JP2014035974A - 導電性金属ペースト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バインダー樹脂成分を含有していない導電性金属ペーストであって、金属フィラー、金属ナノ粒子、および有機溶剤を含み、前記金属ナノ粒子の表面が被覆剤により被覆されており、前記金属フィラーは、相対的に卑な金属の金属粉が相対的に貴な金属によって被覆されたものであり、前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径が前記金属フィラーの平均粒子径より小さい。この導電性金属ペーストを用いた金属被膜とその形成方法、スルーホール用導電性被膜とその形成方法、固定された電子部品とその固定方法。
【選択図】なし
Description
バインダー樹脂成分を含有していない導電性金属ペーストであって、
金属フィラー、金属ナノ粒子、および有機溶剤を含み、
前記金属ナノ粒子の表面が被覆剤により被覆されており、
前記金属フィラーは、相対的に卑な金属の金属粉が相対的に貴な金属によって被覆されたものであり、
前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径が前記金属フィラーの平均粒子径より小さい
ことを特徴とする導電性金属ペースト
が提供される。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましく、
前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径が、10nm以上200nm以下である
ことがより好ましい。
ことが好ましく、
前記金属フィラーの平均粒子径が、0.5μm以上8μm以下である
ことがより好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
VMF:(VNP+VCT+VOS)の比が、1:1.2〜1:4の範囲にある
ことが好ましい。
(VNP+VCT):VOSの比が、1:0.8〜1:3の範囲にある
ことが好ましい。
VMF:VNPの比が、80:20〜20:80の範囲にある
ことが好ましい。
ことが好ましい
本発明の別の態様によれば、
上記の導電性金属ペーストの塗布層を基板上に形成する工程;および、
前記導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、前記導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有する金属被膜の形成方法
が提供される。
ことが好ましい。
上記の方法により形成された金属被膜
が提供される。
上記の導電性金属ペーストを、基板のおもて面と裏面の間のスルーホールに塗布する工程;および、
前記導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、前記導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有するスルーホール用導電性被膜の形成方法
が提供される。
ことが好ましい。
上記の方法により形成されたスルーホール用導電性被膜
が提供される。
上記の導電性金属ペーストの塗布層を、第一の電子部品の表面と、第二の電子部品表面もしくは基板上との少なくとも一方に形成する工程;および、
前記導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、前記導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有する電子部品の固定方法
が提供される。
ことが好ましい。
上記の方法により固定された電子部品
が提供される。
金属フィラーは、金属粉が、金属粉よりも貴な金属によって被覆されたものである。この被覆した貴な金属(金属粉被覆金属)と卑な金属(金属粉)がフィラー表層で合金化または相互拡散することで、焼結性が卑な金属粉と比較して向上する。従って導電性金属ペーストを用いて形成した導電体(例えば導電体層)が低抵抗となる。また、金属フィラーが相対的に貴な金属だけからなる場合と比較して、コストの面でも有利となることが期待できる。
金属ナノ粒子自体の平均粒子径は、金属フィラーの平均粒子径より小さい。これにより、金属フィラーの粉末相互間の隙間に、金属ナノ粒子が充填された構造を得ることができ、導電性金属ペーストを用いて形成した導電体において、金属フィラー粉末相互の間が金属ナノ粒子(特にはその焼結体)によって連結された構造を得ることができる。従って、特には金属フィラー粉末同士の間の接触抵抗が低減され、低抵抗な導電体を得ることができる。
被覆剤は、導電性金属ペーストにおいて金属ナノ粒子同士が直接接触することを防止することを主な目的として用いるものである。さらには、被覆剤の有機溶剤に対する親和性を利用して、金属ナノ粒子の分散性を高めることもでき、また、被覆剤によって金属ナノ粒子の表面を保護(特には酸化からの保護)することもできる。
有機溶剤としては、例えば、導電性金属ペーストの分野で公知の有機溶剤を用いることができる。
導電性金属ペーストに含有される金属フィラーの体積比率をVMF、金属ナノ粒子の体積比率をVNP、被覆剤の体積比率をVCT+有機溶剤の体積比率をVOSと表す。
導電性金属ペーストから比較的厚い導電体(特には導電体膜)を容易に形成する観点から、25℃における粘度が、30Pa・s以上300Pa・s以下であることが好ましい。
導電性金属ペーストは、各成分を混合して得ることができる。例えば、金属フィラー、金属ナノ粒子、被覆剤を有機溶剤に混ぜ、攪拌することによって導電性金属ペーストを得ることができる。導電性金属ペーストの構成成分である有機溶剤(第一の有機溶剤という)とは別の有機溶剤(第二の有機溶剤という。ただし第二の有機溶剤は第一の有機溶剤より粘度が低くかつ沸点が低い)を用い、第二の有機溶剤に金属ナノ粒子と被覆剤を混ぜて攪拌し、得られた分散液に金属フィラーを混ぜて攪拌し、さらに第一の有機溶剤を混ぜて攪拌した後、第二の有機溶剤を蒸散させて導電性金属ペーストを製造することもできる。
次の方法によって金属被膜を形成することができる。その方法とは、
導電性金属ペーストの塗布層を基板上に形成する工程;および、
導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有する金属被膜の形成方法である。
次の方法によってスルーホール用導電性被膜を形成することができる。その方法とは、
導電性金属ペーストを、基板のおもて面と裏面の間のスルーホールに塗布する工程;および、
導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有するスルーホール用導電性被膜の形成方法である。
次の方法によって、電子部品を固定することができる。つまり、電子部品を他の部材に接合することができる。その方法とは、
導電性金属ペーストの塗布層を、第一の電子部品の表面と、第二の電子部品の表面もしくは基板上との少なくとも一方に形成する工程;および、
導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有する電子部品の固定方法である。
導電性金属ペーストは、表面が被覆剤により被覆された(特には、表面に被覆剤分子層が形成されている)金属ナノ粒子を分散溶媒(有機溶剤)中に均一に分散してなる「金属ナノ粒子分散液」を液相として利用し、金属フィラーをこの液相中に分散してなる「金属フィラー分散液」に相当し得るものである。すなわち、「金属ナノ粒子分散液」自体は、被覆剤により被覆された金属ナノ粒子が分散溶媒中に均一に分散されているため、その粘性は低いが、金属フィラーをこの「金属ナノ粒子分散液」中に均一に分散してなる「金属フィラー分散液」とすることで、「金属ナノ粒子分散液」自体の粘性より遥かに高い粘性を有する分散液とすることができる。
銅厚膜形成用の導電性金属ペーストとして、下記の原料を用いて、導電性銅ペーストを調製した。
・銀被覆銅マイクロ粒子(金属フィラー):
アトマイズ法で作製される球状銅粉末である、福田金属(株)製の10質量%銀コート銅粉「商品名:10%AgコートCu−HWQ 5μm(平均粒子径4.89μm:タップ密度4.3g/cm3)」。この金属フィラー中の銀の含有量は10質量%である。
・銅ナノ粒子分散液:
ハリマ化成(株)製銅ナノ粒子「商品名:NPC」。
ハリマ化成製銅ナノ粒子NPCは、銅ナノ粒子と「被覆剤分子アミン」とで構成されている。銅ナノ粒子自体の平均粒子径は、70nmである。銅ナノ粒子の表面には、「被覆剤分子アミン」の表面被覆分子層が形成されている。ここで用いた銅ナノ粒子「NPC」では、「被覆剤分子アミン」として、2−エチルヘキシルオキシプロピルアミン(沸点235℃、密度0.85g/cm3)を使用している。また、分散媒として、日本乳化剤製トリプロピレングリコール(分子量192、沸点268℃、密度1.02g/cm3)が使用されている。
・有機溶剤
高沸点の非極性有機溶剤である、日本乳化剤(株)製トリプロピレングリコール(分子量192、沸点268℃、密度1.02g/cm3)。
上記福田金属(株)製10%銀コート銅粉41.7質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール3.5質量部
を均一に混合した。撹拌脱泡機で撹拌して、トリプロピレングリコール中に金属フィラー(銀被覆銅粉)、銅ナノ粒子を均一に分散させ、導電性銅ペーストを調製した。
実施例2は実施例1で調製したペーストの銀被覆銅マイクロ粒子とナノ粒子と比率を変更したペーストを調製した。用いた原料は実施例1と同様である。
福田金属(株)製10%銀コート銅粉50.0質量部、
日本乳化剤製トリプロピレングリコール3.8質量部
を均一に混合した。撹拌脱泡機で撹拌して、トリプロピレングリコール中に金属フィラー(銀被覆銅粉)、銅ナノ粒子を均一に分散させ、導電性銅ペーストを調製した。
実施例3は実施例1で調製したペーストの銀被覆銅マイクロ粒子とナノ粒子と比率を変更したペーストを調製した。用いた原料は実施例1と同様である。
福田金属(株)製10%銀コート銅粉16.0質量部、
日本乳化剤製トリプロピレングリコール2.7質量部
を均一に混合した。撹拌脱泡機で撹拌して、トリプロピレングリコール中に金属フィラー(銀被覆銅粉)、銅ナノ粒子を均一に分散させ、導電性銅ペーストを調製した。
実施例4は実施例1で用いた銀被覆銅粉の銀被覆量を増加させた実施例となる。実施例1で用いた原料のうち、金属フィラーを次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・銀被覆銅マイクロ粒子(金属フィラー):
アトマイズ法で作製される銅粉末である、福田金属(株)製の20質量%銀コート銅粉「商品名:20%AgコートCu−HWQ 5μm(平均粒子径4.7μm:タップ密度4.8g/cm3)」。この金属フィラー中の銀の含有量は20質量%である。
上記福田金属(株)製20%銀コート銅粉44.5質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール5.0質量部
を均一に混合した。
撹拌脱泡機で撹拌して、トリプロピレングリコール中に金属フィラー(銀被覆銅粉)、銅ナノ粒子を均一に分散させ、導電性銅ペーストを調製した。
実施例1と同様の方法でペーストを焼成した。
実施例5は実施例1で用いた銀被覆銅粉の種類を変更した実施した例である。実施例1で用いた原料のうち、金属フィラーを次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・銀被覆銅マイクロ粒子(金属フィラー):
湿式還元法で作製される球状銅粉末である、三井金属鉱業(株)製の10質量%銀コート銅粉「商品名:10%Agコート05K(平均粒子径5.2μm:タップ密度4.6g/cm3)」。この金属フィラー中の銀の含有量は10質量%である。
上記三井金属鉱業(株)製10%銀コート05K43.3質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.9質量部
を均一に混合し導電性銅ペーストを調製した。
実施例1と同様の方法でペーストを焼成した。
実施例6は実施例1で用いた銀被覆銅粉の種類を変更した例である。実施例1で用いた原料のうち、金属フィラーを次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・銀被覆銅マイクロ粒子(金属フィラー):
湿式還元法で作製される銅粉末である、三井金属鉱業(株)製の10質量%銀コート銅粉「商品名:10%Agコート1100Y(平均粒子径1.1μm:タップ密度3.6g/cm3)」。この金属フィラー中の銀の含有量は10質量%である。
上記三井金属鉱業(株)製10%Agコート1100Y43.3質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール4.9質量部
を均一に混合し導電性銅ペーストを調製した。
実施例1と同様の方法でペーストを焼成した。
実施例7は実施例1で用いた銀被覆銅粉の種類を変更した例である。実施例1で用いた原料のうち、金属フィラーを次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・銀被覆銅マイクロ粒子(金属フィラー):
湿式還元法で作製される扁平銅粉末である、DOWAエレクトロニクス(株)製の10質量%銀コート銅粉「商品名:10%Agコートフレーク粉(平均粒子径5.1μm:タップ密度5.5g/cm3)」。この金属フィラー中の銀の含有量は10質量%である。
上記DOWAエレクトロニクス(株)製10%Agコートフレーク粉48.7質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール5.0質量部
を均一に混合し導電性銅ペーストを調製した。
実施例1と同様の評価でペーストを焼成した。
実施例8は実施例1で用いたナノ粒子の被覆アミン種を変更した例である。実施例1で用いた原料のうち、銅ナノ粒子分散液を次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・銅ナノ粒子分散液:
ここで用いた銅ナノ粒子「NPC」では、「被覆剤分子アミン」として、2−エチルヘキシルアミン(沸点169℃、密度0.79g/cm3)を使用している。他の成分(銅ナノ粒子および分散媒)の種類は実施例1と同様である。
上記福田金属(株)製10%銀コート銅粉41.7質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール3.5質量部
を均一に混合した。撹拌脱泡機で撹拌して、トリプロピレングリコール中に金属フィラー(銀被覆銅粉)、銅ナノ粒子を均一に分散させ、導電性銅ペーストを調製した。
実施例9は実施例1で用いたナノ粒子の被覆アミン種を変更した例である。実施例1で用いた原料のうち、銅ナノ粒子分散液を次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・銅ナノ粒子分散液:
ここで用いた銅ナノ粒子「NPC」では、「被覆剤分子アミン」として、ドデシルアミン(沸点247℃、密度0.81g/cm3)を使用している。他の成分(銅ナノ粒子および分散媒)の種類は実施例1と同様である。
上記福田金属(株)製10%銀コート銅粉41.7質量部、
上記日本乳化剤製トリプロピレングリコール3.5質量部
を均一に混合した。撹拌脱泡機で撹拌して、トリプロピレングリコール中に金属フィラー(銀被覆銅粉)、銅ナノ粒子を均一に分散させ、導電性銅ペーストを調製した。
本例では、実施例1で調製される「導電性銅ペースト」に使用される銀コート銅粉を被覆銀のない銅粉へ代替した。実施例1で用いた原料のうち、金属フィラーを次のものに替え、その他の原料は実施例1と同様とした。
・金属フィラー:
アトマイズ法で作製される銅粉末である、福田金属(株)製球状銅粉Cu−HWQ 5μm(平均粒子径5.69μm:タップ密度4.6g/cm3)。
実施例1と同様の方法でペーストを焼成した。
Claims (27)
- バインダー樹脂成分を含有していない導電性金属ペーストであって、
金属フィラー、金属ナノ粒子、および有機溶剤を含み、
前記金属ナノ粒子の表面が被覆剤により被覆されており、
前記金属フィラーは、相対的に卑な金属の金属粉が相対的に貴な金属によって被覆されたものであり、
前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径が前記金属フィラーの平均粒子径より小さい
ことを特徴とする導電性金属ペースト。 - 前記相対的に貴な金属が、金、銀、白金およびパラジウムからなる群から選択される一種もしくは二種以上の金属であるか、または、この群から選択される二種以上の金属の合金の一種もしくは二種以上である
ことを特徴とする請求項1記載の導電性金属ペースト。 - 前記金属粉が、銅、スズ、ニッケルおよびアルミニウムからなる群から選択される、一種の金属からなる金属粉もしくは二種以上の金属の合金からなる金属粉、またはこれらの混合物である
ことを特徴とする請求項1または2記載の導電性金属ペースト。 - 前記相対的に貴な金属が銀であり、前記金属粉が銅からなる
ことを特徴とする請求項3記載の導電性金属ペースト。 - 前記金属ナノ粒子が、金、銀、銅、白金、パラジウムおよびニッケルからなる群から選択される、一種の金属からなるナノ粒子もしくは二種以上の金属の合金からなるナノ粒子、またはこれらの混合物である
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径が、3nm以上300nm以下である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 前記金属ナノ粒子自体の平均粒子径が、10nm以上200nm以下である
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 前記金属フィラーの平均粒子径が、0.3μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。
- 前記金属フィラーの平均粒子径が、0.5μm以上8μm以下である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 前記金属ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤が、窒素原子、酸素原子またはイオウ原子を含む基であってこれら原子の有する孤立電子対によって前記金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位結合が可能な基を有する化合物からなる
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 前記窒素原子、酸素原子またはイオウ原子を含む基を有する化合物が、末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物である
ことを特徴とする請求項10に記載の導電性金属ペースト。 - 前記末端アミノ基を1つ以上有するアミン化合物が、アルキルアミンを含む
ことを特徴とする請求項11に記載の導電性金属ペースト。 - 前記アルキルアミンの沸点が120℃以上300℃以下である
ことを特徴とする請求項12に記載の導電性金属ペースト。 - 前記有機溶剤が、炭素数8〜20の鎖式炭化水素および炭素数6〜12の高級アルコールからなる群より選択された、沸点が120℃以上300℃以下の有機溶剤である
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 金属フィラーの体積をVMF、金属ナノ粒子の体積をVNP、被覆剤の体積をVCT+有機溶剤の体積をVOSと表したとき、
VMF:(VNP+VCT+VOS)の比が、1:1.2〜1:4の範囲にある
ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 金属ナノ粒子の体積をVNP、被覆剤の体積をVCT、有機溶剤の体積をVOSと表したとき、
(VNP+VCT):VOSの比が、1:0.8〜1:3の範囲にあることを特徴とする
請求項1〜15のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 金属フィラーの体積をVMF、金属ナノ粒子の体積をVNPと表したとき、
VMF:VNPの比が、80:20〜20:80の範囲にあることを特徴とする
請求項1〜16のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 25℃における粘度が、30Pa・s以上300Pa・s以下である
ことを特徴とする請求項1〜17のいずれか一項に記載の導電性金属ペースト。 - 請求項1〜18の何れか一項に記載の導電性金属ペーストの塗布層を基板上に形成する工程;および、
前記導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、前記導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有する金属被膜の形成方法。 - 前記焼結工程を、水素雰囲気または不活性ガスと水素との混合雰囲気中で行う
ことを特徴とする請求項19記載の方法。 - 請求項19または20記載の方法により形成された金属被膜。
- 請求項1〜18の何れか一項に記載の導電性金属ペーストを、基板のおもて面と裏面の間のスルーホールに塗布する工程;および、
前記導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、前記導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有するスルーホール用導電性被膜の形成方法。 - 前記焼結工程を、水素雰囲気または不活性ガスと水素との混合雰囲気中で行う
ことを特徴とする請求項22記載の方法。 - 請求項22または23記載の方法により形成されたスルーホール用導電性被膜。
- 請求項1〜18の何れか一項に記載の導電性金属ペーストの塗布層を、第一の電子部品の表面と、第二の電子部品表面もしくは基板上との少なくとも一方に形成する工程;および、
前記導電性金属ペーストの塗布層を120℃以上400℃以下の温度に加熱することにより、前記導電性金属ペーストに含有される金属フィラーおよび金属ナノ粒子を相互に焼結する焼結工程
を有する電子部品の固定方法。 - 前記焼結工程を、水素雰囲気または不活性ガスと水素との混合雰囲気中で行う
ことを特徴とする請求項25記載の方法。 - 請求項25または26記載の方法により固定された電子部品。
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