KR101786722B1 - 도전성 페이스트 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 도전성 페이스트는 (A) 도전성 분말과, (B) 산화물 환산으로, 또한 유리 프릿 내의 비율로, 16 내지 47 중량％의 SiO2, 33 내지 52 중량％의 Al2O3, 3 내지 15 중량％의 MgO, 15 내지 45 중량％B2O3의 조성으로 이루어지는 성분을 총 85 중량％ 이상 함유하고, 또한 실질적으로 납을 포함하지 않는 유리 프릿, 및 (C) 유기 비이클을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 세라믹 기판 및 금속 기판과 같은 각종 기판 및 전자부품 등에서 고온 소성함으로써 전극이나 도체를 형성하기에 적합한 무연(lead-free) 도전성 페이스트에 관한 것이다.
도전성 페이스트는 통상 은이나 은-팔라듐, 구리, 니켈 등의 금속을 주성분으로 하는 도전성 분말과 무기 결합제로서의 유리 프릿을, 수지 및 용제를 포함하는 유기 비이클에 균일하게 분산시켜서 페이스트형상으로 한 것으로, 필요에 따라 비스무스 산화물, 구리 산화물 등의 금속 산화물 등이 첨가된다.
상기 도전성 페이스트는 스크린 인쇄, 딥핑, 브러쉬 코팅 등과 같은 여러 가지 방법으로 소정의 패턴을 형성하기 위하여 각종 기판상 혹은 전자부품의 단자부에 도포된다. 그 후 상기 도전성 페이스트는 700 내지 950℃ 정도의 고온에서 소성되어 도전성 필름(도체 박막)을 형성한다.
근래, 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라, 도전성 페이스트에 사용되는 유리 프릿은 납을 포함하지 않는 무연의 유리 프릿인 것이 요구되는 일이 많아지고 있다. 무연의 유리 프릿은 납(PbO)을 전혀 함유하지 않거나 혹은 불가피하게 불순물로서 납을 극히 조금(예를 들면 50ppm 이하)만 함유하는 유리이다. 이러한 무연의 유리 프릿으로서, 예를 들어 알루미노보로실리케이트(aluminoborosilicate) 유리를 이용하는 도전성 페이스트가 제안되어 있다(일본 공개 특허 소50-161692 참조).
도전성 필름 상에 리드선이나 각종 전자부품을 부착하거나, 전자부품을 프린트 기판 등에 땜납으로 실장하는 경우, 혹은 방습, 방진처리가 필요한 경우, 해당 도전성 필름 상에는 필요에 따라 도금 처리를 실시한 후, 땜납층이 형성된다. 땜납층은 통상 상기 기판을 용융 땜납조에 침지하거나, 또는 땜납 페이스트를 도전성 필름 상의 소정 위치에 인쇄함으로써 형성된다. 이후, 실제의 땜납 접합을 실시함에 있어서는 가열하여 땜납층을 리플로우(reflow) 시킨다.
이와 같은 박막의 도전성 회로나 전극의 형성에 이용되는 도전성 페이스트에는 도전성, 기판과의 접착 강도 및 내땜납 용해성(땜납 내열성) 등과 같은 여러 가지의 특성을 만족하는 것이 요구된다.
특히, 최근의 마이크로일렉트로닉스 분야에 있어서 땜납재료 또한 무연일 것이 강하게 요청되고 있고, 종래 가장 일반적으로 사용되고 있는 납-주석계 땜납을 대신하여 여러 가지의 무연 땜납이 이용되기 시작하고 있다. 무연 땜납은 여러 가지 융점을 갖는 것이 존재하는데, 예를 들어 260℃정도의 고온에서 용융되는 주석-은-구리계 땜납(Sn/3Ag/0.5Cu)이 널리 알려져 있다.
그러나, 상기 주석-은-구리계 땜납과 같은 고융점 땜납의 사용시에 하기와 같은 불편이 발생하고 있다. 즉, 종래 도전성 페이스트는 납땜온도가 230 내지 240℃ 정도의 납-주석계 땜납을 이용하는 것을 전제로 하여 일반적으로 설계되고 개발된다. 따라서, 고융점 땜납을 사용하면 도전성 페이스트 안에 도전성 분말로서 함유된 금속이, 용융한 땜납 안으로 확산·용해해 버려 소위 「솔더 리치(solder leach)」라는 현상을 일으킬 가능성이 높아져 버린다.
상기한 관점에서, 예를 들어 일본 공개특허 번호 2006-228572호에서는 SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O계 유리분말 및 알루미나 분말을 이용함으로써 소성 후의 도전성 필름의 내땜납 용해성을 향상시켜 솔더 리치를 억제하는 도전성 페이스트가 제안되어 있다.
그러나, 더욱 엄격한 조건이 요구되는 용도에서는 도전성 필름의 내땜납 용해성을 더욱더 개선시켜야할 것이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 특히 납땜되는 도전성 필름이나 전극의 형성에 이용했을 때에 내땜납 용해성을 향상시킬 수 있는 도전성 페이스트를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, (A) 도전성 분말과, (B) 산화물 환산으로, 또한 유리 프릿 내의 비율로, 16 내지 47 중량％의 SiO2, 33 내지 52 중량％의 Al2O3, 3 내지 15 중량％의 MgO, 15 내지 45 중량％B2O3의 조성으로 이루어지는 성분을 총 85 중량％ 이상 함유하고, 또한 실질적으로 납을 포함하지 않는 유리 프릿, 및 (C) 유기 비이클을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 일 양상에 따르면, (A) 도전성 분말과, (B) 산화물 환산으로, 또한 유리 프릿 내의 비율로, 16 내지 47 중량％의 SiO2, 33 내지 52 중량％의 Al2O3, 3 내지 15 중량％의 MgO, 15 내지 45 중량％B2O3의 조성으로 이루어지는 성분을 총 85 중량％ 이상 함유하고, 또한 실질적으로 납을 포함하지 않는 유리 프릿, 및 (C) 유기 비이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트를 제공한다.
본 발명에 따르면, 내땜납 용해성이 우수한 도전성 필름이나 전극을 얻을 수 있다.
바람직하게 상기 (A) 도전성 분말은 은을 주성분으로 하는 은계(銀係) 금속분말이다.
본 발명에서는, 도전성 성분으로 솔더 리치가 발생하기 쉬운 은을 주성분으로 한다. 따라서 본 발명에 따른 내땜납 용해성 효과는 한층 더 큰 이점이 될 수 있다.
바람직하게, 상기 도전성 페이스트는 지르코늄 산화물, 티탄 산화물 및 아연 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속산화물을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 산화지르코늄, 산화티탄, 산화아연으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 사용에 의해 도전성 필름의 내땜납 용해성을 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 (A) 도전성 분말, (B) 유리 프릿 및 (C) 유기 비이클을 필수 성분으로 포함하는 것이다.
이하, (A) 도전성 분말, (B) 유리 프릿, (C) 유기 비이클에 대해서 각각 상세하게 설명한다.
(A) 도전성 분말
본 발명에 있어서, 도전성 분말은 특히 한정되지 않는다. 하지만, 예를 들어 은, 팔라듐, 백금, 금 등의 귀금속 분말, 구리, 니켈, 코발트, 철 등의 비금속 분말(base metal powder), 또는 이들 금속을 포함하는 합금 분말이나, 표면이 다른 도전성 재료로 피복된 복합분말 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도전성 분말로서 솔더 리치가 발생하기 쉬운 은을 주성분으로 하는 분말을 이용한 경우라도 내땜납 용해성이 매우 우수하다. 특히, 도전성 분말 안에 차지하는 은의 배합비율이 70 중량％ 이상의 은계 도전성 분말을 이용한 경우라도 은의 솔더 리치를 효과적으로 억제할 수 있다. 또 은의 함유량이 예를 들어 1 내지 30 중량부로 소량이어도 표면에 은이 노출된 은 피복 구리분말 등에 대해서는 내땜납 용해성을 현저하게 개선할 수 있다.
은을 주성분으로 하는 분말로 구성된 은계 도전성 분말에 있어서, 내땜납 용해성, 도전성, 은 마이그레이션 방지 관점에서 은 이외의 다른 성분으로 팔라듐, 백금, 금, 구리, 니켈 등의 성분을 배합할 수 있다. 하지만 도전율이나 코스트 관점에서, 다른 성분의 총량은 0.1 내지 30 중량％로 하는 것이 바람직하다. 특히 다른 성분으로 팔라듐이 배합되는 것이 바람직하다. 은계 도전성 분말로서 은 및 다른 성분의 혼합분말 또는 합금분말, 복합분말 혹은 이들의 혼합분말을 이용할 수 있다. 또한 본 명세서에서, 예를 들어, 0.1 "내지" 30 중량％란 표현은 0.1 중량％ 이상, 30 중량％ 이하의 범위를 의미하며, 본 명세서 전반의 유사한 표현들에 동일한 의미를 적용한다.
도전성 분말로는 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 것을 사용할 수 있다. 특히, 평균입경이 다른 2종류 이상의 도전성 분말을 혼합하는 것도 가능하다. 도전성 분말의 형상은 특히 제한되지 않고, 구형상 분말 및 후레이크 형상 분말 등을 적절히 사용할 수 있다. 특히, 형상이 다른 2종류 이상의 도전 분말을 혼합하는 것도 가능하다.
(B) 유리 프릿
본 발명에 관한 유리 프릿은 SiO2와 Al2O3와 MgO와 B2O3를 주성분으로 하여 함유하는 알루미노보로실리케이트 유리 프릿이며, 그 성분들은 치밀한 금속-유리 소성막 구조를 만들기 위해 선택된다. 구체적으로 유리 프릿은 산화물 환산으로 다음 조성으로 이루어지는 성분을 총 85 중량％ 이상 함유하고, 실질적으로 납을 포함하지 않는 것이다.
16 내지 47 중량％의 SiO2, 33 내지 52 중량％의 Al2O3, 3 내지 15 중량％의 MgO 및 15 내지 45 중량％B2O3.
여기서 "SiO2, Al2O3, MgO, B2O3"의 각 성분의 함량은 유리 프릿 내에서 비율이다.
또한, 각 성분은 상기 산화물 환산량이 유리 프릿 안에 함유되어 있으면 되고, 유리 프릿 안에 상기 산화물로서 존재하고 있는 것을 의미하는 것은 아니다. 일례로서 SiO2는 SiO로서 포함되어 있어도 된다.
유리 프릿으로서, 평균입경 1.0 내지 5.0㎛ 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 유리 프릿은 도전성 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부 배합하는 것이 바람직하다. 유리 프릿이 1 중량부 미만이면 내땜납 용해성 및 기판과의 밀착성이 저하하는 경향이 있다. 또 유리 프릿이 15 중량부를 초과하면 도전성 필름으로서 도전성이 너무 저하하는 경향이 있다. 더욱 바람직한 유리 프릿의 배합량은 2 내지 10 중량부이다.
하기에, 유리 프릿 조성의 한정 이유에 대해 성분마다 각각 설명한다.
SiO2 함량은 16 내지 47 중량％의 범위 내이다. SiO2는 함량이 16 중량％ 미만일 경우, 치밀한 소성막이 형성되지 않고 내땜납 용해성도 저하한다. 또 SiO2의 함량이 16 내지 47 중량％의 범위를 벗어나는 경우 유리화가 곤란해지므로, 따라서 그러한 SiO2 함량은 바람직하지 않다. 유리화 용이성의 관점에서 SiO2 함유량은 20 내지 40 중량％, 특히 20 내지 33 중량％의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다.
Al2O3 함량은 33 내지 52 중량％의 범위 내이다. Al2O3의 함량이 33 중량％ 미만일 경우 내땜납 용해성이 저하한다. 또한, Al2O3의 함량이 52 중량％ 초과일 경우 유리 제조시에 너무 고용융되어 유리화가 곤란해진다. 유리화 용이성의 관점에서 Al2O3의 함량은 48 중량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 게다가 Al2O3의 함량이 많으면 내약품성 등의 특성이 향상되는 경향이 있다. 따라서, Al2O3의 함량은 35 중량％ 이상인 것이 특히 바람직하다.
MgO는 유리화 범위를 넓히데 효과적이며, MgO 함량은 3 내지 15 중량％의 범위 내이다. MgO의 함량이 3 중량％ 미만일 경우 유리화가 곤란해진다. 또한, MgO의 함량이 15 중량％ 초과일 경우 내땜납 용해성이 저하된다. 특히 우수한 내땜납 용해성을 얻기 위해서 MgO의 함량은 10 중량％ 이하인 것이 바람직하다.
유리 프릿에서 B2O3는 융제로서 작용하며, 그 함량은 15 내지 45 중량％의 범위 내이다. B2O3의 함량이 15 중량％ 미만일 경우 융제로서의 효과가 감소된다. 또한, B2O3의 함량이 45 중량％ 초과일 경우 내땜납 용해성이 감소된다. 또한 B2O3는 함량이 증가되면 내약품성 등을 저하시키는 경향이 있다. 따라서 B2O3의 함량은 40 중량％ 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한 유리 프릿에는 필요에 따라서 SiO2, Al2O3, MgO, B2O3 이외의 다른 성분들이 포함될 수 있다.
이 경우, 다른 성분의 총량은 산화물 환산으로 0 내지 15 중량％의 범위 내인 것이 바람직하다. 다른 성분의 함량이 15 중량％ 초과일 경우 본 발명의 알루미노보로실리케이트 유리가 갖는 우수한 내땜납 용해성이 변하고, 내땜납 용해성이 저하되어 버릴 우려가 있다.
다른 성분으로서 내땜납 용해성이나 내약품성을 저하시키지 않는 범위에서 다른 금속 산화물이나 할로겐 등을 함유시킬 수 있다. 예를 들어 금속산화물로서 BaO, CaO, SrO, Li2O 등의 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 산화물을 함유시키면 MgO와 마찬가지로 유리화 범위를 넓히는 것 외에, 연화 온도를 조정하는 효과를 가지며, TiO2, ZrO2는 기판과의 접착성, 도전성 필름의 치밀성 및 내땜납 용해성을 향상시킨다. 본 발명의 유리 프릿은 다른 성분으로서 Cu2O, MoO3, La2O3 등의 각종 산화물이 더 포함될 수도 있다. 하지만, 전술한 바와 같이 환경에 대한 관점에서 실질적으로 납 성분은 포함되지 않고, 더 나아가서는 비스무스 성분도 포함되지 않는 것이 바람직하다.
유리 프릿은 유리 프릿을 구성하는 각 성분의 원료화합물을 혼합하고, 그 혼합물을 용융, 급냉, 분쇄함으로써 원하는 유리 프릿을 제조할 수 있다. 이 통상의 제조방법 외에, 졸겔법, 분무 열 분해법, 아토마이즈법 등의 여러 가지의 방법으로 원하는 유리 프릿을 제조할 수도 있다.
(C) 유기
비이클
유기 비이클로는 유기 바인더, 용제 등을 이용할 수 있다. 유기 바인더로는 셀룰로오스 화합물, 부티랄 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 알키드 수지, 로진 에스테르 등을 이용할 수 있다. 한편, 용제로는 알콜계, 케톤계, 에테르계, 에스테르계, 탄화수소계 등의 유기용제나 물, 이들의 혼합용제를 이용할 수 있다.
유기 비이클의 배합량은 특히 한정되는 것은 아니고, 무기성분을 페이스트 안에 유지할 수 있는 적절한 양으로 용도나 도포방법에 따라서 적절히 조정된다.
또한 본 발명의 도전성 페이스트는 기판과의 밀착성이나 도전성 필름의 치밀성을 향상시키거나, 내땜납 용해성을 향상시키기 위해 임의의 성분으로서 (D) 금속산화물을 함유해도 된다. 금속산화물은 1종류만 배합되어질 수도 있고, 2종류 이상 조합하여 배합되어질 수도 있다.
금속산화물로는 비스무수 산화물, 지르코늄 산화물, 구리 산화물, 지르콘, 알루미나, 실리카, 티탄 산화물, 망간 산화물, 란탄 산화물 등과 같이 도전성 페이스트에 전통적으로 사용되는 여러 가지의 금속산화물이 제시될 수 있다. 특히, 지르코늄 산화물(ZrO2), 티탄 산화물(TiO2, TiO), 아연 산화물(ZnO) 등을 이용하는 것이 바람직하다. 금속산화물로는 평균입경 5.0㎛ 이하의 분말을 이용하는 것이 바람직하다. 또 금속산화물은 유기금속화합물 등과 같이 금속산화물의 전구체로서 배합되어 있을 수도 있다.
그 외, 본 발명의 도전성 페이스트에는 인쇄 특성 등을 조정하기 위해 통상 첨가되는 가소제, 고급 지방산이나 지방산 에스테르계 등의 분산제, 계면활성제, 더 나아가서는 수지비드 등의 고형수지 등, (A) 내지 (D) 이외의 첨가제를 적절히 배합할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 예를 들어 다음과 같이 제조된다.
(A) 도전성 분말과, (B) 유리 프릿, 및 필요에 따라서 (D) 금속산화물 및 다른 첨가제를 적절한 배합비율로 조합·혼합하고, (C) 유기 비이클 안에 균일하게 분산시켜 페이스트형상으로 한다.
(A) 도전성 분말, (B) 유리 프릿 및 필요에 따라 배합되는 금속산화물의 비율은 특히 한정되지 않고, 목적·용도에 따라 통상 사용되는 범위 내에서 적절히 조정된다. 바람직하게는 (A) 도전성 분말 100 중량부에 대해, (B) 유리 프릿을 1 내지 15 중량부, (D) 금속산화물을 합계량 0 내지 10 중량부 정도 배합한다.
본 발명의 도전성 페이스트는 기판이나 전자부품에 형성되는 도체나 전극형성에 사용된다. 여기에서는 일례로서 기판 상에 전극을 형성하는 경우에 대해서 설명한다.
도전성 페이스트는 스크린 인쇄나 딥핑, 솔을 이용한 도포 등의 적절한 방법에 의해 기판 상에 원하는 패턴으로 도포 되고, 그 후, 700 내지 950℃ 정도의 고온으로 소성된다. 소성공정에 있어서, 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 유리 프릿은 승온 과정에서 연화하여 유동하고, 막 전체에 확산하여 도전성 분말의 표면을 적셔서 소결을 촉진한다. 이에 따라 소성 후에 형성되는 도전성 필름은 치밀한 금속 소성막 구조를 형성한다. 또한 유리 프릿은 온도 상승에 의한 점도 강하에 따라 유리 프릿의 적어도 일부는 기판과 도전성필름 사이의 계면으로 이동하고, 도전성 필름을 기판에 강고하게 접착시킨다.
또 소성공정에 있어서, 유리가 유동화하고, 도전성 분말이 소결을 개시하는 시점에서 막 안에 비이클 등이 유기물이 잔류하고 있으면 그 후, 고온에서 분해하여 발생하는 가스가 막 안에 가둬져 블리스터(기포)를 발생시키는 한 원인이 된다. 따라서, 외관 불량이 될 뿐 아니라 소성 후의 도전성 필름의 치밀성을 손상하게 된다. 본 발명에 관련되는 유리 프릿은 그 소성시의 유동성 등으로부터 블리스터를 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에 따르면, 특히 소결한 금속 입자간의 계면에 잔존하는 유리의 존재에 의해 금속의 소성막이 강고하게 유지되고, 치밀한 금속 소성막 구조가 형성된다. 따라서 솔더 리치가 없고 또한 접착강도가 큰 도전성 필름이 얻어진다. 가령 소성막의 표면 일부가 솔더 리치를 일으켜도 하부까지 용해가 진행되기 어려우며 그 때문에 내땜납 용해성이 현격하게 향상되는 것으로 추측된다.
또한 본 발명의 도전성 페이스트에 의해 얻어진 도전성 필름을 SEM 관찰하면, 그 도전성 필름 안에, 유리 프릿에 유래하고 있다고 추측되는 미세한 결정이 그물모양으로 석출되고, 매우 치밀한 막 구조를 형성하고 있는 예가 몇 가지 확인되었다. 이러한 결정이 석출되고 있는 도전성 필름에 있어서는 도전성 분말이 특히 강고하게 유지되고, 그 결과 내땜납 용해성이 현저한 개선이 얻어진다고 추측된다. 그러나, SEM 관찰로는 결정의 존재를 명확하게 확인할 수 없는 도전성 필름이어도 종래의 것과 비교하면 훨씬 양호한 내땜납 용해성이 얻어졌다.
또 본 발명의 페이스트에 (D) 금속산화물로서 산화지르코늄, 산화아연, 산화티탄이 첨가되면, 상기한 필름 구조는 더욱 쉽겔 형성되어질 수 있고, 도전성 필름의 치밀성이 한층 강화되어 보다 확실하게 땜납 용제성이 방지될 수 있다.
또한 본 발명의 도전성 페이스트는 내땜납 용해성 외에도 내산성 및 기판과의 접착강도 등의 특성이 우수하다. 예를 들어, 본 발명의 도전성 페이스트는 알루미나, 티탄산 바륨 등의 세라믹 기판, 유리기판, 유리 세리믹 기판 등의 절연성 기판이나, 표면에 절연층을 형성한 스테인리스 등의 금속 기판 등의 각종 기판의 어떤 것에 대해서도 접착강도가 높고, 우수한 도체 박막를 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 도전성 페이스트는 각종 기판에 대해 도체 박막회로나 전극 등을 형성하기에 적합하다. 특히 본 발명의 도전성 페이스트는 칩 저항, 적층칩 컨덴서, 적층칩 인덕터 등의 세리믹 칩 부품이나 기타 전자부품의 전극형성, 세라믹 다층기판의 표면 도체층의 형성 등에 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 도전성 페이스트를 소성하여 얻어지는 도전성 필름은 내땜납 용해성이 우수하다. 따라서, 예를 들어, 본 발명의 도전성 페이스트는 납땜질이나 땜납코트가 이루어지는 전자부품의 단자전극이나 해당 전자부품을 접속하는 기판 상의 전극에 알맞다. 그러나 본 발명으로부터 얻어지는 도전성 필름은 반드시 납땜될 필요는 없고, 예를 들어 기판의 이면이나 다른 위치에 형성된 전극에 대해 땜납을 부착시키기 위해 기판마다 땜납조에 침지되는 기판 상의 도체패턴에도 알맞게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명으로부터 얻어지는 도전성 필름은 칩저항기의 1차 전극으로서 알맞게 이용된다. 또한 본 발명으로부터 얻어지는 도전성 필름은 내산성에도 우수한 것이 확인되고 있기 때문에 예를 들어 도금처리가 실시되는 전극에도 알맞게 사용할 수 있다.
[실시예]
본 실시예에서는 도전성 페이스트의 조성이 서로 다른 복수 종의 시료를 제작하고, 각 시료의 성질·특성 등을 평가하였다.
(1) 시료의 제작
(1.1) 유리 프릿의 제작
유리 원료를 하기 표 1에 나타내는 유리 조성이 되도록 혼합하고, 각 혼합물을 1600℃에서 1 내지 1.5시간 용융시키고, 용융시킨 각 혼합물을 그라파이트 상에 유출시켜 급냉하였다. 급냉 후에 얻어진 유리질 물질을 알루미나 볼을 이용한 볼밀에서 48시간 분쇄하여 평균입경 약 2.5㎛의 유리 프릿 "A" 내지 "O"를 제작하였다. 평균입경은 레이져식 입도 분포 측정장치를 이용하여 측정한 입도 분포의 중량 기준의 적산분률 50％값(D50)이다. 또한 유리 프릿 B에 대해서는 1600℃에서 용융하지 않아 유리 프릿 B의 제작을 할 수 없었다. 하기의 표에서는 본 발명의 범위 외의 유리 프릿에 대해 ＊을 부가하여 나타내고 있다.
[표 1]
(1. 2) 시료 1의 제작
평균입경이 0.4㎛인 구형상의 은 분말과 평균입경이 2.5㎛인 구형상의 은 분말을 중량비율로 1:1로 혼합한 혼합 은 분말 100중량부, 유리 프릿 F 4 중량부, 및 에틸셀룰로오스 6 중량％, 에폭시수지 4 중량％ 및 부틸칼비톨 90 중량％로 이루어지는 유기 비이클 35 중량부를 혼합하고, 3본 롤 밀을 이용하여 혼련하였다. 또한 희석제로서 부틸칼비톨을 첨가하였으며, 10rpm에서 점도가 300 내지 600Pa·s가 되도록 점도를 조절하여 도전성 페이스트를 제조하였다.
그 후, 250 메쉬의 스크린을 이용하여 알루미나 기판 상에 상기 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하고, 그 알루미나 기판을 피크 온도 850℃에서 10분간 유지하고 소성하여 시편(소정의 패턴을 갖는 도전성 필름이 형성된 알루미나 기판)을 얻었다. 그 시험편을 「시료 1」로 하였다.
(1. 3) 시료 2 내지 15, 비교 시료 1 내지 6의 제작
금속분말, 유리 프릿 A 및 C 내지 O, 각종 금속산화물을 표 2 및 표 3에 나타내는 비율로 혼합하고, (1. 2)와 마찬가지로 하여 도전성 페이스트를 제작하였다. 단, 시료 5, 12는 은 분말을 대신하여 은 분말과 니켈분말, 또는 은 분말과 팔라듐 분말을 각각 표에 나타내는 비율로 이용한 것이다. 비이클 및 희석제는 시료 1과 같은 것을 이용하고, 10rpm에서의 점도가 300 내지 600Pa·s가 되도록 점도를 조절하였다.
[표 2]
[표 3]
얻어진 각각의 도전성 페이스트에 대해 상기 (1. 2)의 항목과 마찬가지의 처리를 실시하여 복수 종의 시험편을 제작하였다. 그들 각 시험편을 「시료 2 내지 15」, 「비교 시료 1 내지 6」으로 하였다.
(2) 각 시료의 성질·특성 등의 평가
각 시료 1 내지 15, 비교 시료 1 내지 6에 대해, 면적 저항값, 내땜납 용해성을 측정·평가하였다. 각 측정·평가 항목의 상세를 하기에 나타내고, 각 시료 1 내지 15, 비교 시료 1 내지 6의 측정·평가 결과를 시료마다 상기 표 2, 표 3에 나타내었다.
(2. 1) 블리스터의 평가
각 시료를 육안으로 관찰하여 블리스터를 확인할 수 없는 경우에 「○」, 블리스터를 확인할 수 있었던 경우에 「×」로 평가하였다.
(2. 2) 면적 저항값의 측정(도전성의 평가)
각 시료에 있어서, 0.6mm×62.5mm 패턴의 양단 간의 저항값을 디지털 멀티미터(KEEITHLEY사 제조, Model 2002, 측정레인지: 0 내지 20Ω)로 측정하고, 도전성 필름의 막 두께를 10㎛로 보정했을 때의 값을 면적 저항값으로 하였다.
(2. 3) 내땜납 용해성의 평가
각 시료를 플럭스에 침지하고, 그 후 각 시료를 260℃의 Sn/3Ag/0.5Cu 땜납조 안에 10초간 침지하고 시료를 취출하였다. 이 땜납조로의 침지를 총 3회 반복하여 실시하였다. 상기 땜납조로부터 취출한 후의 각 시료에 있어서의 도전성 필름의 저항값을 측정하고, 그 측정 결과로부터 각 시료의 내땜납 용해성을 평가하였다. 구체적으로는 저항값을 측정할 수 있었던 경우에 「○」로 평가하고, 저항값이 측정레인지의 상한을 초과한 경우에 「×」로 평가하였다.
본 발명의 범위 내의 유리 프릿 F 내지 I, L 내지 O가 배합된 시료 1 내지 15에서는 모두 양호한 내땜납 용해성이 얻어졌다. 그러나, 본 발명의 범위 외가 되는 유리 프릿 A,C 내지 D가 배합된 비교 시료 1 내지 3에서는 내땜납 용해성이 「×」가 되었다.
또 유리 프릿 E, J 및 K가 배합된 비교 시료 4 내지 6에서는 양호한 내땜납 용해성이 얻어졌다. 그러나, 도전성 필름 표면에 블리스터(blister)가 관찰되었다.
또, 시료 6 내지 시료 15와 같이, 도전성 페이스트에 금속산화물을 배합한 경우라도 내땜납 용해성이 양호하였다. 또한 시료 5 및 12의 결과로부터 도전성 분말로서 Ag 이외의 금속분말을 배합한 경우라도 본 발명의 효과가 충분히 얻어지는 것을 알 수 있다.
시료 4, 5, 8 내지 11, 13 내지 15와 같이, 유리 프릿에 다른 성분(BaO나 Li2O, TiO2, ZrO2)을 배합한 경우라도 내땜납 용해성이 양호하였다.
또한 유리 프릿 O를 이용한 시료 4, 시료 13 내지 15에 대해 (2. 3)과 마찬가지로 하여 저항값이 측정레인지를 초과하기까지 시료의 땜납조로의 침지 및 저항값의 측정을 반복하여 실시하고, 평가 결과가 「○」이었던 합계 횟수를 내땜납 회수로서 표 4에 나타냈다.
[표 4]
다양한 실시예들이 예시되고 설명되었으나, 본 발명은 예시된 실예들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 다음의 청구항들의 범위에 의해서만 제한되어져야 할 것이다.
이 출원은 상세한 설명, 청구항, 도면 및 요약을 포함하는 2010년 7월 13일에 출원된 일본특허출원번호 특원2010-158793의 개시된 전부를 여기에 넣는다.
Claims (3)
- (A) 도전성 분말과,
(B) 산화물 환산으로, 또한 유리 프릿 내의 비율로, 16 내지 47 중량％의 SiO2, 33 내지 52 중량％의 Al2O3, 3 내지 15 중량％의 MgO, 15 내지 45 중량％B2O3의 조성으로 이루어지는 성분을 총 85 중량％ 이상 함유하고, 또한 실질적으로 납을 포함하지 않는 유리 프릿, 및
(C) 유기 비이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트. - 제 1 항에 있어서,
상기 (A) 도전성 분말은
은의 배합비율이 70중량% 이상인 은계(銀係) 금속분말인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트. - 제 2 항에 있어서,
지르코늄 산화물, 티탄 산화물 및 아연 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
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