JPH0773731A - 厚膜導電性ペースト組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適正な粒成長が行われ、膜が緻密で膜強度が
高く、導体抵抗が低い厚膜導電性ペースト組成物を提供
する。 【構成】 Ａｌ及び／又はＡｌを含む合金の粉末と、バ
ナジウム粉末及び/ 又は酸化バナジウム粉末と、有機ビ
ヒクルと、必要に応じて添加されるガラス粉末よりなる
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種電子部品や半導体
基板上に適用される電極ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーミスターや圧電体等のセラミック電
子部品の電極用ペーストとしては、金属粉末として、Ａ
ｇを始めとする貴金属を用いることが広く行われてい
る。しかし、Ａｇ単体では、比較的高い印加電圧で用い
る場合や、湿度の高い環境下で用いる場合は、マイグレ
ーション（Ａｇ成分のイオン化による電場方向への移
動)により、電極間の短絡等の不都合が起こる。これを
抑えるため、Ａｇに適量のＰｄを添加することや、Ａｕ
に置き換えることが一般に行われているが、いずれの場
合もコスト高になる。

【０００３】また、素体に比較的低い温度でＮｉ電極を
焼き付けることや、不活性雰囲気での焼成が可能な場合
には、ＣｕやＮｉで置き換えることなどにより、低コス
ト化することも試みられているが、膜の密着性や耐湿性
等で充分な信頼が得られない。

【０００４】そこで一部では、金属粉末としてＡｌを主
体としたペーストを用いることが試みられており、低コ
ストと信頼性を両立したものがすでに実用化されてい
る。これらは、大気中の焼成によっても充分な導電性が
得られる。Ａｌ粉末としては、純粋なＡｌ以外に、目的
に応じてＡｌ／Ｍｇ、Ａｌ／Ｓｉ、Ａｌ／Ｃｕ等の合金
が単体あるいは純粋なＡｌと併用して用いられる( 以
下、純粋なＡｌを含め、これらを「Ａｌ合金」と称す
る) 。

【０００５】一方、太陽電池用Ｓｉ基板の裏面（ｐ型
側) 電極用として、基板と良好なオーミック性を得るた
め、Ａｌペーストを印刷焼成した後、Ａｇペーストを印
刷焼成する、あるいはＡｇ／Ａｌ系ペーストを印刷焼成
することが一般的に行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の技術にあっては、次のような欠点がある。

【０００７】(1) Ａｌ合金粉末は一般に焼結性が乏し
く、充分な膜強度が得られない。これを大気雰囲気中
で、純粋なＡｌの融点より充分高い温度( 例えば８５０
℃) で焼成した後の膜をＳＥＭ等で観察すると、Ａｌ合
金粒子がペースト中での形状・粒径をほとんど維持して
おり、粒成長していないことが観察される。膜強度を補
うため、多量のガラス粉末を添加すると、Ａｌ合金本来
の低い導体抵抗が損なわれるという別の問題が発生す
る。

【０００８】(2) Ａｌ合金を含む２種以上の金属粉末よ
りなる導電性ペーストの場合、Ａｌ合金と他の金属粉末
の反応( 固溶、共晶、中間化合物の形成等) が起こら
ず、Ａｌ合金量の多い場合、膜が著しく緻密性に乏しい
ものになる。これに伴って、膜強度や素体との接着強度
が低くなる。Ａｇ／Ａｌ系においては、Ａｌ量の増加と
ともに、著しく半田濡れ性が悪くなる。

【０００９】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、適正
な粒成長が行われ、膜が緻密で膜強度が高く、導体抵抗
が低く、また、金属粉末がＡｇを主体とする場合は半田
濡れ性に優れた厚膜導電性ペースト組成物を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の厚膜導電性ペースト組成物は、Ａｌ合金の粉
末と、バナジウム粉末及び／又は酸化バナジウム粉末
と、有機ビヒクルと、必要に応じて添加されるガラス粉
末よりなるものである。

【００１１】また、Ａｌ合金の粉末と、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｗ及びＭｏの群から選ば
れる少なくとも１種以上の金属の粉末と、バナジウム粉
末及び／又は酸化バナジウム粉末と、有機ビヒクルと、
必要に応じて添加されるガラス粉末よりなるものであ
る。

【００１２】Ａｌ合金の粉末は、一般にアトマイズ法に
より作製される。ペースト化した際スクリーン印刷が可
能であれば、特に粒径、形状は限定されない。

【００１３】ガラス粉末は必ずしも必須成分ではない
が、これを添加する場合は、その組成はＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ
₃ 系、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系、ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ
₃ −ＺｎＯ系等導電性ペーストの添加物として使用され
るものであれば、いかなるものでも使用可能である。

【００１４】バナジウムは金属、酸化物あるいはそれら
の混合物の粉末が使用可能である。

【００１５】Ａｌ合金粉末や貴金属の粉末を主体とした
ペーストの場合、通常、素体への焼き付けは大気雰囲気
中で行われる。その場合、金属のバナジウムを添加して
も、焼成温度( 例えば８５０℃) に至るまでに、それら
はほぼ完全に酸化されてしまうので、その添加効果は酸
化バナジウムの場合と変わらないものと考えられる。ま
たバナジウムは酸化物の形として、ＶＯ、Ｖ₂ Ｏ₃ 、Ｖ
Ｏ₂ 、Ｖ₂ Ｏ₅ が知られているが、これらのいずれで
も、特に添加効果は変わらない。というのは、酸化バナ
ジウムは焼成中に最も安定なＶ₂ Ｏ₅ になるためである
と考えられる。卑金属を主体としたペーストは不活性雰
囲気中で焼成せねばならないが、この場合は、Ｖ₂ Ｏ₅
のみ顕著な添加効果を示す。

【００１６】有機ビヒクルは、セルロース系やアクリレ
ート系の樹脂をターピネオール、ブチルカルビトール、
セルソルブ等の溶剤に溶解したものが使用可能である
が、これらに限定されるものではない。

【００１７】

【作用】酸化バナジウムの存在がＡｌ合金、またはＡｌ
合金とＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｗ
及びＭｏの群から選ばれる少なくとも一種以上の金属の
粉末の焼成時の粒成長を促進する機構としては、以下の
ように考えられる。すなわち、Ａｌ粒子は表面の酸化膜
のため、実質的にＡｌ₂ Ｏ₃ と同様焼結を阻害するが、
酸化バナジウムが存在することにより、Ｖ₂ Ｏ₅ −Ａｌ
₂ Ｏ₃ は、それらがおよそ７：３（モル比）で、Ｖ₂ Ｏ
₅ と中間化合物であるＡｌＶＯ₄ が共晶組成となるた
め、Ａｌ合金粉の粒子表面の酸化膜が溶解し、内部の溶
融した金属Ａｌ合金同士あるいはこれらと上記の各金属
が直接反応するため、焼結・粒成長が促進されるものと
考えられる。

【００１８】バナジウム及び／又は酸化バナジウムの粉
末量を、Ａｌ粉末１００重量部に対して１〜５０重量部
に限定したのは、１重量部未満の場合、添加効果が明瞭
ではなく、５０重量部を超えると焼成膜の導体抵抗や素
体との接触抵抗が高くなり、電極用導電性ペーストとし
て好ましくないからである。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれら実施例に限定されるものではない。 〔実施例１〕平均粒径３μｍのアルミニウム粉末、平均
粒径１μｍのＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系ガラス粉
末、平均粒径３μｍのＶ₂ ０₅ 粉末、及びエチルセルロ
ース／ターピネオール系の有機ビヒクルを以下の表１に
示す割合（重量％）で混合し、３本ロールミルによりペ
ースト化した。

【００２０】得られたペーストを２５mm×２５mm×２mm
の板状のサーミスター用チタン酸バリウム系セラミック
焼結体の上に、あるものは幅５００μｍ×長さ１５０mm
（アスペクト比３００）のジグザグ状のラインのパター
ンを素体の片面に、あるものは２４mm×２４mmの『べた
( 全面）』のパターンを素体の両面に印刷した後、ベル
ト式炉にて７００℃×１０min 焼成した（入口から出口
まで１時間）。

【００２１】得られた焼成膜は、初期のパターンの大き
さから、導体の外側に向かってＡｌが樹枝状に成長する
Ａｌ系導体膜特有の現象が見られたが、ジグザグ状ライ
ン間の短絡、べたのパターンの両電極間の素体を挟んで
の短絡はいずれも見られなかった。

【００２２】ジグザグ状ラインを印刷したものはライン
両端間の電気抵抗（導体抵抗) を測定し、べたのパター
ンを印刷したものは素体を挟む両電極間の電気抵抗（全
抵抗) を測定した。電気抵抗の測定はいずれも２５．０
℃±０．５℃で行った。また粒成長の様子をＳＥＭにて
観察した。

【００２３】これらの結果を次の表１に示す。なお、ジ
グザグ状のラインパターンの場合は膜厚を測定し、電気
抵抗を１０μｍ厚換算のシート抵抗の形で表現した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に明らかなように、試料Ｎｏ２〜５の
場合のように、酸化バナジウムを適量添加することによ
り、導体抵抗、全抵抗とも低くなることがわかる。カッ
ターにより膜を削る試験をしたところ、Ｖ₂ Ｏ₅ １０重
量％添加のＮｏ４の試料で、最も硬い膜となることがわ
かった。

【００２６】〔実施例２〕図１に示すような構造の多結
晶Ｓｉ太陽電池に、本発明のＡｇ／Ａｌ系ペーストを適
用した。ＢとＰをそれぞれ導入することによりＰ／Ｎ接
合を形成したＳｉ基板のｎ型Ｓｉ基板２側にＡｇペース
ト３を図２に示すパターンで印刷し、ｐ型Ｓｉ基板１側
にＡｇ／Ａｌペースト４を印刷した。ＡｇペーストはＡ
ｇ粉末とＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ ＳｉＯ₂ 系ガラス粉末と有
機ビヒクルを混合・混練してなるもので、Ａｇ／Ａｌペ
ーストは以下の表２に示す配合（重量％）のものを混合
・混練してなるものである。これらを１５０℃×５min
乾燥の後、ベルト式炉にて７４０℃×１ min焼成した
（入口から出口まで１０分間）。

【００２７】そして、得られたセルについて直列抵抗及
びFill Factor (FF)を測定した。その結果を以下の表２
に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２に明らかなように、Ｖ₂ Ｏ₅ を適量添
加したＮｏ８、Ｎｏ１１の試料では、直列抵抗は低く、
ＦＦは高くなることがわかる。なお、ＳＥＭ像で、Ｖ₂
Ｏ₅を３重量％添加したＮｏ９、Ｎｏ１２の試料に見ら
れる異物は、ＡｌＶＯ₄ や未反応のＶ₂ Ｏ₅ であると考
えられる。また、得られた基板を２３０℃の２Ａｇ／６
２Ｓｎ／３６Ｐｂ組成の半田に１０sec 浸漬し、Ａｇ／
Ａｌ膜の半田濡れ性を目視により観察した。その結果、
Ｖ₂ Ｏ₅ を添加しないものはいずれも全く半田に濡れな
かったが、Ｖ₂ Ｏ₅ を添加したものは、ほぼ全面半田に
濡れることが確認された。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る厚膜導電性ペースト組成物
によれば、酸化バナジウムの添加により、Ａｌ合金粉ま
たはこれを含むＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｗ及びＭｏの群から選ばれる少なくとも一種以上
の金属の粉末の焼結・粒成長を促進し、これに伴う導体
抵抗の低下、素体との接触抵抗の低下、膜強度の向上が
顕著である。また、Ａｇ／Ａｌ系電極においては、酸化
バナジウムの添加により、半田濡れ性が著しく向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した多結晶Ｓｉ太陽電池の構造を
示す模式図である。

【図２】図１の電池のｎ型Ｓｉ基板側に印刷したＡｇペ
ーストのパターンを示す図である。

【符号の説明】

１…ｐ型Ｓｉ基板 ２…ｎ型Ｓｉ基板 ３…Ａｇペースト ４…Ａｇ／Ａｌペースト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ及び／又はＡｌを含む合金の粉末
   と、バナジウム粉末及び／又は酸化バナジウム粉末と、
   有機ビヒクルと、必要に応じて添加されるガラス粉末よ
   りなることを特徴とする導電性ペースト。
2. 【請求項２】 Ａｌ及び／又はＡｌを含む合金の粉末
   と、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｗ及
   びＭｏ群から選ばれる少なくとも１種以上の金属の粉末
   と、バナジウム粉末及び／又は酸化バナジウム粉末と、
   有機ビヒクルと、必要に応じて添加されるガラス粉末よ
   りなることを特徴とする導電性ペースト。
3. 【請求項３】 バナジウム及び／又は酸化バナジウムの
   量が、Ａｌ量１００重量部に対して１〜５０重量部であ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ペース
   ト。