[发明专利]高温烧结用糊剂及其应用

说明书

本发明涉及具有优良导电性、耐氧化性、耐移动性并具有优良保存性的廉价导电性组合物。可应用于电磁波屏蔽、陶瓷电容器电极微型电容器电极、压电元件电极、非线性电阻电极、热敏电阻电极、用于太阳能电池的电极、用于芯片电阻器的导电糊剂、用于电阻网络的导电糊剂、用于可变电阻器的导电糊剂、用于导电电路的糊剂等。

以往，作为导电厚膜糊剂，根据需要在有机粘合剂和溶剂中分散金属粉末，玻璃料，这是公知的，将上述组合物印刷在陶瓷基片等耐热性能好的基片上，在600～900℃左右温度下烧结，形成厚膜导电体。作为这种情况下所用的金属粉末可例举出：金、银、铂、银-钯、铜的粉末等。

公知的厚膜糊剂所使用的金属粉末，如：金、铂、银、银-钯、镀银复合粉，存在下列缺点，金、铂、银、银-钯等贵金属价格昂贵，并且银容易发生电移动，银-钯导电性差。使用铜粉的导电性糊剂，在保存时由于氧化使导电性能下降，烧结时又易发生氧化，由于烧结气氛的控制是困难的，就有成品率差等问题。使用以银为主要成份的银铜合金粉末与玻璃料一起分散在有机媒液中的导电厚膜糊剂，已经公知了(日本特开昭62-140304号)，根据所揭示的内容，含72wt％的银铜合金粉虽然可在600℃烧结，但仍使用大量的银，属高值，而且易发生银的移动。

为了降低贵金属的用量，镀银的铜粉虽已公开了(如日本特开昭52-71531)，但仍存在糊剂化时银的剥离、移动、缺乏导电性的再现性等问题。

本发明的目的在于，提供一种具有优良导电性、耐氧化性、耐移动性、焊接性及焊料侵蚀少的用于高温烧结的糊剂。

本发明所使用的铜合金粉末利用喷散法制作，可例举出水喷散法、气喷散法，尤其用气喷散法制作为好。比如，作为气喷散法，根据本发明人已经公开的气喷散法(美国专利申请第395531号)更为理想。即，在惰性气体气氛中或真空中，用高频感应加热、电阻加热、或通过燃烧器等从外部加热等加热方法，使有特定组成的银、铜及所要求的Pb等的金属混合物熔解。这时，希望所使用的坩埚是与上述特定组成的熔液完全不或极为缓慢地反应的材料，例如，可例举出：石墨、氮化硼、碳化硅、石英、氧化镁、氮化硅、以碳化硅为主要成份的材料。然后，使熔液从坩埚顶端向惰性气体气氛中喷出。在此喷出的同时，使惰性气体高速气流喷向熔液，使熔液雾化，就是形成微粒的方法。这里所说的所用的惰性气体是指与上述构成的熔液完全不或实际上不起反应的气体，例如，氮、氦、氩、氢、或它们的混合物。并且，如果是不使本发明中使用的铜合金的特性受到影响的程度，混入某些不纯物质如氧也没关系。例如，喷散气体中氧的含量在2％以下为好，0.5％以下更好。气体的压力(膨胀前)在5kg/cm²G以上为好，15kg/cm²G以上更好，30kg/cm²G以上最好。在喷嘴出口处的高速气流的速度以50米/秒以上为好，100米/秒以上更好，300米/秒最好。气体和熔液的质量速度比在0.1以上为好，1以上更好。

本发明使用的铜合金粉末的通式为Ag_xCu_yM_z(M表示从Pb、Bi、Zn中选择1种以上的金属，x、y、z分别表示原子比，并且0.001≤x≤0.4，0.6≤y≤0.999，0≤z≤0.05，x+y+z＝1)。x不足0.001不能得到足够的耐氧化性能，而且，x超过0.4的银含量时使耐移动性变差。理想的是0.01≤x≤0.25，而0.01≤x≤0.2更好。由于M是从Bi、Pb、Zn中选择的1种以上金属，则用这些金属可提高焊接性和附着力。z超过0.05时，导电性变差。以0.000003≤z≤0.05为好，0.000006≤z≤0.01更好，0.00001≤z≤0.005最好。

本发明使用的铜合金粉末，具有在表面附近银浓度向粉末表面逐渐增加的区域。表面的银浓度是平均银浓度的2.1倍以上，以3倍以上20倍以下为好，3倍以上15倍以下最好。关于作为本发明使用的铜合金粉末特征的，低熔点的银在表面浓缩的粉末的生成机构，可采用下述的由发明人在美国专利申请第395531中所记载的那样，但并不由此对本发明造成任何限制。

通过与由高压气体绝热膨胀产生的高速气流的冲撞，所形成的细微金属液滴随着高速气流，一边快速行进，一边急剧冷凝。在该冷凝过程中，作为低熔点的富有银成分的液相被排出表面，然后固化，可认为是在表面上银被浓缩的粉末。