JP2006147378A

JP2006147378A - 導電ペースト

Info

Publication number: JP2006147378A
Application number: JP2004336827A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Wada; 義博和田
Original assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】スルーホール又はビアホール充填用の導電ペーストについて、電気伝導性に優れると共に、高い熱伝導率を有するものを提供する。
【解決手段】金属フィラーと、潜在性硬化剤とエポキシ樹脂とからなる樹脂成分と、を含んでなり、プリント配線板に設けられたスルーホール又はビアホールを充填するために用いられる導電ペーストであって、樹脂成分を１００重量部とした場合、２０００〜１００００重量部の金属フィラーを含むスルーホール又はビアホール充填用導電ペーストである。このとき、金属フィラーは、タップ密度４．５ｇ／ｃｃ以上の金属粉からなるものが好ましく。また、金属フィラーは、タップ密度及び比表面積の異なる２種以上の金属粉を混合したものが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、プリント配線板に開けられたスルーホール又はビアホールを充填するための導電ペーストに関し、特に、電気伝導性はもとより、熱伝導率の高い導電ペーストに関する。

各種の電子機器に使用されるプリント配線板においては、機器の小型化・高性能化を図るため、高密度化・多層化が著しく進んでいる。この流れの中、プリント配線板の更なる高密度化・多層化を図るべく、プリント配線板に設けられているスルーホール又はビアホール部分を充填して導電性を具備させることが検討されている。

スルーホール又はビアホールの充填材としては、特許文献１に記載されているような、回路形成用の導電ペーストを使用することもあるが、特許文献２及び３のような主にスルーホールの充填を意図した導電ペーストが知られている。これら導電ペーストは、銅や銀等の導電性金属からなる金属フィラーに、エポキシ樹脂等の樹脂成分及び適宜に溶剤を添加してなるものであり、基本的な構成要素は同じである。
特開平７−１４４２７号公報特開平８−３１１１５７号公報特開平１１−１４０２８０号公報

スルーホール又はビアホールを充填するための導電ペーストに求められる特性としては、まず、電気伝導性が良好であることが挙げられる。これは、その使用目的を考えれば当然である。そして、充填用途を考慮すれば、硬化時或いは硬化後の熱衝撃における収縮、クラックの発生が少ないことが必要である。この要求については、上記特許文献２及び３記載の導電ペーストが重視するところである。また、導電ペーストでスルーホール又はビアホールの充填を行う方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷等の各種の印刷法が用いられることが多いことから、導電ペーストには印刷時の取扱い性も要求される。

従来の導電ペーストは、上記特性を概ね具備するものであり、特に、電気伝導性は良好なものが多い。しかしながら、今後のスルーホール又はビアホール充填用の導電ペーストには熱伝導性が要求されるものと予測される。これは、電子機器の小型化・高性能化に応じて、使用される配線板の基板には搭載素子の放熱を期待して高熱伝導率のものが用いられていることから、これに使用される充填材も高熱伝導率のものが好ましいからである。そして、従来の導電ペーストはこの熱伝導率の点において劣っている。

そこで、本発明は、スルーホール又はビアホール充填用の導電ペーストについて、従来から要求されている電気伝導性に優れていると共に、高い熱伝導率を有するものを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行い、ペーストの熱伝導率向上の手段として、構成成分である金属フィラーの含有率を従来以上とすることとし、本発明に想到した。

即ち、本発明は、金属フィラーと、潜在性硬化剤とエポキシ樹脂とからなる樹脂成分と、を含んでなり、プリント配線板に設けられたスルーホール又はビアホールを充填するために用いられる導電ペーストであって、樹脂成分を１００重量部とした場合、２０００〜１００００重量部の金属フィラーを含む導電ペーストである。

金属フィラーを構成する金属は、一般に、ペーストの他の構成要素である樹脂成分よりも熱伝導性に優れる。本発明では、この金属フィラーの含有量を増大させることにより、熱伝導率を向上させている。この点、従来の導電ペーストでは、金属フィラーの含有量が比較的少なく、例えば、上記特許文献３記載の導電ペーストでは、エポキシ樹脂と硬化剤とで構成される樹脂成分を１００重量部とした場合、金属フィラーは５００〜１０００重量部である。本発明に係る導電ペーストでは、この従来のものより倍以上の金属フィラーを含有する。

ここで、金属フィラーをかかる高い含有量で配合する本発明においては、金属フィラーの特性が重要である。本発明においては、金属フィラーはタップ密度が４．５ｇ／ｃｃ以上のものが好ましい。タップ密度は、粉体の充填率に関与する特性であり、本発明においては、高含有率で金属フィラーを容易に含有させるための要素である。つまり、タップ密度が４．５ｇ／ｃｃ未満の金属フィラーを、上記含有量でエポキシ樹脂と混合すると、ペーストの粘度が高くなり、印刷時の取扱い性を悪化させることがある。また、そもそも、４．５ｇ／ｃｃ未満の金属フィラーでは、上記混合率でペーストを製造することが困難となる。タップ密度の上限は、金属フィラーを構成する金属の密度未満となる。従って、金属フィラーが銀であれば１０．５ｇ／ｃｃ未満であり、銅であれば８．９ｇ／ｃｃ未満である。但し、入手の容易さを考慮すれば、タップ密度の上限は８ｇ／ｃｃとするのが好ましい。このタップ密度の測定法としては、測定対象サンプル約１０ｇを１０ｍＬのメスシリンダーに入れ、タップ密度計により２５ｍｍの高さより自然落下を３０回／１分の割合で繰り返し、５００回毎にその容積を測定し、２回の測定値が変化しないときの重量を容積で割算して求めることができる。

また、金属フィラーは、１種類の金属粉からなるものでも良いが、２種以上の金属粉からなるものが好ましい。１種類の金属粉からなる金属フィラーを含むペーストは、タップ密度が上記範囲内にあれば、ペーストの粘度、熱伝導率において好適な範囲にあるが、電気伝導性が低い場合がある。これは、１種類の同じサイズの粉体を充填した場合には、緻密な状態で充填されていても微視的には粉体間に空隙が生じているため、粉体同士の接触面積が低くなりペースト全体の電気抵抗が高くなることによる。そして、本発明者等によれば、タップ密度及び比表面積が異なり、サイズの異なる少なくとも２種類の金属粉を混合することで、一方の粉体の空隙に他方の粉体を充填させて電気抵抗を低減することができる。この複数種類の金属粉からなる金属フィラーとしては、タップ密度及び比表面積の異なる２種の金属粉からなるものが特に好ましく、一の金属粉はタップ密度５．５〜７．５ｇ／ｃｃ、比表面積０．１５〜０．３５ｍ^２／ｇであり、他の金属粉はタップ密度４．５〜６．０ｇ／ｃｃ、比表面積０．７〜１．２ｍ^２／ｇであるものが好ましい。そして、両金属粉の配合比は、一の金属粉：他の金属粉＝２：８〜５：５とするのが好ましい。比表面積の測定法としては、ＢＥＴ法によるものが好ましい。

尚、２種以上の金属粉を混合して導電ペーストとする場合、金属粉の混合のタイミングは特に限定されない。樹脂成分と混合前に使用する金属粉を混合し、その後樹脂と混合してペーストとしてもよいが、ペーストの製造時に、使用する金属粉、樹脂成分、適宜に溶剤を同時に混合しても良い。即ち、導電ペーストとなっている状態において、ペースト中に使用する金属粉が含有されていれば良い。

金属フィラーを構成する金属粉は、還元法、アトマイズ法、回転電極法、湿式法等の各種の粉末製造法によるものが使用できるが、還元法によるものが好ましい。また、粉末の形状は、球状のものよりもフレーク状のものが好ましく、還元法により製造された金属粉について、これに衝撃を加えてフレーク状にしたものも適用できる。また、この際、加える衝撃の程度により粉末の大きさ（比表面積）を上記範囲内に調整することができる。尚、金属フィラーは、電気伝導性、熱伝導性の観点から、銀、銅、金、パラジウム及びこれらの合金の粉末からなるものが好ましい。

本発明に係る導電ペーストは、上記説明した金属フィラーと樹脂成分と適宜に溶剤とを混合することにより製造される。ここで、樹脂成分とは、エポキシ樹脂と潜在性硬化剤とからなるものが好ましい。一般的な導電ペーストの樹脂成分は、エポキシ樹脂等の樹脂と硬化剤と混合させたものであるが、この一般的な樹脂成分は、硬化剤との混合により常温で直ちに硬化が始まる。そこで、かかる一般的な樹脂成分を含むペーストは、保管する際には冷凍する必要がある。潜在性硬化剤とは、エポキシ樹脂と混合しても常温では硬化せず、所定の温度以上となってはじめて硬化する硬化剤であり、この潜在性硬化剤を含む樹脂成分では、冷凍保管が不要となり保管、取扱いが容易である。潜在性硬化剤としては、具体的には、アミン系硬化剤が好ましい。

また、樹脂成分を構成する樹脂としては、金属粉との良好な混合状態を確保するためエポキシ樹脂が好ましい。そして、エポキシ樹脂の中でも脂環式エポキシが好ましい。具体的には、分子量１０００以下、好ましくは５００以下の脂環式エポキシが好ましい。より具体的には、ヘキサヒドロニコチン酸ジリシルエステル、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、シクロペンタジエンジオキサイド、アイサイクリックジエポキシ−アジペイントが好ましい。尚、エポキシ樹脂と潜在性硬化剤との配合比は、エポキシ樹脂：潜在性硬化剤＝８０：２０〜９５：５とするのが好ましい。

本発明に係る導電ペーストは、無溶剤でも良く、また、溶剤を含んでいても良い。溶剤は、エポキシ樹脂を可溶であり、エポキシ樹脂と反応性を有しない化合物で、蒸気圧の低いアルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類が好ましい。また、溶剤は、真空印刷時の乾燥を防止するため、沸点が２８０℃以上の可塑剤を含むものが好ましい。可塑剤の例としては、フタル酸類等である。そして、溶剤と可塑剤との配合比は、溶剤：可塑剤＝５０：５０〜５：９５とするのが好ましい。

以上説明した、金属フィラー、樹脂成分、溶剤の混合により本発明に係る導電ペーストが製造される。金属フィラーと樹脂成分との混合比は上記の通りであるが、溶剤を含めた全体の組成は、金属フィラー９０〜９３重量％、樹脂成分１〜７重量％、溶剤２〜４重量％とするのが好ましい。

そして、本発明に係る導電ペーストは、粘度２００Ｐａ・ｓ以下のものが好ましい。そして、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法による測定で５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、プリント配線板のスルーホール又はビアホールの充填おいて、熱伝導率の高い充填物を形成することができる。本発明に係る導電ペーストは、電気伝導性等の従来から要求されている特性も良好であり、硬化後の収縮、欠陥の発生も抑制されている。

以下、本発明の好適な実施形態を比較例と共に説明する。本実施形態では、複数の市販の銀粉（いずれも還元法による）を用意し、単独又は２種の銀粉を混合して金属フィラーとした。そして、金属フィラーに樹脂成分、溶剤を混合して複数の導電ペーストを製造し評価した。本実施形態で使用した銀粉の特性を表１に示す。また、図１は、銀粉Ａ、Ｂ、Ｃの形態を示す写真である。これらの銀粉は、いずれも還元法を経て製造されたものであるが、更に衝撃を加えて、フレーク状にしたものである。この中で、銀粉Ｃは、加える衝撃量を比較的低減して製造したものであり、ほぼ完全にフレーク状となった銀粉Ａ、Ｂと比較すると、立体的であり、比表面積が小さくなっている。

樹脂成分は、潜在性硬化剤としてアミン硬化剤を含むエポキシ樹脂（ヘキサヒドロニコチン酸ジリシルエステル）を用いた。また、溶剤は、エステル・アルコール類に可塑剤としてフタル酸類を含むものを用いた。

製造した導電ペーストは粘度、体積抵抗率、熱伝導率を測定して評価した。粘度の測定は、ブルックフィールド社製ＨＢＴ型スモールチャンバー６Ｒ（スピンドルＳＣ４−１４）を使用し、ペーストを１０回転（１分間で）回転させた後に測定を行った。体積抵抗率の測定は、スクリーン印刷で０．５ｍｍ×２０ｍｍのラインを形成し、硬化後のライン膜厚とライン部の抵抗値を測定して求めた。熱伝導率の測定は、レーザーフラッシュ法により行った。製造した導電ペーストについての評価結果を表２に示す。

表２からわかるように、金属フィラーのタップ密度を４．５ｇ/ｃｃ以上とした各実施例に係る導電ペーストは、熱伝導率が良好である。特に、２種の銀粉からなる金属フィラーを用いた実施例（実施例１〜４）では、粘度、体積抵抗率、熱伝導率いずれも良好な結果を示す。また、実施例４のように、無溶剤のペーストも良好な特性を示した。一方、タップ密度が高い場合であっても、実施例５では、熱伝導率が良好であったが、体積抵抗率において劣る。これは、上記のように、粉末間の接触面積が低いことによると考えられる。

尚、厚み１．６ｍｍのガラスエポキシ銅張積層板に、直径０．８ｍｍのスルーホールを設け、各実施例に係る導電ペーストをスルーホール内にスクリーン印刷法を用いて充填した。そして、充填された導電ペーストを熱風乾燥炉で、１３０℃で０．５時間乾燥した後、１７５℃で１時間加熱して硬化した。そして、硬化後のスルーホール内の導電ペーストについて、外観観察、断面観察を行った。その結果、実施例１〜３に係る導電ペーストを充填した場合には、顕著な体積減少やクラックは見られなかった。従って、これら実施例に係る導電ペーストは、スルーホール（ビアホール）充填に極めて有用であることが確認された。一方、実施例４、５については、実用上許容はできるものの、僅かな体積減少がみられた。この要因は、これらの導電ペーストでは、溶剤の含有量が比較的多いためと考えられる。但し、これらの実施例でも、クラックのような明瞭な欠陥は見られなかった。

補実施形態で使用した銀粉Ａ、Ｂ、Ｃの形態を示す写真。

Claims

金属フィラーと、潜在性硬化剤とエポキシ樹脂とからなる樹脂成分と、を含んでなり、プリント配線板に設けられたスルーホール又はビアホールを充填するために用いられる導電ペーストであって、
樹脂成分を１００重量部とした場合、２０００〜１００００重量部の金属フィラーを含む導電ペースト。
金属フィラーは、タップ密度４．５ｇ／ｃｃ以上の金属粉からなる請求項１記載の導電ペースト。
金属フィラーは、タップ密度及び比表面積の異なる２種以上の金属粉からなる請求項１又は請求項２記載の導電ペースト。
金属フィラーは、タップ密度及び比表面積の異なる２種の金属粉からなり、一の金属粉はタップ密度５．５〜７．５ｇ／ｃｃ、比表面積０．１５〜０．３５ｍ^２／ｇであり、他の金属粉はタップ密度４．５〜６．０ｇ／ｃｃ、比表面積０．７〜１．２ｍ^２／ｇである請求項３記載の導電ペースト。
金属フィラーは、銀、銅、金、パラジウム、又は、これらの合金の粉末よりなる請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の導電ペースト。
樹脂成分のエポキシ樹脂は、脂環式エポキシである請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の導電ペースト。
樹脂成分の潜在性硬化剤は、アミン系硬化剤である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の導電ペースト。
更に、溶剤を含む請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の導電ペースト。