JP2002216538A

JP2002216538A - 導電ペースト

Info

Publication number: JP2002216538A
Application number: JP2001011030A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yoshikawa; 逸治吉川
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP4005772B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ファインライン印刷が可能で、導電性の高い
皮膜を形成できる導電ペーストを提供する。【解決手段】導電性金属粒子、有機結合剤、溶剤から
なるスクリーン印刷用導電ペーストにおいて、導電性金
属粒子として平均粒径０.２〜５μｍのものを用い、か
つ、導電ペースト中にさらに、導電性粒子の表面電荷と
同符号の表面電荷を有し、かつ、吸油量が０.５ｍｌ／
ｇ以上、比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上である超微粒子を
含有せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波シールド
膜、プリント回路などの配線、カーボン抵抗器などの電
極などとして有用なファインライン印刷が可能で、導電
性の高い皮膜を形成できる導電ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子デバイスの配線や電極などに
使用する導電ペーストとしては、銀（Ag）、銅（Cu）、ニ
ッケル（Ni）、金（Au）、銀−パラジウム（Ag-Pd）など
の金属ペーストが用いられてきた。そして、導電性ペー
ストには、２つのタイプ、すなわち、金属粉末と少量の
ガラスフリット、樹脂結合剤（バインダー）および溶剤
とからなり、成膜後乾燥し、高温で焼成することにより
樹脂バインダーを焼失し、ガラスフリットおよび／また
は含有金属粉末を溶融させることにより膜付けする第１
のタイプと、金属粉末と樹脂バインダーと溶剤からな
り、成膜後乾燥して膜付けするもの、即ち樹脂バインダ
ー中に金属粉末を含有せしめ、金属粉末の粒子間接触に
より導電性を付与するもので成膜後も樹脂バインダーが
残留する第２のタイプとが含まれる。

【０００３】前記２つのタイプの導電ペーストの中で、
後者の低温成膜タイプ（樹脂型タイプ）は、低温で成膜
できるためプラスチックなどの基材にも導電膜を形成で
きるという利点があるが、その導電性は導電粒子の粒子
間接触により得られるため、一般的に前者の高温成膜タ
イプに比べ膜の比抵抗は２桁程高い。そこで、粒子の形
状、大きさ、粒度分布および樹脂バインダーとの配合比
率などを最適化させることにより、得られる膜の導電性
を高める検討がなされている。その主な方策としては、
比較的大きな粒径（数１０ミクロン）のフレーク状の粒
子を配合して、膜形成時の粒子同士の接触部位の減少と
粒子間接触の接触面積の増大を図ることがなされてい
る。これは、膜内抵抗は粒子内抵抗と粒子間抵抗に分か
れるが、抵抗値の高い粒子間抵抗を低減するために、粒
子径を大きくして接触部位を減らそうとするものであ
る。

【０００４】しかし、近年、プリント回路の配線用途な
どでは、数１０ミクロンといった細かな配線パターンが
要求されるようになってきた。これに対し、粒子径を大
きくして粒子間抵抗を低減させる従来の方法では確かに
膜の導電性は向上するものの、スクリーン印刷法により
ライン印刷を行う場合に、ペースト中に内包する導電粒
子が大きいことおよび形状がフレーク状（偏平状）であ
ることのため、メッシュの細かい紗を用いた場合や、数
１０ミクロンといったファインラインの印刷成膜を行な
おうとする場合に目詰まりを起こし、所望するファイン
ラインの印刷は困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の問題点を解決するためになされたものであり、本発
明の目的は、優れた導電性をもつと共に、従来困難であ
った数１０μｍのファインライン成膜を可能とする導電
ペーストを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かくして、本発明によれ
ば、導電性金属粒子、有機結合剤、溶剤からなるスクリ
ーン印刷用導電ペーストにおいて、該導電性金属粒子の
平均粒径が０.２〜５μｍであり、かつ、該導電ペース
トが、さらに、導電性金属粒子の表面電荷と同符号の表
面電荷を有し、かつ、吸油量が０.５ｍｌ／ｇ以上、比
表面積が５０ｍ ^２／ｇ以上である超微粒子を、導電ペー
スト中の全固形分に対して３〜２０体積％含有すること
を特徴とする導電ペーストが提供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳し
く説明する。本発明の導電ペーストに用いられる導電性
金属粒子の種類は、特に限定されるものではないが、A
g、Ag-Pd、Ag-Pt、Au、Pt、Pd、Cu、Niの粒子が好まし
い。また、粒子の形態も格別限定されるものではない。
導電性金属粒子の平均粒径は０．２〜５μｍである。導
電性金属粒子の配合量は、導電ペースト中の全固形分に
対して５０〜７０体積％であることが好ましい。導電性
金属粒子の平均粒径が０．２μｍ未満であったり、その
配合量が過少であると十分な導電性が得られない。逆
に、導電性金属粒子の平均粒径が５μｍを超えるとファ
インラインの印刷が困難になる。また、導電性金属粒子
の配合量が過大であると導電膜の付着力が低くなる。

【０００８】また、有機結合剤としては、蒸発乾燥型あ
るいは熱硬化型の樹脂が用いられ、従来、前記第２のタ
イプ（樹脂型タイプ）の導電性ペーストの調製に用いら
れていた樹脂バインダーが使用できる。樹脂バインダー
としては、例えば、ポリエステル系、アクリル系、エチ
ルセルロースなどのセルロース誘導体系、フェノール
系、エポキシ系の樹脂が挙げられる。バインダーの使用
量は、導電膜の付着力、導電性およびファインライン印
刷適性のバランスのうえから、導電ペースト中の全固形
分に対して２０〜４０体積％であることが好ましい。溶
剤としては、スクリーン印刷用として比較的高沸点で蒸
気圧の高い溶剤が用いられ、例えばブチルカルビトール
アセテート、テルピネオール、エチルカルビトール、メ
ンタノールなどが挙げられる。

【０００９】本発明の導電ペーストでは、さらに導電ペ
ースト中に含有される導電性粒子の表面電荷と同符号の
表面電荷を有し、かつ吸油量が０.５ｍｌ／ｇ以上で、
比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上である超微粒子を導電ペー
スト中に含有させる。導電性金属粒子および超微粒子の
表面電荷は、水中に懸濁させ直流電圧を負荷した際の粒
子移動（電気泳動）方向により簡易に測定することがで
きる。表面正電荷を有する粒子としては、例えば、アル
ミナ、マグネシア、酸化亜鉛などが挙げられる。また、
表面負電荷を有する粒子としては、例えばシリカ、チタ
ニア、ジルコニアなどが挙げられる。導電性金属粒子と
異符合の表面電荷を有する超微粒子を用いた場合は、超
微粒子は導電性金属粒子の表面にヘテロ凝集するため、
導電性金属粒子間の接触を妨げ導電性を悪化させる。

【００１０】ここで吸油量とは、超微粒子を含有させる
導電ペースト中の溶剤を使用し、ＪＩＳＫ５１０１に
準拠して測定した値をいう。このような超微粒子を含有
させることにより、成膜後乾燥時にヘテロ凝集を起こさ
せることなく乾燥収縮を助長させることができ、これに
より粒子間接触を強固のものとし、結果として膜の導電
性を向上させることができる。吸油量が０.５ｍｌ／ｇ
未満であると、乾燥収縮効果が発揮されず、印刷ライン
の巾が大きくなる。吸油量は１ｍｌ／ｇ以上であること
が好ましい。吸油量に格別上限はないが、一般に、入手
し易さ、取扱性からみて吸油量５ｍｌ／ｇ以下のものが
好ましく用いられる。使用される超微粒子の比表面積は
５０ｍ2／ｇ以上、好ましくは１００ｍ2／ｇ以上であ
る。比表面積が５０ｍ^２／ｇ未満であると、乾燥収縮効
果が小さく、印刷ラインの巾が大きくなる。比表面積に
格別上限はないが、一般に、入手し易さ、取扱性からみ
て比表面積１,０００ｍ^２／ｇ以下のものが好ましく用
いられる。また、使用される超微粒子の粒径は格別重要
ではないが、概して、吸油量および比表面積と関連を有
し、吸油量０.５ｍｌ／ｇ以上、比表面積５０ｍ2／ｇ以
上の超微粒子には、通常一次粒子径０.１μｍ以下のも
のが多い。好ましい一次粒子径は０.０１〜０.１μｍの
範囲である。

【００１１】また、該超微粒子は、導電ペースト中の全
固形分に対して３〜２０体積％となるように配合する。
５〜１０体積％配合することが好ましい。３体積％より
少ないと超微粒子配合による乾燥収縮が小さくなり、こ
のため導電粒子間接触を強化することができず、膜の導
電性向上の効果を発揮することができない。また、２０
体積％を超えると乾燥収縮効果は向上するが配合超微粒
子量が多すぎて逆に導電粒子間接触が阻害される。

【００１２】これらの導電性金属粒子、有機結合剤、溶
剤、導電性粒子の表面電荷と同符号の表面電荷を有し、
かつ、吸油量が０.５ｍｌ／ｇ以上、比表面積が５０ｍ2
／ｇ以上である超微粒子を常法に従って混合することに
より本発明の導電ペーストが得られる。例えば、有機結
合剤を溶剤に加え、加熱、攪拌して溶解し、この溶液に
所定量の導電性金属粒子、所定量の導電性粒子の表面電
荷と同符号の表面電荷を有し、かつ、吸油量が０.５ｍ
ｌ／ｇ以上、比表面積が５０ｍ2／ｇ以上である超微粒
子および必要に応じ溶剤を配合し、予備混錬を行った
後、３本ロールミルを用いて均一混錬、分散することに
より、導電ペーストが得られる。

【００１３】（実施例１）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）５９.８８重量部とアルミナ超微粒子（日本
エアロジル製、Al2O3-C、平均一次粒子径：１３ｎｍ、
比表面積：１００ｍ2／ｇ）２.７６重量部をエチルセル
ロース（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％の
テルピネオール溶液２８.２４重量部に配合、予備混錬
し、さらにテルピネオール９.１２重量部を添加し、３
本ロールミルにより十分混錬して導電ペーストを得た。
ペースト中の固形分は全ペースト中の２０体積％であ
り、固形分中の銀粉、アルミナ超微粒子およびエチルセ
ルロースはそれぞれ６０体積％、１０体積％および３０
体積％であった。用いた銀粉およびアルミナ超微粒子は
電気泳動試験より測定したところ表面正電荷を有してい
た。また、アルミナ超微粒子のテルピネオール吸油量は
１.３２ｍｌ／ｇであった。

【００１４】この導電ペーストを用い１２５μｍ厚の透
明ポリエチレンテレフタレートフィルム上に下記のスク
リーン印刷試験を行った。スクリーンマスク：メッシュ：ＳＴ-４００、乳剤厚：
１０μｍ、枠サイズ：３２０ｍｍ×３２０ｍｍ、マスク
パターン構造：ライン幅／スペース幅（μｍ）=30／3
0、40／40、50／50、60／60、70／70、80／80、100／10
0、120／120、150／150、200／200の縦横ストライプラ
イン、１００ｍｍ×１００ｍｍのベタパターン印刷機：マイクロ・テック製スクリーン印刷機、ＭＴ−
３２０印刷条件：クリアランス：２ｍｍ、印圧：３ｋｇ／ｃｍ
2、背圧：１.３ｋｇ／ｃｍ2、スキージ速度：２０ｍｍ
／ｓｅｃ、スキージゴムアタック角度：７０°、スクレ
ッパ圧：２.５ｋｇ／ｃｍ2、スクレッパ速度：３０ｍｍ
／ｓｅｃ乾燥条件：１５０℃に設定したオーブン中に１０分間投
入し乾燥した。印刷膜の評価：得られたストライプライン印刷画像を光
学顕微鏡にて観察し、印刷ダレやペーストの目詰まりに
よるスペース部分の欠如やライン切れがなくなるＬ／Ｓ
（ライン幅／スペース幅）値の下限値を解像度とした。
また、表面粗さ計による膜厚測定と４探針法によるシー
ト抵抗値測定により膜の比抵抗を測定した。得られた結
果を表１に示す。

【００１５】（実施例２）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）５９.０８重量部とアルミナ超微粒子（日本
エアロジル製、Al2O3-C、平均一次粒子径：１３ｎｍ、
比表面積：１００ｍ2／ｇ）４.８９重量部をエチルセル
ロース（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％の
テルピネオール溶液２０.４２重量部に配合、予備混錬
し、さらにテルピネオール１５.６０重量部を添加し、
３本ロールミルにより十分混錬して導電ペーストを得
た。ペースト中の固形分は全ペースト中の２０体積％で
あり、固形分中の銀粉、アルミナ超微粒子およびエチル
セルロースはそれぞれ６０体積％、１８体積％および２
２体積％であった。用いた銀粉およびアルミナ超微粒子
は電気泳動試験より測定したところ表面正電荷を有して
いた。また、アルミナ超微粒子のテルピネオール吸油量
は１.３２ｍｌ／ｇであった。得られたペーストを用い
実施例１と同様に印刷試験を行い、得られた印刷膜の評
価をした。結果を表１に示す。

【００１６】（実施例３）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）６０.６１重量部とアルミナ超微粒子（日本
エアロジル製、Al2O3-C、平均一次粒子径：１３ｎｍ、
比表面積：１００ｍ2／ｇ）０.８４重量部をエチルセル
ロース（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％の
テルピネオール溶液３５.２４重量部に配合、予備混錬
し、さらにテルピネオール３.３２重量部を添加し、３
本ロールミルにより十分混錬して導電ペーストを得た。
ペースト中の固形分は全ペースト中の２０体積％であ
り、固形分中の銀粉、アルミナ超微粒子およびエチルセ
ルロースはそれぞれ６０体積％、３体積％および３７体
積％であった。用いた銀粉およびアルミナ超微粒子は電
気泳動試験より測定したところ表面正電荷を有してい
た。また、アルミナ超微粒子のテルピネオール吸油量は
１.３２ｍｌ／ｇであった。得られたペーストを用い実
施例１と同様に印刷試験を行い、得られた印刷膜の評価
をした。結果を表１に示す。

【００１７】（実施例４）金粉（昭栄化学工業製、Au-314、平均粒子径：１.２μ
ｍ、形状：粒状）７３.２９重量部とアルミナ超微粒子
（日本エアロジル製、Al2O3-C、平均一次粒子径：１３
ｎｍ、比表面積：１００ｍ2／ｇ）１.８４重量部をエチ
ルセルロース（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重
量％のテルピネオール溶液１８.８１重量部に配合、予
備混錬し、さらにテルピネオール６.０６重量部を添加
し、３本ロールミルにより十分混錬して導電ペーストを
得た。ペースト中の固形分は全ペースト中の２０体積％
であり、固形分中の銀粉、アルミナ超微粒子およびエチ
ルセルロースはそれぞれ６０体積％、１０体積％および
３０体積％であった。用いた金粉およびアルミナ超微粒
子は電気泳動試験より測定したところ表面正電荷を有し
ていた。また、アルミナ超微粒子のテルピネオール吸油
量は１.３２ｍｌ／ｇであった。得られたペーストを用
い実施例１と同様に印刷試験を行い、得られた印刷膜の
評価をした。結果を表１に示す。

【００１８】（比較例１）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）５９.８８重量部とエチルセルロース（日新
化成製、EC（100cP））１１.１１重量％のテルピネオー
ル溶液３７.６５重量部に配合、予備混錬し、さらにテ
ルピネオール４.５６重量部を添加し、３本ロールミル
により十分混錬して導電ペーストを得た。ペースト中の
固形分は全ペースト中の２０体積％であり、固形分中の
銀粉およびエチルセルロースはそれぞれ６０体積％、４
０体積％である。得られたペーストを用い実施例１と同
様に印刷試験を行い、得られた印刷膜の評価をした。結
果を表１に示す。

【００１９】（比較例２）銀粉（同和鉱業製、FA-6-7、平均粒子径：８.５μｍ、
形状：フレーク状）５９.８８重量部とエチルセルロー
ス（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％のテル
ピネオール溶液３７.６５重量部に配合、予備混錬し、
さらにテルピネオール４.５６重量部を添加し、３本ロ
ールミルにより十分混錬して導電ペーストを得た。ペー
スト中の固形分は全ペースト中の２０体積％であり、固
形分中の銀粉およびエチルセルロースはそれぞれ６０体
積％、４０体積％であった。得られたペーストを用い実
施例１と同様に印刷試験を行い、得られた印刷膜の評価
をした。結果を表１示す。

【００２０】（比較例３）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）５９.８８重量部とシリカ超微粒子（日本エ
アロジル製、AEROSIL130、平均一次粒子径：１６ｎｍ、
比表面積：１３０ｍ2／ｇ）２.０９重量部をエチルセル
ロース（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％の
テルピネオール溶液２８.２４重量部に配合、予備混錬
し、さらにテルピネオール９.１２重量部を添加し、３
本ロールミルにより十分混錬して導電ペーストを得た。
ペースト中の固形分は全ペースト中の２０体積％であ
り、固形分中の銀粉、シリカ超微粒子およびエチルセル
ロースはそれぞれ６０体積％、１０体積％および３０体
積％であった。電気泳動試験より測定したところ、用い
た銀粉は表面正電荷を有し、シリカ超微粒子は表面負電
荷を有していた。また、シリカ超微粒子のテルピネオー
ル吸油量は２.１２ｍｌ／ｇであった。得られたペース
トを用い実施例１と同様に印刷試験を行い、得られた印
刷膜の評価をした。結果を表１に示す。

【００２１】（比較例４）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）５８.６８重量部とアルミナ超微粒子（日本
エアロジル製、Al2O3-C、平均一次粒子径：１３ｎｍ、
比表面積：１００ｍ2／ｇ）５.９４重量部をエチルセル
ロース（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％の
テルピネオール溶液１６.６０重量部に配合、予備混錬
し、さらにテルピネオール１８.７７重量部を添加し、
３本ロールミルにより十分混錬して導電ペーストを得
た。ペースト中の固形分は全ペースト中の２０体積％で
あり、固形分中の銀粉、アルミナ超微粒子およびエチル
セルロースはそれぞれ６０体積％、２２体積％および１
８体積％であった。用いた銀粉およびアルミナ超微粒子
は電気泳動試験より測定したところ表面正電荷を有して
いた。また、アルミナ超微粒子のテルピネオール吸油量
は１.３２ｍｌ／ｇであった。得られたペーストを用い
実施例１と同様に印刷試験を行い、得られた印刷膜の評
価をした。結果を表１に示す。

【００２２】（比較例５）銀粉（同和鉱業製、Ag-1S、平均粒子径：０.９μｍ、形
状：粒状）５９.８８重量部とアルミナ微粒子（大明化
学工業製、TM-DR、平均一次粒子径：１００ｎｍ、比表
面積：１５ｍ2／ｇ）２.７６重量部をエチルセルロース
（日新化成製、EC（100cP））１１.１１重量％のテルピ
ネオール溶液２８.２４重量部に配合、予備混錬し、さ
らにテルピネオール９.１２重量部を添加し、３本ロー
ルミルにより十分混錬して導電ペーストを得た。ペース
ト中の固形分は全ペースト中の２０体積％であり、固形
分中の銀粉、アルミナ超微粒子およびエチルセルロース
はそれぞれ６０体積％、１０体積％および３０体積％で
ある。用いた銀粉およびアルミナ微粒子は電気泳動試験
より測定したところ表面正電荷を有し、アルミナ微粒子
のテルピネオール吸油量は０.２５ｍｌ／ｇであった。
得られたペーストを用い実施例１と同様に印刷試験を行
い、得られた印刷膜の評価をした。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例１〜４に示されるように、本発明の
導電ペーストを用いると４０〜５０μｍのファインライ
ンの印刷が可能となり、しかも導電性も比抵抗値として
約１×１０−４という優れた導電性が得られる。一
方、比較例１の粒状の銀粉のみを使用し、吸油量の大き
い超微粒子を配合しない導電ペーストでは、得られるラ
インの幅が６０μｍと大きくなり、求められる細いライ
ン幅を得ることができず、また導電性も２×１０−４
と低下する。また、比較例２では、平均粒子径の大きい
フレーク状の銀粉を使用したために導電性は、要求特性
を満足するものとなっているが、得られるラインの幅が
１２０μｍとなり、また、吸油量の大きい超微粒子を含
まないため、求められる細いライン幅を得ることはでき
ない。比較例３では、表面正電荷をもつ銀粉に対し、表
面負電荷をもつシリカ超微粒子を導電ペースト中に含有
させたため、得られるラインの幅が大きくなると共にシ
リカ超微粒子が導電粒子の表面にヘテロ凝集し導電粒子
間の接触を妨げるため、導電性が悪化している。比較例
４では、吸油量の大きいアルミナ超微粒子を２２体積％
と多量に配合したため、乾燥収縮効果は向上し、得られ
るラインの幅は４０μｍとなっているが、配合超微粒子
量が多すぎて逆に導電粒子間接触が阻害されるため導電
性が大きく悪化している。比較例５では、吸油量の少な
いアルミナ粒子を使用したため、乾燥収縮効果が発揮さ
れず、得られるラインの幅が１００μｍと解像度が大き
く劣っている。

【００２５】

【発明の効果】導電性金属粒子、有機結合剤、溶剤から
なるスクリーン印刷用導電ペーストにおいて、本発明に
従って、導電性金属粒子として平均粒径の小さなものを
用い、かつ、さらに、吸油量の大きい超微粒子を導電ペ
ースト中に配合することによって、優れた導電性をもつ
とともに、従来困難であった数１０μｍのファインライ
ン成膜が可能な導電ペーストが得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性金属粒子、有機結合剤、溶剤から
なるスクリーン印刷用導電ペーストにおいて、該導電性
金属粒子の平均粒径が０.２〜５μｍであり、かつ、該
導電ペーストが、さらに、導電性金属粒子の表面電荷と
同符号の表面電荷を有し、かつ、吸油量が０.５ｍｌ／
ｇ以上、比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上である超微粒子
を、導電ペースト中の全固形分に対して３〜２０体積％
含有することを特徴とする導電ペースト。
【請求項２】前記導電性金属粒子が、Ag、Ag-Pd、Ag-
Pt、Au、Pt、Pd、Cu、Niの中から選ばれた少なくとも１
種である請求項１に記載の導電ペースト。