JPS62108406A - 厚膜導電組成物 - Google Patents

厚膜導電組成物

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JPS62108406A
JPS62108406A JP61259607A JP25960786A JPS62108406A JP S62108406 A JPS62108406 A JP S62108406A JP 61259607 A JP61259607 A JP 61259607A JP 25960786 A JP25960786 A JP 25960786A JP S62108406 A JPS62108406 A JP S62108406A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は厚膜導電組成物、特に良好な半田付き性(so
lderabiliLy )およびこれが使用される基
板に対して良好な接着性を有する組成物に関する。
[従来の技術] ハイブリッドマイクロエレトロニクスコンポーネントに
おける厚膜導電体の使用は電子の分野でよく知られてい
る。そのような物質は通常、貴金属、貴金属合金又はこ
れらの混合物および少量の無機バインダーの微細分割粒
子を両者共に有機媒体中にペースト状生成物となるよう
に分散させた分散物で構成される。ペーストの密度 (consistency )およびレオロジーは、各
々の適用の方法たとえばスクリーン印刷、ブラッシング
、ディッピング、押出しくexLrusion ) 、
スプレー、その他に適合される。そのようなペーストは
通常不活性基体たとえばAノ203に、バタ、−ン層を
形成するようにスクリーン印刷により適用される。
パターニングされた厚膜導層は、その後、有機媒体を揮
発させおよび通常ガラス体又はガラス形成物質である無
機バインダーを焼結させるために焼成される。
焼成された導体層は導電性を有していなければならない
ことに加えて、印刷された基板にしっかり接着すること
、およびその層が半田付き可能であることが重要である
。半田付き可能であることが重要な理由は、もちろんこ
の導体パターンを、これが使用されている電子Wt W
の他の素子たとえばレジスタおよびキャパシタのネット
ワーク、レジスタ、トリムポテンショメータ、チップレ
ジスタ、チップキャパシタ、チップキャリヤその他に接
続する必要性があるからである。
厚膜物質の焼成のほとんどはベルト炉でなされてきた。
この炉は、石英又は金属マツフルの周囲の耐火体に埋め
込んだ大きい抵抗性素子を熱源として使用している。そ
のような炉の質量は大きいので、炉のレスポンスは遅く
、これらは製品がその中で焼成される温度に近い温度で
操作される。
この温度差が小さいという理由により、エネルギーが製
品に伝わる速度は制限される。最近まで実際問題として
、そのようなマツフル炉が厚膜を焼成するための唯一の
可能な選択であった。従来のマツフルを使用した場合、
厚膜の焼成は通常30−60分間の温度プロツーアイル
でなされ、その中でピーク温度は典型的には850℃、
昇温速度は35−100℃/分、ピーク滞留時間は5−
10分間、そして降温速度は35−150℃/分である
。有機媒体のふくれ、化学反応又は機械的応力のない安
全な除去を与えるために、比較的遅い昇温速度、長い滞
留時間、および制御された遅い冷却速度が必要であった
しかし、厚膜技術を使用する電子産業のほとんどの生産
者からの、生産性を改善するための経済的要求および競
争の必要に呼応して、赤外ベルト炉の傾向が強い。赤外
炉は、チャンバ又は製品の温度よりも実質的に高い温度
まで電気的に加熱されるタングステン又はニッケルーク
ロム、合金のフィラメントを、エネルギー源として使用
する。これらのフィラメントを有するランプは、ベルト
の上又は下で合金に列状に設置されている。フィラメン
トと焼成されている部品との間の温度差が大きいという
理由により、炉は非常に大量のエネルギーを、従来のマ
ツフル炉よりもずっと速く、焼成されている部品に運ぶ
ことができる。こうして、従来のベルト炉においてピー
ク温度まで20分、ピーク温度で10分そして100℃
に低下するまで15分の焼成プロファイルを要求する部
品は、今日、ピーク温度まで8−1/2分、そして10
0℃に下げるまで6−1/2分のプロファイルで効率的
に焼成されることができる。
焼成の間に生じる多くの反応および相互作用の複雑性か
ら予想されるように、従来の遅い焼成にはさしあたり適
していた多くの物質は、赤外装置におけるより速い焼成
には適当ではないことか見出された。
こうして、広い研究が厚膜導体の接着性および半田付き
性の問題に向けられてきたけれども、これはほとんど全
て従来の遅い焼成炉に関係する問題に向けられ、赤外炉
における速い焼成に対してはほとんど向けられていない
[問題点を解決するための手段] 本発明は、極めて短い焼成時間で焼成されることが可能
で、しかもこれが使用された基体に対して良好な半田付
き性および良好な接着性の両者をも有する厚膜導体組成
物に広く向けられている。
本発明は第1の見地において、厚膜導電組成物であって
、 A、60−99重量%の貴金属、貴金属合金又はこれら
の混合物の微細分割粒子、 B、40−1重量%の本質的に下記の微細分割粒子から
なる無機バインダー、(i)100部の式Bi  Si
   GexO02(式中X−0−3)。
4    3−x に対応するガラスであって、ガラスを基準にして0−2
0pphのpboが溶解されたもの、(if)ガラスお
よびPbOを基準にしてp−100pphのBi203
、(iil)ガラスおよびpboを基準にして4−10
0pphのZnO。
C8下記のものから選択したガラス流出抑制剤(gla
ss bleed −out 1nhibitor )
 。
(i)固体を基準にして0.2−10重量%の式(M 
 M’   )M’  Oに対応するバx   2−x
    2 7−z イロクロール関連酸化物の微細分割粒子(式中、MはM
′ とは異なりPb、Bi、Cd、Cu5I r s 
A g % Y +原子番号57−71(p希土類金属
から選択された1つおよびこれらの混合物、M′はPb
、Biおよびこれらの混合物から選択されたもの、 M′はRu%I r、Rh、およびこれらの混合物、 XはO−0,5、および Zは0−1である)、 (II)固体を基準にして2−10重量%の金属のレジ
ネートであって、金属は、(a)貴金属Ru、Rh、R
e、I r、Ptおよびこれらの混合物、(b)非貴金
属M g s S i、、 T t % VsCr%M
n、Fe、Co、Nis Cus Zn5Zr%Nb、
Ba、Ce5Ta、Wおよびこれらの混合物、から選択
されたもの、 (i)および(11)の混合物、 の微細分割粒子を包含し、A乃至Cの全ての成分は、 D、有機媒体に分散されている、厚膜導電組成物に向け
られている。
本発明は第2の見地において、セラミック基体であって
、その上に、有機媒体の揮発およびガラスの焼結をする
ために焼成された上記の厚膜導体組成物の粘着されたパ
ターン層を有する基体に向けられている。
[先行技術] 米国特許第4,532,075号においてT aylo
rは、組成物を従来の金属炉で空気焼成したときの導電
金属の基体に対する半田付き性および接着性を改善する
ために上記の無機バインダー(成分B)を含有する厚膜
導電組成物を開示している。
[発明の構成] A9導電相 任意の貴金属、それらの合金又は混合物を本発明の組成
物のための導電相として使用することができる。従って
貴金属たとえばAg、Pt、およびPdを使用すること
ができるし、それらの合金として例えばP t / A
 u 、 P d / A g 、 P d /Au、
およびAg/Pt/Pdとして使用することができる。
貴金属粒子、および本発明の組成物の他の固体は、好ま
しくは0.5−10mの範囲の大きさ、およびAu以外
の貴金属では0.8−8−2O/g s A uでは0
.1−10μm2/Hの表面積を有する。これらの範囲
が好ましいが、これらの制限は使用する組成物の有効性
に狭く臨界的ではないことを認識するべきである。
組成物中の貴金属の全固体に対する量は、有機媒体を除
いた組成物の60−99重−%の範囲であろう。しかし
ほとんど組成物は、75−98重−%のオーダーの貴金
属、および残りの25−2TrIW%の無機バインダー
を含有するだろう。
B、無機バインダー 上記のように、本発明の組成物の無機バインダー相は主
成分として、式 Bi  Si   GexO12(式中、Xはo−3)
3−x に対応するガラスであって、ガラスを基準として0−1
00pphのpboの溶解されたものを含有する。ガラ
ス中のゲルマニウムの口は、X値が0.1−2.9.に
対応することが好ましく、0.5−1.5がさらに好ま
しい。このガラスは、ホウ素を含有しない。
ZnOおよび任意な過剰のBj203とは異なり、Pb
Oがガラス組成物に使用されるとき、これは半田付き性
の問題を避けるためにガラスに溶解していなければなら
ない。これは単に追加の固体成分として効果的に添加す
ることはできない。
ガラスにおけるPbOの使用は、ガラスがゲルマニウム
を含有する限り任意である。し力・し適当な接着性を得
るため、ガラスにゲルマニウムか含まれない場合すなわ
ちX−0の場合にはこれは重要である。それにもかかわ
らず、全ての組成物において、ガラスを基準にして1−
20および好ましくは2−10pph (重量基準)の
pboを使用することが好ましい。
無機バインダーのガラス成分は、所望の成分を所望の割
合で混合し混合物を加熱して溶融物を形成することによ
る従来のガラス製造技術で製造される。この分野でよく
知られているように、加熱はピーク温度で溶融物が完全
に液体で均一となる時間、行う。
本作業においては、成分酸化物をこの技術分野で知られ
ているいくつかの方法のいずれかによつて混合し、Ky
anite”るつぼ内で1350℃で10−30分間溶
融する。均一な溶融ガラスを、無定形ガラス構造を急冷
するために冷水に注ぐ。
粗ガラスを、セラミックジャーミルに、充分なサイズ低
下を与えるために適当量の水およびセラミック媒体とと
もに入れる。一般的に20−70時間のミル時間が、適
当なサイズ低下を与えることが見出だされた。
粉砕したフリット懸濁物をミルから出した後、違剰の水
をデカンテーションによって除去し、フリット粉体を1
50℃でオーブン乾燥する。乾燥した粉体を25メツシ
ユステンレススチールふるいに通して、大きい粒子を除
く。
PbOの溶解されてていもよいガラスに加えて、本無機
成分はZnOを4看しなければならず、そして場合によ
り更にBi2O3を含有していてもよい。しかしこれら
の2つの成分はPbOとは異なり、ガラスに溶解しては
ならない。逆にこれらは別の粒子固体として加えなけれ
ばならない。こうして無機バインダーは本質的に、(1
)もし使用した場合にはPbOの溶解されたガラス粒子
、(2)ZnO粒子、および場合により(3)もし使用
した場合にはBi2O3粒子、の混合物から構成される
ガラスおよびPbOを基準にして少なくとも4pph 
(重量基準)のZnOが、適当な接着性を得るために無
機バインダーに使用されなければならないことが見出だ
された。好ましくは少なくとも10pphである。しか
し約100pph以上を使用すると、半田付き性は低下
し、比抵抗は増加する傾向を示す。
Bi2O3の添加は本質的ではないけれども、それにも
かかわらず、半田付き性をさらに良くするために、ガラ
スおよびBi2O3を基準として少なくとも10pph
 (重量基準)のBiO3を使用することが好ましい。
しかし、もし約100pph以上使用すると、組成物は
接着性を失う傾向にある。
以上に論じたように、本発明の無機バインダ一部分は、
全固体の最低1重量%、最高40重量%を構成する。し
かじよ、り多くの場合、無機バインダーの量は全固体の
2−25重量%、特に5−15重量%であろう。
本発明で使用できる上記の多くのガラスの中で、以下の
ものが好ましい組成である。
表1 好ましいガラス組成 り1203g1.6 79.5 77、5 75.8S
i02  15.8 15.4 15.0 14.8P
bO2,85,17,59,8 B i203 83.4G  83.13 82.15
 81.35S i 02  15. GOL5.01
 13.24 11.80Ge02   0.94 1
.87 4.Gl  B、85I       J  
     K Bi203  77、58  7[i、  17  7
4. 81Si02     5.00  2.4B 
   −Ge02    17.、 41  21. 
37  25. 19B  i2  C)+   82
. 15  79. 05  74. 81S  i 
 02    13. 24  7. 84    =
Ge02     4. 61  13. 31  2
5. 19PbO2,702,702,70 (1)理論的考察 先行技術の導電組成物が半田付き性に乏しいことは、焼
結操作の間の実質的部分のガラス成分の導電相表面への
移動の結果であると信じられている。こうして焼成工程
の焼結相の間に、ガラスは厚膜分散体の内部から“流出
(bleed −out )”して露出表面に集中する
傾向にある。この方法で、事実止金てガラスで、半田付
きがもしできたとしてもわずかしか接着しない表面が形
成される。ガラスの流出および半田付き性の低さは、厚
膜貴金属導体、特に厚膜パラジウム−銀導体においてよ
く生じる問題である。これらの原因は完全には理解され
ていないが、これら両問題は、焼成サイクル中に生じる
化学的および物理的現象に関係すると信じられている。
厚膜導体に望ましい電気的性質および物理的性質の組合
わせを得るために、ガラスおよびバインダー成分の反応
性と、有機成分の燃焼性とのバランスが重要である。反
応柾の複雑さの理由により、現在の技術における材料の
選択は経験的になされなけばならない。
本発明で使用される各ガラスは、最小の相互作用(すな
わち金属元素への還元)を示すように設計される。船倉
をガラスにおいて鉛酸化物の鉛金属への還元は、パラジ
ウム銀金属膜の焼結を促進するが、過剰の鉛金属が存在
する場合又はガラス濃度が高過ぎる場合にはガラス流出
が生じることができることが見出だされている。半田付
き性の低いことは、上記のように導体表面の過剰のガラ
スによる、および/または次の反応順序でのパラジウム
酸化物の安定化によるものであろう。
(1)Pb2”+C−h PbO 850℃ (2)PbO+ (Pd、Ag)  −−一→(Pb、
Pd、Ag)合金 500−600’C (3)(Pb、Pd、Ag)合金 −m−→(Pd、A
g)合金 +(Pcl   Pb  0) 1−x   x 導電体表面でのPdPbOが生成すると、L−x   
x これは典型的半田合金(例えば62Sn/36Pb/2
Ag)によって還元されることができないので、低い半
田付き性が引き起こされる。したがって広い範囲の種々
の焼成条件下においてガラス流出を最少にし優れた半田
付き性を維持するために、金属粉体の制御された焼成を
可能にし、同時にガラスの導電体/基体間界面への移動
を容易にする導体構造を提供する必要がある。ガラス相
の反応性、およびガラス相中の成分例えば鉛酸化物の量
の両者を最少にすることが、流出/半田付き性の問題の
解決に顕著に寄与する。しかし、上記ガラスを非常に高
速な焼成条件(例えば赤外焼成および15分の従来の焼
成プロファイル)で充分に使用するために、貴金属自身
の焼結速度を制御することも必要である。これは、2種
の主ガラス流出抑制物、すなわちあるパイロクロール関
連(related )酸化物および金属レジネートの
両方または一方を使用することによって達成される。
(2)パイロクロール関連酸化物 本発明で使用することのできるパイロクロール関連酸化
物は、式(M  M’   )M’20□−2x   
  2−x に対応するものである。式中、MはM′とは異なり、P
b、B is Cds Cu、i r、Ags y。
原子番号57−71ををする希土類金属から選択される
1つ、およびそのの混合物、M′はPb1B isおよ
びこれらの混合物から選択され、M′はRu、1 r、
Rnおよびこれらの混合物から選択され、Xは0−0.
5、そしてZは0−1である。特に、MがCuでありM
′がB1でありM′がRuであるパイロクロール関連酸
化物が好ましい。これらの化合物の中で Cu   Bi   Ru2Oが特に効果的であ0゜5
  1.5    6.75 ることが見出された。
このタイプの物質は、厚膜抵抗体技術においてよく知ら
れており、B ouchardのU、S、3,583.
931号明細書およびF errettl q) U 
、  S 。
4.420,422号明細書に開示された方法によって
容易に製造することができる。
半田付き性を充分に改善するために、少なくとも約0,
2重量%のパイロクロール関連酸化物を使用することが
必要である。しかし約10重量%以上使用すると、半田
付き性は低下するかもしれない。したがって0.2−5
重量%のパイロクロール関連酸化物を使用することが好
ましい。この範囲内で1−2重量%がm適であることか
見出された。
(3) 金属レジネート ここで使用する場合“金属レジネート”の語は、を機媒
体に可溶な有機金属化合物を指す。
金属レジネートのあるタイプのものは、いくつかの有機
化合物の任意のものと金属塩との反応生成物である。得
られる化合物は本質的に長鎖有機分子であり、ある部位
が広い種類の金属の一つで占められたものである。他の
タイプの金属レジネートはキレートタイプの化合物たと
えば有機チタネートである。
金属レジネートは、高流動性液体から非常に粘性な液体
までおよび固体までの範囲が可能である。
本発明における使用という点からは、有機媒体中のレジ
ネートの溶解性が第1に重要である。典型的に、金属レ
ジネートは有機溶媒、特に極性溶媒例えばトルエン、塩
化メチレン、ベンジルアセテートその他に溶解する。貴
金属および卑金属の両者の金属レジネートおよび金属レ
ジネート溶液は商業的に人手できる。適当な貴金属レジ
ネートは、Ru、Rh、Re、Ir、Pt、およびこれ
らの混合物に基づくものである。適当な卑金属レジネー
トは、M g %  S t s T t s V −
、Cr s M n %Fe%Co、N i−、Cu 
s Z n SZ r % N b %Ba、Ce、T
a、Wおよびこれらの混合物に基づくものである。
適当な有機チタネートは、英国特許第772゜675号
に開示されたもので、特に、有機チタネートがチタンの
加水分解性金属アルコラードで式・(AO)     
T i Oに対応するものである。
4x−2y    Y 式中、AはCアルキル又はCアルキルおよびCアシルの
混合、0はチタン2原子と共■−8 宵結合する酸素原子、Xは1乃至12の整数、そしてy
は0又は1乃至3x/2の整数である。該アルキル基は
直鎖又は分枝のいずれでもよい。好ましい有機チタネー
トには、チタンアセチルアセトネートおよびテトラオク
チレングリコールチタンキレートが含まれる。このタイ
プの他の有機チタネートは、文献(Ken−React
  Bul、  N o。
KR−0278−7Rev、  (KenrichP 
etrochemicals 、  I nc、 、 
 B ayonne、  N J )、およびデュポン
 Bul、No、E−38961、表題V ersat
ile  T yzor  Organic  T 1
tanatcs)に記載されている。
本発明の組成物において、金属レジネートは固体を基準
として0.5=10重量%、好ましくは1−5重−%使
用される。パイロクロール関連流出抑制物を使用する場
合、10重重量より多いレジネートの使用は半田付き性
を低下させおよび比抵抗を過剰に上げる傾向がある。し
かし0.5重量%より少ないレジネートの使用は、流出
低下に充分な効果がない傾向にある。
D、有機媒体 本発明に係る組成物の他の重要な成分は有機媒体である
。有機媒体の主な目的は、セラミックその他の基体に容
易に適用されるような形態の組成物の微細分割固体の分
散体のためのビヒクルとしてはたらくことである。した
がって有機媒体は、まず第1に固体が適当な程度の安定
性をもって分散できるものでなければならない。第2に
は、有機媒体のレオロジー性が、分散物に良好な適用性
を与えるようでなければならない。
はとんどの厚膜組成物は、スクリーン印刷の方法によっ
て基体に適用される。したがってそれらはスクリーンを
容易に通過できる適当な粘性を有してしなければならな
い。加えて、それらはスクリーン通過の後、迅速に固定
して良好な解像を与えるためにチタントロビックである
べきである。
レオロジー性が第1に重要であるけれども、有機媒体は
、固体および基体への適当な湿潤性、良好な乾燥速度、
手荒い取り扱いに耐えるに充分な乾燥膜強度、そして良
好な焼成性質を与えるように処方することが好ましい。
焼成された組成物の満足できる外観もまた重要である。
これらの全ての′基準の点から、広い範囲の液体を有機
媒体として使用することができる。はとんどの厚膜組成
物のための有機媒体は、代表的にはしばしばチクソトロ
ピック剤および湿潤剤をも含む溶媒中の樹脂の溶液であ
る。溶媒は通常130−350℃の範囲で沸IE!する
この目的のために非常によく使用される樹脂は、エチル
セルロースである。しかし樹脂例えばエチルヒドロキシ
エチルセルロース、木材ロジン、エチルセルロースとフ
ェノール樹脂の混合物、低級アルコールのポリメタクリ
レート、およびエチレングリコールモノアセテートのモ
ノブチルエーテルもまた使用することができる。
適当な溶媒には、ケロセン、ミネラルスピリット、ジブ
チルフタレート、ブチルカルピトール、ブチルカルピト
−ルアセテート、ヘキシレングリコール、および高沸点
アルコールおよびアルコールエステルが含まれる。所望
の粘度、揮発性および誘電性テープとの相溶性を得るた
めに、これらおよびその他の溶媒の種々の組合わせが処
方される。水溶性溶媒系もまた使用することができる。
通常使用されるチクソトロビック剤の中に、水素化ひま
し油およびその誘導体およびエチルセルロースがある。
もちろん常にチクソトロピック剤を含有する必要はない
。溶媒/樹脂に固有なせん断希釈と結合した溶媒/樹脂
性のみでもこの点で適当であるかもしれないからである
。適当な湿潤剤には、リン酸エステルおよび大豆レシチ
ンが含まれる。
ペースト分散物における有機媒体の固体に対する割合は
、かなり変えることができ、これは分散物が適用される
方法および使用されるを機媒体の種類による。通常、良
好な被覆性を得るために、分散物は、相補的に40−9
0重量%の固体および60−10%の有機媒体を含有す
る。
ペーストは従来のように、30−ルミルで製造される。
ペーストの粘度は典型的には、室温でブルックフィール
ド粘度計で低、中および高剪断速度で測定して、250
Pa、sである。使用される有機媒体(ビヒクル)の量
およびタイプは、主に最終の所望の処方物粘度および印
刷厚によって決定される。
多くの場合、有機媒体はマイクロ回路導電体の機能性の
中で重要な役割をもたない。しかし本発明の組成物に関
しては、有機媒体が導電体特徴を決定するなかで重要な
役割を有することができることが見出された。従って有
機ビヒクルの悪い選択は、焼成導電膜の高比抵抗および
乏しいニーシト接着性(aged adhes ton
 )をもたらす。起りうる聞届を避けるため、有機ビヒ
クルは優れた分散物を与えなければならず、焼成サイク
ルにおいて低温(400−450℃)できれいに燃焼し
なければならない。
これらの基準の点において、本発明のために好ましいビ
ヒクル系は、β−テルピネオール、ジブチルカルピトー
ル、およびジブチルフタレート溶媒の混合物の中に溶解
されたエチルセルロース重合体からなる。チクソトロビ
ック剤は一般にはスクリーンプリントで良好な線解像を
与えるために添加される。
E、他の付加物 本発明の導電組成物の上記の基本的組成物に加えて、数
回の焼成サイクルの後においてさらに高いニーシト接着
性を希望する場合には、組成物に0.1−2.0重量%
のNi01Co304、S n O2、またはこれらの
混合物を添加することがを用であることが見出だされた
。全固体を基準として0.3−1.0重量%のこれらの
接着添加物を使用することが好ましい。この補足的金属
酸化物の添加は、特に部品が高速および低速の両方の焼
成サイクルを受ける条件において好ましい。
例えば、通常の焼成で達成される、知られた予期可能な
抵抗体許容度(tolerance )の理由で、いく
つかの適用は、多くの又は全ての高速焼成(IR)工程
が完了した後、低速焼成を必要とするかもしれない。
F6処方および適用 本発明の組成物は、無機酸化物、およびガラス粉体、貴
金属粉体例えば銀、パラジウム、白金および金、そして
酸化物、ガラスおよび金属粉を分散するために用いる有
機ビヒクルで構成される。
得られる物質は、電子産業で通常使用される技術によっ
て容易にスクリーン印刷可能であるべきである。初めに
種々の粉体および有機ビヒクルを市■2 販の混合装置例えばHobart  〜キサーで混合し
、それから30−ルミルで充分に分散する。得られたペ
ーストはしばしば、ロールミル操作によってできること
のある金属薄片を除くために、325−400メツシユ
のステンレスふるいに通される。
G、試験方法 ニーシト接希性:熱エージング後の接稽性は、以下のよ
うにして決定する。部品を96%アルミナ基体例えばA
 ls1maρ614(アルミニウムマグネシウムンリ
コン酸化物の、3 M  Company。
M 1nnaapoIis、 M 1nncsotaの
商標)に印刷する。
一般に使用されるスクリーンは、1.6−2.1ミル(
38−53μm)直径ステンレススチールメツシュの2
00メツシユスクリーンである。該ワイヤは、メツシュ
ワイヤがスクリーンの枠に平行になるように取付けられ
ている。パターンは、メツシュに適用されたエマルジョ
ン上にフォトイメージされおよび厚膜ペーストが基体に
適用されるために通るステンシルを形成するように化学
的に改良されたパターンによって決定される。接着試験
のためのパターンは、9パツド(pad)を有する。各
々は80ミル四方で、1’X1’(2,5X2.5cm
)基体に3×3グリツドのパッドを形成するように配置
される。写真エマルジョンは一般に、より厚い印刷を可
能とするため、および基体表面でよりよい解像を提供す
るようにパターンを封じるために、スクリーンの底のワ
イヤメツシュの下で0.5−1.0ミル(13−25μ
m)に広がる。スクリーン印刷機は、一般にスクリーン
と印刷される基体との間に25ミル(635μm)の間
隔を存するように配、置される。
ペーストをステンシルへ押すためのスキージ(sque
age )は、硬質ゴム又は合成材料例えば■ V 1ton  、  50−90デユロメータ(du
rofflctcr )硬度速度のフルオロエラストマ
ーで製造される。
(V 1ton[F]はデュポン社の登録商標である。
)下向き圧力、典型的にはスキージ長1インチ当り1ポ
ンドが、スキージに用いられる。スキージは、典型的に
は3−10インチ/秒(7,5−5−25aでパターン
を横切ってインクを掃く。
プリントされた部品を、’80−150℃で5−15分
間乾燥する。その後これらを焼成する。部品を従来のベ
ルト炉で焼成したときは、焼成サイクルは、ピーク温度
850°Cまでの16−17分の昇温および100℃ま
での13−14分の降温から構成された。部品を高速焼
成したときは、焼成サイクルは、ピーク温度850℃ま
での8−1X2分の昇温および100°Cまでの6−1
X2分の降温から構成された。
表2にデータを示したパッドは、各々5回プラス、次の
ガラスでの抵抗耐カプセル封じの対かの熱苛酷条件に似
せた1回の500℃追加の加熱段階(5X+500と示
される)で焼成した。
焼成が完了した後、部品に以下のようにワイヤ付けする
。ワイヤを、それらが各々3つのパッドの中央に下がる
ように、基体の上に留める(cllp)。ワイヤ/焼成
された部品を、アルファ611半田フラツクスに浸する
。それから部品を半田浴上で予熱し、10秒間浸し、放
冷する。残りの半田フラックスを、CH2Cl2/メタ
ノール混合物を用いて、半田付はワイヤ付けされた部品
から洗浄する。部品を、オーブン内に150 ’Cで4
8時間、置き、そして出して冷却する。
ニーシト部品を、ワイヤを基板から離すのに必要な力を
測定するための装置に位置する。必要な力を記録する。
分離の形式、すなわちワイヤが半田から抜けて基体から
分離するかどうかをも記録する。15ニユ一トン以上は
良好な接着性を示し、20ニユ一トン以上は優れた接着
性を示す。12−14の接着値が限界で、12より小さ
いものは許容できない。
半田付き性二 上記の方法で処方したペーストを用いて
、7X8インチ×7/8インチ(2,2X2.2cm)
パターンを96%アルミナ基体(A lsimag■6
14 )  上に印刷し、上記で説明した方法でニーシ
ト接着性試験のために、乾燥し焼成する。印刷され焼成
された基体を半田フラックス(A Ipha611 )
に浸して基体を被覆する。
フラックスされた基体はをそれから短時間(約2秒)、
220℃に熱した62/36/2  Sn/Pb/Ag
半田を含む半田ポット上で熱する。加熱の後、基体を5
秒間半田に浸し、出して、そしてメタノールおよびメチ
レンクロライドの溶液ですすぐ。基体の半田付き性を、
以下の基準を使用した外観試験で評価する。
優れている(E) 全体被覆           100%半田面積 非常に良好(V )          98−99%
パターンにピンホールはとんどなし 良好(G )             98−99%
パターンにピンホールはとんどなし、 およびパッドに1又は2の未半田領域あり中位(F ’
)             92−95%パッドの数
個の未半田領域あり 劣る( P )                 g
O%10%又はそれ以上の未半田領域あり 以下の例において、ガラス組成物Bを無機バインダ成分
としておよび流出防止剤を除く主無機固体として使用し
た。その組成は重量を基準として、63.0%のAg、
21.0%のPd、9.6%のガラス、5.1%のBi
203(場合による)、および1.3%のZnO(場合
による)であった。
該主固体は有機媒体中に21.5重量%分散させた。
例 例1−18 導電組成物の組を先に概要を示した方法で製造し、アル
ミナ上に印刷して、試験パッドを製造し、これを従来の
焼成時間で焼成し、それからニーシト接着性および半・
田付き性を評価した。焼成した組成物の組成および性質
を以下の表2に示す。
表2 パイロクロール添加の焼成導電性質への影響パイロクロ
ール なし   なし   なしく重量%) 印刷厚さくnm) 乾燥     25.0  25.0  25.0焼成
     14.2  14.2  14.2焼成サイ
クルの数IX     5X   5X+500比抵抗
(mΩ/口) 22    22    23ニ一シト
接着性  30    27    −にュートン) 半田付き性    E     E     E96%
A1203−第1源 パイロクロール: Cu   B i   Ru 20
 BB、750.5  1.5 焼成サイクルの長さ=30分 パッド大きさ: 7/8’ X7/8 (2,2X2.2cm) 例番号      4   5   6パイロクロール
  2.0   2.0   2.0(重量%) 印刷厚さく0m) 乾燥     23.0  23.0  23.0焼成
     1B、5  1B、5  1B、5焼成サイ
クルの数LX     5X   5X+500比抵抗
(mΩ/口) 25    25    25ニ一シト
接着性  31    30     =にュートン) 半田付き性   F/P    E     E96%
Al203−第1源 パイロクロール: Cu   B s   Ru 20
6.750.5  1.5 焼成サイクルの長さ一30分 パッド大きさ: 7/8’ X7/8 (2,2X2.2cm) 例番号      7   8   9パイロクロール
 なし   なし   なしく重量%) 印刷厚さく0m) 乾燥     23.Q   23.0  23.0焼
成      −−− 焼成サイクルの数IX     5X   5X+50
0比抵抗(mΩ/口)−m− エージド接着性  28    22    −にュー
トン) 半田付き性    G     E     E96%
Aj20+−第2i1i! パイロクロール: Cu   B L   Ru 20
 B、750.5  1.5 焼成サイクルの長さ730分 パッド大きさ: 7/8’ X7/8 (2,2X2.2cm) 例番号     10   11   12パイロクロ
ール 2.0   2.0   2.0(重量%) 印刷厚さくnm) 乾燥     23゜0  23.0  23.0焼成
      −−8− 焼成サイクルの数IX     5X   5X+50
0比抵抗(mΩ/口)−m− 工−シト接着性  29    27    −にュー
トン) 半田付き性    E    E    696%A1
203−第2源 B I   Ru 20 e、ys パイロクロール” uO,51,5 焼成サイクルの長さ730分 パッド大きさ: 7/8’ X7/8 (2,2X2.2cm) 例番号     13   14   15パイロクロ
ール なし   なし   なしく重量%) 印刷厚さくnm) 乾燥     24.0  24.0  24.0焼成
      −−− 焼成サイクルの数IX     5X   5X+50
0比抵抗(mΩ/口)−m− 工−ジド接着性  12   4   −(二ニートン
) 半田付き性    E     E     P96%
A1203−第1源 デュポン厚膜誘電5704 パイロクロール: Cu   B iRu 20 cy
50.5  1.5 焼成サイクルの長さ二30分 パッド大きさ: 7/8’ X7/8 (2,2X2.2cm) 例番号     16   17   18パイロクロ
ール 2.0   2.0   2.0(重量%) 印刷厚さくnm) 乾燥     24.0  24.0  24゜O焼成
      −−− 焼成サイクルの数LX     5X   5X+50
0比抵抗(mΩ/口)−m− 工−ジド接着性  25   9   −にュートン) 半田付き性   F/G    G     P96%
A1203−第1源 デュポン厚膜誘電5704 パイロクロール: Cu   B I   Ru 20
 B、750.5  1.5 焼成サイクルの長さ二30分 パッド大きさニア/8’X7/8 (2,2X2.2cm) 表2のデータは、導電組成物へパイロクロール関連酸化
物を添加することは、部品を従来の長さく30分)の焼
成サイクルを使用して一度焼成する場合には、半田付き
性に有害であることを明白に示している。いくつかの例
では、半田付き性は、部品を長時間焼成サイクルで5回
焼成した場合には、態い影響をうけた。パイロクロール
関連酸化物の添加による利益の観察された例はなかった
加えて、ニーシト接着性は、パイロクロール添加によっ
て影響を受けないようであった。
例19−24 導電組成物の第2の組を先に概要を示した方法で製造し
、アルミナ上にスクリーン印刷して試験パッドを製造し
し、これを赤外炉で高速焼成し、それからニーシト接着
性および半田付き性の評価をした。焼成組成物の組成お
よび性質を以下の表3に示す。
表3 パイロクロール添加の焼成導電性質への影響パイロクロ
ール なし   2.0   2.0(重量%) 焼成サイクルの数 5   5    5パッド大きさ
   2X2   2X2   2X2(m m ) 比抵抗(mΩ/口) 24    27    27工
−ジド接着性 初め     23.9  2B、8  2B、8ニー
シト   25.9  24.3  22.1半田付き
性    *EE 本半田付きせず パイロクロール: Cu   B r   Ru 20
 e、7sO,51,5 焼成サイクルの長さ=15分 例番号     22   2B    24パイロク
ロール なし    2.0   2.0(重量%) 焼成サイクルの数 6   6   6パツド大きさ 
  !、 25x   1. 25X   1. 25
x(mm)                !、  
 25      1.  25       )、 
  25比抵抗(mΩ/口)−−一 ニーシト接着性 初め      18    22   22.7エー
ジド    −    −− 半田付き性    *EE 本半田付きせず パイロクロール: Cu   B iRu 20 B、
750.5  1.5 焼成サイクルの長さ:15分 表3のデータは、パイロクロール関連酸化物の導電組成
物へ添加は、部品を短時間(15分)赤外焼成サイクル
で焼成する場合には、半田付き性に極めて効果的である
ことを明白に示している。
これは複数焼成および単一焼成についても事実である。
この理由により、パイロクロール添加の効果は、そのよ
うな短時間焼成に対して極めて予期されなかった特異な
ものであること、および従来の長時間サイクルには適用
できないことがゎがる。
しかしパイロクロール添加は焼成部品の接着性には良好
な効果をもたなかった。
例25−29 追加の金属酸化物を少量含有する導電組成物の組を先に
概要を示した方法で製造し、アルミナに印刷して試験パ
ッドを製造し、これを高速焼成で5回焼成し、従来の3
0−60分間の焼成プロファイルで1−2回焼成し、そ
れからニーシト接着性および半田付き性を評価した。以
下の表4のデータは、追加の金属酸化物が、ニーシト接
着性のより高レベルへの向上に極めて効果的であること
を示している。全ての組成物は、満足できる半田付き性
を示した。
表4 追加金属酸化物添加のニーシト接着性への影響側番号 
    25   26   27パイロクロール 2
.0   2.0   2.0(重量%) NiO(重量%)  −−1,0 Co304    −    −    −(重量%) Sn02  (重量%)−m− ニーシト接着性  17    18    27にニ
ートン) パイロクロール: Cu   B i   Ru20,
750.5   1.5 パッド大きさ2X2mm 例番号     28  29 パイロクロール 2.0   2.0 (重量%) NiO(重量%)−− Co3O40,5− (重量%) Sn02  (重量%)−1,0 ニーシト接着性  2522 にニートン) パイロクロール: Cu   B i   Ru206
.750.5   1.5 パッド大きさ2X2mm 例30および31 ガラス流出防止剤として金属レジネートを含有する2種
の導電組成物を上記の方法で製造し、アルミナ上に印刷
して試験パッドを製造し、これを高速焼成し、そして半
田付き性に関して評価した。
表5に示した両組酸物とも優れた半田付き性を有した。
表5 金属レジネート      1.0   2.0(重量
%)

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)厚膜導電組成物であって、下記A、B、Cの微細
    分割粒子を包含し、 A、60−99重量%の、貴金属、貴金属合金又はこれ
    らの混合物、 B、40−1重量%の本質的に次の微細分割粒子からな
    る無機バインダー、(i)100部の式Bi_4Si_
    3_−_XGe_XO_1_2(式中X=0−3)に対
    応するガラスであって、ガラスを基準にして0−20p
    ph(7)PbOが溶解されたもの、(ii)ガラスお
    よびPbOを基準にして0−100pphのBi_2O
    _3、および(iii)ガラスおよびPbOを基準にし
    て4−100pphのZnO、 C、次のものから選択したガラス流出抑制剤、(i)固
    体を基準にして0.2−10重量%の式(M_XM′_
    2_−_X)M″_2O_7_−_Zに対応するパイロ
    クロール関連酸化物の微細分割粒子(式中、MはM′と
    は異なりPb、Bi、Cd、Cu、Ir、Ag、Y、原
    子番号57−71の希土類金属から選択された1つおよ
    びこれらの混合物、M′はPb、Biおよびこれらの混
    合物か ら選択されたもの、 M″はRu、Ir、Rh、およびこれらの 混合物、 Xは0−0.5、および Zは0−1である)、 (ii)固体を基準にして2−10重量%の金属のレジ
    ネートであって、金属は、(a)貴金属Ru、Rh、R
    e、Ir、Ptおよびこれらの混合物、(b)非貴金属
    Mg、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni
    、Cu、Zn、Zr、Nb、Ba、Ce、Ta、Wおよ
    びこれらの混合物、から選択されたもの、および、 (i)および(ii)の混合物、 A乃至Cの全ての成分は、 D.有機媒体に分散されている、厚膜導電組成物。
  2. (2)全固体を基準として0.1−2.0重量%のNi
    O、Co_3O_4、SnO_2およびこれらの混合物
    から選択した金属酸化物および前駆体を含有する特許請
    求の範囲第1項記載の組成物。
  3. (3)該流出抑制剤は、パイロクロール関連酸化物であ
    る特許請求の範囲第1項記載の組成物。
  4. (4)該パイロクロール関連酸化物は Cu_0_._5Bi_1_._5Ru_2O_6_.
    _7_5である特許請求の範囲第3項記載の組成物。
  5. (5)0.2−5重量%のパイロクロール関連酸化物を
    含有する特許請求の範囲第3項記載の組成物。
  6. (6)該流出抑制剤は金属レジネートである特許請求の
    範囲第1項記載の組成物。
  7. (7)1−5重量%の金属レジネートを含有する特許請
    求の範囲第6項記載の組成物。
  8. (8)全固体を基準として0.1−2重量%のNiO、
    Co_3O_4、SnO_2およびこれらの混合物から
    選択した金属酸化物および前駆体を含有する特許請求の
    範囲第7項記載の組成物。
  9. (9)該金属レジネートは貴金属レジネートである特許
    請求の範囲第5項記載の組成物。
  10. (10)該貴金属レジネートはロジウムレジネートであ
    る特許請求の範囲第6項記載の組成物。
  11. (11)X=0である特許請求の範囲第1項記載の組成
    物。
  12. (12)X=0.1−2.9である特許請求の範囲第1
    項記載の組成物。
  13. (13)該ガラスのX値は0.2−2であり、該ガラス
    はその中に溶解された1−20pphのPbOを有する
    特許請求の範囲第1項記載の組成物。
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