JPS6222868A - 導伝性組成物 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、厚膜（ｕペースト用の導電性組成物、更に詳
しくは、半田濡れ性と引張り強度に優れた厚膜Ｃにペー
スト用の導電性組成物に関する。

〔発明の背景〕

厚膜導電ペーストとして、Ａｕペースト、Ａｇ・ｐｄペ
ーストは各種分野に用いられているが、これ等貴金属ペ
ーストは比較的高価である。これに対し、Ｃｕを主成分
とするＣｕペーストは、Ｎ２゜雰囲気中等の不活性雰囲
気中で焼成する必要はあるが、安価で導電性が高く、誘
電体上にも製膜可能で、半田付けもでき半田により金属
間化合物を生成する等の利点があり、導電性ペーストの
コストダウンを計る上で有力な材料である。

このＣｕペーストのうち、Ｃｕ粉末、ガラスフリット、
有機ビヒクルからなる所謂ガラスボンドタイプのペース
トは、ガラスと基板との接合力で。

導電パターンを基板上に被着させるものであるが、一般
にガラス成分が導電パターン表面に浮上り易く、半田濡
れ性（半田付は性）を劣下させる上、基板との接着強度
にも問題がある。

そこで、半田濡れ性と接着強度の改善のために、ガラス
ボンドタイプのＣｕペースにＢｉ２Ｏ３を添加・混入す
ることが、一部で試みられており、且つ発明者等もこれ
を試みたが、ＢｉｚＱ３の添加量を、導電性組成物（有
機溶剤に分散・混入前の組成物）の５ｗｔ％程度以上と
しなければ、半田濡れ性と接着強度の充分な改善が見ら
れないものであった。しかしながら、Ｂｉ２Ｏ３の添加
量が増すと、Ｃｕ粉末の全体に占める割合が低下して必
然的にシート抵抗値の増大を招いて、導電率を低下させ
るという欠点を招来する。また、ＢｉｚＯ３は半田付は
時の加熱によって、 ２　Ｂｉ２Ｏ３＋３　Ｓｎ　→４　Ｂｉ　＋　３　Ｓｎ
　Ｏａの酸化ビスマス還元反応が徐々に進行して、接着
強度を劣下させる上、導電パターン内のガラスネットワ
ークを脆弱化させ易いという欠点もあり、Ｂｉｚ０３の
添加量を多くすることには、信頼性の点で問題があるこ
とは否めなかった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑み成されたもので、充分な導電性
と、良好な半田濡れ性（半田付は性）・引張り強度（接
着強度）とが保証できると共に、半田付は時の加熱等に
よって特性の劣下する虞れの少い、厚膜Ｃｕペースト用
の導電性組成物を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明者等は種々検討の結果、前記したＢｉ２Ｏ３に代
えて、Ｖ２Ｏ５を所定量添加することによって、上記目
的を達成することを見出したもので、その詳細は以下な
る実施例から明らかとなる。

〔発明の実施例〕

本発明に用いられる導電性組成物の主成分となる（ｕ粉
末は、（有機ビヒクルを含まない）導電性組成物全体に
対し９０ｗｔ％以上、望ましくは、９２．５ｗｔ％以上
とされる。これはＣｕ成分が多い程導電率が良好となる
からである。また、Ｃｕ粉末の粒径は、０．３〜１．５
μｍの範囲のものが選定され、必要に応じ粒径の異なる
Ｃｕ粉末が調合して用いられる。

ガラスボンディングのためのガラスフリットとしては、
ホウケイ酸鉛ガラスに代表される各種低融点ガラスが適
用可能で、例えば、ＰｂＯ−５ｉＯ２−Ｂ２０３系ガラ
ス、ｐｂｏ−Ｓｉ０２系ガラス、ｐｂ。

Ｂ２０３−ＺｒｔＱ系ガラス、ＺｎＯＢ２Ｏ３系ガラス
等々を用いることができるが、望ましくは、ガラスフリ
ット全体に対し、ＰｂＯが５Ｑｗｔ％以上含まれたもの
が選択される。また、該ガラスフリットの軟化点（Ｓｏ
ｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　）は、低い温度のものが
選定され、後述する本発明の厚膜（ｕペーストの溶成温
度から見て、その軟化点が２５０〜４００℃低い範囲の
ものが選定される。これは、比重の大きいＰｂＯが多く
、且つ軟化点が低いと、焼成時に導電パターン内部でガ
ラス成分の基板側への沈下・流動が相当に期待できるか
らである。

また、このガラスフリットは、導電性組成物全体に対し
、１．５〜２，０ｗｔ％の割合とされる。

本発明において、半田付は性と接着強度の改善のために
添加されるＶ２Ｏ５は、導電性組成物全体に対して１〜
５ｗｔ％、更に望ましくは２〜４．５ｗｔ％とされ、粒
径は２μｍ以下のものが用いられル。コノＶ２Ｏ５）融
点（Ｍ、Ｐ）は６９０°Ｃで、沸点（Ｂ、Ｐ）は１７５
０℃であり、前記したＢｊｚＯ３のそれ（Ｍ、　Ｐ＝８
６０’Ｃ，Ｂ　、　Ｐ＝１９００℃）に比してそれぞれ
低いものとなっており、従って焼成時の加熱においてＢ
ｉ２Ｏ３よりも早く軟化して流動性をもつことになる。

また、このＶ２Ｏ５は、Ｂ１２ｏ、　　よりも結合エネ
ルギーが比較的大きいので分解しにくく、換言するなら
還元されて前述した悪影響を及ぼす虞れも少い。

そして、本発明の導電性組成物は、上記した重量比のＣ
ｕ粉末、ガラスフリット、Ｖ２Ｏ５が混合され、これに
必要に応じて、微量の分散剤、消泡剤が添加されて調合
される。このように作製された導電性組成物１００重量
部に対して、有機ビヒクルを１２〜１６重量部加えて、
有機ビヒクル中に導、電性組成物を分散・混合して導電
ペーストと。

され、この導電ペーストは、スクリーン印刷・乾燥後、
ピーク温度８３０〜９５０℃で焼成される。

上記した本発明による導電性組成物を用いた導電ペース
トを焼成して得られた導電パターンは、充分な導電性と
、良好な半田濡れ性、引張り強度を示した。これは、全
体として（ｕ粉末の含有率を犬ぎくできること、Ｖ２Ｏ
５が焼成時に溶融し、この酸化物の溶融によってガラス
成分の粘度が低下して、ガラス成分が基板側へ移行し易
くなり、導電パターン表面部にガラス成分が殆んど浮き
上らないこと等が相俟ってなるものと推測される。

即ち、上記Ｖ２Ｏ５−！！−の融点Ｍ、Ｐと、沸点Ｂ、
Ｐと焼成温度との関係は、 Ｍ、Ｐく焼成温度（Ｂ　、　Ｐ の関係にあり、Ｖ２Ｏ５はガラス成分の軟化と共に、一
部ガラスに溶は込むように作用する。よって、ガラス成
分が基板側に集中して、充分な接着強度を保証すると共
に、この反作用として導電パターン表面には金属成分（
ＣＬＩ）が集中することになって充分な半田濡れ性を保
証すると考えられる。

そして、このメカニズムはＢ１２Ｏ３においても作用す
ると考えられるが、Ｖ２Ｏ５の前記Ｍ、Ｐが、前述した
如くＢｉ２Ｏ３のそれよりも低いので、Ｂｉ２Ｏ３より
も比較的少い量で効果的にガラス成分の粘度低下を加速
し、上述の作用をより一層助長するものであるからと推
測される。

一方、この半田付は性、接着強度の向上と、導電性の向
上とは相反する関係にあり、Ｖ２Ｏ５を多くするとＣｕ
成分が相対的に少くなること等によって導電率は低下す
る。従って、本発明においては、Ｖ２Ｏ５は前述した如
く１〜５ｗｔ％とされている。即ち、Ｖ２Ｏ５は、Ｂｉ
２Ｏ３よりも少い量で半田付は性、接着強度の改善がな
されるからである。実験によれば、Ｖ２Ｏ５の添加量は
１ｗｔ　％以上でないと効果が薄く、また５ｗｔ％を超
えると、焼成温度等の条件にもよるが、シート抵抗値を
、時として３　ｒｎΩ／口／１５μｍ以上とすることが
実験で確認された。勿論、この程度のシート抵抗値でも
Ａｇ−Ｐｄペーストに較べるとはるかに良好なものでは
あるが、Ｃｕペーストに本来求められるべき高導電率を
満足させるには、５ｗｔ４以下であることが実験で確認
された。また、Ｖ２Ｏ５の添加量が６ｗｔ％を超えると
、焼成時に導電パターンのエツジ（辺部）に粘度低下に
基づくと思われるダレが生じ易くなることも確認され、
導電パターンに所謂ファインエツジを得るためには、Ｖ
２Ｏ５は５ｗｔ％以下が望ましいことが判明した。

そして、また、高導電率と、極めて良好な半田付は性と
引張り強度の実現、上述のファインエツジの維持には、
最も望ましくは、Ｖ２Ｏ５ば２〜４５ｗｔ％であること
が判明した。

また、導電ペーストの焼成温度も重要なファクターとな
り、８３０℃以上であると、Ｃｕ粒子同志の結合が良好
となって、シート抵抗値を、約２．６ｍΩ／ロ／１５μ
ｍ以下として、充分な導電性を満足させることが確認さ
れた。また、焼成温度が９５０℃以下であると、高温加
熱によるガラス成分の導電パターン表面への浮上りも少
く、さほとゝまで半田付は性を劣下させろことがないこ
とが確認された。

（実験例１） Ｃｕ粉末として、粒径０．７７μｍ、比表面積０、６８
　ｍ”／　ｇ、タップ密度３．６１　ｇ／ｃｃの三井金
属鉱業株製のＳ−８４１２０１ＰＮを、９７．ＯＷｔチ
、ガラスフリットとして、旭硝子（ハ）裂の低融点ガラ
ス、ＡＳＦ−１３７０（ガラスフリット全体を１００重
量部として、Ｂ２Ｏ３が１０、ｐｂｏが５０．５１０２
が３５、Ａ　ｌ　２０３が５重量部で、軟化点が６００
℃）を、１．３ｗｔチ、Ｖ２Ｏ５を１．２ｗｔ％とじ、
微量の分散剤を添加した導電性組成物を調合した。調合
に際しては、ガラスフリット、ＶｚＯｓ　　粉末　嗣≠
中Ｆ≠淋をボールミルで８時間以上粉砕した後、Ｃｕ粉
末を加えて導電性組成物とし、これを、メーテルビネオ
ールにエチルセルロースを溶解させた有機ビヒクルに混
合し、三本ロールミルにて充分混合・分散して導電ペー
ストを作製した。この有機ビヒクルは、導電性組成物１
００重量部に対して、１４．２重量部とした。

上記のよ・うに作製した導電ペーストを、京セラ■製の
９６チアルミテ基板上に、２００メソシユ。

ステンレススクリーンで、スキージ硬度６０、ギー？７
プ０．４＋＋ｍ、印刷スピード４０　ｍｕ／　ｓｅｃ、
印圧４ｋｇの印刷条件で、導電パターンを形成し、１０
分間レベリングした後、１２０℃で２０〜３０分乾燥し
た。これを、８５０℃、９００℃、９３０℃の各ピーク
焼成温度で、ピーク温度保持時間を５〜１０分とし、昇
温速度を約４０℃／　ｍ　ｉ　ｎとし、６０分プロフィ
ルで焼成した。また、焼成後の導電パターンの膜厚は１
３〜１５μｍとした。この導電パターンのシート抵抗値
を４端子法による電圧値の読み取りで行ない、引張り強
度試験を、２朋口の導電パターン上に０，８φの折曲げ
スズメッキ銅線を半田付けしてこれを引剥すビール試験
法で行なった。また、半田濡れ性試験のため、千住金属
■製のクリーム半田、５ＰＴ−２０６３を用いてこれを
印刷し、これをリフロー条件、ピーク２３０±１０℃、
２００℃以上のアップ時間を３０〜５　Ｑ　Ｓｅｃとし
て半田付けを行ない、導電パターン表面の半田付は状態
を拡大観察した。

以上による実験結果は、表−１の通りであり、表−１ ９３０℃の焼成条件で、引張り強度に若干問題がある以
外には、他は総べて良好な結果を示した。

ここで、○印は、シート抵抗においては、１．８〜２、
　ＯｒｎΩ／口／１５μｍ以下、半田付は性においては
全面半田被着、引張り強度においては、３〜５　ｋｇ／
　２　ｔｔｒｙｎ口以上のものを指している。

（実験例２） （ｕ粉末を９４．５Ｗ１％、ガラスフリットを１．７８
ｗｔ％、Ｖ２Ｏ５ヲ３．５５　ｗｔ　％　トＬ、他ハ総
ヘテ実験例１と同等の条件で実験を行なった結果、表−
２に示すように、総べて良好な結果が得られた。

表−２ （実験例３） Ｃｕ粉末を９３．４ｗｔ％、ガラスフリットを１．７５
ｗｔ％、Ｖ２Ｏ５ヲ４．８３　ｗｔ％トじ、他ハ総ヘテ
実験例１と同等の条件で実験を行なった結果、表−３に
示すように総べて良好な結果が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、導電率、半田付は
性、接着強度に優れた導電性組成物が得られ、その産業
的価値は多大である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕ粉末と、ガラスフリットと、Ｖ＿２Ｏ＿５と
   を少くとも含有してなることを特徴とする導電性組成物
   。
2. （２）導電性組成物（有機ビヒクルを除く）全体に対し
   、前記Ｃｕ粉末は９０〜９７．５ｗｔ％、前記ガラスフ
   リットは１．５〜２．０ｗｔ％、前記Ｖ＿２Ｏ＿５は１
   〜６ｗｔ％とされたことを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の導電性組成物。
3. （３）前記ガラスフリットはＰｂＯを含み、該ガラスフ
   リット１００重量部に対し、ＰｂＯは５０重量部以上配
   合されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載の導電性組成物。
4. （４）前記導電性組成物を用いた導電ペーストの焼成温
   度に対し、前記ガラスフリットの軟化点は、２５０〜４
   ００℃低い温度であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の導電性組成物。
5. （５）前記導電性組成物を用いた導電ペーストの焼成温
   度は、８３０〜９５０℃であることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の導電性組成物。