JPH0259562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は厚膜ペースト組成物に関する。更に詳
しくは本発明は導電性表面における金属化物とし
て使用するための金の微細粒子とカドミウム／ア
ンチモン合金の微細粒子との混合物を含有する組
成物に関する。

金の価格は高いので、その独特の性質の組合せ
と必要をする部分のみに金を使用するのが望まし
い。電気コネクターは比較的多量の金をしばしば
用いるものの一例である。

電気コネクターの製造業者はコネクターの性能
を高く維持しつつ、金の使用量を最小限にするた
め、いくつかの技術を使用している。これらの技
術としては、金張り、選択めつき、金の小片をコ
ネクターの必要な部分に溶接またはろう付けする
方法があげられる。コネクターでの必要な部分は
電気接点であるが、コネクターの多くは接点のサ
イズが小さく、そしてその部分に接近しにくいの
で通常の選択的金配置技術を使用するのが困難で
あり、その結果電気接点を形成するのに実際に要
求されるよりも多くの金を使用することになる。
更にめつきのような処理は鍍着させうる金合金の
範囲に限界がある。

金ペースト層は金金属化物の選択的配置のため
の魅力的な手段となることが示唆されている（英
国特許第2071703A号参照）。

厚膜ペースト組成物のスクリーン印刷により
0.01〜0.04mm厚さの範囲でそして0.2〜0.5mm程度
の小さな直径の焼成フイルムを簡単に生成させる
ことができる。しかしながら利用可能な厚膜金組
成物は通常セラミツク基材上で焼成することによ
り、導線、ワイヤボンデイングパツドまたはシリ
コン集積回路チツプ用のボンデイングパツドが形
成されるものである。これらの厚膜金組成物は金
属コネクター基材上で焼成された場合、接着性に
問題があるため機能的な接触金属化物を生成しな
い。コネクター接点用金属化物のための組成物は
不経済な基材清浄をしなくても、また腐食性フラ
ツクスを使用しなくても銅一卑金属基材の一定の
範囲に十分に接着しなくてはならない。それは下
に存在する金属とその相手となる接触面に良好な
電気的接触を形成しなくてはならない。この後者
の要件には一般に金属化物自体の一部の腐食から
生ずるかまたは金属化物中の孔を貫通した下に存
在する基材の腐食から生ずる腐食生成物が存在し
ないことが必要である。最後にそれは多数の組合
わせサイクルに耐えるために磨滅抵抗性でなくて
はならない。そのような厚膜金組成物に対する要
求が存在している。

本発明者は金属基材上に接着性で低接触抵抗性
の金属化物を生成させるための厚膜金組成物を発
見した。この組成物は不活性液体ベヒクル中に分
散せしめられた微細分割された無機粉末より構成
されている。この無機粉末は (A) 65〜97重量％（無機固体分基準）の金、 (B) ３〜25重量％（無機固体分基準）のカドミウ
ム／アンチモン（Cd／Sb）合金、 (C) ０〜20重量％（無機固体分基準）の銅および (D) ０〜30重量％（無機固体分基準）の銀 を包含している。

この無機粉末のベヒクルに対する比率は所望さ
れる粘度によつて選択されるべきであるがしかし
通常は印刷可能なペーストの製造のためには60〜
95重量％の無機粉末および５〜40重量％のベヒク
ルが使用される。

本組成物は不活性液体ベヒクル中に分散された
微細分割金粒子とカドミウム／アンチモン
（Cd／Sb）合金の微細分割粒子より構成されてい
る。「微細分割」なる表現は実質的にすべての固
体物質が最大寸法10μ以下の粉末粒子として存在
することを意味している。そのような粉末によ
り、平滑で解像力のすぐれたプリントを形成する
組成物が得られる。微細な解像力を必要としない
用途またはスクリーン印刷以外の適用技術（例え
ばシリンジ分配等）のためにはより大きな粒子を
使用することができる。ベヒクルは粉末配置の便
宜のためにのみ存在しそして本発明の粉末の乾燥
混合物を基材上に分配および配置することを含め
て他の適用技術も同等に有効である。金およびカ
ドミウム／アンチモン合金の他に銅または銀粉末
またはその合金を組成物中に存在させることがで
きる。

組成物中の金は無機固体分の65〜97重量％、好
ましくは75〜95重量％、そしてより好ましくは80
〜90重量％を占めるべきである。金含量が低すぎ
ると耐食性の劣化を生ずる。金合金の耐食性は一
般に金の原子％が50％またはそれ以上である限り
良好であるがしかし50％以下ではシヤープに低下
する。

Cd／Sbは無機固体分の３〜25重量％、そして
好ましくは５〜20重量％、そしてより好ましくは
７〜15重量％を構成すべきである。このカドミウ
ム／アンチモン合金は所望量のカドミウムおよび
アンチモン耐熱性るつぼ中で窒素雰囲気下に一緒
に溶融させて均質液体合金を生成させることによ
り製造される。この液体合金を放置して固化さ
せ、そして得られたインゴツトを粉砕して微細粉
末とする。あるいはまた微細合金粉末は均質液体
合金の霧化（アトマイゼーシヨン）により製造す
ることができる。

カドミウム／アンチモン合金のアンチモン含量
は25〜80重量％、そして好ましくは40〜75重量
％、そしてより好ましくは45〜65重量％である。

金属基材上での印刷組成物の焼成の間、Cd／
Sbは焼成サイクルの初めに約350〜550℃で溶融
し、そして温度が更に上昇すると金、銅または銀
がこの液体中に溶解して成分の間で合金を形成
し、そして良好に焼結した凝集性の金属化物を生
成する。この液体相は金属基材をぬらしそして基
材の最も表面の層を一部溶解させて基材への良好
な接着および電気的接触を生ぜしめる。基材のい
くらかは溶解するのであるから、焼成後の金属化
物の組成は正確には焼成前のその組成と同一では
ない。この基材成分の取り込み程度は基材の化学
組成および金属化物の厚さならびに加熱サイクル
の性質により変動する。一般に基材の相互作用は
比較的高い融点の基材例えば銅−ニツケルの使用
によりまたは高い融点の金属例えばニツケルでコ
ーテイングされた基材の使用により最小ならしめ
ることができる。焼結温度まで迅速に加熱すると
基材の溶融とそれに由来する金属化物の浸み込み
とを回避する助けにもなる。

金属化物のCd／Sb含量が異常に高い場合には
基材の溶融は過剰となりそして焼成サイクルの初
期に形成された液相が原画印刷部分の境界を越え
て流れ出す。低すぎるCd／Sb含量は不充分な焼
結および基材接着の結果となる。当業者は使用さ
れるべきCd／Sb量を使用される加熱サイクルお
よび金属基材によつて調整しなくてはならないこ
とを知るであろう。

銅または銀の粉末はコストを低下させ、硬度の
ような機械的性質を改善させまたは焼成金属化物
の色を変化させるためにこれら組成物中に使用す
ることができる。

これらの元素は腐食をより受けやすいので組成
物中で使用し得る量は所望とする耐食性の程度お
よび基材からとり込まれる卑金属成分量により左
右される。用途によつては、無機固体分の重量基
準で銅を20％までおよび銀を30％まで使用しても
よいが、より厳密な耐食性を求められる用途では
銀または銅を15％に制限するのが適当である。こ
れら金属化物の有利な性質を変化させないその他
の金属の少量の添加は許容される。特に白金また
はパラジウムは耐食性の損失なしに加えることが
できると信じられている。

本発明の厚膜金伝導体組成物に使用されるベヒ
クルは通常の金伝導体組成物に一般に使用される
任意のものであることができ、そしてこれらとし
ては樹脂例えばエチルセルロース樹脂、ポリブチ
ルメタクリレート、ポリ−α−メチルスチレンま
たはポリ（エチレンビニルアセテート）の溶液ま
たは分散液があげられる。適当な溶媒または分散
媒は樹脂と物理的に相容性でなくてはならず、そ
して得られる溶液または分散液は金金属化組成物
の他の成分に関して化学的に不活性でなくてはな
らない。濃厚化剤（シツクナー）および／または
安定剤および／または他の一般的添加剤例えばチ
クソトロピー剤および湿潤剤を伴うかまたは伴わ
ない種々の有機液体のいずれか一つをこの有機樹
脂用担体として使用することができる。適当な有
機液体としては脂肪族アルコール（例えば１−デ
カノール）、そのようなアルコールのエステル
（例えばアセテートまたはプロピオネート）、グリ
コールエーテル（例えばジブチルカルビトール）、
テルピン（例えば松根油またはテルピネオール）
およびジアルキルフタレート（例えばジブチルフ
タレートまたはジメチルフタレート）があげられ
る。好ましいチクソトロピー剤としては水素化さ
れたひまし油があげられる。好ましい湿潤剤とし
ては大豆レシチン、トリエタノールアミンおよび
トリブチルホスフエートがあげられる。安定化剤
は酸性副生成物による酸化および分解を阻止しす
なわち粘度を安定化またはPHのバツフアー化を助
けるために加えることができる。適当な安定剤の
例としてはトリエタノールアミンおよび２，６−
ジ第３級ブチル−４−メチルフエノール（例えば
シエルイオノール ）があげられる。

以下の例は本発明を更に説明するものであるが
ここにすべての％は重量基準である。

例 54.0ｇの塊状アンチモン（Fisher Cat.No.A846）
および46.2ｇのカドミウムシヨツト（Alfa Cat.
No.00669）を窒素雰囲気中で650℃にアルミナるつ
ぼ中で加熱することにより一緒に溶融させた。得
られたインゴツトを粉砕して400メツシユ以下の
粒子サイズとした。２ｇのCd／Sb粉末を18ｇの
金粉末と混合したがその際実質的にすべての金は
粒子サイズが0.1μと5μの間にあつた。約1.6ｇの
重量のベヒクルを加えて平滑な良好に分散された
ペーストを生成させた。このベヒクルの組成物は
5.2％のエチルセルロース、11.6％のテルピネオ
ール、52.8％のジブチルフタレートおよび30.4％
のジブチルカルビトールであつた。得られたペー
ストをパターンつき200メツシユステンレススチ
ールスクリーンを通して冷間圧延CDA合金725−
銅ニツケル片上に厚膜として印刷しそして窒素雰
囲気コンベア炉中で650℃のピーク温度でピーク
に５分そして全サイクル時間45分で焼成した。焼
成後この金合金金属化物はペンシル消しゴムでの
磨耗、シヤープな道具によるプロービングおよび
１／８″直径の芯棒のまわりでの基材の折り曲げによ
り測定した場合銅−ニツケル基材に良好に接着し
ていた。そのようにして試験されなかつた他の試
料を濃硝酸を含有するシールしたデシケーター中
に置きそして室温で１時間液体ではなくその蒸気
に露出させた。露出後、試料を30倍の倍率で金パ
ツド部分内の腐食の存在を調査した。何もみとめ
られなかつた。パツドを基材との間の電気抵抗を
高感度オームメーターで測定した。測定しうる接
触抵抗はみられなかつたがこのことは金属化物と
基材との間の優れた電気的接触を示している。

参考例 Ａ 20ｇの金粉末および0.7ｇのベヒクルのペース
トを例１記載のようにして印刷しそして焼成させ
た。焼成後、この金属化物はもろく、多孔性であ
りそして銅−ニツケル基材に良好には接着してい
ないことが観察されたがこのことはCd／Sb添加
の有効性を示すものである。

例 7.5ｇの金および0.5ｇの例のCd／Sbを実質的
にすべての物質が0.1μ〜10μの間の直径を有して
いる銅粉末2.0ｇと混合した。この粉末を0.8ｇの
例のベヒクルとブレンドして平滑な良好に分散
したペーストを生成させそして次いでこれを前記
のようにして印刷そして焼成した。焼成後、金属
化物は良好に接着し、耐食性でありそして基材と
良好な電気的接触状態であることが見出された。

例 カドミウム／アンチモン合金を含有する金ペー
ストが例記載の方法により製造された。

得られたペーストをパターンつき325メツシユ
ステンレススチールスクリーンを通して前もつて
パンチされたCDA725銅−ニツケル合金の連続片
上に直径0.8mmの厚膜ドツトとして印刷した。こ
の印刷部分を焦点合せした誘電加熱コイル下に置
いた。この集成体を焼成工程の間酸素除去のため
に窒素ブランケツトで覆つた。エネルギーを1.0
秒間適用した。ドツトは溶融しそして基材にしつ
かりと接着した。0.8秒でドツトはまだ焼結構造
を有していたが、1.6秒ではドツトは基材中に深
く浸み込みそして基材を許容できない程変形させ
ていた。1.0秒ではある基材は直接溶融ドツト下
に焼きなましされていた。後でこの片を電気端子
につくりそして試験した。それははんだづけ金ド
ツト製品よりも一層良好な性能を示し、そして金
めつき製品と同様かまたはそれよりも良好な性質
を示した。この方法はまた75％Au、15％Cuおよ
び10％Cd／Sb組成物に対しても使用された。同
様の融溶性能が得られた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 存在する全無機固体分の重量基準で65〜97重
   量％の金粒子、３〜25重量％のカドミウム／アン
   チモン合金粒子、０〜20重量％の銅粒子および０
   〜30重量％の銀粒子を印刷可能なペーストとなす
   に充分な濃度にベヒクル中に分散させてなる、電
   気端子接点の金属化に適した厚膜金組成物。 ２ 金粒子含量が75〜95重量％でありそしてカド
   ミウム／アンチモン含量が５〜20重量％である、
   前記特許請求の範囲第１項記載の組成物。 ３ 金粒子含量が80〜90重量％でありそしてカド
   ミウム／アンチモン含量が７〜15重量％である、
   前記特許請求の範囲第１項記載の組成物。