KR20180008390A - 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물 및 후막 도체 - Google Patents

후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물 및 후막 도체 Download PDF

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가츠히로 가와쿠보
마사아키 하세미
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스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
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Abstract

기판의 표면 상에 도포하고, 소성함으로써 형성되는 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체의 내황화성을 향상시키고, 전자 부품이나 전자 회로의 신뢰성을 높일 수 있는 Cu 페이스트 조성물을 제공한다. Cu 분말과 Ni 분말과 유기 비히클을, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, Ni 분말이 0.7질량부 내지 20질량부, 유기 비히클이 5질량부 내지 40질량부가 되도록 혼합하여, Cu 페이스트 조성물을 얻는다. 또는 이것들에 더해, Cu2O 분말을 1질량부 내지 15질량부가 되도록 혼합하여, Cu 페이스트 조성물을 얻는다.

Description

후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물 및 후막 도체
본 발명은 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체를 형성하기 위한 구리(Cu) 페이스트 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 Cu 페이스트 조성물에 의해 형성된 후막 도체에 관한 것이다.
칩 저항기, 하이브리드 IC, 저항 네트워크, 터치 패널을 비롯한 표시 디바이스, 태양 전지 등의 전자 부품, 및 이들 전자 부품을 사용한 전자 회로의 분야에 있어서는, 도전성 분말을 유기 용매 등에 균일하게 분산시킨 페이스트(도전성 페이스트)를 유리 기판, 알루미나 기판 또는 실리콘 기판 등의 표면 상에 도포하고, 소성 또는 열경화시킴으로써 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체를 형성하는 것이 일반적으로 행해지고 있다.
이 때, 도전성 페이스트의 도포는, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 디스펜서를 이용한 묘화 등에 의해 행해진다. 이들 도전성 페이스트에 사용되는 도전성 분말로서는, 낮은 저항값과 우수한 내산화성을 갖는 은(Ag) 분말이 널리 사용된다. 그러나, Ag 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여, 그 표면 상에 후막 전극이나 후막 배선이 형성된 기판은, 수분이 많은 환경 하에서 전압이 인가되면, 전극 사이를 이온화된 은(Ag+)이 이동하여, 단락하는 현상(이온 마이그레이션)이 발생한다는 문제가 있다. 또한, Ag 분말은 단가가 높아, 제조 비용의 저감을 도모하기는 어렵다는 문제도 있다. 이로 인해, 근년, 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체 형성용 도전성 페이스트로서, Ag 분말 대신에, 저항값이 낮고, 내마이그레이션성이 우수한 구리(Cu) 분말 또는 Cu를 주성분으로 하는 분말을 사용한 도전성 페이스트를 사용하는 것이 검토되어, 실용화되고 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2004-039355호 공보에서는, Cu 분말과, 결정화 유리를 포함하고, 연화점과 결정화 개시 온도와의 차가 100℃ 이상인 유리 분말을 포함하는 도전성 페이스트가 제안되어 있다. 이러한 도전성 페이스트는, 시일성이 우수하고, 도금 부착성이 양호한 도전막을 형성할 수 있다. 그러나, 이 도전성 페이스트는, 주로, 적층 세라믹 콘덴서의 외부 전극과의 접속성을 대상으로 한 것이기 때문에, 소성 시의 수축성, 내산화성 및 내황화성에 관해서는 충분한 평가가 이루어져 있다고 하기는 어렵다.
이에 대하여, 일본 특허 3237497호 공보에서는, 세라믹 기판의 스루홀 도통용 도전성 페이스트이지만, 평균 입자 직경이 1㎛ 내지 5㎛ 정도인 Cu 분말, 평균 입자 직경이 3㎛ 정도인 니켈(Ni) 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, Cu 분말 및 Ni 분말의 전량에 대한 Ni 분말량이 1질량％ 내지 20질량％이며, 또한 Cu 분말, Ni 분말 및 유리 프릿의 전량에 대한 유리 프릿량이 1질량％ 내지 40질량％인, 도전성 페이스트가 제안되어 있다. 이 도전성 페이스트를 이용함으로써, Cu 분말에 일정량의 Ni 분말을 첨가함으로써, 소성 시에 있어서의 수축을 억제하고, 도체와 스루홀 측벽 사이의 박리를 방지할 수 있다고 되어 있다.
또한, 일본 특허 4646362호 공보에는, 유리 세라믹스를 포함하는 절연 기판의 표면 및/또는 내부의 메탈라이즈 배선층을, Cu 분말 100질량부에 대하여, Ni 분말 또는 산화니켈(NiO) 분말을 NiO 환산으로 1질량부 내지 10질량부, 산화제이구리(CuO) 분말을 0.1질량부 내지 3질량부의 비율로 함유하는 도체성 페이스트에 의해 형성하는 기술이 기재되어 있다. 이 도전성 페이스트에 있어서는, 소성 과정 중에 있어서의 Cu와 Ni의 합금화를 억제하고, 얻어지는 메탈라이즈 배선층의 도전성을 확보하기 위하여, CuO 분말이 첨가되어 있다.
그런데, 근년의 전자 부품이나 전자 회로 등의 소형화에 대한 요구로부터, 그의 후막 전극이나 후막 배선의 미세화에 대한 요구, 바꾸어 말하면, 더 폭이 좁고, 또한 간격이 좁은 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체의 형성을 가능하게 하는 도전성 페이스트에 대한 요구가 높아지고 있다. 구체적으로는, 폭이 50㎛ 내지 200㎛ 정도이고, 두께가 5㎛ 내지 20㎛ 정도인 후막 도체가 요구되고 있다. 한편, 이러한 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체의 미세화에 수반하여, 종래 기술에서는 문제가 되지 않았던 대기 중의 황화수소(H2S) 가스나 아황산(H2SO3) 가스 등에 기인하는 황화에 의해, 후막 도체의 저항값이 점차 증가하여, 최종적으로는 단선에 이른다는 문제가 생기고 있고, 이것이 전자 부품이나 전자 회로의 신뢰성을 저하시키는 요인의 하나가 되고 있다.
일본 특허 공개 제2004-039355호 공보 일본 특허 3237497호 공보 일본 특허 4646362호 공보
본 발명은 기판의 표면 상에 도포하고, 소성함으로써 형성되는 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체의 내황화성을 향상시키고, 전자 부품이나 전자 회로의 신뢰성을 높일 수 있는 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물 및 후막 도체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, Cu 분말, Ni 분말 및 유기 비히클을 포함하고, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, Ni 분말을 0.7질량부 내지 20질량부, 유기 비히클을 5질량부 내지 40질량부 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, 비산화성 분위기 하에서, 550℃ 내지 750℃에서 소성하여, 두께 10㎛의 후막 도체를 형성한 경우에, 해당 후막 도체의 면적 저항값을 50mΩ/□ 이하로 할 수 있다.
상기 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, 상기 Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, Cu2O 분말을 1질량부 내지 15질량부 더 함유하는 것이 바람직하다.
상기 Cu2O 분말의 첨가에 의해, 상기 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물의 소성 온도를 저온화할 수 있다. 즉, 상기 Cu2O 분말을 함유하는 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, 비산화성 분위기 하에서, 500℃ 내지 750℃에서 소성하여, 두께 10㎛의 후막 도체를 형성한 경우에 있어서, 해당 후막 도체의 면적 저항값을 50mΩ/□ 이하로 할 수 있다.
상기 Cu2O 분말의 평균 입경은 0.5㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, 상기 Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, 유리 분말을 0.5질량부 내지 5질량부 더 함유할 수도 있다.
상기 Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경이 0.2㎛ 내지 0.7㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, 1쌍의 Au 전극 사이에 후막 도체(후막 배선)를 형성하고, 해당 후막 도체의 초기 상태에 있어서의 면적 저항값을 Rs0, 해당 후막 도체를, 80℃로 유지한 0.3질량％의 황을 포함하는 절삭유에 6시간 침지한 후의 면적 저항값을 Rs6이라 한 경우에 있어서, Rs0에 대한 Rs6의 비 Rs6/Rs0에 의해 정의되는 저항 변화율을 20 이하로 할 수 있다.
본 발명의 후막 도체는, 상술한 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물 및 후막 도체에 의하면, 기판의 표면 상에 형성되는 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체의 황화에 의한 저항값의 상승을 장기간에 걸쳐 억제할 수 있기 때문에, 전자 부품이나 전자 회로 등의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다. 게다가, 본 발명의 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물은, 공업적으로 용이하게 양산 가능하다. 이로 인해, 본 발명의 공업적 의의는 매우 크다.
도 1은 실시예 1-1 내지 1-9 및 비교예 1-1 내지 1-3에서 얻어진 샘플의 내황화성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 2-1 내지 2-13 및 비교예 2-1 내지 2-3에서 얻어진 샘플의 내황화성을 나타내는 도면이다.
본 발명자들은, 상술한 문제를 감안하여, 후막 전극이나 후막 배선 등의 후막 도체를 형성하기 위한 Cu 페이스트 조성물에 각종 원소를 첨가하고, 그 면적 저항값 및 내황화성을 평가하는 시험을 반복하여 행했다. 그 결과, Cu 페이스트 조성물에 소정량의 Ni 분말을 첨가하면, 이 Cu 페이스트 조성물을 소성할 때에 Cu와 Ni이 합금화되어, 이 Cu 페이스트 조성물을 사용하여 형성된 후막 도체의 내황화성을 비약적으로 향상시킬 수 있다는 지견을 얻었다. 본 발명은 이 지견에 기초하여 완성된 것이다.
1. 구성 성분
이하, 본 발명의 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물(이하, 「Cu 페이스트 조성물」이라고 기재함)에 대하여, 그 구성 성분마다 나누어 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명에서는, 도전성 분말로서, Ag 분말보다도 저렴한 Cu 분말 및 Ni 분말을 사용하고 있기 때문에, 그 생산 비용을 대폭 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 Cu 페이스트 조성물은, 이하의 구성 성분을 균일하게 혼합할 수 있는 한, 그의 제조 방법이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 3개 롤 밀이나 믹서 등의 공지된 수단에 의해 혼합 및 교반함으로써 제조할 수 있다.
(1) Cu 분말 및 Ni 분말
본 발명의 Cu 페이스트 조성물은, Cu 분말에, 일정량의 Ni 분말을 첨가하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, Cu 페이스트 조성물을 기판 상에 도포하고, 소성함으로써 얻어지는 후막 도체의 내황화성을 향상시킬 수 있다.
[Ni 분말의 함유량]
Ni 분말의 함유량은, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, 0.7질량부 내지 20질량부, 바람직하게는 0.7질량부 내지 12질량부, 더 바람직하게는 1질량부 내지 3질량부로 한다. Ni의 함유량이 0.7질량부 미만이면, 후막 도체의 내황화성을 충분히 향상시킬 수 없다. 한편, Ni의 함유량이 20질량부를 초과하면, 후막 도체의 면적 저항값이 높아져, 전극 재료나 배선 재료로서 사용할 수 없게 된다.
[Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경]
Ni은, Cu와 비교하여 융점이 높고, 확산 속도가 느리기 때문에, Ni 분말의 첨가에 의해, Cu 페이스트 조성물의 소결이 저해되어, 550℃ 이상의 고온에서 소성하지 않으면, Cu와 Ni을 적절하게 합금화할 수 없게 된다. 한편, 소결 재료를 미세하게 함으로써, 소결을 촉진할 수 있음이 일반적으로 알려져 있다. 이로 인해, 본 발명의 Cu 페이스트 조성물에 있어서는, Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경을 0.2㎛ 내지 0.7㎛로 하는 것이 바람직하고, 0.2㎛ 내지 0.5㎛로 하는 것이 더 바람직하고, 0.3㎛ 내지 0.5㎛로 하는 것이 더욱 바람직하다. Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경이 이러한 범위에 있으면, Cu 분말과 Ni 분말과의 소결을 촉진할 수 있어, 소성 온도를 550℃ 내지 750℃ 정도로 비교적 저온으로 한 경우에도, Cu와 Ni을 적절하게 합금화하는 것이 가능해진다.
이에 대하여, Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경이 0.2㎛ 미만이면, 보다 저온에서 소성하는 것이 가능하게 되지만, Cu 페이스트 조성물 중의 산소 함유량이 증가하여, Cu 분말과 Ni 분말의 합금화가 저해되게 된다. 한편, Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경이 0.7㎛를 초과하면, 소결이 저해되어, 상술한 소결 촉진 효과를 얻을 수 없게 되는 경우가 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 평균 입경이란, 레이저 회절 산란법으로 구해지는 부피 기준 평균 입경(MV)을 의미하며, 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치에 의해 측정할 수 있다. 이 점에 대해서는, 후술하는 산화제일구리(Cu2O) 분말 및 유리 분말에 대해서도 동일하다.
(2) 유기 비히클
유기 비히클은, Cu 페이스트 조성물의 도포 시에 필요하지만, 소성 시에 소실되어 버려, 후막 도체의 내황화성의 향상에는 기여하지 않는다. 이로 인해, 본 발명의 Cu 페이스트 조성물에서는, 유기 비히클의 종류가 제한되지는 않고, 공지된 것을 사용할 수 있다. 대표적인 유기 비히클로서는, 에틸셀룰로오스, 아크릴 수지 또는 메타크릴 수지를, 테르피네올이나 고급 알코올 등의 용제에 용해한 것을 들 수 있다.
유기 비히클의 함유량은, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, 5질량부 내지 40질량부, 바람직하게는 10질량부 내지 35질량부, 더 바람직하게는 20질량부 내지 30질량부로 한다. 유기 비히클의 함유량이 5질량부 미만이면, Cu 페이스트 조성물의 점도가 높아져, 균일한 도막을 형성할 수 없다. 한편, 유기 비히클의 함유량이 40질량부를 초과하면, 소성 후의 후막 전극이나 후막 배선이 너무 얇아질 뿐만 아니라, 소성 시에 유기 비히클이 완전히 소실될 수 없어, Cu 분말이나 Ni 분말의 소결이 저해되는 경우가 있다.
(3) 유리 분말
본 발명의 Cu 페이스트 조성물을 이용하여, 직접, 기판 상에 후막 도체를 형성하는 경우에는, Cu 페이스트 조성물과 기판의 밀착성을 향상시키는 관점에서, 상술한 구성 성분에, 유리 분말을 더 첨가할 수도 있다. 단, 와이어 본딩이나 납땜을 행하는 경우에는, 유리 분말을 첨가하지 않는 편이 좋은 경우도 있다. 이로 인해, 유리 분말의 첨가는, Cu 페이스트 조성물의 용도나 목적에 따라 적절히 선택할 필요가 있다.
Cu 페이스트 조성물에 첨가하는 유리 분말로서는, 연화점이 Cu 페이스트 조성물의 소성 온도보다도 저온인 한, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 환경 보호 등의 관점에서, 납(Pb)이나 카드뮴(Cd) 등의 유해 물질을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
Cu 페이스트 조성물에 유리 분말을 첨가하는 경우, 그의 함유량은, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, 0.5질량부 내지 5질량부로 하는 것이 바람직하고, 2질량부 내지 3질량부로 하는 것이 더 바람직하다. 유리 분말의 함유량이 0.5질량부 미만이면, 소성 후에, 후막 도체와 기판의 밀착성을 충분히 향상시킬 수 없는 경우가 있다. 한편, 유리 분말의 함유량이 5질량부를 초과하면, 후막 도체의 저항값이 높아질 뿐만 아니라, 후막 도체의 땜납 습윤성이나 도금 부착성이 저하될 우려가 있다.
또한, 유리 분말의 평균 입경은 특별히 제한되지는 않지만, Cu 분말이나 Ni 분말 등과 균일하게 혼합하는 관점에서, 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛, 더 바람직하게는 3㎛ 내지 5㎛로 한다.
(4) Cu2O 분말
상술한 바와 같이 Cu 페이스트 조성물에 Ni 분말을 첨가하면, 그의 소결이 저해되는 경우가 있다. 또한, 유기 비히클로서, 에틸셀룰로오스와 같은 비산화성 분위기 하의 소성에서 소실되기 어려운 수지를 사용한 경우에도, 그의 첨가량에 따라, Cu 페이스트 조성물의 소결이 저해되는 경우가 있다.
본 발명자들은, 이 점에 대하여 연구를 거듭한 결과, 상술한 Cu 분말, Ni 분말 및 유기 비히클 또는 이것들에 더해 유리 분말을 첨가한 Cu 페이스트 조성물에, 일정량의 산화제일구리(Cu2O) 분말을 더 첨가함으로써, 소결성을 개선하여, 500℃ 내지 750℃ 정도의 보다 저온에서 소성한 경우에도, Cu와 Ni을 적절하게 합금화할 수 있음을 알아내었다.
Cu2O 분말의 첨가에 의해, 이러한 소결성 개선 효과가 얻어지는 이유는, 현시점에서는 불분명하지만, 본 발명자들이, Cu2O 분말 대신에 산화제이구리(CuO) 분말을 첨가한 것 이외에는 동일하게 하여 Cu 페이스트 조성물을 제조하고, 그의 소성 온도를 측정하는 실험을 반복하여 행한바, 이 Cu 페이스트 조성물로는, 충분한 소결성 개선 효과를 얻을 수 없음이 확인되었다. 즉, 상술한 일본 특허 제464362호 공보에는, Cu 페이스트 조성물 중에 산화구리 분말을 첨가하는 취지가 기재되어 있기는 하지만, 이 문헌에서의 산화구리 분말은 CuO 분말이기 때문에, 이 Cu 페이스트 조성물로는, 소결성 개선 효과가 거의 얻어지지 않는다고 생각된다. 또한, 이 문헌에서는, CuO 분말을 Cu와 Ni의 합금화를 억제하기 위하여 첨가하고 있다. 따라서, 본 발명과 일본 특허 제464362호 공보에 기재된 Cu 페이스트 조성물은, 이러한 점에 있어서, 크게 상이한 기술이라고 할 수 있다.
또한, 본 발명의 Cu 페이스트 조성물에서의 Cu2O 분말은, 소성 중에 분해되기 때문에, 소성 후에는, Cu 분말이나 Ni 분말과 함께 합금화된 상태로, 후막 도체 중에 존재하고 있다고 생각된다.
[Cu2O 분말의 함유량]
Cu2O 분말을 첨가하는 경우, 그의 함유량은, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, 1질량부 내지 15질량부, 바람직하게는 5질량부 내지 10질량부로 한다. Cu2O 분말의 함유량이 이 범위에 있으면, Cu 페이스트 조성물의 소결성 개선 효과를 충분히 얻을 수 있다. 구체적으로는, Cu 페이스트 조성물을 500℃ 이상의 보다 낮은 온도에서 소성한 경우에도, Cu 분말과 Ni 분말을 충분히 소결시켜, Cu와 Ni을 적절하게 합금화할 수 있다.
이에 대하여, Cu2O 분말의 함유량이 1질량부 미만이면, 소결성 개선 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, Cu2O 분말의 함유량이 15질량부를 초과하면, 미반응의 Cu2O 분말이 잔류함으로써, 소결이 저해되거나, 땜납이나 도금의 부착성이 저하되거나 할 우려가 있다.
[Cu2O 분말의 평균 입경]
Cu2O 분말의 평균 입경은, Cu 분말이나 Ni 분말 등과 균일하게 혼합하고, 소결성 개선 효과를 효율적으로 얻는 관점에서, 0.5㎛ 내지 5㎛로 하는 것이 바람직하고, 1㎛ 내지 2㎛로 하는 것이 더 바람직하다.
(5) 다른 첨가 성분
본 발명의 Cu 페이스트 조성물에서는, 상술한 구성 성분에 더해, 소성 온도를 저온화하는 관점에서, In, Sn 및 Zn 등을 첨가할 수도 있다. 또한, 분산제나 점도 조정제를 첨가하는 것도 가능하다. 단, 이들 다른 첨가 성분의 첨가량은, 상술한 Ni 분말이나 Cu2O 분말의 첨가에 의한 효과를 방해하지 않는 범위로 규제하는 것이 필요하다.
2. Cu 페이스트 조성물의 특성
(1) 소성 온도
본 발명의 Cu 페이스트 조성물을 기판의 표면 상에 도포하고, 소성할 때의 온도(소성 온도)는, Cu2O 분말을 포함하지 않는 경우에는, 550℃ 내지 750℃로 한다. 한편, Cu2O 분말을 포함하는 경우에는, 500℃ 내지 750℃로 한다. Cu 페이스트 조성물의 소성 온도를 이러한 범위로 설정함으로써, 고온 내구성이 낮은 기판에 대해서도 후막 도체를 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 다층 배선을 형성하는 것도 가능해지기 때문에, Cu 페이스트 조성물의 적용 범위를 확장할 수 있다.
이에 대하여, Cu2O 분말을 포함하지 않는 Cu 페이스트 조성물의 소성 온도가 550℃ 미만인 경우, 또는 Cu2O 분말을 포함하는 Cu 페이스트 조성물의 소성 온도가 500℃ 미만인 경우에는, Cu와 Ni을 적절하게 합금화할 수 없다. 한편, 어느 Cu 페이스트 조성물도, 소성 온도가 750℃를 넘어도, 그 이상의 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 생산 비용의 증가를 초래하게 된다.
(2) 면적 저항값
본 발명의 Cu 페이스트 조성물은, 기판 상에 도포하고, 상술한 소성 온도에서 소성함으로써, 폭 0.5㎜, 길이 50㎜ 및 두께 10㎛의 후막 도체를 형성한 경우에, 그의 면적 저항값 Rs를, 바람직하게는 50mΩ/□ 이하, 더 바람직하게는 20mΩ/□ 이하, 보다 바람직하게는 10mΩ/□ 이하로 할 수 있다. 여기서, 면적 저항값 Rs는 시트 저항이라고도 부르며, 저항값 R과 이하의 관계가 있음이 알려져 있다.
Figure pct00001
ρ: 저항률,
A: 시료의 단면적
L: 시료의 길이
W: 시료의 폭
t: 시료의 두께
또한, 상술한 후막 도체의 면적 저항값은, 작을수록 바람직하고, 그 하한이 제한되지는 않는다. 또한, 면적 저항값은, 공지된 수단으로 측정할 수 있다.
(3) 내황화성
본 발명의 Cu 페이스트 조성물에 의해 얻어지는 후막 도체는, 내황화성이 우수하기 때문에, 그의 면적 저항값을, 상술한 범위 내로 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 이러한 후막 도체의 내황화성은, 후술하는 황화 시험에 의해 평가할 수 있다.
먼저, 기판 상에 전극 사이 거리가 50mm가 되도록 Au 페이스트 조성물을 인쇄하고, 소성함으로써 1쌍의 Au 전극을 형성한다. 계속해서, 이 Au 전극 사이에, Cu 페이스트 조성물을 도포하고, 불활성 분위기 하에서, 상술한 소성 온도에서 소성함으로써, 폭 0.5㎜, 두께 10㎛ 내지 13㎛의 후막 도체를 형성한다. 이 상태(초기 상태)에서, Au 전극 사이의 5개소 이상의 위치에서 저항값을 측정하고, 후막 도체의 저항값 평균값과 두께로부터, 후막 도체의 면적 저항값 Rs0을 산출한다.
다음에, 80℃로 유지한 0.3질량％의 황(S)을 포함하는 절삭유에, 후막 도체를 기판째 침지한다. t 시간 경과 후, 후막 도체를 꺼내고, 동일하게 하여 후막 도체의 면적 저항값 Rst를 산출한다. 이와 같이 하여 얻어진 면적 저항값 Rs0 및 Rst보다, Rs0에 대한 Rst의 비 Rst/Rs0에 의해 정의되는 저항 변화율을 산출함으로써, 후막 도체의 내황화성을 평가할 수 있다.
또한, 본 황화 시험에서, 전극으로서 Au 전극을 사용하는 것은, Au은 황(S)에 의한 부식을 받지 않기 때문에, 황화 시험 후에 있어서의 후막 도체의 면적 저항값의 측정 시에, 전극의 영향을 무시할 수 있기 때문이다.
특히, 본 발명의 Cu 페이스트 조성물을 이용하여 후막 도체를 형성한 경우에는, 초기 상태의 면적 저항값 Rs0에 대한, 80℃로 유지한 0.3질량％의 황을 포함하는 절삭유에 6시간 침지한 후의 면적 저항값을 Rs6의 비 Rs6/Rs0에 의해 정의되는 저항 변화율을, 바람직하게는 20 이하, 더 바람직하게는 10 이하, 보다 바람직하게는 1.5 이하로 할 수 있다.
3. 후막 도체
본 발명의 후막 도체는, 상술한 Cu 페이스트 조성물에 의해 형성될 수 있다. 이 후막 도체는, 상술한 바와 같이, 우수한 내황화성을 구비하고 있어, 대기 중의 황화수소 가스나 아황산 가스 등에 의해 부식되는 일이 없다. 따라서, 전자 부품이나 전자 회로의 소형화에 대응하여, 이 후막 도체를 포함하는 후막 전극이나 후막 배선 등을, 폭 50㎛ 내지 200㎛ 정도 및 두께 5㎛ 내지 20㎛ 정도로 미세화한 경우에도, 단선이나 저항값의 증가 등을 효과적으로 억제할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 후막 도체를 사용함으로써 전자 부품이나 전자 회로의 신뢰성을 비약적으로 향상시키는 것이 가능해진다.
실시예
이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1-1 내지 1-9 및 비교예 1-1 내지 1-3)
[Cu 페이스트 조성물의 제조]
Cu 페이스트 조성물의 성분으로서, 평균 입경이 0.2㎛ 및 0.5㎛인 Cu 분말과 Ni 분말, 평균 입경이 3㎛, 연화점이 450℃인 SiO2-B2O3-ZnO계 유리 분말, 및 아크릴 수지를 테르피네올에 용해한 유기 비히클을 준비하였다. 또한, 이들 분말의 평균 입경은, 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치(니키소 가부시키가이샤, 마이크로 트랙)에 의해 측정한 것이다. 이들 성분을 표 1에 나타내는 조성비가 되도록 배합하고, 3개 롤 밀을 이용하여 혼련하여, 각 구성 성분을 충분히 분산시킴으로써, 실시예 1-1 내지 1-9 및 비교예 1-1 내지 1-3의 Cu 페이스트 조성물을 얻었다.
[면적 저항값 및 내황화성의 평가]
미리, Au 페이스트 조성물을 인쇄 및 소성함으로써 Au 전극을 형성한 96％ 알루미나 기판의 표면 상에, 폭 W가 0.5㎜, 전극 간격 L이 50㎜가 되는 패턴을 이용하여, 소성 후의 막 두께 t가 10㎛ 내지 13㎛가 되도록, 실시예 1-1 내지 1-9 및 비교예 1-1 내지 1-3의 Cu 페이스트 조성물을 인쇄하고, N2 분위기 하, 750℃ 또는 550℃에서 1시간 소성함으로써, 황화 시험용 샘플을 각각 제조했다.
이들 샘플의 Au 전극 사이의 5개소에 디지털 멀티 미터(가부시키가이샤 어드밴테스트제)의 저항값 측정용 프로브를 접촉시켜, 후막 도체의 저항값 R[t]을 측정했다. 계속해서, 이 저항값 R[t]을 면적 저항값 Rs[t](=R(t)×W/L)로 환산하고, 그의 평균값 Rs0[t]을 구하고, 이것으로부터, 후막 도체의 두께가 10㎛인 경우의 면적 저항값 Rs0(=Rs[t]×t/10)을, 각각 산출하였다.
이어서, 이들 샘플을 내황화성 평가용으로 80℃로 유지한 0.3질량％의 S을 포함하는 절삭유에 침지하고, 1시간 경과 후, 2시간 경과 후, 3시간 경과 후 및 6시간 경과 후의 면적 저항값 Rs1, Rs2, RS3 및 Rs6을 동일하게 산출하였다. 이들 결과를 표 2 및 도 1에 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
(실시예 2-1 내지 2-13 및 비교예 2-1 내지 2-3)
[Cu 페이스트 조성물의 제조]
Cu 페이스트 조성물의 성분으로서, 평균 입경이 0.2㎛ 및 0.3㎛인 Cu 분말과 Ni 분말, 평균 입경이 3㎛, 연화점이 450℃인 SiO2-B2O3-ZnO계 유리 분말, 평균 입경이 0.5㎛, 1.0㎛ 및 1.5㎛인 Cu2O 분말, 그리고 에틸셀룰로오스를 테르피네올에 용해한 유기 비히클을 준비하였다. 이들 성분을 표 3에 나타내는 조성비가 되도록 배합하고, 3개 롤 밀을 이용하여 혼련하여, 각 구성 성분을 충분히 분산시킴으로써, 실시예 2-1 내지 2-13 및 비교예 2-1 내지 2-3의 Cu 페이스트 조성물을 얻었다.
[면적 저항값 및 내황화성의 평가]
미리, Au 페이스트 조성물을 인쇄 및 소성함으로써 Au 전극을 형성한 96％ 알루미나 기판의 표면 상에, 폭 0.5㎜, 전극 간격 50㎜가 되는 패턴을 사용하여, 소성 후의 막 두께가 10㎛ 내지 13㎛가 되도록, 실시예 2-1 내지 2-13 및 비교예 2-1 내지 2-3의 Cu 페이스트 조성물을 인쇄하고, N2 분위기 하, 550℃ 또는 500℃에서 1시간 소성함으로써, 황화 시험용 샘플을 각각 제조했다.
이들 샘플의 면적 저항값 Rs0, Rs1, Rs2, Rs3 및 Rs6을, 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 3과 동일하게 하여 산출하였다. 이들 결과를 표 4 및 도 2에 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
(평가)
표 1 내지 4, 도 1 및 도 2로부터, 실시예 1-1 내지 1-9 및 실시예 2-1 내지 2-13의 Cu 페이스트 조성물을 도포 및 소성함으로써 얻어지는 후막 도체는, 모두 초기 상태에서의 면적 저항값 Rs0이 50mΩ/□ 이하이고, 또한 저항 변화율 Rs6/ Rs0이 20 이하여서, 우수한 내황화성을 구비하고 있는 것이 확인된다.
또한, 실시예 2-12의 Cu 페이스트 조성물을 도포 및 인쇄함으로써 얻어진 후막 도체를 X선 회절에 의해 분석한 결과, 다른 실시예와 마찬가지로, Cu 및 Ni의 회절 피크는 관찰되지 않고, Cu-Ni 합금의 회절 피크만이 관찰되었다. 따라서, Cu2O 분말을 첨가한 경우에는, 소성 온도를 500℃ 정도로 해도, Cu와 Ni을 적절하게 합금화할 수 있고, 내황화성을 향상시킬 수 있음이 확인되었다.

Claims (10)

  1. Cu 분말, Ni 분말 및 유기 비히클을 포함하고, Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, Ni 분말을 0.7질량부 내지 20질량부, 유기 비히클을 5질량부 내지 40질량부 함유하는, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, Cu2O 분말을 1질량부 내지 15질량부 더 함유하는, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, 유리 분말을 0.5질량부 내지 5질량부 더 함유하는, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 Cu 분말과 Ni 분말의 합계 100질량부에 대하여, Cu2O 분말을 1질량부 내지 15질량부, 유리 분말을 0.5질량부 내지 5질량부 더 함유하는, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 비산화성 분위기 하에서, 550℃ 내지 750℃에서 소성하여, 두께 10㎛의 후막 도체를 형성한 경우에 있어서, 해당 후막 도체의 면적 저항값이 50mΩ/□ 이하인, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 비산화성 분위기 하에서, 500℃ 내지 750℃에서 소성하여, 두께 10㎛의 후막 도체를 형성한 경우에 있어서, 해당 후막 도체의 면적 저항값이 50mΩ/□ 이하인, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  7. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 Cu2O 분말의 평균 입경이 0.5㎛ 내지 5㎛인, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Cu 분말 및 Ni 분말의 평균 입경이 0.2㎛ 내지 0.7㎛인, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1쌍의 Au 전극 사이에 후막 도체를 형성하고, 해당 후막 도체의 초기 상태에 있어서의 면적 저항값을 Rs0, 해당 후막 도체를, 80℃로 유지한 0.3질량％의 황을 포함하는 절삭유에 6시간 침지한 후의 면적 저항값을 Rs6이라 한 경우에 있어서, Rs0에 대한 Rs6의 비 Rs6/Rs0에 의해 정의되는 저항 변화율이 20 이하인, 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 후막 도체 형성용 Cu 페이스트 조성물에 의해 형성된, 후막 도체.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6885188B2 (ja) * 2017-04-28 2021-06-09 住友金属鉱山株式会社 導電性組成物及び端子電極の製造方法
EP3991880A4 (en) * 2019-06-27 2023-07-26 Kyocera Corporation ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR MAKING AN ELECTRONIC DEVICE
CN111028975B (zh) * 2019-12-03 2022-07-08 南京汇聚新材料科技有限公司 一种低温度系数电阻膏体及其制备方法与应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3237497B2 (ja) * 1995-12-27 2001-12-10 株式会社村田製作所 導電ペースト並びにそれを用いた導電体及びセラミック基板
JP4646362B2 (ja) * 2000-06-28 2011-03-09 京セラ株式会社 導体組成物およびこれを用いた配線基板
JP4064226B2 (ja) * 2002-12-17 2008-03-19 京都エレックス株式会社 導電性ペースト組成物及びそのペースト組成物を用いた回路基板
JP4466402B2 (ja) * 2005-02-17 2010-05-26 住友金属鉱山株式会社 厚膜導体形成用組成物
JP5454414B2 (ja) * 2010-08-18 2014-03-26 住友金属鉱山株式会社 厚膜導体形成用組成物、この組成物を用いて形成された厚膜導体、およびこの厚膜導体を用いたチップ抵抗器

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