JPH03122081A - 窒化アルミニウム焼結体用導電ペースト - 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！！Ｉ′Ｆ］ 本発明は、窒化アルミニウム焼結体用導電ペーストに関
し、更に詳しくは、窒化アルミニウム基板等の窒化アル
ミニウム焼結体の表面に形成される電極や導体パターン
等の導体層として使用し得る窒化アルミニウム焼結体用
導電ペーストに関する。

［従来の技術］ 回路基板としては、アルミナ（Ａｌ□０３）等のセラミ
ック基板、樹脂基板、並びに金属基板等が従来から用い
られているが、これらの内、電気的絶縁性、機械的強度
並びに熱的安定性の観点から、これらの緒特性のバラン
スが樹脂基板や金属基板より良好であるアルミナセラミ
ックスが最も汎用されている。

アルミナ基板は、前記した既存の基板と比較すると全体
として使い易い基板であり、使用量、利用形態共に大き
く発展し、今日では回路基板の主流を占めるに至ってい
るが、近年の電子機器の小型化の急速な進行に伴い、回
路の集積度が大幅に増大し、単位面積当りの発熱量が増
大した結果、アルミナ基板では十分に対応できない事態
が生ずることとなった。

アルミナ基板の熱伝導率は２０１４／Ｉ１１．に程度と
比較的低く、発熱量が大きい場合には十分な放熱をあま
り期待できない。このため、高発熱部分のみにベリリヤ
（Ｂｅ○）やモリブデン（ＭＯ）のような熱伝導率の大
きい材料を使用し、他の部分にはアルミナを使用する複
合構成も提案されたが、価格、電気特性並びに熱特性の
点で十分満足し得るものではなく、高集積・高発熱回路
用のセラミック基板材料が求められていた。

窒化アルミニウム（ＡＩＮ）は、天然には存在しない人
工鉱物の１つであり、前記した問題点を解決し得るもの
として注目された新しいセラミック基板である。

窒化アルミニウムは半導体に分類されるが、エネルギー
ギャップが広＜、　（６，２ｅＶ）　、絶縁耐性、電気
抵抗、並びに誘電率の電気特性面からは実質的に絶縁体
と考えることができる。

また、圧電特性を有し、表面波デバイスとしても研究さ
れている。

窒化アルミニウムが回路基板材料として注目されるのは
熱伝導率が高い点にあり、実際には単結晶で約２５０　
Ｗ／Ｉ１１．にの熱伝導率を有する。更に理論的には室
温で３２０　Ｗ＃ｎ、にに達することが示されており、
高放熱基板としての可能性は非常に高いと考えられる。

また、窒化アルミニウムは、熱膨張係数がＳｔに近いこ
と、絶縁特性が優れていること等、基板材料として浸れ
た面が多い。

窒化アルミニウムを回路基板として使用する場合、従来
はセラミック基板用の厚膜ペーストとして最も多く使用
されたアルミナ基板用の厚膜ペーストがそのまま用いら
れる場合が多かった。しかし、アルミナ基板と窒化アル
ミニウム基板とは熱膨張係数に差があり、これらのペー
ストをそのまま窒化アルミニウムに用いても十分な接着
力は得られないのが実状であった。窒化アルミニウムは
、金属との濡れ性が悪く、そのメタライズは容易ではな
く、特に厚膜ペーストによるメタライズは接着性が悪く
、使用に値する回路基板を提供するのは困難であった。

また、窒化アルミニウム焼結体基板は、純度か高いため
液相反応を起し、接着強度向上に寄与するシリカ等の不
純物を含まないことと相俟って、導電ペーストとの強固
な結合が得られないという欠点があった。

窒化アルミニウム焼結体基板の表面に導電体を形成する
手段としては、例えば、Ｃｕ−０共晶液相を利用してＣ
ｕ箔を直接基板上に張り付けるＤＢＣ法と呼ばれる方法
、ペースト状のＷ、Ｍｏ等の高融点金属を焼結させる方
法、窒化アルミニウムと金属との間にＴｉを添加したＡ
ｇ−Ｃｕ系のろう材を挿入して張り付ける方法等が試み
られている。しかし、いずれの方法も、焼結に高い温度
を必要としたり、工程が複雑である等の問題点があり、
現状の要求に十分答えられる状態ではなかった。

一方、従来から、アルミナ基板用として用いられている
導電ペーストに、接着強度向上のなめに各種の化合物を
添加することが試みられている。このようなものとして
は、例えば、酸化錫の添加や酸化バナジウムの添加が検
討されている。これらは導電パターンの接着強度向上に
効果はあるが、総合的な観点からは満足し得るものでは
なく、より接着強度の高い導電ペーストが求められてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、ペーストへの添加物を改良して金属との濡れ
性を改良しメタライズの容易化を図ることにより、十分
な接着強度を与える窒化アルミニウム焼結体用導電ペー
ストを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、Ａｇ粉末７０〜９５重量部、Ｐｄ粉末
５〜３０重量部、並びにガラスフリット０．５〜１０重
量部からなる基礎組成物に対し、Ｓ　ｎｏｔ　＋ｚ　ｎ
ｏ＋ｃ　ａ　Ｉ　２およびＳ　ｎ　Ｏ２＋　Ｚ　ｎ　Ｏ
＋　Ｃｕ　Ｉよりなる群から遷択される添加物を０，１
〜１０重量部添加したことを特徴とする窒化アルミニウ
ム焼結体用導電ペーストが提供される６前記した組成の
基礎組成物について、Ａｇ粉末が多すぎるとマイグレー
ションやハンダ浸漬性が悪くなり、Ｐｄが多すぎると導
体の抵抗値の増加やハンダの濡れ性が悪くなり、カラス
フリットの量が多くなると窒化アルミニウム焼結体との
反応が激しくなりペーストの特性が不安定になる。本発
明が開示した範囲の組成とすることにより、バランスの
とれた良好な特性を得ることができる。

この基礎組成物に対し、前記した添加物を所定の範囲で
添加して用いることにより、接着強度の向上を図ること
ができる。

本発明による導電ペースト（厚膜ペースト）は、Ａｇ粉
末７０〜９５重量部、Ｐｄ粉末５〜３０重量部、並びに
ガラスフリット０．５〜１０重量部からなる基礎組成物
に対し、 ３　ｎ　Ｏを士ＺｎＯ＋ＣａＩｔおよび。

ＳｎＯ２＋ＺｎＯ＋Ｃｕ　Ｉ よりなる群から選択される添加物を０．１〜１０重量部
配合し、バインダと混練して作成することができる。こ
のようにして作成したペーストを、例えばスクリーン印
刷により窒化アルミニウム基板に印刷し、レベリング後
、例えば１２０°Ｃで乾燥し、ＳＯＯ〜９５０℃で焼成
を行う１作成したメタライズの接着強度には、本発明が
開示したペースト材の添加物が大きく関与する。

混練に用いるバインダについては、既知のものを用いる
ことができるが、具体例を例示すると、α−ターピノー
ル、ジブチルフタレート、ブチルカルピトールアセテー
ト等の有機溶媒中に、エチルセルロース、アルキッド樹
脂等の有機ビヒクルを分散させたもの等を挙げることが
できる。

［作用〕 窒化アルミニウム焼結体用導電ペーストへの添加物を改
良して金属との濡れ性を改良しメタライズの容易化を図
ることにより、十分な接着強度を与えるペーストを提供
するためには、基板表面の酸化促進による濡れ性の向上
、および低融点を有する添加物成分による反応促進を図
る必要があると考えられる。

このような観点から、Ｓ　ｎ　Ｏ２、Ｚ　ｎ　Ｏは、基
板表面を酸化する成分として作用し、更にＣａＩ２、Ｃ
ｕ　Ｉ等のヨウ化物は、融点がそれぞれ５７５°Ｃ１６
０５°Ｃと低く、焼成により基板との反応を促進する成
分として作用すると考えられ、これらの共同作用により
強度が向上するものと推定される。

また、酸化錫は、導電ペーストへのハンダ付けの際、ハ
ンダとの濡れ性を向上させると共に、ハンダからの錫の
拡散を防止し得るなめ、この作用によりハンダ付は強度
を向上させることもできる。

［発明の効果コ 本発明によれば、ペーストへの添加物を改良して金属と
の濡れ性を改良しメタライズの容易化を図ることにより
、十分な接着強度を与える窒化アルミニウム焼結体用導
電ペーストが提供される２ 本発明が開示した添加物を用いることにより、３　Ｋｇ
／　４１１１２以上の接着強度を得ることができる。こ
れは、アルミナ基板用ペーストを用いたときの２倍以上
であり、Ｃａ　Ｉ　２、ＣｕＩを単独で用いた場合より
も強い強度を得ることができる。

［実施例］ 以下に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

まず、導電ペーストの基礎組成物として、Ａｇ粉末７０
〜９５重量部、Ｐｄ粉末５〜３０重量部、並びにガラス
フリット０．５〜１０重量部からなる混合物を調製した
。

これに共通の接着助材として、酸化錫および酸化亜鉛を
添加量を変えて配合すると共に、更に添加量を変えてヨ
ウ化カルシウムを添加し、バインダー２０〜３０重量部
と共に混練してペーストを作成した（実施例１〜４）。

この各種ペーストをスクリーン印刷によつて窒化アルミ
ニウム焼結体基板上に２１角のパターンを印刷し、レベ
リング後、１２０°Ｃで乾燥させ、その後焼結炉で、９
００℃で１０分間焼結させた。

接着強度の測定は、いわゆるビール（引っ張り）強度測
定法に従い、焼結した２ＩＩＩＩＩｌ角の導電ペースト
パターン上に線径０．８　ｍｍのネイルヘッドピンをハ
ンダ付けし、これを基板に対して垂直方向に引っ張り、
剥がれる強さを測定しな、この実験結果を以下の第１表
に示す、なお、表中の添加量の単位は重量％であり、接
着強度の単位はＫ（１／４１１１１１１’である。

第１表 添加物添加量 ５ｎＯｉ　　ｚｎｏ　　Ｃａ１２ ０．００５０．００２０．００１ ０．０６　０．０２　０，０２ ０．７０　０．２０　０．１０ ２．００　１．６０　１．４０ ５．５８　２．２３　２．１９ １．２８１ ４．１８５ ４．１５６ ４．２３５ ４．１５１ 全添加量　　１着装度 ０．０１ ０．１０ １．００ ５．００ １０、ｏｏ 比ｔｉｌｌ 実Ｉ旧 実！１ｆｔ１２ 実施Ｉ！！３ 実！旧 比較１ｉ１２　　１３．１５　　３．８６　　２．９１
　　２０．００　　１．４７７比Ｈ３０，０００，００
０，８００，８０３，４５８この結果から分るように、
本発明か開示した範囲で添加物を添加することにより、
接着強度の向上を実現することかできる。

次に、添加物の内、ヨウ化カルシウムに変えてヨウ化銅
を用いて同様の実験を行った〈実施例５〜８）。

ペーストの基礎組成、酸化錫、酸化亜鉛の添加について
は最初の実験とほぼ同様であり、ペーストの焼成、接着
強度の測定等についても同じ条件で行った。この結果を
第２表に示す。

第２表 添加物添加量 ５ｎＯ２ＺｎＯＣｕ１ 比１２列４　　　０．００３　０．００４　０．００３
実！河５　　　０．０４　　０．０４　　０．０２実劃
Ｎ６　　　０．６０　　０．２３　　０．１７実ｕ７　
　２．１５　　１．２２　　１．６３全添加１　　１１
強度 ０゜０１　　１．４０７ ０．１０　　４．６４９ １．００　　４．９４２ ５．００　　４．７５０ 実ｌＩ！１８　　　５．１８　　２．６３　　２．１９
　　１０．００　　４．０４０比較Ｍ４　　１２．８９
　　３．５８　　３．５３　　２０．００　　１．６７
４比１２１ｔ１５　　　０．００　　０．００　　０．
９０　　　０．９０　　３．４３０この実験結果からも
明らがなように、本発明が開示した範囲で添加物を添加
することにより、接着強度の向上を実現することができ
る。

以上説明したように本発明によれば、従来濡れ性が悪く
、導電パターンの十分な接着強度が得られなかった窒化
アルミニウム焼結体基板用の導電ペーストとして、高い
接着強度のものを得ることができる。

また、基礎組成の導電ペーストは、アルミナ基板への流
用も可能であり、添加剤の配合のみによって各種の絶縁
基板への適用が可能なため、製造現場においてペースト
の種類を少くすることができ、生産効率の向上を図るこ
とができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｇ粉末７０〜９５重量部、Ｐｄ粉末５〜３０重
   量部、並びにガラスフリット０．５〜１０重量部からな
   る基礎組成物に対し、 ＳｎＯ＿２＋ＺｎＯ＋ＣａＩ＿２および ＳｎＯ＿２＋ＺｎＯ＋ＣｕＩ よりなる群から選択される添加物を０．１〜１０重量部
   添加したことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体用導
   電ペースト。