JP2010055787A - 銀ペースト - Google Patents

Abstract

【課題】 硬化条件が限定されず、硬化させた状態でもはんだ付けが可能であって、良好な電気的特性と共に、優れたはんだ付け性と接着強度が得られる熱硬化型銀ペーストを提供する。
【解決手段】 銀粉末と、エポキシ樹脂及びその硬化剤と、溶剤とを含む加熱硬化型銀ペーストであって、エポキシ樹脂の硬化剤がフェノールノボラック化合物であり、銀粉末１００重量部に対してエポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤を合計で０.６〜２.５重量部含有する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電気配線又は電極の形成に用いられる加熱硬化型銀ペーストであって、はんだ付け性に優れた銀ペーストに関するものである。

従来、高温で処理すると特性が劣化してしまうような電気配線基板や電子部品の配線又は電極を形成する方法としては、銀、アルミニウム等のスパッタリングや蒸着による薄膜方式と、加熱硬化型ペーストを用いる厚膜方式がよく知られている。

そのうちの厚膜方式は、加熱硬化型銀ペーストを基板や部品等に塗布又は印刷した後、２５０℃以下の低温で加熱して乾燥、硬化させることにより、配線又は電極を形成するものである。この厚膜方式は、設備が安価で、生産性も高いことから、フィルムアンテナ等の配線やコンデンサ、抵抗器、太陽電池等の電極の製造に広範に利用されている。

ところで、上記厚膜方式に用いる加熱硬化型銀ペーストは、銀粉末と、エポキシ樹脂などの加熱硬化性樹脂及び溶剤とで実質的に構成される。導電粉末として銀粉末が用いられるのは、銀は電気抵抗が小さく、酸化され難いうえ、金に比べて安価であるなどの理由による。

上記厚膜方式に用いられる加熱硬化型銀ペーストについては、従来から数多くの研究と提案されている。例えば特開平０８−０９２５０６号公報には、銀粉末と、エポキシ樹脂及びそのイミダゾール系硬化剤とを含み、はんだ付け性が良好で且つ十分な引張強度を有する加熱硬化型銀ペーストが提案されている。

しかしながら、上記の加熱硬化型銀ペーストは、半硬化状態にしてはんだ付け性を確保するものである。即ち、はんだ付け性と接着強度を十分なものにするためには、硬化条件を限定しなければならないという問題があった。
特開平０８−０９２５０６号公報

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、硬化条件を限定する必要がなく、十分に硬化させた状態でもはんだ付けが可能であって、良好な電気的特性と共に、優れたはんだ付け性と接着強度が得られる熱硬化型銀ペーストを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する銀ペーストは、銀粉末と、エポキシ樹脂及びその硬化剤と、溶剤とを含む加熱硬化型銀ペーストであって、エポキシ樹脂の硬化剤がフェノールノボラック化合物であり、銀粉末１００重量部に対してエポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤を合計で０.６〜２.５重量部含有することを特徴とする。

本発明によれば、銀ペーストにおけるエポキシ樹脂の硬化剤としてフェノールノボラック化合物硬化剤を用い、且つエポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤の総量を特定範囲に制御することにより、良好な電気的特性が得られるだけでなく、はんだ付け性と接着強度に優れ、硬化させた状態でもはんだ付けが可能な熱硬化型銀ペーストを提供することができる。

本発明が提供する銀ペーストは、厚膜方式により配線や電極を形成するための熱硬化型銀ペーストであって、導電粉末としての銀粉末と、エポキシ樹脂及びその硬化剤としてのフェノールノボラック化合物と、溶剤とで実質的に構成されている。エポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤を用いることにより、良好なはんだ付け性と引張強度が得られるだけでなく、はんだ付けの硬化条件が限定されず、はんだ付けが銀ペーストを十分に硬化させた状態でも可能になる。

本発明の銀ペーストに用いる銀粉末については、特に制限はなく、球状又はフレーク状のいずれか片方若しくは両方を用いることができる。銀粉末の平均粒径は、特に制限されないが、２０μｍ以下が望ましい。平均粒径が２０μｍを越えると、スクリ−ン印刷時に目詰まりが発生したり、接着強度が低下したりしてしまうからである。

使用するエポキシ樹脂としては、特に制限はなく、主に電子材料の成形や接着あるいは封止などに通常用いられているものであってよい。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のようなビスフェノール型エポキシ樹脂などの２感応型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などの多官能型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などを用いることができる。また、これらのエポキシ樹脂は、単独でも複数を混合して用いても差し支えない。

エポキシ樹脂の硬化剤としては、フェノールノボラック化合物を用いる。好ましいフェノールノボラック化合物としては、フェノールホルムアルデヒド型ノボラック樹脂、フェノールアラルキル型ノボラック樹脂などを挙げることができる。硬化剤としてフェノールノボラック化合物を用いることにより、はんだ付け性及び引張強度の向上と共に、他の硬化剤に比べて銀ペーストで形成した配線や電極の抵抗値を低くすることができる。尚、フェノールノボラック化合物硬化剤の量は、使用したエポキシ樹脂を硬化条件下で十分硬化できる量であれば良い。

本発明の銀ペーストでは、銀粉末１００重量部に対して、エポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤を合計で０.６〜２．５重量部配合することが必要である。エポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤の合計が０.６重量部未満では、接着強度が低下し且つはんだ喰われが起こりやすい。また、エポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤の合計が２.５重量部を超えると、はんだ付け性が極端に低下して、はんだが付かなくなってしまう。

溶剤としては、特に限定されるものではなく、ペーストに一般的に用いられている溶剤を用いることができる。具体的には、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等を好適に用いることができる。溶剤の含有量は、銀粉末の均一な分散が可能であり、且つ銀ペーストのスクリーン印刷可能な粘度が得られる量であれば良い。

更に、本発明の銀ペーストでは、硬化を促進させることを目的として、メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、アミン類、三フッ化ホウ素を含むルイス酸錯体などの硬化促進剤を配合することができる。硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂１００重量部に対して１０重量部以下とすることが好ましい。

尚、本発明の銀ペーストの製造は、上記した銀粉末、エポキシ樹脂、フェノールノボラック化合物硬化剤、溶剤の各成分、必要に応じて硬化促進剤を、ロールミルなどの市販の混練装置を用いて通常のごとく混練すればよい。

以下、本発明の実施例及び比較例によって本発明を更に詳細に説明する。銀粉末として、平均粒径が１.９μｍの球状粉末と平均粒径が７.６μｍのフレーク状粉末を用いた。エポキシ樹脂としてはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９０）を用い、その硬化剤としてフェノールホルムアルデヒド型ノボラック樹脂（水酸基当量１０４）を用いた。また、硬化促進剤として２−フェニル４−メチルイミダゾ−ルを少量添加した。尚、溶剤にはジプロピレングリコールを用いた。

上記した球状及びフレーク状の銀粉末、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及び溶剤を、下記表１に示す割合で配合し、３本ロールミルで混練して、試料１〜９の銀ペーストをそれぞれ作製した。尚、表１における各成分の配合割合は、銀粉末１００重量部に対する重量部である。また、上記銀粉末は、全ての試料において、球状粉末７５重量部とフレーク状粉末２５重量部を混合使用した。

上記した試料１〜９の各銀ペーストを、アルミナ基板上に幅０.６ｍｍ及び長さ６０ｍｍのパターンでスクリーン印刷し、２００℃のオーブン中に３０分間放置して硬化させた。その後室温まで冷却し、得られた銀ペースト硬化膜の抵抗値を測定した。次に、銀ペースト硬化膜の膜厚を東京精密（株）製の表面粗さ計サーフコムＥで測定し、得られた抵抗値と膜厚から体積抵抗値を求めた。尚、抵抗値の測定方法にはアドバンテスト（株）製のデジタルマルチメータＲ６８７１Ｅを用い、そのプローブ端子を銀ペースト硬化膜の両端に当てて測定した。

また、上記した試料１〜９の各銀ペーストを、アルミナ基板上に２.０ｍｍ角のパターンでスクリーン印刷した後、そのペースト上に１.５ｍｍ角のシリコンチップを載せ、２００℃のオーブン中に３０分間放置して銀ペーストを硬化させた。その後室温まで冷却し、シリコンチップの剥離強度を測定して銀ペーストの接着強度とした。具体的には、今田製作所（株）製のプッシュプルスケールＰＳＭを用いてアルミナ基板に対して水平方向からシリコンチップに力を加え、シリコンチップが剥がれるときの応力を測定した。

更に、上記した試料１〜９の各銀ペーストを、アルミナ基板上に１０ｍｍ角のパターンでスクリーン印刷し、２００℃のオーブン中に３０分間放置して銀ペーストを硬化させた。その後、得られた銀ペースト硬化膜上にフラックスを塗布し、直径４.０ｍｍ及び高さ１.０ｍｍのはんだディスク（組成：Ｓｎ−３重量％Ａｇ−０.５重量％Ｃｕ）を載せ、２７０℃に加熱してはんだを溶融させ、はんだが溶融してから５秒後に冷却した。このときのはんだの拡がり状態を目視観察することによって、はんだ付け性を評価した。

上記のごとく試料１〜９の各銀ペーストによって得られた銀ペースト硬化膜の特性、即ち体積抵抗値、接着強度、及び、はんだ付け性を、下記表２にまとめて示した。尚、はんだ付け性の評価は、はんだが銀ペースト硬化膜上に濡れて拡がったものを○とし、はんだが玉になってしまい銀ペースト上に拡がらなかったものを×とした。

上記の表１及び表２から明らかなように、本発明の実施例である試料１〜６の銀ペーストは、はんだ付け性が良好であると共に、接着強度も強く、優れた特性を有していることが分かる。一方、エポキシ樹脂及び硬化剤の配合量が多い比較例の試料７〜８は、接着強度は大きいものの、はんだ付け性が悪かった。また、エポキシ樹脂及び硬化剤の配合量の少ない比較例の試料９では、はんが付け性は良好であるが、接着強度が悪く、はんだ喰われも起こっていた。

Claims (3)

1. 銀粉末と、エポキシ樹脂及びその硬化剤と、溶剤とを含む加熱硬化型銀ペーストであって、エポキシ樹脂の硬化剤がフェノールノボラック化合物であり、銀粉末１００重量部に対してエポキシ樹脂とフェノールノボラック化合物硬化剤を合計で０.６〜２.５重量部含有することを特徴とする銀ペースト。
2. 前記エポキシ樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂であり、前記フェノールノボラック化合物硬化剤がフェノールホルムアルデヒド型ノボラック樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の銀ペースト。
3. 前記銀粉末の平均粒径が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の銀ペースト。