JP3047069B2 - 導電塗料および印刷回路基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属銅粉をフェノール樹脂混和物中に分散
させた導電塗料、及びその導電塗料を使用した印刷回路
基板に関するものである。

〔従来の技術及びその課題〕

従来より、IC、MSI、LSIなどを実装する印刷回路の基
板として銅張積層絶縁基板が多く用いられている。

この銅張積層絶縁基板に形成された印刷回路では、例
えば、パターンの長さに関係した自己インダクタンスや
ストレートキャパシティ及び共通インピーダンス等を低
くするために、バイパス用のジャンパー回路が設けられ
る。このジャンパー回路は、印刷回路における銅箔回路
間の非接続回路部分全体にレジスト膜を形成した後、こ
のレジスト膜の形成された部分を飛び越えて接続すべき
銅箔回路間に、導電性銀塗料（以下、銀ペーストとい
う。）を用いて、スクリーン印刷法により形成する。

また、前記銅箔回路上には、グラウンドパターンまた
は電源パターンの一部を除き、ソルダーレジストの絶縁
膜を介して、電磁波シールド用導電層を形成する。この
導電層も銀ペーストを用いて形成される。

しかし、銀ペーストは高価なため、これに代わる安価
な導電性銅塗料（以下、銅ペーストという。）が種々公
表されているが、これらの銅ペーストはバインダーとし
て主に熱硬化性のフェノール系樹脂を使用しているた
め、塗膜の熱硬化時の内部応力により銅箔面との密着性
が悪く、前記ジャンパー回路及び導電層を形成する導電
塗料として採用するには信頼性に欠ける。

そこで、本発明者らは先に銅箔面との密着性が良好
で、且つ安価であり、導電性にも優れ、半田耐熱性の良
い導電性塗料を提供すべく、樹脂メーカーから種々のバ
インダーを提供せしめ、提供されたバインダーをもとに
種々の組成物を調整し、それぞれの特性を検討するなか
で、より良好な特性を示す組成物が得られ、その組成物
に用いたバインダーが、レゾール型フェノール樹脂であ
り、それが有する２−１置換体、２、４−２置換体、
２、４、６−３置換体、メチロール基、ジメチレンエー
テル、フェニル基の赤外分光法による赤外線透過率を
ｌ、ｍ、ｎ、ａ、ｂ、ｃとするとき各透過率の間に、 （イ） l/n＝0.8〜1.2 （ロ） m/n＝0.8〜1.2 （ハ） b/a＝0.8〜1.2 （ニ） c/a＝1.2〜1.5 なる関係が成り立つことを確認し、特願昭63−167229号
によって次に記す提案を行った。

「金属銅粉A85〜95重量％と、レゾール型フェノール
樹脂B15〜５重量％と、その両者Ａ、Ｂの合計100重量部
に対して、飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸又はそれら
の金属塩0.5〜８重量部と、金属キレート形成剤１〜50
重量部とから成り、前記レゾール型フェノール樹脂Ｂ
は、それが有する２−１置換体、２、４−２置換体、
２、４、６−３置換体、メチロール基、ジメチレンエー
テル、フェニル基の赤外分光法による赤外線透過率を
ｌ、ｍ、ｎ、ａ、ｂ、ｃとするとき、各透過率の間に なる関係が成り立つものとした半田付可能な導電塗料。

ここで、赤外線透過率比とは、レゾール型フェノール
樹脂を、島津フーリエ変換赤外分光光度計（FTIR−410
0）を用い、液膜法による分光分析をおこなった結果得
られたチャートに関して、各置換基に対応する吸収位置
（波数）における透過率の比を検討することによって得
られる。そのレゾール型フェノール樹脂を確定するため
に必要なスペクトルの位置及び置換基の関係は以下の表
の通りである。

このように、各置換基の吸収に対して、透過率をｌ、
ｍ、ｎ、ａ、ｂ、ｃと表し、透過率（Ｔ）は、各吸収ピ
ークのバックグラウンドにベースラインを引き、そこか
ら求められる入射光の強度（I₀）と透過光の強度（Ｉ）
の比とすると、一般に、〔Ｔ＝I/I₀×100〕で表され
る。これらから、各置換基に対して規定した波長におい
て、透過率が得られ、この透過率の大小関係を検討する
ことにより、前記の通り、レゾール型フェノール樹脂の
内でも、ジメチレンエーテル結合が多く、なおかつ、３
置換体の多いタイプを確定することができる。」 しかしながら、この導電塗料で形成した硬化膜は酸化
銅箔面に対して良好な密着性は得られるが、無酸化銅箔
面に対する密着性に難点を有することが見出された。

そこで、発明者らは上記導電塗料の欠点を改善（可撓
性を付与し、金属の光輝表面への密着性をよくする）で
きる可能性のあるフェノール樹脂を樹脂メーカーに要求
したところ、アリル変性レゾール型フェノール樹脂（群
栄化学工業株式会社製、品名XPL−6907B）、ポリエステ
ル変性レゾールフェノール樹脂（同社製、品名XPL−622
0P）、ゴム変性レゾール型フェノール樹脂（同社製、品
名PL−4311）、アクリル変性レゾール型フェノール樹脂
（同社製、品名XPL−4962D、XPL−4962G、XPL−4962F）
が提供された。

以上の点に鑑み、本発明は、塗膜の導電性及び塗膜の
半田耐熱性が優れていると共に、酸化・無酸化何れの銅
箔面に対しても優れた密着性を有する導電塗料、及びジ
ャンパー回路、電磁波シールド用導電層の安定性の高い
印刷回路基板を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、本発明に係る導電塗料に
あっては、下記の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の配
合から成るものとしたのである。

（Ａ） 金属銅粉100重量部、 （Ｂ） ２−１置換体、2,4−２置換体、2,4,6−３置換
体、メチロール基、ジメチレンエーテル、フェニル基の
各赤外線透過率をｌ、ｍ、ｎ、ａ、ｂ、ｃとするとき、
各透過率の間に、 なる関係が成り立つレゾール型フェノール樹脂20〜95重
量％と、 金属の光輝表面に対する密着性を有するレゾール型フ
ェノール樹脂５〜80重量％と、 からなるレゾール型フェノール樹脂混和物５〜33重量
部、 （Ｃ） アミノ化合物0.5〜3.5重量部、 （Ｄ） キレート層形成剤0.5〜2.5重量部、 また、本発明に係る印刷回路基板にあっては、前述の
周知のジャンパー回路、電磁波シールド用導電層を前記
本発明に係る導電塗料により形成した構成としたのであ
る。

上記金属銅粉は、片状・樹枝状・球状・不定形状など
のいずれの形状であってもよく、その粒径は100μｍ以
下が好ましく、特に１〜30μｍが好ましい。このとき、
粒径が１μｍ未満のものは酸化されやすく、得られる塗
膜の導電性が低下するので好ましくない。

上記樹脂混和物は、特願昭63−167229号で示したレゾ
ール型フェノール樹脂20〜95重量％と可撓性を付与する
官能基を持つレゾール型フェノール樹脂５〜80重量％と
からなるものである。

上記（イ）〜（ニ）の関係が成り立つレゾール型フェ
ノール樹脂は、硬い耐熱性塗膜を形成する上で有効であ
る。その配合量が20重量％未満であるときは導電性が著
しく低下するので好ましくなく、逆に、95重量％を超え
るときは、塗膜が硬くなり、銅箔との密着性及び半田耐
熱性が低下するので好ましくない。

ここで使用するレゾール型フェノール樹脂について、
その化学量、２−１置換体量をλ、２、４−２置換体量
をμ、２、４、６−３置換体量をν、メチロールル基量
をα、ジメチレンエーテル量をβ、フェニル基量をγと
すると、前記構成のl/n、m/nが大きいということは、λ
／ν、μ／νが小さいということになる。すなわち、２
−１置換体量λ、２、４−２置換体量μ、に比して、
２、４、６−３置換体量νが多いということを意味す
る。

また、前記構成のb/a、c/aが大きいということは、β
／α、γ／αが小さいということになる。すなわち、ジ
メチレンエーテル量β、フェニル基量γに比して、メチ
ロール基量αが多いということを意味する。

一般に２、４、６−３置換体量νが大きくなると、レ
ゾール型フェノール樹脂の架橋密度が大きくなるため、
前記λ／ν、μ／νが小さい方が、すなわち、l/n、m/n
が大きい方が塗膜の導電性は良くなる。しかし、逆に塗
膜が硬く、脆くなる傾向を示し、物理的特性が悪くな
る。また、β／αが小さいと塗膜の半田付性が悪くな
り、γ／αが大きいと塗膜の導電性が悪くなる。

従って、得られる導電塗料において、塗膜の硬さを適
切にし、良好な導電性と半田付性とを兼備するレゾール
型フェノール樹脂としては、前記構成に示すl/n、m/n、
b/aがそれぞれ0.8〜1.2、c/aが1.2〜1.5とするのが適し
ている。

上記金属の光輝表面に対する密着性を有するレゾール
型フェノール樹脂の配合量が５重量％未満では、塗膜に
充分な可撓性を持たせることができず、塗膜が硬くなっ
て銅箔との密着性を著しく低下させるので、好ましくな
く、逆に、80重量％を超えるときは、銅粉のバインドが
低下して導電性を著しく低下させるので好ましくない。

上記金属の光輝表面に対する密着性を有するレゾール
型フェノール樹脂としては、アリル変性レゾール型フェ
ノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、品名XPL−6907
B）、ポリエステル変性レゾールフェノール樹脂（同社
製、品名XPL−6220P）、ゴム変性レゾール型フェノール
樹脂（同社製、品名PL−4311）、アクリル変性レゾール
型フェノール樹脂（同社製、品名XPL−4962D、XPL−496
2G、XPL−4962F）等があげられる。

上記（Ｂ）の樹脂混和物の配合量が５重量部未満であ
るときは、金属銅粉を充分にバインドすることができな
い上に、銅箔との密着性が著しく低下し、逆に33重量部
を超えるときは、塗膜の導電性が著しく低下する。

上記アミノ化合物は、アニリン、ジフェニルアミン、
フェニレンジアミン、ジアミノナフタリン、アニシジ
ン、アミノフェノール、ジアミノフェノール、アセチル
アミノフェノール、アミノベンゾイックアシッド、N,N
−ジフェニルベンジジンなどの内から選ばれる少なくと
も１種である。このアミノ化合物は還元剤として働き、
金属銅粉の酸化を防止し、導電性の維持に寄与する。そ
の配合量は、金属銅粉100重量部に対して0.5〜3.5重量
部であり、好ましくは1.5〜３重量部である。このとき
配合量が0.5重量部未満では、塗膜の導電性が著しく低
下し、逆に、3.5重量部を超えると、塗膜と銅箔との密
着性が著しく低下する。

上記キレート形成剤は、モノエタノールアミン、ジエ
タノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジア
ミン、トリエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン
などの脂肪族アミンから選ばれる少なくとも１種であ
る。このキレート形成剤は、アミノ化合物同様、金属銅
粉の酸化を防止し、導電性の維持に寄与する。その配合
量は、金属銅粉100重量部に対して0.5〜2.5重量部であ
る。このとき配合量が0.5重量部未満であると、塗膜の
導電性が低下し、逆に、2.5重量部を超えると、半田耐
熱性が好ましくない。

〔実施例〕

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に詳細
に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定さ
れるものではない。

実施例１〜３、比較例１〜４ 粒径５〜10μｍ、比表面積0.4以下、水素還元減量0.2
5以下の樹枝状金属銅粉、還元剤のアミノフェノール、
キレート形成剤のトリエタノールアミン、樹脂混和物を
形成する特願昭63−167229号のレゾール型フェノール樹
脂をそれぞれ第１表に示す割合で配合し、溶剤として若
干のブチルカルビトールを加え、20分間三軸ロールで定
位置練りして導電塗料を調製した。ブチルカルビトール
に代えてブチルカルビトールアセテート、メチルイソブ
チルケトン、トルエン、キシレン等公知のものを使用す
ることができる。

この導電塗料を用いてスクリーン印刷法により、第１
図に示すように、ガラスエポキシ基板11上にソルダーレ
ジスト12を印刷硬化し、その上に巾1mm、厚さ25±５μ
ｍ、長さ60mmの導電回路13を５本、180メッシュのテト
ロンスクリーンを用いてスクリーン印刷し、エアオーブ
ンを用いて160℃で30分間加熱して塗膜を硬化させた。
この塗膜（導電回路）13の体積固有抵抗率を測定して、
塗膜（導電回路）13の導電性を評価した結果を第１表に
示す。

この表から明らかなように、この発明の実施例におけ
る導電塗料の塗膜13は、導電性、塗膜の半田耐熱性が優
れていると共に、比較例と比べて銅箔面と導電塗料の塗
膜の密着性（無酸化銅箔）が極めて満足すべきものであ
ることが理解できる。

実施例４ この実施例は、プリント配線基板に関するものであ
り、第２図に示すように、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂、ガラス繊維、セラミックスなどの絶縁材料からなる
基板１の表面に、まず、回路パターンが形成される。こ
の回路パターンは、信号ラインパターン２、２′、
２″、信号ランド３、３′、電源パターン４およびグラ
ウンドパターン５を含んでいる。これらの各パターンは
公知のフォトリゾグラフィ技術によって形成される。必
要なパターンを形成した接続すべきこの回路パターンに
おいて、所定の回路のランドである信号ランド３、３′
間に印刷された信号ラインパターン２、２′、２″など
の回路上に第１の絶縁層６を設け、その上に前記信号ラ
ンド３、３′間を接続するジャンパー回路７を導電塗料
で形成したのち、グラウンドパターン５の一部を領域Ａ
の部分を残して第２の絶縁層であるアンダーコート層８
を形成する。このアンダーコート層８は樹脂絶縁材料か
らなるソルダレジスト層である。

グラウンドパターン５が露出する領域Ａは、望ましく
は基板１のできるだけ広い面積に形成した方が良いが、
少なくとも一箇所あれば良い。アンダーコート層８はス
クリーン印刷によって簡単に形成することができる。ア
ンダーコート層８を形成したのち、その上に導電塗料に
より電磁波シールド用導電層９を形成し、さらに樹脂絶
縁材料により第３の絶縁層であるオーバーコート層10を
形成する。前記ジャンパー回路７および導電層９を形成
する導電塗料として前記実施例１〜３の導電塗料を使用
したところ、表１に示した効果を得ることができた。

なお、この実施例は、導電層９をグラウンドパターン
５の一部に接続したが、電源パターン４に接続したもの
とすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、酸化・無酸
化何れの銅箔表面に対しても優れた密着性を有する導電
塗料となり、ジャンパー回路形成用および電磁波シール
ド用の導電塗料として、従来使用されてきた銀ペースト
と比較して、マイグレーションの問題、コスト削減に少
なからぬ貢献をなし得ることは明らかである。

また、その導電塗料によりジャンパー回路、電磁波シ
ールド用導電層を形成した印刷回路基板とすれば、それ
らが銅箔回路との密着性に優れているとともに導電性に
もすぐれ、さらに、導電層にあっては、その導電性の向
上により不要輻射の抑制を有効に行なうものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る導電塗料による評価試験試料の
縦断面図、第２図はこの発明に係る印刷回路基板の一実
施例の縦断面図である。 １……基板、２、２′、２″……信号ラインパターン、 ３、３′……信号ランド、４……電源パターン、 ５……グラウンドパターン、６……第１の絶縁層、 ７……ジャンパー回路、８……第２の絶縁層、 ９……電磁波シールド用導電層、11……ガラスエポキシ
基板、 12……ソルダーレジスト、13……導電塗膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇田 真一 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タツタ電線株式会社内 (72)発明者 寺田 恒彦 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タツタ電線株式会社内 (72)発明者 杉本 健一朗 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タツタ電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−200179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−225168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−74967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−31454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−252988（ＪＰ，Ａ) 特許2931982（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平１−2618（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−48184（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−48185（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−48186（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−85588（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−62900（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−53843（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−48187（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−48183（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09D 1/00 - 201/10 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の
   配合から成る導電塗料。 （Ａ） 金属銅粉100重量部、 （Ｂ） ２−１置換体、2,4−２置換体、2,4,6−３置換
   体、メチロール基、ジメチレンエーテル、フェニル基の
   各赤外線透過率をｌ、ｍ、ｎ、ａ、ｂ、ｃとするとき、
   各透過率の間に、 なる関係が成り立つレゾール型フェノール樹脂20〜95重
   量％と、 金属の光輝表面に対する密着性を有するレゾール型フェ
   ノール樹脂５〜80重量％と、 からなるレゾール型フェノール樹脂混和物５〜33重量
   部、 （Ｃ） アミノ化合物0.5〜3.5重量部、 （Ｄ） キレート層形成剤0.5〜2.5重量部、
2. 【請求項２】電気回路基板の少なくとも一方の面に銅箔
   回路を形成し、この銅箔回路に絶縁層を介してジャンパ
   ー回路を形成した印刷回路基板において、前記ジャンパ
   ー回路を請求項（１）記載の導電塗料により形成したこ
   とを特徴とする印刷回路基板。
3. 【請求項３】電気回路基板の少なくとも一方の面に銅箔
   回路を形成し、この銅箔回路に絶縁層を介して電磁波シ
   ールド用導電層を形成した印刷回路基板において、前記
   導電層を請求項（１）記載の導電塗料により形成したこ
   とを特徴とする印刷回路基板。
4. 【請求項４】電気回路基板の少なくとも一方の面に銅箔
   回路を形成し、この銅箔回路に絶縁層を介してジャンパ
   ー回路及び電磁波シールド用導電層を形成した印刷回路
   基板において、前記ジャンパー回路及び導電層を請求項
   （１）記載の導電塗料により形成したことを特徴とする
   印刷回路基板。