JPS63232201A

JPS63232201A - 導体ペ−スト組成物

Info

Publication number: JPS63232201A
Application number: JP6414887A
Authority: JP
Inventors: 横山　博三; 表　考司; 峰春塚田; 均鈴木; 小川　弘美; 亀原　伸男; 丹羽　紘一
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1988-09-28
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2518839B2

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】〔概　要］本発明は、導体ペースト組成物、特にハイブリッドＩＣ
基板における配線パターンを形成するのに用いる銅導体
ペースト組成物において、（ｉ）平均粒径工０μｍ以下
で比表面積が０．１〜３．０　ｒｒｆ／ｇの粒状銅粉末
７０〜８６重量％、（ｉｉ）平均粒径０．５〜８μｍの
ガラス粉末２〜１０重量％、（ｉｉｉ　）酸化第一銅（
Ｃｕ２Ｏ）　４〜１６重量％及び（ｉｖ　）任意的な酸
化ビスマス（Ｂｉｚ（ｈ）　０．１〜２重量％並びに（
ｖ）有機ビヒクル　５〜３０重量％を配合した組成物を
用いることによって、所望の電気抵抗及び耐はんだ性を
保持し乍ら、高温放置時の密着強度低下を改良したもの
である。

〔産業上の利用分野］本発明は導体ペースト組成物に関し、更に詳しくは電気
抵抗や耐はんだ性などに優れ、高温放置の密着強度の低
下の問題を改良した導体を得るのに好適に使用すること
ができる銅含有導体ペースト組成物に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

近年、ハイブリッドＩＣ基板における配線パターンの形
成には銅（Ｃｕ）ペーストを用いる傾向になりつつある
ことは周知の通りである。これは従来から用いられてい
る銀／パラジウム（Ａｇ　／Ｐｄ　）ペーストに比較し
て銅ペーストが電気抵抗や耐はんだ性に優れているため
である。更に、Ａｇ／Ｐｄペーストは高温（１５０°Ｃ
）に放置した導体の密着強度の低下がＣｕペーストより
大きいという問題がある。このようにＣｕペーストは種
々性質においてＡｇ／Ｐｄペーストより優れており、導
体ペーストとして従来使用のＡｇ　／Ｐｄペーストから
Ｃｕペーストに変わりつつあるのが現状である。しかし
ながら、このＣｕペーストも高温下に放置した場合に密
着強度が劣化するという問題があり、特に長時間（例え
ば１０００時間、部品寿命として１０年）放置した場合
に問題となる。

従って、本発明者らはかかる従来技術の問題点を克服し
て所望の電気抵抗や耐はんだ性を保持し乍ら、高温放置
時の密着強度低下を改良した導体ペースト組成物を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及びその作用〕本発明に
従えば、前記目的は、（ｉ）平均粒径１０μｍ以下で、
好ましくは比表面積が０．１〜３．０ボ／ｇの粒状銅粉
末７０〜８６重量％、（ｉｉ　）平均粒径０．５〜８μ
ｍのガラス粉末２〜１０重量％、（ｉｉｉ　）酸化第一
銅（Ｃｕ２Ｏ）　４〜１６重量％及び（ｉｖ　）任意的
な酸化ビスマス（Ｂｉ２（ｈ）　０．１〜２重里％並び
に（ｖ）有機ビヒクル　５〜３０重量％、好ましくは１
０〜２０重量％を含んで成る導体ペースト組成物によっ
て達成される。

本発明者等の知見によれば、高温放置により導体の密着
強度が劣化するのは、導体にはんだ付けを施すことに基
因する。即ち、はんだ成分が導体孔から侵入し、基板と
導体との界面にまで到達することが原因と考えられる。

そこで本発明者らははんだが侵入する孔をなくし、導体
を緻密にすることにより密着強度の劣化を防止すること
ができることを認め、このためには銅粉末の粒子径、ガ
ラス粉末の粒子径と添加量、焼結助剤の選択および有機
成分の量などを最適にすることが必要であることを認め
た。

前記したように本発明に係る導体ペースト組成物に配合
される銅粉末はその平均粒子径が１０μｍ以下でなけれ
ばならず、好ましくは０．３〜２６０μｍである。以下
の第１表に示すように、一般的に言えば、銅粉末粒子の
粒子径が大きくなるに従って粉末の比表面積が小さくな
るために有機物の配合量が少なくなり、粒子径が１０μ
ｍを超えるとシート抵抗が高くなり過ぎて好ましくない
。

なお、粒子径が小さくなり過ぎても比表面積が大きくな
り、有機物の配合量が多くなり、シート抵抗が高くなる
傾向にある。

（注）第１表の結果は粘度２０００ｐｏｉｓｅとするた
めの有機物量である。銅粉９０％、平均粒子径２．３μ
ｍの鉛はうけい酸ガラス１０％は焼成後の組成となる。

銅粉とガラス粉及び有機ビヒクル（エチルセルロース、
テルピネオール、ジブチルフタレート）のペースト組成
物をアルミナ基板上にスクリーン印刷して焼成して得ら
れたものである。

本発明において使用する銅粉としては樹枝状粉末及び球
状粉末のいずれを用いてもよいが、銅粉の比表面積と導
体の拡散量との間には以下の第２表に示すような関係が
あり、第２表の結果からも明らかなように比表面積０．
１〜３ｒｒｆ／ｇ、好ましくは０．５〜２ｒｒｒ／ｇの
球状銅粉を使用するのが好ましい。

（以下余白）メー」Ｌ−表（注）第２表の結果は銅粉９０％、鉛はうけい酸ガラス
１０％及び有機ビヒクルのペースト組成物をアルミナ基
板上にスクリーン印刷して焼成して得られたものである
。

本発明において使用するガラス粉末としては平均粒径０
．５〜Ｂ　ａ　ｍ、好ましくは１．０〜４．０μｍの鉛
はうけい酸ガラス（ＰｂＯ−Ｂ２Ｏｚ−ＳｉＯｚ）、Ｚ
ｎ０−Ｂ２Ｏａ−ＳｉＯｚ　、Ｂ２Ｏｚ−ＳｉＯｚなど
を用いることができる。ガラス粉末の粒子径と密着強度
及びシート抵抗との関係は典型的には第３表に示した通
りであり、ガラス粉末の粒子径が大きくなると密度強度
は大きくなるがシート抵抗が増大し、逆に粒子径が小さ
過ぎると密着強度の低下する傾向にある。

（注）第３表の結果は平均粒径０．４μｍの銅粉９０％
、ガラス粉末１０％及び有機ビヒクル１５％の導体ペー
スト組成物について得られた結果である。

本発明に従えば、前記したように、焼成助剤として酸化
第一銅（Ｃｕ２Ｏ）又は酸化第−銅及び酸化ビスマス（
Ｂｉｚ（ｈ）を導体ペースト組成物に配合する。

Ｃｕ４０は、以下の第４表に示すように、導体ペースト
組成物中に４〜１６重量％、好ましくは６〜１４重量％
配合することによって高温放置下の（１５０°Ｃで１５
０時間）密着強度の低下を効果的に防止することができ
る。

（注）第４表の結果は平均粒径０．４μｍの銅粉９０％
、ガラス粉末４％、上記Ｃｕ２Ｏ及び有機ビヒクル１５
％の導体ペースト組成物について得られた結果である。

一方、本発明に従って導体ペースト組成物中に配合され
る酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）のシート抵抗に及ぼす影響は
以下の第５表に示す通りである。

本発明に従った導体ペースト組成物には、更に焼結助剤
として酸化第一銅に加えて、組成物中に０．１〜２重量
％、好ましくは０．５〜１．５重量％の酸化ビスマス（
Ｂｉ２Ｏｚ）を配合することによって以下の第６表に示
すように良好な密着強度を保持し乍ら、導体のシート抵
抗を低減することができる。

（注）第６表の結果は平均粒径０．４μｍの銅粉９０％
、ガラス粉末４％、Ｃｕｚｏ　　６％及び有機ビヒクル
１５％の組成物に第６表のＢｉ２Ｏ，を添加して得られ
た組成物を用いて得たものである。

本発明に従った導体ペースト組成物に配合される有機ビ
ヒクルとしては、従来から一般的に使用されている任意
のものを使用することができる。

そのような有機ビヒクルの構成成分としては、例えばメ
チルセルロース、ニトロセルロース、ＰＭＭＡアクリル
、ポリエステル、ポリビニルクロライド、ポリビニルア
ルコール、などの有機バインダー、ジブチルフタレート
、テルピネオール、ブチルカルピトールアセテート、フ
タル酸ジオクチル、フタル酸ベンジルｎ−ブチルなどの
有機溶剤；脂肪酸エステル、ソルビタンエステルなどの
分ｌｔｋ　剤及び微粉Ｓｉｎ、や有機物系などのチクソ
トロピー剤などをあげることができる。本発明の導体組
成物中の有機ビヒクルの量は一般に５〜３０重量％、好
ましくは１０〜２０重量％で重量。

〔実施例〕

以下、実施例に従って本発明を更に具体的に説明するが
、本発明の技術的範囲をこれらの実施例に限定するもの
でないことはいうまでもない。なお、以下の例において
「部」は特にことわらない限り「重量部」を示す。

劃−」− 平均粒径０．４μｍで比表面積がＩｒｒｆ／ｇの銅粉２
００部、平均粒径１．３μｍの鉛はうけい酸ガラス（軟
化点５１３°Ｃ）　　６部、粒径４μｍの酸化第一銅（
Ｃｕ２Ｏ）　１５部及び粒径１μｍの酸化ビスマス（Ｂ
ｉｔ’３）に分散剤（脂肪酸エステル系）０．５部を加
え、さらにメチルエチルケトン１００部を加えて９８ｒ
ｐｍのボールミルで４８時間ミリングした。

その後粒径が１０μｍの硬化ひまし油０．６部、粒径が
ＩＭのエチルセルロース（１０ｃｐｓ）、テルピネオー
ル（異性体混合物）１６部、及びジブチルフタレート１
６部を加えてさらにボールミルで４８時間ミリングした
。その後播潰混練機（メノウ乳鉢製）で３時間混練し、
メチルエチルケトンを完全に飛散させた。得られた混合
物を三本ロールミルを用いて更に十分に混練して銅ペー
ストを作製した。

上で得られた銅ペーストを３２５メツシユのステンレス
スクリーンを介して９６％アルミナ基板上にスクリーン
印刷した。その後１３０°Ｃで１０分間乾燥し、そして
窒素雰囲気下にて光洋すンドバーグ炉中にて９００°Ｃ
で１０分間、１時間サイクルにて焼成した。得られた焼
成体の電気抵抗、密着強度及びはんだぬれ性などの物性
を第７表に示す。

なお、この銅ペーストを同じ条件で焼成し、導体の密度
をアルキメデス法で測定した。この結果は第８表に示す
。

［へ１＝１市誕り一亀例１において、鉛はうけい酸ガラスとして、径１．５μ
ｍの鉛はうけい酸ガラス（軟化点４００６部を用いた以
外は例１と同一にして銅ペースを作製した。

この銅ペーストを３２５メツシユのステンレスクリーン
を介してアルミナ５０、ガラス５０のラス−セラミック
基板上にスクリーン印刷したその後１３０″Ｃで１０分
間乾燥し、次いで窒素雲気中において８００°Ｃで２０
分間焼成した。

得られた焼成体の物性を第９表に示す。

■−１粒径０．４μｍの銅粉末２００部、粒径１．３　ｕ　ｍ
鉛はうけい酸ガラス（軟化点５１３°Ｃ）６部及び化第
−銅（ＣＬ１２０）　１０部に分散剤０．５部とメチル
チルケトン１００部とを加えて４８時間ミリング次に例
１と同一の有機組成として２４時間ミリグした。

このようにして得られた銅ペーストをアルミ基板上にス
クリーン印刷し、窒素雰囲気中におて９００°Ｃで１０
分間焼成した。

拉　　　　得られた焼成体の物性を第９表に示す。

”Ｃ）　　　汎−土ト　　　　粒径０．７μｍの銅粉末２００部を用いた以
外は例１と同一にして銅ペーストを作製した。

ス　　　　このようにして得られた銅ペーストをアルミ
ナガ　　　基板上にスクリーン印刷し、窒素雰囲気下に
おいて９００°Ｃで１０分間焼成した。

囲　　　　得られた焼成体の物性を第９表に示す。

ン〔発明の効果］す　　　　以上説明したように、本発明によれば、特定
のい　　　粒径の銅粉末及びガラス粉末に酸化第−銅又
は酸化ビスマスの焼成助剤と配合することによって良好
な電気抵抗や耐はんだ性を有し、焼成した体の相対密度
が高く、高温放置時の密着強度の下を改良した導体ペー
スト組成物が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】１、（ｉ）平均粒径１０μｍ以下で銅粉末７０〜８６重
量％、（ｉｉ）平均粒径０．５〜８μｍのガラス粉末２
〜１０重量％、（ｉｉｉ）酸化第一銅（Ｃｕ＿２Ｏ）４
〜１６重量％及び（ｉｖ）有機ビヒクル５〜３０重量％
を含んで成る導体ペースト組成物。２、（ｉ）平均粒径１０μｍ以下で銅粉末７０〜８６重
量％、（ｉｉ）平均粒径０．５〜８μｍのガラス粉末２
〜１０重量％、（ｉｉｉ）酸化第一銅（Ｃｕ＿２Ｏ）４
〜１６重量％、（ｉｖ）酸化ビスマス（Ｂｉ＿２Ｏ＿３
）０．１〜２重量％及び（ｖ）有機ビヒクル５〜３０重
量％を含んで成る導体ペースト組成物。