JPH04308605A - 銅導体ペースト - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス等の絶縁
性基板上に銅厚膜の電極および配線パターンを形成させ
るための導体ペーストに関し、さらに詳しくはこれらの
基板に対する接着強度が高く、かつ、ハンダの濡れも良
好な銅厚膜の電極および配線を形成させるための銅導体
ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス、セラミックス等の絶縁性基板上
にスクリーン印刷法もしくは直接描画法などで導体ペー
ストを塗布し焼成することで電極および配線を形成する
厚膜技術において、従来のＡｇ／Ｐｄ　系導体ペースト
に代わり、低抵抗・低誘電率であるため微細回路の配線
が形成可能な銅導体ペーストが用いられる傾向にあるこ
とは周知の事実である。

【０００３】銅導体ペーストは銅粉末とガラスフリット
とをビヒクル中に分散させてなるものである。銅粉末は
焼成時に焼結して銅導体厚膜を形成し、一方ガラスフリ
ットはこの銅導体厚膜を基板に接着させる作用がある。 ビヒクルは銅粉末およびガラスフリットの混合物を印刷
可能にするための有機液体媒体である。このようなペー
スト用銅粉末としては粒径０．３　μｍ　から１０μｍ
　の銅粉末が用いられている。

【０００４】ガラスフリットは焼成時に溶融して銅粉末
間から基板界面へ流動することで銅厚膜を基板に接合さ
せているが、その場合、ガラスフリットが基板上に突起
状に固着することで銅導体厚膜と機械的な噛み合わせに
よるアンカー結合をしているのである。ビヒクルは樹脂
を溶剤に溶解したものであり、焼成時に揮発・燃焼して
消失する。

【０００５】通常、銅導体ペーストの焼成は窒素雰囲気
中で行われる。焼成工程では以下の反応が順次起こる。 まず、約１２０　℃近傍で揮発性溶剤が蒸発する。次に
、２００　℃から４００　℃の間にかけて樹脂が燃焼す
る。この反応過程を脱バインダーという。温度がさらに
上昇するとガラスフリットが溶融して基板上へ流動する
。その後、銅粉が焼結して銅導体厚膜を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
銅導体ペーストを焼成した場合、焼成プロセスが上記順
序通りには起こりにくい。これは粒径０．３　μｍ　か
ら１０μｍ　の銅粉末は焼結性の優れた粉末であるため
に早期に焼結が開始してしまうからである。このような
銅粉末の早期焼結が起こると、脱バインダーが起こらず
、またガラスフリットの溶融流動路が閉ざされてしまい
、そのため燃焼し損ねた樹脂は厚膜内に残留カーボンと
して主に基板との界面の近傍にとどまってガラスフリッ
トの基板表面への固着を妨げ、また、ガラスフリットも
厚膜の内部に留まるので、厚膜と基板との接着強度は低
下してしまう。さらに、厚膜表面に残留したガラスフリ
ットは厚膜のハンダに対する濡れ性を著しく損なうこと
になる。

【０００７】この他にも、銅は酸化しやすいために焼成
中に厚膜表面に酸化銅が生成してハンダの濡れ性を損ね
てしまう欠点がある。なお、特開昭６０−３５４０５　
号公報、同６０−７０７４６　号公報には、ビヒクル　
（有機媒体）　中に酸化防止剤として　２，６−ジ−第
３ブチル−４−メチルフェノールをビヒクル中　２．１
重量％添加することが提案されているが、そのようにし
て添加された酸化防止剤はビヒクルとともに焼成中に消
失してしまうため、銅の酸化防止に対して効果的な役割
を果たしていない。

【０００８】本発明の目的は、基板に対する接着強度が
高く、かつ、ハンダの濡れ性も良好な銅導体厚膜が形成
可能な銅導体ペーストを提供することである。本発明の
別の目的は、銅導体厚膜形成に際し、脱バインダー、ガ
ラスフリットの溶融、次いで銅粉の焼結がこの順序で起
こる銅導体ペーストを提供することである。

【０００９】

【課題を解決すべき手段】本発明者は、かかる課題を実
現すべく鋭意研究の結果、銅粉末の表面を防錆処理する
ことで、銅粉末の焼成挙動を制御し、かつ銅厚膜の酸化
を抑制し、これによって基板と銅導体厚膜との接着強度
の向上およびハンダの濡れ性の改善が図れることを知り
、本発明に至った。すなわち、本発明の要旨とするとこ
ろは、防錆処理することにより形成した防錆被膜を有す
る銅粉末を導電粒子とする銅導体ペーストである。

【００１０】ここに、銅導体ペーストは銅粉末とガラス
フリットとビヒクルと、必要により金属酸化物粒子を配
合、ペースト状に混練して得た組成物であり、また銅粉
末の防錆処理としては、防錆被膜を形成するものであれ
ば特定のものに制限されないが、一般には防錆剤溶液に
銅粉末を浸漬し、次いで乾燥して防錆被膜を形成すれば
よい。本発明の好適態様によれば、上記防錆剤のコーテ
ィング量は銅粉末との重量割合で０．０００１〜０．１
　重量％である。

【００１１】

【作用】次に、本発明についてさらに具体的に説明する
。本発明に用いられる銅粉末の粒径は、特に制限はない
が、従来例と同様に一般的には０．３　μｍ　から１０
μｍ　が好ましい。銅粉末の粒径が０．３　μｍ　未満
では比表面積が大きいのでペースト化に多量のビヒクル
を必要とするので好ましくなく、他方１０μｍ　超の銅
粉末ではスクリーン印刷性を損ねてしまうので好ましく
ない。銅粉末の粒子形状も特に制限はないがスクリーン
印刷性の点から球状に近いものが好ましい。

【００１２】本発明に用いられるガラスフリットは、具
体的用途に応じて公知の各種ガラスフリットが使用可能
である。たとえば、ＰｂＯ−Ｂ２０３−ＳｉＯ２　系ガ
ラスが使用可能である。なお、ガラスフリットの添加量
が多いければ接着強度は増大する傾向にあるが、過剰の
ガラスフリットの添加は得られる銅導体厚膜のハンダに
対する濡れ性を著しく低下させるので適量添加しなけれ
ばならない。好ましくは銅粉末１００　重量部に対して
２重量部から５重量部である。

【００１３】本発明に用いられるビヒクルとしては公知
のビヒクルが使用可能である。例えば、アクリル樹脂も
しくはセルロース樹脂をテルピネオール等の溶剤に溶解
させたものが使用可能である。本発明にかかる銅導体ペ
ーストにエージングによる接着強度の低下を防ぐために
金属酸化物を添加してもよい。この目的で添加される代
表的な金属酸化物として酸化銅が挙げられる。なお、金
属酸化物の過剰の添加は銅粉末の焼結を阻害し、銅厚膜
のハンダに対する濡れ性を著しく低下させるので適量添
加しなければならない。好ましくは銅粉末１００重量部
に対して２重量部以下である。

【００１４】本発明にかかる銅導体ペーストを適用する
基板としては特に制限なく、アルミナ等のいずれのセラ
ミックス基板に適用可能である。本発明に用いられる防
錆剤としては公知の防錆剤が使用可能である。例えば、
ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール等のアゾール
系化合物、重合りん酸塩、カルボン酸塩、およびステア
リン酸、オレイン酸、リノール酸等の脂肪酸等が挙げら
れる。

【００１５】これらの防錆剤は防錆被膜として銅粒子表
面に設けられると銅粉末の焼結温度まで安定に被膜を保
持し、焼結がピークに達したら蒸発消失するのが好まし
い。本発明における銅粉末の防錆法としては上記防錆剤
を水もしくはアルコール等に溶解し、該溶液中に銅粉末
を投入し撹拌することで銅粉末の表面に防錆被膜を形成
させることができる。防錆処理を終えた銅粉末はブフナ
ーロート等で固液分離を行い、大気中で乾燥させればよ
い。

【００１６】このようにして銅粉末表面に被覆した防錆
剤の量は、好適態様によれば、銅粉末の０．０００１重
量％以上０．１　重量％以下である。防錆剤量が０．０
００１重量％未満だと防錆剤の効果はなく、０．１　重
量％超だと銅粉末の焼結が著しく阻害されてしまうこと
があるためである。このように、本発明によれば、銅導
体ペースト用銅粉末として防錆処理を施した銅粉末を用
いるのであるが、これによる効果は次の通りである。

【００１７】（１）　銅粉末の表面に防錆被膜を形成さ
せることで、焼成プロセスにおける樹脂の脱バインダー
温度域およびガラスフリットの溶融流動温度域での銅粉
末の焼成開始を抑制させることが可能となる。 （２）　これにより、脱バインダーおよびガラスフリッ
トの溶融流動は銅粉末の焼結による閉塞に妨げられるこ
となく良好に起こるのである。このため、樹脂の不完全
燃焼による残留カーボンが基板との接合界面に残ること
がないので、ガラスフリットが基板上に充分に固着し、
かつ、全てのガラスフリットが基板表面に溶融流動し固
着するので高い接着強度が得られる。 （３）　また、ガラスフリットは厚膜表面上に残らない
のでガラスフリットによるハンダ濡れ性の低下を防ぐ効
果もある。

【００１８】さらに、銅粉末の表面に防錆処理を施す効
果として焼成中における銅導体厚膜の酸化を防ぐことが
挙げられる。銅は酸化されやすい金属であるため、通常
の焼成においては数ｐｐｍ　以上の酸素量により容易に
酸化銅が生成してしまうので、厚膜のハンダに対する濡
れ性を低下させてしまう。しかし、銅粉末の表面に防錆
処理を施しておけば焼成時における酸化銅の生成を抑制
することができるので良好なハンダの濡れを示すことに
なる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例により説明する
。 〔銅粉末の防錆処理〕各種防錆剤を水もしくはアルコー
ル中に溶解して１〜５重量％溶液を得た。このようにし
て得られた溶液１リットル中に銅粉末１０ｇを投入して
３０℃にて３０分間撹拌した。次い、銅粉末を濾別して
大気中で熱風乾燥して銅導体ペーストの調合に供した。 防錆被膜の割合は銅粉末に対し０．０００２〜０．０５
重量％であった。

【００２０】〔膜厚形成〕表１の組成割合で調整した各
種導体ペーストを純度９６％のアルミナ基板上にスクリ
ーン印刷機で適当なパターンに印刷を行い、１２０　℃
で１０分間乾燥した後、窒素雰囲気中で、ベルト炉にお
いてピーク　７５０℃×１０分を含む１サイクル７０分
のプロフィールで焼成を行い膜厚２０μｍ　の銅導体厚
膜を得た。防錆被膜は焼成に際して銅粉の酸化防止に効
果的であった。

【００２１】〔導体特性評価〕 （接着強度）２ｍｍ角の銅厚膜を２３０　±３℃の温度
に維持した６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂハンダ槽に３±０．
５　秒間浸漬した後、その上に直径０．６　ｍｍのスズ
メッキ銅線をハンダゴテにてハンダ付けした。スズメッ
キ銅線を被膜端部より１ｍｍの位置で９０℃曲げて基板
と垂直とし、基板を固定した状態で引張り試験機により
１０ｃｍ／ｍｉｎの速度でスズメッキ銅線を引張り、ス
ズメッキ銅線が基板から剥がれたときの接着強度を測定
した。接着強度はハンダ付け直後の値　（初期強度）　
、および１５０　℃で１０００時間エージングした後の
値　（エージング強度）　を測定した。

【００２２】（ハンダ濡れ性）焼成部品を２３０　±３
℃の温度に維持した６３％Ｓｎ−３７％Ｐｂハンダ槽に
３±０．５　秒浸漬し、１０ｍｍ角の銅厚膜上に被着し
たハンダ層に生成したピンホール数を測定した。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示す結果から分かるように、本発明
によれば接着強度およびハンダ濡れ性のいずれについて
も、従来例と比較して著しい改善がなされているのが分
かる。また本例で使用した防錆剤を２％だけビヒクルに
配合して銅導体ペーストとして同様の試験を行ったとこ
ろ、表１の従来例とほゞ同じ結果した得られなかった。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる銅導
体ペーストは基板との接着強度が高く、かつ、ハンダ濡
れ性も良好である導体厚膜を形成できる効果がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　防錆被膜を有する銅粉末を導電粒子と
   することを特徴とする銅導体ペースト。