珪酸塩ガラス、とくにホ
ウ珪酸鉛ガラスが使用されており、金属鋼とアルミナセ
ラミック基板の界面に働いて接着剤としての役割を果た
している。

しかしながらホウ珪酸塩ガラスのみの接着では各種のエ
ージング試験における接着強度の劣化が著しい。そのた
めホウ珪酸塩ガラスの中に酸化ビスマス、酸化カドミウ
ムなどを添加する。

方法も講じられているが、これらと金属鋼とを併用した
ばあい金属銅が還元剤として作用し、その結果金属鋼が
酸化されてハンダ濡れ性が不良となってしまうという問
題がある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは厚膜導体組成物として用いる導体組成物の
欠点であるハンダ濡れ性不良および接着強度、とりわけ
各種エージング試験における接着強度の劣化を改善すべ
く鋭意研究を重ねた結果、無機酸化物粉末として亜酸化
銅粉末および酸化ビスマス粉末を用い、ガラス粉末とし
てホウ酸鉛ガラス粉末を用いることにより金属銅とアル
ミナセラミック基板（以下、基板という）の間の接着強
度が増し、良好なハンダ濡れ性および導電性がえられる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、銅粉末、亜鉛化銅粉末、酸化ビスマ
ス粉末、ホウ酸鉛ガラス粉末および有機媒体を必須成分
とする銅導体組成物に関する。

［作用および実施例］ 本発明の銅導体組成物は、ガラス粉末として、比重が大
きく軟化点の低いコンポジットガラスであるホウ酸鉛ガ
ラスを用いることを大きな特徴としている。ホウ酸鉛ガ
ラスは軟化点が低く比重が大きいので、焼成の際に比較
的低温で溶融して基板の側に寄り、接着剤として銅導体
組成物と基板とを強く接着する働きをし、かつ金属銅の
焼結時の媒体として有効に作用する。すなわち、低温で
溶融したホウ酸鉛ガラスは、その近傍において金属銅が
焼結しうる場を提供することにより、全体として低温で
の焼結を達成せしめ、その結果良好なハンダ濡れ性およ
び導電性を与えるのに寄与する。ホウ酸鉛ガラスは、軟
化点が３５０〜５００℃で密度が４．０〜７．５ｇ／ａ
Ｊのものを用いる。

また無機酸化物としては、亜酸化銅粉末および酸化ビス
マス粉末を用いる。これらは基板との間でケミカルボン
ドを形成し、さらに前記のホウ酸鉛ガラスがこのケミカ
ルボンディング性を良好にすることにより、接着強度を
補強する働きをする。

なお、本明細書でいう亜酸化銅粉末とは主として酸化第
一銅粉末のことをいうが、これに金属銅および酸化第二
銅が少量含有されているものも含む。

本発明のホウ酸鉛ガラス粉末は添加量が銅粉末１００　
ｆｆｌｊｌ部（以下、部という）に対して０．１部〜５
部、好ましくは０．２部〜４．５部である。

０．１部未満では前記の効果をうろことができず、５部
をこえると金属鋼が還元剤として作用し、その結果金属
銅が酸化され、ハンダ濡れ性が不良となる傾向がある。

また、ホウ酸鉛ガラス粉末の平均粒子径は０．１ミクロ
ン〜１０ミクロン、好ましくは０．３ミクロン〜５ミク
ロンである。

亜酸化銅粉末の添加量は、銅粉末１００部に対して５部
〜３０部、好ましくは７部〜１５部であり、酸化ビスマ
ス粉末の添加量は、銅粉末１００部に対して５部〜２５
に、好ましくは７部〜１５部である。これらの無機酸化
物粉末の量が上記の範囲より少なければ接着強度が低下
し、上記範囲より多ければ、ハンダ濡れ性が不良となり
、導電性も大幅に低下する傾向がある。

また、酸化ビスマス粉末の平均粒子径は０．１ミクロン
〜ｌＯミクロン、好ましくは０．３ミクロン〜５ミクロ
ンである。亜酸化銅粉末については０．１ミクロン〜１
ミクロン、好ましくは０．３ミクロン−０，７ミクロン
である。

本発明で用いる銅粉末は、平均粒子径が０．１ミクロン
〜ｌＯミクロン、好ましくは０．５ミクロン〜５ミクロ
ンである。

また、本発明で用いる有機媒体としては、−般に厚膜導
体組成物に使用される有機液体であればとくに限定され
ないが、たとえば脂肪族アルコール、アセテートおよび
プロピオネートなどのような脂肪族アルコールのエステ
ル、松根油のようなテルペンおよびテルピネオールなど
の溶媒、低級アルコールのポリアクリレート、ポリメタ
クリレートあるいはエチルセルロースなどの樹脂類の前
記溶媒溶液などがあげられる。

本発明では、これらに加えて、ガラス粉末としてホウ珪
酸塩ガラス粉末、無機酸化物粉末として、酸化亜鉛粉末
、酸化アンチモン粉末などを用いてもよい。ホウ珪酸塩
ガラスは鉛塩、亜鉛塩などがあげられる。また、これら
の成分は銅粉末１００部に対して５部以下である。

銅導体組成物の組成は銅粉末、無機酸化物粉末およびガ
ラス粉末などの無機固形分が５０重量％〜９５重量％、
好ましくは０５重量％〜９０′重量％である。無機固形
分が５０重量％未満のばあいは充分に安定なペースト状
の銅導体組成物かえられず、９５ｆｆｉＪ１％をこえる
とペースト化が不能となる傾向がある。

本発明で用いる基板は、アルミナセラミック基板である
が、ベリリアのセラミック基板またはホーロー基板でも
よい。

銅導体組成物は、銅粉末、無機酸化物粉末およびガラス
粉末を有機媒体に混線分散させることによって製造する
。混線方法は万能攪拌混合機を用いて予備混線を行なっ
たのち三本ロールで混練するという方法が採用される。

えられた銅導体組成物はペースト状を呈している。この
銅導体組成物を、アルミナまたはべりリアのセラミック
基板上でスクリーン印刷し、ついで１２０℃で１０〜１
５分間乾燥させる。最後に８５０℃〜１０６０℃の範囲
で約６〜ＩＯ分間のピーク温度保持時間および４０分の
全サイクル時間で焼成する。

つぎに実施例および比較例によって本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

実施例１〜１１ 第１〜５表の成分よりなる第６表の組成物を万能撹拌混
合機にはかりとり、２４時間予備混練を行なった。つぎ
にこの組成物を３本ロールミルにて１２回ミキシングし
、そののち、万能攪拌混合機中で真空脱泡を行なってペ
ースト状の銅導体組成物をえた。このペースト状の銅導
体組成物を純度９Ｂ重量％アルミナセラミックの基板に
スクリーン印刷機で適当なパターンに印刷を行ない、加
熱乾燥機中で１２０℃で１０分間乾燥を行なった。その
のち、窒素雰囲気中で、ベルト炉においてピーク温度９
００℃、ピーク温度保持時間７分を含む全サイクル時間
４０分のプロファイルで焼成を行なった。えられた銅導
体の性能評価を下記の方法にしたがって行なった。結果
を銅導体組成物の組成とともに第６表に示す。

比較例１〜４ 第１〜５表の成分よりなる第６表の組成物を用いて実施
例１〜１１と同様の操作を行なって銅導体をえ、性能評
価を行なった。結果を銅導体組成物の組成ともに第６表
に示す。

性能評価 （ハンダ濡れ性） 下記のパターンに印刷を行なって焼成した基板に、フラ
ックスを付け、２３０部５℃のノ）ンダ槽に３±０．５
秒間この基板を漬けて引きあげたときの基板のパッド部
のハンダ濡れ面積で評価した。ハンダ濡れ面積がパッド
部の９５％以上であるばあい、良好とした。

ハン　　　ダ　：　６３％５ｎ−３７％ｐｂフラックス
：タムラ化研■製ＸＡ−１００パターン：１Ｉｌｌｌｘ
ｌｌＩ■バツド６か所２ａｍ　Ｘ　２ａ＋ａパツド１２
か所 （接着強度） 下記のパターンに印刷を行なって焼成した基板にフラッ
クスを付け、２３０部５℃のハンダ槽に３±０．５秒間
、この基板を漬けて引きあげた。

そのうえに、０．８ｔｓｍφのスズメツキ銅線をハンタ
コテニテＩＩＩｍ×１１層パッド上に付けた・このサン
プルを引張り試験機にて１０ｍｍ／ｓｉｎの速度で引張
り、基板から銅導体がはがれるときの接着強度を測定し
た。接着強度は、エージングする・前の値（初期接着強
度）　、１００時間、１５０±２℃に加熱したあとの値
（熱エージング強度）、１２１’ｃ、２気圧で１００時
間放置したあとの値（ＰＣＴエージング強度）である。

ハ　　ン　　ダ　＝　６３％５ｎ−３７％ｐｂフラック
ス：タムラ化研■製ＸＡ−１００パターン：１ａｖＸ１
＋＋ｖパツド８か所３サンプル計２４カ所の平均値 第　　１　　表 第２表 第　　３　　表 酸化亜鉛粉末は、試薬−級で平均粒子径が０６５ミクロ
ンのもの（竹内製薬■製）をそのまま用いた。

［以下余白］ ［発明の効果コ 本発明の銅導体組成物は、ガラス粉末としてホウ酸鉛ガ
ラス粉末を用い、無機酸化物粉末として亜酸化銅粉末お
よび酸化ビスマス粉末を用いることにより、ハンダ濡れ
性および導電性が良好であり、銅導体組成物とセラミッ
ク基板の間の接着強度が増すという効果を奏する。

松下電器産業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　銅粉末、亜酸化銅粉末、酸化ビスマス粉末、ホウ酸
   鉛ガラス粉末および有機媒体を必須成分とする銅導体組
   成物。