JPH05174612A - 電極ペースト組成物 - Google Patents

電極ペースト組成物

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JPH05174612A
JPH05174612A JP34147391A JP34147391A JPH05174612A JP H05174612 A JPH05174612 A JP H05174612A JP 34147391 A JP34147391 A JP 34147391A JP 34147391 A JP34147391 A JP 34147391A JP H05174612 A JPH05174612 A JP H05174612A
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JP
Japan
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paste
metal
metal organic
electrode paste
cuo
Prior art date
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Pending
Application number
JP34147391A
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English (en)
Inventor
Tatsuo Ogawa
立夫 小川
Yoichiro Yokoya
洋一郎 横谷
Koichi Kugimiya
公一 釘宮
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化銅を主成分とし少なくとも1種類以上の
金属有機物を含むペスト組成物としたことにより、基板
との接着に優れ、電極膜中の銅の体積分率が高い配線用
ペーストとする。 【構成】 ペースト中に、CuO:80〜92重量%、
飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸の金属塩などの金属有機物を
CuOに対して0.3〜5重量%添加する。金属有機物
の有機部分がペースト中の無機粉体の分散性を高め、膜
中の導電成分の体積分率を向上させると同時に、金属部
分が基板との接着強度を確保する。従来ペーストにおけ
る接着強度確保のための異種金属粉体、酸化物粉体添加
によるペースト中の有機物含量増加を防ぐと同時に分散
剤としても作用し、結果として優れた銅配線が実現でき
る。

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配線基板など
に用いることができる導体形成用ペースト組成物に関
し、特に優れた銅配線が可能な電極ペースト組成物に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来セラミック配線基板には、導体形成
用ペーストとして一般にAu,Au−Pt,Ag,Ag
−Pd,Ag−Ptなどの貴金属、W,Moなどの卑金
属が用いられている。このうち貴金属を用いたペースト
では空気中で焼成が可能であるが、コストが高いという
問題がある。またW,Mo等の卑金属によるペーストで
は、1500℃以上の高温、還元雰囲気中で焼成しなければ
ならず、また抵抗値が高いという問題がある。そこで、
安価で低抵抗、かつ貴金属と同様の温度(800 〜900
℃)で焼成可能で、Agに比べて耐マイグレーション性
に優れたCu配線用のペーストとして金属銅ペーストが
使用されるようになっている(特開昭53-49296号公報
等)。またこのプロセスでは、CuOを出発原料として
空気中で脱バインダを行なった後、還元、焼成を行なう
Cu配線用プロセスが提案されている(特開昭61-18380
7 号公報等)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】酸化銅(CuO)を用
いるプロセスでは、空気中で脱バインダが可能なため、
バインダ樹脂、分散剤の選択の範囲は広い。実際、厚膜
ペーストにおいては、分散剤の添加によって、膜中の導
電成分の体積分率を向上させ、かつ印刷性に優れるペー
ストとする技術は知られている。しかしこのCuOプロ
セスでは、還元工程を通るために導体形成粉の体積収縮
により、焼成後の導体膜中のCuの体積分率が低くな
り、配線抵抗が高くなる問題があるために、ペースト中
の有機物含有量についてはできるだけ少なくすることが
必要である。また基板との接着強度を確保するため異種
金属粉末や酸化物粉末を添加することが行われるが(特
開昭61-288484 号公報、特開平2-33806 号公報等)、添
加物粉体をペースト中に分散良く存在させるためには、
それに見合った量のバインダ樹脂、分散剤が必要とな
り、結果としてペースト中の有機物の含量を増加させる
ことになるために、膜中のCuの体積分率を下げ配線抵
抗の増大をまねく問題点を有していた。つまり従来のC
uOペーストシステムでは、基板との接着強度を保ちつ
つ、分散性がよく、電極膜中の銅の体積分率が高いとい
う条件を同時に満たすことは困難であった。
【0004】本発明は、前記従来の問題を解決し、金属
粉体、酸化物粉体の添加によるセラミック基板との接着
強度向上と、必要最小限の分散剤添加による膜中導電粒
子の体積分率の向上を同時に実現するCuOペーストを
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の電極ペースト組成物は、導体形成用ペーストで
あって、酸化銅を主成分とし少なくとも1種類以上の金
属有機物を含むことを特徴とする。
【0006】前記構成においては、金属有機物が飽和脂
肪酸または不飽和脂肪酸の金属塩であることが好まし
い。また前記構成においては、金属有機物がオクチルカ
ルボン酸金属塩(CH3 (CH2 7 COOM)、ステ
アリン酸金属塩(CH3 (CH2 16COOM)、オレ
イン酸金属塩(C1734COOM)、ソルビン酸(C5
8 COOM)、ナフテン酸金属塩から選ばれる少なく
とも一つの化合物であることが好ましい。
【0007】さらに前記構成においては、金属有機物の
金属部分が、Pb,Ni,Ti,Mn,Mg,Al,P
d,Pt,Ca,Co,Cu,Sn,Ag,Bi,N
b,Ta,Zn,V,Wのうちの少なくとも1種類以上
の元素から選ばれることが好ましい。
【0008】なお本発明における金属有機物とは、金属
原子が有機化合物の炭素原子との間に、酸素、窒素など
の異種の原子を介して結合しているものを指し、金属原
子が直接炭素と結合しているいわゆる有機金属化合物と
は異なる。
【0009】
【作用】前記本発明の構成によれば、酸化銅を主成分と
し少なくとも1種類以上の金属有機物を含む導体形成用
ペーストとしたことにより、セラミック基板との接着強
度の向上と、必要最小限の分散剤添加による膜中導電粒
子の体積分率の向上を図ることができる。すなわち、セ
ラミック基板との接着強度を向上させるために含む金属
(焼成後に酸化物となるものも含む)として金属有機物
を用いることにより、ペースト中の溶剤に可溶となり非
常に分散良くペースト中に含有させることができる。ま
た、添加物粉体の分散のためにバインダ樹脂を増やす必
要がない。さらに、これらの金属有機物の有機部分は、
一般的に厚膜ペースト等に添加される分散剤として知ら
れるものであるために、ペーストの分散性を必要最小限
の添加で著しく向上させることができ、結果として膜中
の導電性粉体の体積分率を向上させることが可能であ
る。つまり、金属、酸化物の添加による接着強度向上
と、分散剤添加による膜中導電粒子の体積分率の向上を
同時に実現することができるのである。
【0010】
【実施例】本発明のペースト組成物は、酸化銅を主成分
としその含有する金属有機物に特徴を有する。ペースト
作成の手順については、市販の厚膜ペーストと同様であ
る。すなわち、バインダ樹脂としてエチルセルロース
系、ニトロセルロース系、ブチラール系、アクリル系な
どのものを用い、溶剤としてターピネオール、ブチルカ
ルビトール等のアルコール系、ブチルカルビトールアセ
テート、酪酸エステル等のエステル系、あるいはケロシ
ン等を用いることができる。用途に応じて、フタル酸エ
ステル系などの可塑剤を添加することも可能である。こ
れらを酸化銅及び金属有機物と混合し、3本ロールやフ
ーバーマーラを用いて混練する。これを焼結基板上ある
いはセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷、
ドクターブレード等によりキャスティングした後、10
0〜120℃、約10分で乾燥し、空気中で400〜7
00℃の範囲で、30分から6時間かけて脱バインダ
し、還元雰囲気中で250〜600℃、30分から3時
間で還元し、最後に中性雰囲気中700〜1000℃、
約10分間で焼成することで、所望のCu電極膜を得る
ことができる。なお、還元雰囲気ガスとしては純水素あ
るいは適当な水素濃度の窒素との混合ガスを用いること
ができる。焼成に用いる中性雰囲気ガスとしては、窒素
の他アルゴンなどを用いることができるがコスト面から
窒素を用いることが望ましい。
【0011】本発明の電極ペースト組成物の好ましい組
成割合は下記の通りである。 CuO:80〜92重量% 金属有機物:CuOに対して0.3〜5重量% バインダー樹脂:[100重量部−(CuOの重量
%+金属有機物の重量%)]の5〜15重量% 溶剤:[100重量部−(CuOの重量%+金属有
機物の重量%)]の80〜95重量% 以下に具体的な例を挙げて説明する。
【0012】実施例1 酸化銅97gに対して、金属有機物として表1に示す組
合せのオクチル酸塩合計3gをエチルセルロース/α−
ターピネオール8%溶液11gに予め溶解させたビヒク
ルを加え、3本ロールを用いて混練しペースト化した。
【0013】比較例として、金属有機物を含有しないビ
ヒクルを用い、また基板との接着強度を得るために通常
の厚膜ペーストに添加しているホウ珪酸系ガラス粉末を
酸化銅重量に対して3%の割合で添加して同様のペース
トを混練した。これらを96%アルミナ基板上に、25
0メッシュのスクリーン版を用いてパターン印刷し、1
00℃で10分乾燥し、空気中500℃で、2時間かけて
脱バインダし、水素濃度10%水素・窒素混合ガス中3
50℃で、30分還元し、最後に窒素中900℃で、1
0分間焼成した。焼成した試料は面積抵抗(15ミクロ
ン換算)、膜中銅の体積分率、基板との接着強度(垂直
引き剥し試験)について評価した。結果を同じく表1に
示す。
【0014】
【表1】
【0015】表1の結果から明らかな通り、比較用のペ
ーストに比べて本実施例のペーストは面積抵抗が低く、
体積分率が高く、かつ接着強度が高いという優れた特性
を持つことが確認できた。 実施例2 酸化銅97gに対して、金属有機物として表2に示す組
合せのステアリン酸塩を用いて、以下実施例1と同様の
手順でペーストを作製し、印刷・熱プロセスを経たもの
について、評価を行なった。結果は表2に示すとおりで
ある。なお、比較用ペーストについても実施例1と同じ
ものを用いた。
【0016】
【表2】
【0017】表2から明らかな通り、比較用のペースト
に比べ本実施例のペーストが優れていることが確認でき
た。含有金属による特性の傾向については実施例1と同
様であるが、有機部分が異なることによるバインダ樹脂
との相溶性、溶剤への溶解度の違いから、特性値自体は
異なっている。
【0018】実施例3 酸化銅97gに対して、金属有機物として表3に示す組
合せのオレイン酸塩を用いて、以下実施例1と同様の手
順でペーストを作製し、印刷・乾燥したものを、空気中
550℃で、1時間かけて脱バインダし、水素濃度10
%水素・窒素混合ガス中400℃で、30分還元し、最
後に窒素中900℃で、10分間焼成した。熱プロセス
を経たものについて、評価を行なった。結果は表3に示
すとおりである。なお、比較用ペーストについては実施
例1と同じものを用いた。
【0019】
【表3】
【0020】表3から明らかな通り、比較用のペースト
に比べて本実施例のペーストは優れていることが確認で
きた。特性の傾向については実施例1、2と同様である
が、有機部分が異なることによるバインダ樹脂との相溶
性、溶剤への溶解度の違い及び熱処理条件の違いから、
特性値自体は異なっている。
【0021】実施例4 酸化銅97gに対して、金属有機物として表4に示す組
合せのソルビン酸塩を用いて、以下実施例3と同様の手
順でペーストを作製し、印刷・熱プロセスを経たものに
ついて、評価を行なった。結果は表4に示すとおりであ
る。なお、比較用ペーストについては実施例1と同じも
のを用いた。
【0022】
【表4】
【0023】表4から明らかな通り、比較用のペースト
に比べて本実施例のペーストは優れていることが確認で
きた。特性の傾向については実施例1、2、3と同様で
あるが、有機部分が異なることによるバインダ樹脂との
相溶性、溶剤への溶解度の違い、及び熱処理条件の違い
から、特性値自体は異なっている。
【0024】実施例5 酸化銅97gに対して、金属有機物として表5に示す組
合せのナフテン酸塩を用いて、以下実施例3と同様の手
順でペーストを作製し、印刷・熱プロセスを経たものに
ついて、評価を行なった。結果は表5に示すとおりであ
る。なお、比較用ペーストについては実施例1と同じも
のを用いた。
【0025】
【表5】
【0026】表5の結果から明らかな通り、比較用のペ
ーストに比べて本実施例のペーストは面積抵抗が低く、
体積分率が高く、かつ接着強度が高いという優れた特性
を持つことが確認できた。特性の傾向については実施例
1、2、3、4と同様であるが、有機部分が異なること
によるバインダ樹脂との相溶性、溶剤への溶解度の違
い、及び熱処理条件の違いから、特性値自体は異なって
いる。
【0027】実施例6 酸化銅97gに対して、金属有機物として表6に示す組
合せの金属有機物を用いて、以下実施例1と同様の手順
でペーストを作製し、印刷・乾燥したものを空気中50
0℃で、2時間かけて脱バインダし、水素濃度10%水
素・窒素混合ガス中400℃で、30分還元し、最後に
窒素中880℃で、10分間焼成した。熱プロセスを経
たものについて、評価を行なった。結果は表6に示すと
おりである。なお、比較用ペーストについても実施例1
と同じものを用いた。
【0028】
【表6】
【0029】表6に示すように、有機部分の異なる金属
有機物の組み合わせも可能であることがわかる。本実施
例に示した以外にも、添加したい金属の種類と、金属有
機物のバインダ樹脂との相溶性、溶剤への溶解度等か
ら、用途に適した組合せを選択できることはいうまでも
ない。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明は、CuOを主成分
とする電極ペーストに、特定の組成の金属有機物を含有
することにより、基板との接着に優れ、電極膜として導
電成分の体積分率の高い、優れた銅配線を実現すること
ができ、その産業上の効果は大きいものがある。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導体形成用ペーストであって、酸化銅を
    主成分とし少なくとも1種類以上の金属有機物を含むこ
    とを特徴とする電極ペースト組成物。
  2. 【請求項2】 金属有機物が、飽和脂肪酸または不飽和
    脂肪酸の金属塩である請求項1に記載の電極ペースト組
    成物。
  3. 【請求項3】 金属有機物が、オクチルカルボン酸金属
    塩(CH3 (CH2 7 COOM)、ステアリン酸金属
    塩(CH3 (CH2 16COOM)、オレイン酸金属塩
    (C1734COOM)、ソルビン酸(C5 8 COO
    M)、ナフテン酸金属塩から選ばれる少なくとも一つの
    化合物である請求項1または2に記載の電極ペースト組
    成物。(ただしMは金属元素を示す。)
  4. 【請求項4】 金属有機物の金属部分が、Pb,Ni,
    Ti,Mn,Mg,Al,Pd,Pt,Ca,Co,C
    u,Sn,Ag,Bi,Nb,Ta,Zn,V,Wのう
    ちの少なくとも1種類以上の元素から選ばれる請求項
    1、2、または3に記載の電極ペースト組成物。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814248A (en) * 1996-05-24 1998-09-29 Murata Manufacturing Co., Ltd. Conductive paste composition and method for producing a ceramic substrate
US7083745B2 (en) * 2000-12-28 2006-08-01 Denso Corporation Production method for laminate type dielectric device and electrode paste material
US7531947B2 (en) 2004-09-07 2009-05-12 Nippon Soken, Inc. Stacked piezoelectric element and production method thereof
JP2019183055A (ja) * 2018-04-16 2019-10-24 日油株式会社 焼成用材料

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