JPH01257182A - 厚膜導体組成物 - 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誘電体基質に導体パター
ンを形成するために使用する厚膜導体組成物に関するも
のである。

従来の技術 厚膜導体組成は一般に、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
中に分散させた組成物より成立っている。その導電性金
属は、通常金、銀、パラジウム、白金、銅または、それ
らの混合物および合金である。そして、貴金属粒子を用
いる場合の長所として、空気中で処理できるという手軽
さのため大いに普及したが、欠点としては、貴金属であ
るため高価で、かつ価格変動が大きい。そのため、安価
で価格変動が少ない卑金属の銅を用いたものが強く望ま
れている。

発明が解決しようとする課題 前記の卑金属を用いた組成物については、特公昭５９−
２３９８号公報に開示されている通り、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
なる組成物より構成されている。

しかしながら以上のような組成においては、昇華性ある
いは揮発性の金属酸化物を含むため焼成炉内の汚染を引
き起す原因となる。

一方、前記のような金属酸化物によらずガラスフリット
を添加する場合は、セラミック基板と導体金属粉間の接
着剤として作用するが、熱的な衝撃によって応力が働き
ガラス層にクラックを生じ、接着力が著しく劣化するこ
とがある。

課題を解決するための手段 本発明者らは、従来の銅厚膜導体の欠点であるハンダ付
は性の不良および接着強度、とりわけ各種のエージング
試験における接着強度の劣化を改善すべく研究を重ねた
結果、導電性金属粉末および無機結合打粉に加えて核部
および核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造の
酸化亜鉛粉末を添加することにより、金属粒子と無機結
合材の間の接着を助け、良好なハンダ濡れ性が得られ、
くわえて熱エージングに対する劣化の極めて少ないもの
が得られた。

作用 本発明の厚膜導体組成物は、無機酸化物粉末として、核
部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造
を有するＺｎＯ針状粉を用いることにある。この核部お
よび核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造の酸
化亜鉛粒子は、金属粉末導体の表面付近に分布し、同時
に添加するガラス成分が表面にしみだすのを防ぐ作用を
する。

そのため半田付は性を、ガラス添加のみの場合に比べ改
善出来る。また、核部および核部から異なる４軸方向に
伸びた針状結晶構造を有しているため、導体層中で骨格
をなし、構造的に強固な電極が形成できる。これにより
、接着強度が増すばかりか接着強度の劣化を防ぐことが
できるものである。

さらに、銅粉末以外の無機成分として前記核部および核
部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造の酸化亜鉛
粉末と、比重が大きく軟化点が低いコンポジットガラス
であるホウ酸鉛ガラス粉末と、亜酸化銅粉末を併用する
。ホウ酸鉛ガラスの添加作用は、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と基板
との接合をはたす。また、亜酸化銅は、基板がアルミナ
の場合銅導体と基板との界面でアルミン酸銅を形成して
接着力を高める働きをするとともに、焼成時に微粒子状
の亜酸化銅の一部が有機物の分解ガスによる還元を受け
て非常に微粒子状の銅粉末を生成し、銅厚膜導体組成物
の焼結を促進する作用をする。

実施例 以下、本発明の一実施例について詳細に説明する。

本発明で用いる銅粉末は、平均粒子径が０．１から１０
ミクロン、好ましくは０．５から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、一般に厚膜導体
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、例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
、松根油のようなテレベンおよびチルビオネールなどの
溶剤、低級アルコールの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善意溶媒溶液などがあげ
られる。

本発明では、これらに加えて分散剤などをもちいてもよ
い。また前記の各成分はすべて市販のものを用いてもよ
い。銅厚膜導体組成物は銅粉末、無機酸化物粉末および
ガラス粉末などの無機固形分が５５から９５重重量、好
ましくは６０から９０重重量である。無機固形分が５５
重量％未満の場合は、安定なペースト状の銅厚膜導体組
成物かえられず、９５重量％をこえると、銅厚膜導体組
成物のペースト化ができない。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
ク基板でも良い。

本発明の銅厚膜導体組成物は、銅粉末、核部および核部
から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造の酸化亜鉛粉
末、亜酸化銅粉末、及びガラス粉末を有機媒体に混線分
散させることにより製造する。混合方法は、万能攪拌混
合機を用いて予備混練したのち三本ロールを用いて混練
する方法が採用される。まず、本発明の銅厚膜導体組成
物に使用する銅粉末は平均粒子径２．５ミクロンのもの
を用い、亜酸化銅は、同じく平均粒子径０．２ミクロン
のものを用いた。次に、ガラスフリフトは第１表に示す
ホウ酸鉛ガラスと硼珪酸塩ガラスを用いた。

第　　１　　表 ガラスフリットの作製方法は、ガラスフリフト原料をあ
らかじめ良く混合し、白金ルツボ中で高温で充分溶融さ
せて後水中に落下急冷させ、ガラス状の団塊を作る。乾
燥の後、ボールミルにて粉砕し、２．０ミクロンの粒子
径のガラス粉をえる。

次に、核部および核部から異なる４軸方向に伸びた針状
結晶構造のＺｎＯ粉の作成方法は、純度９９．９９％の
純亜鉛線を、アーク放電方式による溶射法で空気中に溶
射し、その粉末（金属亜鉛粉末）１　ｋｇを回収し、こ
れをイオン交換水５００ｇ中に投入し、乳鉢型播潰機で
約２０分間攪拌する。次に温度２６℃の水中に７２時間
放置する。この水中放置後、１５０℃で３０分間の乾燥
を行うことにより、粉末表面の水分を除去する。次にこ
の粉末をアルミナ磁器製るつぼ中に入れ、これを１００
０℃に保たれた炉内に入れ、１時間の過熱処理を行う。

この結果、上記るつぼ内の下層部には団塊状酸化亜鉛が
生成され、上層部には、みかけ窩比重０．０９の酸化亜
鉛ウィスカーが生成された。生成酸化亜鉛中のウィスカ
ーの割合は８６−ｔ％であった。

上記で得られたＺｎＯウィスカーを電子顕微鏡により観
察したところ、核部および核部から異なる４軸方向に伸
びた結晶構造の針状粉が確認できた。この粉体は核部と
、この核部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶部から
なる結晶体が明確に認められる。上記の針状結晶部は、
めのつけ根部分の径が１〜３μｍであり、長さは５〜１
０μｍである。針状結晶部が３軸方向あるいは２軸のも
のも認められるが、これらは４軸のものの一部が折損し
たものと思われる。また、板状晶のものも認められた。

いずれにしても、上記の方法によると、核部および核部
から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造のものが約８
０％を占める。

Ｘ線解析の結果、すべてのピークが酸化亜鉛を示すもの
であり、転移、格子欠陥の少ない単結晶性を示すもので
あった。

以上のような銅厚膜導体組成物の原料粉を、第２表に示
す組成となるように混練する。

第２表 有機成分の組成は、溶剤としてターピネオールを用いバ
インダであるエチルセルロースを溶かしたものを用いた
。

次に、実施例の銅厚膜導体組成物を、アルミナ基板また
はべりリア基板の上にスクリーン印刷し、１２０℃で１
０分間乾燥させる。そして、９００℃の温度で１０〜１
５分間のピーク温度保持時間を含む４０分の全サイクル
時間で焼成する。この時の炉の雰囲気は純窒素中で行っ
た。

このように作製した銅厚膜導体を第１図に示す。

図において、１はアルミナ基板、２は本発明による銅厚
膜導体組成物による導体パターン、３は半田濡れ性の評
価パターン、４は接着強度の評価パターンである。次に
、性能の評価方法について述べる。

（半田濡れ性） 前記印刷パターンに、フラックスを付け、２３０±５℃
のハンダ槽に３±０．５秒間この基板を漬けてひきあげ
たときの基板の評価パターンのハンダ濡れ面積で評価し
た。半田濡れ面積がバンド部の９５％以上である場合、
良好とした。

（接着強度） 前記印刷パターンに、フラックスを付け、２３０±５℃
のハンダ槽に３±０．５秒間この基板を漬けた。この基
板の評価パターン上に、０．８Ｂ径のスズメツキ銅線を
ハンダ鏝で付けた。

測定方法は、引張り試験機にて１秒間に１０ミリの速度
で引張り、基板から銅厚膜導体層が剥がれるときの接着
強度を測定した。

以上、本発明の銅厚膜導体組成物によってえられた銅厚
膜導体の評価結果を第３表に示す。

第３表 表から明らかなように、本発明による核部および核部か
ら異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造の酸化亜鉛粉末
を用いた銅厚膜導体組成物は、それを用いなかった場合
に比べ接着強度が改善され、熱エージングによる劣化も
少ないことが明らかである。

発明の効果 本発明の厚膜導体組成物は、前記構造のＺｎＯウィスカ
ーを添加物とするもので、金属導体粉末の表面付近に分
布し、構造的な補強効果を得るとともに、同時に添加す
るガラスフリットと反応しガラス成分のしみだしを防ぎ
、半田濡れ性の改善を図ることができた。これにより、
ハンダ濡れ性が良好でかつ接着強度の熱エージングにお
ける劣化を防ぐことができる極めて有用な発明といえる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にがかる銅厚膜導体組成物による導体
の評価パターンの例を示す説明図である。 １・・・・・・アルミナ基板、２・・・・・・銅厚膜導
体層、３・・・・・・ハンダ濡れ性評価部分、４・・・
・・・接着強度評価部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉を主成分とする導体組成物に核部および核
   部から異なる４軸方向に伸びた針状結晶構造の酸化亜鉛
   を添加してなる無機粉末と、有機媒体とからなることを
   特徴とする厚膜導体組成物。
2. （２）銅粉末と核部および核部から異なる４軸方向に伸
   びた針状結晶構造を有する酸化亜鉛粉末と、亜酸化銅粉
   末及びホウ酸鉛ガラス粉末とホウ珪酸塩ガラス粉末との
   一方または両方の混合物５５〜９５重量％と、有機媒体
   ４５〜５重量％とからなることを特徴とする厚膜導体組
   成物。