JP2006278162A - 導体ペースト及びそれを用いた電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥初期の粘度が高くなるようにして凹凸を生じにくくした導体ペースト及びそれを用いた電子部品を提供する。
【解決手段】
導電性粉末と樹脂と溶剤とから成る導体ペーストにおいて、樹脂がアクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したものから成る導体ペーストである。また電子部品は、この導体ペーストを用いて端子電極を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品の端面電極形成に使用される導体ペーストに関するものである。

導体ペーストは、例えば、溶剤に導電粒子と樹脂を分散させて成るものである。このような導体ペーストを用いる電子部品に、チップ型の電子部品がある。その一例を図４に示す。１は電子部品基体であり、電子部品基体１はセラミックスなどからなり、電極等が形成されて、コンデンサ、インダクタ、フィルター等の素子の役割を果たすようになっている。３は端子電極であり、前記導体ペーストにより形成され、電子部品基体１に固着しており、電子部品を基板等に接続するのに使用される。

図４（ａ）は、電子部品１０の両端に端子電極３を含む断面図である。電子部品基体1には内部電極２が形成されており、端子電極３と内部電極２は接続されている。

前記電子部品に端面電極を形成する方法としては、前記導体ペーストに電子部品の一端をつけて導体ペーストをチップに付着させるディップ法が知られている。（例えば、特許文献１参照）その後、導体ペーストは、溶剤が乾燥され、更に必要に応じて焼成等が行われて、端子電極３となる。
特開平７−２９７７３号公報

しかしながら、従来の電極の形成方法では、例えば粘度が低い導体ペーストを用いた場合、端子電極の形状に凹凸が生じるという問題があり、基板等に実装する際に不具合があった。

粘度が低い導体ペーストを用いる場合、導体ペーストは印刷された直後に表面張力によってレベリングし、塗布された導体ペーストは凹凸のない形状になる。しかし、導体ペーストの溶剤を乾燥する際に、ペーストの流動が起こって、乾燥が終了した段階では、端子電極の形状に凹凸が生じてしまう問題があった。例えば、図４（ａ）では、Ａ部と比較してＢ部の導体ペーストの乾燥が早く、粘度の低いＡ部のペーストが溶剤の少なくなったＢ部に流動して、Ａ部の膜厚が薄く、Ｂ部の膜厚が厚くなってしまう。以下、この様に乾燥によりペーストが流動して端面電極形状が変わることを端面電極の乾燥変形と呼ぶ。

他方、粘度が高い導体ペーストを用いた場合には、導体ペーストがほとんどレベルリングをしないので、塗布された状態のままで乾燥されることになり、端子電極の形状が凹凸のあるものになるという問題があった。例えば、図４（ｂ）では、端子電極に塗布時に生じた角（つの）状の突起Ｃが残った。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、乾燥初期の粘度が高くなるようにして凹凸を生じにくくした導体ペースト及びそれを用いた電子部品を提供することにある。

本発明の導体ペーストは、導電性粉末と樹脂と溶剤とから成り、樹脂がアクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したものから成ることを特徴とするものである。

また、本発明の導体ペーストは、前記アクリル樹脂のエステル結合側鎖部のアルキル基の炭素数が４以下であることを特徴とするものである。

更に、本発明の導体ペーストは、前記アクリル樹脂のエステル化率が９５モル％以上であることを特徴とするものである。

また更に、本発明の導体ペーストは、前記ブチラール樹脂のブチラール化率が４０〜７５モル％であることを特徴とするものである。

更にまた、本発明の導体ペーストは、前記ブチラール樹脂の酢酸ビニル基の結合率が２モル％以下であることを特徴とするものである。

また更に、本発明の導体ペーストは、前記溶剤が高級アルコールであることを特徴とするものである。

更にまた、本発明の電子部品は、前記導体ペーストで端子電極を形成したことを特徴とするものである。

本発明の導体ペーストは、導電性粉末と樹脂と溶剤とから成り、樹脂がアクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したものから成る。アクリル樹脂は極性基の多い高極性の樹脂であり、ブチラール樹脂は低極性の樹脂であるので、極性の差が大きく混ざりにくいものである。従って、レベリング後の乾燥初期に溶剤が少量減った段階でペーストの粘度が全体的に高くなるので、導体ペーストの形状に凹凸が生じにくい。

また、本発明の導体ペーストによれば、前記アクリル樹脂のエステル結合側鎖部のアルキル基の炭素数が４以下であることにから、アクリル樹脂に含まれる極性基の割合が増えて、乾燥時の粘度増加の効果が高くなり、導体ペーストの形状に凹凸が生じにくい。

更に、本発明の導体ペーストよれば、前記アクリル樹脂のエステル化率が９５モル％以上であることから、ブチラール樹脂との極性の差が大きくなりすぎないので、ブチラール樹脂と混合してペースト化することができる。

また更に、本発明の導体ペーストは、前記ブチラール樹脂のブチラール化率が４０〜７５モル％である。ブチラール樹脂は、ブチラール化率が高いほど低極性になる。したがって、ブチラール樹脂のブチラール化率が４０％以上であることから、アクリル樹脂との極性の差を大きくできるので、乾燥により溶剤が少量減っただけでペーストの粘度が増大し、導体ペーストの形状に凹凸が生じない。また、ブチラール樹脂のブチラール化率が７０％以下であることにより、アクリル樹脂との極性の差が大きくなりすぎないので、アクリル樹脂と混合してペースト化することができる。

更にまた、本発明の導体ペーストによれば、前記ブチラール樹脂の酢酸ビニル基の結合率が２モル％以下であることから、アクリル樹脂と極性の差を大きくできるので、乾燥により溶剤が少量減っただけでペーストの粘度が増大し、導体ペーストの形状に凹凸が生じない。

また更に、本発明の導体ペーストによれは、前記溶剤が高級アルコールであることから、アクリル樹脂とブチラール樹脂の双方を溶解し、ペースト化することが出来る。

更にまた、本発明の電子部品によれば、前記導体ペーストで端子電極を形成したことから、端子電極の凹凸が生じず、実装性が良くなる。

以下、本発明について詳細に説明する。

電子部品に使用される、本発明の実施形態に係る導体ペーストは、溶剤に少なくとも導電粒子と樹脂を分散させたものである。導体ペーストは電子部品に塗布され、溶剤が乾燥され、必要に応じて焼成等が行われて、電子部品に固着される。

導体ペーストに使用される導電粒子としては、パラジウム、ニッケル、鉄等の卑金属のもの、金、銀、銅等の貴金属のもの、カーボンブラック等の有機物のものが例示できる。また、導電粒子は前記金属の合金を用いてもよい。さらに、表面の酸化により導電性を低下させない為にガラスやシリケート等の無機酸化物や、パラジウム、金、銀、白金等の耐酸化性のある金属で被覆してもよい。さらにまた、前記金属の酸化物、レジネート物など、塗布後に酸化、還元、熱分解等の作用により導電性を持つものでもよい。さらにまた、導体ペーストを焼成して固着させるのであれば、粒径１μm以下導電粒子を使用すると焼結性を高められるため好ましい。また、導電粒子のもっとも長い径ともっとも短い径の比率が２倍以上であるスペクト比の高い粒子を使用すると焼結後の被覆性が高められるため好ましい。

導電ペーストに用いられる樹脂は、アクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したものが用いられる。ここでアクリル樹脂は、メタクリル樹脂、エタクリル樹脂を含めたものを指している。これらの中では分解温度が低く、焼成時にブリスタ等の起き難いメタクリル樹脂が好ましいアクリル樹脂である。また、アクリル樹脂の重量平均分子量は５万〜１００万が好ましい。５万以下では乾燥後の端子電極の膜強度が低く、膜の欠落が生じる。１００万以上ではペースト化するのに多量の溶剤を必要となり、導体ペーストの乾燥収縮が大きくなる。さらに、乾燥温度とアクリル樹脂の軟化点（ＪＩＳ Ｋ７２０６準拠）が近いと熱によりアクリル樹脂そのものの粘度が変化し、乾燥炉中の温度バラツキがあるため、乾燥炉内の位置によりアクリル樹脂そのものの粘度に差が生じ、端子電極の形状にバラツキがでることがある。アクリル樹脂の軟化点は、乾燥温度に対して−２０〜０℃の範囲以外であることが好ましい。乾燥温度に対して、アクリル樹脂の軟化点が−２０℃以下であれば、アクリル樹脂の粘度に変化が生じないのでより好ましい。

導体ペーストに用いられる溶剤は、ノナノール、デカノール、ドデカノール、テルピネオール、ベンジルアルコール、ナフタノール、カルビトール、ブチルカルビトール等の高級アルコールが用いられる。ここで、高級アルコールとは、炭素数が４以上のものを指しており、エーテル結合が含まれているものでもよい。炭素数が３以下ではアルコール基の影響が大きくなり、アクリル樹脂を溶解することが出来なくなる。炭素数４以上の高級アルコールであれば、アクリル樹脂とブチラール樹脂の双方を溶解し、ペースト化することが出来る。炭素数が８以上であれば、アクリル樹脂の溶解性が良くなり、溶剤量が少なく出来るのでより好ましい。

本実施形態の導体ペーストは、次のように製造される。先ず、上述した導電粒子の粉末、樹脂及び溶剤を、所定の分量加え、プラネタリーミキサー等を用いて混合する。このとき、必要に応じてこれに分散剤等を加えても良い。そして、混合を終えたものを三本ロールミルに２０回程度通すことにより、ペースト化される。

このようにして得られた導電ペーストは、後述するような電子部品基体に塗布・乾燥・焼き付けすることにより、例えば、電子部品の端子電極を構成することとなる。尚、導体ペーストを塗布したあとの乾燥では、溶剤がなくなることにより、導体ペーストは乾燥収縮する。溶剤量の量が多いと収縮量が大きくなり、クラックが生じるため、溶剤の含有量はペースト中の８０ｖｏｌ％以下が良い。７５ｖｏｌ％以下であればさらにクラックが生じにくいためより好ましい。また、溶剤を乾燥させる温度は１３０〜２００℃が好ましい。乾燥温度１３０℃以下で乾燥できる溶剤では、室温での揮発分が多く、作業環境でペースト粘度を一定に保つのが難しい。乾燥温度が２００℃より高いと、乾燥時に使用する電子部品を固定する治具に劣化を起こし、さらに、高温のために作業性が劣る。尚、乾燥温度を２００℃以下にするためには、高級アルコールの炭素数は１２以下が好ましい。

本実施形態の導体ペーストにおいて特徴的なところは、樹脂がアクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したものから成る点にある。アクリル樹脂は極性基の多い高極性の樹脂であり、ブチラール樹脂は低極性の樹脂であるので、極性の差が大きく混ざりにくいものである。従って、導体ペーストを塗布した直後は、低粘度であるためレベリングされて表面が平滑になり、その後の乾燥初期には溶剤が少量減った段階でペーストの粘度が全体的に高くなって乾燥変形が生じにくくなるので、導体ペーストの形状に凹凸が生じにくい。

アクリル樹脂あるいはブチラール樹脂を単独で用いる場合、乾燥前の粘度に対して半乾燥状態までの粘度の増加は２倍程度であるが、アクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したもの用いた場合、４〜１０倍、あるいは、それ以上に粘度増加する。なお、塗布後の導体ペーストには、外部から強い応力が加わっているわけではないので、ペーストの流動性の評価は１０^−１ｓ^−１の低せん断速度で粘度を測定することが有効である（ＪＩＳ Ｋ７２０６準拠）。また、乾燥は導体ペーストの固形分（導電粒子等の固体の物質）が導体ペーストに占める体積比率の変化で評価できる。具体的には、乾燥前の導体ペーストでは固形分比率は２０〜４５ｖｏｌ％であるのに対し、乾燥した端子電極の固形分比率は５５〜６５ｖｏｌ％である。乾燥変形が起こるのは溶剤の乾燥量の少ない状態であるから、乾燥前の粘度と乾燥により固形分比率が５０ｖｏｌ％となった半乾燥状態の粘度を比較することにより、導体ペーストが乾燥変形するかが評価できる。

本実施形態の導体ペーストに用いたアクリル樹脂は、エステル結合側鎖部のアルキル基の炭素数を４以下にしている。これは、側鎖部のエステル結合している部分の元のアルコールの炭素数が４以下ということである。アクリル樹脂のエステル結合部に使用されるアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エタンジオール、プロパンジオール、ベンジルアルコール等がある。さらに、それらの共重合したものでもよい。これらのなかで炭素数が４以下のものを使用すれば、アクリル樹脂中に含まれるエステル結合の量が増えて、ブチラール樹脂との極性の差が大きくなり、乾燥による粘度増加が大きくなり、導体ペーストの形状に凹凸が生じない。エチルヘキシルアクリル樹脂、あるいは、エチルヘキシルメタクリル樹脂では粘度増加が４倍程度であるのに対し、炭素数４以下のアルコールのアクリル樹脂では１０倍程度と粘度増加が大きくなる。それら中でも分解温度が低く、焼成時にブリスタ等の起き難い、エステル結合部にイソブチルアルコールが結合したイソブチルアクリル樹脂、イソブチルメタクリル樹脂、イソブチルエタクリル樹脂が好ましいアクリル樹脂である。

また、アクリル樹脂のエステル化率は９５モル％以上が好ましい。エステル化率が低く、カルボキシル基が多く残っていると、ブチラール樹脂との極性の差が大きくすぎ、多量の溶剤を用いなければペースト化できなくなる。エステル化率が９５モル％以上であれば、少ない溶剤量でペースト化でき、乾燥収縮により端子電極にクラックが生じる事がない。エステル化率が９８モル％以上であれば、さらに溶剤量が少なくなり、乾燥収縮が少なくなるのでより好ましい。

本実施形態の導体ペーストに用いたブチラール樹脂は、ブチラール化率を４０〜７５モル％に設定した。ブチラール樹脂は、ブチラール化率が高いほど低極性になる。したがって、ブチラール樹脂のブチラール化率が４０％以上であることから、アクリル樹脂との極性の差を大きくできるので、アクリル樹脂と混ざりにくく、乾燥により溶剤が少量減っただけでペーストの粘度が増大し導体ペーストの形状に凹凸が生じない。また、ブチラール樹脂のブチラール化率が７０％以下であることにより、アクリル樹脂との極性の差が大きくなりすぎないので、アクリル樹脂と混合してペースト化することができる。

また、本実施形態のブチラール樹脂の酢酸ビニル基の結合率が２モル％以下である。これは酢酸ビニル基が結合いしたモノマーの割合が２モル％以下ということである。製法上、ブチラール樹脂には酢酸ビニル基が残されることが多く、この残存割合が多いブチラール樹脂は、高級アルコールに溶にくく、溶剤量を増やしてもペーストの粘度が低くならず、導体ペーストのレベリング性が悪くなる。レベリング性を浴するためには酢酸ビニル基の結合率が１．５％以下であることが好ましい。

そして、アクリル樹脂とブチラール樹脂の質量比率は、アクリル樹脂１に対してブチラール樹脂０．００３〜０．２である。ブチラール樹脂の比率が０．００３より少ないと乾燥により溶剤が減った時のペーストの粘度の増加が少なく、乾燥変形によるペーストの形状に凹凸が生じる。ブチラール樹脂の比率が多いと熱分解性が悪く、焼成時にブリスタが生じる。乾燥による粘度の増加を大きくし、ペーストの形状の凹凸を少なくするにはブチラール樹脂の比率は０．００５以上であることが好ましい。熱分解性を良くして、焼成時にブリスタが生させないためにはブチラール樹脂の比率は０．１以下が好ましい。

続いて、本発明の実施形態にかかる電子部品について図を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態による電子部品１０の斜視図である。１は電子部品基体であり、電子部品基体１はセラミックスなどからなり、電極等が形成されて、コンデンサ、インダクタ、フィルター等の素子の役割を果たすようになっている。３は端子電極であり、電子部品本体１に固着されている。端子電極３は電子部品１０を外部の基板等に接続するのに使用される。

図２は、図１の電子部品１０の両端の端子電極３を含む断面図である。電子部品基体1には内部電極２が形成されており、端子電極３と内部電極２は接続されている。

電子部品基体１は、例えば、セラミック粉末を含んだグリーンシートと導体層を複数積層し、切断、焼成する事により得られる。その寸法は、例えば０．４ｍｍｍ×０．２ｍｍ×０．２ｍｍ〜４５ｍｍ×３２ｍｍ×３２ｍｍの範囲である。

端子電極３は電子部品に、上述した本実施形態の導体ペーストを塗布・乾燥・焼き付けすることにより形成される。導体ペーストを、電子部品基体１に塗布する方法は、導体ペーストに電子部品基体１の一端をつけて導体ペーストをチップに付着させるディップ法、スクリーン印刷や凹版印刷による印刷法がある。塗布された導体ペーストは、溶剤が乾燥され、必要に応じて焼成等が行われて、電子部品本体１に固着される。なお、電子部品基体１を得るための焼成と端子電極の焼成とを同時に行ってもよい。

本実施形態の電子部品においては、電子部品基体としては、ＢａＴｉＯ_３を主成分とするセラミック粉末を含んだグリーンシートとニッケルを主成分とする導体層を複数積層し、切断、焼成する事により作成した、積層セラミックコンデンサとしての電子部品基体１を用いた。

電子部品基体１の端面に、表１に示すような配合とした導体ペーストをディップ法により塗布し、これを１５０℃１０分間加熱し溶剤を乾燥させた。続いて、９００℃の窒素雰囲気で焼成を行い、電子部品基体１に端面電極２を焼き付けることにより電子部品１０を作成し、端面電極の形状を評価した。サンプル１〜５に示す導電ペーストを用いた端子電極２の形状は、端面形成時の角状突起、乾燥変形による凹凸がないものであった。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更、改良等が可能である。

例えば凹版印刷により導体を塗布することにより、図３に示すような、多連型のチップコンデンサを作成してもよい。

本発明による電子部品の斜視図である。 図１の電子部品の断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる電子部品の斜視図である。 従来の電子部品の断面図である。

Claims (7)

1. 導電性粉末と樹脂と溶剤とから成る導体ペーストにおいて、前記樹脂がアクリル樹脂とブチラール樹脂とを混合したものから成る導体ペースト。
2. 前記アクリル樹脂のエステル結合側鎖部のアルキル基の炭素数が４以下であることを特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
3. 前記アクリル樹脂のエステル化率が９５モル％以上であることを特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
4. 前記ブチラール樹脂のブチラール化率が４０〜７５モル％であることを特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
5. 前記ブチラール樹脂の酢酸ビニル基の結合率が２モル％以下であることを特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
6. 前記溶剤が高級アルコールであることを特徴とする請求項１記載の導体ペースト。
7. 請求項１記載の導体ペーストで端子電極を形成したことを特徴とする電子部品。

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