JPH0346705A - 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ＡＱＮ基板及びＡＱ２Ｏ，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、
且つ半田濡れ性が良く、ハンダ喰われも無く、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。 Ｍｏ、Ｍｏ−ＭｎやＷ等の厚膜ペーストを印刷し焼成し
てメタライズする方法が採用されているが。 一方、貴金属を使用し、導体、抵抗体、誘電体ベースド
を印刷して焼成する方法もある。後者の場合、貴金属ペ
ーストはＡｇ、　Ａｇ−Ｐｄ、　Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐ
ｔ−Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属を主としているので高価で
あり、また特にＡｇを特徴とする特許ストは半田喰われ
、マイグレーションの恐れがあることから、ＡｇにＰｄ
、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
の恐れのない安価な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毘案されている。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１−の場合、接着強度を高めるために
９００℃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、ＩＣチップなど）が熱障害
を受けてしまったり、適用できる基板の材質が制限され
たり、或いは装置構造上も９００”Ｃ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、シかも半田濡れ性に
優れた安価で信顧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。 （問題点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、９００℃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、接着温度を玉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、酸化雰囲気中での安定性
のほか、併せてシート抵抗など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
とし、添加するガラスフリットとして、ｐｂｏを主成分
とし更にＢ２Ｏ，，５ｉｎ２、ＺｎＯを含む特定組成の
ガラス粉末を用い、或いはこれらに更にＡｇ−Ｃｕ複合
粉末、Ｔｉ粉末又はＣｕ２Ｏ粉末を添加することにより
、可能であることを見い出し、ここに本発明をなしたも
のである。 すなわち１本発明に係る銅ペーストは、ＰｂＯ：４０〜
７５％、Ｂ２Ｏ，：１０〜２０％、ＳｉＯ２：４〜２０
％及びＺｎＯ：２〜２０％からなるガラス粉末２〜１５
％を含み、必要に応じて更に、Ａｇを０．５〜２０％含
有するＡｇ　　Ｃｕｌｊ合粉末１０％以下、又はＴｉ粉
末５％以下の少なくとも１種の金属粉末、或いはＣｕ、
○粉末１０％以下を含み。 残部がＣｕ粉末からなる組成の固形成分８０〜９０％に
、ビーグル成分２０〜１０％を加えて混練し、ペースト
状にしたことを特徴とするものである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） まず、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、銅粉末同士の焼結を促進させると共に基
盤と銅粉末との接着を促進する役割を有し、固形成分全
体に対して２〜１５％添加するが。 その組成は、以下に説明するとおり、接着（接合）温度
を下げて基盤との接着強度を充分にし且つ基板の熱膨張
係数に近づけること、作業性、基板との濡れ性、酸化雰
囲気（例、抵抗ペーストＲｕｂ。 の大気焼成）中での安定性の確保等々を意図して決定し
たものである。 ＰｂＯはガラス粉末の主成分であるが、含有量が少ない
と、軟化点が上昇し、熱膨張係数が小さくなるので、４
０％以上が必要である。しかし。 ７５％を超えると空気中、耐酸素の安定性が悪くなるの
で好ましくない。したがって、ガラス粉末全体に対する
ＰｂＯ量は４０〜７５％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、２０％を超える
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：ｌは１０〜２０％の
範囲とする。 ＳｉＯ２は、含有量が少ないとガラス化しにくくなるの
で、４％以上が必要である。しかし、２０％を超えると
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５ｉ０２＆は４〜
２０％の範囲とする。 ＺｎＯは、軟化点を下げ、基板との濡れ性を改善する効
果がある。しかし、２％より少ないと一ヒ記効果が不充
分であり、一方、２０°ん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。したかって、ガラス粉末全体に対す
るＺｎＯ量は２〜２０％の範囲とする。 なお、固形成分としては、上記ガラス粉末のほか、必要
に応じて、以下に説明するように、Ｃｕ−Ａｇ複合粉末
又はＴ１粉末の少なくとも１種の金属粉末、或いはＣｕ
２Ｏ粉末を適量で添加することができる。 Ａｇ−Ｃｕ複合粉末は、ペースト中の銅粒子相互の焼結
性を良くする効果があり、結果として基板への接着強度
を高めることができる。これは、応Ａｇ−Ｃｕが共晶合
金化するためと考えられる。 そのためには、固形成分全体に対してＡｇ−Ｃｕ複合粉
末を１０％以下で添加すれば足りる。なお、このような
複合粉末は合金粉、メカニカルアロイ粉、メツキ粉等々
の種々の態様で利用できる。 Ｔｉ粉末は、基板との接着強度を高める効果があり、そ
のためには、固形成分全体に対してＴ１粉末を５％以下
で添加すれば足りる。 Ｃｕ２Ｏ粉末は、Ａｇ−Ｃｕ複合粉末と同様、銅粒子相
互の焼結を促進する効果がある。これは、焼成時にビー
クルが燃えて還元性雰囲気を形成し、Ｃｕ２０−＋Ｃｕ
となり、粒子間を継ぐためと考えられる。そのためには
、固形成分全体に対してＣｕ２Ｏ粉末を１０％以下で添
加すれば足りる。 勿論、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。なお、銅粉末の酸素濃度は半田濡れ性やシート抵
抗に影響を及ぼし、特にメタライズ後の半田濡れ性に大
きな影響を及ぼすので、適切に管理するのが望ましい。 本発明者の実験研究によれば、０．５％以下であること
が重要である。しかし、銅粉末中の酸素は強度向上には
全く寄与しないことが判明した。 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、８０〜９０％とする必要がある。 ８０％未満ではメタライズ面に気孔が多く発生し、半田
濡れ性が悪くなり、シート抵抗も高くなるほか、接着強
度も弱くなる。一方、９０％を超えると混線が難しく、
且つ印刷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諸特性に影響を及
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２μｍ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
気孔が多くなるほか、混線の際の分散性も悪くなる。ま
た、ガラス粉末、Ａｇ−Ｃｕ複合粉末、Ｔｉ粉末、Ｃｕ
、０粉末の粒度も同様の影響を及ぼし、２μ纏以上にな
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、半田濡れ性もよくない。 このような固形成分は、有機バインダー、有機溶剤等の
ビークル成分２０〜１０％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
カルピトール、テキサノール、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
ばエチルセルロースなどを使用できる。 なお、かＮる銅ペーストは、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
固形成分の粉末を摺潰機、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攪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。次いで、この
複合粉末に、或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ークル成分を加えてペーストにすれ
ばよい。 銅ペーストの焼成は、基板用の場合は６００℃以下の低
温で焼成しても３ｋｇ以上の接着強度が得られる。サー
ミスタ電極用として使用する場合は７０．０℃ま・で可
能である。いずれにしても９００℃以下の低温で焼成す
る。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 叉施旌工 第１表に示す各粉末を準備し、ビー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スを使
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℃で還元処理したものを
用いた。ビークルと粉末との混練には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２００
〜３５０ｋｃｐｓになるように、特にビークル中のエチ
ルセルロースにより調整した。 得られたペーストを用い、純度９６％のアルミナ基板の
片面にＩ？Ｉ、１１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１２０℃×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６００”ＣＸ　１０分間とした。 焼成膜厚は１４〜１８μ腫であった。 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図に示すように、得ら
れたアルミナ基板１のパターン印刷面２に２濡１０パツ
ド３を接着し、これに０．８鳳１φの錫メツキ銅ワイヤ
４を取付け、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評価した。 また、シート抵抗（丸デジタル・ボルト・メーターによ
って測定し、５ｍΩ／口以下の場合を良好と評価した。 半田濡れ性は、２＋ｕｉロパツドを使用し、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。ｍれ
目面積が９５％以上の場合に◎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。

【以下余白］ １施−箆又 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、ビークルとしてテキサノールを使用し、バインダ
ーとし−てエチルセルロースを使用して、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（ＭｎＯ−ＣｏＯ
−ＮｉＯ−ＣｕＯ系）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１２０℃
×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７００℃ＸｔＯ分子ｆＪＩＩとした。焼成膜
厚は１４〜１８μｍであった。 第２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、シート抵抗の測定及び評価並びに半田
濡れ性の評価は、実施例１の場合と同様である。 第２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。 【以下余白ｌ 失脆−例」− 第３表に示す各粉末を準備し、実施例１の場合と同様に
して、ビー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スを使用して、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、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１２０”ＣＸ１５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６００℃Ｘ
ＩＯ分間とした。 焼成膜厚は１４〜１８μ−であった。 第３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、シート抵抗の測定及び評価並びに半田
濡れ性の評価は、実施例１の場合と同様である。 第３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。 【以下余白】 去ＪＪＬ先 第４表に示す各粉末を準備し、実施例１の場合と同様に
して、ビークルとしてテキサノールを使用し、バインダ
ーとし１．てエチルセルロースを使用して、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、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１２０℃×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６００’Ｃｘ
ｌ□分間とした。 焼成膜厚は１４〜１８μｍであった。 第４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、シート抵抗の測定及び評価並びに半田
濡れ性の評価は、実施例１の場合と同様である。 第４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。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように１本発明では、固形成分として銅粉
末にｐｂｏを特徴とする特定組成のガラスフリットを添
加し、或いは更にこれらにＡｇ−Ｃｕ複合粉末、Ｔｉ粉
末又はＣｕ２Ｏ粉末を適量含有させて銅ペーストの組成
を調整したので、９００℃以下の低温での焼成でも接着
強度が高く、しかも半田濡れ性が優れており、ハンダ喰
われも無く、マイグレーションを起こさず、更には基板
の材質に制限がなく、信頼性の高い銅ペーストを安価で
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は接着強度の測定要領を説明する図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、ＰｂＯ：４０〜７５％
   、Ｂ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％、ＳｉＯ＿２：４〜２０
   ％及びＺｎＯ：２〜２０％からなるガラス粉末２〜１５
   ％を含み、残部がＣｕ粉末からなる組成の固形成分８０
   〜９０％に、ビークル成分２０〜１０％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）前記固形成分が、更に、Ａｇを０．５〜２０％含
   有するＡｇ−Ｃｕ複合粉末１０％以下、又はＴｉ粉末５
   ％以下の少なくとも１種を含んでいる請求項１に記載の
   銅ペースト。
3. （３）ＰｂＯ：４０〜７５％、Ｂ＿２Ｏ＿３：１０〜２
   ０％、ＳｉＯ＿２：４〜２０％及びＺｎＯ：２〜２０％
   からなるガラス粉末２〜１５％と、更にＣｕ＿２Ｏ粉末
   １０％以下とを含み、残部がＣｕ粉末からなる組成の固
   形成分８０〜９０％に、ビークル成分２０〜１０％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。