JP2002260443A

JP2002260443A - 導電ペースト

Info

Publication number: JP2002260443A
Application number: JP2001053439A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kikuchi; 純一菊池; 秀次 ▲桑▼島; Hideji Kuwajima
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】はんだ付け性に優れる導電ペーストを提供す
る。【解決手段】バインダ及び導電粉を含み、かつ導電粉の
形状が略球状で、そのタップ密度が４．５〜６．２ｇ／
ｍｍ³及び相対密度が５０〜６８％である導電ペース
ト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品、回路配
線材料、電極材料、導電接合材料として使用され、直接
はんだ付けをすることが可能な導電ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の導電ペーストは、電子材料、１９
９４年１０月号の４２〜４６項に記載されているよう
に、金、銀、銅、カーボン等の導電性粉末を用い、それ
にバインダ、有機溶剤及び必要に応じて添加剤を加えて
ペースト状に混合して作製していた。特に高導電性が要
求される分野では、金粉又は銀粉が一般的に用いられて
いた。

【０００３】銀粉を含有する導電ペーストは、導電性が
良好なことから印刷配線板、電子部品等の電気回路や電
極の形成に使用されているが、これらは高温多湿の雰囲
気下で電解が印可されると、電気回路や電極にマイグレ
ーションと称する銀の電析が生じ電極間又は配線間が短
絡するという欠点が生じる。このマイグレーションを防
止するための方策はいくつか行われており、導体の表面
に防湿塗料を塗布するか又は導電ペーストに含窒素化合
物などの腐食抑制剤を添加するなどの方策が検討されて
いるが十分な効果の得られるものではなかった。

【０００４】また、導通抵抗の良好な導体を得るには銀
粉の配合量を増加しなければならず、銀粉が高価である
ことから導電ペーストも高価になるという欠点があっ
た。銀被覆銅粉を使用すればマイグレーションを改善で
き、これを用いれば安価な導電ペーストが得られること
になる。しかし銀被覆を均一にかつ厚く被覆するとマイ
グレーションの改善効果はない。しかも得られる導電ペ
ーストの塗膜に、直接はんだ付けを適用することができ
ないという欠点があった。また銀粉を使用した導電ペー
ストにはんだ付けを行う場合、銀喰われが起こり、接合
が十分に行えないという欠点もあった。

【０００５】一方、銅粉を使用した導電ペーストは、加
熱硬化後の銅の被酸化性が大きいため、空気中及びバイ
ンダ中に含まれる酸素と銅粉が反応し、その表面に酸化
膜を形成し、導電性を著しく低下させる。そのため、各
種添加剤を加えて、銅粉の酸化を防止し、導電性が安定
した銅ペーストが開示されているが、その導電性は銀ペ
ーストには及ばず、また保存安定性にも欠点があった。
しかも、得られた銅ペーストの塗膜に、従来の銅ペース
トでは、直接はんだ付けを適用することができないとい
う欠点もあった。

【０００６】従来、公知の導電ペーストは、前記のよう
にはんだ付けが直接適用することができないため、導電
ペーストの塗膜に活性化処理を施して無電解めっきする
か又は塗膜を陰極として電気銅めっきを施した後、銅面
上にはんだ付けをしていた。しかし、塗膜と銅めっきと
の層間の結合が確実でないと実用的ではない。従って、
無電解めっき又は電気めっきを施す必要のないはんだ付
け可能な導電ペーストが開発されれば、回路形成工程が
大幅に短縮されるので、そのメリットは大きい。

【０００７】一般的に、はんだ付けは銅箔に行われてい
るように、金属にもすることはできるが、通常の導電ペ
ーストの塗膜にはんだ付けすることはできない。これ
は、導電粉をバインダが覆ってしまい、導電粉が塗膜表
面に露出する割合が低いためであり、この状態でははん
だ付け性が悪い。はんだが付くような導電ペーストにす
るためには、限りなく銅箔に近い組成にする必要があ
る。即ち、導電粉をあるスペースに入れた場合、導電粉
の充填性が高く、導電粉同士の間にできた隙間の体積分
だけバインダが占めるような組成にすることである。理
想的には導電粉のみの塗膜を形成し、それにはんだ付け
を行えばよいが、導電粉のみでは信頼性及び塗膜形成の
作業性の点で問題点が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】請求項１記載の発明
は、はんだ付け性に優れる導電ペーストを提供するもの
である。請求項２、３及び４記載の発明は、はんだ付け
性の向上効果に優れる導電ペーストを提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、バインダ及び
導電粉を含み、かつ導電粉の形状が略球状で、そのタッ
プ密度が４．５〜６．２ｇ／ｍｍ³及び相対密度が５０
〜６８％である導電ペーストに関する。また、本発明
は、導電粉が、銅粉又は銅合金粉の一部を露出して表面
が大略銀で被覆され、かつ形状が略球状である導電ペー
ストに関する。

【００１０】また、本発明は、導電粉が、アスペクト比
が１〜１．５及び長径の平均粒径が１〜２０μｍの銅粉
又は銅合金粉であり、かつ銅粉又は銅合金粉の露出面積
が１０〜６０％の略球状導電粉である導電ペーストに関
する。さらに、本発明は、導電粉とバインダの配合割合
が、導電ペーストの固形分に対して重量比で、導電粉：
バインダが８８：１２〜９６．５：３．５である導電ペ
ーストに関する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において、導電ペーストを
銅箔に近い組成にするには、導電ペーストに使用する導
電粉は、充填性の高い導電粉を用いることが好ましい。
具体的には形状が略球状で、そのタップ密度が４．５〜
６．２ｇ／ｍｍ³及び相対密度が５０〜６８％の範囲、
好ましくはタップ密度が４．９〜６．２ｇ／ｍｍ³及び
相対密度が５５〜６８％の範囲とされ、上記の範囲を下
回ると充填性が悪く、バインダの比率が高くなるため好
ましくない。また上記の範囲を上回ると導電粉を安価に
作製するのが極めて困難である。

【００１２】なお、上記に示すタップ密度は、メスシリ
ンダーに適当量の導電粉を投入し、１０００回タッピン
グを行い、投入した重量と１０００回タッピング後のメ
スシリンダーが示す体積から換算して求めた。また、相
対密度は、次式から求めた。

【００１３】

【数１】相対密度（％）＝（タップ密度／真密度）×ｆ×１００ただしｆは実測値による補正係数である。

【００１４】導電粉は、銅粉又は銅合金粉の一部を露出
して表面が大略銀で被覆された銀被覆銅粉又は銀被覆銅
合金粉を用いることが好ましく、特に銀被覆銅合金粉を
用いれば酸化防止の点で好ましい。もし、銅粉又は銅合
金粉の一部を露出させないで全面に銀を被覆したものを
用いるとはんだ付け性が悪くなり、本発明の目的を達成
することができなくなる傾向があると共にマイグレーシ
ョン性が悪くなる傾向がある。

【００１５】銅合金粉の露出面積は、はんだ付け性、露
出部の酸化、導電性等の点から１０〜６０％の範囲が好
ましく、１０〜５０％の範囲がより好ましく、１０〜３
０％の範囲がさらに好ましい。

【００１６】銅粉又は銅合金粉は、アトマイズ法で作製
された粉体を用いることが好ましく、その粒径は小さい
ほど好ましく、例えば平均粒径が１〜２０μｍ、好まし
くは１〜１０μｍの粉体が好ましい。

【００１７】銅粉又は銅合金粉の表面に銀を被覆するに
は、置換めっき、電気めっき、無電解めっき等の方法が
あり、銅粉又は銅合金粉と銀の付着力が高いこと及びラ
ンニングコストが安価であることから、置換めっきで被
覆することが好ましい。

【００１８】銅粉又は銅合金粉の表面への銀の被覆量
は、耐マイグレーション性、コスト、導電性向上等の点
から銅粉又は銅合金粉に対して５〜２５重量％の範囲が
好ましく、１０〜２３重量％の範囲がさらに好ましい。

【００１９】導電粉は接触点が少ないと抵抗が高くなり
易い。導電粒子同士の接触面積を大きくして高導電性を
得るため、導電粉に衝撃を与えて粒子の形状を扁平状に
変形することが好ましいが、扁平状導電粉を使用した導
電ペーストは略球状導電粉を使用した導電ペーストより
粘度が高くなる。粘度を下げるためには多量の溶剤を含
ませればよいが、多量の溶剤を含ませると硬化後の塗膜
の膜厚が溶剤の体積分だけ減少してしまう。また塗膜表
面を平面にかつ凹凸がないようするためには研磨すれば
よいが、研磨すると膜厚が薄くなるので好ましくない。
上記の理由により本発明で用いる導電粉は、形状が略球
状導電粉とされる。

【００２０】本発明における略球状導電粉としては、ア
スペクト比が１〜１．５及び長径の平均粒径が１〜２０
μｍの範囲の導電粉を用いることが好ましく、アスペク
ト比が１〜１．３及び長径の平均粒径が１〜１０μｍの
導電粉を用いることがさらに好ましい。なお、上記でい
う平均粒径は、レーザー散乱型粒度分布測定装置により
測定することができる。本発明においては、前記装置と
してマスターサイザー（マルバン社製）を用いて測定し
た。

【００２１】本発明におけるアスペクト比とは、導電粉
の粒子の長径と短径の比率（長径／短径）をいう。本発
明においては、粘度の低い硬化性樹脂中に導電粉の粒子
をよく混合し、静置して粒子を沈降させると共にそのま
ま樹脂を硬化させ、得られた硬化物を垂直方向に切断
し、その切断面に現れる粒子の形状を電子顕微鏡で拡大
して観察し、少なくとも１００の粒子について一つ一つ
の粒子の長径／短径を求め、それらの平均値をもってア
スペクト比とする。

【００２２】ここで、短径とは、前記切断面に現れる粒
子について、その粒子の外側に接する二つの平行線の組
み合わせ粒子を挟むように選択し、それらの組み合わせ
のうち最短間隔になる二つの平行線の距離である。一
方、長径とは、前記短径を決する平行線に直角方向の二
つの平行線であって、粒子の外側に接する二つの平行線
の組み合わせのうち、最長間隔になる二つの平行線の距
離である。これらの四つの線で形成される長方形は、粒
子がちょうどその中に納まる大きさとなる。なお、本発
明において行った具体的方法については後述する。

【００２３】本発明において、導電粉とバインダの配合
割合は、導電ペーストの固形分に対して重量比で、導電
粉：バインダが８８：１２〜９６．５：３．５の範囲で
あることが好ましく、９０：１０〜９５：５の範囲であ
ることがさらに好ましい。導電粉が上記の範囲を下回る
とバインダ比率が高くなるため、はんだ付け性が低下す
る傾向があり、上記の範囲を上回ると導電ペーストの粘
度が極端に高くなるため、導電ペーストの作製が困難に
なると共に導電ペーストを塗布する作業性が悪くなる傾
向がある。

【００２４】本発明に用いられるバインダは、エポキシ
樹脂組成物、必要に応じて可撓性付与剤及びその硬化剤
が好ましく、エポキシ樹脂は常温で液状のものが好まし
い。常温で結晶化するものは液状物と混合することで結
晶化を回避できる。本発明における常温で液状のエポキ
シ樹脂とは、例えば常温で固形のものでも常温で液状の
エポキシ樹脂と混合することで常温で安定して液状とな
るものも含む。なお本発明において常温とは温度が約２
５℃を示すものを意味する。

【００２５】本発明に用いられるエポキシ樹脂は公知の
ものが用いられ、分子量中にエポキシ基を２個以上含有
する化合物、例えばビスフェノールＡ、ビスフェノール
ＡＤ、ビスフェノールＦ、ノボラック、クレゾールノボ
ラック類とエピクロルヒドリンとの反応により得られる
ポリグリシジルエーテル、ジヒドロキシナフタレンジグ
リシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテ
ル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル等の
脂肪族エポキシ樹脂やジグリシジルヒダントイン等の複
素環式エポキシ、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、
ジシクロペンタンジエンジオキサイド、アリサイクリッ
クジエポキシアジペイトのような脂環式エポキシ樹脂が
挙げられる。

【００２６】可撓性付与剤も公知のものが用いられ、分
子量中にエポキシ基を１個だけ有する化合物、例えばｎ
ーブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸グリシ
ジルエステル、スチレンオキサイド、エチルヘキシルグ
リシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレ
ジルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエ
ーテル等のような通常のエポキシ樹脂が挙げられる。こ
れらのエポキシ樹脂及び可撓性付与剤は、単独または２
種以上を混合して用いることができる。

【００２７】バインダに添加される硬化剤としては、例
えばメンセンジアミン、イソフオロンジアミン、メタフ
ェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミ
ノジフェニルスルホン、メチレンジアニリン等のアミン
類、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリッ
ト酸、無水コハク酸、テトラヒドロ無水フタル酸等の酸
無水物、イミダゾール、ジシアンジアミド等の化合物系
硬化剤、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂等の
樹脂系硬化剤が用いられるが、必要に応じて、潜在性ア
ミン硬化剤等の硬化剤と併用して用いてもよく、また３
級アミン、イミダゾール類、トリフェニルホスフィン、
テトラフェニルホスフェニルボレート等といった一般に
エポキシ樹脂とフェノール系硬化剤との硬化促進剤とし
て知られている化合物を添加してもよい。

【００２８】これらの硬化剤の含有量は、導電ペースト
硬化物のガラス転移点（Ｔｇ）の点でエポキシ樹脂１０
０重量部に対して０．１〜２５重量部の範囲であること
が好ましく、１〜２０重量部の範囲であることがさらに
好ましい。

【００２９】本発明に用いられるバインダには、上記の
材料以外に必要に応じてチキソ剤、カップリング剤、消
泡剤、粉末表面処理剤、沈降防止剤等及び溶剤を添加し
て均一に混合して得られる。必要に応じて添加されるチ
キソ剤、カップリング剤、消泡剤、粉末表面処理剤、沈
降防止剤等は、公知のものでよく、その含有量は、導電
ペーストに対して０．０１〜１重量％の範囲であること
が好ましく、０．０３〜０．５重量％の範囲であること
がさらに好ましい。

【００３０】必要に応じて添加される溶剤は、公知のも
のでよく、その含有量は、導電ペーストに対して０．０
１〜１５重量％の範囲であることが好ましく、１〜１０
重量％の範囲であることがさらに好ましい。

【００３１】本発明の導電ペーストは、上記のバイン
ダ、導電粉及び必要に応じて添加されるチキソ剤、カッ
プリング剤、消泡剤、粉末表面処理剤、沈降防止剤等と
共に、らいかい機、ニーダー、三本ロール等で均一に混
合、分散して得ることができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。実施例１エポキシ樹脂（三井化学（株）製、商品名１４０Ｃエ
ポキシ当量１９５〜２１５ｇ／ｅｑ）６０重量部、脂肪
族ジグリシジルエーテル（旭電化工業（株）製、商品名
ＥＤ−５０３）４０重量部、２−フェニル−４−メチル
−イミダゾール（四国化成（株）製、商品名キュアゾー
ル２Ｐ４ＭＨＺ）３重量部及びジシアンジアミド３重量
部を加えて均一に混合してバインダとした。

【００３３】次に、アトマイズ法で作製した平均粒径が
５．１μｍの球状銅粉（日本アトマイズ加工（株）製、
商品名ＳＦＲ−Ｃｕ）を希塩酸及び純水で洗浄した後、
水1リットルあたりＡｇＣＮ８０ｇ及びＮａＣＮ７５ｇ
を含むめっき溶液で球状銅粉に対して銀の量が１８重量
％になるように置換めっきを行い、水洗,乾燥して銀めっ
き銅粉を得た。

【００３４】この後、２リットルのボールミル容器内に
上記で得た銀めっき銅粉７５０ｇ及び直径が５ｍｍのジ
ルコニアボール３ｋｇを投入し、４０分間回転させて、１
０００回のタッピングによるタップ密度が５．９３ｇ／
ｍｍ³、相対密度が６４．５％、アスペクト比が平均
１．３及び長径の平均粒径が５．５μｍの略球状銀めっ
き銅粉を得た。得られた略球状銀めっき銅粉の粒子を５
個取り出し、走査型オージェ電子分光分析装置で定量分
析して銅の露出面積について調べたところ１０〜５０％
の範囲で平均が２０％であった。

【００３５】上記で得たバインダ３５ｇ、略球状銀めっ
き銅粉４６５ｇに溶剤としてエチルカルビトール１１ｇ
を加えて、撹拌らいかい機及び三本ロールで均一に混
合、分散して導電ペーストを得た。なお、導電粉とバインダの割合は、導電ペーストの固形
分に対して重量比で導電粉：バインダが９３：７であっ
た。

【００３６】次に、上記で得た導電ペーストを、厚さが
１．０ｍｍの紙フェノール銅張積層板（日立化成工業
（株）製、商品名ＭＣＬ−４３７Ｆ）の銅箔をエッチン
グにより除去した面に、図１に示すような形状に塗布
し、１７０℃で９０分間加熱処理して導電体２を得た。
なお図１において１は紙フェノール銅張積層板である。

【００３７】得られた導電体２の表面を＃３０００の耐
水研磨紙で研磨して導電体２の表面を平滑及び鏡面仕上
げし、次いでこの平滑及び鏡面とした面にはんだフラッ
クスを塗布した後、はんだ槽に浸積した。この後はんだ
槽から引き上げ、室温に放置して冷却した後、導電体２
の表面のはんだ付けされた部分についてテープ試験（粘
着テープを貼り付けた後引き剥がす試験）を行った。そ
の結果、テープにはんだが付着しておらず、導電体２の
表面にはんだ付けされていることが確認できた。

【００３８】なお、本実施例におけるアスペクト比の具
体的測定法を以下に示す。低粘度のエポキシ樹脂（ビュ
ーラー社製）の主剤（Ｎｏ．１０−８１３０）８ｇと硬
化剤（Ｎｏ．１０−８１３２）２ｇを混合し、ここへ導
電粉２ｇを混合してよく分散させ、そのまま３０℃で真
空脱泡した後、１０時間３０℃の条件で静置して粒子を
沈降させ硬化させた。その後、得られた硬化物を垂直方向
に切断し、切断面を電子顕微鏡で１０００倍に拡大して
切断面に現れた１５０個の粒子について長径／短径を求
め、それらの平均値をもって、アスペクト比とした。

【００３９】実施例２実施例１で得た銀めっき銅粉７５０ｇ及び直径が５ｍｍ
のジルコニアボール３ｋｇを２リットルのボールミル容
器内に投入し、５０分間回転させて、１０００回のタッ
ピングによるタップ密度が５．２２ｇ／ｍｍ³、相対密
度が５８．２％、アスペクト比が平均１．４及び長径の
平均粒径が５．６μｍの略球状銀めっき銅粉を得た。得
られた略球状銀めっき銅粉の粒子を５個取り出し、走査
型オージェ電子分光分析装置で定量分析して銅の露出面
積について調べたところ１０〜５０％の範囲で平均が２
７％であった。

【００４０】実施例１で得たバインダ４５ｇ、上記で得
た略球状銀めっき銅粉４５５ｇに溶剤としてエチルカル
ビトール１１ｇを加えて撹拌らいかい機及び三本ロール
で均一に混合、分散して導電ペーストを得た。なお、導電粉とバインダの割合は、導電ペーストの固形
分に対して重量比で導電粉：バインダが９１：９であっ
た。

【００４１】次に、実施例１と同様の工程を経て導電体
を作製し、実施例１と同様のテープ試験を行った結果、テ
ープにはんだが付着しておらず、導電体にはんだ付けさ
れていることが確認できた。

【００４２】比較例１２リットルのボールミル容器内に実施例１で得た銀めっ
き銅粉７５０ｇ及び直径が１０ｍｍのジルコニアボール
３ｋｇを投入し、８時間回転させて、タップ密度が３．７
９ｇ／ｍｍ³、相対密度が４８％、アスペクト比が平均
５．２及び長径の平均粒径が７．７μｍの扁平状銀めっ
き銅粉を得た。得られた扁平状銀めっき銅粉の粒子を５
個取り出し、走査型オージェ電子分光分析装置で定量分
析して銅の露出面積について調べたところ１０〜６０％
の範囲で平均が４５％であった。

【００４３】実施例１で得たバインダ６５ｇ、上記で得
た略球状銀めっき銅粉４３５ｇに溶剤としてエチルカル
ビトール１５ｇを加えて撹拌らいかい機及び三本ロール
で均一に混合、分散して導電ペーストを得た。なお、導電粉とバインダの割合は、導電ペーストの固形
分に対して重量比で導電粉：バインダが８７：１３であ
った。

【００４４】次に、実施例１と同様の工程を経て導電体
を作製し、実施例１と同様のテープ試験を行った結果、
テープにはんだが付着して、導電体にはんだ付けができ
なかった。

【００４５】比較例２実施例１で得た銀めっき銅粉７５０ｇ及び直径が１ｍｍ
のジルコニアボール２ｋｇを２リットルのボールミル容
器内に投入し、２０分間回転させて、略球状銀めっき銅粉
を得ようとしたが、銀めっき銅粉の凝集を解きほぐすこ
とができないため、充填性が悪く高導電性の導電粉が得
られなかった。従ってこの段階で作業を打ち切った。

【００４６】

【発明の効果】請求項１記載の発明の導電ペーストは、
はんだ付け性に優れる。請求項２、３及び４記載の発明
の導電ペーストは、はんだ付け性の向上効果に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】紙フェノール銅張積層板上に形成した導電体の
平面図である。

【符号の説明】

１紙フェノール銅張積層板２導電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｈ０５Ｋ 1/09 ＡＦターム(参考） 4E351 AA01 BB01 BB24 BB31 CC11 DD04 DD21 DD52 EE02 EE03 EE11 GG15 4J040 EC001 EC031 EC061 EC071 EC081 EC251 EC261 HA066 HA076 KA32 LA09 NA19 5G301 DA03 DA06 DA57 DD01 DE10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バインダ及び導電粉を含み、かつ導電粉の
形状が略球状で、そのタップ密度が４．５〜６．２ｇ／
ｍｍ³及び相対密度が５０〜６８％である導電ペース
ト。
【請求項２】導電粉が、銅粉又は銅合金粉の一部を露出
して表面が大略銀で被覆され、かつ形状が略球状である
請求項１記載の導電ペースト。
【請求項３】導電粉が、アスペクト比が１〜１．５及び
長径の平均粒径が１〜２０μｍの銅粉又は銅合金粉であ
り、かつ銅粉又は銅合金粉の露出面積が平均１０〜６０
％の略球状導電粉である請求項１又は２記載の導電ペー
スト。
【請求項４】導電粉とバインダの配合割合が、導電ペー
ストの固形分に対して重量比で、導電粉：バインダが８
８：１２〜９６．５：３．５である請求項１、２又は３
記載の導電ペースト。