JPH0322306A - 接着性良好な金属ペースト - Google Patents

接着性良好な金属ペースト

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JPH0322306A
JPH0322306A JP15756889A JP15756889A JPH0322306A JP H0322306 A JPH0322306 A JP H0322306A JP 15756889 A JP15756889 A JP 15756889A JP 15756889 A JP15756889 A JP 15756889A JP H0322306 A JPH0322306 A JP H0322306A
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周二 佐伯
Masatoshi Suehiro
末広 雅利
Susumu Echigo
将 愛知後
Shun Okada
駿 岡田
Masami Sakuraba
正美 桜庭
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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。
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