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JP6869531B2 - Conductive paste, aluminum nitride circuit board and its manufacturing method - Google Patents

Conductive paste, aluminum nitride circuit board and its manufacturing method Download PDF

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JP6869531B2 JP2017030795A JP2017030795A JP6869531B2 JP 6869531 B2 JP6869531 B2 JP 6869531B2 JP 2017030795 A JP2017030795 A JP 2017030795A JP 2017030795 A JP2017030795 A JP 2017030795A JP 6869531 B2 JP6869531 B2 JP 6869531B2
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glass frit
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Description

本発明は、導電性ペースト、窒化アルミニウム回路基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a conductive paste, an aluminum nitride circuit board, and a method for producing the same.

有機バインダと溶媒からなるビヒクル中に、金属粒子を分散させた導電性ペーストが知られている。導電性ペーストは、プリント配線板の導体パターンの形成や、電子部品の電極の形成等に用いられている。この種の導電性ペーストは、樹脂硬化型と、焼成型とに大別できる。樹脂硬化型の導電性ペーストは、樹脂の硬化によって金属粒子同士が接触して導電性が確保される導電性ペーストである。焼成型の導電性ペーストは、焼成によって金属粒子同士が焼結して導電性が確保される導電性ペーストである。 A conductive paste in which metal particles are dispersed in a vehicle composed of an organic binder and a solvent is known. The conductive paste is used for forming a conductor pattern of a printed wiring board, forming an electrode of an electronic component, and the like. This type of conductive paste can be roughly classified into a resin curing type and a firing type. The resin-curable conductive paste is a conductive paste in which metal particles come into contact with each other by curing the resin to ensure conductivity. The firing type conductive paste is a conductive paste in which metal particles are sintered by firing to ensure conductivity.

近年、高温環境下で使用される回路基板用、具体的には高電圧用途用に、窒化アルミニウム(AlN)基板を用いることが望ましくなっている。窒化アルミニウム基板は、高い熱伝導率(130〜200Wm−1−1)、及び低い熱膨脹係数(CTE)(4〜4.5ppmK−1)等、その優れた性質のゆえに、有望な候補となっている。 In recent years, it has become desirable to use an aluminum nitride (AlN) substrate for a circuit board used in a high temperature environment, specifically for a high voltage application. The aluminum nitride substrate has a high thermal conductivity (130~200Wm -1 K -1), and a low coefficient of thermal expansion (CTE) (4~4.5ppmK -1), etc., because of their excellent properties, a promising candidate ing.

窒化アルミニウム基板上に、回路を形成するためには、スパッタ法、蒸着法、直接接合法、活性金属法等、種々のものが知られている。これらの回路形成方法には、特殊な製造装置が必要であり、プロセス・コストの面で問題がある。このため、スクリーン印刷が可能な、より簡便な手法が好まれる。この簡便な手法としては、導電性ペーストにガラスフリットを含ませ、焼成後、ガラスを接着材として窒化アルミニウム基板と物理的に接合(ガラスボンド)させる方法が知られている(特許文献1及び特許文献2)。 Various methods such as a sputtering method, a thin-film deposition method, a direct bonding method, and an active metal method are known for forming a circuit on an aluminum nitride substrate. These circuit forming methods require special manufacturing equipment and have problems in terms of process cost. Therefore, a simpler method capable of screen printing is preferred. As a simple method, a method is known in which a conductive paste is impregnated with glass frit, and after firing, the glass is physically bonded (glass bond) to an aluminum nitride substrate as an adhesive (Patent Document 1 and Patent). Document 2).

特開2014−239040号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-239040 特開2014−154547号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-154547

しかしながら、導電性ペーストを窒化アルミニウム基板にガラスボンドさせるには、ガラスの溶融温度まで加熱する必要があるが、その過程で窒化アルミニウム基板から窒素ガスが発生し、導電性ペーストからなる金属焼結膜(導電層)にフクレが発生することを本発明者は見出した。その結果、フクレの発生が原因で、めっき等の後工程を行えない、十分な接着強度が得られない、という問題があり、さらに、窒化アルミニウム基板の表面状態によっても、従来の導電性ペーストでは窒化アルミニウム基板に対して十分な接着強度が得られない場合があることを見出した。 However, in order to glass bond the conductive paste to the aluminum nitride substrate, it is necessary to heat it to the melting temperature of the glass. In the process, nitrogen gas is generated from the aluminum nitride substrate, and a metal sintered film made of the conductive paste ( The present inventor has found that blisters occur in the conductive layer). As a result, there are problems that post-processes such as plating cannot be performed due to the generation of blisters, and sufficient adhesive strength cannot be obtained. Further, depending on the surface condition of the aluminum nitride substrate, the conventional conductive paste has a problem. It has been found that sufficient adhesive strength may not be obtained for an aluminum nitride substrate.

本発明は、焼成後に、窒化アルミニウム基板に対する接着強度が高く、得られる導電層にフクレが発生しない導電性ペーストを提供することを課題とする。本発明はまた、窒化アルミニウム基板と導電層との接着強度が高く、導電層にフクレが存在しない窒化アルミニウム回路基板及びその製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a conductive paste which has high adhesive strength to an aluminum nitride substrate after firing and does not generate blisters in the obtained conductive layer. Another object of the present invention is to provide an aluminum nitride circuit board having high adhesive strength between the aluminum nitride substrate and the conductive layer and having no blisters on the conductive layer, and a method for manufacturing the same.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
本発明の第1の実施形態は、
(A)導電性粒子と、
(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットと、
(C)有機バインダと、
(D)TiO、ZrO及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物と、
(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分と
を含む導電性ペーストである。
本発明の第2の実施形態は、
上記導電性ペーストを窒化アルミニウム基板に塗布する工程と、
前記窒化アルミニウム基板を焼成して導電層を形成する工程と
を含む、窒化アルミニウム回路基板の製造方法である。
本発明の第3の実施形態は、
窒化アルミニウム基板と接着層と導電層とをこの順で含む窒化アルミニウム回路基板であって、
導電層が導電性粒子焼結体とガラス成分とを含み、
接着層が、(D’)Ti原子、Zr原子及びBi原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子と、(E’)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子とを含み、
接着層の空隙率が5%未満である、窒化アルミニウム回路基板である。
Specific means for solving the above problems are as follows.
The first embodiment of the present invention is
(A) Conductive particles and
(B1) and ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit,
(C) Organic binder and
(D) At least one oxide selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 and Bi 2 O 3, and
(E) A conductive paste containing a component containing at least one atom selected from the group consisting of copper atoms and manganese atoms.
A second embodiment of the present invention
The process of applying the above conductive paste to the aluminum nitride substrate and
This is a method for manufacturing an aluminum nitride circuit board, which comprises a step of firing the aluminum nitride substrate to form a conductive layer.
A third embodiment of the present invention
An aluminum nitride circuit board containing an aluminum nitride substrate, an adhesive layer, and a conductive layer in this order.
The conductive layer contains a conductive particle sintered body and a glass component, and contains
The adhesive layer is at least one atom selected from the group consisting of (D') Ti atom, Zr atom and Bi atom, and at least one kind selected from the group consisting of (E') copper atom and manganese atom. Including atoms
An aluminum nitride circuit board having a porosity of an adhesive layer of less than 5%.

本発明によれば、焼成後に、窒化アルミニウム基板に対する接着強度が高く、得られる導電層にフクレが発生しない導電性ペーストを提供することができる。また、本発明によれば、窒化アルミニウム基板と導電層との接着強度が高く、導電層にフクレが存在しない窒化アルミニウム回路基板及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a conductive paste which has high adhesive strength to an aluminum nitride substrate after firing and does not generate blisters in the obtained conductive layer. Further, according to the present invention, it is possible to provide an aluminum nitride circuit board having high adhesive strength between the aluminum nitride substrate and the conductive layer and having no blisters on the conductive layer, and a method for manufacturing the same.

実施例1の導電性ペーストを焼成して得られた導電層の平面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。It is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the plane of the conductive layer obtained by firing the conductive paste of Example 1. 比較例1の導電性ペーストを焼成して得られた導電層の平面のSEM写真である。It is an SEM photograph of the plane of the conductive layer obtained by firing the conductive paste of Comparative Example 1. 実施例1の導電性ペーストを用いて作製した窒化アルミニウム回路基板の断面のSEM写真である。6 is an SEM photograph of a cross section of an aluminum nitride circuit board produced by using the conductive paste of Example 1. 比較例1の導電性ペーストを用いて作製した窒化アルミニウム回路基板の断面のSEM写真である。It is an SEM photograph of the cross section of the aluminum nitride circuit board produced by using the conductive paste of Comparative Example 1.

[導電性ペースト]
本実施形態の導電性ペーストは、(A)導電性粒子と、(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットと、(C)有機バインダと、(D)TiO、ZrO及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物と、(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分とを含む。(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットを併用することで、窒化アルミニウム基板に対するガラスボンドをより強固なものとすることができる。さらに(D)TiO、ZrO及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物及び(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分を用いることで、窒化アルミニウム基板に対するより強固な接着を可能とすることができる。
[Conductive paste]
The conductive paste of the present embodiment includes (A) conductive particles, (B1) ZnO-based glass frit, (B2) Bi 2 O 3 -based glass frit, (C) organic binder, and (D) TiO 2 . It contains at least one oxide selected from the group consisting of ZrO 2 and Bi 2 O 3 and a component containing at least one atom selected from the group consisting of (E) copper atom and manganese atom. (B1) by a combination of ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit, can be made more robust glass bonding to aluminum nitride substrates. Further, it contains at least one oxide selected from the group consisting of (D) TiO 2 , ZrO 2 and Bi 2 O 3 and at least one atom selected from the group consisting of (E) copper atom and manganese atom. By using the components, it is possible to enable stronger adhesion to the aluminum nitride substrate.

(A)導電性粒子
本実施形態の導電性ペーストは、(A)導電性粒子を含む。(A)導電性粒子は、特に制限されないが、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)及びこれらの合金等の金属微粒子、並びに金、銀、パラジウムでコーティングされた無機フィラーが挙げられ、高い導電率を有する観点から、好ましくは銀(Ag)である。(A)導電性粒子の形状は、特に限定されず、球状、フレーク状(リン片状)等が挙げられ、焼成時に窒化アルミニウム基板から発生する窒素ガスが抜けやすい観点から、球状が好ましい。(A)導電性粒子100質量部のうち80質量部以上は球状であることが好ましい。導電性粒子は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。導電性粒子は、粒径が、好ましくは0.1〜10μm、より好ましくは1〜5μm、BET比表面積が、好ましくは0.1〜5.0m/g、より好ましくは0.1〜1.5m/gであり、さらに好ましくは0.1〜0.7m/gであり、タップ密度が、好ましくは0.5〜8g/cm、より好ましくは1〜8g/cm、さらに好ましくは3〜8g/cmのものが好適に使用できる。
(A) Conductive Particles The conductive paste of the present embodiment contains (A) conductive particles. The conductive particles (A) are not particularly limited, but are metal fine particles such as silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), palladium (Pd), tin (Sn) and alloys thereof. , And an inorganic filler coated with gold, silver, or palladium, which is preferably silver (Ag) from the viewpoint of having high conductivity. The shape of the conductive particles (A) is not particularly limited, and examples thereof include spherical particles and flaky particles (phosphorus flakes), and spherical particles are preferable from the viewpoint of easily releasing nitrogen gas generated from the aluminum nitride substrate during firing. (A) Of 100 parts by mass of the conductive particles, 80 parts by mass or more is preferably spherical. As the conductive particles, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. The conductive particles have a particle size of preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 1 to 5 μm, and a BET specific surface area of preferably 0.1 to 5.0 m 2 / g, more preferably 0.1 to 1. It is .5 m 2 / g, more preferably 0.1 to 0.7 m 2 / g, and the tap density is preferably 0.5 to 8 g / cm 3 , more preferably 1 to 8 g / cm 3 , and further. Preferably, 3 to 8 g / cm 3 can be preferably used.

導電性ペースト中の(A)導電性粒子の含有量は、導電性ペーストの全体量100質量%に対して、好ましくは50〜95質量%、より好ましくは60〜90質量%、さらに好ましくは70〜90質量%である。ここで、「導電性ペーストの全体量100質量%」は、導電性ペースト中に後述する溶媒を含む場合には、溶媒を含まない導電性ペーストの全体量100質量%を意味する。 The content of the (A) conductive particles in the conductive paste is preferably 50 to 95% by mass, more preferably 60 to 90% by mass, still more preferably 70, based on 100% by mass of the total amount of the conductive paste. ~ 90% by mass. Here, "100% by mass of the total amount of the conductive paste" means 100% by mass of the total amount of the conductive paste containing no solvent when the conductive paste contains a solvent described later.

(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリット
本実施形態の導電性ペーストは、(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットを組み合わせて含有する。導電性ペーストが(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットを組み合わせて含有することによって、窒化アルミニウム基板に対するガラスボンドをより強固なものとすることができる。
導電性ペースト中にガラスフリットが存在すると、焼結時、一部液相が生じ、導電性粒子同士の焼結を促進する(液相焼結)。(B2)Bi系ガラスフリットは、融点が低く、金属と濡れ性が良いため、導電性粒子の焼結が進みやすくなる。一方、(B1)ZnO系ガラスフリットは、軟化点を超えてさらに高温になると、結晶化し、流動性が他のガラスフリットと比較して小さくなるため、導電性粒子の焼結を遅らせる。そのため、(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットを併用することで、導電性粒子同士の焼結の促進を適度に抑制することができ、導電性粒子間の孔(ボイド)が閉じるのを遅らせることができる。その結果、窒化アルミニウム基板から発生する窒素ガスが孔(ボイド)から抜け、その後最終的に焼結により孔(ボイド)が閉じる際は既に窒素ガスは抜けきっているため、得られる金属焼結膜(導電層)にフクレが発生しない。
また、これまでの技術では、窒化アルミニウム基板の熱膨脹係数(CTE)が低いため、導電性ペーストの焼成時の導電性ペーストと窒化アルミニウム基板との熱膨脹係数の差により、窒化アルミニウム基板と金属焼結膜(導電層)との間に剥離が生じるという問題があった。本発明では、(B1)ZnO系ガラスフリットの低い膨張係数により、導電性ペーストの膨張係数を適度に低くすることができ、剥離が生じないという点でも効果がある。
(B1) ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3- based glass frit The conductive paste of the present embodiment contains (B1) ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3- based glass frit in combination. .. By the conductive paste contains a combination of (B1) ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit, it can be made more robust glass bonding to aluminum nitride substrates.
If glass frit is present in the conductive paste, a partial liquid phase is generated during sintering, which promotes sintering of conductive particles (liquid phase sintering). (B2) The Bi 2 O 3 glass frit has a low melting point and good wettability with a metal, so that the sintering of conductive particles can easily proceed. On the other hand, the (B1) ZnO-based glass frit crystallizes when the temperature becomes higher than the softening point, and the fluidity becomes smaller than that of other glass frit, so that the sintering of the conductive particles is delayed. Therefore, (B1) by a combination of ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit, to promote sintering between the conductive particles can be appropriately suppressed, pores between conductive particles You can delay the closing of (voids). As a result, the nitrogen gas generated from the aluminum nitride substrate escapes from the pores (voids), and then when the pores (voids) are finally closed by sintering, the nitrogen gas has already escaped, so that the obtained metal sintered film ( No blistering occurs on the conductive layer).
Further, in the conventional technology, since the coefficient of thermal expansion (CTE) of the aluminum nitride substrate is low, the difference in the coefficient of thermal expansion between the conductive paste and the aluminum nitride substrate at the time of firing the conductive paste causes the aluminum nitride substrate and the metal sintered film. There was a problem that peeling occurred between the (conductive layer) and the (conductive layer). In the present invention, the low expansion coefficient of the (B1) ZnO-based glass frit allows the expansion coefficient of the conductive paste to be appropriately lowered, which is also effective in that peeling does not occur.

(B1)ZnO系ガラスフリット
(B1)ZnO系ガラスフリットは、ガラスフリット100質量部に対してZnOを30質量%以上80質量%以下含むガラスフリットであり、好ましくは40質量%以上70質量%以下含む。(B1)ZnO系ガラスフリットは、その他成分として、SiO、B、Bi、LiO、Al、ZrO等の酸化物を含んでいてもよい。
(B1) ZnO-based glass frit (B1) The ZnO-based glass frit is a glass frit containing 30% by mass or more and 80% by mass or less of ZnO with respect to 100 parts by mass of the glass frit, preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less. Including. (B1) The ZnO-based glass frit may contain oxides such as SiO 2 , B 2 O 3 , Bi 2 O 3 , Li 2 O, Al 2 O 3 , and ZrO 2 as other components.

(B1)ZnO系ガラスフリットの軟化点は、好ましくは300℃以上、より好ましくは400以上700℃以下である。(B1)ZnO系ガラスフリットの結晶化温度は、好ましくは600℃以上、より好ましくは600以上1000℃以下、さらに好ましくは600以上800℃以下である。ガラスフリットの軟化点及び結晶化温度は、熱重量測定装置(例えば、BRUKER AXS社製、TG−DTA2000SA)を用いて測定することができる。 The softening point of the (B1) ZnO-based glass frit is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. The crystallization temperature of the (B1) ZnO-based glass frit is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 600 or higher and 1000 ° C. or lower, and further preferably 600 or higher and 800 ° C. or lower. The softening point and crystallization temperature of the glass frit can be measured using a thermogravimetric measuring device (for example, TG-DTA2000SA manufactured by BRUKER AXS).

(B1)ZnO系ガラスフリットの平均粒径は、好ましくは0.1〜20μm、より好ましくは0.2〜10μm、最も好ましくは0.5〜5μmである。ここでいう平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により得られる体積基準メジアン径(d50)のことを意味する。 The average particle size of the (B1) ZnO-based glass frit is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 0.2 to 10 μm, and most preferably 0.5 to 5 μm. The average particle size referred to here means a volume-based median diameter (d50) obtained by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measurement method.

(B2)Bi系ガラスフリット
(B2)Bi系ガラスフリットは、Bi系ガラスフリット100質量部に対してBiを40質量%以上90質量%以下含むガラスフリットであり、好ましくは50質量%以上90質量%以下含む。(B2)Bi系ガラスフリットは、その他成分として、SiO、B、ZnO、LiO、Al、ZrO等の酸化物を含んでいてもよい。
(B2) Bi 2 O 3 system glass frit (B2) Bi 2 O 3 system glass frit is a glass containing 40% by mass or more and 90% by mass or less of Bi 2 O 3 with respect to 100 parts by mass of Bi 2 O 3 system glass frit. It is a frit and preferably contains 50% by mass or more and 90% by mass or less. (B2) The Bi 2 O 3 system glass frit may contain oxides such as SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO, Li 2 O, Al 2 O 3 , and ZrO 2 as other components.

(B2)Bi系ガラスフリットの軟化点は、好ましくは300℃以上、より好ましくは300以上1000℃以下、さらに好ましくは400以上700℃以下である。(B2)Bi系ガラスフリットは、結晶化しないものを用いることが好ましい。ガラスフリットの軟化点及び結晶化温度は、熱重量測定装置(例えば、BRUKER AXS社製、TG−DTA2000SA)を用いて測定することができる。 (B2) The softening point of the Bi 2 O 3 glass frit is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 300 or higher and 1000 ° C. or lower, and further preferably 400 or higher and 700 ° C. or lower. (B2) As the Bi 2 O 3 system glass frit, it is preferable to use one that does not crystallize. The softening point and crystallization temperature of the glass frit can be measured using a thermogravimetric measuring device (for example, TG-DTA2000SA manufactured by BRUKER AXS).

(B2)Bi系ガラスフリットの平均粒径は、好ましくは0.1〜20μm、より好ましくは0.2〜10μm、最も好ましくは0.5〜5μmである。ここでいう平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により得られる体積基準メジアン径(d50)のことを意味する。 The average particle size of the (B2) Bi 2 O 3 glass frit is preferably 0.1 to 20 μm, more preferably 0.2 to 10 μm, and most preferably 0.5 to 5 μm. The average particle size referred to here means a volume-based median diameter (d50) obtained by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measurement method.

本実施形態の導電性ペーストにおいて、(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットの合計の含有量は、(A)導電性粒子100質量部に対して好ましくは0.01〜20質量部であり、より好ましくは0.1〜10質量部であり、さらに好ましくは1〜7質量部である。 In the conductive paste of the present embodiment, (B1) the total content of ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit, preferably with respect to 100 parts by mass of the (A) conductive particles 0. It is 01 to 20 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass, and further preferably 1 to 7 parts by mass.

(B2)Bi系ガラスフリットの含有量に対する、(B1)ZnO系ガラスフリットの含有量の比((B1)/(B2))は、質量比で、好ましくは0.3〜5であり、より好ましくは1〜4であり、さらに好ましくは1〜3である。(B1)/(B2)が5以下であることにより、焼結が適度に進みやすくなり、焼結膜(導電層)の緻密性が向上し、接着強度が増大する。(B1)/(B2)が0.3以上であることにより、焼結の促進を適度に抑え、金属粒子間の孔(ボイド)より窒素ガスを逃がし、得られる焼結膜(導電層)にフクレが発生しにくくなる。 The ratio of the content of (B1) ZnO glass frit to the content of (B2) Bi 2 O 3 glass frit ((B1) / (B2)) is a mass ratio, preferably 0.3 to 5. Yes, more preferably 1-4, and even more preferably 1-3. When (B1) / (B2) is 5 or less, sintering can proceed appropriately, the density of the sintered film (conductive layer) is improved, and the adhesive strength is increased. When (B1) / (B2) is 0.3 or more, the promotion of sintering is appropriately suppressed, nitrogen gas is released from the pores (voids) between the metal particles, and the resulting sintered film (conductive layer) is blistered. Is less likely to occur.

(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットは、それぞれ個々のガラスフリットであってもよく、1つのガラスフリット中にZnO及びBiが含まれていてもよい。含有量の制御がしやすい観点から、それぞれ個々のガラスフリットであることが好ましい。 The (B1) ZnO-based glass frit and the (B2) Bi 2 O 3- based glass frit may be individual glass frit, respectively, and ZnO and Bi 2 O 3 may be contained in one glass frit. .. From the viewpoint of easy control of the content, it is preferable that each glass frit is used.

(C)有機バインダ
本実施形態の導電性ペーストは、(C)有機バインダを含む。本発明における有機バインダは、導電性ペースト中において導電性粒子同士をつなぎあわせるものであり、かつ、導電性ペーストの焼成時に焼失するものである。有機バインダとしては、特に限定するものではないが、例えば、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いることができる。
(C) Organic Binder The conductive paste of the present embodiment includes (C) an organic binder. The organic binder in the present invention connects conductive particles to each other in a conductive paste and is burnt out when the conductive paste is fired. The organic binder is not particularly limited, but for example, a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used.

熱可塑性樹脂としては、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース等を用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
これらの樹脂は、単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。
As the thermoplastic resin, for example, cellulose-based resins such as ethyl cellulose and nitrocellulose, acrylic resins, alkyd resins, saturated polyester resins, butyral resins, polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose and the like can be used.
As the thermosetting resin, for example, epoxy resin, urethane resin, vinyl ester resin, silicone resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, polyimide resin and the like can be used.
These resins may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の導電性ペーストにおいて、(C)有機バインダの含有量は、(A)導電性粒子100質量部に対して好ましくは0.5〜30質量部であり、より好ましくは、1.0〜20質量部である。導電性ペースト中の(C)有機バインダの含有量が上記の範囲内の場合、導電性ペーストの基板への印刷性が向上し、微細なパターンを高精度に形成することができる。 In the conductive paste of the present embodiment, the content of (C) organic binder is preferably 0.5 to 30 parts by mass, and more preferably 1.0 with respect to 100 parts by mass of (A) conductive particles. ~ 20 parts by mass. When the content of the (C) organic binder in the conductive paste is within the above range, the printability of the conductive paste on the substrate is improved, and a fine pattern can be formed with high accuracy.

(D)TiO、ZrO及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物
本実施形態の導電性ペーストは、(D)TiO、ZrO及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物を含む。(D)酸化物を含むことにより、窒化アルミニウム基板に対してより強固な接着を可能とすることができる。その機構は明らかではないが、(D)酸化物を含むことにより、窒化アルミニウム基板と導電層との間に強固な接着層を形成するためと考えられる。この接着層は、(D)酸化物中の金属原子が窒化アルミニウム基板中に拡散することで、何かしらの結合が生じることにより、形成されると考えられる。(D)酸化物は、TiO及びZrOが好ましく、接着強度向上の観点からTiOがより好ましい。なお、(D)酸化物がBiを含む場合、焼結促進を適度に抑制する観点から、(B2)Bi系ガラスフリット及び(D)酸化物中のBi合計含有量に対する、(B1)ZnO系ガラスフリット中のZnO含有量の比(ZnO/Bi)は、質量比で、好ましくは0.3〜5であり、より好ましくは1〜4であり、さらに好ましくは2〜3である。
(D) At least one oxide selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 and Bi 2 O 3 The conductive paste of the present embodiment is composed of (D) TiO 2 , ZrO 2 and Bi 2 O 3. Contains at least one oxide selected from the group. By containing the oxide (D), it is possible to enable stronger adhesion to the aluminum nitride substrate. The mechanism is not clear, but it is considered that the inclusion of the (D) oxide forms a strong adhesive layer between the aluminum nitride substrate and the conductive layer. It is considered that this adhesive layer is formed by diffusing the metal atoms in the (D) oxide into the aluminum nitride substrate and causing some kind of bond. As the oxide (D), TiO 2 and ZrO 2 are preferable, and TiO 2 is more preferable from the viewpoint of improving the adhesive strength. Incidentally, (D) if oxide containing Bi 2 O 3, from moderately suppressing the sintering promotion, (B2) Bi 2 O 3 total Bi 2 O 3 based glass frit and (D) oxide with respect to the content, (B1) the ratio of the ZnO content of ZnO-based glass frit (ZnO / Bi 2 O 3) is a mass ratio, preferably from 0.3 to 5, more preferably 1 to 4 , More preferably 2-3.

本実施形態の導電性ペーストにおいて、(D)酸化物の含有量は、(A)導電性粒子100質量部に対して好ましくは0.01〜5質量部であり、より好ましくは、0.1〜2質量部である。 In the conductive paste of the present embodiment, the content of the (D) oxide is preferably 0.01 to 5 parts by mass, more preferably 0.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) conductive particles. ~ 2 parts by mass.

(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分
本実施形態の導電性ペーストは、(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分を含む。(E)成分を含むことにより、窒化アルミニウム基板に対してより強固な接着を可能とすることができる。その機構は明らかではないが、(E)成分を含むことにより、窒化アルミニウム基板と導電層との間に強固な接着層を形成するためと考えられる。この接着層は、(E)酸化物中の金属原子が窒化アルミニウム基板中に拡散することで、何かしらの結合が生じることにより、形成されると考えられる。
この(E)成分は、銅又はマンガンの担体金属であってもよいし、酸化物、水酸化物又は有機レジネートであってもよい。例えば、銅は、単体金属(Cu)でもよいし、酸化物(例えば、CuO、CuO)、水酸化物(例えば、Cu(OH))又は銅有機レジネート(例えば、カルボン酸塩、カルボン酸エステル、アルコキシド、ロジンエステル、多環式有機化合物、シロキサン類、硼酸化合物等)でもよい。マンガンは、単体金属(Mn)でもよいし、酸化物(例えば、MnO、MnO)、水酸化物(例えば、Mn(OH))又は有機レジネート(例えば、カルボン酸塩、カルボン酸エステル、アルコキシド、ロジンエステル、多環式有機化合物、シロキサン類、硼酸化合物等)でもよい。
この(E)成分は、銅及びマンガンを含む合金であってもよく、例えば、CuMn合金、CuMnSn合金が挙げられる。
なお、(E)成分が銅の担体金属を含む場合、(A)導電性粒子は銅(Cu)ではないことが好ましい。
(E) A component containing at least one atom selected from the group consisting of copper atom and manganese atom The conductive paste of the present embodiment has at least one kind selected from the group consisting of (E) copper atom and manganese atom. Contains components containing the atom of. By including the component (E), it is possible to enable stronger adhesion to the aluminum nitride substrate. The mechanism is not clear, but it is considered that the inclusion of the component (E) forms a strong adhesive layer between the aluminum nitride substrate and the conductive layer. It is considered that this adhesive layer is formed by diffusing the metal atoms in the (E) oxide into the aluminum nitride substrate and causing some kind of bond.
The component (E) may be a carrier metal of copper or manganese, or may be an oxide, a hydroxide, or an organic resinate. For example, copper, may be the elemental metal (Cu), oxide (e.g., CuO, Cu 2 O), hydroxides (e.g., Cu (OH) 2) or copper organic resinate (e.g., carboxylate, carboxylic Acid esters, alkoxides, rosin esters, polycyclic organic compounds, siloxanes, boric acid compounds, etc.) may be used. Manganese may be a single metal (Mn), an oxide (eg, MnO, MnO 2 ), a hydroxide (eg, Mn (OH) 2 ) or an organic resinate (eg, carboxylate, carboxylic acid ester, alkoxide). , Rosin ester, polycyclic organic compound, siloxanes, boric acid compound, etc.).
The component (E) may be an alloy containing copper and manganese, and examples thereof include Cumn alloys and CumnSn alloys.
When the component (E) contains a carrier metal of copper, it is preferable that the conductive particles (A) are not copper (Cu).

(E)成分は、好ましくは、CuO、CuO、MnO、MnO、CuMn合金又はCuMnSn合金である。 Component (E) is preferably, CuO, Cu 2 O, MnO , MnO 2, CuMn alloy or CuMnSn alloy.

(E)成分は、混合しやすさの観点から、粉末の形態であることが好ましい。 The component (E) is preferably in the form of a powder from the viewpoint of ease of mixing.

本実施形態の導電性ペーストにおいて、(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分の含有量は、銅(Cu)及びマンガン(Mn)の元素換算含有量で、(A)導電性粒子100質量部に対して好ましくは0.1〜5.0質量部であり、より好ましくは0.2〜3.0質量部であり、さらに好ましくは0.3〜2.0質量部である。5.0質量部以内であると、銅やマンガンの酸化物が焼結阻害となることなく、接着強度がより向上する。導電性ペースト中の(E)成分の含有量が上記の範囲内の場合、窒化アルミニウム基板に対してより強固な接着を可能とすることができる。 In the conductive paste of the present embodiment, the content of the component containing at least one atom selected from the group consisting of (E) copper atom and manganese atom is the element conversion content of copper (Cu) and manganese (Mn). In terms of amount, (A) is preferably 0.1 to 5.0 parts by mass, more preferably 0.2 to 3.0 parts by mass, and even more preferably 0.3 with respect to 100 parts by mass of the conductive particles. ~ 2.0 parts by mass. When it is within 5.0 parts by mass, the adhesive strength is further improved without the oxides of copper and manganese hindering sintering. When the content of the component (E) in the conductive paste is within the above range, stronger adhesion can be made to the aluminum nitride substrate.

本実施形態の導電性ペーストにおいて、窒化アルミニウム基板に対してより強固な接着を可能とする観点から、(E)成分のマンガン量は、元素換算含有量で(A)導電性粒子100質量部に対して好ましくは0.0025〜2.85質量部、より好ましくは0.015〜1質量部である。また、(E)成分の銅量は、元素換算含有量で(A)導電性粒子100質量部に対して好ましくは0.0025〜2.85質量部、より好ましくは0.015〜1質量部である。例えば、(A)導電性粒子100質量部に対して、Cu:Mn:Snの質量比が、90.5:7.0:2.5の組成のCuMnSn合金1質量部を添加したとき、銅の元素換算含有量は0.905質量部であり、マンガンの元素換算含有量は0.070質量部となる。 In the conductive paste of the present embodiment, from the viewpoint of enabling stronger adhesion to the aluminum nitride substrate, the amount of manganese of the component (E) is 100 parts by mass of the conductive particles (A) in terms of element equivalent content. On the other hand, it is preferably 0.0025 to 2.85 parts by mass, and more preferably 0.015 to 1 part by mass. The amount of copper of the component (E) is preferably 0.0025 to 2.85 parts by mass, and more preferably 0.015 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive particles (A) in terms of element equivalent content. Is. For example, when (A) 1 part by mass of a CuMnSn alloy having a composition of 90.5: 7.0: 2.5 with a mass ratio of Cu: Mn: Sn to 100 parts by mass of conductive particles is added, copper is added. The elemental equivalent content of is 0.905 parts by mass, and the elemental equivalent content of manganese is 0.070 parts by mass.

(F)その他成分
本実施形態の導電性ペーストは、粘度調整等のために、溶媒を含有してもよい。
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコール類、酢酸エチレン等の有機酸類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等のN−アルキルピロリドン類、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等のアミド類、メチルエチルケトン(MEK)等のケトン類、テルピネオール(TEL)、ブチルカルビトール(BC)、ブチルカルビトールアセテート(BCA)等が挙げられる。
溶媒の含有量は、特に限定されないが、(A)導電性粒子100質量部に対して、好ましくは1〜100質量部、より好ましくは5〜60質量部である。
(F) Other components The conductive paste of the present embodiment may contain a solvent for adjusting the viscosity and the like.
Examples of the solvent include alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol (IPA), organic acids such as ethylene acetate, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). N-alkylpyrrolidones, amides such as N, N-dimethylformamide (DMF), ketones such as methylethylketone (MEK), terpineol (TEL), butylcarbitol (BC), butylcarbitol acetate (BCA), etc. Can be mentioned.
The content of the solvent is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 parts by mass, and more preferably 5 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive particles (A).

本実施形態の導電性ペーストの粘度は、好ましくは50〜700Pa・s、より好ましくは100〜300Pa・sである。導電性ペーストの粘度がこの範囲に調整されることによって、導電性ペーストの基板への印刷性や作業性が良好になり、導電性ペーストを均一の厚みで基板へ印刷することが可能になる。 The viscosity of the conductive paste of this embodiment is preferably 50 to 700 Pa · s, more preferably 100 to 300 Pa · s. By adjusting the viscosity of the conductive paste within this range, the printability and workability of the conductive paste on the substrate are improved, and the conductive paste can be printed on the substrate with a uniform thickness.

本実施形態の導電性ペーストは、その他の添加剤、例えば、分散剤、レオロジー調整剤、顔料などを含有してもよい。 The conductive paste of the present embodiment may contain other additives such as a dispersant, a rheology regulator, a pigment and the like.

本実施形態の導電性ペーストは、さらに、可塑剤、消泡剤などを含有してもよい。 The conductive paste of the present embodiment may further contain a plasticizer, an antifoaming agent, and the like.

本実施形態の導電性ペーストは、上記の各成分を、例えば、ライカイ機、ポットミル、三本ロールミル、回転式混合機、二軸ミキサー等を用いて混合することで製造することができる。 The conductive paste of the present embodiment can be produced by mixing each of the above components using, for example, a Raikai machine, a pot mill, a three-roll mill, a rotary mixer, a twin-screw mixer, or the like.

本実施形態の導電性ペーストは、電子部品の回路の形成や電極の形成、電子部品の基板への接合、スルーホール実装、ビア埋め用、ヒートシンクの形成等に用いることが可能である。例えば、プリント配線板の導体回路の形成に用いることができる。また、本実施形態の導電性ペーストは、焼結後窒化アルミニウム基板に対して優れた接着性を有するため、窒化アルミニウム基板上に導電層を形成するために用いることができる。 The conductive paste of the present embodiment can be used for forming circuits of electronic components, forming electrodes, joining electronic components to substrates, mounting through holes, filling vias, forming heat sinks, and the like. For example, it can be used to form a conductor circuit of a printed wiring board. Further, since the conductive paste of the present embodiment has excellent adhesiveness to the aluminum nitride substrate after sintering, it can be used for forming a conductive layer on the aluminum nitride substrate.

[窒化アルミニウム回路基板の製造方法]
本実施形態の窒化アルミニウム回路基板の製造方法は、
上記実施形態の導電性ペーストを窒化アルミニウム基板に塗布する工程と、
前記窒化アルミニウム基板を焼成して導電層を形成する工程と
を含む。
[Manufacturing method of aluminum nitride circuit board]
The method for manufacturing the aluminum nitride circuit board of the present embodiment is as follows.
The step of applying the conductive paste of the above embodiment to the aluminum nitride substrate, and
The step of firing the aluminum nitride substrate to form a conductive layer is included.

まず、上記実施形態の導電性ペーストを窒化アルミニウム基板に塗布する。塗布方法は任意であり、例えば、ディスペンス、ジェットディスペンス、孔版印刷、スクリーン印刷、ピン転写、スタンピングなどの公知の方法を用いて塗布することができる。簡便性の観点から、塗布方法はスクリーン印刷が好ましい。 First, the conductive paste of the above embodiment is applied to the aluminum nitride substrate. The coating method is arbitrary, and for example, known methods such as dispense, jet dispense, stencil printing, screen printing, pin transfer, and stamping can be used for coating. From the viewpoint of convenience, screen printing is preferable as the coating method.

窒化アルミニウム基板上に導電性ペーストを塗布した後、基板を電気炉等に投入する。そして、基板上に塗布された導電性ペーストを、500〜1000℃、より好ましくは600〜1000℃、さらに好ましくは600〜900℃で焼成する。これにより、導電性ペーストに含まれる導電性粒子同士が焼結するとともに、導電性ペーストに含まれる有機バインダ等の成分が焼失し、焼結膜(導電層)が得られる。このようにして得られた導電層は、窒化アルミニウム基板に対する接着性が優れている。 After applying the conductive paste on the aluminum nitride substrate, the substrate is put into an electric furnace or the like. Then, the conductive paste applied on the substrate is fired at 500 to 1000 ° C., more preferably 600 to 1000 ° C., and even more preferably 600 to 900 ° C. As a result, the conductive particles contained in the conductive paste are sintered with each other, and the components such as the organic binder contained in the conductive paste are burnt down to obtain a sintered film (conductive layer). The conductive layer thus obtained has excellent adhesiveness to the aluminum nitride substrate.

[窒化アルミニウム回路基板]
上記実施形態の導電性ペースト及び製造方法により製造された窒化アルミニウム回路基板は、下記構成を有する。
本実施形態の窒化アルミニウム回路基板は、
窒化アルミニウム基板と接着層と導電層とをこの順で含む窒化アルミニウム回路基板であって、
導電層が導電性粒子焼結体とガラス成分とを含み、
接着層が、(D’)Ti原子、Zr原子及びBi原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子と、(E’)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子とを含み、
接着層の空隙率が5%未満である。
[Aluminum nitride circuit board]
The aluminum nitride circuit board manufactured by the conductive paste and the manufacturing method of the above embodiment has the following configuration.
The aluminum nitride circuit board of this embodiment is
An aluminum nitride circuit board containing an aluminum nitride substrate, an adhesive layer, and a conductive layer in this order.
The conductive layer contains a conductive particle sintered body and a glass component, and contains
The adhesive layer is at least one atom selected from the group consisting of (D') Ti atom, Zr atom and Bi atom, and at least one kind selected from the group consisting of (E') copper atom and manganese atom. Including atoms
The porosity of the adhesive layer is less than 5%.

窒化アルミニウム回路基板は、窒化アルミニウム基板と接着層と導電層とをこの順で含む。接着層が窒化アルミニウム基板と導電層との間に存在することにより、窒化アルミニウム基板と導電層とのより強固な接着が達成されている。 The aluminum nitride circuit board includes the aluminum nitride substrate, the adhesive layer, and the conductive layer in this order. By the presence of the adhesive layer between the aluminum nitride substrate and the conductive layer, stronger adhesion between the aluminum nitride substrate and the conductive layer is achieved.

導電層は、導電性粒子焼結体とガラス成分とを含む。導電性粒子焼結体は、上記導電性ペースト中に含まれる(A)導電性粒子の焼結体である。ガラス成分は、上記導電性ペースト中に含まれる(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリット由来のガラス成分である。 The conductive layer contains a conductive particle sintered body and a glass component. The conductive particle sintered body is a sintered body of (A) conductive particles contained in the conductive paste. The glass component is a glass component included is (B1) from ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit in the conductive paste.

接着層は、(D’)Ti原子、Zr原子及びBi原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子と、(E’)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子とを含む。(D’)Ti原子、Zr原子及びBi原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子は、上記導電性ペースト中に含まれる(D)TiO、ZrO2及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物由来の原子である。(E’)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子は、(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分由来の原子である。これら(D’)原子及び(E’)原子が接着層に存在することにより、窒化アルミニウム基板と導電層とのより強固な接着が達成されている。これは、(D’)原子及び(E’)原子が、窒化アルミニウム基板中に拡散することにより、何かしらの結合を形成しているためと考えられる。接着層中の成分は、窒化アルミニウム回路基板の断面をEDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometry、エネルギー分散型X線分光法)による元素分析することにより確認することができる。 The adhesive layer is at least one atom selected from the group consisting of (D') Ti atom, Zr atom and Bi atom, and at least one kind selected from the group consisting of (E') copper atom and manganese atom. Includes atoms. At least one atom selected from the group consisting of (D') Ti atom, Zr atom and Bi atom is from the group consisting of (D) TiO 2 , ZrO 2 and Bi 2 O 3 contained in the conductive paste. It is an atom derived from at least one oxide selected. The at least one atom selected from the group consisting of (E') copper atom and manganese atom is an atom derived from a component containing at least one atom selected from the group consisting of (E) copper atom and manganese atom. is there. The presence of these (D') and (E') atoms in the adhesive layer achieves stronger adhesion between the aluminum nitride substrate and the conductive layer. It is considered that this is because the (D') atom and the (E') atom are diffused in the aluminum nitride substrate to form some kind of bond. The components in the adhesive layer can be confirmed by elemental analysis of the cross section of the aluminum nitride circuit substrate by EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometry).

接着層は、空隙率が5%未満であり、より好ましくは3%未満である。接着層の空隙率が5%未満であることにより、窒化アルミニウム基板と導電層とのより強固な接着が達成されている。本実施形態において、空隙率は、窒化アルミニウム回路基板の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、画像解析から算出することができる。 The adhesive layer has a porosity of less than 5%, more preferably less than 3%. When the porosity of the adhesive layer is less than 5%, stronger adhesion between the aluminum nitride substrate and the conductive layer is achieved. In the present embodiment, the porosity can be calculated by observing the cross section of the aluminum nitride circuit board with a scanning electron microscope (SEM) and performing image analysis.

本実施形態の窒化アルミニウム回路基板は、熱基板、LEDパッケージ用基板、半導体用基板、薄膜回路基板、パワー抵抗器用基板として用いることができる。 The aluminum nitride circuit board of the present embodiment can be used as a thermal substrate, a substrate for an LED package, a substrate for a semiconductor, a thin film circuit board, and a substrate for a power resistor.

以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[導電性ペーストの調製]
以下の(A)、(B1)、(B2)、(C)、(D)及び(E)成分を、表1及び表2に記載した実施例1〜15及び比較例1〜4の割合で混合して導電性ペーストを調製した。なお、表1及び表2に示す各成分の割合は、全て質量部で示しており、「−」は未配合であることを意味する。
(A)導電性粒子
平均粒径1.2μm、BET値0.3m/gの球状銀粉。
平均粒径4.5μm、BET値0.2m/gの球状銀粉。
平均粒径3.5μm、BET値1.0m/gのフレーク銀粉。
[Preparation of conductive paste]
The following components (A), (B1), (B2), (C), (D) and (E) are mixed in the proportions of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4 shown in Tables 1 and 2. It was mixed to prepare a conductive paste. In addition, the ratio of each component shown in Table 1 and Table 2 is shown by the mass part, and "-" means that it is not compounded.
(A) Spherical silver powder having an average particle size of 1.2 μm and a BET value of 0.3 m 2 / g.
Spherical silver powder with an average particle size of 4.5 μm and a BET value of 0.2 m 2 / g.
Flake silver powder with an average particle size of 3.5 μm and a BET value of 1.0 m 2 / g.

(B1)ZnO系ガラスフリット
平均粒径1.1μm、軟化点635℃、結晶化温度735℃のZnO系ガラスフリット。成分組成:SiO−B−ZnO。ZnO含有率:50〜60質量%。
(B2)Bi系ガラスフリット
平均粒径2.3μm、軟化点610℃のBi系ガラスフリット。成分組成:SiO−B−Al−ZrO−Bi。Bi含有率:66〜76質量%。
(B1) ZnO-based glass frit A ZnO-based glass frit having an average particle size of 1.1 μm, a softening point of 635 ° C., and a crystallization temperature of 735 ° C. Ingredient composition: SiO 2- B 2 O 3- Zn O. ZnO content: 50-60% by mass.
(B2) Bi 2 O 3 based glass frit average particle diameter 2.3μm, Bi 2 O 3 based glass frit having a softening point of 610 ° C.. Chemical composition: SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 -ZrO 2 -Bi 2 O 3. Bi 2 O 3 content: 66-76% by mass.

(C)有機バインダ
エチルセルロース樹脂。
(C) Organic binder Ethyl cellulose resin.

(D)酸化物
TiO: 平均粒径3μmの酸化チタン(IV)粉末
ZrO: 平均粒径3μmの酸化ジルコン(IV)粉末
Bi: 平均粒径3μmの酸化ビスマス(IV)粉末
(D) Oxide TiO 2 : Titanium oxide (IV) powder with an average particle size of 3 μm ZrO 2 : Zircon (IV) oxide powder with an average particle size of 3 μm Bi 2 O 3 : Bismuth oxide (IV) powder with an average particle size of 3 μm

(E)成分
CuMnSn合金: Cu:Mn:Sn = 90.5:7.0:2.5の組成(質量比)で、ガスアトマイズ法によって製造された平均粒径2.5μmの球状合金粉。
MnO: 平均粒径2μmの酸化マンガン(IV)粉末
CuO: 平均粒径3μmの酸化銅(I)粉末
CuO: 平均粒径3μmの酸化銅(II)粉末
(E) Component CuMnSn alloy: Cu: Mn: Sn = 90.5: 7.0: 2.5, spherical alloy powder having an average particle size of 2.5 μm produced by the gas atomization method.
MnO 2 : Manganese (IV) oxide powder with an average particle size of 2 μm Cu 2 O: Copper (I) oxide powder with an average particle size of 3 μm CuO: Copper (II) oxide powder with an average particle size of 3 μm

[導体層及び窒化アルミニウム回路基板の作製]
実施例1〜15及び比較例1〜4の導電性ペーストを、スクリーン印刷によって窒化アルミニウム基板に塗布した。つぎに、窒化アルミニウム基板を電気炉に投入して850℃で60分間焼成した。これにより、窒化アルミニウム基板上に、導電層を作製し、窒化アルミニウム回路基板を得た。得られた導電層及び窒化アルミニウム回路基板を下記各種物性評価に使用した。得られた結果を表1、表2に示す。
[Manufacturing of conductor layer and aluminum nitride circuit board]
The conductive pastes of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4 were applied to the aluminum nitride substrate by screen printing. Next, the aluminum nitride substrate was put into an electric furnace and fired at 850 ° C. for 60 minutes. As a result, a conductive layer was formed on the aluminum nitride substrate to obtain an aluminum nitride circuit board. The obtained conductive layer and aluminum nitride circuit board were used for the following evaluation of various physical properties. The obtained results are shown in Tables 1 and 2.

[接着強度の測定]
実施例1〜15及び比較例1〜4の導電性ペーストを用いて作製した導電層の窒化アルミニウム基板に対する接着強度を、以下の手順で測定した。
まず、導電性ペーストを窒化アルミニウム基板上にスクリーン印刷法を用いて1.5mm角の大きさで塗布した。この基板を電気炉に投入して850℃で60分間加熱した。その後、Niめっき、Auめっきを施した後、予備半田(千住金属工業製 M705、260℃、3s)した後、すずめっき軟銅線(φ0.8)を電極に半田付けし、卓上万能試験機(アイコーエンジニアリング(株)社製1605HTP)を用いて基板に対して90°方向に引張り速度10(mm/s)ですずめっき軟銅線を引張り、引張り強度(N/mm)を測定し、接着強度として評価した。なお、表中の「×」の評価は、窒化アルミニウム基板と導電層とがすぐに剥離してしまい、剪断強度を測定できなかったことを意味する。
[Measurement of adhesive strength]
The adhesive strength of the conductive layer prepared using the conductive pastes of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4 to the aluminum nitride substrate was measured by the following procedure.
First, the conductive paste was applied onto an aluminum nitride substrate in a size of 1.5 mm square by a screen printing method. This substrate was placed in an electric furnace and heated at 850 ° C. for 60 minutes. Then, after performing Ni plating and Au plating, preliminary soldering (M705, 260 ° C., 3s manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd.), and then soldering a tin-plated annealed copper wire (φ0.8) to the electrode, a desktop universal testing machine ( Using 1605HTP manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd., pull the tin-plated annealed copper wire in the 90 ° direction with respect to the substrate at a tensile speed of 10 (mm / s), measure the tensile strength (N / mm 2 ), and measure the adhesive strength. Evaluated as. The evaluation of "x" in the table means that the aluminum nitride substrate and the conductive layer were immediately peeled off, and the shear strength could not be measured.

[外観(フクレの有無)の観察]
実施例1〜15及び比較例1〜4の導電性ペーストを用いて上記のとおり作製した導電層を目視で観察し、フクレの有無を評価した。
[Observation of appearance (presence or absence of blisters)]
The conductive layers prepared as described above using the conductive pastes of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4 were visually observed and the presence or absence of blisters was evaluated.

[SEM観察]
実施例1〜13及び比較例1〜4の導電性ペーストを用いて上記のとおり作製した窒化アルミニウム回路基板の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。画像解析より、空隙率(%)を算出した。実施例1の導電性ペーストを用いて作製した窒化アルミニウム回路基板の平面のSEM写真を図1に、断面のSEM写真を図3に示し、比較例1の導電性ペーストを用いて作製した窒化アルミニウム回路基板の平面のSEM写真を図2に、断面のSEM写真を図4に示す。
[SEM observation]
The cross section of the aluminum nitride circuit board prepared as described above using the conductive pastes of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4 was observed with a scanning electron microscope (SEM). The porosity (%) was calculated from the image analysis. An SEM photograph of a flat surface of an aluminum nitride circuit board produced using the conductive paste of Example 1 is shown in FIG. 1, and an SEM photograph of a cross section is shown in FIG. 3, and aluminum nitride produced using the conductive paste of Comparative Example 1 is shown in FIG. An SEM photograph of the plane of the circuit board is shown in FIG. 2, and an SEM photograph of the cross section is shown in FIG.

[EDS分析]
実施例1〜15及び比較例1〜4の導電性ペーストを用いて上記のとおり作製した窒化アルミニウム回路基板の断面を、EDS(エネルギー分散型X線分光法)により元素分析した。
[EDS analysis]
The cross section of the aluminum nitride circuit board prepared as described above using the conductive pastes of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4 was elementally analyzed by EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy).

Figure 0006869531
Figure 0006869531

Figure 0006869531
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表1及び表2に示す結果からわかる通り、実施例1〜15の導電性ペーストを焼成して得られる導電層は、窒化アルミニウム基板に対する接着強度が高く、フクレが発生しなかった。これに対し、比較例1〜4の導電性ペーストを焼成して得られる導電層は、窒化アルミニウム基板に対する接着性が大きく劣り、フクレが発生した。 As can be seen from the results shown in Tables 1 and 2, the conductive layer obtained by firing the conductive paste of Examples 1 to 15 had high adhesive strength to the aluminum nitride substrate and did not generate blisters. On the other hand, the conductive layer obtained by firing the conductive pastes of Comparative Examples 1 to 4 was significantly inferior in adhesiveness to the aluminum nitride substrate, and blisters were generated.

実施例1〜15を用いて作製した窒化アルミニウム回路基板の導電層の空隙率は、いずれも5%未満であったのに対し、比較例1〜4を用いて作製した窒化アルミニウム回路基板の導電層の空隙率は、いずれも5%を超えていた。実施例1〜15を用いて作製した窒化アルミニウム回路基板には、窒化アルミニウム基板と導電層との間に接着層が存在し、接着層は(D)成分及び(E)成分由来の原子を含むことが、SEM観察及びEDS分析により確認された。 The porosity of the conductive layer of the aluminum nitride circuit board produced using Examples 1 to 15 was less than 5%, whereas the porosity of the aluminum nitride circuit board produced using Comparative Examples 1 to 4 was conductive. The porosity of the layers exceeded 5% in each case. In the aluminum nitride circuit board produced using Examples 1 to 15, an adhesive layer exists between the aluminum nitride substrate and the conductive layer, and the adhesive layer contains atoms derived from the components (D) and (E). This was confirmed by SEM observation and EDS analysis.

1 窒化アルミニウム基板
2 接着層
3 導電層
4 空隙
1 Aluminum nitride substrate 2 Adhesive layer 3 Conductive layer 4 Voids

Claims (9)

(A)導電性粒子と、
(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリットと、
(C)有機バインダと、
(D)TiO、ZrO及びBiからなる群より選択される少なくとも1種の酸化物と、
(E)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子を含む成分と
を含み、
(B2)Bi系ガラスフリットの含有量に対する、(B1)ZnO系ガラスフリットの含有量の比((B1)/(B2))が、質量比で、1〜5であ
ここで、(B1)ZnO系ガラスフリットは、ガラスフリット100質量部に対してZnOを30質量%以上80質量%以下含むガラスフリットであり、(B2)Bi 系ガラスフリットは、ガラスフリット100質量部に対してBi を40質量%以上90質量%以下含むガラスフリットである、
導電性ペースト。
(A) Conductive particles and
(B1) and ZnO-based glass frit and (B2) Bi 2 O 3 based glass frit,
(C) Organic binder and
(D) At least one oxide selected from the group consisting of TiO 2 , ZrO 2 and Bi 2 O 3, and
(E) Containing a component containing at least one atom selected from the group consisting of copper atoms and manganese atoms.
(B2) for the content of Bi 2 O 3 based glass frit, it is (B1) the ratio of the content of the ZnO-based glass frit ((B1) / (B2)), at a mass ratio, Ri 1-5 der,
Here, the (B1) ZnO-based glass frit is a glass frit containing 30% by mass or more and 80% by mass or less of ZnO with respect to 100 parts by mass of the glass frit, and the (B2) Bi 2 O 3- based glass frit is a glass frit. A glass frit containing 40% by mass or more and 90% by mass or less of Bi 2 O 3 with respect to 100 parts by mass.
Conductive paste.
(B2)Bi系ガラスフリット及び(D)酸化物中のBi合計含有量に対する、(B1)ZnO系ガラスフリット中のZnO含有量の比(ZnO/Bi)が、質量比で、1〜5である、請求項1に記載の導電性ペースト。 The ratio of the ZnO content in the (B1) ZnO-based glass frit to the total content of the Bi 2 O 3 in the (B2) Bi 2 O 3 glass frit and (D) oxide (ZnO / Bi 2 O 3 ) is The conductive paste according to claim 1, which has a mass ratio of 1 to 5. (D)酸化物がTiOである、請求項1又は2に記載の導電性ペースト。 (D) The conductive paste according to claim 1 or 2, wherein the oxide is TiO 2. (A)導電性粒子100質量部に対して、銅(Cu)及びマンガン(Mn)の元素換算含有量で、(E)成分を0.1〜5.0質量部含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性ペースト。 (A) Claims 1 to 3 containing 0.1 to 5.0 parts by mass of the component (E) in terms of elemental equivalent contents of copper (Cu) and manganese (Mn) with respect to 100 parts by mass of the conductive particles. The conductive paste according to any one of the above items. (A)導電性粒子の形状が球状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電性ペースト。 (A) The conductive paste according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive particles have a spherical shape. (A)導電性粒子が銀である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電性ペースト。 (A) The conductive paste according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive particles are silver. 窒化アルミニウム基板上に導電層を形成するための、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性ペースト。 The conductive paste according to any one of claims 1 to 6, for forming a conductive layer on an aluminum nitride substrate. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性ペーストを窒化アルミニウム基板に塗布する工程と、
前記窒化アルミニウム基板を焼成して導電層を形成する工程と
を含む、窒化アルミニウム回路基板の製造方法。
A step of applying the conductive paste according to any one of claims 1 to 7 to an aluminum nitride substrate, and
A method for manufacturing an aluminum nitride circuit board, which comprises a step of firing the aluminum nitride substrate to form a conductive layer.
窒化アルミニウム基板と接着層と導電層とをこの順で含む窒化アルミニウム回路基板であって、
導電層が導電性粒子焼結体とガラス成分とを含み、ガラス成分は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性ペースト中に含まれる(B1)ZnO系ガラスフリット及び(B2)Bi系ガラスフリット由来のガラス成分であり、
接着層が、(D’)Ti原子、Zr原子及びBi原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子と、(E’)銅原子及びマンガン原子からなる群より選択される少なくとも1種の原子とを含み、
接着層の空隙率が5%未満である、窒化アルミニウム回路基板。
An aluminum nitride circuit board containing an aluminum nitride substrate, an adhesive layer, and a conductive layer in this order.
The conductive layer contains a conductive particle sintered body and a glass component, and the glass component is contained in the conductive paste according to any one of claims 1 to 7 (B1) ZnO-based glass frit and (B2). ) It is a glass component derived from Bi 2 O 3 glass frit.
The adhesive layer is at least one atom selected from the group consisting of (D') Ti atom, Zr atom and Bi atom, and at least one kind selected from the group consisting of (E') copper atom and manganese atom. Including atoms
An aluminum nitride circuit board in which the porosity of the adhesive layer is less than 5%.
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