JPH0534312B2

JPH0534312B2 -

Info

Publication number: JPH0534312B2
Application number: JP63015275A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Suehiro; Susumu Echigo; Yutaka Mitsune; Masami Sakuraba; Seiichi Nakatani; Tsutomu Nishimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-01-26
Filing date: 1988-01-26
Publication date: 1993-05-21
Also published as: US4865772A; JPH01192781A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は主としてセラミツク基板に導体パター
ンあるいは電極を形成するのに使用する銅厚膜導
体組成物に関する。［従来の技術および発明が解決しようとする課
題］厚膜導体組成物は一般に、導電性金属と無機酸
化物および無機結合剤としてのガラス粉末とが微
粉末状で有機媒体中に分散されている組成物であ
る。その原料として用いる導電性金属は通常、
金、銀、パラジウム、白金またはそれらの混合物
および合金である。ところが、これらの金属は貴
金属であり高価でかつ価格変動が大きいことか
ら、安価で価格変動の少ない卑金属、とくに金属
銅で置換することが強く望まれていた。かかる銅
厚膜導体組成物にかしては特公昭59−2398号公報
において、銅粉末、酸化銅粉末、酸化鉛粉末およ
び／または酸化ビスマス粉末からなる組成物がガ
ラスバインダーを含有しない銅厚膜導体組成物と
して開示されているが、かかる系においては一般
に焼成雰囲気として用いられる窒素中に、有機物
の分解・揮散を目的として少量添加される酸素に
よつて、えられる銅厚膜導体表面の銅の酸化が起
こり、しばしばハンダ濡れ性が不良となる現象が
見られる。特開昭60−70746号公報においては銅
粉末と無機バインダーおよびタングステンまたは
モリブデンあるいはレニウムからなる組成物が開
示され、これらの金属の酸素捕捉能を利用してハ
ンダ濡れ性の改良などを図ることが示されてい
る。ところが、これらの金属は酸素とむすびつい
て、昇華性あるいは揮発性の金属酸化物となるが
ゆえにしばしば焼成炉内の汚染あるいは回路上へ
のこれらの金属酸化物の沈着といつた問題を惹起
する。［課題を解決するための手段］本発明者らは従来の銅厚膜導体の欠点であるハ
ンダ濡れ性不良および接着強度、とりわけ各種エ
ージング試験における接着強度の劣化を改善すべ
く鋭意研究を重ねた結果、酸化亜鉛粉末を銅粉末
100重量部に対して0.05〜３重量部、ホウ酸鉛ガ
ラス粉末を１〜７重量部、ホウ珪酸塩ガラス粉末
を0.2〜５重量部および平均粒子径1.0ミクロン以
下の亜酸化銅粉末を１〜10重量部用いることによ
り金属銅とアルミナセラミツク基板（以下、基板
という）の間の接着強度が増し、良好なハンダ濡
れ性がえられることを見出し、本発明を完成する
に至つた。すなわち本発明は、銅粉末100重量部、酸化亜
鉛粉末0.05〜３重量部、ホウ酸鉛ガラス粉末１〜
７重量部、ホウ珪酸塩ガラス粉末0.2〜５重量部
および平均粒子径1.0ミクロン以下の亜酸化銅粉
末０〜10重量部からなる無機粉末55〜95重量％と
有機媒体45〜５重量％とからなる銅厚膜導体組成
物に関する。［作用および実施例］本発明の銅厚膜導体組成物は、ガラス粉末成分
の一部に、比重が大きく軟化点の低いコンポジツ
トガラスであるホウ酸鉛ガラスを用いることを大
きな特徴としている。ホウ酸鉛ガラスは軟化点が
低く比重が大きいので、焼成の際に比較的低温で
溶融して基板の側に寄り、接着剤として銅厚膜導
体と基板とを強く接着する働きをする。本発明における他のガラス粉末成分としてはホ
ウ珪酸塩ガラス粉末を用いる。また、ホウ珪酸塩
ガラスも、えられた銅厚膜導体と基板との間の接
着力を高める作用をするが、主に焼成時にホウ酸
鉛ガラスが、えられた銅厚膜導体からしみ出すの
を防ぐ作用をする。本発明のもう一つの特徴は、無機酸化物粉末と
して酸化亜鉛粉末を用いることにある。酸化亜鉛
粉末はえられた銅厚膜導体の表面付近に多く分布
して、前記ガラス成分が表面にしみでるのを防ぐ
ことにより、ハンダ濡れ性が不良となるのを防ぐ
作用をする。さらに、無機酸化物粉末として、平
均粒子径1.0ミクロン以下の亜酸化銅粉末を併用
するのが好ましい。この亜酸化銅粉末は、基板が
アルミナセラミツクのばあい、銅厚膜導体と基板
との界面でアルミン酸銅を形成して、接着力を高
める作用をするとともに、焼成時に微粒子状の亜
酸化銅の一部が、有機物の分解ガスによる還元を
受けて非常に活性な微粒子状の銅粉末が生成し、
銅厚膜導体組成物の焼結を促進する作用をする。
これらの作用は亜酸化銅粉末の粒子径が小さいほ
ど大きい。なお、本明細書でいう亜酸化銅粉末とは主とし
て酸化第一銅粉末のことをいうが、これに金属銅
および酸化第二銅が少量含有されているものも含
む。本発明で用いるホウ酸鉛ガラス粉末の添加量は
銅粉末100重量部に対して１〜７重量部、好まし
くは２〜６重量部である。１重量部未満では接着
力の強化に寄与せずアルミナ基板との接着力を低
下させる結果となり、７重量部をこえるとガラス
成分が、えられる銅厚膜導体からしみ出すので好
ましくない。ホウ珪酸塩ガラス粉末は、銅とホウ
酸鉛ガラスとの間の接着力を高めることおよび繰
り返し焼成を受けたときのホウ酸鉛ガラスのしみ
出しを抑えることを目的として添加されるが、ホ
ウ酸鉛ガラスとの相互溶解性が良いという理由に
より、鉛塩もしくは亜鉛塩が好ましい。ホウ珪酸
塩ガラス粉末の添加量は、銅粉末100重量部に対
して0.2〜５重量部、好ましくは１〜４重量部で
ある。0.2重量部未満ではホウ珪酸塩ガラスによ
る効果があらわれず繰り返し焼成を受けたときに
接着力が低下し、５重量部をこえると、えられる
銅厚膜導体の表面にしみ出して、ハンダ濡れ性が
不良となる。これらのガラス粉末の平均粒子径は
0.1〜10ミクロン、好ましくは0.5〜５ミクロンで
ある。無機酸化物粉末としては、酸化亜鉛粉末、要す
れば亜酸化銅粉末を用いる。酸化亜鉛粉末の添加
量は銅粉末100重量部に対して0.05〜３重量部、
好ましくは0.1〜２重量部である。0.05重量部未
満では酸化亜鉛による効果があらわれず、３重量
部をこえると、酸化亜鉛が、えられる銅厚膜導体
の表面に浮き出してハンダ濡れ性が不良となる。亜酸化銅粉末の添加量は、銅粉末100重量部に
対して０〜10重量部、好ましくは３〜８重量部で
ある。亜酸化銅粉末の量が、10重量部より多けれ
ば、ハンダ濡れ性が不良となる。このほか、銅粉
末100重量部に対して無機酸化物粉末の総量が13
重量部をこえない範囲で酸化ビスマス粉末、酸化
カドミウム粉末などを用いてもよい。亜酸化銅粉末以外の無機酸化物粉末の平均粒子
径は0.1〜10ミクロン、好ましくは0.5〜５ミクロ
ンである。亜酸化銅粉末については1.0ミクロン
以下、好ましくは0.8ミクロン以下である。1.0ミ
クロンをこえると、えられる銅厚膜導体のハンダ
濡れ性が低下するので好ましくない。本発明で用いる銅粉末は、平均粒子径が0.1〜
10ミクロン、好ましくは0.5〜５ミクロンである。また、本発明で用いる有機媒体としては、一般
に厚膜導体組成物に使用される有機液体であれば
とくに限定されないが、たとえば脂肪族アルコー
ル、アセテートおよびプロピオネートなどのよう
な脂肪族アルコールのエステル、松根油のような
テルペンおよびテルピネオールなどの溶媒、低級
アルコールのポリメタクリレートあるいはエチル
セルロースなどの樹脂類の前記溶媒溶液などがあ
げられる。本発明では、これらに加えて分散剤などを用い
てもよい。また前記の各成分はすべて市販のもの
を用いてもよい。銅厚膜導体組成物の組成は銅粉末、無機酸化物
粉末およびガラス粉末などの無機固形分が55〜95
重量％、好ましくは60〜90重量％である。無機固
形分が55重量％未満のばあいは、安定なペースト
状の銅厚膜導体組成物がえられず、95重量％をこ
えると、銅厚膜導体組成物のペースト化ができな
い。本発明で用いる基板は、アルミナセラミツク基
板であるが、ベリリアのセラミツク基板でもよ
い。銅厚膜導体組成物は、銅粉末、無機酸化物粉末
およびガラス粉末を有機媒体に混練分散させるこ
とによつて製造する。混練方法は、万能撹拌混合
機を用いて予備混練したのち三本ロールミルを用
いて混練する方法が採用される。えられた銅厚膜
導体組成物はペースト状を呈している。この銅厚
膜導体組成物を、アルミナまたはベリリアのセラ
ミツク基板上でスクリーン印刷し、ついで120℃
で10〜15分間乾燥させる。最後に850〜1060℃の
範囲で約５〜10分間のピーク温度保持時間を含む
40分の全サイクル時間で焼成する。つぎに実施例および比較例によつて本発明をさ
らに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。実施例１〜14 第１〜５表の成分よりなる第６表の組成物を万
能撹拌混合機にはかりとり、24時間予備混練を行
なつた。つぎにこの組成物を３本ロールミルにて
12回ミキシングし、そののち、万能混合機中で真
空脱泡を行なつてペースト状の銅厚膜導体組成物
をえた。このペースト状の銅厚膜導体組成物を純
度96重量％アルミナセラミツクの基板にスクリー
ン印刷機で適当なパターンに印刷を行ない、熱風
乾燥機を用いて120℃で10分間乾燥を行なつた。
そののち、窒素雰囲気中で、ベルト炉においてピ
ーク温度900℃、ピーク温度保持時間７分を含む
１サイクル時間40分のプロフアイルで３回（すな
わち、３サイクル）焼成を行なつた。えられた銅
厚膜導体の性能評価を下記の方式にしたがつて行
なつた。結果を銅厚膜導体組成物の組成とともに
第６表に示す。比較例１〜４第１〜５表の成分よりなる第６表の組成物を用
いて実施例１〜14と同様の操作を行なつて銅厚膜
導体をえ、性能評価を行なつた。結果を銅厚膜導
体組成物の組成とともに第６表に示す。性能評価（ハンダ濡れ性）下記のパターンに印刷を行なつて焼成した基板
に、フラツクスを付け、230±５℃のハンダ槽に
３±0.5秒間この基板を漬けて引きあげたときの
基板のパツド部のハンダ濡れ面積で評価した。ハ
ンダ濡れ面積がパツド部の95％以上であるばあ
い、良好とした。ハンダ：63％Sn−37％Pb フラツクス：タムラ化研(株)製XA−100 パターン：１mm×１mmパツド６か所２mm×２mmパツド12か所（接着強度）下記のパターンに印刷を行なつて焼成した基板
にフラツクスを付け、230±５℃のハンダ槽に３
±0.5秒間、この基板を漬けて引きあげた。その
うえに、0.8mmφのスズメツキ銅線をハンダゴテ
にて１mm×１mmパツド上に付けた。このサンプル
を引張り試験機にて10mm／minの速度で引張り、
基板から銅厚膜導体がはがれるときの接着強度を
測定した。接着強度は、エージングする前の値
（初期接着強度）、100時間、150±２℃に加熱した
あとの値（熱エージング強度）、121℃、２気圧で
100時間放置後の値（PCTエージング強度）であ
る。ハンダ：63％Sn−37％Pb フラツクス：タムラ化研(株)製XA−100 パターン：１mm×１mmパツド８か所３サンプル計24カ所の平均値

【表】

【表】なお、亜酸化銅粉末は、平均粒子径が0.5ミク
ロンで比較面積が3.35〜4.13m²／ｇのものを用
い、酸化亜鉛粉末は、試薬一級で平均粒子径が
0.5ミクロンのもの（竹内製薬(株)製）をそのまま
ま用いた。

【表】［発明の効果］本発明の銅厚膜導体組成物は、ガラス粉末とし
てホウ酸鉛ガラス粉末およびホウ珪酸塩ガラス粉
末を用い、無機酸化物粉末として酸化亜鉛粉末お
よびさらに適宜亜酸化銅粉末を用いることによ
り、ハンダ濡れ性が良好であり、えられる銅厚膜
導体とセラミツク基板の間の接着強度が増すとい
う効果を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

１銅粉末100重量部、酸化亜鉛粉末0.05〜３重
量部、ホウ酸鉛ガラス粉末１〜７重量部、ホウ珪
酸塩ガラス粉末0.2〜５重量部および平均粒子径
1.0ミクロン以下の亜酸化銅粉末０〜10重量部か
らなる無機粉末55〜95重量％と有機媒体45〜５重
量％とからなる銅厚膜導体組成物。