JP2004335358A - 導電性銅ペースト組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】銅粉末と、熱硬化性樹脂と、サリチルアルコールとを少なくとも含有する導電性銅ペースト組成物である。鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物からなる群より選ばれる1種類以上をさらに含むことが好ましい。またイミダゾール化合物を含むことが好ましい。水酸基を有する熱可塑性樹脂、特に好ましくはフェノキシ樹脂をさらに含むことが好ましい。この導電性銅ペースト組成物はプリント配線基板のジャンパー回路やスルーホール部分などに好適に使用される。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はプリント配線基板のジャンパー回路やスルーホール部分などに使用する導電性銅ペースト組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリント配線基板の両面を導通させるためにスルーホール部分に埋め込まれる導電性材料としては、銀ペーストを使用する方法が一般的であった。ところが、銀ペーストは高価であるうえ、水分によりマイグレーションしやすく、導通不良となりやすいという問題があった。
そこで、銀ペーストに代わる導電性材料として、安価でありマイグレーションの問題も少ない銅ペーストが検討されている(例えば、特許文献1〜4参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−73780号公報
【特許文献2】
特開平9−17233号公報
【特許文献3】
特開平9−92032号公報
【特許文献4】
特許第3316745号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅は酸化し易く、その酸化物が絶縁体であるために、これらの銅ペーストは銀ペーストと比較すると導電性が良好でなく、信頼性が不十分であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、良好な導電性を発現する導電性銅ペースト組成物を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の導電性銅ペースト組成物は、銅粉末と、熱硬化性樹脂と、サリチルアルコールとを少なくとも含有することを特徴とする。
本発明の導電性銅ペーストは、鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物からなる群より選ばれる1種類以上をさらに含むことが好ましい。
また、本発明の導電性銅ペーストは、イミダゾール化合物を含むことが好ましい。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の導電性銅ペースト組成物は、銅粉末と、熱硬化性樹脂と、サリチルアルコールとを少なくとも含有する。
銅粉末としては、市販されている鱗片状、樹枝状、球状、不定形など任意の形状のものを1種単独で、または2種以上混合して使用できるが、好ましくは樹枝状のものを使用する。また、銅粉末の粒径には制限はないが、例えば平均粒子径が2〜8μmのものを使用すると、導電性銅ペースト組成物からなる硬化物の導電性が優れるため好ましい。
【0007】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などが挙げられ、これらを1種単独で使用しても2種以上併用してもよいが、特に、レゾール型フェノール樹脂を使用すると、導電性銅ペースト組成物からなる硬化物の導電性が優れるため好ましい。
【0008】
また、本発明の導電性銅ペースト組成物は、サリチルアルコールを含有する。サリチルアルコールを使用すると、得られる導電性銅ペースト組成物において銅粉末の酸化が抑制され、その結果、導電性銅ペースト組成物は良好な導電性を発現する。
サリチルアルコールの添加量は、銅粉末100質量部に対して、サリチルアルコールが10質量部以下でも十分な導電性向上が可能である。
【0009】
また、本発明の導電性銅ペースト組成物は、鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物からなる群より選ばれる1種類以上をさらに含有することが好ましい。これらのうち少なくとも1種を使用すると、得られる導電性ペースト組成物の硬化性が優れ、その結果、硬化物中で銅粉末どうしが密に接触し、良好な導電性が発現する。
【0010】
鉛化合物としては、鉛を含有する化合物であれば制限なく使用することができ、一酸化鉛(PbO)、四酸化三鉛(Pb3O4)などの酸化鉛;酢酸鉛(II)、酢酸鉛(IV)など鉛金属の塩;鉛含有ガラス粉(鉛含有ガラスフリット)などを1種単独で、または2種以上混合して使用できる。
また、ビスマス化合物としては、ビスマスを含有する化合物であれば制限なく使用でき、酸化ビスマス(III)、硝酸ビスマスなどが挙げられ、これらを1種単独で、または2種以上混合して使用できる。
鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物の好ましい具体例としては、平均粒子径が75μm以下のもの、より好ましくは平均粒子径が10μm以下のものである。平均粒子径が75μmを超えると、良好な導電性が得られない場合がある。
【0011】
また、導電性銅ペースト組成物は、イミダゾール化合物を含有することが好ましい。イミダゾール化合物が含まれると、導電性銅ペースト組成物の硬化性が良好となり、硬化時における樹脂の硬化収縮や溶剤の揮発に伴う内部応力が緩和される。その結果、硬化物の耐熱性が向上し、クラックの発生が抑制され、信頼性向上につながる。また、イミダゾール化合物は、銅とキレート化合物を形成するため、硬化物中で銅粉末同士を密に接触させ、さらに銅粉末表面の酸化被膜を還元する効果を奏するため、良好な導電性を発現させる。
イミダゾール化合物としては、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾールや、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、4,4’−メチレンビス(2−エチル−5−メチルイミダゾール)、2−ヘプタデシルイミダゾールなどが挙げられ、これらを1種単独で、または2種以上混合して使用できる。
【0012】
以上説明した各成分の配合比率は、銅粉末100質量部に対して、熱硬化性樹脂が5〜30質量部、サリチルアルコールが0.1〜10質量部の範囲であることが好ましい。熱硬化性樹脂が5質量部未満では、銅粉末が十分にバインドされず、形成される塗膜が脆くなるとともに、導電性銅ペースト組成物からなる硬化物の導電性が低下する場合がある。一方、30質量部を超えると、導電性銅ペースト組成物中における銅粉末量が相対的に少なくなるため、十分な導電性が得られない場合がある。また、サリチルアルコールが0.1質量部未満では、銅の酸化抑制が不十分となり十分な導電性が得られない場合があり、10質量部を超えて加えても、その効果は飽和に達し不経済となる。
【0013】
また、鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物からなる群より選ばれる1種類以上を配合する場合には、その配合量は、銅粉末100質量部に対して0.1〜5質量部の範囲が好ましい。この範囲とすることで、サリチルアルコールとの組み合わせでさらに導電性を良くすることができる。
また、イミダゾール化合物を配合する場合には、その配合量は、銅粉末100質量部に対して、0.3〜5質量部の範囲が好ましい。イミダゾール化合物が0.3質量部未満では、イミダゾール化合物を配合する効果が発現しない場合があり、一方、5質量部を超えて加えても、その効果は飽和に達し不経済となる。
【0014】
また、導電性銅ペースト組成物は、スルーホール用ペーストとして用いる場合には、フェノキシ樹脂などの水酸基を有する熱可塑性樹脂をさらに含有することが好ましい。水酸基を有する熱可塑性樹脂が含まれると、この熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とが硬化時に架橋することにより、導電性銅ペースト組成物の硬化性が向上し、導電性が良好となる。水酸基を有する熱可塑性樹脂の配合量は、熱硬化性樹脂100質量部に対して、2〜25質量部の範囲が好ましい。
【0015】
また、導電性ペースト組成物には、必要に応じて、酸化防止剤、分散剤、微細溶融シリカ、カップリング剤、消泡剤などの各種添加剤を添加してもよい。これら添加剤は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0016】
導電性銅ペースト組成物は、銅粉末と、熱硬化性樹脂と、サリチルアルコールと、必要に応じて配合される成分および添加物と、粘度を調整するための有機溶剤とを混合し、3本ロールなどの混練機で混練することにより得られる。
有機溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテルや、これらのエステル化物等のグリコールエーテル誘導体が挙げられ、これらを1種単独で、または2種以上混合して使用できる。
【0017】
このような導電性銅ペースト組成物は、スクリーン印刷法などによりプリント配線基板のスルーホール部分に埋め込まれた後、例えば40〜70℃、2〜4時間の条件で乾燥され、さらに140〜200℃、0.5〜1時間の条件で加熱、硬化される。
こうして得られたプリント配線基板は、銅粉末と、熱硬化性樹脂と、サリチルアルコールとを少なくとも含有する導電性銅ペースト組成物からなる硬化物により、スルーホール部分が埋め込まれているので、優れた信頼性を発現する。
【0018】
【実施例】
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。
(実施例1〜6、比較例1)
銅粉末(電解法で得られた平均粒子径3〜7μmの樹枝状銅粉)100質量部と、熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂A(質量平均分子量250)18質量部を配合し、さらにサリチルアルコールを表1に示す割合に従って配合し、さらに3本ロールで混練した。その後粘度が80〜100dPa・sの範囲となるように溶剤としてエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)を適量配合して、導電性銅ペースト組成物を調製した。なお、粘度はリオン社製粘度計VT−04により測定した。
【0019】
ついで、得られた導電性銅ペースト組成物を、電極として銅箔を施したガラス板上に塗布し、箱形熱風乾燥機によって150℃、30分間の条件で硬化させた。
そして、塗膜の導電性能について、導電性が高いほど抵抗値が低いことにより評価した。
さらに、得られた導電性銅ペースト組成物を、松下電工(株)製のガラス布・ガラス不織布基材エポキシ樹脂銅張り積層板CEM−3(板厚1.6mm)における0.5mmφのスルーホールにスクリーン印刷法によって充填し、箱形熱風乾燥機によって60℃、3時間の条件で乾燥後、150℃、30分間の条件で硬化させた。そして、スルーホール1穴あたりの導電性能について、抵抗値測定により評価した。
結果を表1及び図1に示す。以下、表中の数値は、比抵抗値とスルーホール抵抗値を除き配合量「質量部」を示す。
【0020】
【表1】
【0021】
(実施例7〜10、比較例2)
実施例1と同様の銅粉末100質量部と、熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂B(質量平均分子量3500)18質量部を混合し、さらにサリチルアルコールを表2に示す割合にしたがって配合し、実施例1と同様に導電性銅ペースト組成物を調製した。ついで、得られた導電性銅ペースト組成物を、実施例1と同様に形成した。
そして、塗膜の導電性能およびスルーホール1穴あたりの導電性能について、抵抗値測定により評価した。結果を表2及び図2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】
(実施例11〜15)
鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物のいずれかを表3に示す割合で配合し、あるいはイミダゾール化合物として2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾールをさらに配合して、実施例7と同様に導電性銅ペースト組成物を調製し、導電性能を評価した。結果を表3に示す。
【0024】
【表3】
【0025】
表1〜3および図1、2より明らかなように、サリチルアルコールを含有する実施例1〜10はいずれも良好な導電性を示した。なお、サリチルアルコールに加えて鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物のいずれかを配合した実施例11〜14、およびイミダゾール化合物をさらに配合した実施例15においても、導電性銅ペースト組成物の導電性が向上した。
しかし、サリチルアルコールを含有しない比較例1、2は、いずれも導電性が低かった。
すなわち、サリチルアルコールを含有させることによって、導電性銅ペースト組成物の導電性を向上させることができた。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性物質として銅を使用した場合でも、銅の酸化を抑制することにより、優れた導電性を備え十分な信頼性を有する導電性銅ペースト組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜6、比較例1の導電性銅ペーストの比抵抗値を示すグラフである。
【図2】実施例7〜10、比較例2の導電性銅ペーストの比抵抗値を示すグラフである。
Claims (3)
- 銅粉末と、熱硬化性樹脂と、サリチルアルコールとを少なくとも含有することを特徴とする導電性銅ペースト組成物。
- 鉛、鉛化合物、ビスマス、ビスマス化合物からなる群より選ばれる1種類以上をさらに含有することを特徴とする請求項1に記載の導電性銅ペースト組成物。
- イミダゾール化合物をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の導電性銅ペースト組成物。
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