JPH03134905A - 銅ペースト - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＡＪ２Ｎ基板及びＡβ２０３基板用の銅ペース
トに係り、特に低温で焼成でき、しかも接着強度が高く
、且つ半田濡れ性がよく、半田端われも無く、マイグレ
ーションを起こさず、信頼性の高い銅ペーストに関し、
厚膜導体ペーストに好適である。

［従来の技術］ 従来より、回路基板の製造法において基板表面にメタラ
イズ層を形成する方法としては、通常Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ
、Ｐｔ等の貴金属を使用し、パッドに使用する抵抗素子
、コンデンサ素子の端子部、相互配線用の導体パターン
の形成及び半導体素子のボンディング、導体、ペースト
の他、抵抗体、誘電体ペーストを印刷して焼成する方法
もある。

貴金属ペーストはＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ
−Ｐｔ−Ｐｄ、Ａｕ等の貴金属を主としているので高価
であり、また特にＡｇを主体とするペーストは半田喰わ
れ、マイグレーションの恐れがあることから、ＡｇにＰ
ｄ、Ｐｔなどを添加して特性の劣化を制御している。

このため、安価で且つ半田喰われ、マイグレーションの
恐れのない銅ペーストの開発が試みられるようになり、
種々のタイプのものが提案されている。例えば、特開昭
５３−４９２９６号、特開昭５６−９３３９６号などが
ある。

しかし、銅ペーストの場合、接着強度を高めるために９
００℃以上の高温で焼成しなければならず、高温焼成す
ると他の実装素子（例えば、ＩＣチップなど）が熱障害
を受けてしまったり、あるいは装置構造上も９００℃以
上になると面倒なことになる等の問題があった。。

本発明は上記従来技術の欠点を解消し、９００℃以下の
低温で焼成しても接着力が高く、しかも半田濡れ性に優
れた安価で信頼性の高い銅ペーストを提供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明者は高純度のＡｊ２Ｎ
に対しても９００°Ｃ以下の低温での焼成により銅ペー
ストの接着強度を増大し得る様々な添加物について検討
した。その際、接着温度を下げ基板の熱膨張係数に近づ
け、しかも作業性、基板との濡れ性、焼成後の酸化雰囲
気中での安定性、熱安定性のほか、併せてシート抵抗等
も改善できる方策について鋭意研究を重ねた。

その結果、銅粉末にガラスフリットを添加した固形成分
中のガラスフリットとして、特定組成のガラスフリット
を用いること、あるいはこれに更に酸化ルテニウム及び
酸化銀を添加することにより可能であることを見出し、
ここに本発明を成したものである６ すなわち、本発明に係る銅ペーストは、重量％でＺｎＯ
：５Ｃ）−７５％、Ｂ２Ｏ３：　１０〜３０％、　Ｓ　
１０２　：　５〜２０％からなるガラス粉末２〜１０％
、および残部は銅粉末からなる組成を有する固形成分６
０〜９５％に対し、ビヒクル４０〜５％を加えて混練し
、ペースト状にしたことを特徴とする銅ペーストであり
、また固形成分として酸化ルテニウムおよび酸化銀の少
なくとも１種が固形成分の０．５〜１０％を含む銅ペー
ストであり、更にこれら銅ペーストのガラス成分にＰｂ
Ｏをガラス成分中に最高１５％まで含有させた銅ペース
トに関するものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

先ず、本発明における固形成分の限定理由を示す。

ガラス粉末は、銅粉末同士の焼成を促進させると共に基
板と銅ペーストとの密着性を促進する役割を有し、固形
成分全体に対して２〜１０％添加するが、その組成は以
下に説明する通り、接着（接合）温度を下げて窒化アル
ミニウム基板との接着強度を充分にし且つ窒化アルミニ
ウム基板との濡れ性、反応性を考慮して決定したもので
ある。

ＺｎＯは、ガラスの主成分であり軟化点を下げ、ＡＪ２
Ｎ基板との濡れ性を改善する効果がある。しかし、５０
％より少ないと上記効果が不充分であり、一方、７５％
よりも多いと安定性が不充分となり、結晶化してしまっ
て変態に伴う亀裂が発生するので好ましくない。したが
って、ガラス粉末全体に対するＺｎＯ量は５０〜７５％
の範囲とする。

Ｂ２０．は、含有量が少ないとガラス化しにくくなるの
で、１０％以上が必要である。しかし、３０％を越える
と水分を吸着し易くなり、安定性に劣る。したがって、
ガラス粉末全体に対するＢ２Ｏ３量は１０〜３０％の範
囲とする。

Ｓ　ｉ　Ｏ２は、含有量が少ないとガラス化しにくくな
るので５％以上が必要である。しかし、２０％を越える
と軟化点が上昇するので好ましくない。したがって、ガ
ラス粉末全体に対するＳ　ｉ　Ｏ２量は５〜２０％の範
囲とする。

また、ＰｂＯはガラスの軟化点を下げるために必要に応
じて１５％までガラス成分として添加が可能である。

１５％を越えると耐水性、耐酸性が悪くなり好ましくな
い。したがってガラス粉末全体に対するＰｂＯ量は１５
％以下の範囲とする。

銅ペーストの焼成によって得られる生成膜の熱膨張係数
の調整は、ガラス成分の組成の変更により行なうが、特
にＳ　ｉ　０２成分の増加は熱膨張係数を小さくする。

なお、固形成分としては」二記ガラス粉末の他に酸化ル
テニウム及び酸化銀粉末を適量で添加することが出来る
。

酸化ルテニウム及び酸化銀粉末は、焼成工程においてビ
ヒクル等に由来する熱分解残渣の除去に役立つ他、Ａｌ
２Ｎ基板との接着強度を向上させる効果があり、その添
加量は０．５〜１０％である７ ０５％以下であるとその添加効果はほとんど認められな
い。また１０％を越えて添加しても接着性は変化しない
が、いずれも高価な物質であり、それ以上添加してもメ
リットがない。また特に酸化ルテニウム添加の場合、１
０％を越えると半田濡れ性が高くなる傾向が認められた
。このため、それらの添加量は１０％以下で添加すれば
足りる。

もちろん固形成分の残部は実質的に銅粉末からなり、銅
粉末は特に半田濡れ性の向上、シート抵抗の低下の効果
がある。

以上の固形成分の濃度は、メタライズ面の緻密さに大き
な影響を及ぼすので、６０〜９５％とする必要がある。

６０％未満ではメタライズ面に気孔が多く発生し、半田
濡れ性が悪（なり、シート抵抗も高くなる他、接着強度
も弱くなる。一方、９５％を越えると混線が難しく、且
つ印刷性及び転写性が極度に悪くなるので好ましくない
。

また、固形成分の粒度は銅ペーストの緒特性に影響を及
ぼすので、適切に管理することが望ましい。すなわち、
銅粉末の粒度は焼成後のメタライズ状態に大きな影響を
及ぼす。特に粒子が５μｍ以上になると接着強度が弱く
なるうえに、印刷性も悪くなる。更に、メタライズ面に
気孔が多くなる他、混線の際の分散性も悪くなる。また
、ガラス粉末、酸化ルテニウｌ１、酸化銀粉末の粒度も
同様の影響を及ぼし、５μｍ以上になるとペースト中の
分散が悪くなり、接着強度のバラツキが大きくなる。更
に、メタライズ面の平滑性も悪くなるため、半田濡れ性
も良くない。

このような固形成分は、有機バインダー、有機溶剤等の
ビヒクル成分４０〜５％に分散させて混練し、ペースト
にする。有機溶剤としては、テレピネオール。ブチルカ
ルピト−ル、テキサノル、ブチルカルピトールアセテー
トなどを使用でき、有機バインダーとしては、例えばエ
チルセルローズなどを使用できる。

なお、かかる銅ペーストに使用する固形分は、組成のバ
ラツキをなくし、偏析を少なくし、良質とするいわゆる
メカニカルアロイ法を利用して製造することができる。

この場合、まず各固形成分の粉末を播潰機、ボールミル
、アトライター等の微粉砕機を用いて高速、高エネルギ
ー下で所要時間混合撹拌して粉砕することにより、各成
分粉末が機械的に噛合結合したいわゆるメカニカルアロ
イ形態の複合粉末が得られる。ついで、この複合粉末に
、あるいはこのような複合粉末を少なくとも含む混合粉
末に前記ビヒクルを加えてペーストにすれば良い。

銅ペーストの焼成は、基板用の場合は６００℃〜８５０
℃程度の低温で焼成しても３Ｋｇ以上の接着強度が得ら
れる。

また、本発明の銅ペーストは窒化・アルミニウム及び酸
化アルミニウム基鈑だけでなく、ムライト基板やグレー
ズ基鈑にも応用できる。

更に、サーミスターやコンデンサー及びバリスターの電
極としても使用可能である。但し、この場合はそれら素
子の劣化を防ぐために７００℃以下の低温で焼成する必
要がある。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を示す。

（実施例１） 第１表に示す各粉末を準備し、ビヒクルとしてテキサノ
ールを使用し、バインダーとしてエチルセルローズを使
用して、所定のソリッド（固形成分）濃度となるように
配合し混練してペーストを得た。

銅粉末は、水素気流中で２００°Ｃで還元処理したもの
を用いた。ビヒクルと粉末との混線には３本ロール・ミ
ルを使用した。ペーストの粘度は、印刷可能な粘度２０
０〜２５０ｋｃｐｓになるように、特にビヒクル中のエ
チルセルローズにより調整した。

得られたペーストを用い、高純度の窒化アルミニウム及
び純度９６％のアルミナ基板の片面に標準パターンを印
刷した。印刷後のレベリングは１５分間とし、乾燥は１
２０℃×１５分間とした。焼成には厚膜焼成炉を使用し
、窒素雰囲気中で焼成した。焼成条件は６０分プロファ
イル、ピーク温度は第１表に示した各温度×１０分間と
した。焼成膜厚は１４〜１８μｍであった。

第１表に特性値（接着強度、半田濡れ性及びシート抵抗
）の評価結果を併記する。

なお、接着強度の測定には、第１図に示すよう１ に、得られた基板１のパターン印刷面２に２　ｍ　ｍロ
バラド３を接着し、これに０．８ｍｍφの錫メツキ銅ワ
イヤ４を取りつけ、９０°ビール法にて剥離強度を測定
した。接着強度が３Ｋｇ以上の場合を良好とした。

半田濡れ性は、２ｍｍ口パッドを使用し、６／４半田を
溶かし、２２０℃に温度制御しである半田槽にデイツプ
させ、各パッドの濡れ面積を測定して評価した。濡れ面
積が９５％以上の場合に０印、９０〜９５％の場合にＯ
印を付してそれぞれ良好と評価し、９０％以下の場合に
その程度に応じてΔ印、更にｘ印を付して不合格と評価
した。

第１表より、いずれも焼成温度が低温でも高い接着強度
が得られ、半田濡れ性が良好であり、シート抵抗も満足
できる値である。

実施例１に用いたガラス組成は次の通り。

Ａ　　：　　６７．９５　　ＺｎＯ−２２，０２８２０
，−１０，０３３ｉｎ２Ｂ　：　５９．６９２ｎＯ−２
２，０２８２０，−１０，０３５ｉ０２−８．２６　Ｐ
ｂ０Ｃ：　５４．９８　ＺｎＯ−２５，３８，Ｏ，−５
，４３３ｉＯ，−１４，５６Ｐｂ０Ｄ　　＋　　７２．
９９　　Ｚｎ０（２，００８２０３−１５，０１３ｔＯ
□２ （実施例２） 第２表に示す各粉末を準備し、実施例１の場合と同様に
して、ビヒクルとしてテキザノールを使用し、バインダ
ーとしてエチルセルローズを使用して、所定のソリッド
（固形成分）濃度となるように配合し混練してペースト
を得た。

得られたペーストを用い、サーミスター（ｌＪｎ。

Ｃｏｎ−Ｎ１Ｏ−ＣｕＯ系）に塗布し、１２０℃×１５
分間の乾燥を行なった後、６００″ＣＸ１．０分間、６
０分プロファイルの条件で厚膜焼成炉を用いて焼成した
。

第２表にはサーミスターの特性値を併記する。

第２表よりサーミスターの抵抗値はＡｇ／Ｐｄ系ペース
トを用いた時と同様の値を示した。

このことより、本発明より得られた銅ペーストは安価で
しかも半田濡れ性、耐半田喰われ性に優れた電極として
使用できることが分かった６（以下余白） 　４ （実施例３） 実施例Ｉ　　Ｎｏ、７の配合の銅ペースト及び比較のた
め実施例１に準じて固形分としてＰｂ０４４％−Ｂ２０
３２６％−３ｉ０．３０％のガラスフリット５％二酸化
ルテニウム３％：残り銅粉末からなる銅ペーストを作成
した。

エージング試験は、実施例１の接着強度の測定と同じく
第１図に示すようにワイヤーを取り付けた後、１５０℃
のオーブン中に保持し、所定時間経過後接着強度を測定
した。

また、恒温恒温試験は、ワイヤー取り付は後４０℃、相
対湿度９５％の・層温恒湿槽中に所定時間保持した後、
接着強度を測定した。

結果は第３表に示すが、本発明の銅ペーストは高温での
使用、多湿中での使用においても劣化が起こらないこと
が判る。

（以下余白） ［発明の効果］ 本発明の銅ペーストは、実施例にも示すごとく焼成温度
が６００℃の如く低くとも充分な接着強度が得られるた
め、実装するＩＣ等の素子に対する低い耐熱温度の要求
がある場合でも使用が可能であり、また接着装置も簡易
となる。さらに、銅系のペーストであるため、半田喰わ
れ、マイグレーションもなく、通常のへβ２０３基板は
もちろんのこと、特にＡｊ２Ｎ基板のごとき濡れにくい
基板に対する濡れ性にも優れており、広い適用範囲を有
している。

使用するガラスはＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−５ｉＯｚ系である
から、従来使用されていたｐｂｏ−Ｂ、Ｏ，−３ｉＯ□
系のものより耐水性、耐湿性に優れており、このような
フリットを含有しているので、焼成後は耐酸化性もあり
、低温焼成可能なための作業性の向上、ガラス質を選択
しであるので信頼性も高い、極めて有用性の高い銅ペー
ストである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＺｎＯ：５０〜７５％，Ｂ２Ｏ＿３：１
   ０〜３０％，ＳｉＯ２：５〜２０％からなるガラス粉末
   ２〜１０％：および残部銅粉末からなる組成を有する固
   形成分６０〜９５％に対し、ビヒクル４０〜５％を加え
   て混練し、ペースト状にしたことを特徴とする銅ペース
   ト。
2. （２）請求項（１）におけるガラス成分が、前記成分に
   更にＰｂＯが最高１５％を含有することからなる銅ペー
   スト。
3. （３）重量％でＺｎＯ：５０〜７５％，Ｂ＿２Ｏ＿３：
   １０〜３０％，ＳｉＯ＿２：５〜２０％からなるガラス
   粉末２〜１０％：更に酸化ルテニウムおよび酸化銀の少
   なくとも１種：０．５〜１０％を含み、残部が銅粉末か
   らなる組成を有する固形成分６０〜９５％に対し、ビヒ
   クル４０〜５％を加えて混練し、ペースト状にしたこと
   を特徴とする銅ペースト。
4. （４）請求項（３）におけるガラス成分が、前記成分に
   更にＰｂＯが最高１５％を含有することからなる銅ペー
   スト。