JP4644112B2

JP4644112B2 - はんだペースト及びそれを用いて形成した導電体パターン

Info

Publication number: JP4644112B2
Application number: JP2005369224A
Authority: JP
Inventors: 和信福島
Original assignee: Taiyo Holdings Co Ltd
Current assignee: Taiyo Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007167904A

Description

本発明は、印刷法によって導電体パターンを形成するのに有効なはんだペースト、及びそれを用いて電極や電気回路などを形成した導電体パターンに関するものである。

従来、基板上にスクリーン印刷等によりはんだバンプや電極等の導電体パターンを形成するためのはんだペーストとしては、はんだ粉とフラックス及び有機溶剤を含む、はんだペーストが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、このようなはんだペーストを用いて基板上に導電体のパターンを形成する場合、４００℃以上の熱処理工程を経ると、形成される導電体パターンの密着性が悪化し剥離してしまうなどの問題があった。
特開平２００３−２１１２８２号公報

本発明は、このような従来技術が抱える課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、４００℃以上の熱処理工程を経ても密着性に優れる、はんだペーストを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、４００℃以上の熱処理工程を経ても密着性に優れる、はんだペーストを用いた導電体パターンを提供することにある。

発明者は、前記目的の実現に向けて鋭意研究した結果、低融点ガラスフリットを配合した、はんだペーストを用いると、４００℃以上の高温域で低融点ガラスフリットが融解して基板と強固に密着するため、４００℃以上の熱処理工程を経ても密着性に優れる、はんだペーストを用いた導電体パターンを提供しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のはんだペーストの基本的な第一の態様は、（Ａ）低融点ガラスフリット、（Ｂ）はんだ粉末、（Ｃ）有機バインダー、（Ｄ）有機溶剤を含有することを特徴としている。
また、好ましい態様として、本発明は、低融点ガラスフリット（Ａ）の配合量を、前記はんだ粉末（Ｂ）１００質量部に対して０．１〜１４質量部とする。
さらに本発明によれば、このようなはんだペーストを用いて形成された導電体パターンが提供される。

本発明によれば、４００℃以上の熱処理工程を経ても密着性に優れる、はんだペーストを提供することができる。
また、本発明のはんだペーストによれば、４００℃以上の熱処理工程を経ても低抵抗で密着性に優れる、はんだペーストを用いた導電体パターンを提供することができる。

本発明のはんだペーストは、従来のはんだペーストとは異なり、低融点ガラスフリットを配合した点に特徴がある。
このような構成とすることにより、４００℃以上の熱処理工程を経ても密着性に優れる、はんだペーストを提供することができ、導電体としても十分な抵抗値と密着性を確保することができる。

このような本発明のはんだペーストにおいて、前記低融点ガラスフリット（Ａ）は、はんだ粉末（Ｂ）１００質量部当り０．１〜１５質量部、好ましくは０．１〜７．５質量部の割合で配合する。この低融点ガラスフリット（Ａ）の配合量が０．１質量部よりも少ないと、４００℃以上の熱処理工程を経た後の十分な密着性が得られ難く、一方、１５質量部超では比抵抗値が高くなり好ましくない。
このようなガラスフリットとしては、ガラス転移点（Ｔｇ）が３００〜５００℃ であり、ガラス軟化点（Ｔｓ）が４００〜６００℃ であるものが好ましい。
また、印刷性の点からは、平均粒径が２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下のガラス粉末を用いることが好ましい。

このようなガラスフリットとしては、酸化鉛、酸化ビスマス、または酸化亜鉛などを主成分とする非結晶性フリットが好適に使用できる。
また、環境面を考慮すると、有害とされる鉛成分を含まない低融点ガラスフリットがより好ましく、このような無鉛ガラスフリットを構成するガラス組成物としては、ＰｂＯを含有しないアルカリ系ガラス組成物、リン系ガラス組成物、またはビスマス系ガラス組成物が好ましい。

アルカリ系ガラス組成物としては、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、およびＭｇＯからなる群から選択される成分（以下において、「アルカリ成分」という。）を１種又は２種以上を含有し、該成分の含有率（２種以上のアルカリ成分を含有する場合は合計含有率）がガラス組成物の５〜５０質量％を占める、ＰｂＯを含有しないアルカリ系ガラス組成物を好適に用いることができる。より好ましくは、前記１種又は２種以上のアルカリ成分：５〜５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１〜１５質量％、及びＳｉＯ_２：１０〜７５質量％の、ＰｂＯを含有しないアルカリ系ガラス組成物である。

リン系ガラス組成物としては、Ｐ_２Ｏ_５を含有し、該成分の含有率がガラス組成物の３０〜８０質量％を占める、ＰｂＯを含有しないリン系ガラス組成物を好適に用いることができる。より好ましくは、Ｐ_２Ｏ_５：３０〜８０質量％、ＢａＯ：１〜２０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１〜１５質量％、ＺｎＯ：１〜３０質量％の、ＰｂＯを含有しないリン系ガラス組成物である。

ビスマス系ガラス組成物としては、Ｂｉ_２Ｏ_３を含有し、該成分の含有率がガラス組成物の３０〜８０質量％を占める、ＰｂＯを含有しないビスマス系ガラス組成物を好適に用いることができる。より好ましくは、Ｂｉ_２Ｏ_３：３０〜８０質量％、ＢａＯ：５〜３０質量％、Ｂ_２Ｏ_３：５〜３０質量％、ＺｎＯ：５〜３０質量％の、ＰｂＯを含有しないビスマス系ガラス組成物である。

前記はんだ粉末（Ｂ）は、導電性を付与するものであれば種々のものを用いることができる。代表的なものとしては鉛（Pb）、錫（Sn）系合金およびこれに少量のビスマス（Bi）などの低溶融金属を含む合金などがあげられる。
また、環境面を考慮すると、有害とされる鉛成分を含まない、はんだ粉末がより好ましく、錫（Sn）、銀（Ag）、銅（Cu）、ビスマス（Bi）を主成分にニッケル（Ni）、ゲルマニウム（Ge）、インジウム（In）などを少量含む合金を用いることができる。
はんだ粉末の平均粒径としては、印刷性の点からは平均粒径が３０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下のはんだ粉末を用いることが好ましい。

前記有機バインダー（Ｃ）は、はんだペーストの印刷に適した流動性、粘性を付与できるものであれば特に制限はなく、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、フタル酸樹脂、アミノ樹脂、ウレア樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ブチラ−ル樹脂、フェノール樹脂、セルロース誘導体、ロジン、ポリアミド樹脂、メラミン樹脂など公知慣用の樹脂を用いることができる。

前記有機溶剤（Ｄ）は、はんだペーストを希釈することにより、容易に塗布、乾燥させるためのもので、具体的には、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類；トルエン、キシレン、テトラメチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類；セロソルブ、メチルセロソルブ、カルビトール、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルなどのグリコールエーテル類；酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレートなどのエステル類；エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、テルピネオールなどのアルコール類；オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素；石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ、ソルベントナフサなどの石油系溶剤、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等が挙げられ、これらを単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

以上説明したような本発明のはんだペーストによれば、スクリーン印刷法、オフセット印刷、インクジェットなど適宜の塗布方法で基板に塗布し、次いで熱処理工程を経て所定の導電体パターンが形成される。

熱処理工程においては、基板を空気中又は窒素雰囲気下で約４００〜６２０℃の加熱処理を行ない、所望のパターンを形成する。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものでないことはもとよりである。なお、以下において「部」は、特に断りのない限りすべて質量部であるものとする。

下記に示す低融点ガラスフリット、はんだ粉末、有機バインダー、有機溶剤を用いて、組成物例１〜５並びに比較組成物例１を以下に示す組成比にて配合し、攪拌機により攪拌後、３本ロールミルにて練肉しペースト化を行なった。

・低融点ガラスフリットは、組成比率（ｗｔ％）Ｂｉ₂Ｏ₃ ５０％、Ｂ₂０₃ １５％、ＺｎＯ１５％、ＳｉＯ₂ ６％、ＢａＯ１７％のガラスを粉砕し、熱膨張係数α₃₀₀＝８５×１０^-7／℃、ガラス転移点＝４６０℃、平均粒径（D50）＝１．６μｍとしたものを使用した。

・はんだ粉末は、平均粒径（D50）＝１２μｍ、組成比率（ｗｔ％）錫９６．５％銀３％、銅０．５％、のはんだ粉末を使用した。

・有機バインダーは、日本油脂株式会社製のブレンマーＣＰ−５０Ｍ（分子量１００００、Ｔｇ７４℃、エポキシ当量３１０、融点１００〜１１０℃）を用い有機溶剤としてジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートへ溶解させ固形分６０ｗｔ％とした後に配合した。

（組成物例１）
有機バインダー１００部
低融点ガラスフリット２０部
はんだ粉末８００部
有機溶剤７０部
消泡・レベリング剤（ＸＬ４９０−５０：伊藤製油社製）３部

（組成物例２）
低融点ガラスフリットの配合量を４０．０部としたこと以外は組成物例１と同様の組成物。

（組成物例３）
低融点ガラスフリットの配合量を６０．０部としたこと以外は組成物例１と同様の組成物。

（比較組成物例１）
低融点ガラスフリットを除くこと以外は、組成物例１と同様の組成物。

（比較組成物例２）
低融点ガラスフリットの配合量を１２０部としたこと以外は組成物例１と同様の組成物。

このようにして得られた組成物例１〜３及び比較組成物例１〜２の各ペーストについて、ガラス基板上に、評価用ペーストを１００メッシュのポリエステルスクリーンを用いて幅４ｍｍ、長さ５ｃｍとなるようにパターン印刷し、次いで、熱風循環式乾燥炉にて９０℃で２５分間乾燥した。その後、空気雰囲気下にて５℃／分で昇温し、５７０℃で５分間焼成して試験片を作製した。
このようにして得られた試験片について、焼成後の膜厚、抵抗値の測定を行い、比抵抗値を算出した。また、基板との密着性はセロテープピーリングにより評価した。その評価方法は、以下の通りである。

膜厚：
上記試験片を用いて表面粗さ計（小坂研究所社製ＳＥ−３０Ｈ）により膜厚を測定した。

抵抗値：
上記試験片を用いてテスター（ＨＩＯＫＩ３５４０ｍΩ ＨＩＴＥＳＴＥＲ）により抵抗値を測定した。

比抵抗値：
得られた膜厚、抵抗値の値から下記計算式に従い比抵抗値を算出した。
比抵抗値ρ（Ω・ｃｍ）＝
抵抗値Ｒ（Ω）×膜厚（ｃｍ）×パターン幅（ｃｍ）／厚さｌ（ｃｍ）

密着性：セロテープピーリングを行いパターンの剥がれ具合を目視評価した。評価基準は以下の通りとした。
〇：剥がれ無し
△：一部剥がれ有り
×：全体的に剥がれ有り
これらの評価結果を、表１に示す。

表１に示す結果から明らかなように、組成物例に係る本発明のはんだペーストによれば、比較組成物例のはんだペーストに比べて充分に低抵抗で密着性に優れた導電体パターンを形成することができることが判った。

Claims

（Ａ）低融点ガラスフリット、（Ｂ）はんだ粉末、（Ｃ）有機バインダー、（Ｄ）有機溶剤を含有することを特徴とする、はんだペースト。
低融点ガラスフリット（Ａ）の配合量が、前記はんだ粉末（Ｂ）１００質量部に対して０．１〜１４質量部であることを特徴とする、請求項１に記載のはんだペースト。
前記請求項１または２に記載のはんだペーストを用いて形成してなる導電体パターン。