JP2004288622A - Manufacturing method of conductive paste and substrate with conductive layer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、いわゆるLTCC基板(低温同時焼成セラミックス基板)上の配線等の導電層を形成するのに好適な導電性ペースト、および導電層が形成されたLTCC基板の製造に好適な導電層付き基板製造方法に関する。 The present invention relates to a conductive paste suitable for forming a conductive layer such as wiring on a so-called LTCC substrate (low temperature co-fired ceramic substrate), and a substrate with a conductive layer suitable for manufacturing an LTCC substrate on which the conductive layer is formed. It relates to a manufacturing method.
従来、アルミナ粉末を焼結して作製されるアルミナ基板が電子回路基板に広く使用されている。
しかしアルミナ基板においては、アルミナ粉末の焼結温度が約1600℃と高いために、アルミナ基板作製と同時に焼成する電極の材料としてW(融点:3400℃)、Mo(融点:2620℃)等の高融点金属しか使用できなかった。そのため、比抵抗が小さいが融点が1600℃以下である金属、典型的にはAg(融点:962℃)を前記電極の材料として使用できない問題があった。
Conventionally, alumina substrates prepared by sintering alumina powder have been widely used for electronic circuit boards.
However, in the alumina substrate, since the sintering temperature of the alumina powder is as high as about 1600 ° C., the material of the electrode to be fired simultaneously with the production of the alumina substrate is as high as W (melting point: 3400 ° C.), Mo (melting point: 2620 ° C.) Only melting point metals could be used. Therefore, there is a problem that a metal having a small specific resistance but a melting point of 1600 ° C. or less, typically Ag (melting point: 962 ° C.) cannot be used as the material of the electrode.
このような問題を解決するために950℃以下で焼結可能なLTCC基板用ガラスセラミックス組成物が種々開発されている。
通常、これらガラスセラミックス組成物はグリーンシートとされ、その上に導電性ペーストを印刷して導電性ペースト層を形成し、その後グリーンシートと導電性ペースト層を同時に焼成して導電層付き基板とされる。
In order to solve such problems, various glass ceramic compositions for LTCC substrates that can be sintered at 950 ° C. or lower have been developed.
Usually, these glass ceramic compositions are green sheets, and a conductive paste layer is printed thereon to form a conductive paste layer, and then the green sheet and the conductive paste layer are simultaneously fired to form a substrate with a conductive layer. The
しかし、グリーンシートと導電性ペースト層の焼結時における収縮特性の不一致が大きいために導電層付き基板に反り等の変形が生じる場合がある。このような変形を抑制するために、焼結による収縮が小さく導電性ペーストの収縮開始温度を高くできるという銀粉末が開示されている(たとえば特許文献1参照)。
また、電子回路基板には機械的強度が高いことも求められており、ガラスセラミックス組成物中のガラス粉末が焼成時に結晶を析出するようなものも開示されている(たとえば特許文献2参照)。
However, there is a case where deformation such as warpage occurs in the substrate with the conductive layer due to the large mismatch between the shrinkage characteristics when the green sheet and the conductive paste layer are sintered. In order to suppress such deformation, a silver powder is disclosed in which the shrinkage due to sintering is small and the shrinkage start temperature of the conductive paste can be increased (see, for example, Patent Document 1).
Electronic circuit boards are also required to have high mechanical strength, and a glass powder in a glass ceramic composition in which crystals are precipitated during firing is disclosed (for example, see Patent Document 2).
近年、機械的強度を高くすべく、焼成時に結晶を析出するガラス粉末を含有するガラスセラミックス組成物を用いて製造され、かつ先に述べたような変形の問題が生じないLTCC基板が求められている。
本発明はこのような課題を解決する導電性ペーストおよび導電層付き基板製造方法の提供を目的とする。
In recent years, there has been a demand for an LTCC substrate that is manufactured using a glass ceramic composition containing a glass powder that precipitates crystals upon firing, and that does not cause the above-described deformation problems, in order to increase mechanical strength. Yes.
An object of this invention is to provide the conductive paste which solves such a subject, and the manufacturing method of a board | substrate with a conductive layer.
本発明は、金属粉末100質量部に対してYがY2O3として0.05〜1.0質量部の割合で付着している導電性粉末と有機質ワニスとから本質的になる導電性ペーストであって、導電性粉末が下記方法によって作製されたものであることを特徴とする導電性ペーストを提供する。
(方法)
質量平均粒径(D50)が0.1〜5.0μmである金属粉末を水に分散させたスラリーと、イットリウム塩水溶液とを混合して混合液とし、当該混合液のpHが7未満または9超の場合はそのpHを7〜9にするpH調整を行い、当該混合液のpHが7〜9である場合は前記pH調整を行うことなく、前記混合液または前記混合液をろ過して得られた粉末を100〜700℃に加熱して焼成粉末とし、その後焼成粉末を酸洗浄して導電性粉末とする。
The present invention is a conductive paste consisting essentially of a conductive powder and an organic varnish in which Y is attached as Y 2 O 3 in a proportion of 0.05 to 1.0 part by mass with respect to 100 parts by mass of the metal powder. The conductive paste is produced by the following method, and a conductive paste is provided.
(Method)
A slurry in which a metal powder having a mass average particle diameter (D 50 ) of 0.1 to 5.0 μm is dispersed in water and an aqueous yttrium salt solution are mixed to obtain a mixed solution, and the pH of the mixed solution is less than 7 or If it exceeds 9, adjust the pH to 7-9, and if the pH of the mixture is 7-9, filter the mixture or the mixture without adjusting the pH. The obtained powder is heated to 100 to 700 ° C. to obtain a fired powder, and then the fired powder is washed with an acid to obtain a conductive powder.
また、質量百分率表示で40〜90%のガラス粉末と10〜60%のセラミックスフィラーから本質的になるガラスセラミックス組成物を基板状に成形した基板状成形体の少なくとも一方の表面に導電性ペーストを塗布して作製された導電性ペースト層付き基板状成形体を焼成して導電層付き基板を製造する方法であって、ガラス粉末は、ガラス転移点が690〜800℃であって焼成時に結晶化するものであり、導電性ペーストが前記導電性ペーストであることを特徴とする導電層付き基板製造方法を提供する。 In addition, a conductive paste is applied to at least one surface of a substrate-like molded body obtained by molding a glass ceramic composition consisting essentially of 40 to 90% glass powder and 10 to 60% ceramic filler in a mass percentage display. A method for producing a substrate with a conductive layer by firing a substrate-like molded body with a conductive paste layer produced by coating, wherein the glass powder has a glass transition point of 690 to 800 ° C. and crystallizes upon firing. The present invention provides a method for manufacturing a substrate with a conductive layer, wherein the conductive paste is the conductive paste.
本発明によれば、950℃以下の温度で同時焼成によって製造可能であり、かつ反りの小さな導電層付き基板が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a substrate with a conductive layer that can be manufactured by co-firing at a temperature of 950 ° C. or less and has a small warpage.
本発明の導電性ペースト(以下、本発明のペーストという。)は通常、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板等の基板、または焼成されて基板となるべきガラスセラミックス組成物基板状成形体(たとえばグリーンシート)上にスクリーン印刷等の方法で塗布されて導電性ペースト層(以下、ペースト層という。)とされ、その後典型的には950℃以下の温度で焼成して配線等の導電層とされる。 The conductive paste of the present invention (hereinafter referred to as the paste of the present invention) is usually a substrate such as an alumina substrate or a glass ceramic substrate, or a glass ceramic composition substrate-like molded body (for example, a green sheet) to be fired to become a substrate. A conductive paste layer (hereinafter referred to as “paste layer”) is applied thereon by a method such as screen printing, and is then baked typically at a temperature of 950 ° C. or lower to form a conductive layer such as a wiring.
次に、本発明のペーストの成分について、質量百分率表示含有量を用いて説明する。
金属粉末にYが付着している導電性粉末は導電性付与成分であり、必須である。Yの金属粉末への付着割合CYが金属粉末100質量部に対し0.05質量部未満ではペースト層と基板状成形体の収縮特性の不一致が大きくなる。好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上である。1.0質量部超では導電層の比抵抗が大きくなる。好ましくは0.6質量部以下、より好ましくは0.4質量部以下である。なお、CYはたとえばICP発光分析法を用いて測定できる。
前記導電性粉末は、前記収縮特性の不一致をより小さくしたい場合等には、金属粉末100質量部に対してPがP2O5として0.03〜0.70質量部の割合で付着していることが好ましい。
Next, the component of the paste of this invention is demonstrated using the mass percentage display content.
The conductive powder in which Y adheres to the metal powder is a conductivity imparting component and is essential. If the adhesion ratio C Y of Y to the metal powder is less than 0.05 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the metal powder, the mismatch between the shrinkage characteristics of the paste layer and the substrate-shaped molded body becomes large. Preferably it is 0.1 mass part or more, More preferably, it is 0.2 mass part or more. If it exceeds 1.0 part by mass, the specific resistance of the conductive layer becomes large. Preferably it is 0.6 mass part or less, More preferably, it is 0.4 mass part or less. Incidentally, C Y can be measured for example using ICP emission spectrometry.
The conductive powder adheres at a ratio of 0.03 to 0.70 parts by mass as P 2 O 5 with respect to 100 parts by mass of the metal powder, for example, when it is desired to reduce the mismatch of the shrinkage characteristics. Preferably it is.
導電性粉末の含有量は75〜95%であることが好ましい。75%未満では導電性が不足するおそれがある。より好ましくは80%以上である。95%超では有機質ワニスが少なくなりペーストの塗布性(印刷性)が低下するおそれがある。より好ましくは90%以下、特に好ましくは86%以下である。 The content of the conductive powder is preferably 75 to 95%. If it is less than 75%, the conductivity may be insufficient. More preferably, it is 80% or more. If it exceeds 95%, the organic varnish is reduced and the applicability (printability) of the paste may be lowered. More preferably, it is 90% or less, and particularly preferably 86% or less.
有機質ワニスはバインダ機能を有する有機質樹脂を溶剤に溶解したものであり、塗布性付与成分であり、必須である。
有機質ワニスの含有量は5〜25%であることが好ましい。5%未満では塗布性が低下したとえば印刷しにくくなるおそれがある。より好ましくは10%以上、特に好ましくは14%以上である。25%超では、印刷時の印刷精度が低下する、または焼結性が低下して導電層の緻密化が困難になりその比抵抗が増大するおそれがある。より好ましくは20%以下である。
The organic varnish is obtained by dissolving an organic resin having a binder function in a solvent, and is an application property imparting component and is essential.
The organic varnish content is preferably 5 to 25%. If it is less than 5%, the coatability is lowered, and for example, printing may be difficult. More preferably, it is 10% or more, and particularly preferably 14% or more. If it exceeds 25%, the printing accuracy during printing may decrease, or the sinterability may decrease, making it difficult to densify the conductive layer and increasing the specific resistance. More preferably, it is 20% or less.
有機質樹脂としては、入手しやすいものとしてエチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等が例示される。
溶剤としては、入手しやすく、かつ前記例示した有機質樹脂を溶解しやすいものとしてα−テルピネオール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、フタル酸エステル等が例示される。
本発明のペーストは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。
たとえば前記金属粉末にYが付着している導電性粉末以外の導電性粉末を含有してもよい。そのような導電性粉末の含有量は、好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下である。
Examples of the organic resin include ethyl cellulose resin, acrylic resin, styrene resin and the like that are easily available.
Examples of the solvent include α-terpineol, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, phthalate and the like which are easily available and easily dissolve the organic resin exemplified above.
The paste of the present invention consists essentially of the above components, but may contain other components as long as the object of the present invention is not impaired.
For example, you may contain electroconductive powder other than the electroconductive powder which Y has adhered to the said metal powder. The content of such conductive powder is preferably 20% or less, more preferably 15% or less.
次に、前記導電性粉末を作製する方法について説明する。
(1)金属粉末水スラリーの作製
金属粉末を水に分散して金属粉末水スラリーとする。スラリー中の金属粉末濃度は、好ましくは50〜300g/L、より好ましくは100〜200g/Lである。
スラリー中には、金属粉末表面にP(リン)を付着させ、または同表面にP含有層を形成し、それによって後述する金属粉末へのY2O3付着をより強くする等のために、亜リン酸、水溶性亜リン酸塩、次亜リン酸および水溶性次亜リン酸塩からなる群から選ばれる1以上のリン酸化合物を含有させてもよい。前記リン酸化合物を含有する場合その含有割合は合計で、100質量部の金属粉末に対しP2O5として0.3〜1.3質量部であることが好ましい。
Next, a method for producing the conductive powder will be described.
(1) Preparation of metal powder water slurry Metal powder is dispersed in water to form a metal powder water slurry. The metal powder concentration in the slurry is preferably 50 to 300 g / L, more preferably 100 to 200 g / L.
In the slurry, P (phosphorus) is adhered to the surface of the metal powder, or a P-containing layer is formed on the surface, thereby making Y 2 O 3 adhesion to the metal powder described later stronger. One or more phosphoric acid compounds selected from the group consisting of phosphorous acid, water-soluble phosphite, hypophosphorous acid and water-soluble hypophosphite may be contained. When the phosphoric acid compound is contained, the total content is preferably 0.3 to 1.3 parts by mass as P 2 O 5 with respect to 100 parts by mass of the metal powder.
金属粉末の質量平均粒径(D50)は0.1〜5.0μmである。0.1μm未満では金属粉末が凝集しやすくなって、印刷精度が低下する、または焼結時の収縮率のばらつきが大きくなる。好ましくは0.2μm以上、より好ましくは0.3μm以上である。5.0μm超では、焼結時の収縮率が小さくなりすぎ、たとえばグリーンシートの同収縮率との差が大きくなり先に述べた焼成時の変形が増大する、または導電層の比抵抗が増大する。好ましくは1.0μm以下、より好ましくは0.7μm以下である。なお、Dはたとえばレーザー回折式粒度分布計によって測定される。
スラリー中の金属粉末の分散性をより高くしたい場合、金属粉末は球状粒子とすることが好ましく、また粒度のばらつきが小さい金属粉末を用いることが好ましい。
The mass average particle size (D 50 ) of the metal powder is 0.1 to 5.0 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the metal powder tends to aggregate, resulting in a decrease in printing accuracy or a large variation in shrinkage during sintering. Preferably it is 0.2 micrometer or more, More preferably, it is 0.3 micrometer or more. If it exceeds 5.0 μm, the shrinkage ratio at the time of sintering becomes too small, for example, the difference from the same shrinkage ratio of the green sheet becomes large, and the deformation during firing described above increases, or the specific resistance of the conductive layer increases. To do. Preferably it is 1.0 micrometer or less, More preferably, it is 0.7 micrometer or less. Note that D is measured by, for example, a laser diffraction particle size distribution meter.
When it is desired to further increase the dispersibility of the metal powder in the slurry, the metal powder is preferably spherical particles, and it is preferable to use a metal powder having a small variation in particle size.
金属粉末はAgを質量百分率表示で90%以上含有するものであることが好ましい。90%未満では導電層の比抵抗が増大するおそれがある。この好ましい金属粉末は、銀粉末、銀合金粉末、銀粉末と銀合金粉末との混合粉末、または、銀粉末および/または銀合金粉末とその他の金属粉末との混合粉末である。銀合金粉末としては銀白金合金粉末、銀パラジウム合金粉末、銀ロジウム合金粉末が、前記その他の金属粉末としては金粉末、白金粉末がそれぞれ例示される。 The metal powder preferably contains 90% or more of Ag in terms of mass percentage. If it is less than 90%, the specific resistance of the conductive layer may increase. The preferable metal powder is silver powder, silver alloy powder, mixed powder of silver powder and silver alloy powder, or mixed powder of silver powder and / or silver alloy powder and other metal powder. Examples of the silver alloy powder include silver platinum alloy powder, silver palladium alloy powder and silver rhodium alloy powder, and examples of the other metal powder include gold powder and platinum powder.
(2)金属粉末水スラリーとイットリウム水溶液の混合
金属粉末水スラリーを撹拌しながらこれにイットリウム水溶液を添加して両者を混合する。温度は30〜60℃とすることが好ましい。
イットリウム水溶液としては、硝酸イットリウム等の水溶性イットリウム塩の水溶液、酸化イットリウム、水酸化イットリウム、炭酸イットリウム等の非水溶性イットリウム塩を硝酸等に溶解したもの、等が例示される。
イットリウム水溶液のY2O3含有量は、金属粉末水スラリー中の金属粉末を100質量部として、好ましくは0.5〜4質量部である。0.5質量部未満では後述する焼成工程において金属粉末が焼結するおそれがある。より好ましくは1質量部以上である。4質量部を超えて含有しても4質量部含有する場合と同様の効果しか呈しない。好ましくは3質量部以下である。
(2) Mixing of the metal powder water slurry and the yttrium aqueous solution While stirring the metal powder water slurry, the yttrium aqueous solution is added thereto and mixed. The temperature is preferably 30 to 60 ° C.
Examples of the yttrium aqueous solution include an aqueous solution of a water-soluble yttrium salt such as yttrium nitrate, a solution obtained by dissolving a water-insoluble yttrium salt such as yttrium oxide, yttrium hydroxide, and yttrium carbonate in nitric acid.
The Y 2 O 3 content of the yttrium aqueous solution is preferably 0.5 to 4 parts by mass with 100 parts by mass of the metal powder in the metal powder water slurry. If the amount is less than 0.5 parts by mass, the metal powder may be sintered in the firing step described later. More preferably, it is 1 part by mass or more. Even if it contains exceeding 4 mass parts, only the effect similar to the case where it contains 4 mass parts is exhibited. Preferably it is 3 mass parts or less.
(3)混合液のpH調整
金属粉末水スラリーとイットリウム水溶液の混合液のpHが7未満または9超の場合、この混合液にアルカリ(たとえば水酸化ナトリウム)または酸を加えてpHを7〜9にする。なお、前記混合液のpHがすでに7〜9である場合は混合液のpH調整はしなくてもよいが、その範囲でpH調整を行ってもよい。
(3) Adjusting the pH of the mixture When the pH of the mixture of the metal powder water slurry and the yttrium aqueous solution is less than 7 or more than 9, add an alkali (for example, sodium hydroxide) or acid to the mixture to adjust the pH to 7-9. To. In addition, when the pH of the said liquid mixture is already 7-9, it is not necessary to adjust the pH of a liquid mixture, However, You may adjust pH in the range.
(4)混合液のろ過と分離粉末の洗浄・乾燥
ここで述べる混合液のろ過と分離粉末の洗浄・乾燥は、行うことが好ましいが必須ではない。
pHが7〜9の混合液をろ過して粉末を分離する。
次に、この分離された粉末すなわち分離粉末を洗浄する。洗浄は好ましくは水を用いて行い、より好ましくは、その後メタノール、エタノール、イソプロパノール等の水溶性有機溶剤を用いてさらに洗浄する。なお水溶性有機溶剤洗浄を行うことにより、後述する乾燥を100℃未満で効率的に行える。
次に、洗浄された分離粉末を乾燥する。乾燥は100℃未満で行うことが好ましい。100℃超では粉体が凝集しやすくなるおそれがある。
(4) Filtration of mixed liquid and washing / drying of separated powder It is preferable but not essential to perform filtration of mixed liquid and washing / drying of separated powder described here.
The mixture is filtered at a pH of 7-9 to separate the powder.
Next, the separated powder, that is, the separated powder is washed. Washing is preferably performed using water, and more preferably, further washing is performed using a water-soluble organic solvent such as methanol, ethanol, or isopropanol. In addition, by performing water-soluble organic solvent cleaning, drying described later can be efficiently performed at less than 100 ° C.
Next, the washed separated powder is dried. Drying is preferably performed at less than 100 ° C. If it exceeds 100 ° C, the powder tends to aggregate.
(5)混合液または分離粉末の加熱
(3)で作製されたpHが7〜9の混合液を、または(4)で分離粉末を得た場合はその分離粉末を100〜700℃に加熱して焼成粉末を作製する。
加熱は、加熱時の酸化を抑制または防止するために窒素気流等の中で行うことが好ましい。
分離粉末を加熱する場合、その加熱時間は典型的には0.5〜2時間である。 また、分離粉末の加熱は回転炉、流動炉、静置炉等を用いて行う。加熱中に分離粉末が撹拌されるので回転炉または流動炉を用いることが好ましい。
このような加熱を行うことにより、このような加熱を行わない場合に比べ導電性粉末の比抵抗を低くできる。
(5) Heating of the mixed solution or separated powder When the mixed solution prepared in (3) with a pH of 7-9 or the separated powder obtained in (4), the separated powder is heated to 100-700 ° C. To produce a fired powder.
Heating is preferably performed in a nitrogen stream or the like in order to suppress or prevent oxidation during heating.
When heating the separated powder, the heating time is typically 0.5 to 2 hours. The separated powder is heated using a rotary furnace, a fluidized furnace, a stationary furnace, or the like. Since the separated powder is agitated during heating, it is preferable to use a rotary furnace or a fluidized furnace.
By performing such heating, the specific resistance of the conductive powder can be lowered as compared with the case where such heating is not performed.
(6)焼成粉末の洗浄
ここで述べる焼成粉末の洗浄は、金属粉末に付着していないYまたはイットリウム化合物が残存する場合におけるその除去、金属粉末へのYの付着割合の調整、等を目的として行われるものであり、必須ではない。
焼成粉末を水に分散してスラリーを作製し、これに硝酸、酢酸等の酸を加えて所望の量のYまたはイットリウム化合物を除去する。
次に、このスラリーをろ過して粉末を分離し、この分離された粉末を(4)で述べたと同様に洗浄、乾燥する。
(6) Cleaning of baked powder The cleaning of the baked powder described here is for the purpose of removing Y or yttrium compounds that are not attached to the metal powder, adjusting the adhesion rate of Y to the metal powder, etc. It is done and not required.
The calcined powder is dispersed in water to prepare a slurry, and an acid such as nitric acid or acetic acid is added thereto to remove a desired amount of Y or yttrium compound.
Next, the slurry is filtered to separate the powder, and the separated powder is washed and dried as described in (4).
本発明のペーストを焼成して得られる焼成体の比抵抗は4μΩ・cm以下であることが好ましい。より好ましくは3μΩ・cm以下である。
本発明のペーストは周知のペースト製造方法によって製造される。導電性粉末と有機質ワニスをたとえば三本ロールミル等を用いて混合して製造される。
The specific resistance of the fired product obtained by firing the paste of the present invention is preferably 4 μΩ · cm or less. More preferably, it is 3 μΩ · cm or less.
The paste of the present invention is manufactured by a known paste manufacturing method. It is manufactured by mixing conductive powder and organic varnish using, for example, a three-roll mill.
次に、本発明の導電層付き基板製造方法について説明する。
まず、ガラスセラミックス組成物の成分について質量百分率表示含有量を用いて説明する。
ガラス転移点Tgが690〜800℃であって、焼成時に結晶化するガラス粉末(以下、本ガラス粉末という。)は焼成体(基板)の緻密性を高くする成分であり、必須である。本ガラス粉末が40%未満では焼成体の緻密性が不足する。好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上である。90%超では焼成体の強度が不足する。好ましくは70%以下である。
Next, the manufacturing method of the board | substrate with a conductive layer of this invention is demonstrated.
First, the components of the glass ceramic composition will be described using the mass percentage display content.
A glass transition point Tg of 690 to 800 ° C., and a glass powder that crystallizes upon firing (hereinafter referred to as the present glass powder) is a component that increases the denseness of the fired body (substrate) and is essential. If the glass powder is less than 40%, the denseness of the fired body is insufficient. Preferably it is 50% or more, more preferably 55% or more. If it exceeds 90%, the strength of the fired body is insufficient. Preferably it is 70% or less.
前記Tgが690℃未満では焼成時の流動性が過剰になる。800℃超では950℃以下の温度で焼成した場合焼成体の緻密性が低下する。好ましくは760℃以下、より好ましくは730℃以下である。
焼成時に結晶化しないものであると焼成体の強度が低下する。なお、ガラス粉末が結晶化しているか否かはX線回折または示差熱分析によって知ることができる。
本ガラス粉末は950℃以下の温度で焼成したときに結晶化するものであることが好ましく、900℃以下の温度で焼成したときに結晶化するものであることがより好ましい。
後述するεGまたはtanδGをより小さくしたい等の場合には、前記結晶化するときに析出する結晶はコーディエライト、ディオプサイド、アノーサイト、エンスタタイト、フォルステライトおよびBaAl2SiO8からなる群から選ばれる1種以上の結晶であることが好ましい。
If the Tg is less than 690 ° C., the fluidity during firing becomes excessive. If it exceeds 800 ° C., the density of the fired product is lowered when it is fired at a temperature of 950 ° C. or lower. Preferably it is 760 degrees C or less, More preferably, it is 730 degrees C or less.
If it does not crystallize during firing, the strength of the fired body is reduced. Whether the glass powder is crystallized can be determined by X-ray diffraction or differential thermal analysis.
The glass powder is preferably crystallized when fired at a temperature of 950 ° C. or lower, and more preferably crystallized when fired at a temperature of 900 ° C. or lower.
When ε G or tan δ G, which will be described later, is desired to be smaller, the crystal precipitated when crystallization is composed of cordierite, diopside, anorthite, enstatite, forsterite, and BaAl 2 SiO 8. One or more crystals selected from the group are preferred.
本ガラス粉末は、下記酸化物基準のモル%表示で、SiO2 35〜55%、Al2O3 0.5〜20%、MgO 5〜40%、CaO 5〜40%、B2O3 0〜10%、ZnO 0〜10%、から本質的になることが好ましい。この好ましい態様においては本発明の目的を損なわない範囲で上記成分以外の成分を含有してもよいが、そのような成分を含有する場合その含有量は合計で10モル%未満であることが好ましい。 The present glass powder is expressed in terms of mol% based on the following oxides: SiO 2 35 to 55%, Al 2 O 3 0.5 to 20%, MgO 5 to 40%, CaO 5 to 40%, B 2 O 3 0 It preferably consists essentially of -10% and ZnO 0-10%. In this preferred embodiment, components other than the above components may be contained within a range not impairing the object of the present invention, but when such components are contained, the content is preferably less than 10 mol% in total. .
本ガラス粉末のD50は0.5〜15μmであることが好ましい。0.5μm未満ではグリーンシート等の基板状成形体の保存安定性が低下するおそれがある。15μm超では焼結性が低下するおそれがある。 D 50 of the glass powder is preferably from 0.5 to 15 m. If it is less than 0.5 μm, the storage stability of a substrate-like molded product such as a green sheet may be lowered. If it exceeds 15 μm, the sinterability may decrease.
本ガラス粉末を焼成して得られる結晶析出焼成体の20℃、35GHzにおける比誘電率εGは8以下であることが好ましい。なお、εGは典型的には4以上である。
また、前記結晶析出焼成体の20℃、35GHzにおける誘電損失tanδGは0.0070以下であることが好ましい。より好ましくは0.0055以下、特に好ましくは0.0030以下である。なお、tanδGは典型的には0.0010以上である。
なお、前記結晶析出焼成体は900℃で焼成して得られたものであることが好ましい。
The relative dielectric constant ε G at 20 ° C. and 35 GHz of the crystal precipitation fired body obtained by firing the present glass powder is preferably 8 or less. Note that ε G is typically 4 or more.
Further, the dielectric loss tan δ G at 20 ° C. and 35 GHz of the crystal precipitation fired body is preferably 0.0070 or less. More preferably, it is 0.0055 or less, Most preferably, it is 0.0030 or less. Note that tan δ G is typically 0.0010 or more.
The crystal precipitation fired body is preferably obtained by firing at 900 ° C.
セラミックスフィラーは焼成体の強度を増加させる成分であり、必須である。10%未満では強度が不足する。好ましくは20%以上である。60%超では焼成体の緻密性が不足する。好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下である。
焼成体のtanδ(後述)をより小さくしたい等の場合にはセラミックスフィラーはα−アルミナ(融点=2050℃)、コーディエライト(融点=1460℃)、フォルステライト(融点=1890℃)、エンスタタイト(融点=1550℃)およびスピネル(融点=2050℃)からなる群から選ばれる1種以上の無機物の粉末であることが好ましい。α−アルミナ粉末を含有することがより好ましい。
The ceramic filler is a component that increases the strength of the fired body and is essential. If it is less than 10%, the strength is insufficient. Preferably it is 20% or more. If it exceeds 60%, the denseness of the fired product is insufficient. Preferably it is 50% or less, More preferably, it is 40% or less.
When it is desired to reduce the tan δ (described later) of the fired body, the ceramic filler is α-alumina (melting point = 2050 ° C.), cordierite (melting point = 1460 ° C.), forsterite (melting point = 1890 ° C.), enstatite. It is preferably a powder of one or more inorganic substances selected from the group consisting of (melting point = 1550 ° C.) and spinel (melting point = 2050 ° C.). More preferably, α-alumina powder is contained.
セラミックスフィラーのD50は1〜20μmであることが好ましい。1μm未満では流動性が低下し焼成体の緻密性が不足する、または焼成体の強度が不足するおそれがある。より好ましくは2μm以上、特に好ましくは5μm以上、最も好ましくは7μm以上である。20μm超では混合度が低下する、または焼成体の強度が不足するおそれがある。より好ましくは15μm以下、特に好ましくは12μm以下である。 The D 50 of the ceramic filler is preferably 1 to 20 μm. If it is less than 1 μm, the fluidity is lowered, and the denseness of the fired product may be insufficient, or the strength of the fired product may be insufficient. More preferably, it is 2 μm or more, particularly preferably 5 μm or more, and most preferably 7 μm or more. If it exceeds 20 μm, the degree of mixing may decrease, or the strength of the fired product may be insufficient. More preferably, it is 15 micrometers or less, Most preferably, it is 12 micrometers or less.
ガラスセラミックス組成物は本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。当該他の成分の含有量は好ましくは合計で10%以下、より好ましくは7%以下である。
前記他の成分として、耐熱着色顔料や酸化セリウム粉末、酸化ホウ素粉末、酸化銅粉末、酸化銀粉末、酸化チタン粉末、酸化亜鉛粉末等が例示される。
The glass ceramic composition consists essentially of the above components, but may contain other components as long as the object of the present invention is not impaired. The content of the other components is preferably 10% or less in total, more preferably 7% or less.
Examples of the other components include heat-resistant color pigments, cerium oxide powder, boron oxide powder, copper oxide powder, silver oxide powder, titanium oxide powder, and zinc oxide powder.
前記ガラスセラミック組成物は基板状に成形して基板状成形体とされる。なお、当該基板状成形体は通常、グリーンシートである。
ガラスセラミック組成物のグリーンシートへの成形はたとえば次のようにして行われる。すなわち、ガラスセラミックス組成物は、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等の樹脂と、トルエン、キシレン、ブタノール等の溶剤と、さらに必要に応じてフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等の可塑剤と分散剤等を添加して混合しスラリーとし、次に、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のフィルム上にドクターブレード法等によって前記スラリーをシート状に成形し、その後乾燥することによって溶剤を除去し、グリーンシートとされる。
The glass-ceramic composition is formed into a substrate shape to form a substrate-shaped formed body. In addition, the said board-shaped molded object is a green sheet normally.
The glass ceramic composition is formed into a green sheet as follows, for example. That is, the glass ceramic composition includes a resin such as polyvinyl butyral and acrylic resin, a solvent such as toluene, xylene, and butanol, and a plasticizer such as dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, and butyl benzyl phthalate as necessary. Add a dispersing agent and mix to make a slurry, then form the slurry on a film of polyethylene terephthalate (PET) etc. by a doctor blade method etc., then dry to remove the solvent, A sheet.
次に、基板状成形体の少なくとも一方の表面に本発明のペーストをスクリーン印刷等によって塗布し、たとえば配線パターン状に導電性ペースト層を形成する。
このようにして作製された導電性ペースト層付き基板状成形体は焼成されて導電層付き基板とされる。導電層付き基板における導電層は導電性ペースト層の焼成体に、基板は基板状成形体の焼成体にそれぞれ相当する。
焼成時の最高温度は950℃以下であることが好ましい。典型的には850〜950℃である。より好ましくは、最高温度は900℃以下である。
焼成条件としては850〜950℃に5〜180分間保持するのが典型的である。
Next, the paste of the present invention is applied to at least one surface of the substrate-like molded body by screen printing or the like to form a conductive paste layer in a wiring pattern, for example.
The substrate-like molded body with a conductive paste layer thus produced is fired to obtain a substrate with a conductive layer. In the substrate with a conductive layer, the conductive layer corresponds to the fired body of the conductive paste layer, and the substrate corresponds to the fired body of the substrate-like molded body.
The maximum temperature during firing is preferably 950 ° C. or lower. It is typically 850 to 950 ° C. More preferably, the maximum temperature is 900 ° C. or lower.
The firing condition is typically maintained at 850 to 950 ° C. for 5 to 180 minutes.
導電性ペースト層付き基板状成形体の基板、または前記ガラスセラミックス組成物の焼成体の比誘電率ε、誘電損失tanδは20℃、35GHzにおいてそれぞれ8.6以下、0.0020以下であることが好ましい。なお、ε、tanδはそれぞれ典型的には4以上、0.0005以上である。 The relative permittivity ε and dielectric loss tan δ of the substrate-like molded body with a conductive paste layer or the fired body of the glass ceramic composition are 8.6 or less and 0.0020 or less at 20 ° C. and 35 GHz, respectively. preferable. Note that ε and tan δ are typically 4 or more and 0.0005 or more, respectively.
本発明の導電層付き基板製造方法は先に述べたものに限定されず、たとえば、導電性ペースト層付き基板状成形体の上に別の導電性ペースト層付き基板状成形体を重ねてたとえば100〜150℃に加熱してプレスし、その後焼成して2層タイプの導電層付き基板を製造してもよいし、同様にして3層以上の多層タイプの導電層付き基板を製造してもよい。 The method for producing a substrate with a conductive layer of the present invention is not limited to the above-described method. For example, another substrate-shaped molded body with a conductive paste layer is stacked on a substrate-shaped molded body with a conductive paste layer, for example, 100 Heating to ~ 150 ° C., pressing, and subsequent firing may produce a substrate with a two-layer type conductive layer, or a multilayer type substrate with a conductive layer of three or more layers may be produced in the same manner .
本発明の導電層付き基板製造方法によって導電層付き基板の反りは、存在するとしても75μm/cm以下であることが好ましい。75μm/cm超ではベアチップの搭載、ベース基板への接合等が困難になるおそれがある。より好ましくは50μm/cm以下、特に好ましくは25μm/cm以下である。なお、当該反りの測定方法については後述する。 The warp of the substrate with a conductive layer by the method for manufacturing a substrate with a conductive layer of the present invention is preferably 75 μm / cm or less even if it exists. If it exceeds 75 μm / cm, mounting of a bare chip, bonding to a base substrate and the like may be difficult. More preferably, it is 50 μm / cm or less, and particularly preferably 25 μm / cm or less. A method for measuring the warpage will be described later.
ガラス原料としてSiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaCO3、ZnOを使用し、酸化物基準のモル%表示で、SiO2が44%、Al2O3が8%、MgOが30%、CaOが16%、ZnOが2%の組成となるように混合した原料を白金ルツボに入れ、1500℃で120分間、溶融してから流し出して冷却した。得られたガラスをアルミナ製ボールミルによって粉砕しD50が2.5μmのガラス粉末Aを得た。なおD50は、水を溶媒として島津製作所社製レーザー回折式粒度分布計SALD2100で測定した。 SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , MgO, CaCO 3 , ZnO are used as a glass raw material, and SiO 2 is 44%, Al 2 O 3 is 8%, MgO in terms of mol% based on oxide. Was mixed in a platinum crucible, melted at 1500 ° C. for 120 minutes, poured out, and cooled. The obtained glass was ground by a ball mill made of alumina D 50 to obtain a glass powder A of 2.5 [mu] m. D 50 was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer SALD2100 manufactured by Shimadzu Corporation using water as a solvent.
ガラス粉末AのTgおよび結晶化ピーク温度TCを、マックサイエンス社製示差熱分析計TG−DTAを用いて測定した結果、それぞれ720℃、948℃であった。
また、ガラス粉末Aを900℃に30分間保持して得られた焼成体についてX線回折法により結晶析出の有無を調べた結果、アノーサイト、ディオプサイドおよびフォルステライトの析出が認められた。
The Tg and the crystallization peak temperature T C of the glass powder A, measured by using a Mac Science Corp. Differential Thermal analyzer TG-DTA, 720 ° C., respectively, was 948 ° C..
Moreover, as a result of investigating the presence or absence of crystal precipitation by the X-ray diffraction method for the fired body obtained by maintaining the glass powder A at 900 ° C. for 30 minutes, precipitation of anorthite, diopside and forsterite was observed.
質量百分率表示でガラス粉末Aが65%、アルミナ粉末(住友化学工業製スミコランダムAA10)が35%となるように両者を混合し、これらの混合粉末であるガラスセラミックス組成物を作製した。
このガラスセラミックス組成物100質量部に、トルエン、キシレン、イソプロピルアルコールおよびn−ブチルアルコールからなる有機溶剤を70質量部、フタル酸ジブチルを5質量部、分散剤(ビックケミー社製BYK180)を0.5質量部の割合で加えて混合し、なめらかなスラリーを得た。
PETフィルム上にこのスラリーをドクターブレード法によって塗布し、乾燥して厚さが約200μmのグリーンシートを作製した。
Both were mixed such that the glass powder A was 65% and the alumina powder (Sumitomo Random AA10 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was 35% in terms of mass percentage, and a glass ceramic composition as a mixed powder thereof was produced.
To 100 parts by mass of this glass ceramic composition, 70 parts by mass of an organic solvent composed of toluene, xylene, isopropyl alcohol and n-butyl alcohol, 5 parts by mass of dibutyl phthalate, and 0.5% of a dispersant (BYK180 manufactured by BYK Chemie) are added. A smooth slurry was obtained by adding and mixing at a mass part ratio.
This slurry was applied onto a PET film by a doctor blade method and dried to prepare a green sheet having a thickness of about 200 μm.
次に、以下のようにしてペーストを作製した。
まず、走査型電子顕微鏡で観察したときにその形状が球状であり、またその粒径が約0.5μmである銀粉末1を用意した。
150gの銀粉末1を純水1Lに分散させ、撹拌して銀粉末水スラリーを作製した。
この銀粉末水スラリーに、YをY2O5として3.75g含有する塩化イットリウム水溶液を加え、30分間撹拌して混合液を作製した。
この混合液に水酸化ナトリウム水溶液を加え、pHを8に調整した。
このpH8の混合液をろ過し、ろ過によって分離された粉末を洗浄、乾燥して分離粉末を得た。
分離粉末150gを電気炉に入れ、窒素ガスを流しながら300℃に1時間保持後冷却し、焼成粉末を得た。
Next, a paste was produced as follows.
First, a
150 g of
To this silver powder water slurry, an aqueous yttrium chloride solution containing 3.75 g of Y as Y 2 O 5 was added and stirred for 30 minutes to prepare a mixed solution.
A sodium hydroxide aqueous solution was added to the mixture to adjust the pH to 8.
The pH 8 mixture was filtered, and the powder separated by filtration was washed and dried to obtain a separated powder.
150 g of the separated powder was put in an electric furnace, kept at 300 ° C. for 1 hour while flowing nitrogen gas, and then cooled to obtain a fired powder.
この焼成粉末を3等分し、3等分された各焼成粉末に氷酢酸をそれぞれ、3.9mL、3.2mL、1.9mL加え、1時間撹拌後、ろ過、洗浄、乾燥して銀粉末2、銀粉末3、銀粉末4を得た。銀粉末2、3、4における銀粉末へのYの付着割合はICP発光分析法を用いて測定したところ、銀粉末を100質量部としてそれぞれ0.2質量部、0.3質量部、0.5質量部であった。 This baked powder is divided into three equal parts, and 3.9 mL, 3.2 mL, and 1.9 mL of glacial acetic acid are added to each of the three baked powders, followed by stirring for 1 hour, followed by filtration, washing, and drying. 2, Silver powder 3 and Silver powder 4 were obtained. The adhesion ratio of Y to the silver powder in the silver powders 2, 3, and 4 was measured using ICP emission analysis. As a result, 100 parts by mass of the silver powder was 0.2 parts by mass, 0.3 parts by mass, and. It was 5 parts by mass.
また、銀粉末5として、Al2O3が銀粉末100質量部に対して0.3質量部の割合で付着している三井金属鉱業社製Al2O3被覆銀粉末を用意した。 Further, as the silver powder 5 was prepared MITSUI MINING & SMELTING Co. Al 2 O 3 coated silver powder Al 2 O 3 is deposited in a proportion of 0.3 part by weight of silver powder 100 parts by weight.
また、150gの銀粉末1を純水1Lに分散させ、50℃に保持した状態でケイ酸ナトリウム液を加え、1時間撹拌後、硝酸を加えてpHを8に調整した。その後ろ過、乾燥して銀粉末6を得た。銀粉末6には、ICP発光分析法を用いて測定したところ、SiがSiO2として銀粉末100質量部に対して0.3質量部の割合で付着していた。
In addition, 150 g of
質量百分率表示で銀粉末1が85%、エチルセルロースをα−テルピネオールに質量比1:9の割合で溶解した有機質ワニスが15%となるように両者を調合し、磁器乳鉢で1時間混練後、三本ロールで3回分散を行い、ペースト1を作製した。同様にして銀粉末2〜6を用いてペースト2〜6を作製した。ペースト2、3、4は実施例、ペースト1、5、6は比較例である。
Both are prepared so that the
前記グリーンシートを4cm×4cmに切断したグリーンシートを6枚重ね、110℃に加熱してプレスし、グリーンシート積層体(図1における符号1)の表面に、ペースト1〜6を用いて、それぞれ図1に示すような櫛形の配線パターン(ペースト層)2を印刷し、900℃で1時間焼成して銀導体配線が表面に形成された焼成体(導電層付き基板)が得られた。焼成体の厚みは0.9mmであった。
Six green sheets obtained by cutting the green sheet into 4 cm × 4 cm are stacked, heated to 110 ° C. and pressed, and pastes 1 to 6 are used on the surface of the green sheet laminate (
前記焼成体の反りを図2に示すようにして測定した。すなわち、焼成体の厚みt、幅aおよび高さbをノギスを用いて測定し、次式により反り(単位:μm/cm)を算出した。なお3は導体配線、4は基板である。
反り={(b−t)/a}×10000
また、アドバンテスト社製デジタルマルチメーターを用いて、電気抵抗Rを測定し、また、東京精密社製サーフコムを用いて、断面形状を測定して積分法にて断面積Sを算出した。また、銀導体配線の長さLを、光学顕微鏡付のデジタルノギスで測定した。
前記R、S、Lから次式により比抵抗(単位:μΩ・cm)を算出した。
比抵抗=R×S÷L
The warpage of the fired body was measured as shown in FIG. That is, the thickness t, width a, and height b of the fired body were measured using calipers, and the warpage (unit: μm / cm) was calculated according to the following formula. In addition, 3 is a conductor wiring and 4 is a board | substrate.
Warpage = {(b−t) / a} × 10000
In addition, the electrical resistance R was measured using a digital multimeter manufactured by Advantest Co., Ltd., and the cross-sectional area S was calculated by an integration method using a surfcom manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Moreover, the length L of the silver conductor wiring was measured with a digital caliper with an optical microscope.
The specific resistance (unit: μΩ · cm) was calculated from the R, S, and L by the following equation.
Specific resistance = R × S ÷ L
1:グリーンシート積層体
2:印刷された櫛形パターンの配線(ペースト層)
3:導体配線
4:基板
1: Green sheet laminate 2: Printed comb pattern wiring (paste layer)
3: Conductor wiring 4: Board
Claims (7)
(方法)
質量平均粒径が0.1〜5.0μmである金属粉末を水に分散させたスラリーとイットリウム塩水溶液とを混合して混合液とし、当該混合液のpHが7未満または9超の場合はそのpHを7〜9にするpH調整を行い、当該混合液のpHが7〜9である場合は前記pH調整を行うことなく、前記混合液または前記混合液をろ過して得られた粉末を100〜700℃に加熱して焼成粉末とし、その後焼成粉末を酸洗浄して導電性粉末とする。 A conductive paste consisting essentially of a conductive powder and an organic varnish adhering at a ratio of 0.05 to 1.0 part by mass as Y 2 O 3 with respect to 100 parts by mass of the metal powder, A conductive paste, wherein the conductive powder is prepared by the following method.
(Method)
When a slurry in which a metal powder having a mass average particle size of 0.1 to 5.0 μm is dispersed in water and an aqueous yttrium salt solution are mixed to form a mixed solution, and the pH of the mixed solution is less than 7 or more than 9, The pH is adjusted to 7 to 9, and when the pH of the mixture is 7 to 9, the mixture or the powder obtained by filtering the mixture is filtered without adjusting the pH. It heats to 100-700 degreeC, is set as a baked powder, and the baked powder is acid-washed after that, and is set as electroconductive powder.
ガラス粉末は、ガラス転移点が690〜800℃であって焼成時に結晶化するものであり、導電性ペーストが請求項1または2に記載の導電性ペーストであることを特徴とする導電層付き基板製造方法。 A conductive paste is applied to at least one surface of a substrate-like molded body in which a glass ceramic composition essentially composed of 40 to 90% glass powder and 10 to 60% ceramic filler is formed into a substrate shape in terms of mass percentage. A method for producing a substrate with a conductive layer by firing a substrate-like molded body with a conductive paste layer produced in a step,
The glass powder has a glass transition point of 690 to 800 ° C. and crystallizes upon firing, and the conductive paste is the conductive paste according to claim 1 or 2, Production method.
The substrate with conductive layer according to claim 3, 4, 5, or 6, wherein the ceramic filler is one or more inorganic powders selected from the group consisting of α-alumina, cordierite, forsterite, enstatite, and spinel. Method.
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