JP6654613B2 - Conductive paste, electronic substrate and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックス基板に電極や回路などの導電部を形成して、表面メタライズド基板やビア充填基板、スルーホール壁面メタライズド基板などの電子基板を製造するための導電性ペースト並びにこのペーストを用いて得られた電子基板(導電部付セラミックス基板)及びその製造方法に関する。 The present invention forms a conductive portion such as an electrode or a circuit on a ceramic substrate, and uses a conductive paste for manufacturing an electronic substrate such as a surface metalized substrate, a via-filled substrate, a through-hole wall metalized substrate, and the paste. The present invention relates to an obtained electronic substrate (ceramic substrate with a conductive portion) and a method for manufacturing the same.
従来、セラミックス基板の表面に電極や回路を形成するペースト材料としてAgやCu、Ni、Wなどの金属粒子と低軟化点のガラス粒子(粉末)を有機ビヒクル中に混合した導電性ペーストが一般的に知られている。このタイプの導電性ペーストは、スクリーン印刷などによって所定のパターンを基板表面に印刷した後、焼成工程においてガラス成分の軟化点以上であり、且つ金属の融点以下の温度で加熱して使用される。すなわち、このペーストでは、加熱により溶融軟化したガラス成分がセラミックス基板と濡れて、ペーストと基板とが接合するとともに、金属粉末同士が焼結することで導電部が形成される。このようなガラス粒子を含む導電性ペーストは、その取扱いの容易さから、電子部品や回路基板の製造のためにエレクトロニクス産業の分野で広く用いられてきた。しかし、ガラス成分での接合は、他の接合方法に比べて接合強度の面で見劣りしてしまう点は否めなかった。特に、高出力半導体の放熱目的で用いられることの多い窒化アルミニウム基板や窒化珪素基板などのセラミックス基板に対しては、ガラス成分は濡れ難く、十分な接合強度を得るのは困難であった。そのため、高度な信頼性が求められる用途では、スパッタリングによる薄膜法や活性金属ロウを用いて金属箔や金属板を基板に貼り付ける方法などが取られることも多い。ただし、これらのメタライズ方法ではコストが高く、低コストを要求されるペースト印刷法では接合強度の改善要求は依然として強いものがあった。 Conventionally, as a paste material for forming electrodes and circuits on the surface of a ceramic substrate, a conductive paste in which metal particles such as Ag, Cu, Ni, and W and glass particles (powder) having a low softening point are mixed in an organic vehicle is generally used. Is known to. This type of conductive paste is used by printing a predetermined pattern on the substrate surface by screen printing or the like, and then heating it at a temperature higher than the softening point of the glass component and lower than the melting point of the metal in the firing step. That is, in this paste, the glass component melted and softened by heating wets the ceramic substrate, and the paste and the substrate are joined together, and the metal powder is sintered to form a conductive portion. The conductive paste containing such glass particles has been widely used in the field of the electronics industry for manufacturing electronic components and circuit boards because of its easy handling. However, it could not be denied that joining with a glass component was inferior in terms of joining strength as compared with other joining methods. In particular, with respect to ceramic substrates such as an aluminum nitride substrate and a silicon nitride substrate that are often used for the purpose of heat dissipation of high-power semiconductors, the glass component is hardly wet, and it has been difficult to obtain sufficient bonding strength. Therefore, in applications requiring high reliability, a thin film method by sputtering or a method of attaching a metal foil or a metal plate to a substrate using an active metal brazing is often used. However, these metallization methods are expensive, and there is still a strong demand for improving the bonding strength in a paste printing method that requires low cost.
特開平5−226515号公報(特許文献1)では、活性金属種であるTiの化合物(水素化チタン)をAg−Cu合金を主成分とする導電性ペースト中に添加することにより窒化アルミニウム基板とメタライズ層とを強固に接合するメタライズ方法が開示されている。この文献には、焼成は、Ag−Cu合金及び水素化チタンの分解及び酸化を防ぐために、非酸化性雰囲気中、不活性雰囲気中又は真空雰囲気中で加熱すると記載され、実施例では真空雰囲気中で焼成されている。 In JP-A-5-226515 (Patent Document 1), an aluminum nitride substrate is prepared by adding a compound of titanium (titanium hydride) as an active metal species to a conductive paste mainly containing an Ag-Cu alloy. A metallizing method for firmly joining a metallized layer is disclosed. According to this document, firing is performed in a non-oxidizing atmosphere, an inert atmosphere, or a vacuum atmosphere in order to prevent decomposition and oxidation of the Ag-Cu alloy and titanium hydride. It has been fired.
この方法では、活性金属やその化合物の粒子は、活性金属単独では基板表面と反応し難いため、適切な溶融成分(Ag−Cu合金であることが多い)を併せて用いられる。そのため、焼成中に流動し易く、電極や配線などのパターン形成は困難であり、金属板の貼り合わせなどの用途に用いられる場合が多い。さらに、真空中で焼成すれば基板とメタライズ層とが強固に接合し、パターン形状も保持し易い傾向はあるものの、それでも焼成中に溶融したAg−Cu合金が縮んで端がめくれ上がったり、基板上で小さく丸くなったりしてパターンが崩れる傾向がある。この傾向は、特に窒素雰囲気(非酸化性雰囲気)での焼成において顕著になり、窒素雰囲気下での焼成では、完全にパターンがめくれ上がったり、ボール状に変形し、わずかに接触している部分がかろうじて基板と接合している状態となる。この文献の実施例では真空中で焼成されているのは、このような事情のためであると推定できる。従って、この文献のペーストは、真空焼成では電極や回路などの精細なパターン形状を基板に強固に接合できる可能性があるが、真空焼成はバッチ式であるうえに昇温や降温に非常に時間が要するため、生産性が低く、生産性を向上させるためにコンベア搬送式の窒素焼成を行うと、メタライズ層が縮むため、電極や回路などの精細なパターン形状を保持するのが困難である。 In this method, the particles of the active metal or its compound are unlikely to react with the substrate surface when the active metal is used alone. Therefore, an appropriate molten component (often an Ag-Cu alloy) is used together. Therefore, it is easy to flow during firing, and it is difficult to form a pattern such as an electrode or a wiring, and is often used for applications such as bonding of metal plates. Furthermore, when firing in a vacuum, the substrate and the metallized layer are firmly joined to each other, and the pattern shape tends to be easily maintained. However, the Ag-Cu alloy melted during firing still shrinks and turns over, And the pattern tends to collapse due to being small and round. This tendency is particularly remarkable in firing in a nitrogen atmosphere (non-oxidizing atmosphere), and in firing in a nitrogen atmosphere, the pattern is completely turned up or deformed into a ball shape, and a portion that is slightly in contact with the pattern is turned up. It is in a state of being barely joined to the substrate. It is presumed that firing in a vacuum in the embodiment of this document is due to such circumstances. Therefore, the paste of this document may be capable of firmly bonding a fine pattern shape such as electrodes and circuits to a substrate by vacuum firing, but the vacuum firing is a batch type and requires a very long time to raise or lower the temperature. Therefore, when nitrogen calcination is performed on a conveyor to improve productivity, the metallized layer shrinks, and it is difficult to maintain a fine pattern shape such as electrodes and circuits.
また、特開2000−246482号公報(特許文献2)には、Ag−Cu合金粒子と、表面が銅で被覆されたチタン粒子とを金属成分として含有するろう材ペーストが開示されている。この文献には、従来の水素化チタンでは、約400〜500℃で水素とチタンとに分解され、反応性の高いチタンがペースト中に含まれる有機物の分解ガスの酸素や炭素と反応してセラミックス部材との接合が阻害されていたと記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-246482 (Patent Document 2) discloses a brazing material paste containing Ag-Cu alloy particles and titanium particles whose surfaces are coated with copper as metal components. According to this document, conventional titanium hydride is decomposed into hydrogen and titanium at about 400 to 500 ° C., and highly reactive titanium reacts with oxygen or carbon of a decomposition gas of an organic substance contained in the paste to form a ceramic. It is described that joining with a member was hindered.
これに対して、特許文献1には、水素化チタンは700℃まで安定と記載されているが、いずれにしても焼成温度が850℃程度の高温であるため、焼成時に酸素や炭素、窒素などのガスに曝されると十分に機能できず、前記ガスのない真空中で焼成するのが通常であった。 On the other hand, Patent Document 1 describes that titanium hydride is stable up to 700 ° C. However, in any case, since the firing temperature is as high as about 850 ° C., oxygen, carbon, nitrogen, etc. Exposure to this gas did not work well, and baking was usually performed in a vacuum without the gas.
従って、本発明の目的は、導電部をセラミックス基板に強固に接合できる導電性ペースト並びにこのペーストを用いて得られた電子基板及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a conductive paste capable of firmly joining a conductive portion to a ceramic substrate, an electronic substrate obtained by using the paste, and a method of manufacturing the same.
本発明の他の目的は、非酸化性又は不活性雰囲気中で焼成しても、精細なパターンをセラミックス基板に強固に接合できる導電性ペースト並びにこのペーストを用いて得られた電子基板及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a conductive paste capable of firmly bonding a fine pattern to a ceramic substrate even when fired in a non-oxidizing or inert atmosphere, an electronic substrate obtained by using this paste, and production thereof. It is to provide a method.
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、焼成温度を超える融点を有する高融点金属粒子と、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する溶融金属粒子と、活性金属を含む活性金属粒子と、有機ビヒクルとを組み合わせた導電性ペーストをセラミックス基板に塗布又は充填して焼成すると、導電部をセラミックス基板に強固に接合できることを見出し、本発明を完成した。 The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, high melting point metal particles having a melting point higher than the sintering temperature, molten metal particles which are melted at the sintering temperature and have a melting point of 700 ° C. or less, The present inventors have found that when a conductive paste obtained by combining active metal particles containing a metal and an organic vehicle is applied or filled to a ceramic substrate and fired, the conductive portion can be firmly joined to the ceramic substrate, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の導電性ペーストは、焼成温度を超える融点を有する高融点金属粒子と、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する溶融金属粒子と、活性金属を含む活性金属粒子と、有機ビヒクルとを含むとともに、焼成温度で溶融し、かつ400℃以下の融点を有する合金を含まない。前記溶融金属粒子は、Mg、Al、Zn、In、Sn、Bi、Pb及びSbから選択された少なくとも1種を含んでいてもよい。前記活性金属粒子において、活性金属は、Ti及び/又はZrであってもよい。前記活性金属粒子は、水素化チタン粒子、ホウ化チタン粒子及び水素化ジルコニウム粒子からなる群より選択された少なくとも1種であってもよい。前記高融点金属粒子は、Cu、Ag及びNiからなる群より選択された少なくとも1種の金属又はこの金属を含む合金で形成されていてもよい。前記高融点金属粒子と前記溶融金属粒子との質量割合は、高融点金属粒子/溶融金属粒子=90/10〜40/60程度である。前記活性金属粒子の割合は、高融点金属粒子及び溶融金属粒子の合計100質量部に対して0.5〜30質量部程度である。前記溶融金属粒子の中心粒径は0.01〜30μmである。前記活性金属粒子の中心粒径は0.1〜15μm程度である。前記高融点金属粒子の中心粒径は0.01〜15μm程度である。 That is, the conductive paste of the present invention has high melting point metal particles having a melting point higher than the firing temperature, molten metal particles having a melting point of 700 ° C. or lower, and active metal particles containing an active metal. And an organic vehicle, and does not include an alloy that is melted at a firing temperature and has a melting point of 400 ° C. or less. The molten metal particles may include at least one selected from Mg, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb, and Sb. In the active metal particles, the active metal may be Ti and / or Zr. The active metal particles may be at least one selected from the group consisting of titanium hydride particles, titanium boride particles, and zirconium hydride particles. The refractory metal particles may be formed of at least one metal selected from the group consisting of Cu, Ag, and Ni, or an alloy containing the metal. The mass ratio between the high melting point metal particles and the molten metal particles is approximately high melting point metal particles / molten metal particles = 90/10 to 40/60. The ratio of the active metal particles is about 0.5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the high melting point metal particles and the molten metal particles. The central particle diameter of the molten metal particles is 0.01 to 30 μm. The central particle size of the active metal particles is about 0.1 to 15 μm. The central particle diameter of the refractory metal particles is about 0.01 to 15 μm.
本発明には、セラミックス基板に前記導電性ペーストを付着させる付着工程、及び前記セラミックス基板に付着した前記導電性ペーストを焼成して導電部を形成する焼成工程を含む電子基板の製造方法も含まれる。前記焼成工程において、非酸化性ガス又は不活性ガス(特に窒素)雰囲気中で導電性ペーストを焼成してもよい。前記焼成工程において、焼成温度が800〜950℃程度である。 The present invention also includes a method of manufacturing an electronic substrate including a step of attaching the conductive paste to a ceramic substrate and a step of firing the conductive paste attached to the ceramic substrate to form a conductive portion. . In the firing step, the conductive paste may be fired in a non-oxidizing gas or an inert gas (particularly, nitrogen) atmosphere. In the firing step, the firing temperature is about 800 to 950 ° C.
本発明には、セラミックス基板と、焼成温度以上の融点を有する高融点金属と、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する溶融金属と、活性金属とを含む導電部とを備えた電子基板も含まれる。前記セラミックス基板は、アルミナ基板、アルミナ−ジルコニア基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板又は炭化珪素基板であってもよい。本発明の電子基板は、表面メタライズド基板、ビア充填基板又はスルーホール壁面メタライズド基板であってもよい。 The present invention includes a ceramic substrate, a high-melting metal having a melting point equal to or higher than a firing temperature, a molten metal which is melted at a firing temperature and has a melting point of 700 ° C or lower, and a conductive portion including an active metal. Electronic substrates are also included. The ceramic substrate may be an alumina substrate, an alumina-zirconia substrate, an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, or a silicon carbide substrate. The electronic substrate of the present invention may be a surface metallized substrate, a via-filled substrate, or a through-hole wall metallized substrate.
本発明では、焼成温度以上の融点を有する高融点金属粒子と、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する溶融金属粒子と、活性金属を含む活性金属粒子と、有機ビヒクルとを組み合わせているため、導電部をセラミックス基板に強固に接合でき、特に、非酸化性又は不活性雰囲気中で焼成しても、精細なパターン形状を崩すことなく、セラミックス基板に強固に接合できる。 In the present invention, a combination of a high melting point metal particle having a melting point not lower than the firing temperature, a molten metal particle melted at the firing temperature and having a melting point of 700 ° C. or lower, an active metal particle containing an active metal, and an organic vehicle Therefore, the conductive portion can be firmly bonded to the ceramic substrate, and in particular, can be firmly bonded to the ceramic substrate without breaking a fine pattern shape even when baked in a non-oxidizing or inert atmosphere.
[導電性ペースト]
本発明の導電性ペーストは、焼成温度以上の融点を有する高融点金属粒子と、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する溶融金属粒子と、活性金属を含む活性金属粒子と、有機ビヒクルとを含む。本発明の導電性ペーストを用いると、セラミックス基板に導電部が強固に接合できる理由は次のように推定できる。すなわち、ペースト中に含まれる溶融金属粒子が低温で溶融して活性金属粒子の表面を覆うことによって、高温でも活性金属やその化合物が周辺に存在するガス(焼成雰囲気ガスの窒素や有機ビヒクルが分解して発生する炭素など)と反応するのを防止していると推定できる。このような作用によって、活性金属は非酸化性又は不活性雰囲気(例えば、窒素雰囲気)中でも高温までその活性を保持でき、溶融金属成分中に活性を保持した活性金属が含まれることで溶融金属はセラミック基板に濡れて活性金属とセラミックス基板との間で反応することが可能となり、メタライズ膜のめくれ上がりや収縮も抑制されると推定できる。なお、溶融金属は、文字通り液化流動しているのでパターンのめくれ上がりや丸く縮んでしまう現象、又は反対に基板に濡れすぎてパターンが広がってしまう現象などは、このような作用だけでは完全にコントロールできないと推定できる。そこで、本発明では、溶融金属や活性金属化合物とは別に高融点金属粒子を加えることで、前述のような収縮や広がり現象を抑制している。すなわち、溶融金属成分が高融点金属粒子の表面にも濡れることで過剰な流動を防いでいると推定できる。溶融金属及び高融点金属の種類よっては焼成中に溶融金属と高融点金属との間で合金化が進んで溶融金属の融点が上昇することを利用して流動化を抑制することも可能である。
[Conductive paste]
The conductive paste of the present invention has high melting point metal particles having a melting point not lower than the firing temperature, molten metal particles having a melting point of 700 ° C. or lower, and active metal particles containing an active metal, Vehicle. The reason why the conductive portion can be firmly joined to the ceramic substrate by using the conductive paste of the present invention can be estimated as follows. In other words, the molten metal particles contained in the paste are melted at a low temperature and cover the surface of the active metal particles, so that even at a high temperature, the active metal or its compound is present in the surrounding gas (nitrogen and organic vehicle in the firing atmosphere gas are decomposed). Reacting with carbon and the like generated during the reaction). By such an action, the active metal can maintain its activity even at a high temperature even in a non-oxidizing or inert atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere). It is presumed that it becomes possible to wet the ceramic substrate and react between the active metal and the ceramic substrate, thereby suppressing the metallized film from being turned up or shrunk. In addition, since the molten metal is literally liquefied and flows, the phenomenon that the pattern is turned up or shrinks round, or the phenomenon that the pattern spreads because it is too wet on the substrate, is completely controlled only by such an action. It can be estimated that it cannot be done. Therefore, in the present invention, the above-described shrinkage and spreading phenomena are suppressed by adding high melting point metal particles separately from the molten metal and the active metal compound. In other words, it can be assumed that the molten metal component also prevents excessive flow by wetting the surface of the high melting point metal particles. Depending on the type of the molten metal and the high melting point metal, it is also possible to suppress fluidization by utilizing the fact that the alloying proceeds between the molten metal and the high melting point metal during firing and the melting point of the molten metal increases. .
(高融点金属粒子)
高融点金属粒子を形成する金属は、焼成温度を超える融点(例えば950℃を超え、2500℃以下)を有していれば、特に限定されない。具体的には、前記金属としては、例えば、Cu、Ag、Ni、W、Mo、Au、Pt、Pdなどが挙げられる。これらの金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。金属粒子は、異種の金属粒子の組み合わせであってもよく、融点が焼成温度以上であれば、二種以上を組み合わせた合金で形成されていてもよい。これらの金属のうち、Cu、Ag及びNiからなる群より選択された少なくとも1種の金属又はこの金属を含む合金が好ましい。
(High melting point metal particles)
The metal forming the high melting point metal particles is not particularly limited as long as it has a melting point higher than the firing temperature (for example, higher than 950 ° C. and 2500 ° C. or lower). Specifically, examples of the metal include Cu, Ag, Ni, W, Mo, Au, Pt, and Pd. These metals can be used alone or in combination of two or more. The metal particles may be a combination of different types of metal particles, and may be formed of an alloy combining two or more kinds as long as the melting point is equal to or higher than the firing temperature. Among these metals, at least one metal selected from the group consisting of Cu, Ag and Ni or an alloy containing this metal is preferable.
これらの金属粒子のうち、導電性に優れ、かつ比較的融点が低く、800〜950℃の焼成温度で粒子同士が互いに焼結し易い点から、Cu粒子(融点1083℃)、Ag粒子(融点960℃)が好ましく、経済性の点から、Cu粒子が特に好ましい。 Among these metal particles, Cu particles (melting point 1083 ° C) and Ag particles (melting point) are excellent in conductivity, relatively low in melting point, and easily sinter each other at a firing temperature of 800 to 950 ° C. 960 ° C.), and Cu particles are particularly preferable from the viewpoint of economy.
高融点金属粒子の形状としては、例えば、球状(真球状又は略球状)、楕円体(楕円球)状、多角体状(多角錘状、正方体状や直方体状など多角方形状など)、板状(扁平状、鱗片状、薄片状など)、ロッド状又は棒状、繊維状、樹針状、不定形状などが挙げられる。高融点金属粒子の形状は、通常、球状、楕円体状、多角体状、不定形状などである。 Examples of the shape of the refractory metal particles include a spherical shape (true spherical shape or substantially spherical shape), an ellipsoidal shape (elliptical spherical shape), a polygonal shape (polygonal shape such as a polygonal pyramid, a square or a rectangular parallelepiped), and a plate shape. (A flat shape, a scale shape, a flake shape, etc.), a rod shape or a rod shape, a fiber shape, a tree needle shape, an irregular shape, and the like. The shape of the refractory metal particles is usually spherical, elliptical, polygonal, irregular, or the like.
高融点金属粒子の中心粒径又は平均粒径(D50)は、パターン形状の保持性とセラミックス基板に対する密着性とを両立できる点から、例えば0.01〜15μm(例えば0.01〜10μm)、好ましくは0.05〜10μm(例えば0.1〜7μm)、さらに好ましくは0.3〜1μm(特に0.4〜0.8μm)程度である。また、高融点金属粒子の中心粒径は、パターン形状の保持性が重要な用途では、例えば0.01〜2μm(特に0.05〜1μm)程度であってもよく、セラミックス基板に対する密着性が重要な用途では、例えば0.2〜10μm(特に0.3〜8μm)程度であってもよい。粒径が小さすぎると、経済性が低下するとともに、ペースト中での分散性も低下する虞があり、大きすぎると、ペーストの印刷性及び分散の均一性が低下する虞がある。 The center particle diameter or the average particle diameter (D50) of the refractory metal particles is, for example, 0.01 to 15 μm (for example, 0.01 to 10 μm) from the viewpoint of maintaining both the pattern shape retention and the adhesion to the ceramic substrate. It is preferably about 0.05 to 10 μm (for example, 0.1 to 7 μm), and more preferably about 0.3 to 1 μm (particularly 0.4 to 0.8 μm). Further, the center particle size of the high melting point metal particles may be, for example, about 0.01 to 2 μm (particularly 0.05 to 1 μm) in applications where the retention of the pattern shape is important, and the adhesion to the ceramic substrate may be reduced. For important applications, it may for example be of the order of 0.2 to 10 μm (particularly 0.3 to 8 μm). If the particle size is too small, the economic efficiency may decrease, and the dispersibility in the paste may also decrease. If the particle size is too large, the printability and uniformity of dispersion of the paste may decrease.
なお、本明細書及び特許請求の範囲では、中心粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定された平均粒径(体積基準)を意味する。 In the present description and the appended claims, the central particle size means an average particle size (based on volume) measured using a laser diffraction / scattering type particle size distribution analyzer.
高融点金属粒子の融点は、焼成温度以上の融点であればよく、例えば950℃を超えて2500℃以下であってもよく、好ましくは955〜2000℃、さらに好ましくは960〜1500℃(特に980〜1200℃)程度である。融点が低すぎると、精細な形状のパターンを形成するのが困難となる虞がある。 The melting point of the high melting point metal particles may be any melting point not lower than the firing temperature, and may be, for example, higher than 950 ° C and not higher than 2500 ° C, preferably 955-2000 ° C, more preferably 960-1500 ° C (particularly 980 ° C). 〜1200 ° C.). If the melting point is too low, it may be difficult to form a pattern having a fine shape.
高融点金属粒子は、慣用の方法で製造でき、例えば、湿式還元法、電解法、アトマイズ法、水アトマイズ法などの各種製法によって製造できる。 The high melting point metal particles can be produced by a conventional method, for example, by various production methods such as a wet reduction method, an electrolytic method, an atomizing method, and a water atomizing method.
(溶融金属粒子)
溶融金属粒子は、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する粒子であり、焼成温度で溶融するため、ペーストの焼成温度以下で焼成すると溶融して流動化することにより、導電部とセラミックス基板との接合性を向上できる。
(Molten metal particles)
The molten metal particles are particles that melt at the firing temperature and have a melting point of 700 ° C. or less, and melt at the firing temperature. The bondability with the ceramic substrate can be improved.
溶融金属粒子を形成する金属は、焼成温度以下であり、かつ700℃以下の融点を有していれば、特に限定されない。具体的には、前記金属としては、例えば、Mg、Al、Zn、In、Sn、Bi、Pb、Sbなどが挙げられる。これらの金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。金属粒子は、異種の金属粒子の組み合わせであってもよく、融点が焼成温度以下であり、かつ700℃以下であれば、二種以上を組み合わせた合金で形成されていてもよい。これらの金属のうち、In、Sn及びBiからなる群より選択された少なくとも1種の金属又はこの金属を含む合金(特に金属単体)が好ましい。 The metal forming the molten metal particles is not particularly limited as long as the metal is at a firing temperature or lower and has a melting point of 700 ° C. or lower. Specifically, examples of the metal include Mg, Al, Zn, In, Sn, Bi, Pb, and Sb. These metals can be used alone or in combination of two or more. The metal particles may be a combination of different types of metal particles, and may be formed of an alloy combining two or more kinds as long as the melting point is equal to or lower than the firing temperature and equal to or lower than 700 ° C. Among these metals, at least one metal selected from the group consisting of In, Sn, and Bi or an alloy containing this metal (particularly, a single metal) is preferable.
溶融金属粒子の融点は、焼成温度以下であり、かつ700℃以下であればよいが、400℃以下が好ましく、例えば60〜700℃、好ましくは80〜600℃(例えば100〜500℃)、さらに好ましくは120〜400℃(特に200〜250℃)程度である。 The melting point of the molten metal particles may be not higher than the firing temperature and not higher than 700 ° C., preferably not higher than 400 ° C., for example, 60 to 700 ° C., preferably 80 to 600 ° C. (eg, 100 to 500 ° C.), and Preferably it is about 120 to 400 ° C (particularly 200 to 250 ° C).
700℃以下の融点を有する溶融金属粒子(第1の溶融金属粒子)は、例えば、Mg粒子(融点651℃)、Al粒子(融点660℃)、Zn粒子(融点419℃)、In粒子(融点156℃)、Sn粒子(融点232℃)、Bi粒子(融点271℃)、Pb粒子(融点528℃)、Sb粒子(630℃)などであってもよい。また、第1の溶融金属粒子は、Al−Si−Fe−Cu合金粒子、Ag−Cu−Zn−Sn合金粒子などの合金粒子であってもよい。このような溶融金属粒子(合金粒子)としては、半田ペーストなどに用いられる半田粉末であってもよく、例えば、Al−12Si−0.8Fe−0.3Cu(融点580℃)、58Ag−22Cu−17Zn−5Sn(融点650℃)などが挙げられる。これら第1の溶融金属粒子は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。 The molten metal particles having a melting point of 700 ° C. or less (first molten metal particles) include, for example, Mg particles (melting point 651 ° C.), Al particles (melting point 660 ° C.), Zn particles (melting point 419 ° C.), In particles (melting point 419 ° C.) 156 ° C.), Sn particles (melting point 232 ° C.), Bi particles (melting point 271 ° C.), Pb particles (melting point 528 ° C.), Sb particles (630 ° C.), and the like. Further, the first molten metal particles may be alloy particles such as Al-Si-Fe-Cu alloy particles and Ag-Cu-Zn-Sn alloy particles. Such a molten metal particle (alloy particle) may be a solder powder used for a solder paste or the like, for example, Al-12Si-0.8Fe-0.3Cu (melting point 580 ° C), 58Ag-22Cu- 17Zn-5Sn (melting point 650 ° C.). These first molten metal particles can be used alone or in combination of two or more.
これら第1の溶融金属粒子のうち、流動性などの点から、In粒子、Sn粒子、Bi粒子が好ましく、精細なパターンを基板に強固に接合できる点から、Sn粒子が特に好ましい。 Among these first molten metal particles, In particles, Sn particles, and Bi particles are preferable in terms of fluidity and the like, and Sn particles are particularly preferable in that a fine pattern can be firmly bonded to a substrate.
溶融金属粒子は、本発明の効果を損なわない範囲で、第1の溶融金属粒子に加えて、700℃を超えて焼成温度以下の融点を有する金属粒子(第2の溶融金属粒子)をさらに含んでいてもよい。第2の溶融金属粒子と組み合わせることにより、第1の溶融金属粒子の流動性を調整でき、基板と導電部との接合性と精細なパターン形状とを両立できる。 The molten metal particles further include, in addition to the first molten metal particles, metal particles having a melting point of more than 700 ° C. and equal to or lower than the firing temperature (second molten metal particles) within a range not impairing the effects of the present invention. You may go out. By combining with the second molten metal particles, the fluidity of the first molten metal particles can be adjusted, and the bonding between the substrate and the conductive portion and the fine pattern shape can be compatible.
第2の溶融金属粒子の融点は、例えば700℃を超えて880℃以下、好ましくは730〜850℃、さらに好ましくは750〜800℃程度である。 The melting point of the second molten metal particles is, for example, more than 700 ° C and 880 ° C or less, preferably 730 to 850 ° C, and more preferably about 750 to 800 ° C.
第2の溶融金属粒子としては、このような融点を有していれば特に限定されず、Ba(融点717℃)やCe(融点785℃)などの金属粒子であってもよいが、第1の溶融金属粒子との親和性を向上できるため、第1の溶融金属粒子に含まれる金属を含む合金粒子が好ましく、高融点金属粒子との濡れ性を向上できる点から、高融点金属粒子を形成する金属(Cu、Agなど)を含む合金粒子も好ましい。なかでも、第1及び第2の溶融金属粒子共に高融点金属粒子を形成する金属(Cu、Agなど)を含む合金で形成するのが特に好ましい。好ましい第2の溶融金属粒子としては、Cu及び/又はAgを含む合金(例えば、Ag−Cu合金など)、例えば、ロウ材ペーストとして汎用される銀ロウ材72Ag−28Cu(融点約780℃)などが挙げられる。 The second molten metal particles are not particularly limited as long as they have such a melting point, and may be metal particles such as Ba (melting point 717 ° C.) and Ce (melting point 785 ° C.). The alloy particles containing the metal contained in the first molten metal particles are preferable because the affinity with the molten metal particles can be improved, and the high melting point metal particles are formed because the wettability with the high melting point metal particles can be improved. Alloy particles containing a metal (Cu, Ag, etc.) are also preferred. Among them, it is particularly preferable that both the first and second molten metal particles are formed of an alloy containing a metal (Cu, Ag, or the like) that forms the high melting point metal particles. Preferred second molten metal particles are alloys containing Cu and / or Ag (for example, Ag-Cu alloys), such as silver brazing material 72Ag-28Cu (melting point about 780 ° C.) widely used as brazing material paste. Is mentioned.
第1の溶融金属粒子と第2の溶融金属粒子との質量割合は、前者/後者=100/0〜10/90程度の範囲から選択でき、両粒子を組み合わせる場合は、例えば90/10〜20/80、好ましくは70/30〜30/70、さらに好ましくは60/40〜40/60程度である。第2の溶融金属粒子の割合が多すぎると、基板と導電部との接合力が低下する虞がある。 The mass ratio of the first molten metal particles to the second molten metal particles can be selected from the former / latter = about 100/0 to 10/90. When both particles are combined, for example, 90/10 to 20/20 / 80, preferably about 70/30 to 30/70, and more preferably about 60/40 to 40/60. If the ratio of the second molten metal particles is too large, the bonding strength between the substrate and the conductive portion may be reduced.
溶融金属粒子は、溶融状態にある合金に対して、ガスや空気、水などを吹き付けて粉砕と冷却凝固とを瞬時に行って粉末化する所謂アトマイズ法などにより作製できる。これらの方法のうち、真球状に近いミクロンオーダーの合金粒子が作製できる点から、水を吹き付ける水アトマイズ法により作製した粒子であってもよい。 The molten metal particles can be produced by a so-called atomizing method or the like in which a gas, air, water, or the like is sprayed on the alloy in a molten state to instantaneously perform pulverization and cooling and solidification to form a powder. Among these methods, particles produced by a water atomizing method in which water is sprayed may be used because alloy particles having a micron order close to a perfect sphere can be produced.
溶融金属粒子の形状としては、例えば、球状(真球状又は略球状)、楕円体(楕円球)状、多角体形状(多角錘状、正方体状や直方体状など多角方形状など)、板状(扁平、鱗片又は薄片状など)、ロッド状又は棒状、繊維状、不定形状などが挙げられる。溶融金属粒子の形状は、通常、球状、楕円体状、多角体状、不定形状などである。 Examples of the shape of the molten metal particles include a spherical shape (true spherical shape or substantially spherical shape), an ellipsoidal shape (elliptical spherical shape), a polygonal shape (polygonal shape such as a polygonal pyramid, a square or a rectangular parallelepiped), and a plate shape ( Flat, scale-like or flake-like), rod-like or rod-like, fibrous, irregular-shaped and the like. The shape of the molten metal particles is usually spherical, elliptical, polygonal, irregular, or the like.
溶融金属粒子の中心粒径(D50)は、例えば0.01〜30μm、好ましくは0.1〜25μm、さらに好ましくは0.5〜20μm(特に1〜10μm)程度である。粒径が小さすぎると、粒子の作製における収率が著しく低下してコストが大幅に上昇する虞がある。反対に粒径が大きすぎると、微細パターン形成時における1粒子サイズの割合が高くなり、パターン内での均一性が低下して、パターン欠けやボイド、基板との接合の不均一などの不具合が生じる虞がある。また、メッシュスクリーンで印刷する場合には、メッシュ目詰まりの原因となる虞もある。 The central particle diameter (D50) of the molten metal particles is, for example, about 0.01 to 30 μm, preferably about 0.1 to 25 μm, and more preferably about 0.5 to 20 μm (particularly about 1 to 10 μm). If the particle size is too small, the yield in the production of the particles may be significantly reduced, and the cost may be significantly increased. Conversely, if the particle size is too large, the ratio of one particle size at the time of forming a fine pattern becomes high, and the uniformity in the pattern decreases, and defects such as chipping of a pattern, voids, and non-uniform bonding with a substrate are caused. This may occur. Further, when printing with a mesh screen, there is a possibility that mesh clogging may be caused.
高融点金属粒子と溶融金属粒子との質量割合は、例えば、高融点金属粒子/溶融金属粒子=99/1〜10/90程度の範囲から選択でき、例えば95/5〜30/70(例えば90/10〜40/60)、好ましくは85/15〜45/55、さらに好ましくは80/20〜50/50(特に75/25〜60/40)程度である。溶融金属粒子の割合が多すぎると、溶融合金の流動性を抑制しきれずに焼成収縮によるパターンエッジのめくれ上がりやパターン外への滲み出しに繋がり易い。反対に溶融金属粒子の割合が少なすぎる場合、セラミックス基板と活性金属成分との反応フィールドとなる固液接触界面が少なくなるので良好な接合が得られない虞がある。 The mass ratio of the high melting point metal particles to the molten metal particles can be selected, for example, from the range of high melting point metal particles / molten metal particles = about 99/1 to 10/90, for example, 95/5 to 30/70 (for example, 90/5). / 10 to 40/60), preferably about 85/15 to 45/55, more preferably about 80/20 to 50/50 (particularly about 75/25 to 60/40). If the ratio of the molten metal particles is too large, the fluidity of the molten alloy cannot be sufficiently suppressed, and the edge of the pattern is likely to be turned up due to shrinkage during firing and to seep out of the pattern. On the other hand, if the ratio of the molten metal particles is too small, the solid-liquid contact interface serving as a reaction field between the ceramic substrate and the active metal component is reduced, so that good bonding may not be obtained.
(活性金属粒子)
活性金属粒子に含まれる活性金属としては、例えば、周期表第4A族金属であるTi、Zr、Hfが挙げられる。これらの活性金属は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの活性金属のうち、焼成工程での活性に優れ、セラミックス基板と導電部との接合力を向上できる点から、Ti及び/又はZrが好ましく、Tiが特に好ましい。
(Active metal particles)
Examples of the active metal contained in the active metal particles include Ti, Zr, and Hf, which are Group 4A metals of the periodic table. These active metals can be used alone or in combination of two or more. Among these active metals, Ti and / or Zr are preferable, and Ti is particularly preferable, since they have excellent activity in the firing step and can improve the bonding strength between the ceramic substrate and the conductive portion.
活性金属粒子は、活性金属を含んでいればよく、前記活性金属単体で形成されていてもよいが、焼成工程での活性に優れる点から、活性金属を含む化合物で形成されているのが好ましい。 The active metal particles may contain the active metal, and may be formed of the active metal alone, but are preferably formed of a compound containing the active metal from the viewpoint of excellent activity in the firing step. .
活性金属を含む化合物としては、特に限定されないが、例えば、チタン化合物[例えば、ホウ化チタン(TiB2)、水素化チタン(TiH2)、硫化チタン(TiS2)、四塩化チタン(TiCl4)など]、ジルコニウム化合物[例えば、ホウ化ジルコニウム(ZrB2)、水素化ジルコニウム(ZrH2)、硫化ジルコニウム(ZrS2)、四塩化ジルコニウム(ZrCl4)、水酸化ジルコニウム(Zr(OH)4)など]、ハフニウム化合物[例えば、ホウ化ハフニウム(HfB2)、水素化ハフニウム(HfH2)、硫化ハフニウム(HfS2)、四塩化ハフニウム(HfCl4)など]などが挙げられる。これらのうち、焼成工程での活性に優れる点から、水素化チタン(TiH2)、ホウ化チタン(TiB2)、水素化ジルコニウム(ZrH2)が好ましい。 The compound containing the active metal is not particularly limited. For example, a titanium compound [eg, titanium boride (TiB 2 ), titanium hydride (TiH 2 ), titanium sulfide (TiS 2 ), titanium tetrachloride (TiCl 4 ) Etc.], zirconium compounds [eg, zirconium boride (ZrB 2 ), zirconium hydride (ZrH 2 ), zirconium sulfide (ZrS 2 ), zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ), zirconium hydroxide (Zr (OH) 4 ), etc. And hafnium compounds [for example, hafnium boride (HfB 2 ), hafnium hydride (HfH 2 ), hafnium sulfide (HfS 2 ), hafnium tetrachloride (HfCl 4 ), and the like. Among these, titanium hydride (TiH 2 ), titanium boride (TiB 2 ), and zirconium hydride (ZrH 2 ) are preferable from the viewpoint of excellent activity in the firing step.
これらの活性金属を含む活性金属粒子は、単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、水素化チタン粒子、ホウ化チタン粒子及び水素化ジルコニウム粒子からなる群より選択された少なくとも1種が好ましい。 These active metal particles containing an active metal can be used alone or in combination of two or more, and at least one selected from the group consisting of titanium hydride particles, titanium boride particles and zirconium hydride particles is preferable.
活性金属粒子の形状としては、例えば、球状(真球状又は略球状)、楕円体(楕円球)状、多角体形状(多角錘状、正方体状や直方体状など多角方形状など)、板状(扁平、鱗片又は薄片状など)、ロッド状又は棒状、繊維状、不定形状などが挙げられる。活性金属粒子の形状は、通常、球状、楕円体状、多角体状、不定形状などである。 Examples of the shape of the active metal particles include a spherical shape (true spherical shape or substantially spherical shape), an ellipsoidal shape (elliptical spherical shape), a polygonal shape (polygonal shape such as a polygonal pyramid, a square or a rectangular parallelepiped), and a plate shape ( Flat, scale-like or flake-like), rod-like or rod-like, fibrous, irregular-shaped and the like. The shape of the active metal particles is usually spherical, elliptical, polygonal, irregular, or the like.
活性金属粒子の中心粒径(D50)は、例えば0.1〜15μm(例えば1〜15μm)、好ましくは0.5〜10μm、さらに好ましくは1〜7μm(特に3〜6μm)程度である。粒径は、小さい方がペーストの均一性の面で好ましいが、小さすぎると、粒子の作製における収率が著しく低下し、経済性が低下する虞がある。反対に粒子径が大きすぎると、微細パターン形成時における1粒子サイズの割合が高くなり、パターン内での均一性が低下するため、パターン欠けやボイド、基板との接合の不均一などの不具合が生じ易い。また、メッシュスクリーンで印刷すると、メッシュ目詰まりを起こす虞がある。 The central particle diameter (D50) of the active metal particles is, for example, about 0.1 to 15 μm (eg, 1 to 15 μm), preferably about 0.5 to 10 μm, and more preferably about 1 to 7 μm (particularly about 3 to 6 μm). The smaller the particle size, the better in terms of paste uniformity. However, if the particle size is too small, the yield in the preparation of the particles may be significantly reduced, and the economic efficiency may be reduced. On the other hand, if the particle diameter is too large, the ratio of one particle size in the formation of a fine pattern increases, and the uniformity in the pattern decreases, so that defects such as chipping of a pattern, voids, and non-uniform bonding with a substrate are caused. Easy to occur. In addition, when printing with a mesh screen, mesh clogging may occur.
活性金属粒子の割合は、高融点金属粒子及び溶融金属粒子の合計100質量部に対して0.1〜50質量部程度の範囲から選択でき、例えば0.3〜40質量部(例えば0.5〜30質量部)、好ましくは1〜20質量部(例えば1.5〜4質量部)、さらに好ましくは2〜10質量部(特に2.5〜5質量部)程度である。活性金属粒子の割合が少なすぎるとセラミックス基板との接合性が低下する虞がある。反対に多すぎると、メタライズ膜や充填ビア自体が脆くなる虞がある。 The ratio of the active metal particles can be selected from a range of about 0.1 to 50 parts by mass relative to a total of 100 parts by mass of the high melting point metal particles and the molten metal particles, for example, 0.3 to 40 parts by mass (for example, 0.5 to 0.5 parts by mass). To 30 parts by mass), preferably 1 to 20 parts by mass (for example, 1.5 to 4 parts by mass), and more preferably about 2 to 10 parts by mass (particularly 2.5 to 5 parts by mass). If the ratio of the active metal particles is too small, there is a possibility that the bondability with the ceramic substrate is reduced. Conversely, if the amount is too large, the metallized film and the filled via may be fragile.
(有機ビヒクル)
有機ビヒクルは、金属粒子を含む導電性ペーストの有機ビヒクルとして利用される慣用の有機ビヒクル、例えば、有機バインダー及び/又は有機溶剤であってもよい。有機ビヒクルは、有機バインダー及び有機溶剤のいずれか一方であってもよいが、通常、有機バインダーと有機溶剤との組み合わせ(有機バインダーの有機溶剤による溶解物)である。
(Organic vehicle)
The organic vehicle may be a conventional organic vehicle used as an organic vehicle of a conductive paste containing metal particles, for example, an organic binder and / or an organic solvent. The organic vehicle may be either an organic binder or an organic solvent, but is usually a combination of an organic binder and an organic solvent (a solution of the organic binder in the organic solvent).
有機バインダーとしては、特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂(オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、セルロース誘導体など)、熱硬化性樹脂(熱硬化性アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂など)などが挙げられる。これらの有機バインダーは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの有機バインダーのうち、焼成過程で容易に焼失し、かつ灰分の少ない樹脂、例えば、アクリル系樹脂(ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなど)、セルロース誘導体(ニトロセルロース、エチルセルロース、ブチルセルロース、酢酸セルロースなど)、ポリエーテル系樹脂(ポリオキシメチレンなど)、ゴム類(ポリブタジエン、ポリイソプレンなど)などが汎用され、熱分解性などの点から、ポリ(メタ)アクリル酸メチルやポリ(メタ)アクリル酸ブチルなどのポリ(メタ)アクリル酸C1−10アルキルエステルが好ましい。 The organic binder is not particularly limited, and includes, for example, a thermoplastic resin (olefin resin, vinyl resin, acrylic resin, styrene resin, polyether resin, polyester resin, polyamide resin, cellulose derivative, etc.), Thermosetting resins (thermosetting acrylic resins, epoxy resins, phenolic resins, unsaturated polyester resins, polyurethane resins, etc.) and the like can be mentioned. These organic binders can be used alone or in combination of two or more. Among these organic binders, resins that are easily burned off during the firing process and have low ash content, for example, acrylic resins (polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, etc.), cellulose derivatives (nitrocellulose, ethyl cellulose, butyl cellulose, cellulose acetate) ), Polyether resins (such as polyoxymethylene), and rubbers (such as polybutadiene and polyisoprene) are widely used, and from the viewpoint of thermal decomposability, polymethyl (meth) acrylate and poly (meth) acrylic acid are used. Poly (meth) acrylic acid C 1-10 alkyl esters such as butyl are preferred.
有機溶剤としては、特に限定されず、ペーストに適度な粘性を付与し、かつペーストを基板に塗布した後に乾燥処理によって容易に揮発できる有機化合物であればよく、高沸点の有機溶剤であってもよい。このような有機溶剤としては、例えば、芳香族炭化水素(パラキシレンなど)、エステル類(乳酸エチルなど)、ケトン類(イソホロンなど)、アミド類(ジメチルホルムアミドなど)、脂肪族アルコール(オクタノール、デカノール、ジアセトンアルコールなど)、セロソルブ類(メチルセロソルブ、エチルセロソルブなど)、セロソルブアセテート類(エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテートなど)、カルビトール類(カルビトール、メチルカルビトール、エチルカルビトールなど)、カルビトールアセテート類(エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテートなど)、脂肪族多価アルコール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、トリエチレングリコール、グリセリンなど)、脂環族アルコール類[例えば、シクロヘキサノールなどのシクロアルカノール類;テルピネオール、ジヒドロテルピネオールなどのテルペンアルコール類(モノテルペンアルコールなど)など]、芳香族アルコール類(メタクレゾールなど)、芳香族カルボン酸エステル類(ジブチルフタレート、ジオクチルフタレートなど)、窒素含有複素環化合物(ジメチルイミダゾール、ジメチルイミダゾリジノンなど)などが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの有機溶剤のうち、ペーストの流動性などの点から、テルピネオールなどの脂環族アルコール、ブチルカルビトールアセテートなどのC1−4アルキルカルビトールアセテート類が好ましい。 The organic solvent is not particularly limited, and may be any organic compound that imparts an appropriate viscosity to the paste and can be easily volatilized by a drying treatment after the paste is applied to a substrate, and may be a high-boiling organic solvent. Good. Such organic solvents include, for example, aromatic hydrocarbons (such as para-xylene), esters (such as ethyl lactate), ketones (such as isophorone), amides (such as dimethylformamide), and aliphatic alcohols (octanol and decanol). , Diacetone alcohol, etc.), cellosolves (methyl cellosolve, ethyl cellosolve, etc.), cellosolve acetates (ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, etc.), carbitols (carbitol, methyl carbitol, ethyl carbitol, etc.), carbitol Acetates (ethyl carbitol acetate, butyl carbitol acetate, etc.), aliphatic polyhydric alcohols (ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, butanediol, triethylene) Glycols, glycerin, etc.), alicyclic alcohols [eg, cycloalkanols such as cyclohexanol; terpeneols, terpene alcohols such as dihydroterpineol (such as monoterpene alcohol)], aromatic alcohols (such as metacresol), Examples thereof include aromatic carboxylic acid esters (such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate) and nitrogen-containing heterocyclic compounds (such as dimethylimidazole and dimethylimidazolidinone). These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these organic solvents, alicyclic alcohols such as terpineol and C1-4 alkyl carbitol acetates such as butyl carbitol acetate are preferable from the viewpoint of paste fluidity and the like.
有機バインダーと有機溶剤とを組み合わせる場合、有機バインダーの割合は、有機溶剤100質量部に対して、例えば1〜200質量部、好ましくは10〜100質量部、さらに好ましくは30〜80質量部程度であり、有機ビヒクル全体に対して5〜80質量%、好ましくは10〜50質量%、さらに好ましくは15〜40質量%程度である。 When combining an organic binder and an organic solvent, the ratio of the organic binder is, for example, 1 to 200 parts by mass, preferably 10 to 100 parts by mass, and more preferably about 30 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic solvent. Yes, it is 5 to 80% by mass, preferably 10 to 50% by mass, and more preferably about 15 to 40% by mass based on the whole organic vehicle.
有機ビヒクルの体積割合は、導電性ペーストの体積全体に対して、例えば10〜80質量%、好ましくは20〜75質量%、さらに好ましくは30〜70質量%程度である。有機ビヒクルの質量割合は、導電成分(高融点金属粒子、溶融金属粒子及び活性金属粒子の総量)100質量部に対して、例えば1〜200質量部、好ましくは5〜150質量部、さらに好ましくは10〜100質量部程度である。 The volume ratio of the organic vehicle is, for example, about 10 to 80% by mass, preferably about 20 to 75% by mass, and more preferably about 30 to 70% by mass, based on the whole volume of the conductive paste. The mass ratio of the organic vehicle is, for example, 1 to 200 parts by mass, preferably 5 to 150 parts by mass, and more preferably 100 parts by mass of the conductive component (the total amount of the high melting point metal particles, the molten metal particles and the active metal particles). It is about 10 to 100 parts by mass.
(他の成分)
導電性ペーストは、本発明の効果を損なわない範囲で、慣用の添加剤をさらに含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、例えば、無機バインダー(ガラスフリットなど)、硬化剤(アクリル系樹脂の硬化剤など)、着色剤(染顔料など)、色相改良剤、染料定着剤、光沢付与剤、金属腐食防止剤、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤など)、界面活性剤又は分散剤(アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤など)、分散安定化剤、粘度調整剤又はレオロジー調整剤、保湿剤、チクソトロピー性賦与剤、レベリング剤、消泡剤、殺菌剤、充填剤などが挙げられる。これらの他の成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。他の成分の割合は、成分の種類に応じて選択でき、通常、導電性ペースト全体に対して10質量%以下(例えば0.01〜10質量%)程度である。さらに、本発明の導電性ペーストは、ガラスフリットなどの無機バインダーを含んでいなくてもよい。
(Other ingredients)
The conductive paste may further contain a conventional additive as long as the effects of the present invention are not impaired. Conventional additives include, for example, inorganic binders (eg, glass frit), curing agents (eg, acrylic resin curing agents), colorants (eg, dyes and pigments), hue improvers, dye fixing agents, gloss-imparting agents, and metals. Corrosion inhibitors, stabilizers (antioxidants, ultraviolet absorbers, etc.), surfactants or dispersants (anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, amphoteric surfactants, etc.), dispersion Examples include stabilizers, viscosity modifiers or rheology modifiers, humectants, thixotropic agents, leveling agents, defoamers, bactericides, fillers and the like. These other components can be used alone or in combination of two or more. The proportion of the other components can be selected according to the type of the components, and is usually about 10% by mass or less (for example, 0.01 to 10% by mass) based on the entire conductive paste. Further, the conductive paste of the present invention may not include an inorganic binder such as a glass frit.
[電子基板の製造方法]
本発明の電子基板(導電部付セラミックス基板)は、セラミックス基板に前記導電性ペーストを付着させる付着工程、前記セラミックス基板に付着した前記導電性ペーストを焼成して導電部を形成する焼成工程を経て得られる。
[Method of manufacturing electronic substrate]
The electronic substrate (ceramic substrate with a conductive part) of the present invention includes a bonding step of bonding the conductive paste to a ceramic substrate, and a firing step of firing the conductive paste bonded to the ceramic substrate to form a conductive part. can get.
付着工程において、導電性ペーストの付着方法は、電子基板の種類に応じて選択でき、表面メタライズド基板やスルーホール壁面メタライズド基板では、基板の表面や貫通孔(スルーホール)の内壁に導電性ペーストを塗布してもよく、ビア充填基板では表裏貫通穴に対して導電性ペーストを充填(ビア充填)してもよい。本発明の導電性ペーストは、焼成時に収縮しないため、いずれの種類の電子基板であっても焼成後に形状を保持できる。 In the attaching step, the method of applying the conductive paste can be selected according to the type of the electronic substrate. In the case of the surface metalized substrate and the through-hole metallized substrate, the conductive paste is applied to the surface of the substrate or the inner wall of the through hole (through hole). The conductive paste may be filled (via filling) into the front and back through holes in the via-filled substrate. Since the conductive paste of the present invention does not shrink during firing, any type of electronic substrate can maintain its shape after firing.
導電性ペーストの塗布や充填方法としては、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、凹版印刷法(例えば、グラビア印刷法など)、平版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法などの印刷法やこれらの印刷法を組み合わせた印刷法、スピンコート法、ディップ法、ロール圧入法、スギージ圧入法、プレス圧入法などの直接圧入法などが挙げられる。これらの方法のうち、スクリーン印刷法などが好ましい。 Examples of the method of applying and filling the conductive paste include printing methods such as a screen printing method, an inkjet printing method, an intaglio printing method (for example, a gravure printing method), a lithographic printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, and the like. , A direct coating method such as a spin coating method, a dip method, a roll pressing method, a sugege pressing method, a press pressing method, and the like. Among these methods, a screen printing method or the like is preferable.
基板に付着させたペーストは、焼成処理の前に、自然乾燥してもよいが、加熱して乾燥してもよい。加熱温度は、有機溶媒の種類に応じて選択でき、例えば50〜200℃、好ましくは80〜180℃、さらに好ましくは100〜150℃程度である。加熱時間は、例えば1分〜3時間、好ましくは5分〜2時間、さらに好ましくは10分〜1時間程度である。 The paste attached to the substrate may be naturally dried before the baking treatment, or may be dried by heating. The heating temperature can be selected according to the type of the organic solvent, and is, for example, about 50 to 200 ° C, preferably about 80 to 180 ° C, and more preferably about 100 to 150 ° C. The heating time is, for example, about 1 minute to 3 hours, preferably 5 minutes to 2 hours, and more preferably about 10 minutes to 1 hour.
焼成工程において、焼成温度は、導電性ペースト中の高融点金属粒子の焼結温度以上であればよい。焼成温度(最高到達温度)は500℃以上であってもよく、例えば750〜1000℃(例えば780〜980℃)、好ましくは800〜950℃、さらに好ましくは850〜930℃(特に880〜920℃)程度である。焼成時間(最高到達温度での焼成時間)は、例えば1分〜3時間、好ましくは3分〜1時間、さらに好ましくは5〜30分程度である。焼成温度が低すぎると、反応が十分に進まず基板との接合力が弱くなる虞がある。反対に焼成温度が高すぎると、溶融成分の流動性が高くなって、メクレ上がりや収縮、にじみ出しなどが生じてパターン性が低下する虞がある。 In the firing step, the firing temperature may be at least the sintering temperature of the high melting point metal particles in the conductive paste. The firing temperature (maximum temperature) may be 500 ° C or higher, for example, 750 to 1000 ° C (for example, 780 to 980 ° C), preferably 800 to 950 ° C, more preferably 850 to 930 ° C (especially 880 to 920 ° C). ). The firing time (the firing time at the highest temperature) is, for example, about 1 minute to 3 hours, preferably about 3 minutes to 1 hour, and more preferably about 5 to 30 minutes. If the firing temperature is too low, the reaction may not proceed sufficiently and the bonding strength with the substrate may be weakened. On the other hand, if the firing temperature is too high, the fluidity of the molten component is increased, and the pattern may be deteriorated due to the rise, shrinkage, or bleeding of the melt.
なお、焼成の雰囲気は、金属粒子の種類に応じて選択でき、特に限定されず、空気中、非酸化性ガス(例えば、窒素ガスなど)、不活性ガス(例えば、アルゴンガス、ヘリウムガスなど)雰囲気中、真空雰囲気中のいずれでもあってもよいが、電子基板を高い生産性で製造できる点から、非酸化性ガス雰囲気中や不活性ガス雰囲気中が好ましい。特に、本発明では、窒素ガス雰囲気中であっても、パターンを強固に基板に接合できるため、窒素雰囲気中が特に好ましい。 The firing atmosphere can be selected according to the type of the metal particles, and is not particularly limited. In the air, a non-oxidizing gas (for example, nitrogen gas or the like), or an inert gas (for example, argon gas or helium gas). The atmosphere may be either an atmosphere or a vacuum atmosphere, but is preferably a non-oxidizing gas atmosphere or an inert gas atmosphere because an electronic substrate can be manufactured with high productivity. In particular, in the present invention, even in a nitrogen gas atmosphere, a nitrogen atmosphere is particularly preferable because the pattern can be firmly bonded to the substrate.
焼成(特に窒素雰囲気中での焼成)は、バッチ炉又はベルト搬送式のトンネル炉を用いて行ってもよい。 Firing (especially firing in a nitrogen atmosphere) may be performed using a batch furnace or a belt-conveying tunnel furnace.
焼成して得られた導電部(メタライズド膜やビア充填部)は、その表面を物理的又は化学的に研磨してもよい。物理的な研磨方法としては、例えば、バフ研磨、ラップ研磨、ポリッシング研磨などが挙げられる。化学的な研磨方法(表面処理方法)としては、例えば、過硫酸ナトリウム水溶液などで最表面をソフトエッチングする方法などが挙げられる。 The conductive portion (metalized film or via-filled portion) obtained by firing may have its surface physically or chemically polished. Examples of the physical polishing method include buff polishing, lap polishing, polishing polishing, and the like. Examples of the chemical polishing method (surface treatment method) include a method of soft-etching the outermost surface with an aqueous sodium persulfate solution or the like.
物理的又は化学的に研磨した後、メタライズ膜やビア充填部表面をメッキしてもよい。メッキ方法としては、電解・無電解を問わず、各種のメッキ方法を利用できる。さらに、メッキ層の金属種も幅広く選択できる。例えば、はんだ接合性やワイヤーボンド性、バンプ接合性などを向上するために、ニッケル金メッキ、ニッケルパラジウム金メッキ、錫メッキ、はんだメッキであってもよく、増膜して抵抗値を下げるため、銅メッキであってもよく、反射率を高めるために、銀メッキであってもよい。 After being physically or chemically polished, the surface of the metallized film or via filling portion may be plated. As the plating method, various plating methods can be used irrespective of electrolysis or electroless. Further, a wide variety of metal species for the plating layer can be selected. For example, nickel gold plating, nickel palladium gold plating, tin plating, or solder plating may be used to improve solder bonding properties, wire bonding properties, bump bonding properties, and the like. Or silver plating to increase the reflectance.
さらに、前記メタライズ膜又はビア充填部に、銅ペーストや銀ペーストなどの汎用の導電ペーストを重ねて増膜してもよい。 Further, a general-purpose conductive paste such as a copper paste or a silver paste may be overlaid on the metallized film or the via filling portion to increase the film thickness.
さらに、電子基板がビア充填基板又はスルーホール壁面メタライズド基板である場合、ビア充填部や壁面メタライズド膜は、基板表裏導通や熱伝導性向上の目的で設けられるが、基板表面に形成される電極・配線パターンは、本発明の導電性ペーストであってもよいが、汎用の導電性ペーストであってもよい。例えば、ビア充填基板において、ビア充填部のみ本発明の導電性ペーストで形成し、表面電極や配線はスパッタリングやメッキ法で形成してもよい。 Further, when the electronic substrate is a via-filled substrate or a through-hole wall metallized substrate, the via-filled portion and the wall-metalized film are provided for the purpose of improving the conduction between the front and back of the substrate and improving thermal conductivity. The wiring pattern may be the conductive paste of the present invention, or may be a general-purpose conductive paste. For example, in the via-filled substrate, only the via-filled portion may be formed by the conductive paste of the present invention, and the surface electrodes and the wiring may be formed by sputtering or plating.
[電子基板]
本発明の電子基板は、前記製造方法によって得られ、セラミックス基板と、焼成温度以上の融点を有する高融点金属と、焼成温度で溶融し、かつ700℃以下の融点を有する溶融金属と、活性金属とを含む導電部とを備えている。
[Electronic substrate]
The electronic substrate of the present invention is obtained by the above manufacturing method, and comprises a ceramic substrate, a high melting point metal having a melting point higher than a firing temperature, a molten metal which is melted at a firing temperature and has a melting point of 700 ° C. or lower, and an active metal. And a conductive portion including:
セラミックス基板の材質としては、活性金属が反応できるセラミックスであればよく、例えば、金属酸化物(石英、アルミナ又は酸化アルミニウム、ジルコニア、サファイア、フェライト、酸化亜鉛、酸化ニオブ、ムライト、ベリリアなど)、酸化ケイ素(二酸化ケイ素など)、金属窒化物(窒化アルミニウム、窒化チタンなど)、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化炭素、金属炭化物(炭化チタン、炭化タングステンなど)、炭化ケイ素、炭化ホウ素、金属複酸化物[チタン酸金属塩(チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、チタン酸ニオブ、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウムなど)、ジルコン酸金属塩(ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸鉛など)など]などが挙げられる。これらのセラミックスは単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。 The material of the ceramic substrate may be any ceramic capable of reacting with an active metal, such as metal oxide (quartz, alumina or aluminum oxide, zirconia, sapphire, ferrite, zinc oxide, niobium oxide, mullite, beryllia), oxide Silicon (such as silicon dioxide), metal nitride (such as aluminum nitride and titanium nitride), silicon nitride, boron nitride, carbon nitride, metal carbide (such as titanium carbide and tungsten carbide), silicon carbide, boron carbide, and metal double oxide [ Metal titanates (barium titanate, strontium titanate, lead titanate, niobium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, etc.) and metal zirconates (barium zirconate, calcium zirconate, lead zirconate, etc.) And the like. These ceramics can be used alone or in combination of two or more.
これらのセラミックス基板のうち、電気電子分野で信頼性が高い点から、アルミナ基板、アルミナ−ジルコニア基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板、炭化珪素基板が好ましく、さらに耐熱性が高く、Cu粒子やAg粒子などの高融点金属との接合力の向上効果が大きい点から、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板が特に好ましい。 Among these ceramic substrates, an alumina substrate, an alumina-zirconia substrate, an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, and a silicon carbide substrate are preferable from the viewpoint of high reliability in the field of electric and electronic devices, and further have high heat resistance, Cu particles and Ag. An alumina substrate, an aluminum nitride substrate, and a silicon nitride substrate are particularly preferable because the effect of improving the bonding strength with a high melting point metal such as particles is great.
セラミックス基板の厚みは、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば0.001〜10mm、好ましくは0.01〜5mm、さらに好ましくは0.05〜3mm(特に0.1〜1mm)程度であってもよい。 The thickness of the ceramic substrate may be appropriately selected depending on the application, for example, about 0.001 to 10 mm, preferably about 0.01 to 5 mm, more preferably about 0.05 to 3 mm (particularly about 0.1 to 1 mm). You may.
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の例において、実施例で使用した材料及び評価用基板のパターン、得られた電子基板の評価方法を以下に示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In the following examples, the materials used in the examples, the patterns of the evaluation substrates, and the evaluation methods of the obtained electronic substrates are shown below.
[使用した材料]
(高融点金属粒子)
Cu粒子:中心粒径0.5μmの銅粒子、融点1085℃
Ag粒子:中心粒径0.5μmの銀粒子、融点962℃
Ni粒子:中心粒径0.7μmのニッケル粒子、融点1455℃。
[Material used]
(High melting point metal particles)
Cu particles: copper particles having a central particle size of 0.5 μm, melting point 1085 ° C.
Ag particles: silver particles having a central particle size of 0.5 μm, melting point 962 ° C.
Ni particles: nickel particles having a center particle diameter of 0.7 μm, melting point 1455 ° C.
(溶融金属粒子)
Sn粒子:中心粒径8μmの錫粒子、融点232℃
Bi粒子:中心粒径16μmのビスマス粒子、融点271℃
In粒子:中心粒径25μmのインジウム粒子、融点156℃
Zn粒子:中心粒径7μmの亜鉛粒子、融点419℃
Al粒子:中心粒径7μmのアルミニウム粒子、融点660℃
AgCuZnSn粒子:中心粒径5μmの58Ag−22Cu−17Zn−5Sn合金粒子、融点650℃
AgCu粒子:中心粒径5μmの72Ag−28Cu合金粒子、融点780℃。
(Molten metal particles)
Sn particles: tin particles having a central particle diameter of 8 μm, melting point: 232 ° C.
Bi particles: bismuth particles having a central particle diameter of 16 μm, melting point 271 ° C.
In particles: Indium particles having a central particle size of 25 μm, melting point 156 ° C.
Zn particles: zinc particles having a central particle diameter of 7 μm, melting point of 419 ° C.
Al particles: aluminum particles having a central particle diameter of 7 μm, melting point 660 ° C.
AgCuZnSn particles: 58Ag-22Cu-17Zn-5Sn alloy particles having a center particle diameter of 5 μm, melting point 650 ° C.
AgCu particles: 72 Ag-28Cu alloy particles having a central particle size of 5 μm, melting point 780 ° C.
(活性金属粒子)
水素化チタン(TiH2)粒子:中心粒径6μmの水素化チタン粒子
水素化ジルコニウム(ZrH2)粒子:中心粒径5μmの水素化ジルコニウム粒子。
(Active metal particles)
Titanium hydride (TiH 2 ) particles: Titanium hydride particles having a center particle diameter of 6 μm Zirconium hydride (ZrH 2 ) particles: Zirconium hydride particles having a center particle diameter of 5 μm.
(有機ビヒクル)
有機バインダー:ポリブチルメタクリレート
有機溶剤:テルピネオール。
(Organic vehicle)
Organic binder: polybutyl methacrylate Organic solvent: terpineol.
[評価用基板のパターン]
50.8mm×50.8mmのセラミックス基板の表面に、2mm×2mmサイズの正方形パターンを縦横並べて配置したサンプルを評価基板とした。パターン間は、電気めっきができるように細線で連結した。
[Evaluation board pattern]
A sample in which 2 mm × 2 mm square patterns were arranged vertically and horizontally on a surface of a 50.8 mm × 50.8 mm ceramic substrate was used as an evaluation substrate. The patterns were connected with thin wires so that electroplating could be performed.
[電子基板の評価]
(パターン形状)
焼成後の電子基板の外観(2mm×2mmサイズの正方形パターン)を目視及びルーペ(15倍)で観察し、形状が変形せずに保持されていたパターンについては、さらに画像測定し、以下の基準で評価した。
[Evaluation of electronic substrates]
(Pattern shape)
The appearance (square pattern of 2 mm × 2 mm size) of the electronic substrate after firing was visually observed and observed with a loupe (× 15), and a pattern whose shape was maintained without being deformed was further subjected to image measurement. Was evaluated.
×(エッジめくれ):パターンのエッジ部分がめくれ上がっている
×(収縮):パターンのエッジ部分はめくれ上がっていないが、正方形が崩れてエッジ部が丸くなったり、サイズダウンしている
○(良好):2mm×2mmパターンの形状が変形せずに保持されているが、さらに画像測定すると、1.97mm×1.97mm〜2.03mm×2.03mmの範囲にはない
◎(特に良好):2mm×2mmパターンの形状が変形せずに保持されており、さらに画像測定において2mm×2mmパターンのサイズがほとんど変わることなく、1.97mm×1.97mm〜2.03mm×2.03mmの範囲にある。
X (edge turning): the edge of the pattern is turned up. X (shrinkage): the edge of the pattern is not turned up, but the square is collapsed and the edge is rounded or the size is reduced. ): The shape of the 2 mm × 2 mm pattern is held without being deformed, but when the image is further measured, it is not in the range of 1.97 mm × 1.97 mm to 2.03 mm × 2.03 mm. ◎ (particularly good): The shape of the 2 mm x 2 mm pattern is held without deformation, and the size of the 2 mm x 2 mm pattern hardly changes in the image measurement, and is within the range of 1.97 mm x 1.97 mm to 2.03 mm x 2.03 mm. is there.
(ピール強度試験及び破壊状態)
パターン形状の良好な電子基板についてピール強度試験を行った。錫メッキ銅線(ピール線)を2mm×2mmの正方形パターンの上面に沿わせて(正方形の中心部を通り、辺に平行に沿わせて)はんだ付けした後、ピール線を2mmパターンの外側で90度折り曲げ、基板面に対して垂直上方に引っ張り上げて膜を引き剥がしてピール強度を測定した。破壊の際の最も高い強度をピール強度として記録した。また、試験後の破壊場所を観察し、破壊状態を以下の基準で評価した。
(Peel strength test and broken state)
A peel strength test was performed on an electronic substrate having a good pattern shape. After soldering a tin-plated copper wire (peel wire) along the upper surface of the 2 mm × 2 mm square pattern (passing through the center of the square and parallel to the sides), the peel wire is placed outside the 2 mm pattern. The film was bent 90 degrees, pulled up perpendicularly to the substrate surface, peeled off the film, and measured for peel strength. The highest strength at break was recorded as the peel strength. In addition, the fracture site after the test was observed, and the fracture state was evaluated according to the following criteria.
◎(基板破壊):基板がえぐりとられるように破壊し、かつピール強度が4kg以上
○(基板破壊):基板がえぐりとられるように破壊し、かつピール強度が2kg以上4kg未満
○(界面破壊):基板とメタライズ膜との界面で破壊し、かつピール強度が2kg以上
×(界面破壊):基板とメタライズ膜との界面で破壊し、かつピール強度が2kg未満
×(膜内破壊):メタライズ膜がボソボソで膜の内部で破壊し、かつピール強度が2kg未満。
◎ (Substrate destruction): The substrate is broken to be peeled, and the peel strength is 4 kg or more. ○ (Substrate destruction): The substrate is broken to be peeled, and the peel strength is 2 kg to less than 4 kg. ): Destruction occurs at the interface between the substrate and the metallized film, and the peel strength is 2 kg or more. X (Interfacial fracture): Destruction occurs at the interface between the substrate and the metallized film, and the peel strength is less than 2 kg. The film breaks loose inside the film, and the peel strength is less than 2 kg.
(総合判定)
パターン形状の評価結果及びピール強度試験の評価結果について、以下の基準で総合評価した。
(Comprehensive judgment)
The evaluation results of the pattern shape and the evaluation results of the peel strength test were comprehensively evaluated according to the following criteria.
◎:パターン形状とピール強度の判定がいずれも「◎」
○:パターン形状とピール強度の判定がいずれも「○」、あるいは一方が「◎」でもう一方が「○」
×:パターン形状とピール強度の判定のいずれかが「×」。
◎: Both the pattern shape and the determination of peel strength were “「 ”
:: Judgment of both pattern shape and peel strength was “○”, or one was “◎” and the other was “○”
×: Either of the determination of the pattern shape and the peel strength is “×”.
実施例1
表1に示す組成で調製したペースト1をスクリーン印刷で前記評価パターンに印刷した後、窒素置換したトンネル炉で焼成した。セラミックス基板としては窒化アルミニウム基板を用いた。焼成は最高温度900℃にて行い、この温度を10分間保持し、昇温降温含めた炉への投入から回収までの時間は約60分間とした。炉から出てきた焼成後の基板のメタライズ膜を観察したところ良好な形状であった。焼成後のメタライズ膜の表面をバフ研磨した後、表面に電解ニッケル金メッキを施した。得られた電子基板のピール強度試験に供したところ、破壊モードが基板破壊となり、基板とメタライズ膜とは基板強度以上に高い強度で接合されており、十分な接合性を示した。
Example 1
Paste 1 prepared with the composition shown in Table 1 was printed on the evaluation pattern by screen printing, and then fired in a tunnel furnace purged with nitrogen. An aluminum nitride substrate was used as the ceramic substrate. The firing was performed at a maximum temperature of 900 ° C., and this temperature was maintained for 10 minutes, and the time from charging to the furnace, including raising and lowering the temperature, to recovery was about 60 minutes. Observation of the metallized film on the fired substrate out of the furnace revealed a good shape. After baking the surface of the fired metallized film, the surface was plated with electrolytic nickel gold. When the obtained electronic substrate was subjected to a peel strength test, the destruction mode was substrate destruction, and the substrate and the metallized film were bonded at a strength higher than the substrate strength, indicating sufficient bonding properties.
実施例2〜3
ペーストは変更せず、セラミックス基板の種類をアルミナ又は窒化珪素に変更する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに良好な結果であった。特に、窒化珪素で形成されたセラミックス基板を用いた実施例3で得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに実施例1と同一の良好な結果であった。しかし、実施例1との相対的な評価では、実施例2はピール強度が若干低下した。
Examples 2-3
An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the paste was not changed and the type of the ceramic substrate was changed to alumina or silicon nitride. The obtained electronic substrate had good results in both the pattern shape and the peel test. In particular, the electronic substrate obtained in Example 3 using the ceramic substrate formed of silicon nitride had the same good results as Example 1 in both the pattern shape and the peel test. However, in the evaluation relative to Example 1, the peel strength of Example 2 was slightly reduced.
実施例4〜8
ペースト1の代わりに表1に示すペースト2〜6を用いて、ペースト中の溶融金属粒子を変更する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに良好な結果であった。しかし、実施例1との相対的な評価では、実施例4、6〜8はピール強度が若干低下し、実施例5はパターン形状が若干低下した。
Examples 4 to 8
An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that pastes 2 to 6 shown in Table 1 were used instead of paste 1 and the molten metal particles in the paste were changed. The obtained electronic substrate had good results in both the pattern shape and the peel test. However, in the evaluation relative to Example 1, in Examples 4, 6 to 8, the peel strength was slightly reduced, and in Example 5, the pattern shape was slightly reduced.
実施例9
ペースト1の代わりに表1に示すペースト7を用いて、ペースト中の溶融金属粒子を表1に示す2種類の溶融金属粒子に置き換える以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに良好な結果であった。実施例1との相対的な評価では、実施例9はピール強度が若干低下したが、実施例4と同一の結果であった。
Example 9
An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the paste 7 shown in Table 1 was used instead of the paste 1 and the molten metal particles in the paste were replaced with the two types of molten metal particles shown in Table 1. The obtained electronic substrate had good results in both the pattern shape and the peel test. In the evaluation relative to Example 1, the peel strength of Example 9 was slightly reduced, but the same result as that of Example 4 was obtained.
実施例10〜11
ペースト1の代わりに表1に示すペースト8及び9を用いて、ペースト中の高融点金属粒子を変更する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに実施例1と同一の良好な結果であった。
Examples 10 to 11
An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that pastes 8 and 9 shown in Table 1 were used instead of paste 1, except that the high melting point metal particles in the paste were changed. The obtained electronic substrate had the same good results as in Example 1 in both the pattern shape and the peel test.
実施例12
ペースト1の代わりに表1に示すペースト10を用いて、ペースト中の活性金属粒子を変更する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに良好な結果であった。しかし、実施例1との相対的な評価では、ピール強度が若干低下した。
Example 12
An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that paste 10 shown in Table 1 was used instead of paste 1 and active metal particles in the paste were changed. The obtained electronic substrate had good results in both the pattern shape and the peel test. However, in the evaluation relative to Example 1, the peel strength was slightly reduced.
実施例13〜14
ペースト1の代わりに表1に示すペースト11及び12を用いて、ペースト中の高融点金属粒子と溶融金属粒子との割合を変更する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに良好な結果であった。しかし、実施例1との相対的な評価では、実施例13ではピール強度が若干低下し、実施例14ではパターン形状が若干低下した。
Examples 13 and 14
An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pastes 11 and 12 shown in Table 1 were used instead of the paste 1, and the ratio of the high melting point metal particles to the molten metal particles in the paste was changed. The obtained electronic substrate had good results in both the pattern shape and the peel test. However, in the evaluation relative to Example 1, in Example 13, the peel strength was slightly reduced, and in Example 14, the pattern shape was slightly reduced.
実施例15〜16
ペースト1の代わりに表1に示すペースト13及び14を用いて、ペースト中の高融点金属粒子及び溶融金属粒子の合計量に対する活性金属粒子の割合を変更する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。得られた電子基板は、パターン形状、ピール試験ともに良好な結果であった。しかし、実施例1との相対的な評価では、ピール強度が若干低下した。
Examples 15 to 16
In the same manner as in Example 1 except that the pastes 13 and 14 shown in Table 1 were used instead of the paste 1, and the ratio of the active metal particles to the total amount of the high melting point metal particles and the molten metal particles in the paste was changed. A substrate was obtained. The obtained electronic substrate had good results in both the pattern shape and the peel test. However, in the evaluation relative to Example 1, the peel strength was slightly reduced.
比較例1〜3
ペースト1の代わりに表1に示すペースト15〜17を用いて、溶融金属粒子として融点700℃以下の金属を用いずに融点780℃のAg−Cu合金粒子のみを用いて変量する以外は実施例1と同様にして電子基板を得た。比較例1ではパターン形状は良好であったが、ピール強度が低く、十分な接合が得られなかった。Ag−Cu合金粒子の割合を増加するにつれて、パターン形状が低下し、エッジめくれや収縮が生じた。これらの結果から、融点の高い溶融成分のみではパターン形状も良好で基板との接合性も優れた電子基板は得られなかった。
Comparative Examples 1-3
Example 1 was repeated except that pastes 15 to 17 shown in Table 1 were used instead of paste 1 and that only the Ag-Cu alloy particles having a melting point of 780 ° C. were used as the molten metal particles without using a metal having a melting point of 700 ° C. or less. An electronic substrate was obtained in the same manner as in Example 1. In Comparative Example 1, the pattern shape was good, but the peel strength was low and sufficient bonding was not obtained. As the ratio of the Ag-Cu alloy particles was increased, the pattern shape was reduced, and edge turning and shrinkage occurred. From these results, it was not possible to obtain an electronic substrate having a good pattern shape and an excellent bondability with the substrate only by a molten component having a high melting point.
実施例及び比較例で得られた電子基板の評価結果を表2に示す。 Table 2 shows the evaluation results of the electronic substrates obtained in Examples and Comparative Examples.
本発明の導電性ペーストは、回路基板、電子部品、半導体パッケージの基板などに利用でき、電子基板の導電部を形成するためのペーストとして特に有効に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The conductive paste of the present invention can be used for circuit boards, electronic components, substrates of semiconductor packages, and the like, and can be particularly effectively used as a paste for forming a conductive portion of an electronic board.
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