JPH0465009A - 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】 （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電極や配線
パターンを形成するために用いられる銅導体ペーストに
関し、さらに詳しくは導電性および半田濡れ性に優れ、
かつ基板との密着性も良好な銅導体ペーストに関する。

（従来の技術） 従来、ガラス、セラミックス等の絶縁性基板に、スクリ
ーン印刷法、直接描画法等で所定パターンとなるように
塗布した後、焼成することにより導体厚膜を形成する導
体ペーストには、金、銀、銀、、’ｐａ、銅、ニッケル
などの粉末が用いられているが、近年銅導体ペーストを
用いる傾向になりつつあることは周知の通りである。

すなわち、金導体ペーストは大気中でも焼成できるが高
価であり、銀導体ペーストはエレクトロマイグレーンヨ
ンが起こりやすく、銀／Ｐｄ導体ペーストも高価であり
、ニンケル導体ペーストは配線抵抗が高いなどの欠点を
有するが、銅導体ペーストは低コストであるうえに、配
線抵抗も低く、さらに、マイグレーションも起こりにく
く理想的な導体材料といえる。

従来の銅導体ペーストは、例えば平均粒径０．５〜１０
ｕの銅粉を無機結合粉とともに有機ビヒクル中に分散さ
せてペースト化させたものである。

銅粉は導電粒子として焼成時に焼結して導電膜を形成し
うる。また、有機ビヒクルはペースト用液体バインダと
してスクリーン印刷等に必要なチクソトロピックなレオ
ロジーを与える。

また、無機結合粉は焼成膜を基板に固着させる作用があ
り、ガラスフリット、金属酸化物等が用いられる。

特に、ガラスフリントによる固着作用はガラスボンドと
呼ばれ、焼成時にガラスフリットが溶融し、濡れ現象に
より銅粉間より基板へ流動することで銅焼成膜と基板と
を固着させる。すなわち、焼成後には、膜の上層部に銅
成分が多く、下層部になる程ガラス分が多くなっており
、膜と基板はガラスを介して機械的な結合をしている。

一方、金属酸化物による固着作用はケミカルボンドと呼
ばれ、金属酸化物が基板と反応して複合酸化物を形成す
ることで焼成膜と基板とを固着させる。このとき結合さ
れた部分は半田の浸食に強いという特徴を有する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このようにして得られた導体被膜に要求され
る特性としては、導電性、半田濡れ性、基板との芭着性
がある。

しかしながら、前記のような従来のガラスボンド、ケミ
カルボンドにあっては、それらを同時に満足させること
はできない。

すなわち、ガラスボンドの場合、半田付後に高温放置（
エージングとも言う）すると、基板との接着強度が著し
く低下することである。この一つの原因は、ガラスと銅
の界面に半田が侵入して中間合金相（Ｃｕ６Ｓｎｓ）が
多量に生成するためである。

一方、ケミカルボンドの場合は、金属酸化物の溶解と分
解に高温を要するため、未反応金属酸化物が残存しやす
く、所望の接着強度が得られないことがある。

特開昭６０−３５４０５号公報、特開平１−１６７９０
７号公報では、表面酸化銅粉を用いて効果的にケミカル
ボンディングを起こさせているが、膜と基板との界面近
傍にない表面酸化層はケミカルポンディングに寄与せず
、逆に、銅粉の焼結を阻害したり、半田濡れ性を低下さ
せている。

本発明は上記欠点を解消すべく成されたもので、基板と
の接着強度が高く、かつ、導電性、半田濡れ性を充分に
満足する銅導体ペーストを提供することを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は種々検討を重ねた
結果、無機結合剤としてガラスフリットにあらかじめ酸
化銅粉または銅粉を複合化したものを使用することで銅
導体ペーストの導体特性が著しく改善されることを知見
し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、銅粉、無機結合粉およびビヒクル
からなる銅導体ペーストにおいて、前記無機結合粉がガ
ラスフリットの表面を平均粒径０．１−以下の酸化銅粉
もしくは銅粉で被覆したものであることを要旨とする。

本発明の好適Ｊｌｌｉ様によれば、前記ガラスフリット
１００重量部に対し５〜１５重量部の酸化銅粉もしくは
銅粉が被覆されてもよく、および／または前記主銅粉１
００重量部に対し前記無機結合粉が５重量部以下となる
ように配合してもよい。

なお、ここで無機結合粉とともに配合する銅粉を「主銅
粉ｊ、ガラスフリントを被覆する銅粉を「結合銅粉」と
便宜上区別して記述する。

（作用） 本発明の構成と作用を説明する。

王銅粉としでは従来と同様に平均粒径０．１〜１０ｐ、
好ましくは０．５〜５ｐであれば十分であって、これに
よって特に制限されることはない。その製造方法、粒子
形状には特に制限ないが、スクリーン印刷には球状粒子
が望ましい。

本発明に使用される無機結合粉を構成するガラスフリン
トとしては公知のガラスフリントが使用可能である。例
えばＰｂ０−ＢｚＯ＋−５ｊＯ□ガラスをヘースとして
Ｃｄ、　Ｚｎなど各種の金属を添加したものが使用可能
である。ガラスフリットの平均粒径は、これも特に制限
はないが、スクリーン印刷に適す−る１０μｍ以下、基
板と被膜の接着に必要な０．５ｐ以上であることが望ま
しい。

ガラスフリットとともに本発明にかかる無機結合粉を構
成する酸化銅粉、および結合銅粉の製造方法、粒子の形
状には特に制限はないが、ガラスフリットの表面への均
一な付着被覆性を確保する必要があることから、平均粒
径は０．１ｐ未満であることが望ましい。

なお、平均粒径が０．１／Ｊ１未満の結合銅粉は、大気
中では表面酸化がかなり進行しており酸素含有量が１０
％前後に達しており、その表面特性は酸化銅粉と同様で
ある。また、酸化銅粉は第１酸化銅粉、第２酸化銅粉お
よびそれらの混合物のいずれでもよい。

本発明に使用される無機結合粉を製造すべく行うガラス
フリフトの表面への酸化銅粉もしくは銅粉の被覆方法と
しては乳鉢、ライカイ機等を用いて被覆する方法が挙げ
られる。酸化銅粉と結合銅粉とはそれぞれ単独でガラス
フリットを被覆してもよいが、場合によってはそれらを
混合して予めガラスフリットを被覆してもよい。その場
合酸化銅粉と銅粉との配合比も特に制限ないが、好まし
くは、酸化銅粉と結合銅粉との配合比は、１対２である
。

他には、ガラスフリントの表面にめっき法、暴者法、ス
パッタ法等で銅の薄膜を形成させることも有効である。

本発明の好適態様によれば、ガラスフリットとその表面
に被覆する酸化銅粉もしくは銅粉の重量比はガラスフリ
フト１００重量部に対し、５〜１５重量部が望ましい。

酸化銅粉および銅粉が５重量部未満だと、ガラスフリン
トの表面を完全に被覆することができず、逆に１５重量
部超だと、ガラスフリットの表面被覆に費やされない過
剰の酸化銅粉および銅粉が生じてしまうので好ましくな
い。

このようにして得た無機結合粉は前述の主銅粉に混合さ
れるが、その配合割合は主銅粉１００重量部に対し５重
量部以下が好ましい。

ところで、前述のように乳鉢等を用いて、ガラスフリッ
トの表面に平均粒径の０．１ｐ以下の酸化銅粉もしくは
結合銅粉を被覆した粉末は、水中に入れて超音波振動を
加えても、二相分離、すなわちガラスフリ、トと酸化銅
粉および銅粉と分離しない複合粉末であることを確認し
た。換言すれば、前述のようにガラスフリフトの表面を
「被覆」するとの意味は、水中で超音波振動をかけても
分離しない程度であれば十分ということである。以下に
あって、かかる被覆状態を複合化ということもある。

このようにして得られた複合化結合粉は、焼成時には、
従来のガラスフリットと同様に基板上へ流動するのであ
るが、さらに表面上の酸化銅粉もしくは結合銅粉を介し
て銅焼成膜とも反応する。

すなわち、基板上へ流動したガラス分と銅焼成膜とは平
均粒径０．１ｍ以下の微細な酸化銅粉もしくは結合銅粉
を介してケミカルなボンディングを起こしている。そし
て、そのような結合部は半田の侵食に強いため、半田付
後の高温エージングによる基板との接着強度の低下が小
さい。

本発明の銅導体ペーストは、このようにして用意された
上記各成分を次いで混合、混練してペースト化して得る
。

本発明に使用されるビヒクルは公知のビヒクルが使用可
能である。例えば、セルロース誘導体（特にエチルセル
ロース）または合成樹脂（ポリアクリレート、ポリメタ
クリレート、ポリエステル、ポリオレフィン、特に、ポ
リイソブチルメタクリレート）等の樹脂を適当な溶剤、
例えばテルピネオール、ジブチルカルピトール、ジブチ
ルフタレート、２，２．４−　）サメチル−１，３−ベ
ンタンジオールジイソブチレート等に溶解させたものが
挙げられる。

上記ペースト化方法としては、公知の各種ペースト化方
法が使用可能である。例えば、混合は万能攪拌機（プラ
ネタリウムミル）、混線は３本ロールミル、ニーダ−等
で行うことができる。

本発明の銅導体ペーストは、次いで基板上に印刷または
描画により塗布し、溶剤を乾燥、揮散させ、焼成して導
電被膜を得るものである。その場合の印刷には公知の印
刷方法が使用可能である。

このような印刷方法としては、スクリーン印刷法、メタ
ルマスクによる印刷法、直接描画法等が挙げられる。

本発明の導体ペーストの焼成法としては、公知の焼成方
法が可能であるが、生産性および安定性の点からベルト
炉が望ましい。

しかも、ガラスフリットの表面上の酸化銅粉はすべてポ
ンディングに費やされているため、従来の酸化銅粉単体
を添加した場合や表面酸化銅粉を添加した場合のように
、未反応酸化物が残存したり、銅粉の焼結を阻害したり
しないため、導電性および半田濡れ性を損なうことは全
くない。

なお、ガラスフリフトの表面上に酸化銅粉または結合銅
粉を被覆する例について説明してきたが、ガラスフリッ
トとしては従来よりケミカルボンドに使用される金属酸
化物、例えばＣｄ０１ＺｎＯ，ＢｊｚＯｓ、ｐｂｏ、等
の微粉末を被覆したガラスフリットの場合も同様な効果
があられれるのは言うまでもない。

以下、本発明を具体的実施例によりさらに詳細に説明す
る。

（実施例） 第１表に示す組成割合でそれぞれ調製した各銅導体ペー
ストを、純度９６重量％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°Ｃで１
０分間乾燥して溶剤を除去した後、窒素雰囲気中で、ベ
ルト炉においてピーク温度７５０°Ｃ、ピーク温度保持
時間１０分を含む１サイクル４０分のプロファイルで焼
成を行い、膜厚２０ｐの銅厚膜を得た。

本発明例にあっては、ガラスフリントと酸化銅粉あるい
は銅粉は予めライカイ機によって複合化されたものを使
用したが、比較例にあってはそれらを単に混合したもの
を使用した。

このようにして得た鯛焼成膜についてそれぞれ導電性、
半田濡れ性および接着強度の導体特性を評価した。結果
は第２表にまとめて示す。なお、評価要領は次の通りで
あった。

（導電性）： 導体抵抗値の測定により評価した。具体的には、４端子
法抵抗測定、およびｗ４厚膜の線幅・膜厚より比抵抗値
を求めた。

（半田濡れ性）： 焼成部品を２３０±３　”Ｃの温度に維持した６３％５
ｎ−３７％Ｐｂ半田槽に３±０．５秒間浸漬し、４ｍｍ
Ｘ４ｍの銅被膜上に被着した半田の被着率を目視で測定
した。

（接着強度）； ２蒙−角の銅導体被膜に、２３０±３°Ｃの温度に維持
した６３％５ｎ−３７％ｐｂ半田槽に３±０．５秒間浸
漬した後、その上に０．６　ａｍφスズメツキ銅線をハ
ンダゴテにて半田付けした。スズメツキ銅線を被膜端部
より１ｍｍの位置で９０度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／ｎｉｎ
の速度でスズメツキ銅線を引張り、スズメツキ銅線が基
板からはがれた時の接着強度を測定した。

接着強度は半田付直後の値（初期接着強度）、および１
５０℃で１００時間エージングした後の値を測定した。

第２表に示す結果から分かるように、比較例にあっては
接着強度、特にエージング後の接着強度は著しく劣って
おり、ガラスフリットを含有しない銅導体ペーストは剥
離してしまったし、ガラスフリットを単に含有するだけ
のもの、さらには酸化銅粉を含むものであっても単に混
合するだけのものにあっては、十分な接着強度が得られ
ないことが分かる。

（以下余白） （発明の効果） 本発明によれば以上説明したようにガラスフリットと酸
化銅粉あるいは銅粉とを予め複合化しておくだけで、得
られる銅導体ペーストは、基板との密着性に優れ、かつ
導電性および半田濡れ性も満足する良好な導体被膜を形
成でき、産業上大きく役立つものであり、その意義は大
きい。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅粉、無機結合粉およびビヒクルからなる銅導体
   ペーストにおいて、前記無機結合粉が平均粒径０．１μ
   ｍ以下の酸化銅粉もしくは銅粉でもってガラスフリット
   の表面を被覆したものであることを特徴とする銅導体ペ
   ースト。
2. （２）前記ガラスフリット１００重量部に対し５〜１５
   重量部の酸化銅粉もしくは銅粉が被覆された請求項１記
   載の銅導体ペースト。
3. （３）前記無機結合粉が５重量部以下である請求項１ま
   たは２記載の銅導体ペースト。