JPH0785720A - 導体ペースト及びこれを用いた回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 銀を主成分とする導体ペーストにおいて、銀
粒子の粒成長を抑制することにより、導体ペーストにお
ける焼成時の収縮率を低減し、セラミック製の回路基板
との密着性を向上して、配線の断線等の導通不良の発生
を防止する。 【構成】 導体層形成用の銀ペーストにおいて、銀粒子
の粒径を大きくし、且つ有機シリコンを混入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼成形成時の収縮率を
低減した銀を主成分とする導体ペースト、及びこれを用
いた回路基板に関する。特に、多層配線が必要な電子部
品等において、セラミック製の回路基板における配線形
成用の導体ペースト及びこれを用いた回路基板に関す
る。

【０００２】尚、本明細書中、導体ペーストの「収縮
率」は、導体ペーストを印刷・乾燥（有機溶剤が完全に
揮発した状態）したときの膜厚に対する焼成後の膜厚の
比を示し、次式 １００−（焼成後の膜厚／乾燥後の膜厚）×１００
（％） により表される値をいう。

【０００３】

【従来の技術】例えば、ハイブリッドＩＣ、複写機等に
用いられる定着ヒータ等の電子部品における回路基板と
して、アルミナ等のセラミック製の回路基板がよく用い
られる。従来より、このようなセラミック製の回路基板
における配線（導体層）を形成する導体ペーストとし
て、銀ペースト、銀−白金ペースト等の銀を主成分とす
る導体ペーストが主に使用されている。

【０００４】上記銀ペーストは、銀を平均粒径を１μｍ
程度とし、これに回路基板との密着強度を高めるべく軟
化点５００℃程度のガラス成分を重量比で銀：ガラス成
分＝９８：２程度とし、これらを適当な樹脂及び溶剤に
混入したペーストである。また、上記銀−白金ペースト
は、上記銀ペーストにおける銀粒子に白金の粒子を、上
記銀の平均粒径と同程度として、得られる配線の導体抵
抗値（シート抵抗値）が所定値より高くならない範囲で
混入したペーストである。これら導体ペーストは、回路
基板上に所定のパターンにおいて印刷・乾燥後、８００
〜８５０℃程度で焼成することにより導体層とされてい
る。

【０００５】また、特開平２−２２７９０９号公報に
は、導体回路を形成する導体材料として、平均粒径０．
１μｍ以下の銀等の導電性微粉末と金の有機化合物等の
有機金属化合物からなる導電性ペーストが提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記銀
ペースト、銀−パラジウムペースト及び銀−白金ペース
トにおいて主成分として用いられている銀粒子は、焼成
時の８００℃前後の温度において、粒成長が進み易い特
性がある。この粒成長は、銀粒子の粒径が小さいほど銀
粒子同士の接触面積が大きくなり反応性が高められるこ
とにより、その度合いが大きくなる傾向がある。ところ
が、上記従来の導体ペーストは、含有する銀粒子の平均
粒径が１μｍ程度と比較的小さく調整されているため
に、これら導体ペーストを用いて導体層を形成した場
合、焼成時に銀粒子の粒成長が進みやすく、銀粒子間に
隙間なく凝集することとなるから、得られる導体層の層
厚は、導体ペーストの乾燥後の層厚から大きく収縮した
ものとなり、その収縮率は大きいものである。上記銀ペ
ースト、銀−パラジウムペースト及び銀−白金ペースト
の収縮率は、５３〜５７％程度である。従って、上記従
来の導体ペーストを用いて回路基板上に導体層を形成し
た場合、得られる導体層は、上記収縮により回路基板に
対する密着強度が低下してしまうのである。

【０００７】また、上記公報に記載の導電性ペースト
は、微細且つ鮮鋭な回路パターンを形成するべく極めて
微細な粒子径を有する導電性微粉末を用いているため
に、更に収縮率が高いものであり、密着強度を低下させ
てしまうのである。

【０００８】上記導体ペーストの収縮による密着強度の
問題は、特に回路基板に多層配線のためのスルーホール
が設けられていたりした場合、このスルーホール及びそ
の近傍で顕著に生じるものである。即ち、上記スルーホ
ールは、一般に炭酸ガスレーザにより高温下に昇華させ
て形成されるために、上記スルーホールの壁面及びその
近傍における回路基板の表面は、ガラス化しており、こ
の上に導体ペーストを印刷・焼成して導体層を設けたと
すると、形成される導体層と回路基板との界面に密着力
を生み出すメタル−ガラス構造が良好に形成されず、回
路基板におけるレーザが照射されていない表面に形成さ
れた導体層に比して、一段と密着力が低下するのであ
る。その結果、導体ペーストの焼成時の収縮が促進さ
れ、スルーホールを完全に導体層で埋設して配線するス
ルーホール導体充填タイプの場合、図１に示すように、
導体層１と回路基板２におけるスルーホール３との間に
三日月状の空間４が発生し、断線等による導通不良を招
来しかねないのである。

【０００９】また、上記導体ペーストの収縮による導体
層の密着不良を緩和すべく、導体ペーストのスルーホー
ル内の印刷を、スルーホールの一方開口部から吸引する
など工夫して、乾燥後の膜厚を薄くし（例えば５０μｍ
程度）、焼成時の収縮力を低減する方法が採られる場合
があるが、それでも導体ペーストの収縮を完全に抑制し
えることはなく、スルーホールの壁面に導体層を形成し
て配線するスルーホール内包タイプの場合、図２に示す
ように、導体層１は、回路基板２の表裏面におけるスル
ーホール３のエッジ部３ａ，３ｂにおいて薄くなり、や
はり導通不良を招来しかねず、しかも印刷の条件及管理
が極めて煩わしいものである。

【００１０】本発明は、銀粒子の粒成長を抑制すること
により、導体ペーストにおける焼成時の収縮率を低減
し、セラミック製の回路基板における配線（導体層）を
厚い層により形成しても断線等の導通不良が生じること
のない信頼性の高い回路基板を形成し得る技術を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、導体層形成用の銀ペ
ーストにおいて、銀粒子の粒径を大きくし、且つ有機シ
リコンを混入することにより、焼成時の銀粒子の粒成長
を抑制でき、収縮率を低減できることを見出した。ま
た、上記のようにしたペーストに更に高軟化点のガラス
成分を混入することにより、セラミック製の回路基板と
の密着性を向上し得るとともに、一段と収縮率を低減で
きることを見出した。

【００１２】即ち、本発明は、次の導体ペースト及び回
路基板に係るものである。

【００１３】 平均粒径３μｍ以上の銀粒子及び焼成
により無機酸化物を生成するレジネートペーストを含有
することを特徴とする導体ペースト。

【００１４】 セラミック製の回路基板における配線
形成用の導体ペーストであって、銀粒子及び有機シリコ
ンを含有し、上記銀粒子が平均粒径３μｍ以上に調整さ
れていることを特徴とする導体ペースト。

【００１５】 セラミック製の回路基板における配線
形成用の導体ペーストであって、銀粒子、有機シリコン
及びガラス成分を含有し、上記銀粒子が平均粒径３μｍ
以上に調整されており、且つガラス成分が７００℃以上
の高軟化点を有するものであることを特徴とする導体ペ
ースト。

【００１６】 上記乃至のいずれかに記載の導体
ペーストにより配線が形成されている回路基板。

【００１７】本発明の導体ペーストにおいて用いられる
銀粒子は、その粒径が大きくなるほど導体ペーストとし
ての収縮率を低減できる反面、導体抵抗（シート抵抗）
を大きくさせることとなるので、平均粒径を、３μｍ程
度以上、好ましくは３〜５μｍ程度とされる。

【００１８】また、本発明において用いられるレジネー
トペーストとしては、例えば有機シリコン等を挙げるこ
とができ、焼成時に無機酸化物、例えば上記有機シリコ
ンの場合は酸化シリコン、を生成するもので、その配合
量を多くするほど、即ち焼成時に生成する無機酸化物の
量が多いほど、収縮率は低減するが、余りに多くし過ぎ
ると導体層（配線）としての導体抵抗が大きくなり過ぎ
るので、配合率は、導体ペースト焼成後の導体層中に無
機酸化物（酸化シリコン）として、０．０５重量％程度
以上、より好ましくは０．１〜１重量％程度の範囲で含
有されるように調整される。尚、ここでいう「有機シリ
コン」とは、Ｓｉを樹脂化したものをも包含する。

【００１９】本発明において用いられるガラス成分とし
ては、一般にガラスフリットと呼ばれる、例えば鉛ガラ
ス等のガラス粉砕体を好ましく用いることができ、その
軟化点は７００℃程度以上、より好ましくは７５０℃程
度以上とされる。また、ガラス成分の配合量は、増加に
ともない密着性を高めることはできるが、その反面、導
体抵抗を低下させることとなるので、配合率は、導体ペ
ースト焼成後の導体層中に２重量％程度以下、より好ま
しくは１〜１．５重量％程度の範囲で含有されるように
調整される。

【００２０】本発明では、上記銀粒子及びレジネートペ
ースト、或いはこれらにガラス成分を添加した混合物
を、例えばエチルセルロース等の樹脂をバインダとし、
更に例えばテレピネオール、ブチルカルビトールアセテ
ート、エチレングリコールモノブチルエーテル等の高沸
点有機溶媒で適当な粘度のペースト状に適宜調整して導
体ペーストとされる。この際、必要に応じて、例えば、
銀粒子にパラジウム、白金、金、ニッケル、チタン等の
金属粒子を、導体抵抗値が所定値より高くならない範囲
で添加してもかまわない。

【００２１】

【作用】本発明によれば、銀粒子の平均粒径を３μｍ程
度以上とするので、導体ペーストにおける全体的な銀粒
子の表面積が小さく、このことにともなって焼成時の銀
粒子同士の接触面積が小さくなり、銀粒子間の反応性を
低減でき、銀粒子の粒成長を抑制することができる。従
って、焼成にともなう容積減少は低減される。更に、含
有するレジネートペーストが焼成時に酸化分解されて無
機酸化物、例えば上記レジネートペーストとして有機シ
リコンを用いる場合は酸化シリコン、を析出し、この無
機酸化物（酸化シリコン）が上記銀粒子間に介在するこ
とにより、金属粒子同士の接触が妨げられることにな
り、銀粒子の粒成長を一層抑制することができるのであ
る。その結果、導体ペーストにおける収縮率は、低減さ
れることになり、この収縮率が低減される分、焼成時、
導体ペーストがその中心へ向かって引き寄せられる力が
小さくなり、得られる配線（導体層）のセラミック製の
回路基板に対する密着強度を大きくし得る。

【００２２】一方、含有するガラス成分を７００℃程度
以上の高軟化点のものとしたので、焼成時の不必要なガ
ラスの流動による膜減りを軽減して導体ペーストにおけ
る収縮率を更に低減することができるとともに、セラミ
ック製の回路基板上において、該回路基板との界面で良
好なメタル−ガラス構造形成を助長し、上記回路基板と
の密着性をも一層向上できる。

【００２３】以上のことより、本発明の導体ペースト
は、従来のものより収縮率が小さく、セラミック製の回
路基板に導体層を形成したときの該導体層の密着強度は
向上するので、導体層の膜厚を厚くすることができ、特
に上記回路基板にスルーホールが形成され、該スルーホ
ールに配線を形成する場合において、上記スルーホール
において断線等の接続不良の発生を防止し得る。

【００２４】

【実施例】以下実施例を示すことにより、本発明の特徴
とするところをより詳細に説明する。

【００２５】（実施例１）平均粒径３μｍの銀粒子８
７．０重量％、有機シリコン０．１重量％、並びにエチ
ルセルロース、テレピネオール及びブチルカルビトール
アセテート１２．９重量％を混合して導体ペーストを調
整した。

【００２６】（実施例２）平均粒径３μｍの銀粒子８
７．０重量％、有機シリコン０．１重量％、軟化点７５
Ｏ℃の鉛ガラスフリット１重量％、並びにエチルセルロ
ース、テレピネオール及びブチルカルビトールアセテー
ト１１．９重量％を混合して導体ペーストを調整した。

【００２７】（比較例）平均粒径１μｍの銀粒子８７．
０重量％、軟化点５００℃の鉛ガラスフリット２．０重
量％、並びにエチルセルロース、テレピネオール及びブ
チルカルビトールアセテート１１．０重量％を混合して
導体ペーストを調整した。

【００２８】上記実施例１、２及び比較例の導体ペース
トをセラミック製回路基板上に印刷し、１５０℃で２０
分乾燥し、その後８１０℃で６０分焼成した。その結
果、収縮率は、実施例１：４０％、実施例２：４３％及
び比較例：５５％であった。

【００２９】以上の結果からも、本発明の導体ペースト
が従来のものよりも、収縮率が１５％程度低減されてい
ることが判る。

【００３０】また、上記実施例１、２及び比較例の導体
ペーストを用いて、セラミック製回路基板に設けられた
内径０．４ｍｍのスルーホールに、スルーホール導体充
填タイプ及びスルーホール内包タイプ（乾燥時の膜厚５
０μｍ）の導体層を上記と同条件で印刷・乾燥・焼成し
て形成した。その結果、実施例１及び２の導体ペースト
を用いたときは、充填タイプの場合、スルーホールに三
日月状の空間が発生することなく、また内包タイプの場
合、スルーホールのエッヂ部での膜厚が極端に薄くなる
こともなく良好な導体層を形成することができたが、比
較例の導体ペーストを用いたときは、スルーホールに三
日月状の空間が発生したり、スルーホールのエッヂ部の
膜厚が薄くなり、断線を起こすこともしばしば見られ
た。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、銀を主成分とする導体
ペーストにおいて、その収縮率を、従来の導体ペースト
に比して、非常に低減することができる。従って、従来
のように導体ペーストの乾燥膜厚を薄くなるよう印刷す
る必要なく、比較的厚い膜厚において導体層を形成する
ことができるので、導体ペーストの印刷を容易に行うこ
とができる。

【００３２】また、導体層の膜厚を厚くして形成し得る
ので、導体抵抗を低くできるとともに、回路基板におけ
るスルーホールのエッヂ部での断線等による接続不良を
防止でき、回路基板としての信頼性を向上し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の導体ペーストを用いて回路基板に導体層
を形成した場合に、スルーホールにおいて導体層に三日
月状の空間が生じた状態を説明する斜視図である。

【図２】従来の導体ペーストを用いて回路基板に導体層
を形成した場合に、スルーホールのエッヂ部で導体層が
断線を生じた状態を説明する断面図である。

【符号の説明】

１ 導体層 ２ セラミック製回路基板 ３ スルーホール ３ａ，３ｂ エッヂ部 ４ 空間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒径３μｍ以上の銀粒子及び焼成に
   より無機酸化物を生成するレジネートペーストを含有す
   ることを特徴とする導体ペースト。
2. 【請求項２】 セラミック製の回路基板における配線形
   成用の導体ペーストであって、銀粒子及び有機シリコン
   を含有し、上記銀粒子が平均粒径３μｍ以上に調整され
   ていることを特徴とする導体ペースト。
3. 【請求項３】 セラミック製の回路基板における配線形
   成用の導体ペーストであって、銀粒子、有機シリコン及
   びガラス成分を含有し、上記銀粒子が平均粒径３μｍ以
   上に調整されており、且つガラス成分が７００℃以上の
   高軟化点を有するものであることを特徴とする導体ペー
   スト。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の導体
   ペーストにより配線が形成されている回路基板。