(57)【要約】【課題】  Ｐｂを含有しないガラス組成物を用いた導体組成物において、導電材（金属）の良好な焼結性を維持し、ガラスの染み出しを解消する。【解決手段】  金属、ガラス組成物、及び添加物を含有する導体組成物であって、添加物としてルテニウム複合酸化物を含有する。ルテニウム複合酸化物は、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＢａＲｕＯ3、Ｂｉ2Ｒｕ2Ｏ7から選択される少なくとも１種である。金属は、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕから選択される少なくとも１種である。ガラス組成物は、実質的に鉛を含まない無鉛ガラスである。ガラス組成物の軟化点は、５５０℃以上、７５０℃以下である。ルテニウム複合酸化物の含有量は、ガラス組成物に対して０．１〜５．０重量％である。導体組成物の抵抗率は、１０-5Ω・ｃｍ以下である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、ガラス組成物、及び添加物を含有する導体組成物であって、
前記添加物としてルテニウム複合酸化物を含有することを特徴とする導体組成物。
【請求項２】
前記ルテニウム複合酸化物は、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＢａＲｕＯ3、Ｂｉ2Ｒｕ2Ｏ7から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の導体組成物。
【請求項３】
前記金属は、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２記載の導体組成物。
【請求項４】
前記ガラス組成物は、実質的に鉛を含まない無鉛ガラスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の導体組成物。
【請求項５】
前記ガラス組成物の軟化点が５５０℃以上、７５０℃以下であることを特徴とする請求項４記載の導体組成物。
【請求項６】
前記ルテニウム複合酸化物の含有量が、ガラス組成物に対して０．１〜５．０重量％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の導体組成物。
【請求項７】
抵抗率が１０-5Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の導体組成物。
【請求項８】
導体組成物が有機ビヒクルに分散されてなる導電ペーストであって、
前記導体組成物は、金属、ガラス組成物、及び添加物を含有し、前記添加物としてルテニウム複合酸化物を含有することを特徴とする導電ペースト。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項記載の導体組成物により構成されることを特徴とする配線導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に１０-5Ω・ｃｍ以下の低抵抗率を有し配線導体等として使用される導体組成物に関するものであり、さらには、導電ペースト、及び導電ペーストを用いて形成される配線導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナ基板、ガラスセラミックス多層基板等の上に形成される配線導体には、空気中で焼き付けることのできるＡｇ系の導体組成物が多く用いられている。そして、それらの導体組成物には、基板との接着、あるいはＡｇの焼結助剤として、ガラス組成物が含まれている。
【０００３】
ところで、従来の導体組成物に用いられるガラス組成物の多くが、ＰｂＯを含むガラス組成物であり、その見直しを迫られている。近年、盛んに論議される環境保全の観点から、ＰｂＯ系ガラスを用いることは好ましくない。
【０００４】
このような状況から、ＰｂＯを含まない、いわゆる無鉛ガラスの使用が検討されているが、一般に、ＰｂＯを含まない無鉛ガラスの場合、ガラスの軟化点が高くなり、Ａｇ等の導体材料の焼結性が著しく低下するという問題が指摘されている。そこでさらに、この問題の解決のために、Ｂｉ2Ｏ3系ガラスを用いることが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特表平９−５０１１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｂｉ2Ｏ3系ガラスでは、ガラスの融点を下げるためにはＢｉ2Ｏ3量を多くする必要があり、導体を焼き付ける際に、ガラスの染み出しを生じ易いという問題がある。ガラスの染み出しが生ずると、染み出したガラス中にＡｇが拡散し、導体間でショートする場合があり、大きな問題となる。
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、Ｐｂを含有しない組成でありながら導電材（金属）の良好な焼結性を維持することができ、Ｂｉ2Ｏ3系ガラスを用いた場合に問題になるガラスの染み出しの問題のない導体組成物、導電ペースト、及び配線導体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前述の目的を達成するために、長期に亘り種々の研究を重ねてきた。その結果、ルテニウム複合酸化物を添加することで、ガラスの粘性を適正に下げることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の導体組成物は、金属、ガラス組成物、及び添加物を含有する導体組成物であって、前記添加物としてルテニウム複合酸化物を含有することを特徴とする。また、本発明の導電ペーストは、導体組成物が有機ビヒクルに分散されてなる導電ペーストであって、前記導体組成物は、金属、ガラス組成物、及び添加物を含有し、前記添加物としてルテニウム複合酸化物を含有することを特徴とする。さらに、本発明の配線導体は、前記導体組成物により構成されることを特徴とする。
【０００９】
ルテニウム複合酸化物、例えばＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＢａＲｕＯ3、Ｂｉ2Ｒｕ2Ｏ7は、焼き付け過程中にガラス組成物と反応し、ガラスの粘性を適正に下げる。その結果、導電材である金属の焼結性が向上し、導体抵抗が小さな値となる。また、Ｂｉ2Ｏ3系ガラスのように融点を下げるためにＢｉ2Ｏ3量を多くする必要がなく、ガラスの染み出しが防止され、導体間のショートの問題が解消される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｐｂを含有しない組成でありながら、導電材（金属）の良好な焼結性を維持することができ、Ｂｉ2Ｏ3系ガラスを用いた場合に問題になるガラスの染み出しの問題のない導体組成物、導電ペースト、及び配線導体を提供することが可能である。したがって、低抵抗で信頼性の高い導体組成物、導電ペースト、及び配線導体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した導体組成物、導電ペースト及び配線導体について、詳細に説明する。
【００１２】
本発明の導体組成物は、主に、導電材である金属、導電材の焼結助剤であるガラス組成物、さらにガラスの粘性を低くする添加物であるルテニウム複合酸化物によって構成される。
【００１３】
金属は、大気雰囲気で焼き付け可能な貴金属材料が好ましく、中でもＡｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔから選択される少なくとも１種以上の金属、もしくは合金が好ましい。これらの中でＡｇが好ましい。導電材をＡｇ単体とすることで、導体抵抗を著しく小さくすることができる。
【００１４】
ガラス組成物は、特に限定されることはないが、本発明では、環境保全上、鉛を実質的に含まない鉛フリーのガラス組成物（無鉛ガラス）を用いる。なお、本発明において、「鉛を実質的に含まない」とは、不純物レベルとは言えない量を越える鉛を含まないことを意味し、不純物レベルの量（例えば、ガラス材料または導電材中の含有量が０．０５体積％以下程度）であれば含有されていてもよい趣旨である。鉛は、不可避不純物として極微量程度に含有されることがある。
【００１５】
ガラス組成物の原料としては、通常、ガラス形成酸化物とガラス修飾酸化物とを混合して用いるが、ガラス形成酸化物としては、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5等を挙げることができ、これらの中から選択される少なくとも１種を用いる。ガラス修飾酸化物としては、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等のアルカリ酸化物や、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等のアルカリ土類酸化物、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＭｎＯ等の酸化物等を挙げることができ、これらの中から適宜選択して用いればよい。また、酸化物の代わりにＣａＣＯ3等の炭酸塩を原料に用いることも可能である。さらに、必要に応じて、その他の金属酸化物を原料酸化物として添加してもよい。この場合、ガラス化し得る範囲内であれば、これらの添加量に制限はない。
【００１６】
ただし、本発明は、ガラスの染み出しを抑制することも目的の１つであることから、用いるガラス組成物としては、軟化点が適正な範囲にあるものが好ましい。具体的には、ガラス軟化点が５５０℃以上、７５０℃以下のガラス組成物を用いることが好ましい。なお、これらガラス組成物の添加量は、特に限定されないが、通常、金属（導電材）に対して０．５〜１５重量％程度である。
【００１７】
さらに、本発明の導体組成物は、ガラスの粘性を適正に下げる目的で、添加物を含有する。添加物は、ルテニウム複合酸化物であり、具体的化合物としては、ＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＢａＲｕＯ3、Ｂｉ2Ｒｕ2Ｏ7が好ましい。これら複合酸化物は、焼き付け過程中にガラスと反応し、ガラスの粘性を適正に下げることができる。その結果、例えば形成される配線導体からのガラスの染み出しを防ぐことができ、且つ、導体抵抗も小さくすることができる。
【００１８】
前記ルテニウム複合酸化物の添加量の範囲は、金属（導電材）に添加されるガラス組成物に対して、０．５〜５重量％とすることが好ましい。ルテニウム複合酸化物の添加量が０．５重量％未満の場合、十分な添加効果が認められない。逆に、ルテニウム複合酸化物の添加量が５重量％を越えると、相対的に導電材である金属の量を減らさざるを得なくなり、その結果、導体抵抗が高くなる。
【００１９】
前述の導体組成物により、例えば配線導体を形成する場合、通常は導電ペーストとし、この導電ペーストを例えば所定のパターンで印刷し、焼き付けることにより形成する。導電ペーストは、導体組成物を構成する各成分、すなわち導電材である金属、導電材の焼結助剤であるガラス組成物、さらにガラスの粘性を低くする添加物であるルテニウム複合酸化物の各粉末を、有機ビヒクルに分散することで調製される。
【００２０】
有機ビヒクルは、金属、ガラス組成物、及び添加物（ルテニウム複合酸化物）を混練しペースト化させる役割を有し、この種の導電ペーストに用いられるものがいずれも使用可能である。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解することによって調製されるものである。バインダとしては、特に限定されず、例えば、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等、各種バインダから適宜選択すればよい。有機溶剤も限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等、各種有機溶剤から適宜選択すればよい。さらに、導電ペーストの物性を調節するために、分散剤等の各種添加剤を加えてもよい。
【００２１】
本発明の配線導体は、前記ルテニウム複合酸化物を添加剤として含む導電ペーストを基板上に印刷し、焼成することにより形成される。ルテニウム複合酸化物は、前記焼成の際にガラスと反応し、ガラスの粘性を適正に下げる。したがって、導電ペーストに含まれる金属の焼結性が向上し、導体抵抗の低い、しかも信頼性の高い配線導体が形成される。また、ガラスの粘性が低すぎることもないので、ガラスの染み出しが生ずることもない。
【００２２】
配線導体が形成される基板としては、アルミナ基板、ＡｌＮ基板等のセラミック基板等を挙げることができ、基板形態としては、単層基板、複合基板、多層基板のいずれであってもよい。多層基板の場合、配線導体は、表面に形成されていてもよいし、内部に形成されていてもよい。
【００２３】
また、例えば、抵抗体の形成に際して、基板に電極となる導電パターンを形成するが、この導電パターンを前記導体組成物により形成してもよい。この場合にも、前記導電ペーストを印刷し、焼成すればよい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００２５】
＜ルテニウム複合酸化物の作製＞
原料にＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＲｕＯ2を用い、これらを所定量秤量し、ボールミルにて湿式混合を行い、乾燥して混合粉を得た。得られた混合粉を白金坩堝に充填し、１３５０℃で３時間熱処理を行い、それぞれＣａＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3を得た。得られたルテニウム複合酸化物をボールミルにて粉砕、乾燥することでそれぞれの粉末を得た。
【００２６】
＜実験１＞
導電材にＡｇを用い、これに対してＣａＯ系ガラス（軟化点：６５０℃）を５重量％加え、さらに表１に示す配合量でＣａＲｕＯ3を加えた。そして、これらを有機ビヒクル中に分散し、三本ロールにて混練して導体ペーストを得た。得られたペーストを所定形状にスクリーン印刷法にて印刷し、１５０℃、１０分間の乾燥の後、ベルト炉にて８５０℃で１０分間焼き付け、導体組成物を得た。なお、ベルト炉の搬入から搬出までは１時間とした。
【００２７】
以上により得られた導体組成物の抵抗を測定し、抵抗率を算出した。また、ガラスの染み出しを顕微鏡にて確認した。導電材及びガラス組成物の種類、ＣａＲｕＯ3の配合量、及び測定結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2005243578.tif 000002
【００２９】
表１から明らかなように、添加物としてＣａＲｕＯ3を加えることで、無鉛ガラスを使用しても十分に低い抵抗値が達成され、また、ガラスの染み出しも抑制され、信頼性の高い導体組成物とすることができることがわかる。これに対して、ＣａＲｕＯ3を加えていないサンプル１では、十分に低い抵抗値が得られないという不都合が見られた。
【００３０】
＜実験２＞
ＣａＲｕＯ3の代わりにＳｒＲｕＯ3を用い、他は先の実験１と同様にして導体組成物を得た。得られた導体組成物の抵抗を測定し、抵抗率を算出した。また、ガラスの染み出しを顕微鏡にて確認した。導電材及びガラス組成物の種類、ＳｒＲｕＯ3の配合量、及び測定結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
2005243578.tif 000003
【００３２】
表２から明らかなように、添加物としてＳｒＲｕＯ3を加えた場合にも、十分に低い抵抗値が達成され、また、ガラスの染み出しも抑制され、信頼性の高い導体組成物とすることができることがわかる。
【００３３】
＜実験３＞
ガラス組成物としてＳｒＯ系ガラス（軟化点：６００℃）を用い、他は先の実験１と同様にして導体組成物を得た。得られた導体組成物の抵抗を測定し、抵抗率を算出した。また、ガラスの染み出しを顕微鏡にて確認した。導電材及びガラス組成物の種類、ＣａＲｕＯ3の配合量、及び測定結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
2005243578.tif 000004
【００３５】
表３から明らかなように、ガラス組成物としてＳｒＯ系ガラスを用いた場合にも、添加物としてＣａＳｒＲｕＯ3を加えることで、十分に低い抵抗値が達成され、また、ガラスの染み出しも抑制され、信頼性の高い導体組成物とすることができることがわかる。