JPH02263731A - 厚膜銅ペースト - Google Patents

厚膜銅ペースト

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JPH02263731A
JPH02263731A JP8256889A JP8256889A JPH02263731A JP H02263731 A JPH02263731 A JP H02263731A JP 8256889 A JP8256889 A JP 8256889A JP 8256889 A JP8256889 A JP 8256889A JP H02263731 A JPH02263731 A JP H02263731A
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Eiichi Asada
榮一 浅田
Kazutoshi Hamada
浜田 一利
Kenji Okamura
岡村 賢司
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Shoei Chemical Inc
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Shoei Chemical Inc
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks

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】 」 111立■且透ヱ 本発明は、絶縁基板上に密着性の優れた厚WA銅導体を
焼付形成するための、導電性銅ペーストに関する。
良未立韮韮 電子回路の配線導体やコンデンサ、抵抗等の電極を製造
するための厚膜導体として、近年、N2雰囲気などの不
活性雰囲気中で焼成を行うCu、Ni等の卑金属系が注
目されている。特にCuはその物理的、電気的特性から
いっても優れた導体材料であり、貴金属系の代替材料と
して実用化されているが、導電性、接5着強度等に改善
の余地がある。特に焼成され、たCuとガラス質結合剤
からなる導体上に半田付けし、高温放置試験を行った後
の接着強度(エージング強度)の低下が大きく、信頼性
の点で問題があった。又通常接着強度と半田濡れ性とは
相反する性質であり、接着強度を上げようとすると半田
濡れ性が損われる傾向がある。
従って半田濡れ性を低下させずに接着強度を改善するこ
とも、一つの課題である。更に導体の薄膜化のため、導
体抵抗をより低下させることが望まれている。
接着強度のエージング劣化は、主として高温放置中に半
田の成分であるSnがCU導体膜中に拡散して銅と金属
間化合物を作り、それに伴って電l#l膜の体積が変化
すること、及びCuと半田の接合界面において、II械
的強度の弱いpbが相対的に増加することが原因と考え
られている。実際、焼成膜に空隙が多いほど、Snの拡
散が速く、強度劣化が大きいことも確認されている。こ
のなめ、Snが侵入しにくい導体膜を作ることが種々検
討されている0例えば特公昭62−46588号公報に
はCu粉末とCu/Cdなどの合金粉末を併用すること
により、半田中のsnの拡散を抑えてエージング強度の
低下を防止することが記載されており、特開昭63−2
32201号公報では、半田を侵入させる穴のない緻密
な導体膜を得るために、使用する粉末の粒径や配合量に
検討を加えている。
その他特開昭62−184704号公報は、通常のCu
とガラスからなる導体のオーバープリント用として、サ
イズの異なる2種の銅粉末を用いた、繰返し焼成に耐え
半田付は性、ボンダビリティの劣化のない、ガラスを含
まないタイプのCUペーストを開示している。
■が ′ ようと る問題 近年、回路の小形化及びコストダウンの要求が強く、電
極や導体パターンの面積をますます小さく、しかも導体
の膜厚を薄くすることが要求されており、このため接着
強度がより強く、かつ経時劣化が少なく、又導電性もよ
り一層良好なCU導体が望まれている。しかし上記従来
技術を以てしても、いまだ充分満足いく特性のものが得
られていないのが現状である。
本発明は、半田濡れ性等他の特性を損うことなく、基板
との接着強度、特にエージング後の接着強度が改善され
、かつ更に導電性の優れた、信顆性の高いCuペースト
を提供することを目的とする。
−を 2 るための 本発明は、(a)比表面m 1.5〜2.0rrr/(
Jの球状銅粉末と、(b)比表面積0.3〜0.8rr
r/+7の球状銅粉末と、(c)ガラス粉末と、(d)
有機ビヒクルとからなり、かつ銅粉末(a)と銅粉末(
b)の比が、重量で90:10〜40:6Gである厚膜
銅ペーストである。又、このペーストに更に一酸化チタ
ンを配合した厚膜銅ペーストである。
本発明におけるCU粉末の比表面積は、B、E、T。
法によって測定した値である。
ガラス、有機ビヒクルは、この種の厚膜導電性ペースト
に通常使用されているものであれば、特に制服はない、
ガラス粉末の配合量は、CU粉末の合計100重量部に
対して0.5〜10重量部程度である。
TiOを配合する場合、添加量は、多すぎると半田濡れ
性が悪化する傾向があるので、CO粉末100重量部に
対して3.0重量部以下とするのが望ましい。
又本発明のペーストには、更に所望により通常CUペー
ストに使用される添加剤、例えば酸化ビスマス、酸化銅
、酸化マンガン、酸化バナジウム等を適宜配合してもよ
い。
止■ 本発明者等は、半田成分の拡散を抑えるため焼成膜の空
隙を減少させること、即ち膜密度の向上を意図し、使用
するCu粉末の充填性について検討した。その結果、前
記2種のCU粉末を用いると、導電性粉末の充填性が向
上し、焼成膜のfl!i密性が向上することを知見した
ものである。
この特定の粒度の2種のCu粉末を、特定の量比で組合
わせた本発明のCuペーストを不活性雰囲気中で焼成し
て得た導体膜は、極めて緻密であり、半田成分の侵入が
少ない、従って接着強度、特にエージング強度が著しく
改善されるが、同時に導電性、半田濡れ性も向上する。
比表面積1.5〜2.0rtf/aの球状CU粉末(a
)は、平均粒径に換算して0.34〜0.45uの極め
て微細な粉末であり、優れた充填性を示すが、一方では
吸油量が大きいため、ペースト化するために多lのビヒ
クルを必要とし、又、比較的低温で焼結が起こるのでビ
ヒクルの除去が不完全になったり、ガラスの溜りができ
てブリスタが発生し易くなり、ガラスも焼成膜表面に残
り易い、そこで比較的サイズの大きい、比表面積0,3
〜0.8rd/Qの球状CLI粉末(b)を併用するこ
とが必要である。粉末(b)は、平均粒径にしておよそ
0.84〜2.2pである。(a)とt (b)の重量
比が40/60より小さいと工−ジング強度が極めて弱
くなって実用にならず、抵抗値も増大する。又90/1
0より大きいとブリスタが発生し、抵抗値が高く、半田
濡れ性も悪化する。特に<a):(b)が80:20〜
50:50ノ範囲が望ましい。
尚、本発明において「球状粉末」とは、真球状のみでな
く、置載状粉末も含むものである。
又、本発明のCUペーストに一酸化チタンTiOを配合
すると、接着強度、エージング強度が更に向上する。即
ちTiOは、焼成時、溶融したガラスの流動性を適度に
抑制する作用を有しており、このためガラスが基板側に
すべて移動せず、適切な量が焼結したCU層膜中保持さ
れる。従って焼成後、膜内部のCU金属層と基板付近の
ガラス層の間の部分では、焼結したCU粉末の間にガラ
ス質が緻密に食込んだ強固な構造が形成され、これによ
り基板との接着強度が更に改善されるものと考えられる
。又TiOは、酸素捕捉剤として焼成雰囲気中僅かに存
在する02の量を調節する働きをするので、プロセス感
受性を低下させる効果もある。
X鳳] 各実施例及び比較例で使用したガラスは、次に示す組成
の結晶化ガラスである。
8203   20.4重量% ZnO23,8〃 Bi  20s      54.3   ノ1M0O
B     1,2  n Mn020,1 77 TiO20,2n 実施例1 比表面積1.89r+f/gのCu粉末(a)ガラス粉
末 有機ビヒクル 上記組成のペーストを、 膜厚が約15μsとなるように 一ンにスクリーン印刷し、 60.0重量部 粉末(b) 40.0重量部 3.3重量部 16.0重量部 アルミナ基板上に焼成 1.5閲X1.5鰭のバタ 140℃で10分乾燥した 比表面積0.67rrr /QのCu 後、遠赤外線焼成炉を用いてN2雰囲気中ピーク温度9
00℃、60分サイクルで焼成してCU導体を形成し、
抵抗値、半田濡れ性、初期接着強度、エージング強度を
測定したところ、それぞれ1.60Ω/口、191%、
2.19kQ、2.07kl;lであった。試験方法は
次の通りである。
半田濡れ性:導体膜上に直径2.0m+の半田ボールを
載せ、230℃で30秒間放置した後の半田ボールの拡
がり率を調べた。
初期接着強度:導体膜に半田めっき銅線を5n−pb手
半田半田付けした後、このリード線を基板に対して垂直
に引張り、導体が基板から剥離したときの強度を測定し
た。
エージング強度二半田付は後、150℃で100時間エ
ージングした後゛の接着強度を初期強度と同様にして測
定した。
尚、抵抗値は幅0゜6關×長さ60m+のパターンで測
定し、膜厚15/IJIに換算した値である。
比較例I CU粉末(a) 、(b)に代えて、比表面積0.5ハ
/g(B、E、T、法で測定)のCu粉末100重量部
を使用する以外は、実施例1と同様にしてCuペースト
を作製し、アルミナ基板上に焼付けた。得られたCu導
体の抵抗値、半田濡れ性、初期接着強度、エージング強
度を測定したところ、それぞれ1.73Ω/口、120
%、 i、5sito、o、aokgであった。
実施例1及び比較例1から明らかなように、本発明の2
種の粉末の併用により初期強度、エージング強度ともに
大きく改善され、導電性、半田濡れ性も向上している。
実施例2 比表面積1.89rf/gのCU粉末(a)80、Of
!量部 比表面積0.67nf/QのCU粉末(b)20.0重
量部 ガラス粉末        3.3量部TiO粉末  
      0.3重量部有機ビヒクル       
16.7重量部上記組成のペーストを実施例1と同様に
してアルミナ基板上に焼付けして、Cu導体を形成した
得られたCu8体について抵抗値、半田濡れ性、初期接
着強度及びエージング強度を測定し、結果を表1に示し
た。
実施例3〜4 Cu粉末(a)とCu粉末(b)の配合比及びビヒクル
の量を表1の通りとする以外は、実施例2と同様にして
、Cuペーストを作製した。それぞれアルミナ基板上に
焼付けて得られたCu導体について、抵抗値、半田濡れ
性、初期接着強度及びエージング後の接着強度を測定し
、結果を表1に併せて示した。
比較例2 Cu粉末(a)を使用せず、Cu粉末(b)を100重
量部とし、ビヒクルの量を表1の通りとする以外は、実
施例2と同様にしてCuペーストを作製し、アルミナ基
板上に焼付けた。得られたCu導体の特性を表1に示す
比較例3 Cu粉末(a)を30重量部、Cu粉末(b)を70重
量部とし、ビヒクルの量を表1め通りとする以外は、実
施例2と同様にしてCuペーストを作製し、アルミナ基
板上に焼付けた。得られたCu導体の特性を表1に示す
比較例4 Cu粉末(b)を使用せず、Cu粉末(a)を100重
量部、ビしクルの1を表1の通りとする以外は、実施例
2と同様にしてCuペーストを作製し、アルミナ基板上
に焼付けたところ、焼成体表面にブリスタが発生した。
特性を表1に併せて示す。
表1から明らかなように、本発明のCUペーストは、比
較例と比べて初期強度、エージング強度ともに大幅に向
上しており、又導電性、半田濡れ性も極めて優れている
ことがわかる。
(以下余白) 表1 実施例5〜7 Cu粉末(a)とCu粉末(b)それぞれの比表面積、
配合比及び他の成分の配合量衣2の通りとし、実施例2
と同様にしてCuペーストを作製した。
基板上に焼付けして得られたCu導体の抵抗値、半田濡
れ性、初期接着強度及びエージング強度を表2に示した
。いずれも優れたものであった。
表2 王lし五麩釆 以上の通り、本発明のCLIペーストは、導を性、半田
濡れ性及び基板との接着強度、特に熱エージング後の接
着強度が、従来のものに比べて非常に優れており、又膜
厚が薄くても良好な密着性を示すので、高密度回路用の
導体材料として極めて信頼性の高いものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a)比表面積1.5〜2.0m^2/gの球状銅
    粉末と、(b)比表面積0.3〜0.8m^2/gの球
    状銅粉末と、(c)ガラス粉末と、 (d)有機ビヒクル とからなり、かつ銅粉末(a)と銅粉末(b)の比が、
    重量で90:10〜40:60である厚膜銅ペースト。 2 更に一酸化チタンを配合してなる、請求項1に記載
    された厚膜銅ペースト。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006279038A (ja) * 2005-03-23 2006-10-12 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 導電性配線材料、配線基板の製造方法及びその配線基板
JP2014112518A (ja) * 2012-09-10 2014-06-19 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc 低温焼成銅組成物
JP2014239040A (ja) * 2013-06-07 2014-12-18 ヘレウス プレシャス メタルズ ノース アメリカ コンショホーケン エルエルシー 窒化アルミニウム基板用の厚盛りプリント銅ペースト
JP2020111797A (ja) * 2019-01-11 2020-07-27 Jx金属株式会社 セラミックと導体の複合体の製造方法

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