JPH02276104A - セラミックス基板用導電性ペーストの製造方法 - 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〉 この発明は酸化アルミニウムなど、セラミックス基板用
の導電性ペーストの製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 現在スクリーン印刷法で基板上に導体を形成する場合、
その解像度はサーマルヘッド分野Ａｕペーストで４０〜
５０ｐ−が限界とも言われているが、アルミナ基板に導
体を形成するＡｇ、　Ａｇ−ＰｄなどＡｇ系ペーストや
Ｃｕ、　Ｎｌなと卑金属ペーストでは１５０〜２００ｐ
ｍが現状である。

高解像度を得るためにはまずペーストが罹実にスクリー
ンを通過し、基板上にパターンを形成することが必要で
ある。このときパターンの膜１７はライン幅が小さくな
るにつれ必然的に薄くなるので膜厚が薄くなっても緻密
な膜を得ることが必要である。そのために例えば、特開
昭６１−８５７０５号公報では粒径１０ｐｍ以下好まし
くは０．５〜５ｐｓの銀微粉末や平均粒径１０，１１１
１以下の酸化イツトリウムを用いることにより、また特
開昭６０−４４９０４号公報では金属化成分が球状粉の
場合は少なくともその９０％が最大粒径２−を越えない
ように、好ましくは全ての粒子が１−以下となるように
、またリン片状物の場合は、少なくともその９０％が最
大粒径３０ｐ■を越えないように、好ましくは全ての粒
子が２０Ｊｌｌｌ以下となるように微粉化することによ
り好ましい分散状態を得て上述の薄くても緻密な膜を達
成している。

このように、導電性ペースト中の金属化成分及び基板と
の結合成分より構成される無機固体粒子を微粉化するこ
とにより緻密な膜を経由して、導体の高解像度を達成し
ているが、一方１ｐｗ＋以下の粒子は凝集しやすく、適
当な有機ビヒクルを用いてペースト化した場合に気泡を
巻き込んでペースト密度を低下させ、また金属化成分と
結合成分とが分離偏析し、その結果焼成時に空孔を形成
し焼成膜密度を低下させることが一般に知られている。

例えばＲ，Ｒ，ゲティーらは電子材料’８３　（５）　
Ｐ４５〜５２において、直径０．．５−以下のような粒
子が焼成により過度の収縮をおこす事実を指摘している
。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は微粉化された無機固体成分を用いて高解
像度を有するセラミックス基板用導電性ペーストの製造
方法を提案することである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、導電性を担う金属化成分粒子と基板との接着
を担うガラス粒子及び／又は金属酸化物粒子からなる結
合成分粒子を含有する導電性ペーストの製造方法におい
て、各々の平均粒径が１−以下の金属化成分粒子と結合
成分粒子をＯＩＩ基を有する２０″Ｃでの蒸気圧がＩ　
Ｔｏｒｒ以上の極性有機溶媒と均一に混合し、次いで該
混合物より該０１１基を有する極性有８ｉ溶媒を揮散除
去した後、該混合物を有機ビヒクルを用いてペースト化
することを特徴とするセラミックス基板用導電性ペース
トの製造方法である。

く作　用〉 導電性ペースト中の無機固体成分粒子は金属化成分とし
ての＾Ｌ　Ｃｕ、　Ｐｄ、＾ｕ、　Ｐｔなどの金属粉末
あるいは、Ｓｎｕｇ、　ＲｕＯ□などの金属酸化物粉末
と、基板との結合成分としてのガラス粉末及び／又は金
属酸化物粉末とから構成される。線幅１０ｈａ以下のよ
うな高解像度の導体パターンを形成する場合にスクリー
ンマスクは少な（とも３２５メツシュ以上の細い、開口
率の小さいメツシュスクリーンを用いることが必要で、
しかも、高いマスクパターン解像度を得るためにはマス
クの膜厚が制限される。そのため、これら無機固体成分
粒子はこのメツシュをパスできる大きさであること、ま
たマスク膜厚が薄（でも緻密な焼成膜を得るために、そ
の平均粒径は１−以下であることが必要である。

金属化成分の微粉化は、従来技術として、特に積層コン
デンサー電極用ペーストのように、それ自体は結合成分
を含まず、また大面積膜を形成するような分野では試み
られ、薄くて緻密な膜を達成し得たが、ハイブリッドＩ
Ｃ厚膜ペーストなどのように結合成分としてガラスや金
属酸化物を含み、さらに、ファインラインなど高解像度
を達成しようとする場合には微粉が気泡をまき込んで凝
集し、密度低下や断線をもたらしたり、金属化成分と結
合成分の偏析によりガラスあるいは酸化物が表出するな
どの問題が生じ易い。

本発明においては、これら微粉化された無機固体粒子を
ＯＩＩ基を有する２０℃での蒸気圧がｌ　Ｔｏｒｒ以上
の極性有機溶媒（以下単に極性有機溶媒と言う）により
均一に混合することにより、金属化成分と結合成分の分
離、偏析を押さえ、ペーストの有機ビヒクルとのぬれ性
を改善できる点を見出した。

さらにＯＨ基を有する極性有機溶媒は微粉、特に金属機
ｆ５】を酸化させないし、揮発しやすく気化除去が容易
なので、ペースト化時に残留してレオロジー性や焼成時
の焼結性に悪影響をおよぼさないことを見出した。これ
に対してＯ１ｌ基を有する２０°Ｃでの蒸気圧がｌ　Ｔ
ｏｒｒ未滴の極性有機溶媒は揮発しにくく気化除去性が
悪いためにペースト化時に残留してレオロジー性や焼成
時の焼結性に悪影響を及ぼす。

従って、本発明では０１１基を有する極性有機溶媒の２
０’Ｃでの蒸気圧がｌ　Ｔｏｒｒ以上であることが必要
である０本発明において用いられる極性有機溶媒として
は、エタノール、プロパツール、２−プロパツール、ブ
タノール、２−ブタノール、２−メチル−■−プロパツ
ール、メタノール、エチレフグリコールモノメチルエー
テル。エチレングリコールモノエチルエーテル　Ｎ−ジ
メチルエタノールアミン等が用いられる。

該極性有機溶媒を用いて無機固体粒子の均一分散体を作
る際に超音波振動やボットミル混練等によるメカノケミ
カル的作用により、ガラス及び全屈酸化物粒子の表面や
金属粉末粒子の表面酸化層にアルコラードを形成し、こ
れらの無機固体粒子を親油性になるよう表面改質して、
有機ビヒクルと良好なぬれ性を発揮すると考えられる。

次に、均−分ｌ１ｌ（体を作る方法としては、ボットミ
ル混練、超音波振動などファインセラミックスの分野で
スラリーを作成するのに用いられる一般的な方法でかま
わないが、金属化成分粒子間及び結合成分粒子間に働く
Ｄ集エネルギーに打ち勝つことが必要で、金属化成分粒
子は一般的なセラミクス粒子に比べて比重が大きいため
攪拌の中でもスターラーなどの方法では１０００ｒｐ＠
以上のいわゆる高速回転が望ましい、この時、分散性は
極性有機溶媒に加えて、いわゆるカップリング剤を添加
することによりさらに向上する。

均一分子ｉｔ体が得られた後極性有機溶媒を除去する方
法としては、加熱蒸発など、熱を加える方法では微粉が
酸化等の変質を受けるおそれがありまた、遠心脱水など
大きな外力で固液分離する場合にはせっかく均一になっ
た成分をも分離する可能性がある。一方これらの固液分
離方法に対して減圧濾過は常温で行うことができ、処理
スピードも濾過断面積に比例する上溶媒のリサイクルも
可能であるため好適である。

最後にさらに乾燥処理を施す場合には、微粉特に金属微
粉の酸化を避けて真空中あるいは不活性雰囲気で行うこ
とが望ましく、方法としては、減圧乾燥、真空乾燥など
が熱を加えなくても乾燥効率が高い方法として有効で、
さらにロータリーエバポレーターなど撹拌の機構をとり
入れることにより均一な乾燥を行うことができる。

以上の前処理により、金属化成分粒子及び結合成分粒子
が親油的に表面改質されることにより有機ビヒクルとの
良好なぬれ性を発揮し、しかも、その表面改質が凝集エ
ネルギーに打ち勝つ分ｌｉｋのあとで行われることによ
り、両者の偏析分離を押さえることができる。

本発明で用いられる有機ビヒクルについては、特に限定
はなくセラミックス基板用導電性ペーストに通常用いら
れる、エチルセルロース、アクリル樹脂１アルキド樹脂
等をテルピネオールなどに溶解させたものでかまわない
。

〈実施例〉 実施例１ 平均粒径０．２μｍの銅超微粉２０ｇと平均粒径０．８
μｍボウケイ酸鉛ガラス３ｇと最大粒子径ｌｐｇ以下の
Ｃｕ０２ｇにエタノール（２０°Ｃでの蒸気圧４５Ｔｏ
ｒｒ）　　２００ａρを加えて３時間ボットミル混練し
た後、吸引濾過、真空乾燥にてエタノールを除去し、ケ
ーキを解砕して得た混む）をエチルセルロースをブチル
カルピトールアセテートとテルピネオールに溶解した有
機ビヒクルを用いてペースト化し、４００メツシユステ
ンレススクリーンで線幅１５０゜１００、７５．５０−
のラインをスクリーン印刷し１０分間レベリングしたｅ
　１５０″Ｃで１０分保持するｌサイクル１５分の乾燥
と８５０°Ｃで１０分保持する１サイクル６０分の焼成
を行ったところ、第１表に示すように７５μｍライン、
　５０ｐｍラインのシート抵抗として各々５．０ｍ０７
口、７．７ｍΩ／口を得た。

すなわち、本方法により線幅５０μ■、７５μ尾という
パターン高解像度が可能であることがわかった。

実施例２ 平均粒径０．３ｕＩ１１の銅超微粉２０ｇと平均粒径０
．８μのホウケイ酸鉛ガラス３ｇに２−ブクノール（２
０°Ｃでの蒸気圧＋２．７Ｔｏｒｒ）　　２００ｍ１！
を加えて１時間超音波分散した後、吸引濾過、真空乾燥
にて２ブタノールを除去しケーキを解砕して得た混粉を
エチルセルロースをブチルカルピトールアセテートとテ
ルピネオールに溶解した有機ビヒクルを用いてペースト
化し、４００メツシユステンレススクリーンで腺ｌｌ１
１１５０．１００．７５．５０ｐｍラインをスクリーン
印刷し１０分間レベリングした後１５０°Ｃで１０分保
持する１サイクル１５分の乾燥と８５０°Ｃで１０分保
持するｌサイクル６０分の焼成を行ったところ、第１表
に示すように、７５−ライン、　５ｏｐｓラインのシー
ト抵抗として各々４．８ｍΩ／ロ、？、６ｍΩ／口を得
た。

すなわち本方法により線幅５９ｇ、７５−というパター
ン高解像度が可能であることがわかった。

実施例３ 平均粒径０．３ｎの銅超微粉２０ｇと最大粒子径ｌｐ−
以下のＣｕＯ１ｇに２−メチル−１−プロパツール（２
０℃での蒸気圧２４．６Ｔｏｒｒ）　　２００ｄを加え
て、５時間ボットミル混練した後、吸引濾過、真空乾燥
にて２−メチル−１−プロパツールを除去しケーキを解
砕して得た混粉をエチルセルロースをブチルカルピトー
ルアセテートとテルピネオールに溶解した有機ビヒクル
を用いてペースト化し、４００メツシユステンレススク
リーンで線幅１５０゜１００、７５．５０−のラインを
スクリーン印刷し、１０分間レベリングした後１５０℃
で１０分保持するｌサイクル１５分の乾燥と８５０°Ｃ
で１０分保持するｌサイクル６０分の焼成を行ったとこ
ろ、第１表に示すように７５ｐ−ライン、　５０μライ
ンのシート抵抗とじて各々５，３ｍΩ／ロ、７．９ｍΩ
／口を得た。

すなわち本方法により線幅５０ｐａ、　７５−というパ
ターン高解像度が可能であることがわかった。

実施例４ 実施例１と同様の方法で、平均粒径０．２ｐｍの銅超微
粉２０ｇと平均粒径０．８ｐ＋ｍのホウケイ酸鉛ガラス
３ｇと、最大粒子径１ｐｍ以下のＣｕ０２ｇに、極性有
機溶媒としてエタノールの代わりにプロパツール、２−
プロパトル、ブタノール、メタノール。

エチレングリコールモノメチルエーテル、Ｎ−ジメチル
エタノールアミンを各々２００ｄ加えて３時間ボットミ
ル混練した後、吸引濾過、真空乾燥にて極性有機溶媒を
除去し、ケーキを解砕して得た混粉を、エチルセルロー
スをブチルカルピトールアセテートとチルビオネールに
溶解した有機ビヒクルを用いてペースト化し、４００メ
ツシユステンレススクリーンで、線幅１５０．１００．
７５．５０ｐ−のラインをスクリーン印刷し、１０分間
レベリングした後、１５０”Ｃで１０分保持する１サイ
クル１５分の乾燥と、８５０’Ｃで１０分間保持するｌ
サイクル６０分の焼成を行った。７５ｐ■ラインの形成
状況として、実施例の極性有機溶媒としてエタノールを
用いた場合の結果と比較しても遜色ないものが得られた
。結果を第２表に示す。

比較例１ 平均粒径Ｏ１・３ｐｙｒの銅超微粉２０ｇと平均粒径９
ｙｓのホウケイ酸鉛ガラス３ｇを乳ばちですりまぜて混
合しエチルセルロースをブチルカルピトールアセテート
とテレピネオールで溶解した有機ビヒクルを用いてペー
スト化し４００メツシユステンレススクリーンで線幅１
５０．１００．７５．５０ｐ酪のラインをスクリーン印
刷し実施例１と同様にレベリング。

乾燥、焼成を行ったところ、１５０ｇｍと１００ＪＩ１
１のラインにはわ）末の凝集と思われる突起がみられ、
５０ｇｍのラインは部分的にかすれが生じ、７５μ−の
ラインは抵抗値のバラツキが大きく、倍率４００倍の光
学顕微鏡で観察したところガラス粒子や閉空孔が焼成膜
表面にみられた。結果を第１表に示す。

比較例２ 平均粒径０．３趨の銅超微粉２０ｇと平均粒径０．９μ
鳳のホウケイ酸鉛ガラス３ｇに、ラウリルアルコール（
蒸気圧＝ＩＴｏｒｒとなる温度：　９１．０℃、２０’
Ｃにおける蒸気圧概算２　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ）　　２
００Ｉｄを加えて５時間ポットミル混練した後、吸引濾
過、真空乾燥にてラウリルアルコールを除去し、ケーキ
を解砕して得た混わ）を、エチルセルロースを、ブチル
カルピトールアセテートと、テルピネオールに溶解した
ビヒクルを用いてペースト化し、４００メツシユステン
レススクリーンで線幅１５０．１００．７５゜５０−の
ラインをスクリーン印刷し、実施例１と同様にレベリン
グ、乾燥、焼成を行ったところ、すべてのラインが黒色
・スス状に着色し、１５ｈ−および１００μ■ラインは
１０〜２Ｏｔｔ■という、高いシート抵抗を示し、ばら
つきも大きくσ。≧１だった。

７５ｐ＠および５０趨ラインには、断線が生じ、ｍ率４
００倍の光学顕微鏡で観察したところ、長径２０〜３０
．１１１１の閉空孔が見られた。

〈発明の効果〉 本発明によりハイブリッドＩＣ用厚ＩＩＩ導電性ペース
トを製造するにあたって、従来サブミクロン粉末をペー
スト化する時間列になっていた成分粒子の分離、偏析と
凝集の問題を解決し、サブミクロン粉末を用いてパター
ン高解像度（＆’ｉ１幅５０ｐｓ）のペーストを生産出
来るようになった。

特許出願人　　　川崎製鉄株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導電性を担う金属化成分粒子と基板との接着を担うガ
   ラス粒子及び／又は金属酸化物粒子からなる結合成分粒
   子を含有する導電性ペーストの製造方法において、各々
   の平均粒径が１μｍ以下の金属化成分粒子と結合成分粒
   子をＯＨ基を有する２０℃での蒸気圧が１Ｔｏｒｒ以上
   の極性有機溶媒と均一に混合し、次いで該混合物より該
   ＯＨ基を有する極性有機溶媒を揮散除去した後、該混合
   物を有機ビヒクルを用いてペースト化することを特徴と
   するセラミックス基板用導電性ペーストの製造方法。