JPH06131914A

JPH06131914A - 導電ペースト及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06131914A
Application number: JP30664692A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Muramatsu; 良二村松; Eikichi Yoshida; 栄吉吉田; Hitoshi Sato; 斉佐藤; Yohei Watabe; 洋平渡部; Shinichi Iwata; 伸一岩田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】窒化物セラミクス基板上に接合強度が高く、
かつ導体抵抗が小さい電極パータンの形成を可能にする
導電ペースト及びその製造方法を提供する。【構成】窒化物セラミクス基板上に金属化膜電極パー
タンを作製するための銅粉末、チタン粉末、結合剤、溶
剤、及びチタネートカップリング剤から構成されている
導電ペーストであって、予め結合剤と溶剤を混合し調整
したビヒクルにチタン粉末を混練分散し、その後銅粉末
を添加し混練分散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の絶縁基板や
放熱基板としてのセラミクス基板用の電極パターンを作
製するための導電ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子部品回路基板には高絶縁
性、機械的強度が大きい、他の電子素子を劣化させな
い、金属導体と容易に接合体となる、熱伝導率が大きい
等の性質が要求される。アルミナは、これらの性質のバ
ランスが最も良いことから、半導体用パッケージ、集積
回路用基板等の電子回路基板に広く利用されている。し
かし、半導体の高集積化、高速化、及び高出力化に伴
い、発熱の問題が大きくなり、放熱対策が重要となって
いる。これに対し、アルミナよりも熱伝導率が７倍以上
高く、放熱性に優れる窒化アルミニウムが高熱伝導性基
板として実用化が進められている。ここで、回路基板と
してのセラミクスを単体で用いると、トランジスタ、ダ
イオード、ＩＣ、ＬＳＩ等の電子部品を直接実装するこ
とができないので、セラミクス表面に金属化膜を形成し
て使用する。このセラミクス基板表面上への金属化膜の
形成には、銅導体ペーストを１０〜３０μｍ程度の厚み
にスクリーン印刷し、乾燥させた後、窒素雰囲気で焼成
するという方法がある。しかしながら、この方法で形成
された金属化膜はセラミクス基板との接合強度が不十分
であり、特に窒化アルミニウムに代表される窒化物セラ
ミクスではこの傾向が顕著である。このため、前述の銅
導電ペーストの代わりに窒化物をつくるチタンを加えた
銅−チタン導電ペースト等を使用して金属化膜を形成
し、接合強度を確保する方法が提案されている。これは
窒化物セラミクス基板と金属化膜の界面に窒化物セラミ
クスの窒素とペースト中のチタンが反応してＴｉＮの中
間層を形成し、接着強度が向上していると考えられる。
又、前記銅−チタン導電ペーストの製造方法としては、
予め結合剤と溶剤を混合し調整しておいたビヒクル中に
銅粉末及びチタン粉末を同時に投入し、混合・分散させ
るという方法が一般である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】銅は電気抵抗が最も小
さい金属の中の一つで、コストも安価であるため電子回
路基板の電極パターン形成には最適の金属である。しか
しながら、特に窒化物セラミクスを電子回路基板として
用いた場合には、窒化物セラミクス基板との接合強度が
不十分である。この問題は、先に記したように、チタン
を添加することにより改善することができる。銅−チタ
ン導電ペーストは、銅粉末とチタン粉末、そして結合
剤、溶剤より構成されているが、チタン粉末の分散性が
悪いと焼成時に窒化物セラミクス基板と金属化膜の界面
へのチタンの拡散移動が困難となり、前記界面へチタン
が十分供給されず、ＴｉＮ層が十分形成されなくなり、
接合強度が不十分となる。又、チタンの電気抵抗は銅に
比較し大きいため、チタン界面に移動せず金属化膜中に
存在すると、金属化膜の導体抵抗が大きくなってしま
う。

【０００４】ここで、銅−チタン導電ペーストの製造方
法についてみると、チタン粉末は２次凝集が強固で分散
しにくいため、良く分散させるためには長時間の分散処
理を必要とする。一方、銅粉末は比較的分散が容易であ
るものの、分散処理の進行に伴いフレーク状塊化が助長
されるために、あまり長時間分散処理することは好まし
くない。即ち、銅粉末とチタン粉末の相反する分散特性
のため、従来の製造方法でチタン粉末を十分に分散させ
得る分散工程を採用すれば、銅粉末のフレーク状塊化が
助長され、ペースト塗膜の表面粗さや充填率を悪化させ
るため、効率良くチタン粉末を分散させることができな
かった。従って、十分な接合強度を得るには多量のチタ
ン粉末を必要とすることになり、その結果として導体抵
抗が増大し、しかも材料コストも増大するという問題が
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題に
鑑み、チタン粉末の分散性向上、ひいては電極パターン
の接合強度の向上と導体抵抗の低下を目的に各種の分散
剤について検討の結果、チタネートカップリング剤の添
加により、電極パターンの接合強度の向上と導体抵抗の
低下を達成できることを見いだした。又、予め結合剤と
溶剤を混合し調整したビヒクルにチタン粉末を混練分散
し、その後銅粉末を添加し混練分散させることにより、
銅粉末のフレーク状塊化を防止でき、かつチタン粉末を
良く分散でき、電極パータンの接合強度の向上と導体抵
抗の低下を同時に達成できることを見いだした。本発明
は、窒化物セラミクス基板上に金属化膜電極パータンを
作製するための銅粉末、チタン粉末、結合剤、溶剤、及
びチタネートカップリング剤から構成されている導電ペ
ースト、及び、予め結合剤と溶剤を混合し調整したビヒ
クルに、まず、チタン粉末のみを混練分散し、その後銅
粉末を添加し混練分散させることを特徴とする導電ペー
ストの製造方法に関するものである。即ち本発明は、
セラミクス基板上に電極パターンを形成するための導電
ペーストであって、銅粉末、チタン粉末、結合剤、溶
剤、及びチタネートカップリング剤から構成されること
を特徴とする導電ペーストである。請求項１記載の導
電ペーストにおいて、チタネートカップリング剤が化１
に示す化学構造であることを特徴とする導電ペーストで
ある。請求項１又は２記載の導電ペーストにおいて、
チタネートカップリング剤の添加量が銅粉末とチタン粉
末との合計重量に対して０〜１０重量％（但し０は含ま
ない）であることを特徴とする導電ペーストである。
セラミクス基板上に電極パターンを形成するための銅粉
末、チタン粉末、結合剤、及び溶剤から構成される導電
ペーストの製造方法において、予めチタン粉末を混練分
散処理し、その後銅粉末を添加し混練させることを特徴
とする導電ペーストの製造方法である。

【０００６】

【作用】導電ペーストへのチタネートカップリング剤の
添加により、チタン粉末の分散性が向上し、焼成時にお
いてセラミクス基板と電極の界面へのチタンの拡散移動
が容易となり、十分なＴｉＮ層が形成され接合強度が向
上すると考えられる。又、セラミクス基板への塗布時
に、電極パターンに存在するチタン量が減少し、導体抵
抗が低下することとなる。なお、チタネートカップリン
グ剤中のチタンは焼成時に残存してもＴｉＮの形成に寄
与し、問題とはならないばかりか、むしろ好ましい。
又、チタン粉末を予め混練分散させることにより、チタ
ン粉末を十分分散させることができ、その後銅粉末を添
加することにより、銅粉末をフレーク状にすることなく
分散させることができる。

【０００７】

【実施例】次に本発明を実施例にて詳細に説明する。

【０００８】

【実施例１】

【０００９】（１）導電ペーストの調整・ビヒクルの調整結合剤（エチルセルロース）１５重量部溶剤（α−テルピネオール）３５重量部溶剤（キシレン）４５重量部分散剤（ステアリン酸）５重量部上記の組成をホモジナイザーを用いて混合、溶解し、こ
れをビヒクルとした。・導電ペーストの調整銅粉末（平均粒径：０.５μｍ）９０重量部チタン粉末（平均粒径：１０μｍ）１０重量部ビヒクル２０重量部上記の組成と化２に示す化学構造のチタネートカップリ
ング剤を銅粉末とチタン粉末の合計重量に対して、各
０，０.３，０.５，１，３，５，１０，１５重量％加え
て擂潰機で２時間混練分散し、８種類の導電ペーストを
得た。

【００１０】

【化２】

【００１１】（２）窒化アルミニウム基板上への電極パ
ターンの作製及び特性評価窒化アルミニウム基板表面上に各々前記８種類の導電ペ
ーストを２０μｍ程度の厚みにスクリーン印刷し、乾燥
させた後、窒素雰囲気下で８００℃で焼成して金属化膜
電極パータンを作製した。これらの試料の電極パータン
の直流抵抗値を測定し、電極パータンの厚みで補正して
導体抵抗を求め、チタネートカップリング剤の添加量が
０％の試料の導体抵抗を１００としたときの相対値で各
試料の導体抵抗を表し、図１に示した。又、窒化アルミ
ニウム基板表面上に各々上記８種類の導電ペーストを２
０μｍの厚み、２ｍｍ角にスクリーン印刷し、乾燥させ
た後、窒素雰囲気下で８００℃で焼成して形成した金属
化膜にハンダによりＦｅ−Ｎｉ製のピンを垂直に立て
て、基板表面に対して垂直に引っ張り、剥がれたときの
引っ張り力を接合強度として、チタネートカップリング
剤の添加量が０％の接合強度を１００としたときの相対
値で各試料の接合強度を表し、図２に示した。

【００１２】（３）結果図１、及び図２から明かなように、チタネートカップリ
ング剤の添加量が０〜１０重量％（但し０％は含まな
い）の導電ペーストにおいて、従来の導電ペーストに比
較し接合強度が大きく、かつ導体抵抗が小さくなる。チ
タネートカップリング剤の添加量が１０重量％以上では
有機物成分が多くなり過ぎ、緻密な金属化膜が得られ
ず、接合強度の向上と導体抵抗の低下の効果が発現しな
いと考えられる。

【００１３】

【実施例２】更に、チタネートカップリング剤を化３に
示す化学構造の物質に代えた以外は実施例１と同様に試
料を作製し評価した場合においても、実施例１と同様な
結果が得られた。

【００１４】

【化３】

【００１５】

【実施例３】実施例１のビヒクル２０重量部とチタン粉
末（平均粒径：１０μｍ）１０重量部を擂潰機にて５時
間混練した後、銅粉末（平均粒径：０.５μｍ）９０重
量部を加え、擂潰機にて更に２時間混練分散して導電ペ
ーストを得た。評価結果を実施例１と同様に相対値で表
１に示した。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【比較例１】銅粉末（平均粒径：０.５μｍ）９０重量部チタン粉末（平均粒径：１０μｍ）１０重量部実施例１のビヒクル２０重量部上記の組成を擂潰機にて７時間混練分散して導電ペース
トを得た。評価結果を実施例１と同様に相対値で表１に
示した。

【００１８】

【発明の効果】上記の実施例から明かなように、本発明
によれば従来技術に比較し、窒化物セラミクス基板上に
接合強度が大きく、かつ導体抵抗が小さい金属化膜電極
パータンを作製することができ、各電子部品の高集積
化、高信頼性化において極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】チタネート系カップリング剤の添加量（重量
％）と導体抵抗の相対比（％）との関係を示す図。

【図２】チタネート系カップリング剤の添加量（重量
％）と接合強度の相対比（％）との関係を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡部洋平宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者岩田伸一宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号株式会社トーキン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミクス基板上に電極パターンを形成
するための導電ペーストであって、銅粉末、チタン粉
末、結合剤、溶剤、及びチタネートカップリング剤から
構成されることを特徴とする導電ペースト。
【請求項２】請求項１記載の導電ペーストにおいて、
チタネートカップリング剤が化１に示す化学構造である
ことを特徴とする導電ペースト。
【請求項３】請求項１又は２記載の導電ペーストにお
いて、チタネートカップリング剤の添加量が銅粉末とチ
タン粉末との合計重量に対して０〜１０重量％（但し０
は含まない）であることを特徴とする導電ペースト。
【請求項４】セラミクス基板上に電極パターンを形成
するための銅粉末、チタン粉末、結合剤、及び溶剤から
構成される導電ペーストの製造方法において、予めチタ
ン粉末を混練分散処理し、その後銅粉末を添加し混練さ
せることを特徴とする導電ペーストの製造方法。【化１】