JP2001236826A

JP2001236826A - 導電性ペースト

Info

Publication number: JP2001236826A
Application number: JP2000047209A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Adachi; 良典安達
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】はんだに対するはんだ濡れ性や接着強度特性
に優れ、しかもはんだ喰われ性にも優れた導電性ペース
トを提供すること。【解決手段】銀粉末を主成分とし０．５重量％以下の
パラジウム若しくは白金粉末の少なくとも一方を含む金
属粉末、ビヒクル、および、無機成分を有する導電性ペ
ーストであって、上記ビヒクルが、ブチルカルビトー
ル、ターピネオール、ロジン系樹脂、エチルセルロース
および酸化ポリエチレンで構成されていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路、電子部
品等における厚膜導体の形成に用いられる導電性ペース
トに係り、特に、はんだに対するはんだ濡れ性や接着強
度特性に優れ、しかもはんだ喰われ性にも優れた導電性
ペーストの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子回路や電子部品の製造においては、
これに用いる回路若しくは部品基板に導電部として厚膜
導体を形成する場合が多い。図２は電子部品としてのチ
ップ抵抗器を示しており、このチップ抵抗器１は、セラ
ミック等から成る部品基板１０と、この部品基板１０端
部の周辺に設けられた端子電極１１と、部品基板１０面
上に設けられた抵抗体１２と、この抵抗体１２表面上に
設けられた保護膜１３とでその主要部が構成されてい
る。そして、この種のチップ抵抗器は、上記部品基板１
０面上に抵抗体１２としての厚膜抵抗体を形成し、その
端部に端子電極１１としての厚膜導体を形成することに
より製造されている。また、上記厚膜導体は、金属粉
末、ビヒクルおよびガラス粉末等の無機成分を有する導
電性ペーストをスクリーン印刷若しくはディッピング等
により部品基板や素体に塗布し、乾燥させ、焼成するこ
とにより形成されている。また、上記金属粉末として
は、従来、銀粉末単体、または、銀粉末を主成分としパ
ラジウム若しくは白金粉末の少なくとも一方を含む複合
粉末が使用されている。

【０００３】この様な電子部品において、チップ抵抗器
のように回路基板の回路配線に抵抗器が直接マウントさ
れる場合、接着剤として適用されるはんだとの濡れ性を
向上させる目的で、焼成後の上記厚膜導体表面に電解メ
ッキ法等によりニッケルメッキやはんだメッキを施すこ
とが通常であった。そして、厚膜導体表面に設けられた
はんだメッキ等を介し上記回路配線に組込まれている。

【０００４】他方、アキシャル型の抵抗ネットワークの
ようにリードを介して上記回路配線に組込まれるタイプ
では、予めリードにはんだメッキが施されているため、
焼成後の上記厚膜導体表面にメッキが施されず厚膜導体
表面は露出している。そして、リードのはんだを介し上
記リードと直接接合されて回路配線に組込まれる。

【０００５】従って、上記アキシャル型の抵抗ネットワ
ークのように焼成後の厚膜導体表面がメッキされずに露
出した状態で使用される場合、導電性ペーストにより形
成される上記厚膜導体には、リード等に施されたはんだ
に対するはんだ濡れ性や接着強度特性が要求され、更
に、以下に述べるようなはんだ喰われ性に優れているこ
とが要求される。

【０００６】ところで、金属粉末、ビヒクルおよびガラ
ス粉末等の無機成分を有する導電性ペーストを用いて、
例えばスクリーン印刷により厚膜導体を形成する場合、
図３(Ａ)に示すように基板１０上に形成された乾燥工程
前のペースト膜２はその中央部が周辺部より窪んだ形状
になり易い。これは、スクリーン印刷においてスクリー
ンパターンのエッジ部分(形成されるペースト膜周辺部
に対応する)は、ペーストエマルジョンがスキージの印
圧に押し潰されることなく所定の膜厚を確保するのに対
し、スクリーンパターンの中央部分(形成されるペース
ト膜中央部に対応する)は、スキージの印圧により押し
潰されて所定の膜厚より薄くなり易いからであった。

【０００７】そして、その中央部が周辺部より窪んだ形
状のペースト膜では、乾燥工程で熱が加わった場合、ペ
ースト膜が流動性を示すことに起因して上記エッジ部分
が広がる傾向を示し、この結果、焼結後の厚膜導体３の
断面形状が図３(Ｂ)に示すような形状、すなわち中央部
の膜厚に較べて周辺部の膜厚が極端に薄くなり(中央部
の膜厚より５０〜１０％薄い)かつ周辺部面積が広がる
形状になり易かった。

【０００８】この様な形状の厚膜導体表面が熔融はんだ
により覆われた場合、厚膜導体のはんだとの導通面積が
小さくなって導通不良を引起こし易い問題があった。

【０００９】すなわち、厚膜導体表面が熔融はんだによ
り覆われた場合、その界面において厚膜導体内の銀成分
が熔融はんだ側に熔け出す現象が知られている。

【００１０】そして、中央部の膜厚に較べその周辺部が
極端に薄い厚膜導体においては、膜厚の薄い周辺部にお
いて銀成分が相対的に不足する領域が形成されてしま
い、その分、はんだとの導通面積が小さくなって導通不
良を引起こすためであった。

【００１１】尚、厚膜導体内の銀成分がはんだ側に熔け
出す結果、はんだとの導通面積が小さくなる現象をはん
だ喰われ性と称しており、はんだ喰われ性に優れた導電
性ペーストとは上記現象が起こり難いものを言う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、導電性ペー
スト内の金属粉末として銀粉末に加え上述したパラジウ
ム若しくは白金粉末を配合した場合、厚膜導体内におい
て銀−パラジウム若しくは銀−白金の合金が形成される
ため、その分、はんだ側への銀成分の熔け出しを抑制で
きることからはんだ喰われ性を改善することは可能であ
る。

【００１３】しかしながら、パラジウムや白金粉末は銀
粉末に較べてコスト的に高価なため、安価な導電性ペー
ストを提供するに際しては上記パラジウムや白金粉末の
配合量はできる限り少ない方が望ましい。

【００１４】そこで、本発明の解決すべき課題とすると
ころは、パラジウムや白金粉末の配合割合が少なく、し
かもはんだ喰われ性に優れた導電性ペーストを提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、この様な課題を
解決するため本発明者が鋭意研究を続けた結果、導電性
ペースト内のビヒクル成分について、ブチルカルビトー
ル、ターピネオール、ロジン系樹脂、エチルセルロース
および酸化ポリエチレンで構成した場合、導電性ペース
トに要求される特性(電気的特性、はんだ濡れ性や接着
強度特性等)を維持したまま焼結後における厚膜導体の
周辺部膜厚が中央部膜厚に較べて薄くなり難くかつ周辺
部面積も大きくなり難い(すなわち、はんだ喰われ性の
改善が図れる)ことを見出すに至った。本発明はこの様
な技術的発見に基づき完成されたものである。

【００１６】すなわち、請求項１に係る発明は、銀粉末
を主成分とし０．５重量％以下のパラジウム若しくは白
金粉末の少なくとも一方を含む金属粉末、ビヒクル、お
よび、無機成分を有する導電性ペーストを前提とし、上
記ビヒクルが、ブチルカルビトール、ターピネオール、
ロジン系樹脂、エチルセルロースおよび酸化ポリエチレ
ンで構成されていることを特徴とし、請求項２に係る発
明は、請求項１記載の発明に係る導電性ペーストを前提
とし、ブチルカルビトールが２．０〜６．０重量％、タ
ーピネオールが７．０〜１５．０重量％、ロジン系樹脂
が１．０〜２．０重量％、エチルセルロースが１．０〜
２．５重量％および酸化ポリエチレンが０．０１〜３．
０重量％の範囲に設定されていることを特徴とするもの
である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１８】まず、本発明においてビヒクルの構成をブ
チルカルビトール、ターピネオール、ロジン系樹脂、エ
チルセルロースおよび酸化ポリエチレンの組合わせに設
定した理由は以下の通りである。

【００１９】すなわち、従来の導電性ペーストにおいて
は、上記ビヒクルとしてブチルカルビトール、ターピネ
オール、ロジン系樹脂およびエチルセルロースの組合わ
せが適用されていた。

【００２０】そして、上記ビヒクル、金属粉末、ガラス
粉末等の無機成分を有する従来の導電性ペーストを用い
て厚膜導体を形成した場合、上述したようにペースト膜
が流動性を示すことに起因してペースト膜のエッジ部分
が広がる傾向を示し、焼結後における厚膜導体の断面形
状が中央部の膜厚に較べ周辺部の膜厚が極端に薄くなり
かつ周辺部面積が広がる形状になり易かった。

【００２１】上記ペースト膜におけるエッジ部分の広が
りはペースト自体の粘性に大きく左右され、チクソ性が
低ければ顕著となり、チクソ性が高ければ緩慢となる。

【００２２】このペースト自体の粘性を左右するのは、
上記金属粉末と無機成分の含有量と粒度、および、有機
成分の粘性である。

【００２３】しかし、本発明に係る導電性ペーストに要
求される各種特性(電気的特性、はんだ濡れ性、接着強
度特性、印刷特性等)から、上記金属粉末については銀
粉末を主成分とし０．５重量％以下のパラジウム若しく
は白金粉末の少なくとも一方を含む金属粉末に特定さ
れ、また、ガラス粉末等無機成分についても焼成後の緻
密な厚膜導体を形成させるため従来のものと同一のもの
が適用される。

【００２４】そこで、本発明においては有機成分である
ビヒクルを調整し、従来のビヒクル成分(ブチルカルビ
トール、ターピネオール、ロジン系樹脂およびエチルセ
ルロース)に酸化ポリエチレンを追加することにより、
導電性ペーストに要求される上記特性を維持したまま、
焼結後における厚膜導体の周辺部膜厚が中央部膜厚に較
べて薄くなり難くかつ周辺部面積も大きくなり難い特性
を実現している。

【００２５】図１(Ａ)は、本発明に係る導電性ペースト
を用いて基板１０上に形成した乾燥工程前におけるペー
スト膜２の断面を摸式的に示す説明図である。そして、
ビヒクル内に配合された酸化ポリエチレンの作用により
チクソ性が高くなり、ペースト膜２中央部の窪みが従来
のものより小さくなっている。

【００２６】また、図１(Ｂ)は、焼結後における厚膜導
体３の断面を摸式的に示す説明図である。そして、ビヒ
クル内に配合された酸化ポリエチレンの作用によりペー
スト膜の乾燥工程時におけるエッジ部分の広がりが抑制
されるため、焼結後における厚膜導体３の周辺部膜厚が
中央部膜厚と同等となり、かつ、従来のものに較べて周
辺部面積も小さくなっている。

【００２７】このため、図１(Ｂ)に示すような形状の厚
膜導体３表面が熔融はんだにより覆われた場合、膜厚の
薄い周辺部が少ない分、銀成分が相対的に不足する領域
が形成され難い(すなわち、はんだ喰われ性に優れてい
る)ことからはんだとの導通面積が確保され、従来のよ
うに導通不良を起こすことがない。

【００２８】本発明に係る導電性ペーストにおいて上記
金属粉末としての銀粉末、パラジウム粉末、白金粉末と
しては、粒径０．１〜１．０μmの銀粉末、粒径０．０
１〜０．３μmのパラジウム、白金粉末が例示され、ま
た、その配合割合についても、銀粉末が７０．０〜７
７．０重量％、パラジウム若しくは白金粉末が０．５重
量％以下の数値が例示される。

【００２９】また、焼成後における緻密な厚膜導体の形
成を可能にさせる上記無機成分としては、ガラス粉末、
酸化ニッケル、酸化ビスマス、酸化銅、酸化亜鉛が例示
され、また、その配合割合についても、ガラス粉末、酸
化ニッケル、酸化ビスマス、酸化銅、酸化亜鉛の各々が
０．１〜１．０重量％の数値が例示される。

【００３０】次に、上記ビヒクルの配合割合について
は、導電性ペーストの印刷適性や上記チクソ性等を考慮
して任意に設定されるが、好ましくは、ブチルカルビト
ールが２．０〜６．０重量％、ターピネオールが７．０
〜１５．０重量％、ロジン系樹脂が１．０〜２．０重量
％、エチルセルロースが１．０〜２．５重量％および酸
化ポリエチレンが０．０１〜３．０重量％の範囲に設定
(請求項２)するとよい。

【００３１】尚、上記酸化ポリエチレンの好ましい配合
割合が０．０１〜３．０重量％になっている理由は、
０．０１重量％未満であると酸化ポリエチレン添加の効
果が十分でない場合があり、３．０重量％を超えると得
られる導電性ペーストがゲル化してしまう場合があるか
らである。

【００３２】

【実施例】［実施例］以下の表１と表２に記載した組成
を内容とする各成分を混練機を使用して混練し、実施例
に係る導電性ペーストを得た。

【００３３】この導電性ペーストを用い、６００μｍの
ラインパターンと２ｍｍ角パットの２５０メッシュスク
リーンでセラミック基板上に印刷し、かつ、赤外乾燥機
によりピーク温度１２０℃、５分間の条件で乾燥した
後、トンネル型ベルト焼成炉にてピーク温度８５０℃、
９分間の条件で焼成して膜厚１０μｍの焼成体(角パッ
ト、ラインパターン)を得た。

【００３４】そして、得られた焼成体(角パット、ライ
ンパターン)を用いて以下に述べる評価・測定方法に従
い、「形状」、「外観」、「はんだ濡れ性」、「はんだ
喰われ性」、「シート抵抗(１０μｍ換算抵抗値)」およ
び「接着強度」をそれぞれ評価・測定すると共に、得ら
れた上記導電性ペーストの「粘度比(粘度性)」も測定し
た。結果を以下の表３に示す。

【００３５】［比較例１〜２］以下の表１と表２に記載
した組成を内容とする各成分を混練機を使用して混練
し、比較例１〜２に係る導電性ペーストを得た。

【００３６】そして、得られた各比較例に係る導電性ペ
ーストを用いて実施例と同様の評価・測定を行なった。
この結果についても以下の表３に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】「評価・測定方法」 (1)形状の測定２ｍｍ角パットパターンの形状測定は表面粗さ計で行な
い、パターン周辺部(端部)がパターン中央部と較べて薄
くなっているか否かについて調べた。 (2)外観の評価２ｍｍ角パットパターンの外観評価は電子顕微鏡で観察
し、導電性ペーストで形成された厚膜導体が緻密な膜か
否かを評価した。 (3)はんだ濡れ性の評価実施例並びに比較例に係る導電性ペーストで形成された
厚膜導体(角パット)のサンプルを２３５℃±５℃の３７
Ｐｂ／６３Ｓｎはんだ浴に３秒浸漬し、厚膜導体(角パ
ット)の外観を観察し、表面が均一にはんだで覆われて
いるものを○、一部はんだがはがれているものを×で評
価した。 (4)はんだ喰われ性の評価実施例並びに比較例に係る導電性ペーストで形成された
焼成後における厚膜導体(２ｍｍ角パットパターン)の面
積(Ｓ１)を測定し、かつ、上記厚膜導体のサンプルを２
３５℃±５℃の３７Ｐｂ／６３Ｓｎはんだ浴に６秒間づ
つ２回浸漬し、浸漬後の厚膜導体(２ｍｍ角パットパタ
ーン)の面積(Ｓ２)を工場顕微鏡で測定する。そして、
（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１×１００をはんだ喰われ率とし、
この値の大小ではんだ喰われ性を評価した。

【００３９】尚、焼成後における厚膜導体は金属粉末が
主成分となっているため(焼成処理によりビヒクル成分
が無くなるため)、はんだ側へ厚膜導体内の銀成分が熔
け出してしまうとその部位は無くなることから厚膜導体
(２ｍｍ角パットパターン)の面積(Ｓ２)は上記面積(Ｓ
１)より小さくなる。 (5)抵抗値の測定シート抵抗については、上記焼成体(ラインパターン)を
用い６００μｍライン幅の長さ６０ｍｍラインをデジタ
ルマルチメータで測定し、１０μｍ換算した値を抵抗値
とした。 (6)接着強度の測定上記厚膜導体(角パット)のサンプルを２３５℃±５℃の
３７Ｐｂ／６３Ｓｎはんだ浴に５秒浸漬し、かつ、この
厚膜導体(角パット)に対し上記はんだを介して直径０．
６５ｍｍのＳｎメッキ銅線をはんだ付けし、初期の引っ
張り強度と、１５０℃、４８時間後のエージング強度に
ついて測定する。そして、初期強度が６０Ｎ(ニュート
ン)、エージング強度が３０Ｎ(ニュートン)を基準とし
てこれ等以上の数値を有するものを○で評価した。 (7)粘度比(粘度性)の測定実施例並びに比較例に係る導電性ペーストに対してＢ型
の粘度計を用い１回転から１００回転のシアホースを測
定し、測定した１回転の値を１００回転の値で除算した
値を粘度比として評価した。

【００４０】

【表３】「考察」１．実施例と比較例１の構成成分を比較した場合、ペー
スト中の金属粉末成分と無機成分は同一であるがビヒク
ル成分のみが相違している。

【００４１】しかし、この組成の違いに起因して、実施
例においてはパターン周辺部(端部)がパターン中央部と
較べて薄くなっていないのに対し比較例１においては薄
くなっており(表３の形状の欄参照)、かつ、はんだ喰わ
れ率が実施例では１０％であるのに対し比較例１では２
５％となっている。

【００４２】従って、ビヒクル中に酸化ポリエチレンを
配合することによりはんだ喰われ性が著しく改善される
ことが確認される。２．次に、実施例と比較例２の構成
成分を比較した場合、比較例２では高価なパラジウム粉
末が１．５重量％配合されているのに対し実施例では
０．５重量％である点、および、実施例ではビヒクル中
に酸化ポリエチレンが配合されているのに対し比較例２
では配合されていない点において相違する。

【００４３】そして、比較例２においてはパラジウム粉
末が多く配合されたことに起因してそのはんだ喰われ率
が比較例１より改善(１５％)されているが確認される。

【００４４】しかし、実施例のはんだ喰われ率(１０％)
よりは劣っており、かつ、外観特性並びに接着強度特性
が比較例１よりも劣っていることが確認される。

【００４５】

【発明の効果】請求項１〜２記載の発明に係る導電性ペ
ーストによれば、銀粉末を主成分とし０．５重量％以下
のパラジウム若しくは白金粉末の少なくとも一方を含む
金属粉末、ビヒクル、および、無機成分を有すると共
に、上記ビヒクルが、ブチルカルビトール、ターピネオ
ール、ロジン系樹脂、エチルセルロースおよび酸化ポリ
エチレンで構成されているため、形成されたペースト膜
の乾燥工程時におけるエッジ部分の広がりを抑制するこ
とが可能となる。

【００４６】従って、電気的特性、はんだ濡れ性、接着
強度特性、印刷特性等導電性ペーストにおける各特性を
維持したまま、はんだ喰われ性の改善を図ることができ
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(Ａ)〜(Ｂ)は本発明に係る導電性ペースト
を適用して厚膜導体を形成する工程を摸式的に示す説明
図。

【図２】電子部品であるチップ抵抗器の一部切欠き斜視
図。

【図３】図３(Ａ)〜(Ｂ)は従来の導電性ペーストを適用
して厚膜導体を形成する工程を摸式的に示す説明図。

【符号の説明】

２ペースト膜３厚膜導体１０基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銀粉末を主成分とし０．５重量％以下のパ
ラジウム若しくは白金粉末の少なくとも一方を含む金属
粉末、ビヒクル、および、無機成分を有する導電性ペー
ストにおいて、上記ビヒクルが、ブチルカルビトール、ターピネオー
ル、ロジン系樹脂、エチルセルロースおよび酸化ポリエ
チレンで構成されていることを特徴とする導電性ペース
ト。
【請求項２】ブチルカルビトールが２．０〜６．０重量
％、ターピネオールが７．０〜１５．０重量％、ロジン
系樹脂が１．０〜２．０重量％、エチルセルロースが
１．０〜２．５重量％および酸化ポリエチレンが０．０
１〜３．０重量％の範囲に設定されていることを特徴と
する請求項１記載の導電性ペースト。