JP4254757B2 - 導電材料及び導電性ペースト及び基板 - Google Patents
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Description
本発明は、高密度の導体回路をプリント配線板に形成するのに用いる導電材料及び導電性ペーストに関するものである。
このような導体回路を形成する導電材料としては、化学的に安定しており、電気抵抗が小さいことが要求されているが、従来から用いられている導電材料でこれらの条件を満足する材料がなかった。
このような状況から、化学的に安定しており、電気抵抗が小さい導電材料が要望されている。
電子部品を搭載するプリント配線板に形成する導体回路に対しては高密度に形成することが要求されており、近年、導電材料をスルーホール或いはビアホール内に埋め込んで上下の配線層の接続を行う、インナービアホール（ＩＶＨ）や、ブラインドビアホール等を高密度に設け、電子部品の高密度な実装が可能なプリント配線板が用いられるようになっている。
このようなプリント配線板に導体回路を形成する方法としては、プリント配線板の全面に導体回路となる金属膜が形成されている材料を、フォトリソグラフィー技術を用いて不要な金属膜をエッチングにより除去して導体回路を形成するサブトラクティブ法が用いられていたが、低コスト化を図るために、銀、銅、カーボン等の導電材料の粒子と、溶剤で溶解したバインダーとを含む導電性ペーストの被膜を、スクリーン印刷によりプリント配線板の表面に形成し、又、インナービアホール（ＩＶＨ）やブラインドビアホール内に形成し、硬化処理により導体回路を形成する方法が用いられるようになっている。
また、複数の粒子からなり、各粒子が導電性コーティングを有し、このコーティングが溶融して隣接する粒子上に導電性コーティングを形成し、溶融した粒子の網状構造を形成する、導電性材料が特開平８−２２７６１３号公報に開示されている。
特開平８−２２７６１３号公報 段落００１７。
以上説明した従来のスクリーン印刷によって導体回路を形成する方法においては、導電性ペーストに用いている導電材料が銀の場合には、図５に示すように電気抵抗値が5.0× 10-5 Ω・cmで導電性は優れているが、硫黄と反応して硫化銀になったり、マイグレーションを起こすという問題点があり、導電性ペーストに用いている導電材料が銅の場合には、図５に示すように電気抵抗値が 2.5×10-4 Ω・cmで導電性が銀よりも劣るという問題点があり、導電性ペーストに用いている導電材料がカーボンの場合には、硫黄と反応して硫化したり、マイグレーションを起こすことはないが、図５に示すように電気抵抗値が 3.0×10-2 Ω・cmで導電性が銅よりも更に劣るという問題点がある。
積層セラミック電子部品の端子電極に用いられる導電性の金属ペーストに関する発明が特開平02-46603号により公開されており、この発明においては、銅粉末の表面に亜鉛をコーティングした複合金属粉末を積層セラミック電子部品の端子電極として用いているので、 500〜600 ℃で焼結すると、亜鉛と銅の間で相互拡散が進み、亜鉛部分が黄銅となり密度の高い焼結体を得ることができ、また、銅粉末を黄銅で囲むことにより、銅端子電極表面が酸化するのを防止している。
この公知例は、二種類の金属元素の間で形成される合金の融点は各元素の融点よりも低温になることを利用した発明である。
一方、二種類の金属元素の間で形成される金属間化合物の融点は、二種類の金属元素の低い方の融点よりも高くなる。
本発明は以上のような状況から、電気抵抗値が従来の導電材料よりも低く、プリント配線板の絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有し、電子部品のはんだ付け温度に耐えることが可能な金属間化合物からなる導体回路用の導電材料及び導電性ペーストの提供を目的としたものである。
本発明の導電材料は、核となる導電性を有する第１の金属の粒子の表面に、この第１の金属の融点よりも低い融点を有し、この第１の金属と金属間化合物を形成し得る第２の金属の被膜を備えるように構成し、また、プリント配線板の絶縁基板の耐熱温度以下の温度で溶融して形成されるこの第１の金属と第２の金属との金属間化合物の融点が、プリント配線板に部品を搭載する際に使用する半田の溶融温度よりも高いことを特徴とする。
即ち、本発明においては、導電性ペースト中の導電材料の核となる金属とこの核の表面に被膜として形成されている金属が、プリント配線板の絶縁基板の耐熱温度(260℃) 以下の低温で溶融し、結合して金属間化合物が形成されるが、この核となる金属と被膜として形成されていた金属との金属間化合物の融点が、この金属間化合物からなる導体回路を形成したこの絶縁基板の耐熱温度よりも高く、熱的に安定しており、電子部品をプリント配線板に搭載する場合のはんだ付け温度(220℃〜 240℃) では再溶融することはない。また金属間化合物の電気抵抗値はプリント配線板の導体回路として用いることが可能な値を有しているので、本発明の導電材料及び導電性ペーストを用いて形成した導体回路を備えたプリント配線板に電子部品を搭載することが可能となる。
また、複数種の金属の粒子からなる導電材料が、プリント配線板の絶縁基板の耐熱温度(260℃) 以下の温度で溶融し、結合して金属間化合物が形成されるが、この複数種の金属のうちの少なくとも二つの金属の金属間化合物の融点が、この金属間化合物からなる導体回路を形成したこの絶縁基板の耐熱温度よりも高く、熱的に安定しており、電子部品をプリント配線板に搭載する場合のはんだ付け温度(220℃〜 240℃) では再溶融することはない。また金属間化合物の電気抵抗値はプリント配線板の導体回路として用いることが可能な値を有しているので、本発明の導電材料及び導電性ペーストを用いて形成した導体回路を備えたプリント配線板に電子部品を搭載することが可能となる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば極めて簡単な構成の導電材料及び導電性ペーストを用いてプリント配線板の絶縁基板上に、この絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有する導体回路を低温で形成することができ、この導体回路の電気抵抗が従来の導電材料よりも低い等の利点があり、著しい経済的な効果が期待できる導電材料及び導電性ペーストの提供が可能である。
以下図１〜図４により本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は本発明の導電材料の構成を示す模式図、図２は本発明の導電材料において形成された金属間化合物の構成を示す模式図、図３は本発明に使用する他の導電材料の構成を示す模式図、図４は本発明の実施例により形成した導体回路の電気抵抗値を示す図である。
本発明の第１の実施例においては、径が約５μm の銅の粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、ビスフェノールＡ50ｇと、ジアミノジフェニルメタン５ｇ及びエチレングリコールジグリシジルエーテル45ｇを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法によりガラス布基材エポキシ樹脂基板（以下、ガラスエポキシ基板と略称する)(耐熱温度 260℃）の表面に印刷した後、 210℃で 180秒間加熱し、銅とインジウムの金属間化合物からなる線幅 150μm 、厚さ10μm の導体回路を形成した。この金属間化合物の融点ははんだの溶融温度(220〜240 ℃) よりもずっと高いので、電子部品をプリント配線板に搭載する場合のはんだ付け温度(220℃〜 240℃) では再溶融することはない。
また、この導電性ペーストを 150μm 径のビアに埋め込み、210 ℃で 180秒間加熱した。
この導体回路及びビアを四端子法により測定した値は、図４に示すように5.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第２の実施例においては、第１の実施例と同じ銅の粒子の表面に、厚さ１μm の錫の被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１の実施例と同様に導体回路とビアを形成し、同様にこの導体回路及びビアを四端子法により測定した。その測定値は図４に示すように8.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第３の実施例においては、第２の実施例とは異なる銀の粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１の実施例と同様に導体回路とビアを形成し、同様にこの導体回路及びビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように5.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第４の実施例においては、第３の実施例と同じ銀の粒子の表面に、厚さ１μm の錫の被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１の実施例と同様に導体回路とビアを形成し、同様にこの導体回路及びビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように8.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第５の実施例においては、ニッケルの粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１の実施例と同様に導体回路とビアを形成し、同様にこの導体回路及びビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように8.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第６の実施例においては、第５の実施例と同じニッケルの粒子の表面に、厚さ１μm の錫の被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法により第１の実施例と同様に導体回路とビアを形成し、同様にこの導体回路及びビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように9.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第７の実施例においては、第１或いは第２の実施例と同じ銅の粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストで 150μm 径のビアを形成し、同様にこのビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように5.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第８の実施例においては、第３或いは第４の実施例と同じ銀の粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストで 150μm 径のビアを形成し、同様にこのビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように5.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第９の実施例においては、第５或いは第６の実施例と同じニッケルの粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 900ｇと、第１の実施例と同じ薬品とを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストでビアを形成し、同様にこのビアを四端子法により測定した。その測定値は、図４に示すように8.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第10の実施例においては、径が約５μm の銅の粒子の表面に、厚さ１μm の錫の被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 450ｇと、径が約５μm の銀の粒子の表面に、厚さ１μm のインジウムの被膜を無電界めっき法にて形成した導電フィラー 450ｇと、ビスフェノールＡ50ｇと、ジアミノジフェニルメタン５ｇ及びエチレングリコールジグリシジルエーテル45ｇを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法によりガラスエポキシ基板の表面に印刷した後、210℃で 180秒間加熱し、線幅 150μm 、厚さ10μm の導体回路を形成した。
また、この導電性ペーストを 150μm 径のビアに埋め込み、210 ℃で 180秒間加熱した。
この導体回路及びビアを四端子法により測定した値は、図４に示すように8.0 ×10-6 Ω・cmであった。
本発明の第11の実施例においては、径が 0.1〜0.5 μm の銅の粒子600 ｇと、径が 0.1〜0.3 μm の錫の粒子300 ｇと、ビスフェノールＡ50ｇと、ジアミノジフェニルメタン５ｇ及びエチレングリコールジグリシジルエーテル45ｇを混合して導電性ペーストを作り、この導電性ペーストをスクリーン印刷法によりガラスエポキシ基板の表面に印刷した後、 210℃で 180秒間加熱し、線幅 150μm 、厚さ10μm の導体回路を形成した。
また、この導電性ペーストを 150μm 径のビアに埋め込み、210 ℃で 180秒間加熱した。 この導体回路及びビアを四端子法により測定した値は、図４に示すように9.0 ×10-6 Ω・cmであった。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば極めて簡単な構成の導電材料及び導電性ペーストを用いてプリント配線板の絶縁基板上に、この絶縁基板の耐熱温度よりも高い融点を有する導体回路を低温で形成することができる。
１ 第１の金属の粒子
２ 第２の金属の被膜
３ 金属間化合物の被膜
４ 第３の金属の粒子
５ 第４の金属の被膜
２ 第２の金属の被膜
３ 金属間化合物の被膜
４ 第３の金属の粒子
５ 第４の金属の被膜
Claims (5)
- 導電性を有し、核となる第１の金属の粒子の表面に、該第１の金属の融点よりも低い融点を有し、前記第１の金属と金属間化合物を形成し得る第２の金属の被膜を備えた第１の導電材料と、
導電性を有し、核となる第３の金属の粒子の表面に、該第３の金属の融点よりも低い融点を有し、前記第３の金属と金属間化合物を形成し得る第４の金属の被膜を備えた第２の導電材料と、
を混合してなる導電材料であって、
前記基板の耐熱温度以下の温度で溶融して形成される前記第１の金属と第２の金属との金属間化合物の融点及び前記第３の金属と第４の金属との金属間化合物の融点が、前記基板に部品を搭載する際に使用するはんだの溶融温度よりも高いことを特徴とする導電材料を有する導体で形成された導体を備えた基板。 - 複数の種類の金属粒子からなる導電材料であって、
基板の耐熱温度以下の温度で溶融して形成される少なくとも２種類の金属の金属間化合物の融点が、前記基板に部品を搭載する際に使用するはんだの溶融温度よりも高いことを特徴とする導電材料。 - 複数の種類の金属粒子からなる導電材料であって、
前記複数の種類の金属粒子の少なくとも２種類の金属の金属間化合物の融点が、前記２種類の金属の各々の融点の内の低い方の融点よりも高いことを特徴とする導電材料。 - 請求項２又は３に記載の導電材料を含む導体を備えた基板。
- 上記請求項２又は３に記載した導電材料に、樹脂、溶剤の少なくともいずれかを混合してなることを特徴とする導電性ペースト。
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