JPH0437629A - 厚膜ペースト - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ＡＱＮ基板に対して好適に用いることのでき
る厚膜ペーストに関する。

（従来の技術） 近年の電子機器の小型化に伴い、素子の高密度な実装が
求められるようになるにつれ、素子を実装する基板の放
熱性が問題となっている。この問題を解決するために、
以前より基板として用いられてきたＡＲ，Ｏ，基板と比
較して熱伝導率が５〜１０倍大きく、電気絶縁性にも優
れたＡＱＮ基板が注目されている。このＡＱＮ基板を実
用化するには、＾ｕＮ基板上で導体、抵抗体等を形成す
るために好適な厚膜ペーストが必要不可欠となる。

ところで従来より広く用いられてきたＡＱ２０３基板に
おいては、特開昭６０−１９８７０３号に開示されてい
るような導体材料及びガラス材料を主成分として含有す
る厚膜ペーストが通常利用されている。

しかしながら、以前よりＡＱ、Ｏ，基板に対して用いら
れてきたこのような厚膜ペーストをＡｆｆＮ基板に用い
た場合、得られる厚膜とＡＱＮ基板との接合力が弱いと
いう問題があった。すなわち、Ａら０．基板用の厚膜ペ
ーストをＡＩＮ基板に適用すると、厚膜ペースト中に含
有されるガラス材料がＡＱＮ基板と反応して窒素ガスが
生成されるため、得られる厚膜とＡＱＮ基板との界面及
び厚膜中にふくれが発生し、接合力が低下するのである
。このため厚膜ペースト中に含有されるガラス材料を、
従来のホウケイ酸鉛系ガラスからホウケイ酸亜鉛系ガラ
スに変えることも試みられたが、このような厚膜ペース
トにおいても、前述したようなふくれの発生は抑えられ
るものの、得られる厚膜内部に気孔が残留するという不
具合を生じるため未だ実用化には至っていない。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の厚膜ペーストにおいては、ｉＮ基
板に対して適用した場合、厚膜とＡＱＮ基板との充分な
接合力が得られないという問題があった。

本発明はこのような問題を解決して、ＡρＮ基板に対し
て好適に用いることができ、ＡＱＮ基板との接合力が良
好な厚膜の得られる厚膜ペーストを提供することを目的
としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用）本発明は、ガラ
ス材料を含有する分散成分が有機ビヒクル中に分散され
てなる厚膜ペーストにおいて＋　Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ
の少なくとも１種が前記分散成分に対して添加含有され
てなる厚膜ペーストである。すなわち本発明の厚膜ペー
ストは、添加成分としてＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆの少なく
とも１種を用いたことを特徴としている。

本発明者らは、厚膜ペースト中への添加により。

係る厚膜ペーストをＡＮＮ基板に適用した場合に得られ
る厚膜と前記ｉＮ基板との接合力を高めることのできる
成分を捜したところ、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆが有効であ
ることを見出した。これは、上記のＴｉ、　Ｚｒ。

Ｈｆが窒素ガスと反応して窒化物を生成し易い成分であ
るため、厚膜ペースト中に含有されるガラス材料とＡｌ
２Ｎ基板との反応により生成される窒素ガスが、ＴｉＮ
、　ＺｒＮ、　ＨｆＮとなって取りこまれるためである
と思われる。すなわち本発明の厚膜ペーストにおいては
、ＡＱＮ基板との反応によって生成される窒素ガスは上
述したように窒化物を作って添加成分中に取りこまれる
ので、ふくれや気孔の発生が抑えられ、ｌｔＮ基板との
接合力が優れた厚膜を得ることができる。

また本発明では、係る厚膜ペーストを用いてＡρＮ基板
上に厚膜抵抗体を形成する場合、焼成時に生成されるＴ
ｉＮ、　ＺｒＮ、　ＨｆＮをそのまま導体材料として利
用することができる。すなわちこれらの窒化物は１０−
ｓ〜１０−４０・１種度の比抵抗値を有しており、従来
の厚膜抵抗体中に導体材料として含有されていたＲｕＯ
２の比抵抗値（３，５Ｘ　１０−’Ω・Ｇ）と近く、し
かも抵抗温度係数はＲｕＯ□と同様にいずれも正である
。従ってこれらの窒化物は、厚膜抵抗体においてＲｕＯ
２の代替材料として利用することができ、これにより非
常に高価なＲｕＯ□の使用を回避することが可能となる
。この場合、上記したＴ１゜Ｚｒ、　Ｈｆの添加量を適
宜変えることにより、得られる厚膜抵抗体の抵抗値が調
整される。さらに、このような窒化物を導体材料として
利用すれば、ＲｕＯ２を含有する厚膜抵抗体よりも緻密
な焼成体が形成され、優れた膜強度を有する厚膜を得る
ことができ、また窒素雰囲気等の還元雰囲気中での焼成
が可能であるため、ＣｕまたはＮｉを含有する導体との
同時焼成が行なえるという利点もある。

本発明においてＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆの添加量は、好ま
しくは厚膜ペースト中に分散する分散成分に対して０．
１重量％以上２００重量％以下である。この理由は添加
成分の添加量がこれを越えて多いと得られる厚膜の強度
が低下するうえ、厚膜中に上記添加成分が金属単体とし
て多量に析出するので、厚膜の電気特性の制御が困難と
なるからである。一方添加成分の添加量が０，１重量％
未満だと、本発明の作用効果が得られなくなるおそれが
ある。なお本発明において分散成分とは、厚膜ペースト
中に含有されるガラス材料であり、さらに後述するよう
にＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ以外の導体材料を厚膜ペースト
中に含有する場合、係る導体材料を併せて意味するもの
である。さらに本発明において添加成分の添加量が５０
重量％以上の場合には、厚膜ペーストの焼成を窒素雰囲
気中で行なうことが好ましい。これは、Ｔｉ、　２ｒ＋
　Ｈｆの添加量が５０重量％以上の場合は、焼成時に生
成される窒素ガスの景と比較して前記Ｔｉ、　Ｚｒ、　
Ｈｆの添加量が多いため、大気中で焼成すると過剰のＴ
ｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆが酸化物となフて厚膜中に残留して
、厚膜の強度が大幅に低下するからである。また、本発
明の厚膜ペーストを用いて厚膜導体を形成する場合は、
上記添加成分の添加量は５０重量％以下とする必要があ
り、より好ましくは３゜重量％以下である。何となれば
、焼成時に生成されるＴｉＮ、　ＺｒＮ、　ＨｆＮは厚
膜導体用の導体材料としては比抵抗値が大き過ぎ、係る
窒化物が多量に生成されると得られる厚膜導体の抵抗値
が、導体としての許容抵抗値を越えてしまうからである
。従ってこの場合は、厚膜ペースト中に上記添加成分と
は別の導体材料として、　Ａｇ、　Ａｇ−Ｐｄ、　Ｃｕ
、　Ａｕ。

Ａｕ−Ｐｔ、　Ａｇ−Ｐｔ等を含有して用いられる。さ
らに本発明では、本発明の厚膜ペーストを用いて厚膜抵
抗体を形成する場合においても、厚膜ペースト中に上記
添加成分とは別に導体材料を添加せしめても良い。この
ときの導体材料としては、Ｒｕｂ、　。

ＳｎＯ□、　ＬａＢＧ等が挙げられる。なおこのように
、厚膜ペースト中に上記したようなＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈ
ｆ以外の導体材料が含有されているときは、Ｔｉ、　Ｚ
ｒ、　Ｈｆの添加量は、得られる厚膜におけるふくれや
気孔の発生が抑えられる程度有れば良い。より具体的に
この場合の係る添加成分の添加量は、上記したＲｕＯ□
等の導体材料とガラス材料とがほぼ等量含有される厚膜
抵抗体ペーストにおいては、ガラス材料としてホウケイ
酸鉛系ガラスが用いられたときは１０〜３０重量％、ガ
ラス材料としてホウケイ酸亜鉛系ガラスが用いられたと
きは５〜１０重量％が最適値である。また厚膜導体ペー
ストについては。

ガラス材料の含有量が導体材料に対して数重量％程度で
あり、上記添加成分の添加量は係るガラス材料の含有量
と同程度が最適値となる。

本発明の厚膜ペーストは、前述したような導体材料、ガ
ラス材料及び添加成分を、バインダー及び有機溶媒から
なる有機ビヒクルと混合することにより調製される。ま
たこのときのバインダー及び有機溶媒としては、厚膜ペ
ーストを調製する際に通常用いられる材料であれば、特
に限定されることなく使用することができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を示す。

実施例１〜１８ 導体材料として平均粒径０．５μｓのＡｇ粉末（三井金
属鉱業製）と平均粒径０．９μｓのＰｄ粉末（三井金属
鉱業製）を重量比で９０　：　１０に混合した粉末を、
ガラス材料としてＰｂＯ７０重量％、Ｓｉｎ、　１０重
量％、８２０３２０重量％の組成からなる平均粒径約１
０ｇｏのホウケイ酸鉛系のガラス粉末（東芝ガラス製）
を用い、Ａｇ／Ｐｂ混合粉末に対してガラス粉末の添加
量を５ｗｔ％とした。これらの分散成分に対し、平均粒
径約１０−のＴｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｈｆ粉末（いずれも
高純度化学研究新製）をそれぞれ第１表に示す添加量で
添加した。さらにこの分散成分と添加成分の混合物を、
バインダー（東京化成工業製エチルセルロース）及び有
機溶媒（和光純薬工業製テルピネオール）と共に均一に
混合して、本発明に係る厚膜導体ペーストを調製した。

また比較例として、上記添加成分を添加していない厚膜
導体ペーストを同様の方法で調製した。

これらの厚膜導体ペーストをＡＱＮ基板（東芝製ＴＡＮ
−１７０）上に３２５メツシユのスクリーンを用いて２
Ｘ２ｍｎのパターンに印刷し、１２０℃で１０分空気中
で乾燥後、８５０℃、１０分空気中で焼成した。

焼成後、得られた厚膜表面を目視ならびに光学顕微鏡で
観察したところ、添加成分を添加した厚膜では全てふく
れが発生しておらず、また厚膜内部の気孔が低減されて
いることが確認された。さらに厚膜の構成相をＸ線で観
察したところ、添加成分としてＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆを
加えた厚膜ではＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆの窒化物のピーク
が認められた０次いで得られた全ての厚膜について、直
流４端子法により室温でシート抵抗値を測定した結果を
第１表に示す。さらに厚膜上に約０．５＋ｗの軟銅線を
半田付けし、ボンディング強度試験機により引上げ、厚
膜が剥がれた時の荷重により基板との密着性を評価した
。

測定結果を第１表に示す。

第１表から明らかなようにＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆを添加
することにより、基板との密着強度が向上した。さらに
厚膜導体の場合、シート抵抗値は低い方が好ましいため
、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆの金属の添加量は３０重量％ま
でが望ましいことがわかった。

（以下余白） 第１表 実施例１９〜３６ 導体材料として、平均粒径１ｔＩｍのＲｕＯ□粉末（国
中マッセイ製）、ガラス材料としてＰｂ０７０重量％、
５ｕｎ２１０重量％、Ｂ２０，２０重量％の組成からな
る平均粒径約１０声のホウケイ酸鉛系のガラス粉末（東
芝ガラス製）を用いた。Ｒｕｂ２／ガラス重量比を５０
１５０として混合した粉末に対し、実施例１〜１８と同
様のＴｉ粉末、Ｚｒ粉末、Ｈｆ粉末をそれぞれ第２表に
示す添加量で添加した。以下実施例１〜１８と同様の方
法で厚膜抵抗体ペーストを調製した後。

ｉＮ基板上に厚膜抵抗体を形成した。また比較例として
添加成分無添加の厚膜を同様の方法で形成した。得られ
た厚膜について、表面を目視ならびに光学顕微鏡で観察
したところ、添加成分の量が増えるに従ってふくれの量
が減少しており、約２０重量％の添加でふくれが消滅し
ていることが確認された。また得られた厚膜では、数１
０Ω／口から数１００Ω／口の間の比抵抗値を有してい
た。次いで厚膜の構成相をＸ線で調べたところ、添加成
分の量が増えるに従って、金属窒化物のピーク強度は大
きくなっていた。さらにこれらの厚膜について、テープ
ピール試験及びスクラッチ試験により基板との密着性及
び膜強度を評価した結果を第２表に示す。第２表から明
らかなように、いずれの添加成分においても添加量が増
えるに従って密着性は向上しているが、５０重量％以上
の添加では膜強度の低下傾向が認められた。

（以下余白） 第２表 密着性及び膜強度 Ｏ：優　Ｏ：良 １可 ×：不可 実施例３７〜４８ 実施例１〜３６と同様のホウケイ酸鉛系ガラス、Ｔ１粉
末、Ｚｒ粉末を用い、ガラス粉末に対してＴｉ粉末、Ｚ
ｒ粉末をそれぞれ第３表に示す添加量で添加した。以下
実施例１〜１８と同様の方法で厚膜ベーストを調製した
後、ＡＩＮ基板上に印刷し、１２０℃で乾燥後、８５０
℃で１０分窒素中で焼成した。得られた厚膜表面のふく
れは添加成分の添加量が２０重量％以上の時、完全に消
滅していた。また得られた厚膜の抵抗値は数十Ω／口〜
数ＭΩ／口の間であ有する厚膜抵抗体が得られることが
わかった。次いで厚膜の構成相をＸ線で調べたところ、
Ｔｉ、　Ｚｒの量が増えるに従って、金属窒化物のピー
ク強度は大きくなっていた。さらにこれらの厚膜につい
て、テープピール試験により基板との密着性を評価した
結果を第３表に示す。第３表から明らかなように、いず
れの厚膜においても基板との良好な密着性を有している
ことが確認された。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の厚膜ペーストによれば、Ａ
ρＮ基板上に直接印刷、焼成してもＡｌ２Ｎ基板との良
好な接合力を有する厚膜を得ることができ、その工業的
価値は大なるものがある。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第３表 密着性 Ｏ：優 ：良 Δ：可 Ｘ：不可

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス材料を含有する分散成分が有機ビヒクル中に分散
   されてなる厚膜ペーストにおいて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの
   少なくとも１種が添加含有されたことを特徴とする厚膜
   ペースト。