JPH0322306A - 接着性良好な金属ペースト - 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、特殊なフラックスを含む金属ぺ一ストに関す
る。さらに詳しくは、セラミック基板に通常のスクリー
ン技術を用いて特定形状に金属ペーストを印刷しその後
この金属ペーストを高温に加熱し、該ペーストの一部を
燃焼し去りセラミック基板に焼結した導電性のパターン
を残し、ハイブリッド回路として利用するための金属ペ
ーストにおいて、セラミック基板との接着性を大幅に向
上せしめるペースト組成に関するものである。 ［従来の技術］ 金属ペーストは、本質的に導電性金属、ガラス、金属酸
化物の粉末およびビヒクルからなる。 この中で、導電性金属は、焼結して導電体としての役割
を果たしガラスならびに金属酸化物は、導電体とセラミ
ック基板との接着性に寄与する。 またビヒクルは、粉末をペースト状にし所望の印刷性、
ならびに安定性を与えるために使用される。 これらの金属ペーストに要求される物性の中で、接着強
度が常に問題となる項目である。初期接着はもちろんの
こと、エージング後の強度が重要であり、とくに最近の
高密度実装の流れの中で、各種部品を搭載するボンディ
ングバッドの面積が従来より小さくなる傾向にあり、ま
すます接着強度を高める必要性がある。 従来焼成型金属ペーストの接着のためにガラス粉末を添
加したり、金属酸化物を添加したりするのはよく知られ
ている。金属酸化物こしてよく知られているのは酸化ビ
スマスである。酸化ビスマスは、基板であるアルミナと
化学反応をすることがよく知られており、多くのペース
トに配合されている。またガラスは、金属の焼結層にく
さび形に食い込み、アルミナ基板との界面で物理的な接
着層を形或する。 ［発明が解決しようとする課題］ 多くのペーストで知られているような、酸化ビスマスな
らびにガラスによる接着においてはつぎのような問題点
がある。酸化ビスマスは、アルミナ基板上で強固な接着
層を形成するが、その接着層は、エージングテストの際
のハンダの侵入により、容易に破壊される欠点を有する
し焼或時の還元雰囲気により容易に還元されて金属ビス
マスになりステイン現象の原因になったりする。これを
避けるため酸化ビスマスの添加量を減らし接着力の低下
をカバーするためにガラス量を増やすとハンダ濡れが悪
くなったり、ヒートサイクル試験で接着力が大幅に低下
するなどの問題があった。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、金属粉、ガラス粉、金属酸化物粉およびビヒ
クルからなる金属ペーストであって、金属酸化物粉とし
てＺｎＯ粉およびＴｉＯ２粉を含むことを必須とし、こ
れらＺｎＯ粉とＴｉ０２粉の合計量がペースト全量の３
〜５％（重量％、以下同様）でありＴｉＯ２粉はペース
ト全量の０．０５〜０．５％であることを特徴とする金
属ペーストに関する。ここで用いる金属粉としては、銀
粉、バラジウム粉、金粉、ニッケル粉、亜鉛粉、これら
の混合粉またはこれらの合金粉などが好ましい。 ガラス粉としては好ましくは軟化点３ｏｏ〜７００℃、
とくに好ましくは３５０−８００℃のホウ酸鉛あるいは
ホウ珪酸塩ガラスなどを好適に用いることができるが、
これらに限定されるものではない。金属酸化物としては
、前記の特定の金属酸化物粉（ＺｎＯ粉およびＴｉＯ２
粉）のほか、酸化ニッケル粉、酸化マンガン粉、酸化鉛
粉、酸化カドミニウム粉または酸化バナジウム粉などを
用いることができる。またビヒクルとしては、たとえば
エチルセルローズまたはアクリル樹脂などのバインダー
樹脂をタービネオールまたはプチルカルビトールアセテ
ートなどの高沸点溶剤に溶解し、高度な粘度とチクソト
ロピック性を有したものが好適に利用できるが、これら
に限定されるものではない。 各成分の金属ペーストにおける配合割合は金属粉として
は、ペースト中で７０〜８５重量％が好ましく、とくに
７５〜８５％が好ましく、ガラス粉としでは、１〜５重
量％が好ましく、とくに１〜４％が好ましく、金属酸化
物粉としては前記の特定の金属酸化物（　ＺｎＯ粉およ
びＴｉＯ２粉）を含めて３〜１２重量％が好ましく、と
くに５〜１０％が好ましく、ビヒクルは５〜２５重量％
が好ましく、とくに８〜２０％が好ましい。 また各粉末の粒径としては、０，１〜ｌＯミクロンの範
囲が好ましく、とくに０．５〜５ミクロンの範囲が焼き
付け時の導体焼結の点より好ましい。 各粉末の形状は、本発明においてとくに限定されず、球
状、フレーク状またはこれらの混合物など種々の形状の
粉末を用いることができるが、焼き付け時の導体の焼結
を促進するためには単分散性にすぐれた前記形状の粉末
を用いるのが好ましい。 本発明においては、金属酸化物粉として、ＺｎＯ粉およ
びＴｉＯ２粉を用いることを必須にしているのが最大の
特徴であり、その添加量を特定しているのも特筆すべき
点である。従来酸化亜鉛を、厚膜ペーストに配合するこ
とは知られていた。しかしながら、接着力を充分高くす
るために配合量を大きくするとたちまちハンダ濡れ性に
悪い影響を及ぼし配合量を制限される。従って、接着強
度への寄与は、酸化ビスマスほど高くはない。特公昭６
１−５１３８１号公報においてもペースト中１〜３％の
ＺｎＯを含む組成物が明らかにされているが、３％以上
の添加は望ましくないことを認めている。しかしながら
、接着強度の観点からは、これ以上の添加が望ましい。 本発明者らは、叙上の事情に鑑み、前記従来技術の有す
る不都合を解消するべく鋭意研究を重ねた結果、Ｔｉ０
２粉の併用が、ＺｎＯ粉の充分に接着強度に寄与しうる
添加量をハンダ濡れを損なうことなく達成できることを
見出し、本発明を完成するに至った。 ＺｎＯ粉は、ペーストの焼成過程において、金属の低温
での焼結を防止しバインダーの揮散を良好にするととも
に、ガラスに溶解しガラスの結晶化、高軟化点化、高粘
性化をもたらし溶融したガラスが、焼結粒界を通って導
体表面へ移行していくのを防止しハンダ濡れ性を維持し
同時に導体層とセラミックの界面での強固なガラス接着
層を形成することにより、接着に寄与する。しかし接着
強度をさらに高めるためにＺｎＯ粉を増やすと、ガラス
の形成温度が高くなりすぎ、金属の焼結温度のほうが、
低＜　ｔｌる結果、焼結を阻害する結果となる。ところ
が本発明のようにＴｉＯ２粉を同時に添加しておくこと
によりＺｎＯ粉とガラスとから形成される新しいガラス
の結晶性が低下しＺｎＯ粉をある程度以上配合しても、
金属の焼結温度以下で、ガラス化が進みハンダ濡れに悪
影響をおよぼすことなく接着強度を高めることができる
。 あらかじめ、ｚｎＯ粉とガラスとから結晶性ガラスを作
っておき、これをペースト中に配合したのでは同様の効
果は出ない。何故なら、このようなガラスは、総じて軟
化点が高く流動性も悪いため、焼成過程において、金属
層とセラミックの界面への移行が緩慢であり理想的な接
着層を形威しえないからである。 本発明においで、ＺｎＯ粉とＴｉＯ２粉の合計量がペー
スト全量の３重量％未満であると接着強度の向上に余り
効果がなく、５重量％を超えるばあいハンダ濡れを悪化
させる。またＴｉＯ２粉がペースト全量の０．０５重量
％未満であるとハンダ濡れに悪影響を及ぼし、また０．
５重量％を超えるぱあいもハンダ濡れを悪化せしめる。 つぎに、本発明の金属ペーストの製法について説明する
。 金属ペーストは、金属粉、ガラス粉および金属酸化物粉
をビヒクルに混線分散させることによって製造する。混
線方法はたとえば万能撹拌混合機を用いて予備混練した
のち３本ロールミルを用いて混練する方法が採用される
。 ついで、たとえばこの金属ペーストをアルミナセラミッ
クの基板上でスクリーン印刷し、ついで１５０〜１７０
℃で１０−１５分間乾燥させる。 最後に空気中あるいは窒素雰囲気下で８００〜９００℃
の範囲で約５〜１０分間のピーク温度保持時間を含む４
０分の全サイクル時間で焼成する。 【実施例］ 以下、本発明の金属ペーストを実施例に基づき説明する
が本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるもの
ではない。 実施例１〜６および比較例１〜５ 第１表に示す金属粉、金属酸化物粉、ガラス粉およびビ
ヒクルを各処方にしたがって配合し、この組成物を万能
撹拌混合機（井上製作所■製）に計りとり２４時間予備
混線を行なった。つぎにこの組或物を３本ロールミルに
て１２回ミキシングしその後万能撹拌混合機中で真空脱
泡を行なってペーストをえた。えられたペーストを純度
９８ｆｆｉ　ｆｆｉ％アルミナセラミック（厚さ０．６
３５１ｌｍ　）の基板に適当なパターンにスクリーン印
刷を行なってのち熱風乾燥機を用いて１２０℃でｌＯ分
間乾燥を行なった。その後空気中あるいは窒素中でベル
ト炉においてピーク温度８５０℃もしくは９００℃、ピ
ーク温度保持時間７分を含む全サイクル時間４０分のプ
ロファイルで焼成を行なった。 えられた導体組成物の厚膜の性能評価を下記の方法にし
たがって行なった。その結果を第２表に示す。 性能評価方法 （ハンダ濡れ性） 下記のパターンに印刷を行なって、焼成した基板にフラ
ックスを付け２３０℃±５℃のハンダ槽に３±０．５秒
間この基板を漬けて引き上げたときの基板のパッド部の
ハンダ濡れ面積がパッド部の９０％以上であるときを良
好とし９０％未満であるときを不良とした。 ハン　　　ダ　：　６３％Ｓｎ−３７％ｐｂフラックス
：タムラ化研■製ＸＡ−１００パターン：１１厘×ＩＩ
Ｉ■パッド６個２　ｍｍＸ　１　ａｍパッド１２個 （接着強度） 下記のパターンに印刷を行なって焼成した基板にフラッ
クスを付け、２３０℃±５℃のハンダ槽に３±０．５秒
間、この基板を浸漬して引き上げた。 つぎに０．８ｍｍφのスズメッキ銅線をハンダごてで２
　ｍｍＸ　２　ｍａ＋ｚ＜ツド上に付けた。このサンプ
ルを引っ張り試験機（■島津製作所製）により１０＋ｖ
／分の速度で引っ張り、基板から金属べ−ストがはがれ
るときの接着強度を測定した。接着強度は、二一ジング
する前の値（初期強度）、２５０時間、１５０±２℃に
加熱した後の値（熱エージング強度）の両方を測定した
。 ハ　　ン　　ダ　二　６３％Ｓｎ−３７％ｐｂフラック
ス：タムラ化研■製ＸＡ−１００パターンニ２　ｍｍＸ
　２　Ｉｍ／＜−ソド８個［以下余白］ 〔発明の効果］ 本発明の金属ペーストは、ハイブリッド回路を製造する
にあたって、導電体とセラミック基板との接着性を大幅
に向上せしめ、加えてすぐれたハンダ濡れ性を与えるも
のである。 特 許

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　金属粉、ガラス粉、金属酸化物粉およびビヒクルか
   らなる金属ペーストであって、金属酸化物粉としてＺｎ
   Ｏ粉およびＴｉＯ＿２粉を含むことを必須とし、これら
   ＺｎＯ粉とＴｉＯ＿２粉の合計量がペースト全量の３〜
   ５重量％でありＴｉＯ＿２粉はペースト全量の０．０５
   〜０．５重量％であることを特徴とする金属ペースト。 ２　重量比率で７０〜８５重量％の金属粉、１〜５重量
   ％のガラス粉、３〜１２重量％の金属酸化物粉、および
   ５〜２５重量％のビヒクルを含むことを特徴とする請求
   項１記載の金属ペースト。