JPH0952785A - 窒化アルミニウム基板用厚膜導体ペースト組成物 - Google Patents

窒化アルミニウム基板用厚膜導体ペースト組成物

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JPH0952785A JP7229635A JP22963595A JPH0952785A JP H0952785 A JPH0952785 A JP H0952785A JP 7229635 A JP7229635 A JP 7229635A JP 22963595 A JP22963595 A JP 22963595A JP H0952785 A JPH0952785 A JP H0952785A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化アルミニウム基板に厚膜技術を適用で
き、印刷、塗布した後、焼成によって導体を基板上に厚
膜として形成することができる厚膜導体ペースト組成物
を提供することである。 【解決手段】 導電性粉末とホウ化物とを有機媒体中に
分散して得られる分散物としてのペースト組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は厚膜導体ペースト組
成物に関し、特に窒化アルミニウム基板上に通常の方法
で被膜として印刷することができる厚膜導体ペースト組
成物に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に厚膜導体ペースト組成物は主要成
分として導電成分、結合剤および有機ベヒクルを含有す
る。導電成分としては貴金属であるパラジウム(Pd)
白金(Pt)または銀(Ag)またはそれらの混合物ま
たは合金、パラジウムおよび銀の酸化物またはそれらの
混合物の微細粉末が広く用いられている。結合剤として
は、ガラス結合剤、有機ベヒクルには、不活性有機液体
が用いられている。これら厚膜導体ペーストは、基板上
にスクリーン印刷により塗布後、得られた印刷パターン
に焼成されるものである。基板は、アルミナまたは窒化
アルミニウムから作られるセラミック基板が使用される
ことが多い。
【0003】近年、窒化アルミニウム基板は、その高い
熱伝導率のために高温の環境下で使用される回路基板へ
適用されることが望まれている。しかし、窒化アルミニ
ウム基板へ金属導体を接着するには、原子状の金属をセ
ラミック基板表面に飛来させ、その化学的に非常に活性
である金属が基板表面に存在する過剰な酸素と結合する
ことによって、金属と基板との間に形成される薄い反応
層(酸化膜)を介して接着させる薄膜技術を利用する必
要があった。これは大規模で高価なパルスドレーザー堆
積法等の装置を必要とし、または窒素を含むため反応が
乏しく、あるいは窒素酸化物が発生する等の問題があ
る。このため、窒化アルミニウム基板に厚膜技術を適用
し、導体ペーストを用いて印刷、塗布した後、焼成によ
って導体をその窒化アルミニウム基板上に“厚膜”とし
て形成することができる厚膜導体ペースト組成物の開発
が望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、窒化
アルミニウム基板に厚膜技術を適用でき、印刷、塗布し
た後、焼成によって導体を窒化アルミニウム基板上に
“厚膜”として形成することができる厚膜導体ペースト
組成物を提供することである。本発明の他の目的は、窒
化アルミニウム基板に厚膜技術を適用でき、印刷、塗布
した後、焼成によって導体を窒化アルミニウム基板上に
“厚膜”として形成でき、且つ得られた導体表面に良好
なハンダ濡れ性を保ちながらハンダ付けまたはメッキを
も行うことを可能とした厚膜導体ペースト組成物を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の一形態による厚膜導体ペースト組成物は、導電体粉
末とホウ化物とを有機媒体中に分散してなることを特徴
とする窒化アルミニウム基板にスクリーン印刷可能な厚
膜導体ペースト組成物である。
【0006】本発明で用いるホウ化物とは、ホウ素と金
属元素とからなる化合物である。この化合物は、ホウ素
と金属元素との2元化合物(金属ホウ化合物と言う)ま
たはホウ素の入った多元系化合物をも含み、空気中で6
00℃〜1000℃の温度範囲で加熱することによって
ホウ酸を発生するすべての化合物を含むものである。金
属ホウ化合物としては、例えば、TiB2、ZrB2、H
fB2、UB2、NbB2、TaB2、CrB2、MoB2
25、CaB6、SrB6、BaB6、LaB6、CeB
6、PrB6、NdB6、SmB6、EuB6、Ni36
Ni26等を挙げることができる。
【0007】本発明において使用されるホウ化物は、基
本的にペースト焼成工程においてホウ素から生成するB
23がガラス化し、導体表面を覆う結果、ハンダ濡れ性
の不良を発生させることがない程度含むことができる。
このハンダ濡れ性不良の原因となり得るB23は、導体
として使用する貴金属の種類、あるいは単体または合金
のいずれの形態に関係し、焼成後の厚膜密度をコントロ
ールすることができ、よって生成し、ガラス化するB2
3(ホウ化物の種類によっても生成するB23の量も
変化する)の厚膜表面への析出を抑制することが可能で
あることから、かなり広い範囲にわたってホウ化物の含
有量を選択することができる。
【0008】例えば、本発明において、ホウ化物として
ZrB2を使用した場合、本発明による厚膜導体ペース
ト組成物を窒化アルミニウム基板へ適用し、ハンダ濡れ
性の不良を発生させないことから、導体の銀100重量
部に対して、ZrB2の含有量は1.6重量部以下である
ことが必要である。
【0009】本発明に使用される導電性粉末は、貴金属
粉末の任意のものであり得る。一般的に貴金属と呼ばれ
るすべての金属が使用され得るが、特に金、銀、白金、
パラジウム、ロジウムおよびそれらの混合物およびそれ
らの合金が使用され得る。これらの金属または合金は微
細粉末の形態で使用される。金属粉末の粒径は塗布方法
に適切でありさえすれば特に重要ではないが、約0.5
〜5ミクロンの範囲にあるのが好ましい。
【0010】本発明においては、上記の導電性粉末とホ
ウ化物とを有機ベヒクルに分散させ、普通半流動性の軟
度を具備する「ペースト」と称される分散物として製造
することができる。本発明の厚膜ペースト組成物におけ
る有機ベヒクル:分散物中の無機固形分の比は、ペース
トの塗布方法および使用される有機媒体の種類に依存
し、変動し得る。
【0011】通常、良好な被覆を得るには分散物は無機
固形分50〜90重量%およびベヒクル50〜10重量
%を含有する。すべての不活性液体をベヒクルとして使
用することができる。濃厚化剤および/または安定剤お
よび/またはその他の一般的添加剤を加えたかまたはこ
れらを加えていない水または種々の有機液体のいずれか
一つをベヒクルとして使用することができる。使用しう
る有機液体の例は脂肪族アルコール、そのようなアルコ
ールのエステル例えばアセテートおよびプロピオネー
ト、テルペン例えば松根油、テルピネオールその他、溶
媒例えば松根油およびエチレングリコールモノアセテー
トのモノブチルエーテル中の樹脂例えば低級アルコール
のポリメタクリレートの溶液またはエチルセルロースの
溶液である。ベヒクルには基板への適用後の迅速な固化
を促進させるための揮発性液体を含有させることができ
るしまたはベヒクルはこれより構成されていることもで
きる。好ましいベヒクルはエチルセルロースおよびβ−
テルピネオールをベースとするものである。
【0012】本発明においてはガラス結合剤を上記ペー
スト組成物に付加的に加えることもできる。使用される
ガラス結合剤としては、ガラスの組成物はそれ自体では
臨界的ではなく、先に述べた導電体相およびホウ化物と
反応することがなく、窒化アルミニウム基板と適合した
熱膨張係数を有し、焼成工程における導電体相を形成す
る金属粒子の焼結を助けるためその焼成温度で十分な粘
度とガラス流動性を有するものであれば使用できる。従
って、慣用のガラス形成性およびガラス変性成分を含有
する広範な種類の酸化物ガラス例えばアルミノボロシリ
ケート、鉛ボロシリケートおよび鉛シリケート自体のよ
うな鉛シリケート、およびビスマスシリケートなどを使
用することができる。
【0013】ガラス結合剤の粒径は特に臨界値があるわ
けではない。しかしながらガラス粒子は0.1〜10ミ
クロン(好ましくは0.5〜5ミクロン)の範囲で平均
粒径は2〜3ミクロンであるべきである。0.1ミクロ
ン未満の微細ガラスは表面が非常に大きく印刷用ペース
トとして適当な流動性を得るには大量の有機媒体を必要
とする。一方、10ミクロンより大きい粒子の場合、ス
クリーン印刷の障害となる。
【0014】
【作用】ホウ化物が、焼成工程において酸化されること
によって生成する金属酸化物ならびにB23とが窒化ア
ルミニウム基板と反応し、酸化反応生成物(2Al23
・B23)を生成し、これが導電体である金属と基板と
の接着に寄与するものである。
【0015】試験方法 導体抵抗試験パターン部2、パッド部(2×2mm)3を
備えた図1のようなテストパターン1を用いて、厚膜ペ
ースト組成物を窒化アルミニウム基板上にスクリーン印
刷、乾燥、焼成し、焼成後の導体の厚みが10μm程度
になるようにする。 (1) 抵抗値測定 導体抵抗試験パターン部分2の抵抗値をN回測定する
(N=4)。平均値を200で割り、単位面積あたりの
抵抗値を求め実測した膜厚で換算し、10μm厚さあた
りの単位面積抵抗値(単位:オーム/平方)を求める。
【0016】(2) 接着強度 図1の9ケのパッド(2mm×2mm)3に、テストパター
ン1上に設けられたワイヤー位置合わせマーク4に従っ
て3本のクリップ状のワイヤー5をはさみ、そのまま2
20℃±5℃の温度によってハンダ付けを行なう。使用
されるハンダ組成は、すず/鉛/銀=62/36/2と
する。ハンダ付け後、16時間室温放冷後、ワイヤーを
下部の曲げマーク6に合せて90°に曲げ、引張り強度
をN回測定する(N=12)。ここでは、N=12を採
用し、12回の測定値の平均値を基板上に適用された厚
膜導体の接着強度とする。 (3) ハンダ濡れ性 図1のテストパターンをハンダ(接着強度測定に用いた
ものと同じ)に浸漬(5秒間)後、引き上げ、パッド3
のハンダ付着状態を観察する。測定は全パッド数に対し
て、ハンダが完全に付着し導体表面が見えないパッドの
割合で行なう。本発明の場合、90%以上を良とした。
【0017】
【実施例】本発明を以下の実施例および比較例によって
さらに詳細に説明する。例中、導電性粉末、金属ホウ化
物およびベヒクルの配合割合は重量%によって、表1に
表記する。 実施例1〜10 銀粉末、ジルコニウムホウ化物およびベヒクルを表1に
記載の重量割合で混合し、三本ロールのミリングマシン
により充分に混練し分散物である厚膜導体ペーストを得
る。所望により得られたペースト組成物をスクリーン印
刷に適したレオロジーに調整する。上述のようにして調
整した厚膜ペースト組成物を窒化アルミニウム基板上に
スクリーン印刷により塗布し、得られたパターンを85
0℃で焼成して、焼成後の導体厚みが10μmとなる本
発明の厚膜導体を製造した。この導体の抵抗値、接着強
度およびハンダ濡れ性を上述した方法により評価し、そ
の結果を表1に示す。 例11 表1に示した指示に従って、銀粉末、ジルコニウムホウ
化物および下記表2の構成のガラス結合剤とを、エチレ
ンセルロースとβ−テルピネオールとからなるベヒクル
中に分散させ、これを3本ロールミルで混練してペース
ト組成物を調整した。例1〜10の手順と同様にして厚
膜導体を製造し、その特性を測定した結果を表1に示
す。
【0018】比較例 ホウ化物を含有していない点を除き実施例1〜11と同
様に銀粉末を表1に示す重量割合で含み、ベヒクル中に
分散させ、これを3本ロールミルで混練して比較例とし
てのペースト組成物を調整した。得られたペースト組成
物を実施例に記述したのと同一の方法で窒化アルミニウ
ム基板上に適用した。そして、実施例と同じように基板
上に形成された厚膜ペーストの抵抗値、接着強度および
ハンダ濡れ性を測定した。その結果は表1に示す通りで
あった。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明の厚膜導体ペースト組成物によれ
ば、窒化アルミニウム基板に対して厚膜技術を適用し、
印刷、塗布した後、焼成によって厚膜として基板に強固
に接着した導体を形成することができ、且つ良好なハン
ダ濡れ性を得られることから基板上に形成された導体表
面へのハンダ付けまたはハンダメッキを施すことを可能
とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる厚膜導体ペーストの特性試験を
行う場合に用いられるテストパターンを示す平面図であ
る。
【符号の説明】
1 テストパターン 2 導体抵抗試験パターン 3 パッド 4 ワイヤー位置合わせマーク 5 ワイヤー 6 ワイヤー曲げマーク

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電体粉末とホウ化物とを有機媒体中に
    分散してなる窒化アルミニウム基板にスクリーン印刷可
    能な厚膜導体ペースト組成物。
  2. 【請求項2】 導電体粉末と、ホウ素と金属元素との二
    元化合物またはホウ素を含む多元系化合物のいずれかで
    あるホウ化物とを有機媒体中に分散してなる窒化アルミ
    ニウム基板にスクリーン印刷可能な厚膜導体ペースト組
    成物。
  3. 【請求項3】 導電体粉末と、TiB2、ZrB2、Hf
    2、UB2、NbB2、TaB2、CrB2、MoB2、W
    25、CaB6、SrB6、BaB6、LaB6、Ce
    6、PrB6、NdB6、SmB6、EuB6、Ni36
    およびNi26からなる群から選ばれる少なくとも1種
    類の金属ホウ化物とを有機媒体中に分散してなることを
    特徴とする窒化アルミニウム基板にスクリーン印刷可能
    な厚膜導体ペースト組成物。
  4. 【請求項4】 前記金属ホウ化物がZrB2であること
    を特徴とする請求項3記載の組成物。
  5. 【請求項5】 前記導電体粉末が銀粉末であり、銀10
    0重量部に対してZrB2の含有量が1.6重量部以下で
    あることを特徴とする請求項4記載の組成物。
JP22963595A 1995-08-16 1995-08-16 窒化アルミニウム基板用厚膜導体ペースト組成物 Expired - Lifetime JP3927250B2 (ja)

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