JP2005317351A

JP2005317351A - 導電性ペースト

Info

Publication number: JP2005317351A
Application number: JP2004133825A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Watanabe; 靖渡辺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】マイグレーションの発生を抑えることができるとともに安価な導電性粒子を用いて、高導電性、高柔軟性、高接着性を発揮することができ、簡易な印刷形成による回路形成も可能な導電性ペーストを提供すること。
【解決手段】有機樹脂材料中にＡｕの被覆層が形成された粒径０．１〜５０μｍの導電性粒子を１５〜６０ｖｏｌ％含有させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ペーストに係り、基板に印刷形成された回路の電気的不通や剥離を防止することに好適な導電性ペーストに関する。

一般に、導電性ペーストは接着性、導電性そして絶縁性という３つの機能を同時に有する高分子材料である。すなわち、導電性ペーストは熱圧着加工によって圧着部における面方向に絶縁性を示し、圧着部における厚み方向に導電性を示す導電性接続材料である。

導電性ペーストは主に導電性粒子と有機樹脂材料とで構成されており、導電性粒子は対向する電極を通電させるための役割を担い、有機樹脂材料は電極の接続部を固定するための役割を担う。すなわち、ＰＥＴフィルム等の柔軟性を有する基板の接触部分には、高導電性、高柔軟性、高接着性を兼ね備える導電性ペーストが必要とされる。

従来、導電性粒子は導電性とコストに優れた銀が多く使用されていたが、銀はマイグレーションが発生しやすい危険性を有していたため、導電性粒子には回路で短絡を生じるおそれのあるマイグレーションが発生しにくい金（Ａｕ）やパラジウム（Ｐｄ）等の貴金属元素を構成元素とする粒子が任意の体積含有率で導電性ペーストに含有されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１０１９６２号公報

これらの貴金属元素をそのまま導電性粒子に用いると高価になるために種々の廉価な導電性粒子の開発が行われている。

しかしながら、導電性ペーストにおいては、導電性粒子の体積含有率に依存して導電性ペーストの導電性、柔軟性、接着性が大きく変化するものであるために、導電性粒子の体積含有率の選択を誤ると、回路の電気的不通や基板から導電性ペーストの剥離が起こり、簡易な印刷形成による回路形成ができなくなる等の問題が生じるものであった。

更に、適正な導電性粒子の体積含有率を選択できない場合には、適正な導電性や絶縁性を得ることができず、電気的に非効率な回路を提供したり、剥離の可能性を有する回路を提供したりするなど、高品質な製品を提供することが困難であるという問題が生じるものであった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、マイグレーションの発生を抑えることが可能となる安価な導電性粒子を用いて、高導電性、高柔軟性、高接着性を発揮し、さらに簡易な印刷形成による回路形成も可能な導電性ペーストを提供することを目的とする。

前述した課題を達成するため、本発明の導電性ペーストは、有機樹脂材料中に貴金属元素の被覆層が形成された導電性粒子を１５〜６０ｖｏｌ％含有させたことを特徴とする。

このような本発明によれば、マイグレーション発生の防止と導電性ペーストの低価格を図ることができ、しかも回路の電気的不通や基板から導電性ペーストが剥離することを確実に防止することができ、簡易な印刷形成による回路形成も可能となる。

また、貴金属元素としてＡｕを用いるとよい。これによって、Ａｕと同等にマイグレーション発生の防止を行うことができ、信頼性を向上させることができる。

さらに、導電性粒子は平均粒径を０．１〜５０μｍとするとよい。これによって、より好適な導電性、柔軟性および接着性を有する導電性ペーストを得ることができる。

本発明の導電性ペーストは前記のように構成され作用するものであるから、マイグレーションの防止機能、低価格性、高導電性、高柔軟性、高接着性を備える導電性ペーストを得ることができる。これにより本発明の導電性ペーストを用いて簡易な印刷形成による回路形成も可能となり、しかも作成された製品の品質向上および生産コストの削減が可能となる。

つぎに、本発明の導電性ペーストを以下の実施形態並びに実施例に基づいて説明する。

本発明の導電性ペーストは、導電性粒子、有機樹脂材料、溶剤、必要な添加剤を、ボールミル、三本ロールミル、攪拌機、自動乳鉢（らいかい機）、遊星ボールミル等によって、混合、分散させることによって得られる。

導電性粒子としては、貴金属元素の被覆層が形成された粒子を用いるとよい。貴金属元素としてはマイグレーションの発生を抑止する機能の高いＡｕ、Ｐｄ、白金（Ｐｔ）等の元素を用いるとよい。内部の粒子としては、貴金属を被覆できるものであればよく、例えばニッケル（Ｎｉ）粒子を用いるとよい。特に、マイグレーションの発生を抑えて、安価な導電性粒子を提供することが可能となるＡｕで被覆されたＮｉ粒子を用いるのが好ましい。なお、Ｎｉ粒子を用いるのは、粒子の表面形状が微小凹凸によって比表面積が大きくなるため、Ａｕの被覆層との密着性が良いからである。

有機樹脂材料としては、
（Ａ）フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂のうちの一種
（Ｂ）前記（Ａ）に挙げた樹脂らの一部を油脂や他の樹脂等で変性させた樹脂
（Ｃ）アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂のうちの一種
（Ｄ）前記（Ｃ）に挙げた樹脂らの一部をエポキシ基やフェノール基等で変性させた樹脂
（Ｅ）前記（Ａ）〜（Ｄ）の樹脂を二種以上を組み合わせた樹脂
（Ｆ）シリコン系樹脂
を用いることが可能である。

前記した樹脂の中でも、耐熱性、耐久性、信頼性などが高い（Ａ）に挙げたフェノール樹脂または（Ｂ）に挙げたフェノール樹脂を基にした樹脂を用いるのが好適である。

溶剤としては、
（Ａ）カルビトール（ジエチレングリコールエチルエーテルの慣用名）、ブチルカルビトール、酢酸カルビトール、酢酸ブチルカルビトール等のカルビトール類
（Ｂ）トルエン、キシレン等の芳香族類
（Ｃ）メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトアルデヒド等のケトン類
（Ｄ）酢酸ブチル、酢酸エチル、二塩基酸エステル等のエステル類
（Ｅ）ブチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類
（Ｆ）α−テルピネオール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール類
（Ｇ）フェノール、クロルフェノール等のフェノール類
（Ｈ）（Ａ）〜（Ｇ）を二種以上組み合わせた溶剤
を用いることが可能である。

後述する実施例においては、（Ａ）に挙げたカルビトールを用いる。

添加剤は、後述する実施例においては使用しないが、必要とあれば従来より使用されている添加剤を適宜用いることが可能である。

導電性ペーストは、ＰＥＴフィルムの基板、フェノール積層板、ガラスエポキシ基板、ポリイミド樹脂基板、ポリエステル樹脂基板の表面に、スクリーン印刷法（３００メッシュ程度）によって回路形状に塗布させる。前記塗布後に、１５０℃、１．５時間程度熱硬化することによって導電性ペーストを成膜させて基板の回路を得る。

以下に実施例を説明する。

本発明の導電性ペーストの構成要素を以下の通りとした。

導電性粒子としては、粒径０．１〜１００μｍで平均粒径１１．２μｍのニッケル粉に無電解めっきにより金めっきを施した金めっきニッケル粉を用いた。

有機樹脂材料としては、フェノール樹脂を用いた。

溶剤としては、カルビトールを用いた。

これらの導電性粒子、有機樹脂材料および溶剤を三本ロールミルにより混合分散させることにより導電性ペーストを作成した。その際、導電性粒子の有機樹脂材料に対する含有率を１０〜７０ｖｏｌ％の範囲で変化させた。

このようにして形成した各含有率の導電性ペーストを、厚さ７５μｍのＰＥＴフィルムの基板の表面に、スクリーン印刷法（３００メッシュ程度）によって回路を印刷形成し、１５０℃で１．５時間程度加熱硬化させて導電性ペーストを成膜させて、基板上に回路を形成した。

つぎに、前記のようにして印刷形成された回路に対して、導電性ペーストにおける導電性粒子の含有量と物性値等の関係を図１、２および３を用いて説明する。

図１は、導電性ペーストの導通抵抗値、膜厚、パターン長さ、パターン幅の測定から得られた比抵抗値（単位はΩ・ｃｍ）を縦軸にとり、Ａｕで被覆したＮｉ粒子の体積含有率（単位はｖｏｌ％）を横軸にとったグラフである。

Ａｕで被覆したＮｉ粒子を導電性ペーストの３０〜６０ｖｏｌ％含有させる場合、比抵抗値は０．０１Ω・ｃｍ程度の値となる。前記の値は、Ａｕで被覆したＮｉ粒子を導電性ペーストに２０ｖｏｌ％含有させる場合と比較して比抵抗値は約１００分の１の値となる。

図２は、導電性ペーストの硬度（縦軸に示し単位はＨ）を鉛筆硬度試験によってＡｕで被覆したＮｉ粒子の体積含有率（横軸に示し単位はｖｏｌ％）で評価したグラフである。

図２で示す鉛筆硬度において、Ａｕで被覆したＮｉ粒子を導電性ペーストの１５〜５０ｖｏｌ％含有させる場合、鉛筆硬度は５〜９Ｈになる。前記の値は、Ａｕで被覆したＮｉ粒子を含有しない場合、すなわち有機樹脂材料が１００ｖｏｌ％の場合における鉛筆硬度９Ｈと比較して、Ａｕで被覆したＮｉ粒子を導電性ペーストの６０ｖｏｌ％含有させる場合における鉛筆硬度５Ｈは、最大硬度９Ｈの５６％の硬度となる。

図３は、本発明の導電性ペーストにおけるＡｕで被覆したＮｉ粒子の粒径と相対粒子量の関係を示すグラフである。本発明の導電性ペーストの物性を期待する場合、導電性粒子の粒径が０．１〜５０μｍの粒子を用いることができるが、導電性粒子の粒径が５〜２０μｍの粒子を導電性ペーストに含有させるのが好ましい。この理由は、以下の通りとなる。

導電性粒子の粒径が０．１μｍ以下の場合、粒子自体の製造が難しく、抵抗値が下げるために有機樹脂材料中に導電性粒子を大量に含有する必要とするためである。また、粒径が５０μｍ以上の場合、スクリーン印刷でのメッシュ透過性が悪化するために安定して印刷することができない。言い換えると、インクの状態が"水に砂"の様になり、パターン品質の低下等の影響が生じる。よって、粒子径のバラツキにも依存するが、上記の範囲に粒子の多くが含まれるようにするには、導電性粒子の粒径が１〜５０μｍであって、さらには、５〜２０μｍ程度が好ましいということとなる。

以上より、Ａｕで被覆したＮｉ粒子を導電性ペーストの３０〜４０ｖｏｌ％含有させる導電性ペーストは、図１より比抵抗率の値が０．０１Ω・ｃｍ付近であり、図２より鉛筆硬度が７〜８Ｈ（最大硬度の７８〜８９％の値）を有するため、高導電性、高柔軟性、高接着性を兼ね備える事が可能であり、好ましい含有率である。

導電性ペーストにおけるＡｕで被覆したＮｉ粒子の含有率は、１５ｖｏｌ％未満になると導電性が得られず、６０ｖｏｌ％以上になると回路が剥離するため、前記含有率は１５〜６０ｖｏｌ％の範囲で、目的に応じて適宜に選択するとよい。

なお、本発明は、前述した実施の形態並びに実施例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明の導電性ペーストにおけるＡｕで被覆したＮｉ粒子含有率と導電性ペーストの比抵抗値の関係を示すグラフ。本発明の導電性ペーストにおけるＡｕで被覆したＮｉ粒子含有率と導電性ペーストの鉛筆硬度の関係を示すグラフ。本発明の導電性ペーストにおけるＡｕで被覆したＮｉ粒子の粒径と相対粒子量の関係を示すグラフ。

Claims

有機樹脂材料中に貴金属元素の被覆層が形成された導電性粒子を１５〜６０ｖｏｌ％含有させることを特徴とする導電性ペースト。
前記貴金属元素は金であることを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
導電性粒子は平均粒径が０．１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性ペースト。