JP2754733B2

JP2754733B2 - 厚膜用組成物

Info

Publication number: JP2754733B2
Application number: JP14047489A
Authority: JP
Inventors: 孝有田; 功二田辺; 登中谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-01
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JPH038209A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子機器に用いられる印刷配線板の導体回
路形成に用いる厚膜用組成物に関するものである。

従来の技術従来の印刷配線板の製造方法を大別すると、サブトラ
クティブ法とアディティブ法に分類できる。現在の主流
の製造法は、サブトラクティブ法（一般的にはエッチィ
ング法と呼ばれる）であるが、工程で化学処理を行なう
ため公害対策や安全衛生対策等が必要である。

一方、アディティブ法は銅の無電解メッキで配線パタ
ーンを形成する方法と銀ペースト又は銅ペーストを印刷
することにより配線パターンを形成し、はんだ付けの必
要な箇所は、はんだ付け可能な厚膜用組成物を印刷する
という完全なドライプロセスで行なう方法も近年提案さ
れている。（例えば、特開昭58−10886号公報）このドライプロセスの製造法では湿式工程を必要とし
ないため、設備が安価でかつ公害対策や安全衛生対策等
も必要とせず、そのうえ、実装ラインとの一貫ライン化
も可能となり、リードタイムの短縮もできるものであ
る。

この完全なドライプロセスに必要なはんだ付け可能な
厚膜用組成物としては、銅粉の形状として樹枝状と粒状
のものを用いるとしたもの（特開昭63−81706号公報）
や金属キレート形成剤とはんだ付け促進剤を添加すると
したもの（特開昭62−230870号公報）等が提案されてい
る。なお、第２図は上記製造法による回路基板上にチッ
プ部品をリフローはんだした場合の説明図であり、第２
図（Ａ）ははんだ付前、第２図（Ｂ）ははんだ付後を示
している。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記の従来の構成では、手はんだやディ
ップはんだのようにはんだが充分供給される場合ははん
だ付け可能であるが、リフローはんだ付けで、はんだの
濡れ性の良い電極をもつチップ部品をはんだ付けする場
合は、第２図（Ｂ）に示すようにはんだがチップ部品の
電極部に集中し厚膜用組成物部には、はんだが付きにく
かったり、また、はんだの濡れ性が充分ではなく、はん
だが完全に付かない箇所が発生する可能性があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、はんだ
の濡れ性が良く、高密度実装を行なうにおいて欠かすこ
とができないリフローはんだ付けを可能にすることがで
きる厚膜用組成物を提供するものである。

課題を解決するための手段この目的を達成するために本発明の厚膜用組成物は、
平均粒子径が４〜10μｍで比表面積が（Ｋ＝1.0〜1.6,r:平均粒子径,d:銅の密度）で表わされる粒状銅粉と、平均粒子径１〜４μｍの粒状
銅粉と、平均粒子径５〜15μm,タップ密度3.0〜5.0g/cc
の樹枝状銅粉と、樹脂と、溶剤によって厚膜用組成物を
形成したものである。

作用上記のように構成したことにより、焼付時およびはん
だ付時の銅粉の酸化を少なくし、はんだの濡れ性を向上
し、リフローはんだ付けを可能にしたものである。

実施例まず、本発明の実施例の概要について説明する。

厚膜用組成物のはんだの濡れ性は、焼付時及びはんだ
付け時に銅粉の表面の酸化の差に起因する。本発明は酸
化しにくい銅粉として比表面積の小さい銅粉について検
討した。なお、最も小さな比表面積を持つ形状は球であ
り、その値は（１）式で与えられる。

球１個の表面積＝４πr² （m²）従って、比表面積はここで、r;球の半径 d;粒子の密度通常の銅粉は、完全な球ではなく表面が凹凸している
ため最終的に比表面積は（２）式で表される。

ここで、Ｋは1.0以上の値をもつ本実施例２〜４は、Ｋ＝1.34の粒状銅粉とＫ＝1.61の
粒状銅粉と樹枝状銅粉を混合したものであり、比較例２
はＫ＝1.61の粒状銅粉と樹枝銅粉を混合したものであ
る。両者のはんた付け部の欠点数（はんだ付け箇所80個
中のはんだの濡れ不良のある箇所の数）を比較すると、
明らかにＫ＝1.34の粒状銅粉を混合したものの方が不良
が少なく、はんだの濡れ性が大幅に向上したことがわか
る。なお、比表面積の測定は窒素吸着法を用いた。

Ｋの値と銅粉の酸化のしにくさの関係を以下に示す。
第１図にイ平均粒子径５μm,K＝1.34とロ平均粒子半５
μm,K＝2.60の２つの銅粉の熱重量分析（以下TGと呼
ぶ）及び示差熱分析（以下DATと呼ぶ）のデータを示す
が、明らかにＫの値が小さいほうが酸化による発熱も少
なく、酸化による重量変化も少ないことが確認された。
オージェ電子分光分析では、イは33Åの表面酸化膜であ
り、ロは500Åの表面酸化膜であった。

以上のように、ｋの値の小さい銅粉は酸化されにく
く、また酸化されても酸化膜が薄く、はんだ付け時のフ
ラックスにより容易に酸化膜が除去され、はんだの濡れ
性が良くなる。また、表層がはんだ付けされる時、厚膜
用組成物の皮膜内部粒子の酸化もゆっくり進むため、第
一層目がはんだに食われても第二層目の粒子が酸化され
ておらず、はんだの濡れ性が良いと考えられる。

また、粒子径も４〜10μｍと大きくすることによりは
んだ食われも少ないと考えられる。

銅粉の混合については、２つの効果目的をもってい
る。第一の混合効果は、低抵抗を出すことであり、その
ため最密充填となるように平均粒子径を５〜15μｍの樹
枝状銅粉と１〜14mの粒状銅粉を混合する。その混合比
は、90/10〜10/90が望ましい。樹枝状銅粉の上限平均粒
子径を越えるとスクリーン印刷性が悪くなる。下限未満
になると導電性が悪くなる。粒状銅粉の上限平均粒子径
を越えると樹枝状銅粉との第一の混合効果がなくなり、
下限未満になると耐酸化性が著しく悪くなることが確認
された。

第二の混合効果は、はんだの濡れ性を良くすることで
あり、そのため平均粒子径４〜10μm,比表面積が（２）
式で表される粒状銅粉を混合する。この粒状銅粉の上限
平均粒子径を越えると、樹枝状銅粉との第一の混合効果
がなくなり抵抗値が高くなり、下限未満になると酸化さ
れやすくかつ、銅食われが起こり易くなり、はんだの濡
れ性が悪くなる。この粒状銅粉の混合比は、全銅粉の10
％〜90％が望ましい。上限値を越えると、樹枝状銅粉と
の第一の混合効果がなくなり抵抗値が高くなる。下限未
満になると第二の混合効果がなくなり、はんだの濡れ性
が低下することが確認された。

以下本発明の実施例について説明する。

下記に本実施例１に使用した材料を示す。

（１）銅粉１）粒状銅粉（田中貴金属工業（株）TFC−5000）平均粒子径５μｍ比表面積 0.18m²/g Ｋ＝1.34 ２）粒状銅粉（三井金属鉱業（株）Ｓ−860603）平均粒子径３μｍ比表面積 0.36m²/g Ｋ＝1.61 タップ密度 4.3g/cc ３）樹枝状銅粉（三井金属鉱業（株）MF−D2）平均粒子径７μｍタップ密度 4.4g/cc （２）樹脂レゾール型フェノール樹脂（郡栄化学工業（株）PL−2211）（３）溶剤ブチルセロソルブ上記の材料を第１表のように配合した後、ロールミル
を用いて混練した。その時、スクリーン印刷適性を出す
ため若干量の溶剤を添加した。その組成物をステンレス
製200メッシュのスクリーンマスクを用いて2mm□のパタ
ーンを、紙フェノール基板（住友ベークライト（株）製
PLC−2120）上に印刷した後、160℃,30分間窒素雰囲気
中で熱風循環乾燥機にて乾燥硬化させた。

次にクリームはんだ（日本スペリア（株）Sn63RA3A
M）を0.3mmのメタルマスクを用いて印刷し、赤外線リフ
ロー炉にてはんだ付けを行なった。

以下に本実施例２〜４及び比較例１〜３に使用した材
料を示す。

（１）銅粉１）銀被覆粒状銅粉（田中貴金属工業（株）TFC−5000）平均粒子径５μｍ比表面積 0.18m²/g Ｋ＝1.34 銀被覆量２重量％２）銀被覆粒状銅粉（三井金属鉱業（株）Ｓ−860603）平均粒子径３μｍ比表面積 0.36m²/g Ｋ＝1.61 タップ密度 4.3g/cc 銀被覆量２重量％３）銀被覆樹枝状銅粉（三井金属鉱業（株）MF−D2）平均粒子径７μｍタップ密度 4.4g/cc 銀被覆量２重量％以下樹脂，溶剤及び配合，混練，印刷，乾燥硬化，は
んだ付けは、実施例１に同じ。但し、乾燥硬化は空気中
にて行なった。

本実施例５は、銅粉にニッケル被覆した後銀被覆を施
した以外は、実施例２〜４及び比較例１〜３に同じであ
る。

本発明および比較例によるはんだ付けの結果を第１表
に示す。

以上のように実施例１〜５と比較例２を比較すると、
粒状銅粉を添加することによりはんだ付け時の欠点数
が著しく向上したことが明白である。また、比較例１で
は粒状銅粉の添加量が少ないと添加効果が少なく、比
較例３では、粒状銅粉のみであれば、抵抗値が高くな
ることが明らかである。

なお、粒状銅粉は平均粒子径４〜10μｍでＫ＝1.0
〜1.6粒状銅粉も平均粒子径１〜４μｍ、樹枝状銅粉
も平均粒子径５〜15μｍ、タップ密度3.0〜5.0g/ccの
間で各種実験を行なったが表１と同様の結果が得られ
た。

また、実施例５のニッケル被覆に代えてクロム被覆を
行なったものも表１と同様の結果が得られた。

発明の効果以上のように本発明は、上記実施例より明らかなよう
に、平均粒子径４〜10μｍ、比表面積が次式で表わさ
れる粒状銅粉ここでＫ＝1.0〜1.6 ｒ＝平均粒子径ｄ＝銅の密度と平均粒子径１〜４μｍの粒状銅粉，平均粒子径５
〜15μｍ、タップ密度3.0〜5.0g/ccの樹枝状銅粉とで構
成される銅粉を用いることにより、半田の濡れ性が向上
し、リフローによるはんだ付けが可能な厚膜用組成物を
提供し得るものであり産業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はDTAおよびTG曲線を示す図である。第２図は厚
膜用組成物上にチップ部品をリフローはんだ付けする前
とはんだ付け後の状態を示す図である。１……チップ部品、２……チップ部品電極部、３……ク
リームはんだ、４……厚膜用組成物、５……基板、６…
…はんだ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−81706（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−110202（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−184704（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01B 1/00 H01B 5/00 H05K 1/09 C09D 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が４〜10μｍで比表面積が（Ｋ＝1.0〜1.6,r:平均粒子径,d:銅の密度）で表わされる粒状銅粉と、平均粒子径１〜４μｍの粒状
銅粉と、平均粒子径５〜15μm,タップ密度3.0〜5.0g/cc
の樹枝状銅粉と、樹脂と、溶剤より成る厚膜用組成物。
【請求項２】平均粒子径１〜４μｍの粒状銅粉と樹枝状
銅粉の混合重量比が90/10〜10/90であって、平均粒子径
４〜10μｍであって比表面積が（Ｋ＝1.0〜1.6,r:平均粒子径,d:銅の密度）である粒状銅粉と（樹枝状銅粉＋平均粒径１〜４の粒状
銅粉）の混合重量比が90/10〜10/90であることを特徴と
する請求項１記載の厚膜用組成物。
【請求項３】樹枝状銅粉，粒状銅粉の少なくともいずれ
か一方が銀で被覆されていることを特徴とする請求項１
記載の厚膜用組成物。
【請求項４】樹枝状銅粉，粒状銅粉の少なくともいずれ
か一方がニッケル又はクロムで被覆されたのち銀で被覆
されたものであることを特徴とする請求項１記載の厚膜
用組成物。