JP2017130393A - 導電性ペーストおよび銀膜の形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、金塩とメルカプトカルボン酸類とを不活性ガスの存在下に還元剤を含有する水溶液中で反応させることにより金イオンにメルカプトカルボン酸類を配位させてなる有機金化合物、および有機金化合物とバインダとを含む導電性ペーストが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、いずれの技術も焼結温度が高く、樹脂基材には適用し難い。
本発明の別の実施形態は、導電性ペーストを用いた、電気伝導性、および熱伝導性が良好な銀膜の形成方法を提供することを課題とする。
<1> 粒子径が0.1μm〜10μmである銀粒子、および下記一般式(I)で表され、25℃で液状であるメルカプトカルボン酸化合物を含有する導電性ペースト。
<2> 前記銀粒子の含有量が、導電性ペースト全量に対し、60質量%〜98質量%である<1>に記載の導電性ペースト。
<4> 前記バインダ樹脂の含有量が、導電性ペースト全量に対し、2質量%〜25質量%である<3>に記載の導電性ペースト。
<7> 前記基材は、金属基材である<6>に記載の銀膜の形成方法。
本発明の別の実施形態によれば、導電性ペーストを用いた、電気伝導性、および熱伝導性が良好な銀膜の形成方法を提供することができる。
なお、本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても本工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、常温とは、特に断らない限り25℃を表す。
本実施形態の導電性ペーストは、粒子径が0.1μm〜10μmである銀粒子(以下、「銀ミクロ粒子」と称する場合がある)、および一般式(I)で表され、25℃で液状であるメルカプトカルボン酸化合物(以下、「メルカプトカルボン酸化合物」と称する場合がある)を含有する。
本発明の作用は明確ではないが、以下のように考えている。
本実施形態の導電性ペーストは、銀ミクロ粒子、および1官能または2官能のメルカプトカルボン酸化合物を含有する。メルカプトカルボン酸化合物が銀ミクロ粒子に吸着することで、導電性ペースト内における銀ミクロ粒子の分散性が向上する。銀ミクロ粒子表面に吸着したメルカプトカルボン酸化合物は加熱により分解して有機成分が気化し、銀ミクロ粒子表面には硫黄原子のみが残存する。残存した硫黄原子は銀原子と相互作用してクラスタを形成し、銀原子の表面自己拡散が促進される。
得られた導電性ペーストを、銀膜形成のために加熱する場合、加熱温度が150℃近傍になることで、銀原子の表面自己拡散によって銀ミクロ粒子表面に数十〜数百nmの大きさの島状組織が形成され、さらに加熱温度が180℃〜280℃、使用されるメルカプトカルボン酸化合物によっては180℃〜200℃、に上昇すると、表面における島状組織の成長により銀ミクロ粒子同士が焼結して、電気伝導性と熱伝導性が良好な緻密な銀膜が形成されると考えられる。
なお、本発明は、上記推定機構には何ら制限されない。
本実施形態の導電性ペーストは、粒子径が0.1μm〜10μmである銀粒子(銀ミクロ粒子)を含有する。
銀ミクロ粒子は、粒子径が0.1μm〜10μmの範囲にあれば形状には特に制限がない。また、銀粒子は、主成分が銀で構成されているものであれば、表面の少なくとも一部が酸化した銀粒子、銀含有合金粒子であってもよい。
ここで、主成分が銀で構成されているとは、銀粒子の80質量%以上が銀で構成されていることをいう。
銀ミクロ粒子の平均粒子径は、粒度分布を、日機装(株)、マイクロトラックMT3300を用いて測定し、測定した粒度分布の粒度範囲を基にして累積分布を描き、累積50%となる粒子径(体積平均粒子径)として求めることができる。
銀ミクロ粒子の形状としては、例えば、球状、平板状、デンドライト状、ロッド状、不定形状が挙げられる。平板状としては、例えば、フレーク状、鱗片状等が挙げられる。なお、球状以外の粒子形状を有する銀ミクロ粒子における個々の粒子の粒子径は、粒子投影図の最短粒子径とする。
前記球状粒子は、必ずしも真球である必要はなく、表面に凹凸を有する球状であってもよく、最長径が最短径の1倍を超え、1.2倍程度の、投影図が楕円形の粒子であってもよい。
形状の異なる粒子の併用例としては、例えば、球状の銀ミクロ粒子と、平板状の銀ミクロ粒子および不定形状の銀ミクロ粒子から選ばれる1種以上と、を含む銀ミクロ粒子の組み合わせなどが挙げられる。
以下に、本実施形態の導電性ペーストに用い得る市販品の例を挙げる。以下の市販品において、平均粒子径が0.1μm〜10μmの範囲の銀ミクロ粒子を適宜選択して用いることができる。
平板状の銀ミクロ粒子の市販品としては、例えば、AgC−A(福田金属箔粉工業(株))、Ag−XF301(福田金属箔粉工業(株))、AgC−224(福田金属箔粉工業(株))などが挙げられる。
表面処理剤としては、ヘキサン酸、オレイン酸などのモノカルボン酸、アジピン酸、マロン酸などのジカルボン酸等が挙げられる。
銀ミクロ粒子の表面処理は、前記表面処理剤の少なくとも1種をメタノール、エタノールなどのアルコールに溶解させた溶液に、銀ミクロ粒子を分散させ、例えば、20℃〜30℃にて6時間程度撹拌した後、溶液を除去し、乾燥させることで実施することができる。
表面処理剤の使用量は、銀ミクロ粒子の質量1gに対し、1.0×10−3mol〜2.5×10−3molが好ましく、銀ミクロ粒子1gに対し、1.5×10−3mol〜2.0×10−3molがより好ましい。
銀ミクロ粒子の表面処理は、後述するバインダ樹脂を併用する場合に、バインダ樹脂への分散性向上に有効である。バインダ樹脂を併用しない場合には、銀ミクロ粒子の表面処理は特に必要ない。
導電性ペースト全量に対する銀ミクロ粒子の含有量が60質量%以上であることで、導電性ペーストを用いて得られる銀膜は電気伝導性と熱伝導性が良好となり、98質量%以下であることで、実用上十分な膜強度であり、加熱時のクラック発生が抑制され、基材との接着力が良好な銀膜が得られる。
導電性ペーストが以下に詳述するバインダ樹脂を含有する場合には、銀ミクロ粒子の含有量は、導電性ペースト全量に対し、60質量%〜95質量%であることが好ましく、72質量%〜90質量%であることがより好ましく、78質量%〜83質量%であることがさらに好ましい。
導電性ペーストがバインダ樹脂を含有しない場合には、銀ミクロ粒子の含有量は、導電性ペースト全量に対し、80質量%〜98質量%であることが好ましく、90質量%〜95質量%であることがより好ましく、90質量%〜93質量%であることがさらに好ましい。
本実施形態の導電性ペーストは、下記一般式(I)で表され、25℃で液状であるメルカプトカルボン酸化合物を含有する。
25℃で液状であるとは、耐熱ガラス製の測定容量200ml(ミリリットル)のメスシリンダ中にメルカプトカルボン酸化合物を100ml入れて、25℃雰囲気下で1時間静置し、その後、メスシリンダを90°傾けたとき、メスシリンダよりメルカプトカルボン酸化合物が流出する状態であることを示す。
mは1〜4の整数を表し、2であることが好ましい。
一般式(I)中、L1は、単結合または2価の連結基を表す。
mが1の場合、L1は単結合である。mが2〜4の場合、L1は炭素数1〜5のアルキレン基が好ましい。アルキレン基は、直鎖状であってもよく、分岐を有していてもよい。mが2〜4の場合、L1としては、−CH2(R1)−が好ましく、R1は、1価の置換基を表す。R1としては、炭素数1〜3のアルキル基等が挙げられる。
L2は、水素原子またはm価の炭化水素基を表す。
mが1の場合、L2は、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が好ましく、水素原子がより好ましい。
mが2〜4の場合、L2は、m価の炭化水素基を表し、直鎖状または分岐を有するアルキレン基が好ましい。アルキレン基としては、炭素数2〜10のアルキレン基が好ましい。例えば、mが2の場合、L2におけるアルキレン基は、エチレン基、ブチレン基、プロピレン基等の炭素数2〜10のアルキレン基が挙げられる。L2におけるアルキレン基は、mが3の場合、分岐を1つ有するアルキレン基、mが4の場合には、分岐を2つ有する4価のアルキレン基であることが好ましい。L2におけるアルキレン基は、炭素鎖中にヘテロ原子を含んでいてもよい。
以下に、本実施形態に使用しうるメルカプトカルボン酸化合物の具体例を挙げるが、以下の例に限定されない。
導電性ペースト全量に対するメルカプトカルボン酸化合物の含有量が上記範囲であることで、導電性ペーストを用いて得られる銀膜は電気伝導性と熱伝導性が良好となる。
導電性ペーストが以下に詳述するバインダ樹脂を含有する場合には、メルカプトカルボン酸化合物の含有量は、導電性ペースト全量に対し、2質量%〜30質量%であることが好ましく、5質量%〜20質量%であることがより好ましく、8質量%〜12質量%であることがさらに好ましい。
導電性ペーストがバインダ樹脂を含有しない場合には、銀ミクロ粒子の含有量は、導電性ペースト全量に対し、2質量%〜20質量%であることが好ましく、5質量%〜10質量%であることがより好ましく、7質量%〜10質量%であることがさらに好ましい。
本実施形態の導電性ペーストは、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂から選ばれるバインダ樹脂を含有してもよい。導電性ペーストがバインダ樹脂を含有することで、形成される銀膜の機械的強度および基材への密着性がより向上する。
導電性ペーストがバインダ樹脂を含有する場合、さらにバインダ樹脂の硬化剤を含んでいてもよい。
本実施形態の導電性ペーストがバインダ樹脂としてエポキシ樹脂を含むことにより、銀粒子の焼結をより低温で行なうことができ、かつ、導電性ペーストにより形成される銀膜の機械的強度がより向上する。
フェノール樹脂としては、市販品を使用してもよく、市販品としては、例えば、フェノライト5010:DIC(株)等が挙げられる。
また、導電性ペーストがバインダ樹脂を含有する場合の、導電性ペースト全量に対するバインダ樹脂の含有量は、2質量%〜25質量%の範囲が好ましく、5質量%〜20質量の範囲がより好ましい。
本実施形態の導電性ペーストは、銀ミクロ粒子とメルカプトカルボン酸化合物、さらに、所望により含有されるバインダ樹脂に加え、本発明の効果を損なわない限り、公知の添加剤を含むことができる。
公知の添加剤としては、バインダ樹脂を用いる場合、バインダ樹脂の硬化剤が挙げられる。
本実施形態の導電性ペーストは、粘度調整を目的として非反応性希釈剤としての溶剤を含むことができる。また、メルカプトカルボン酸化合物およびバインダ樹脂の少なくとも一方を溶解または分散しうる溶媒、分散媒などを含むことができる。
非反応性希釈剤としては、2-(2-ブトキシエトキシ)エタノール等が挙げられる。
溶媒または分散媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ヘキサノール、α-テルピネオール、エチレングリコール等のアルコール、メチルグリコール、イソプロピルグリコール、ヘキシルグリコール等のグリコールエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエステル、メチルエチルケトン等のケトン等が挙げられる。溶媒または分散媒を用いる場合、1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
溶媒として、より具体的には、例えば、2-(2-ブトキシエトキシ)エタノール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、メチルエチルケトンが挙げられる。
本実施形態の導電性ペーストは常法により調製することができる。
導電性ペーストがバインダ樹脂を含まない場合には、メルカプトカルボン酸化合物と、銀ミクロ粒子とを、撹拌装置で十分に撹拌混合することで得ることができる。混合物に気泡が残存すると、導電性ペーストが不均一になるため、撹拌装置としては遊星型撹拌脱泡装置を用いることが好ましい。遊星型撹拌脱泡装置を用いて高剪断力で撹拌されることで混合物の温度は、特に加熱を行なわなくても30℃〜40℃程度となり、均一な導電性ペーストが得られる。
導電性ペーストの粘度を調整するため、非反応性希釈剤を含有させて撹拌を行ってもよい。
その後、得られた樹脂混合物と銀ミクロ粒子とを、撹拌装置で十分に撹拌混合することで導電性ペーストを得ることができる。メルカプトカルボン酸化合物と樹脂との混合、および樹脂混合物と銀ミクロ粒子との混合のいずれも、撹拌装置としては遊星型撹拌脱泡装置を用いることが好ましい。導電性ペーストの粘度を調整するため、非反応性希釈剤を含有させる場合には、樹脂混合物と銀ミクロ粒子との撹拌混合時に添加することが好ましい。
銀ミクロ粒子の表面処理は、例えば、アジピン酸の如き表面処理剤をエタノールに溶解させた溶液を調製し、得られた表面処理剤溶液に銀ミクロ粒子を投入して撹拌することで行なうことができる。撹拌は、回転翼による撹拌、超音波照射による撹拌等、公知の撹拌方法を適用することができ、均一性の観点から、超音波照射による撹拌が好ましい。撹拌時間は、3時間以上であることが好ましく、5時間以上撹拌することがより好ましい。
表面処理剤の使用量は、銀ミクロ粒子の質量1gに対し、1.0×10−3mol〜2.5×10−3molが好ましく、1.5×10−3mol〜2.0×10−3molがより好ましい。
十分に撹拌して銀ミクロ粒子表面に表面処理剤を吸着させた後、表面処理剤溶液から銀ミクロ粒子を取りだし、エタノールにて十分に洗浄する。洗浄は、洗浄液を代えて3時間以上行なうことが好ましく、5時間以上行なうことが好ましい。十分に洗浄した後、乾燥することで表面処理された銀ミクロ粒子を得ることができる。乾燥は、50℃〜80℃の温度条件にてチャンバー内で行なうことが好ましい。
本実施形態の銀膜の形成方法は、既述の本実施形態の導電性ペーストを基材に塗布して導電性ペースト層を形成すること(導電性ペースト層形成工程)、および形成された導電性ペースト層を150℃〜280℃で加熱すること(加熱工程)、を含む。
本工程では、本実施形態の導電性ペーストを基材に塗布して導電性ペースト層を形成する。塗布方法には特に制限はなく、公知の塗布方法を適用することができる。基材の全面に導電性ペーストを均一に塗布する場合には、ダイコーター、エクストルージョンコーターなどを用いればよい。所定のパターン状に局所的に塗布する場合には、スクリーン印刷法、凸版印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を適用することができる。ある程度の厚みがある導電性ペースト層を形成しうるという観点からは、印刷法としては、スクリーン印刷法が好ましい。
本実施形態の導電性ペーストは、銀ミクロ粒子表面に硫黄原子が存在し、導電性ペースト層中に銀ミクロ粒子が均一に分散され、かつ、緻密に存在することから、導電性ペースト層を加熱して形成される銀膜は基材との密着性に優れる。
導電性ペースト層を形成する基材には特に制限はなく、目的に応じて種々の基材を使用することができる。
後述するように、本発明の形成方法によれば、180℃〜280℃、好ましくは150℃〜200℃程度の比較的低温での加熱によっても、電気伝導性および熱伝導性が良好な、均一な銀膜が形成される。したがって、銀膜の形成に使用することができる基材の範囲が広い。
例えば、本実施形態に係る導電性ペーストは、はんだを使用することができない、耐熱性が低い基材、例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂製基材上に銀膜を形成する用途にも適する。
金属基材は、金属で構成された基材、所謂金属基板であってもよく、金属表面にめっき膜を有する金属基基材であってもよい。基材表面に、例えば、銀めっき、ニッケル/金めっき、金/パラジウムめっき、銀/パラジウムめっき等のめっき膜を有する金属基材は、形成される銀膜との密着性がより良好となるという観点から、好ましく用いることができる。
一方、導電性ペーストがバインダ樹脂を含むことで、樹脂製基材との密着性がより良好となり、銀膜の物理的強度がより向上する。
基材表面に導電性ペースト層を形成した後、加熱を行なうことで導電性ペーストを硬化させ、銀膜を形成することができる。
加熱は、150℃〜280℃の温度条件で行なうことができ、180℃〜250℃の温度条件で行なうことが好ましく、180℃〜200℃の温度条件で行なうことがより好ましい。なお、加熱はチャンバーなどの加熱ゾーン内において行なうことが好ましく、本明細書に記載された加熱工程における温度条件は、加熱ゾーン内の雰囲気温度を示す。本実施形態の銀膜の形成方法によれば、例えば、200℃という比較的低温の加熱においても、電気伝導性、および熱伝導性が良好な銀膜を形成しうる。
加熱温度が、予め規定された最高温度に達した後、当該温度を所定時間維持して加熱することが好ましい。
加熱時間は、適宜選択することができる。例えば、上記温度範囲に維持して、30分間〜2時間行なうことが好ましく、1時間〜1.5時間行なうことがより好ましい。
加熱工程を経て、基材上に電気伝導性、熱伝導性が良好な銀膜が形成される。
加熱後、形成された銀膜は常温まで冷却される。冷却は、加熱ゾーンから、銀膜が形成された基材を取り出して放冷してもよく、降温速度3℃/min〜10℃/min、好ましくは降温速度5℃/min〜8℃/minにて、雰囲気温度を制御して常温まで冷却を行なってもよい。
本実施形態の導電性ペーストにより形成された銀膜の電気伝導性は、銀膜の電気抵抗率を測定することで確認することができる。銀膜の電気抵抗率は、目的に応じて適宜選択される。通常は、電気抵抗率が1×103Ωcm以下であることが好ましく、1Ωcm以下であることがより好ましく、1×10−2Ωcm以下であることがさらに好ましい。
本実施形態の導電性ペーストから形成される銀膜の電気伝導性は、形成される銀膜の用途に応じて加熱温度を変更することで、調整できる。
例えば、本実施形態の好ましい態様である2官能のメルカプトカルボン酸化合物を含む同一の導電性ペーストを用い、同じ厚みの導電性ペースト層を形成し、加熱工程における加熱温度を140℃として加熱した場合、得られた銀膜の電気抵抗率は1×105Ωcmとなり、同じ導電性ペースト層に対し、加熱温度を150℃として加熱した場合には、得られる銀膜の電気抵抗率は1×103Ωcmまで低下し、加熱温度を200℃として加熱した場合には、得られる銀膜の電気抵抗率は7×10−6Ωcm以下まで急激に低下し、電気抵抗率がより低い銀膜とすることができる。
導電性ペーストをガラス基板上に塗布し、加熱して銀膜サンプル(3mm×76mm×0.03mm)を形成する。得られた銀膜サンプルの電気抵抗率を、上述の低抵抗率測定装置を用いて、プローブを銀膜サンプル表面に直接押し当てる形式で、4探針法により測定する。
本実施形態の導電性ペーストにより形成された銀膜の熱伝導性は、銀膜の電気抵抗率を測定することで確認することができる。銀膜の熱伝導性は、目的に応じて適宜選択される。通常は、熱伝導性が1W/mK以上であることが好ましく、10W/mK以上であることがより好ましく、50W/mK以上であることがさらに好ましい。
熱伝導性は以下の手順で測定する。
導電性ペーストをポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム基板上に塗布し、加熱処理して硬化させ、銀膜サンプルを得る。その後、基板から銀膜サンプルを剥離して、切断し、銀膜の独立試験片(3mm×10mm×0.03mm)を作製する。
まず、銀膜サンプルの熱拡散率を、光交流法熱拡散率測定装置(アドバンス理工(株)、レーザーPIT)を用いてAC法(Angstrom法)により測定する。
また、銀膜サンプルの比熱容量を、示差走査熱量計(セイコーインスツル(株)、EXSTAR DSC6000)を用いてJIS K 7123(1987年)に基づくDSC法により測定する。
さらに、銀膜サンプルの密度を、電子天秤(メトラー・トレド(株)、MS204S)、およびピクノメータ((株)相互理化学硝子製作所、ピクノメータ)を用いてアルキメデス法により測定した。そして得られた熱拡散率、30℃における比熱容量および密度の値をもとに、下記式(1)により熱伝導率を算出する。
λ=α×C×ρ 式(1)
前記式(1)中、λは熱伝導率を表し、αは熱拡散率を表し、Cは比熱容量を表し、ρは銀膜サンプルの密度を表す。
具体的には、例えば、ダイアタッチメント、チップ部品の表面実装、ビアフィリング、メンブラン配線板等の回路の印刷形成、RF−IDや非接触ICカード等におけるアンテナ形成が、用途として挙げられる。
特に、本実施形態の導電性ペーストは、銀粒子がミクロサイズであるが、分散性が良好であり、200℃〜280℃程度の比較的低温の加熱によっても銀ミクロ粒子同士が焼結され、電気伝導性、および熱伝導性が良好な銀膜を形成しうるため、その用途は広い。
したがって、高価であり、凝集などが生じやすく取り扱いが困難なナノサイズの金属フィラーを用いることなく、種々の用途に適する銀膜を形成することができる。
導電性ペーストを基板上に塗布し、加熱して銀膜サンプル(5mm×10mm×0.03mm)を得る。
基板上に形成された銀膜サンプルを、イオンミリング装置((株)日立ハイテク、IM4000)を用いて、イオンミリング法(加速電圧6kV)により断面ミリング(20min)を行い、断面を得る。その後、得られた断面について、電子顕微鏡(電界放出形走査電子顕微鏡((株)日立ハイテク、S−4300SE/N)を用いて、加速電圧15kVにて微細組織観察を行うことで銀膜の断面を観察することができる。なお、基板との密着状態などを確認するため、基板として、ガラス基板、銀基板などを用いて基板との界面についても観察することができる。
銀ミクロ粒子同士が焼結している場合には、例えば、銀ミクロ粒子間でネッキングが生じていること、銀ミクロ粒子の粒成長が観察できること等が挙げられる。銀ミクロ粒子が加熱工程前の形状を維持して分散している場合は、銀ミクロ粒子は焼結していないと判断することができる。
なお、以下の実施例では、特に断らない限り、「%」は「質量%」を表す。
(導電性ペースト1の作製)
−導電性ペースト1の組成−
N,N-ジグリシジル-4-グリシジルオキシアニリン〔バインダ樹脂〕 7.0%
ブタンジオールビスチオグリコレート(下記構造)
〔メルカプトカルボン酸化合物〕 8.0%
銀:水アトマイズ粉(平均粒径2.5μm、Ag−HWQ、福田金属箔粉工業(株)
アジピン酸による下記表面処理粉)〔銀ミクロ粒子〕 85.0%
アジピン酸をエタノールに溶解させ、表面処理剤溶液を調製した。表面処理剤溶液に、銀ミクロ粒子である銀:水アトマイズ粉を投入し、卓上型超音波洗浄機((株)カイジョー、SONO CLEANER 100D)を用いて超音波を6時間照射した。
なお、本実施例における素材の秤量は、電子天秤(メトラー・トレド(株)、MS204S)にて行なった。
アジピン酸の添加量は、銀ミクロ粒子の質量1gに対し、1.8×10−3molとした。超音波照射の終了後、銀ミクロ粒子を表面処理液から分離し、エタノールで6時間、十分洗浄し、70℃の温度とした高温小型チャンバー(エスペック(株)、STH−120)中で乾燥させ、アジピン酸で表面処理された銀ミクロ粒子を得た。
秤量したN,N-ジグリシジル-4-グリシジルオキシアニリンと、ブタンジオールビスチオグリコレートとを、遊星型撹拌脱泡装置(クラボウ(株)、MAZERUSTAR KK−250S)により、大気中にて約5分間混合し、バインダ樹脂とメルカプトカルボン酸化合物とを含有する樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物と表面処理された銀ミクロ粒子とを、既述の遊星型撹拌脱泡装置を用いて、大気中にて約5分間混合し、導電性ペースト1を得た。既述の条件で撹拌すると、撹拌装置中における導電性ペーストの温度は、30℃〜40℃となる。
導電性ペースト1を、ガラス基板上に塗布してスクリーン印刷法により導電性ペースト層を形成した。(導電性ペースト層形成工程)
導電性ペースト層を形成した基板を、チャンバー中で、昇温速度10℃/min、加熱最高温度200℃にて60分間加熱処理して、厚さ30μmの銀膜を形成し、降温速度5℃/minにて室温まで冷却し、銀膜サンプルを得た。(加熱工程)
なお、下記表1に記載される「加熱温度」は、加熱工程における加熱最高温度であり、「加熱時間(min)」は、加熱最高温度の保持時間である。
1.電気抵抗率
得られた銀膜サンプルを用いて、既述の方法で電気抵抗率を測定したところ、電気抵抗率は7×10−6Ωcmであり、導電性ペースト1を用いて形成された銀膜は、電気伝導性に優れていた。
得られた銀膜サンプルを用い、既述の方法にて熱伝導率を測定した結果、78.6W/mKであり、導電性ペーストにより形成された銀膜は、非常に高い熱伝導率を示した。
得られた銀膜サンプルを、既述のようにイオンミリング装置を用いて、イオンミリング法により断面ミリングを行い、得られた断面について、電子顕微鏡を用いて微細組織観察を行った。結果を図1に示す。図1に示すように、銀膜中では、近接する銀ミクロ粒子が互いに焼結し、空隙が少ない緻密な銀組織が形成されていることが分かる。
実施例1で得た導電性ペースト1を用い、焼成時の加熱温度(最高温度)を、下記表1に記載の条件に変えて銀膜サンプルを作製した。
各銀膜サンプルに対し、実施例1と同様にして電気抵抗率、熱伝導率を測定した。結果を下記表1に示す。対照として実施例1の評価結果を併記する。
(導電性ペースト2の作製)
−導電性ペースト2の組成−
N,N-ジグリシジル-4-グリシジルオキシアニリン〔バインダ樹脂〕 8.5%
ブタンジオールビスチオグリコレート(前記構造)
〔メルカプトカルボン酸化合物〕 9.5%
銀:水アトマイズ粉(平均粒径2.5μm、Ag−HWQ、福田金属箔粉工業(株)
実施例1と同様のアジピン酸による表面処理粉)〔銀ミクロ粒子〕 82.0%
秤量したN,N-ジグリシジル-4-グリシジルオキシアニリンと、ブタンジオールビスチオグリコレートとを、遊星型撹拌脱泡装置(クラボウ(株)、MAZERUSTAR KK−250S)により、大気中にて約5分間混合し、バインダ樹脂とメルカプトカルボン酸化合物とを含有する樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物と銀ミクロ粒子とを、既述の遊星型撹拌脱泡装置を用いて、大気中にて約5分間混合し、導電性ペースト2を得た。既述の条件で撹拌すると、撹拌装置中における導電性ペーストの温度は、30℃〜40℃となる。
導電性ペースト2を、ガラス基板上に塗布してスクリーン印刷法により導電性ペースト層を形成した。(導電性ペースト層形成工程)
導電性ペースト層を形成した基板を、チャンバー中で、昇温速度10℃/min、加熱最高温度200℃にて60分間加熱処理して、厚さ30μmの銀膜を形成し、降温速度5℃/minにて室温まで冷却し、銀膜サンプルを得た。(加熱工程)
導電性ペースト2により得られた銀膜サンプルについて、実施例1と同様にして電気抵抗率および熱伝導率を測定した。
結果を上記表1に併記する。
実施例4の評価結果より、ペースト中の配合組成を適切に制御し作製した導電性ペースト2により得られた銀膜は、電気伝導性および熱伝導性が、導電性ペースト1を用いて同条件で得られた銀膜サンプルよりも、さらに良好であることが分かる。
(導電性ペースト3の作製)
−導電性ペースト3の組成−
ブタンジオールビスチオグリコレート
〔メルカプトカルボン酸化合物〕 90.0%
銀:水アトマイズ粉
(平均粒径2.5μm、Ag−HWQ、福田金属箔粉工業(株))
〔銀ミクロ粒子〕 10.0%
前記組成に従い秤量したブタンジオールビスチオグリコレートと銀:水アトマイズ粉とを、実施例1において用いたのと同じ遊星型撹拌脱泡装置を用いて、大気中にて約5分間混合し、導電性ペースト3を得た。
導電性ペースト3を、ガラス基板上に塗布してスクリーン印刷法により導電性ペースト層を形成した。(導電性ペースト層形成工程)
導電性ペースト層を形成した基板を、チャンバー中で、昇温速度10℃/min、加熱最高温度200℃にて60分間加熱処理して厚さ30μmの銀膜を形成し、降温速度5℃/minにて室温まで冷却し、銀膜サンプルを得た。(加熱工程)
導電性ペースト3により得られた銀膜サンプルについて、実施例1と同様にして電気抵抗率を測定した。
結果を上記表1に併記する。
実施例5の評価結果より、バインダ樹脂を含まない導電性ペースト3を用いた場合でも、導電性ペースト3により形成された銀膜サンプルは、電気抵抗率が低く、電気伝導性が良好であることが分かる。導電性ペースト3を用いて得られた銀膜サンプルは、電気伝導性に優れることから、組織が緻密であり、熱伝導性が良好であることが期待できる。
(導電性ペースト4の作製)
−導電性ペースト4の組成−
チオグリコール酸(東京化成工業(株)、下記構造)
〔メルカプトカルボン酸化合物〕 15.0%
銀:水アトマイズ粉(平均粒径2.5μm)
〔銀ミクロ粒子〕 85.0%
前記組成に従い秤量したチオグリコール酸と銀:水アトマイズ粉とを、実施例1において用いたのと同じ遊星型撹拌脱泡装置を用いて、大気中にて約5分間混合し、導電性ペースト4を得た。
導電性ペースト4を、ガラス基板上に塗布してスクリーン印刷法により導電性ペースト層を形成した。(導電性ペースト層形成工程)
導電性ペースト層を形成した基板を、チャンバー中で、昇温速度10℃/min、加熱最高温度200℃にて60分間加熱処理して厚さ30μmの銀膜を形成し、降温速度5℃/minにて室温まで冷却し、銀膜サンプルを得た。(加熱工程)
導電性ペースト4により得られた銀膜サンプルについて、実施例1と同様にして電気抵抗率を測定した。
結果を上記表1に併記する。
実施例6の評価結果より、導電性ペーストの調製に、1官能のメルカプトカルボン酸化合物を用いた導電性ペースト4を用いた場合でも、2官能のメルカプトカルボン酸化合物を用いた導電性ペースト3を用いた場合と同様に、導電性ペースト4により形成された銀膜サンプルは、電気抵抗率が低く、電気伝導性が良好であることが分かる。導電性ペースト4を用いて得られた銀膜サンプルは、電気伝導性に優れることから、組織が緻密であり、熱伝導性が良好であることが期待できる。
(導電性ペースト5の作製)
−導電性ペースト5の組成−
N,N−ジグリシジル−4−グリシジルオキシアニリン
〔バインダ樹脂〕 7.0%
ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート(下記構造)
〔メルカプトカルボン酸化合物〕 8.0%
銀:水アトマイズ粉
(平均粒径2.5μm、Ag−HWQ、福田金属箔粉工業(株))
〔銀ミクロ粒子〕 85.0%
秤量したN,N−ジグリシジル−4−グリシジルオキシアニリンとペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレートとを、遊星型撹拌脱泡装置(クラボウ(株)、MAZERUSTAR KK−250S)により、大気中にて約5分間混合し、バインダ樹脂とメルカプトカルボン酸化合物とを含有する樹脂混合物を得た。
得られた樹脂混合物と銀ミクロ粒子とを、既述の遊星型撹拌脱泡装置を用いて、大気中にて約5分間混合し、導電性ペースト5を得た。既述の条件で撹拌すると、撹拌装置中における導電性ペーストの温度は、30℃〜40℃となる。
導電性ペースト5を、ガラス基板上に塗布してスクリーン印刷法により導電性ペースト層を形成した。(導電性ペースト層形成工程)
導電性ペースト層を形成した基板を、チャンバー中で、昇温速度10℃/min、加熱最高温度280℃にて60分間加熱処理して、厚さ30μmの銀膜を形成し、降温速度5℃/minにて室温まで冷却し、銀膜サンプルを得た。(加熱工程)
導電性ペースト5により得られた銀膜サンプルについて、実施例1と同様にして電気抵抗率を測定した。
結果を上記表1に併記する。
実施例7の評価結果より、導電性ペーストの調製に、4官能のメルカプトカルボン酸化合物を用いた導電性ペースト5を用いた場合でも、2官能のメルカプトカルボン酸化合物を用いた導電性ペースト3を用いた場合と同様に、導電性ペースト5により形成された銀膜サンプルは、電気抵抗率が低く、電気伝導性が良好であることが分かる。導電性ペースト5を用いて得られた銀膜サンプルは、電気伝導性に優れることから、組織が緻密であり、熱伝導性が良好であることが期待できる。
(比較導電性ペースト1の作製)
実施例1における導電性ペースト1において、メルカプトカルボン酸化合物であるブタンジオールビスチオグリコレートに代えて、1,10−デカンジチオール(東京化成工業(株)、下記構造)を用いた以外は実施例1と同様にして、比較導電性ペースト1を作製した。
得られた比較導電性ペースト1を用い、実施例1と同様の条件で銀膜サンプルを作製した。
その結果、電気抵抗率は、1.0×105Ωcmであり、比較導電性ペースト1を用いて形成された銀膜は、実施例1の導電性ペースト1を用いて形成された銀膜に対し、電気抵抗率が高く、電気伝導性が極めて劣っていた。
実施例1と比較例1との対比より、分子内に硫黄原子を有している化合物を用いても、メルカプトカルボン酸化合物を用いた場合の如き、良好な電気伝導性は得られないことが分かる。
このことから、銀ミクロ粒子との相互作用において、メルカプトカルボン酸部分構造が重要であると考えられる。
(比較導電性ペースト2の作製)
実施例1における導電性ペースト1において、メルカプトカルボン酸化合物であるブタンジオールビスチオグリコレートに代えて、3−メルカプトプロピオン酸(東京化成工業(株)、下記構造)を用いた以外は実施例1と同様にして、比較導電性ペースト2を作製した。
(銀膜の形成)
得られた比較導電性ペースト2を用い、実施例1と同様の条件で銀膜サンプルを作製した。
実施例1と同様にして、銀膜サンプルの電気抵抗率を測定した。
その結果、電気抵抗率は、2.0×107Ωcmであり、比較導電性ペースト2を用いて形成された銀膜は、実施例1の導電性ペースト1を用いて形成された銀膜及び実施例6の導電性ペースト4を用いて形成された銀膜に対し、電気抵抗率が高く、電気伝導性が極めて劣っていた。
実施例1および実施例6と比較例2との対比より、メルカプトカルボン酸化合物であっても、前記一般式(I)の範囲外の化合物を用いた場合、本実施形態に規定する一般式(I)で表されるメルカプトカルボン酸化合物を用いた場合の如き、良好な電気伝導性は得られないことが分かる。
Claims (7)
- 粒子径が0.1μm〜10μmである銀粒子、および下記一般式(I)で表され、25℃で液状であるメルカプトカルボン酸化合物を含有する導電性ペースト。
一般式(I)中、mは1〜4の整数を表す。mが1のとき、L1は、単結合を表し、mが2〜4のとき、L1は2価の連結基を表す。mが1のとき、L2は水素原子または1価の置換基を表し、mが2〜4のとき、L2はm価の炭化水素基を表す。 - 前記銀粒子の含有量が、導電性ペースト全量に対し、60質量%〜98質量%である請求項1に記載の導電性ペースト。
- エポキシ樹脂、およびフェノール樹脂から選ばれるバインダ樹脂をさらに含有する請求項1または請求項2に記載の導電性ペースト。
- 前記バインダ樹脂の含有量が、導電性ペースト全量に対し、2質量%〜25質量%である請求項3に記載の導電性ペースト。
- 前記メルカプトカルボン酸化合物の含有量が、導電性ペースト全量に対し、2質量%〜35質量%である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の導電性ペーストを基材に塗布して導電性ペースト層を形成すること、および形成された導電性ペースト層を150℃〜280℃で加熱すること、を含む銀膜の形成方法。
- 前記基材は、金属基材である請求項6に記載の銀膜の形成方法。
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JP2016010016A JP2017130393A (ja) | 2016-01-21 | 2016-01-21 | 導電性ペーストおよび銀膜の形成方法 |
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JPWO2021153405A1 (ja) * | 2020-01-29 | 2021-08-05 | ||
WO2022137552A1 (ja) * | 2020-12-25 | 2022-06-30 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | フィルム状接着剤及びその製造方法、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法 |
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2016
- 2016-01-21 JP JP2016010016A patent/JP2017130393A/ja active Pending
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