JPH07226111A - メッキ付け可能な厚膜銅導体ペースト組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メッキ工程中にパラジウム溶液による厚膜銅
導体表面の活性化処理を省略しても、無機誘電体上に焼
き付けた銅導体上に無電解メッキあるいは電解メッキを
行った後において無機誘電体との間で接着強度の劣化の
少ないメッキ付け可能な厚膜銅導体ペースト組成物を提
供する。 【構成】 下記配合の無機粉末７０〜９５重量部と有機
ビヒクル５〜３０重量部からなるメッキ付け可能な厚膜
銅導体ペースト組成物である。無機粉末は、銅粉末１０
０重量部とパラジウム化合物（金属パラジウムとしての
重量が０．０５〜５重量部）とガラスフリット１〜６重
量部からなるものをいう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はメッキ付け可能な厚膜銅
導体ペースト組成物に関し、詳しくはアルミナなどの無
機誘電体に焼き付けた後、その焼成銅導体上に無電解メ
ッキあるいは電解メッキが可能であり、さらにメッキ後
の無機誘電体と焼成銅導体とが優れた密着性を有する、
メッキ付け可能な厚膜銅導体ペースト組成物に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】厚膜導体組成物は、導電性金属および無
機バインダーが微粉末状で有機媒体中に分散し、さらに
必要に応じて他の添加剤が配合されたもので、厚膜導体
はハイブリッド回路を始めとする種々の電子部品構成材
料として使用されている。この導体に対しては、電気伝
導性、半田濡れ性、耐半田溶解性および基板に対する接
着性などが要求されており、この要求特性に応じて各種
の添加剤が選択使用されている。

【０００３】さて、銅を導電性金属として用いる厚膜導
体は、金、銀、白金、パラジウムなどの高価な貴金属を
導電性金属とする厚膜導体のコストを低減させるという
目的で導入されたが、最近になって銅自身のもつ特性、
特に高周波特性が着目され、種々の方法で各方面に応用
されている。

【０００４】ところが、銅を導電性金属として用いた場
合、従来の金、銀、白金、パラジウムなどの貴金属を用
いた厚膜導体に比べて不都合な点がある。例えば、銅を
焼き付けた基板は空気中で容易に銅表面が酸化されやす
く、そのため半田濡れ性が悪くなったり、金線やアルミ
ニウム線のワイヤーボンディングが難しくなったりする
ことがある。これらの問題を回避する方策として、銅導
体上に酸化されにくいメッキを施すことが考えられる
が、従来の銅導体ペーストでは、メッキ時のメッキ液に
より銅導体と無機誘電体との接着性が大きく劣化した。

【０００５】更に、無電解メッキにおいては、メッキ工
程中にパラジウム溶液による導体表面の活性化処理が必
要とされ、この活性化処理が成されなければ無電解メッ
キ液よりのメッキ被膜の析出が困難となることが知られ
ている。

【０００６】この厚膜銅導体ペースト組成物に関して
は、トレプトー (Treptow)の米国特許第２９９３８１５
号には、「５〜５０重量部の銅または酸化銅および１重
量部の還元抵抗性ガラスフリットからなり、５００〜１
０５０℃で２段階焼成して銅導体層を形成するプリント
回路用導体組成物」が開示され、フリードマン (Friedm
an) の米国特許第３６４７５３２号には、「酸化カドミ
ウムを含むホウケイ酸鉛ガラスをバインダーとする銅、
ガラス組成物」が開示され、ホフマン (Hoffman)の米国
特許第４０７０５１８号には、「特に誘電体上で使用す
る８５〜９７重量部の銅粉末と、３〜１５重量部のＣ
ｄ、Ｂｉを含まないアルミナホウ酸ガラスフリットから
なる導体組成物」が開示され、グリエル (Grier)等の米
国特許第４０７２７７１号には、「表面を予備酸化した
銅粉とアルミナホウケイ酸鉛ガラスからなり、酸化銅は
固形分の１〜５重量部であり、ガラスフリットは固形分
の１〜１０重量部である導体組成物」が開示されてい
る。

【０００７】また、ミッチェル (Mitchell) の米国特許
第４１８２９１９号には、「銅８６〜９７重量部、酸化
銅１〜７重量部および少なくとも７５重量部の酸化ビス
マスを含むガラスフリット１〜７重量部からなる導体組
成物」が開示され、プロバンス (Provance) の米国特許
第４３２２３１６号には、「ホウ素７〜２７重量部、ガ
ラスフリット０〜３５重量部、残部酸化銅からなる導体
組成物」が開示され、レリック (Rellick)の米国特許第
４３２３４８３号には、「銅、酸化銅、酸化鉛およびビ
スマス酸化物からなり、ガラスフリットを必要としない
導体組成物」が開示され、シウタ (Siuta)等の米国特許
第４５２１３２９号には、「酸化物被膜を有する銅粉末
と３００〜７００℃の軟化点を持つ無機バインダーから
なる導体組成物」が開示され、さらにマコーミック (Ma
Cormick)等のヨーロッパ特許第００６８１６７号には、
「銅６５〜８０重量部、酸化銅０〜６重量部およびＢｉ
を含まない低軟化点ガラス３〜８重量部からなる導体組
成物」が開示されている。

【０００８】上記したように、銅導体組成物に関する多
数の文献が公知であるが、いずれも銅導体上へのメッキ
付けに関しては考慮されていない。

【０００９】一方、厚膜ペースト上へのメッキに関して
は、例えば、特開昭５６−１２５８８９号には、「耐熱
性絶縁基板上へＰｄ、Ｐｔ化合物を含むペーストを塗
布、焼成後、Ｎｉ、ＣｕまたはＣｏを無電解メッキする
ことで回路を形成する方法」が開示され、また厚膜印刷
基板の製造法に関し、特開平３−１２４０９１号には、
「アルミナセラミック基板に銅ペーストを印刷し、焼成
した銅厚膜の電極部に無電解メッキ法でＮｉ−Ａｕ層を
設ける方法」が開示され、さらに、特開平３−１７５６
８９号には、「導体パターン上にＮｉまたはＣｏを含有
する物質よりなるメッキ層を無電解メッキにて形成し、
厚膜回路基板を得る方法」が開示されている。このよう
に、導体上へ無電解メッキでメッキ層を形成する方法が
各種提案されているが、本発明に関連のある銅導体ペー
ストの組成に関しては開示されていない。

【００１０】以上詳述したように、メッキ付けが可能な
銅導体ペースト組成物に関する有用な技術は開示されて
いない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような現
状に鑑みてなされたものであって、その目的は、無機誘
電体上に焼き付けた銅導体上に無電解メッキあるいは電
解メッキを行った後においても無機誘電体との間で接着
強度の劣化の少ないメッキ付け可能な厚膜銅導体ペース
ト組成物を提供することにある。また、本発明は、メッ
キ工程中において、パラジウム溶液による厚膜銅導体表
面の活性化処理を省略することのできるメッキ付け可能
な厚膜銅導体ペースト組成物を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者は種々検討を重ねた結果、導体成分として銅
粉末と少量のパラジウム化合物を混合することでメッキ
付け工程中でのパラジウム溶液による活性化処理を省略
しても良好にメッキ付けができることを見いだし、かつ
メッキ後の無機誘電体との接着強度の強い厚膜銅導体ペ
ースト組成物を得るに至った。すなわち、本発明の要旨
は、下記配合の無機粉末７０〜９５重量部と有機ビヒク
ル５〜３０重量部からなるメッキ付け可能な厚膜銅導体
ペースト組成物にある。

【００１３】無機粉末は、銅粉末１００重量部とパラジ
ウム化合物（金属パラジウムとしての重量が０．０５〜
５重量部）とガラスフリット１〜６重量部からなるもの
をいう。

【００１４】本発明でいう銅粉末とは、平均粒径が０．
５〜１０μｍ、タップ密度が２〜５ｇ／cm³ のものを指
しており、粉末形状は球状、フレーク状、樹脂状のいず
れでもよい。また、自然環境下で銅粉表面が酸化される
程度の酸素を含有してもよく、その量は銅粉中の酸素含
有量として１重量％以下である。

【００１５】パラジウム化合物としては、パラジウム粉
末、酸化パラジウム粉末、塩化パラジウム、硝酸パラジ
ウム、酢酸パラジウム、樹脂酸パラジウム等の液状、固
形状のいかなるパラジウム化合物も使用しうるが、金属
パラジウム換算で銅粉１００重量部に対して０．０５〜
５重量部が最適である。０．０５重量部より少ないとメ
ッキ時のパラジウム溶液による活性化処理を行わなけれ
ばメッキ被膜の析出が困難となり、一方、５重量部より
多いと卑金属で安価な銅粉末を用いるという経済的効果
が薄れてしまう。

【００１６】一方、ガラスフリットはホウケイ酸鉛系、
ホウケイ酸亜鉛系、ホウケイ酸鉛亜鉛系等のものが使用
できるが、これらに限定されるものではない。しかし、
ガラスフリットがペースト中に含有されていなければ、
無機誘電体基板との接合強度が充分でないため、適量加
える必要がある。銅粉１００重量部に対してガラスフリ
ットが１重量部より少ないと無機誘電体との接合強度が
充分でなく、また６重量部より多いと焼成された厚膜銅
導体表面にガラスフリットがブリードアウトし易くなっ
てメッキ付き性が悪くなる。

【００１７】銅粉末、パラジウム化合物およびガラスフ
リット以外の無機物の添加については、例えばＮｉ、Ｚ
ｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｇ等の化合物を厚膜銅導体の特性を
落とさない範囲で配合することは可能である。

【００１８】また、有機ビヒクルとは、エチルセルロー
ス、（メタ）アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等をブチ
ルカルビトールアセテート、ターピネオール等の樹脂成
分を溶解することのできる溶媒で溶解したものを指し、
当業界で一般に使用されているものを使用できる。無機
成分に対する有機ビヒクル成分の量はビヒクルの種類に
よって異なるが、有機ビヒクルを完全に揮散せしめるた
めには、無機成分７０〜９５重量部に対する有機ビヒク
ル成分の比率は５〜３０重量部とするのが好ましい。

【００１９】本発明のメッキ付け可能な厚膜銅導体組成
物は、撹拌混合機を用いて混練したのち、３本ロールミ
ルで分散安定化させ、ペースト状とすることができる。
このペースト組成物は無機誘電体上にスクリーン印刷、
転写印刷、ディッピング、またはディスペンサー塗布等
の適宜の方法によって塗工することができる。次いで、
ペーストを塗布した無機誘電体を１００〜２００℃の温
度で乾燥後、８５０〜１０６０℃の温度範囲内で焼成す
ることができる。焼成雰囲気は、非酸化性が好ましく、
Ｎ₂ またはＡｒ等の不活性雰囲気を採用することができ
る。なお、有機樹脂の燃焼促進のため系内に少量の酸素
を含有することが好ましい。

【００２０】上記ペースト化工程において、ペーストの
性状をコントロールするため、メッキ付け可能な厚膜銅
導体組成物の特性を損なわない限りにおいて、界面活性
剤、可塑剤等を配合することが可能である。

【００２１】また、無機誘電体としては、ハイブリッド
ＩＣやセラミックパッケージ等に使用されているアルミ
ナ基板、窒化アルミニウム基板、ホーロー基板の他に低
温で焼成可能なガラス−セラミック基板などを挙げるこ
とができる。さらに、セラミックコンデンサーや高周波
用途の基板材料、フェライト基板等のセラミック基板を
使用することが可能である。

【００２２】

【作用】無機誘電体上に塗布焼成した本発明の銅導体ペ
ーストに無電解メッキあるいは電解メッキを施した後も
無機誘電体と銅導体との密着性は充分に確保され、信頼
性のある回路または電極を得ることができる。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

【００２４】本実施例においては、銅粉としては以下の
表１に示すもの、またガラスフリットとしては以下の表
２に示すものを使用した。表２における配合量は重量部
を示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】そして、以下の表３に示すように配合した
ものを混合撹拌機にて予備混練した後、３本ロールミル
で均一に分散させてペーストを作製した。これらの各ペ
ーストを同表に示す材質の基板に同表記載の各塗布方法
で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥した。次いで、この
各基板を、５ｐｐｍの酸素を含有する窒素雰囲気、ピー
ク温度９００℃、インアウト６０分の条件のベルト式焼
成炉で焼成した。そして、焼成した基板をまず溶剤で脱
脂し、次いでアルカリ脱脂および酸洗を行い、表面が清
浄にされたものについて、表３記載のようにメッキを行
った。メッキ条件は、無電解Ｎｉおよび無電解Ａｕメッ
キの場合、パラジウム溶液による活性化処理を省略し、
直接Ｎｉ−Ｂ系のメッキ浴中で処理を行い、Ｎｉを０．
１〜５μｍ厚付着させ、さらにその後Ａｕを０．０１〜
０．１μｍ厚付着させた。一方、電解メッキの場合、洗
浄工程は無電解メッキと同じであるが、バレルメッキ法
によりＮｉを１〜５μｍ厚付着させ、引き続き半田メッ
キを０．５〜２μｍ厚み施した。 このようにしてメッ
キされた各基板に対して半田にてワイヤを固定し、ピー
ル法で引き剥がし強度を測定した。その結果を表３に示
す。表３において配合量は重量部を示し、メッキ後の接
着強度は、３．０ｋｇ／２mm□以上が合格である。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３に明らかなように、本実施例に係るも
ののメッキ後の接着強度はすべて合格値である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、メッキ工程中にパラジ
ウム溶液による厚膜銅導体表面の活性化処理を省略して
も、無機誘電体上に焼き付けた銅導体上に無電解メッキ
あるいは電解メッキを行った後において無機誘電体との
間で接着強度の劣化の少ないメッキ付け可能な厚膜銅導
体ペースト組成物を提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記配合の無機粉末７０〜９５重量部と
   有機ビヒクル５〜３０重量部からなるメッキ付け可能な
   厚膜銅導体ペースト組成物。無機粉末は、銅粉末１００
   重量部とパラジウム化合物（金属パラジウムとしての重
   量が０．０５〜５重量部）とガラスフリット１〜６重量
   部からなるものをいう。