JPH07192529A - 耐メッキ性導電性被膜形成用厚膜銅組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワイヤボンド加工が可能なメッキ被覆導電性
被膜を提供する。 【構成】 金属銅粉末とガラスフリットと有機液体ビヒ
クルからなり、酸化亜鉛および酸化チタンを含む耐メッ
キ性導電性被膜形成用銅組成物。 【効果】 メッキ加工後も密着性に富んだ導電性厚膜銅
被膜がえられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種絶縁性基材上にスク
リーン印刷法を用いてパターンを形成し、チッ素雰囲気
中で９００〜１０００℃にて焼成でき、メッキ加工後も
基材との密着性に優れた耐メッキ性導電性被膜を与える
銅組成物、該銅組成物を用いた耐メッキ性導電性被膜の
製法および該製法でえられる導電性被膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気絶縁基板などに導電性の被膜を形成
して導体として利用することが広く行なわれている。こ
うした導電性被膜を形成する方法の一つとして、金属銅
を主成分としてガラスフリット、有機液体ビヒクルが配
合された銅ペーストを基材にスクリーン印刷などにより
塗布したのち焼成する方法（厚膜法）が知られている。

【０００３】銅は導電性が高く、エレクトロケミカルマ
イグレイションに対する耐性も高いので、好ましい材料
であるが、厚膜法による焼成被膜のばあい、被膜強度が
低く、また金属純度が低いため超音波アルミワイヤボン
ド加工ができない、１５０℃を超す温度で容易に酸化す
るため金ワイヤボンド加工ができないなどの欠点があ
り、応用範囲が限られている。こうした加工を可能にす
るため、被膜表面にニッケル、ニッケル／金などの材料
でメッキ加工を施す試みがなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メッキ
加工中に使用される酸性、アルカリ性または中性のメッ
キ浴中での常温または加熱処理により基材との密着性が
著しく損なわれるという問題があり、たとえば特開昭５
３−４９２９６号公報に記載されているガラス材質だけ
で対処する方法や特開昭６２−１２２１０１号公報に記
載されている酸化銅を配合する方法による導電性被膜で
は、到底使用に耐える密着性はえられない。本発明はメ
ッキ加工後も良好な基材との密着性を有する耐メッキ性
導電性被膜およびそれを与える銅組成物を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属銅粉末と
ガラスフリットと有機液体ビヒクルからなる組成物であ
って、酸化亜鉛および酸化チタンを含む耐メッキ性導電
性被膜形成用厚膜銅組成物に関する。

【０００６】本発明は、また、該銅組成物をチッ素雰囲
気下で９００〜１０００℃にて焼成する耐メッキ性導電
性被膜の製法、および該製法によりえられる耐メッキ性
導電性被膜に関する。

【０００７】

【作用および実施例】金属銅粉末とガラスフリットと有
機液体ビヒクルからなる銅組成物から厚膜法によりえら
れる導電性被膜は、銅を主体とする上層とガラスを主体
とする下層とからなり、上層の銅相で導電性を与え、下
層のガラス相でアルミナ基板などの基材との密着性を確
保している。

【０００８】しかし、かかる導電性被膜をメッキ浴中で
メッキ加工すると上層と下層の結合力が弱まり、上層の
銅相が剥離してしまう。

【０００９】本発明は、かかる銅相とガラス相の界面の
剥離を防ぐため酸化亜鉛と酸化チタンを主体とする界面
相を形成させるものである。

【００１０】本発明の耐メッキ性導電性被膜を用いた導
電体の概念的構造を示すと、たとえば図１のようにな
る。図１において１は基材であり、その上に耐メッキ性
導電性被膜２が形成され、ついでメッキ層３が形成され
ている。導電性被膜２は基材１側のガラスを主体とする
ガラス相４とメッキ層３側の銅を主体とする銅相５とそ
れらの界面の酸化亜鉛と酸化チタンを主体とする界面相
６とからなる。

【００１１】本発明において、金属銅粉末は湿式、乾式
のいずれの製法で製造されたものでもよく、平均粒径は
０．２〜２０μｍ、特に０．５〜３μｍのものが好まし
い。また、できるだけ酸化されていないのが望ましい
が、必ずしも酸化がゼロである必要はない。

【００１２】ガラスフリットは基材との密着性を確保す
るものであり、焼成時に充分溶融するものであればよ
い。通常、硼硅酸鉛系のガラス転移点が４００〜７００
℃のガラスフリットが好ましい。平均粒径は約０．５〜
１０μｍのものが好ましい。配合量は銅粉末１００部
（重量部。以下同様）に対し２〜７部、好ましくは３〜
５部である。２部未満のときは基板との密着性が不充分
となり、７部を超えるとメッキ被膜の付着にムラを生じ
ることがあり、ワイヤボンド加工の不良の原因となる。

【００１３】界面相の主体となる酸化亜鉛と酸化チタン
とは、粉末状で配合され、いずれか一方を欠いても目的
とするメッキ後の密着性が不充分となる。平均粒径は酸
化亜鉛は約０．１〜１０μｍ、好ましくは約０．５〜５
μｍであり、酸化チタンは約０．１〜１０μｍ、好まし
くは約０．５〜５μｍである。酸化亜鉛の配合量は銅粉
末１００部に対し１〜５部、好ましくは２〜５部であ
り、１部未満のときは目的とする界面密着性が不充分と
なり、５部を超えるときは導体抵抗が高くなり、導体材
料としての優位性を失う。酸化チタンの配合量は０．５
〜５部、好ましくは１〜４部であり、０．５部未満のと
きは目的とする界面密着性がえられず、５部を超えると
きは導体抵抗が高くなり、導体としての優位性を失う。

【００１４】本発明の組成物には厚膜法で基材に印刷塗
布するため、有機液体ビヒクルが配合される。有機液体
ビヒクルとしては厚膜法で通常使用されているものが使
用でき、たとえばエチルセルロースのターピネオール
液、アクリル酸エステル樹脂のブチルカルビトール酢酸
エステル溶液など従来公知のものが使用できる。その配
合量は組成物を印刷塗布に適切な粘度とし、かつ焼成時
に完全に分解可能な量であり、通常銅粉末１００部に対
し１０〜３０部、好ましくは１５〜２５部程度である。

【００１５】基材としては、アルミナ、フェライト、チ
ッ化アルミニウム、ムライトのほかガラスセラミック系
の焼結体などの電気絶縁性の基材を広く用いることがで
きる。

【００１６】本発明の銅組成物は従来の厚膜法に使用さ
れる組成物と同様にしてペースト化され、基材に塗布さ
れ乾燥される。パターン化された導電性被膜を形成する
ためには、たとえばスクリーン印刷法などが採用され
る。塗布量は、焼成後の膜が８〜５０μｍとなる量が好
ましい。

【００１７】焼成はチッ素雰囲気下９００〜１０００℃
（ピーク温度）でキープ時間２〜１０分間で行なう。な
お、有機液体ビヒクルを完全に熱分解させるため、酸素
を２〜５０ｐｐｍ程度混入させてもよい。かかる焼成に
より、前記の構造の導電性被膜がえられる。

【００１８】基材上に形成された導電性被膜は、このま
まではワイヤボンド加工が困難なのでメッキ加工により
メッキ被膜が形成される。メッキする金属としては、た
とえばニッケル、金などがあげられ、ニッケルをプライ
マー層として用いて金メッキをするなど２層以上にして
もよい。

【００１９】メッキ加工には通常の無電解メッキ法が採
用できるほか、通常の電気メッキ法も使用できる。たと
えば、導電性被膜をシアン脱脂し、化学研磨後アルカリ
Ｐｄ活性処理し、さらに酸処理したのちニッケルメッキ
浴につけ、ついで金メッキ浴につけてメッキ被膜を形成
する。メッキ被膜の厚さは通常２〜１０μｍ程度であ
る。

【００２０】つぎに本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではな
い。

【００２１】実施例１ 銅粉末（平均粒径１．２μｍ）、硼硅酸鉛ガラスフリッ
ト（ガラス転移点４３５℃）、酸化亜鉛（平均粒径０．
５μｍ）、酸化チタン（平均粒径０．３μｍ）、オレイ
ン酸およびエチルセルロースのターピネオール溶液を表
１に示す量用い、三本ロールミルにより混練して粘度２
５万センチポイズの銅ペーストを調製した。

【００２２】この銅ペーストをスクリーン印刷法により
９６％アルミナ基板に厚さ３５μｍに印刷し、乾燥後、
チッ素雰囲気（酸素を８ｐｐｍ含有）中９００℃（ピー
ク温度）にて１０分間焼成し、導電性の焼成被膜をえ
た。さらにえられた焼成被膜に無電解メッキ法にて、ニ
ッケル被膜を５μｍ施した。

【００２３】メッキ加工は、シアン脱脂処理（ＮａＣＮ
＋ＮａＯＨの３％水溶液、常温で３０秒間）、化学研磨
処理（過硫酸アンモニウム１００ｇ／リットル、常温で
３０秒間）、アルカリＰｄ活性処理（Ｐｄ、ＮａＯＨ、
濃度３０ｇ／リットル、５５℃で３分間）、酸処理（１
０％硫酸、常温で３０秒間）、ニッケルメッキ処理（５
〜７％のリンタイプのニッケルメッキ浴、９０℃で１５
分間）、水洗処理（純水の流水、常温で５分間）、風乾
による脱水処理をこの順で行なった。

【００２４】えられたメッキ被覆導電性被膜につき、外
観および密着性をつぎの方法で調べた。結果を表１に示
す。

【００２５】（メッキ後の外観）メッキ被膜の表面を顕
微鏡（ニコン（株）製）により倍率１０倍で観察し、つ
ぎの基準で評価する。

【００２６】Ａ：ムラなく完全にメッキされている。

【００２７】Ｂ：微細な点状のメッキ未着部分がある。

【００２８】Ｃ：メッキ未着部分が広い範囲にある。

【００２９】（密着性）試料をフラックス（Ｒ５００
３、日本アルファメタルズ（株）製）に浸したのち、温
度２３０±５℃の静止ハンダ槽（ＪＩＳ Ｚ ３２３８
Ｈ６０Ａハンダ使用）中に１０±２秒間浸漬し予備ハ
ンダづけする。ついで３１０±２０℃のハンダコテを用
いて測定個所にφ０．６ｍｍのスズメッキ軟銅線の先端
２ｍｍを直角に折り曲げて基板と垂直にハンダづけす
る。つぎに軟銅線を基板に対し、垂直に引っ張り、剥離
時の強度を記録する。引っ張り速度は１０ｍｍ／分と
し、測定個所は２ｍｍ×２ｍｍの正方形とする。メッキ
加工の前後で測定する。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、酸化亜鉛と酸化
チタンを共に含むとき、メッキ後の密着性の低下が大幅
に小さくなっている。

【００３２】実施例２ 表２に示す配合の銅ペーストを実施例１と同様に調製
し、印刷塗布、焼成し、ニッケルメッキ（膜厚５μｍ）
したのち、さらに金メッキ被膜を１μｍの厚さで形成し
た。えられたサンプルにつき、実施例１と同様にしてメ
ッキ後の外観およびメッキ前後の密着性を調べた。結果
を表２に示す。

【００３３】金メッキ加工は、ニッケルメッキ処理後、
シアン系金メッキ浴に９０℃で５分間浸漬して行なっ
た。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、より厳しいメッ
キ条件においても酸化亜鉛と酸化チタンが共存するとき
は、メッキ後の密着性の低下を大きく抑えることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明の銅組成物によれば、焼成してえ
られる導電性被膜にメッキ加工時の酸アルカリ処理およ
び湿熱処理に充分耐えうる耐メッキ性を与えることがで
き、従来の厚膜導電性被膜には適用が困難であったワイ
ヤボンド加工を可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導電性被膜を用いた導電体の構造を示
す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 導電性被膜 ３ メッキ被膜 ４ ガラス相 ５ 銅相 ６ 界面相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西家 弘 広島県三次市東酒屋町306 ミヨシ電子株 式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属銅粉末とガラスフリットと有機液体
   ビヒクルからなり、酸化亜鉛および酸化チタンを含む耐
   メッキ性導電性被膜形成用厚膜銅組成物。
2. 【請求項２】 金属銅粉末１００重量部、ガラスフリッ
   ト２〜７重量部、酸化亜鉛１〜５重量部および酸化チタ
   ン０．５〜５重量部からなる請求項１記載の組成物。
3. 【請求項３】 請求項１および２記載の銅組成物をチッ
   素雰囲気下で９００〜１０００℃にて焼成する耐メッキ
   性導電性被膜の製法。
4. 【請求項４】 酸素を０．５〜２０ｐｐｍ存在させる請
   求項３記載の製法。
5. 【請求項５】 銅組成物を基材にスクリーン印刷法によ
   り塗布してパターンを形成し、ついで焼成する請求項３
   または４記載の製法。
6. 【請求項６】 請求項３、４または５記載の製法により
   焼成してえられる耐メッキ性導電性被膜。
7. 【請求項７】 銅を主体とする上層、ガラスを主体とす
   る下層、両層の間に存在する酸化亜鉛と酸化チタンを主
   体とする界面層からなる耐メッキ性導電性被膜。
8. 【請求項８】 基材上にガラス相と酸化亜鉛および酸化
   チタンを主体とする界面相と銅相とからなる導電性被膜
   ならびにその表面に施されているメッキ被膜からなるワ
   イヤボンド加工可能な厚膜導電体。