JPH03275776A - グリーンシート印刷用金属ペースト - 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】 〔概要〕 グリーンシート印刷用金属ペーストに関し、印刷された
導体パターンの厚さのばらつきを小さくするとともに、
乾燥後の導体パターンの保形性を高めることを目的とし
、 グリーンシートに印刷して導体パターンを形成するグリ
ーンシート印刷用金属ペーストであって、溶剤に配合さ
れる金属微粉末を粒度の異なる３種〔産業上の利用分野
〕 本発明は、セラミックプリント基板の導体パターン等の
印刷に使用されるグリーンシート印刷用金属ペーストに
関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、多層セラミック基板はグリーンシート形成工程
、孔明は工程、ビア導体充填工程、導体パターン形成工
程、積層工程及び焼成工程を経て作られる。

グリーンシート形成工程では、アルミナ、硼珪酸ガラス
等のセラミックの粉末とアセトン等の有機溶剤とを混合
して得たスラリーをフィルムの上に所定の厚さに塗布し
、乾燥させた後所定の大きさに裁断して第２図（ａ）に
示すようなグリーンシート１が形成される。

穴明は工程では、第２図（ｂ）に示すように、このグリ
ーンシート１の所定の位置にビアホール２が穿孔される
。

ビア導体充填工程では、第２図（ｃ）に示すように、ピ
アホール２に導体材料３が充填され、導体パターン形成
工程では、第２図（ｄ）に示すように、グリーンシート
１の表面に基準マーク４と所定の導体パターン５が金属
ペーストで印刷される。印刷方法としてはスクリーン印
刷法が採用される。

積層工程では、ピアホール２に導体材料４が充填され、
表面に所定の導体パターン５が印刷されたグリーンシー
ト１を所定の順に積層し、加圧して互いに圧着させて積
層体を得る。

焼成工程では、積層工程で作られた積層体が所定の温度
で焼威し、これにより一体化された多層セラミック基板
が得られる。

導体パターン形成工程でグリーンシートに印刷される金
属ペーストは、例えば第３図に模式的に示すように、有
機溶剤（５ａ）と金属微粉末（５ｂ）とを配合して所定
の粘度を有するペースト状に練り上げたものである。

従来、この金属ペーストを作る上では、粘度、即ち、流
動する金属ペーストの内部に生じる抵抗の大きさを管理
することのみが重視されていたが、印刷に最適とされる
粘度（例えば１００〜３００ｐｓ）に調整した場合でも
、印刷版を外す時に導体パターン５の一部分が印刷版側
に付着して膜厚が不足したり、逆に印刷版側の金属ペー
ストが過剰にグリーンシートｌに付着したりして、導体
パターン５の膜厚がばらつくことがあった。

研究を重ねるうちに、この導体パターン５の膜厚がばら
つく原因は金属ペーストのチクソトロピーの大小に関わ
っていることが分かった。

チクソトロピーとは、コロイド溶液が静置状態では流動
性を持たないが、機械的外力を加えることによって可逆
的にゾルに変換して流動性を示す現象のことであり、そ
の大小はチクソトロピー指数で表される。チクソトロピ
ー指数は、例えばブルックフィールド型粘度計を用いて
求めたローターの回転数最低（２または６　ｒ、ｐ、ｍ
、）のときの粘度と、ローターの回転数最高（２０ｒ、
ｐ、ｍ、　）のときの粘度との比であり、この指数が大
きい程チクソトロピーが大きい。

そして、金属ペーストをチクソトロピー指数７〜１１に
対応する粘度に調整することにより、グリーンシー１−
１上に最適の膜厚の導体パターン５を安定良く付着させ
ることができることを見出したのである。チクソトロピ
ー指数が７よりも小さい場合には、導体パターン５の膜
厚が理想の膜厚（例えば３０μｍ）よりも薄くなり、ま
た、１１よりも大きい場合には、金属ペーストが固すぎ
て印刷性が悪くなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来、導体パターン５を形成する金属ペース
トに配合される金属微粉末５ｂは、例えば第４図に示す
ように、平均粒径が１．１μｍ程度のブロード状分布（
１時性分布）の粒度分布を有するものが使用されている
。

このため、金属微粉末５ｂ間に形成される空隙が比較的
大きくなり、溶剤５ａの揮発が比較的早くなり、温度２
５℃、湿度６０％雰囲気中での粘度経時変化は＋５０ｐ
ｓ／時間程度であり、チクソトロピー指数は、例えば平
均６．７の場合には１０ロツトの印刷をする間に±２．
５も変化する。

従って、印刷された導体パターン５の膜厚を例えば３０
μｍ以上の厚盛りにするために最適とされる金属ペース
トの粘度及びチクソトロピー指数を保持することが困難
であり、印刷された導体パターン５の膜厚が例えば４９
．２μｍ±８．７３μｍ程度の範囲で大きくばらつき、
安定した電気特性を確保することが困難になるという問
題があった。

また、グリーンシート１に印刷された導体パターン５の
乾燥後の保形力が弱いため、グリーンシート１を移動す
る際に吊り上げるハングラに導体パターン５の一部分が
転写され、次にハングラに吊り下げたグリーンシート１
にハングラから再転写されたり、ハングラと接触して導
体パターン５が破損されたりしてショート障害が多く発
生することも分かった。更に、ハングラに転写したり、
キャリアフィルムを剥離するためにグリーンシートを反
転させた時にグリーンシートを下面から支えるテーブル
に転写したりすることにより、抵抗値が増大するという
問題もある。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、印
刷された導体パターンの厚さのばらつきを小さくできる
とともに、乾燥後の導体パターンの保形性が高められよ
うにしたグリーンシート印刷用金属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〕

本発明は、グリーンシートエに印刷して導体パターン５
を形成するグリーンシート印刷用金属ペーストであって
、溶剤５ａに配合される金属微粉末５ｂを粒度の異なる
３種類以上の混合粉末とする、という手段を講じている
。

〔作　　　用〕

粒度が異なる金属微粉末５ｂの混合粉末では、粒度の小
さい金属微粉末５ｂが粒度の大きい微粉末５ｂの間に形
成される空間に入り、金属微粉末５ａ間に形成される空
隙が小さくなる。その結果、金属微粉末５ａの間に介在
する溶剤５ａの揮発が抑制され、粘度及びチクソトロピ
ー指数の変化を小さくできる。また、金属ペースト内に
金属微粉末５ｂが緻密に含まれることになり、金属微粉
末５ｂ間の引力が強くなる結果、乾燥後の保形力が高め
られる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るグリーンシート印刷用
金属ペーストに含まれる金属微粉末５ｂの粒度分布図で
ある。

この実施例では、金属微粉末５ｂの粒径は小さい順に決
定され、金属微粉末５ｂの最小粒径は０゜５μｍ以上と
することが好ましいので、最小粒径（−次粒径）を０．
５８μｍとした。

最小粒径が０．５μｍを下回ると凝集粒が発生し、金属
ペースト内での金属微粉末５ｂの流動性が劣化するので
好ましくない。

次に大きい粒径（二次粒径）は最小粒径の金属微粉末５
ｂの周囲をできるだけ密に取り囲む大きさ、即ち、二次
粒径の金属微粉末５ｂを六方最密格子状に配置した時に
各粒子の間に一次粒径の金属微粉末５ｂが内接する空間
が形成される大きさとした。ここでは、−次粒径が０．
５８μｍであるので、二次粒径は０．８８μｍとした。

その次に大きい粒径（三次粒径）は二次粒径の金属微粉
末５ｂの周囲をできるだけ密に取り囲む大きさとするた
め、ここでは１．１３μｍとしている。

このようにして次々に大きい粒子径が決定されるが、最
大粒子径は約５．３μｍ以下とすることが好ましい。最
大粒径が約５．３μｍを上回ると金属ペーストが印刷版
のスクリーンの網目を透過し難くなり、印刷性が損なわ
れるので好ましくない。

粒径を５．００μｍとし、−次粒径から五次粒径の５種
類の粒度の異なる金属粉末を配合することにした。

このようにして決定された粒径が異なる金属微粉末５ｂ
の配合割合は、所定の容積内に粒径の大きい金属粒子か
ら順に充填し、それぞれの充填可能量の割合として理論
的に求められる。

即ち、所定の容量の容器内に最大粒径（最高次粒径）の
金属微粉末５ｂを充填し、その充填量を求める。次に最
大粒径の金属微粉末５ｂを充填した後に容器内に残され
る空間に充填できる次に粒径が大きい金属微粉末５ｂの
充填量を求める。更に、その容器内に充填された最大粒
径の金属微粉末５ｂとその次に大きい粒径の金属微粉末
５ｂとの間に形成される空間内に充填できる三番目に大
きい粒径の金属微粉末５ｂの量を求める。このようにし
て、順次、充填可能な量を求めた、各粒径の金属微粉末
５ｂの配合割合を次表及び第１図に示す。

ここでは、四次粒径を２．０７μｍとし、五次この５種
類の金属粉末を上記表に示す配合割合で配合することに
より、平均粒径１．９６μｍの混合粉末を得、この混合
粉末と溶剤５ａとを混合して従来の金属ペーストと同様
の粘度（１００〜３００）を有する金属ペーストを得た
。

この金属ペーストには金属微粉末５ｂの凝集粒は見当た
らなかった。

また、　この金属ペーストについて温度２５℃、湿度６
０％の雰囲気中における粘度経時変を測定したところ、
２０ｐｓ／時間であった。また、１０ロフト印刷する間
の平均チクソトロピー指数は７．２であり、そのばらつ
きは±１．２であった。

そして、グリーンシート１に印刷された導体パターン５
の厚さを７２点にわたって計測した結果、平均値は３６
．７μｍであり、そのばらつきは±３．７２μｍであっ
た。

また、乾燥後の導体パターン５の保形性が高いため、ハ
ングラを介しての転写や導体パターン５の破損等が防止
され、これらを原因とするショート発生率は１基板当た
り６件以下に減少した。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、金属ペースト中に金属
微粉末が緻密に含まれるので、金属微粉末間に形成され
る空隙が小さくなり、金属微粉末の間に介在する溶剤の
揮発が抑制され、粘度及びチクソトロピー指数の変化を
小さくできる。従って、グリーンシートに金属ペースト
を長時間安定良く印刷することができ、塗布された導体
パターンの膜厚を平均化できる。その結果、導体パター
ンの電気特性を安定化させることができ、配線の電気特
性に対する信頼性を高めることができる。

また、金属ペースト内に金属微粉末が緻密に含まれるの
で、乾燥後の保形力が高められ、ハングラを介しての導
体パターンの転写によるショート、ハングラへの転写に
よる膜厚不足、ハングラとの接触による断線等が発生す
ることを防止でき、配線の電気特性に対する信頼性を一
層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る金属ペーストの金属微
粉末の粒度分布図であり、第２図はセラミック基板の製
造工程図であり、第３図は金属ペーストの構成図であり
、第４図は従来の金属ペーストの金属微粉末の粒度分布
図である。 図中、 １・・・グリーンシート、 ５・・・導体パターン、 ５ａ・・・溶剤、　　　　５ｂ・・・金属微粉末。 、／１ 第　　１ 図 ４ヌもＲ−又トの堝戊）呂 第 図 従来例のね度分杼圀 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕グリーンシート（１）に印刷して導体パターン（
   ５）を形成するグリーンシート印刷用金属ペーストであ
   って、溶剤（５ａ）に配合される金属微粉末（５ｂ）を
   粒度の異なる３種類以上の混合粉末とすることを特徴と
   する、グリーンシート印刷用金属ペースト。