JPH03149706A - ニッケル導電ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産！上の利川分野１ 本青明はニッケルペースト番こ係り、特番こはんだ濡れ
性が改良され、大気中焼成が可能で低温でも焼結性が優
れており、シート抵抗の低いＦＩＷ！！導体ペーストに
好適なニッケルペーストに関するものである。

【従来の技術Ｊ 近年、′：ｔｉ子機器の薄型化、コンパクト化は著しく
、４Ｊｍ度の増加と共番ニー段と信頼性が向上し、用途
も拡大の−達をたどっている。モルリシックＩＣでは急
速な密度の増加、小型化が進んできており、一方ハイブ
リフトＩＣの分野でも特番こ自動車用制御回路や電源装
置用等の産業ｌｌ器においては耐熱性、耐衝撃性に優れ
た大規模パイプリフトＩＣ化の傾向が強い、！１近のパ
イプリフト【Ｃでは、セラミツク基板土ａこダイオード
、トランジスタ、ニー導体ＩＣ等の能動部品の他コイル
、トランス、：Ｊンデンサ一等殆どの電気部品をＪ３截
している。集積度も一段と増加し４Ａ軸度も飛躍的＆こ
向上した混成集積回路が開発されている。

この場合、これら回路基板の製造法として基板表面１こ
電極や回路用のメタライズ層を従来このメタライズ層形
成材としては、η金属を梯川し、ｊｇ体、抵抗体、誘電
体ペーストを印刷して行なっていたが、ｎ金属ペースト
は導電性、基板との接着性　−１極等とのボンダビリテ
ィ−に優れてはいるが、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ
、Ａ−ｇ−ＰｔＰｄ、Ａｕ等の貴金属を原料として使用
されているので高価である難点があった。

１９明が解決しようとする課ｊｍｌ このため、安価な卑金属、例えばＣｕ、Ｎｉ。

八β、ｚｎ等を主体とした卑金属ペーストの開発が試み
られてきている。しかし、型金には酸化され易いため、
ｒ１金属ペーストのように大気中での焼成が出来ず、ｅ
ｘｉｔｓ度を低くｖＩ御した不活性なＮ２雰四気中で焼
成を行なうことが必要とされ。

このため卑金属ペーストが安価でも不活性雰囲気下で焼
成するための装置あるいはＮ２ガスのコストが必要とな
るため、ペースト自体が安価である利点がト分番こｔか
されていないという四項があった。

本発明は、安価な卑金属ペーストであっても大気中での
焼成がり能なニッケル導電ペーストの開発を目的とし、
併せて大気中焼成であってもはんだ鑑れ性、シート抵抗
力、接着力、低湿焼成等各こ優れたペーストを目的とし
たものである。

先ず。

０　焼成雰囲気は大気中であっても耐酸化性があって抵
抗値が変化しないこと ０　シート抵抗はＡｕ、Ａｇでは通常２ｍΩ／口である
が、−桁上で２０ｍΩ／口以下であること ■　焼成温度は通常高温のものは９００℃、低温で６０
０℃位であるが、四番こ低温で５００〜６００℃程度で
焼成できること■　接着強度は４Ｋｇ７２．５ｍｍ口以
上あること ０　はんだ濡れ住良好なこと を一応の目標として開発を行なった。

［，ｆｆＭを解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明者はＮｉペーストに使
用する金属粉末の耐酸化性を向上させ得る様々な添加元
素について検討し、その金属粉末を使用してペーストを
作った場合紀大気中焼成が可能で、はんだ濡れ性か良く
、低温で焼結し。

シート抵抗、接着力が改善できる方策について鋭意研究
を重ねた結果、Ｃｒおよび／またはＦｅがそれぞれ１ｗ
ｔ％以上であって、この両者の合計が２０ｗＬ％以下、
Ｂ３〜１０ｗｔ％、Ｓｉは１０％ｗｔ以下であって、Ｂ
とＳｉの合計は１５ｗｔ％以下、残りＮｉからなる合金
粉末又はメカニカルアロイ形態の複合粉末を使用したニ
ッケル導電ペースト（以下、特定発明という、）であり
、四鑑二上記の合金粉末又はメカニカルアロイ形態の複
合粉末が、さらにＳｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍ　ｇ　、　Ｐ　
ｒ　、　Ｓ　ｎ　、　Ｚ　ｎまたはＬａの少なくともｌ
ｆＩ！を０−　１〜５　ｗ　Ｌ％含むニッケル導電ペー
スト（以下、第２発明という、）ｊ３よびＳｂ。

１１ｉ、１．ｎ、Ｍｇ、Ｐｒ、Ｓｎ、ＺｎまたはＬａの
一種又はこの金属を主体とするニッケル合金粉末（メカ
ニカルアロイ形態の複合粉末も含む、）を、これら金属
を含まない特定発明の合金粉末又はメカニカルアロイ形
態の複合粉末１００重量部＆ご対して、金属として（Ｌ
　　１〜５重贋部の比率で使用したニッケルＮｑ電ペー
スト（以下、第３発明という、）を提供する。

ここで提供された特定発明のニッケル導電ペーストは、
大気中で焼成した導体膜でもシート抵抗が低く、接着力
も非常番こ優れていることを見出した。

また。第２発明及び第３発明紀よるニッケル導電ペース
トは特定発明による大気中で焼成した導体膜の低いシー
ト抵抗値高い接着力の性質を持つだけでなく、５００℃
という低い焼結温度に右いても］−分番こ焼結し、上記
の特性を得ることを見出して本発明を完成したものであ
る。

本発明において、Ｃｒ及びＦｅはそれぞれが単独または
併用して使用するが、少なくとも１ｗｔ％の添加が必要
であり、そしてその合計量は２０ｗｔ％を越えてはなら
ない。

０「、Ｆｅは大気中焼成に右いてＮｉ合金粒子の耐酸化
性を向上させる効果がある。これはＮｉ合金粒子表面各
こ緻密で薄い酸化膜を形成し、Ｎｉ合金粒子自体の酸化
を防ぐ。

この手法はステンレス鋼や超合金墨ご用いられているが
、これらは主に板状で比表面積が小さいので表面が酸化
することからくる構造材料としての強度には大きな影響
は与えない。

これ１こ反し、本完明墨こおけるＮｉ合金は１０ミクロ
ン以下の粒子の状態で比表面積が大きいため、表向の酸
化膜が薄くても全体の酸化物含有量は大きくなり、シー
ト抵抗値の上昇に繋る。したがって、Ｃｒ、Ｆｅの添加
だけでは本発明の目的を達成できず、更に改良すること
が必要であることを知ったー これの対応策として、８３〜１　Ｏｗ　ｔ％。

５１をｌ　Ｏｗ　ｔ−％以下、　（Ｉ！　Ｌ　１１とＳ
ｉの合計量が１５　ｗ　ｔ％以下添加した合金粒子とす
ることで耐酸化性が著しく向りすることが見出された。

この理由は、Ｎｉペーストを大気中で焼成しているとき
にＩ１．Ｓｉが優先的に酸化され、口２０．。

８１０２が液相になってＮｉ合金粒子をまんべんなく覆
うため、大気との接触がなくなり酸化が防げるものと推
定している。

したがって、ＮｉＪ％１子の酸化はＢ、Ｓｉ添加によろ
選択的な脱Ｗｌｌｉ：、　Ｂ、　Ｓ　ｉ　＠化物の液相
生成及びＣｒ、Ｆｃの添加番こよる酸化膜形成によって
大幅に防ぐことができる。

このことはＣｒ、Ｆｅ及び■、ＳｉＪ３（方の添加によ
って初めて成立する。このと３．Ｃｘ−，Ｆｅ及びＢ、
Ｓｉの添加形態は、純金属粉末の単なる混合では上記目
的が達成されない、なぜならば。

Ｃｒ、Ｆｅが純金属の場合、Ｎｉ粒子表面を緻密シ二覆
うことができず、Ｂ、Ｓｉが純金属の場合でも同様であ
る。したがって、Ｃｒ、Ｆｅ及びＢ。

Ｓｉの添加形態は単なる混合ではなく、一旦溶融してＮ
ｉと完全に合金化してしまうか、Ｉｌ械的紀噛合結合し
たメカニカルフロイ形態の複合粉末でなければならない
。

また、Ｆｅｊ５よび／又はＣｒの添加量がそれぞれが少
なくとも１％であって且つその合計が２０ｗｔ％以下と
なっているのは１％未満では表面にＩＩｋ密な酸化膜が
充分に形成されず充分な耐酸化性を付与できない、一方
、その合計量か２０ｗｌ；％を越えると酸化膜の量が多
くなり、シート抵抗が増大して導体として使用できなく
なる。

口が３　ｗ　ｔ％未満では液相が均一各こＮｉ粒子表面
は覆うことができず、また基板との接着強度が低下する
。１０ｗｔ％を越えるとシート抵抗が高くなってしまう
。

Ｓｉがｌｏｗｔ％以上ではシート抵抗が増大してしまう
−Ｓｉ（ｆ添加されな−くともＢＩｌ独で酸化防止効果
があるが、Ｓｉが添加されると接着強度が高くなるため
添加することが好ましい。

しかし、これもＢとＳｊの合計がｌ　５　ｗ　ｔ％を越
えた添加量はシート抵抗が増大するのでＩ５ｗＬ％以下
とすべきである。

さら紀、この特定発明の合金粉末または複合粉末に　Ｓ
ｂ、　　　Ｂｉ、　　　ｉｎ、　　　Ｒ４ｇ　、　　Ｐ
ｒ、　　　Ｓｎ、　　　ＺｎまたはＬａの少なくとも一
種を含有する合金粉末を使用して、ニッケル導電ペース
トを作るか、あるいは特定発明の合金粉末又は複合粉末
にこれら金属の粉末又はこれらを主体としたニッケル合
金粉末（複合粉末も含む、）と併用して導電ペーストと
するときは５００℃というＩｔｓでも焼結性がよく、シ
ート抵抗値が低い導電ペーストが得られる。この理由は
解明されたわけではないが、これらの添加元票とＮｉと
が低温で液相を形成するため、ＩＩｋ密な焼結が起きて
シート抵抗値が低くなるためと推爺する。しかし、これ
ら金属の添加量が（Ｌ　　１ｗｔ％以下だと液相の量が
少なくて低温では焼結が進まず、５ｗｔ％以上だと添加
元素の酸化が進んでシート抵抗値の−Ｅ昇が起きてしま
うので、この範囲内にすべきであろう。

本発明において使用する合金粉末又は複合粉末のサイズ
は粒径１０ｕｍ以下のもの、好ましくはｆ均拉径（Ｄ□
）が０．５〜５μｍのものを使用する−１０ｕｍより大
きくなるとビヒークル中での分散性が悪くなり印刷がう
まく行かず、インキのぼた右らによる短絡やカスレ墨こ
よる断線等が起こる危険が生ずる。

有機溶媒としては限定する訳でないが、通常導電ペース
トに使用されているテルピネオール、ブチルカルピトー
ル、ブチルカルピトール、アセテートまたは２−２−４
−トリメチルート３−ペンタンジオールモノイソブチレ
ートＣテキサノール）等が使用できる。

バインダーとしてもｔＩｌｗｉある訳なく、通常使用さ
れているエチルセルローズで充分である。

ガラスフリットも粒度も合金粉末と同程度であれば制限
がなく、通常使用されているものであれば使用できるが
、好ましくは熱膨張係数の小さい軟化点５５０℃以下の
ガラス、例えばはうけい酸鉛ガラス等を選ぶべきである
。

混合割合としては、例えば合金粉末８８〜９２ｗＬ％、
ガラスフリフト１２〜８ｗｔ％からなるｖ４形分８５巾
量部に有ＩＩ溶媒とビヒークルの合計：ｉｔｌ　５　＠
！ａ部（ペーストとしての粘度２００〜３５０Ｋｃｐｓ
になるように選ぶ、）を、例えば三本ロールのごとき混
和機を用いて充分混合することにより得ることができる
。

以下、実施例により本発明をｎ体的に部用する。

１実施例１ （実施例！〜１６．比較例１〜５》 第１表番こ示す組成の粉末を準備し、有機溶媒としてテ
キサノールをバインダーとしてエチルセルロースを使用
し、合金粉末以外の同形成分としてはほうけい酸鉛ガラ
スを使用したにれらを所定のソリッド（ｖ４ＪＦｇ成分
）濃度となるように配合してペーストを得た。有Ｉｌ溶
媒と粉末及びガラスとの混合には三本ロールミルをｆｆ
用した。ペーストの粘度は印刷可能な粘度２００〜３５
０Ｋｃｐｓになるように、特番こビヒークル中のエチル
セルロースにより調整した。

得られたペーストを用い、通常の板ガラスであるソーダ
石灰ガラス基板及び９６％アルミナ基板の片面に標準パ
ターンを印刷した。印刷後のレベリングは１５分間とし
、乾燥は１２０℃×１５分冊とした。焼成には厚膜焼成
炉を使用し、大気中で焼成した。焼成条件は６０分プロ
ファイル。

ピーク温度５７５〜６００℃ＸＩＯ分間（フリット入り
）−８００℃ｘ１０分間（フリットレス：実施例１６）
とした。焼成膜厚は１８〜３０６ｍであった。

第１Ｒ紀特性Ｗ【シート抵抗、接着強度及びはんだ濡れ
性）の評価結果を併記する。

なお、接着強度の測定には第１ＦＡに示すように得られ
たソーダ石灰ガラス基板又はアルミナ基板ｌのパターン
印刷面２８こ２　ｍ　ｍ口バッド３を接着し、これに（
Ｌ６ｍｍφの錫メッキ飼ワイヤ４を取りつけ、９０°ビ
ール法番こてａＳ強度を測定した。接着強度が４Ｋｇ以
上の場合を良好と評価した。

また。シート抵抗はデジタル−ボルトメーターによって
測定し、２０ｍΩ／口以下の場合を使用可能と評価した
。

はんだ濡れ性は２ｍｍ口パッドを使用し、６／４はんだ
を溶かし、２２０℃に温度ａｌｉｌしであるはんだ槽番
こディップさせ、各パッドの濡れ面積を測定して評価し
た。濡れ面積が９５％以上の場合墨こ０印、８５〜９５
％の場合にＯ印を付してそれぞれ良好と評価し、８５％
以下の場合にはｘ印を付して不合格と評価した。

第１Ｊより本発明例はいずれも酋特性が優れていること
が判る。

一方、合金粉末の組成でＦｅあるいはＣｒの含＝１が２
０ｗｔ％を越えている比較例は酸化のためシー−ト抵抗
が高く、はんだ濡れ性も悪い。

また。ＢあるいはＳｉの合計が１５ｗｔ％を越える合金
組成である比較例では、＃化物成分の総量が多くなり、
シート抵抗が高くなっている。一方、■あるいはＳｉの
合計が３ｗｔ％に満たない合金組成では伯の合金成分の
酸化によりシート抵抗が高く、はんだ濡れ性も悪い。

Ｃ以下余白） （実施例１７〜２７．比較例６〜７》 第２表に示す組成の粉末と（Ｓｂ、Ｉｌｉ。

Ｉ　ｎ、　Ｍｇ、　Ｉｒ、　Ｓｎ、　Ｚｎ、　Ｌａ）　
８０ｗｔ−％−Ｎｉ２０ｗｔ％合金粉末を準備し、実施
例１の場合とｊＪ様にして、有機ｊ８媒としてテキサノ
ールをバインダーとしてエチルセルロースを使用し、ガ
ラス成分としてはほうけい酸鉛ガラスを使用した。所定
のソリッド（固形成分）ｉＤ度となるように配合し、混
練してペーストを得た。

得られたペーストを用い、通常の板ガラスであるソーダ
石灰ガラス基板及びアルミナ基板の片面番こ標準パター
ンを印刷した。印Ｆａ後のレベリングは１５分間とし、
乾燥は１２０℃×１５分間とした。焼成番こは厚膜焼成
炉を使用し、大気中で焼成した。焼成条件は６０分プロ
ファイル、ピーク温度５００〜６００℃ＸＩＯ分間（フ
リット入り）、６００℃×１０分間（フリーｌトレス：
実施例２７）とした。焼成膜厚は１８〜３０ｕｍであっ
た。

なお、接ファ　９ＭＪ（ｆ　、シート抵抗の測定及びは
んだ濡れ性の評価は実施例１の場合と同様である。

第２表より本発明例はいずれも各特性が優れていること
が判る。

一方、合金粉末の組成で添加元素の組成が小さい場合の
比較例６では、＃ｉ相が少なく焼結が進まずにシート抵
抗が高くなっている。また。添加元素の組成が大きすぎ
る場合の比較例７では添加元素の酸化が進み、シート抵
抗が高く、はんだ濡れ性も思い。

Ｃ以下余白） １効　宋Ｊ 本特定発明の合金粉末又はメカニカルアロイ形態の複合
粉末を使用したニッケル導電ペーストは大ＩＡ（中位成
がｔｉｌ能であって、はんだ居れ性に優れ、シート抵抗
も少なく、またボンディングの接着強度も充分あって、
Ｒ金属を使用しない番こもかかわらず充分なペースト性
能を有している。

また。Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｒ、Ｓｎ。

Ｚｎまたは１−ａを含むｔ記合金粉末又は複合粉末を使
川するか、特定発明の合金粉末又はへ金粉末にＳｂ、Ｉ
ｌｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｚｎまたはｌ　ａの金
属を添加した合金粉末父は複合粉末、又はそのニッケル
合金粉末もしくは複合粉末を併用するときは、焼成温度
を低下させる効果があって優れたニッケル導電ペースト
を提供するものであるー このペーストは通常のＩＩ　Ｉ　Ｃだけでなく、プラズ
マディスプレイパネルの電極やセラミックコンデンサー
の内部、外部電棒としても使用可能な導電　　電ペース
トである。

【図面の簡単な説明】

第１図は接着強度試験の際の接着状況を示す図である。 １０基板　　　　　２．印刷面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｃｒおよび／またはＦｅがそれぞれ１ｗｔ％以
   上であって、この両者の合計が２０ｗｔ％以下、Ｂ３〜
   １０ｗｔ％、Ｓｉは１０ｗｔ％以下であって、ＢとＳｉ
   の合計は１５ｗｔ％以下、残りＮｉからなる合金粉末又
   はメカニカルアロイ形態の複合粉末を使用することを特
   徴とするニッケル導電ペースト。
2. （２）　特許請求の範囲第１項の合金粉末又はメカニカ
   ルアロイ形態の複合粉末が、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、
   Ｐｒ、Ｓｎ、ＺｎまたはＬａの少なくとも１種を０．１
   〜５ｗｔ％含むことを特徴とするニッケル導電ペースト
   。
3. （３）　特許請求の範囲第１項の合金粉末又はメカニカ
   ルアロイ形態の複合粉末１００重量部に対し、Ｓｂ、Ｂ
   ｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｒ、Ｓｎ、ＺｎまたはＬａの一種又
   はこの金属を主体とするニッケル合金粉末（メカニカル
   アロイ形態の複合粉末も含む。）を上記金属が０．１〜
   ５重量部の比率で使用したことを特徴とするニッケル導
   電ペースト。
4. （４）　特許請求の範囲第１項から第３項のいずれかの
   合金粉末又はメカニカルアロイ形態の複合粉末とガラス
   フリット、ビヒークルおよび有機溶媒からなるニッケル
   導電ペースト。