JPH0135025B2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
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- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
- H05K1/095—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks for polymer thick films, i.e. having a permanent organic polymeric binder
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Description
本発明は、導電材として金属微粉末(以下メタ
ルパウダーと略称する)、結合材(以下バインダ
ーと略称する)として熱硬化性レジンにヒドロキ
ノン類の誘導体を添加したものを用いることを特
徴とした導電塗料に関するものである。
導電塗料は現在いろいろの方面で用いられてい
るが、特に電子部品関係で多く利用されているこ
とは周知である。例えば印刷配線板のジヤンパー
線の代用、印刷配線板を用いた印刷抵抗の端子
等、その用途は多岐にわたる。
導電塗料として最も大切な条件は、該塗料を用
いて印刷、スプレー、筆塗り等によつて電気回路
の一部を構成した場合に、その表面固有抵抗(以
下比抵抗と略称する)ρ′の値が1Ω/□以下、で
きれば0.1Ω/□となることである。このような
条件を満足する金属は一般には貴金属と称される
もので主としてAu、Agのパウダーが用いられ、
特に価格の点でAgパウダーが主体であり、ごく
稀にAu、Pt等のパウダーが混用されるに過ぎな
い。
Cuは周知のようにAgに次いで体積固有抵抗ρ
が低いのであるが、日本だけでなく米、西独等で
も実用化されたCuパウダーを用いた導電塗料は
未だないようである。
然るに最近に至つてAuに次いで原材料である
Agの価格の高騰(とう)が著しく、そのためAg
パウダーを用いた導電塗料の値も数倍となり、電
子部品産業への影響は極めて大となつた。このた
め、Cuパウダーを用いた導電塗料の研究は重大
な意義を持つに至り、多くの研究がなされている
が、Ag導電塗料の代用になるCu導電塗料は未だ
に商品化されるに至らない。
次に導電パウダーとしてCuパウダーを用い、
バインダーとして一般の熱硬化性レジンを用いた
導電塗料について簡単に述べる。一般の熱硬化性
レジンが重縮合して3次元網目構造の巨大レジン
分子を構成する場合には、その反応生成物として
一般にH2Oを生じ、レジンの種類によつては他
の副生成物を離脱することは広く公知となつてい
る。この場合に離脱発生する副生成物と熱との作
用によつて、活性度の高いCuパウダーの表面に
酸化銅の薄い層が形成される。
またCuパウダー自身がその粒度が小であるほ
ど活性化し空気中に放置されているときは、速や
かに酸素を捕足して酸化物の薄い層を表面に形成
していることが多いので、前記のレジンの硬化に
際しては、その体積固有抵抗は更に大きい値とな
る。このような理由で貴金属以外のメタルパウダ
ーを用いた場合には、一般に低抵抗塗料は得るこ
とは困難であつた。
上述したところから、貴金属パウダー以外のメ
タルパウダーを用いて低抵抗の導電塗料を製造す
るには、次の二つの条件を満足する熱硬化性レジ
ンを選定する必要があることが推定される。
(i) 塗料として保存するときにもメタルパウダー
を酸化することなく、むしろ還元性を有するこ
と。
(ii) 塗料の高温焼結時には、酸素を吸収して重合
又は縮合反応をなすこと。
即ち第1の条件は導電塗料として保存中に、塗
料中のメタルパウダーが酸化されることのないた
めであり、第2の条件は導電塗料を用いて印刷、
筆塗り、スプレー等によつて電極、電路等を形成
して高温焼結したときに、塗膜中のメタルパウダ
ーが酸化されることなく、むしろ表面に薄い酸化
層を有するパウダーであつても、それが還元され
て、低抵抗の導電膜又は導電層を構成するための
必要条件である。
上記の思想に基づく発明の主なものは下記の通
りである。
(1) 特願昭50−17392(特公昭55−10081号)(導電
用組成物)
(2) 特願昭50−39227(特公昭58−49967号)(導電
用の組成物)
然しながら上記の発明は、その発明の詳細な説
明において開示されたように、比抵抗ρ′の値は未
だ大であつてAgペーストの代用として用いられ
るには至らないようである。
なおここに注意すべきはメタルパウダー中又は
バインダー中に酸化防止を目的として還元剤等を
含有させることは、該塗料の硬化反応が完結した
ときの塗膜の耐湿及び耐熱性等を劣化させること
が一般である。それ故酸化防止を目的とする還元
剤等の混和、充填等は避ける必要があるというこ
とである。
本発明者は前記(i)及び(ii)の条件を詳細に検討し
た結果、ρ′の値を更に小さくするためには、前記
2条件に加えて更に他の条件が必要であることを
究明した。その結果、前記2条件は必要条件では
あるが、充分条件ではないことを確かめた。この
研究によつて本発明者はAg導電塗料の代用とし
て用いることのできるCu導電塗料を発明するに
至つたのである。
即ち本発明の目的は現用のAg導電塗料に代る、
優れた特性を有する導電塗料を提供することにあ
る。
前記の目的を達成するため、本発明に係る導電
塗料は熱硬化性レジンにヒドロキノン類の誘導体
を添加したバインダーに、導電物質としてメタル
パウダーを分散して成ることを特徴とするもので
ある。
次に本発明の構成について詳細に説明する。
最初にヒドロキノン類の反応概要について説明
する。ヒドロキノン類はキノン系の酸化又は還元
レジンを合成する場合の基本単位である。一般に
は無色結晶のものが多く酸化されやすい。公知の
ごとく写真用薬品、防腐剤などに広く用いられて
いる。ヒドロキノン類の構造を次に例示する。
(A):ピロカテコール (D):ピロガロール
(B):ヒドロキノン (E):フロログロシン
(C):レゾルシン
これらのヒドロキノン類は酸化、還元作用に関
して可逆的な反応を示す。一般にヒドロキノン類
及びキノン系の酸化、還元レジンは他の高分子レ
ジンモノマーのラジカル及びイオン反応等の禁止
剤として用いられる場合もあり、該高分子レジン
のポリマー化を防止する。それ故ヒドロキノン類
を他の高分子レジンに添加すると、硬化反応は妨
げられる。その反応を前記ピロカテコールを例に
とつて示す。
(1)式はピロカテコールの酸化、還元に関する可
逆反応を示し、(2)式はレゾール樹脂(フエノール
系樹脂)とピロカテコールとの反応例を示す。(2)
式から明らかなように、このような場合には3次
元網目構造の巨大分子にはならない。(2)式の反応
は他のレジンに添加した場合にも同様である。即
ち一般にヒドロキノン類を他のレジンに反応させ
た場合には、これ等のものとは別に官能基を附加
しなければ、該レジンとのラジカル重合等が連鎖
的に進行して3次元の巨大組識を形成することに
はならない。
本発明者は、ヒドロキノン類の物理化学的性質
の研究中、その特殊な誘導体を作ると、他のレジ
ンにその誘導体を添加して加熱反応させるだけ
で、前記の官能基を別に附加することなしに、3
次元網目構造の巨大分子を形成すること、即ち重
縮合反応を完結する事実を発見した。この発見が
本発明の基礎をなすものである。
次にヒドロキノン類の中のピロカテコールを例
にとつて述べる。
(A) ピロカテコールをオレイン酸銅の溶液中に分
散させると、溶液中のCu+イオンの触媒作用に
よりピロカテコール誘導体が得られる。即ち次
に示す第(3)式のようになる。
ここにRはl、m、nを任意の整数としたと
き
R=−(CH)l−(CH2)n−CoH2o+1 (A)
又は
R=−COO−(CH)l−(CH2)n−CoH2o+1 (B)
で表わされるアルキル基CoH2o+1を含んだCH、
CH2の鎖状構造のものが一般である。なおl、
m、nの値は反応条件、稀釈剤として用いる有
機溶剤、脂肪酸及び金属イオン等の種類によつ
て異なり、現状では一定のA,Bを作ることは
困難であり、従つて完全な再現性をもつて(3)式
の(a)又は(b)を製造することはできない。
なお(3)式において(a)の構造のものが一般であ
る。
(B) 前記ピロカテコール誘導体を他のレジンに反
応させた場合について述べる。1例として前記
のフエノール系レジン即ちレゾール形レジンに
溶解加熱すると反応は次式のように進行して、
ここに3次元網目構造の巨大分子を形成する。
(4)式の反応はエポキシ系レジン、メラミン系レ
ジン等を用いた場合にも同様に生ずる。(4)式中X
は主にH2Oである。一般のヒドロキノン類の誘
導体を用いた場合でも前記と同様な反応を示し、
OH基以外の反応基を有するもの、もしくは付加
したものは、他のレジンと重縮合反応を生じ、3
次元網目構造の巨大分子となる。
以上ヒドロキノン誘導体が他のレジンと反応し
て熱硬化して巨大分子を形成することを述べた。
なお明細書の(3)式、(4)式を見れば、ピロカテコ
ールのほかにヒドロキノン、レゾルシン、ピロガ
ロール等、他のピロカテコール誘導体を用いて
も、(3)式に相当する誘導体が得られ、従つてそれ
ぞれ(4)式に相当する巨大分子が得られることは容
易に理解されるであろう。
例えば他の例としてヒドロキノンを用いた場合
の例を次に示す。
前記と同様にオレイン酸銅の溶液中に分散させ
ると
(3′)式において(a)の構造が一般である。(3′)
式は(3)式に相当するものである。
次に該ヒドロキノンの誘導体を前記と同様にフ
エノール系レジン即ちレゾール形レジンに溶解し
加熱すると反応は次のように進行して、3次元網
目構造の巨大分子を形成する。
(4′)式は(4)式に相当するもので、Xは(4)式の
Xと同様、主にH2Oである。
次にバインダーとして熱硬化性レジンに前記ピ
ロカテコール誘導体を加えたものを用い、導電体
としてCuパウダーを用いた導電塗料の特徴につ
いて述べる。常温硬化形のレジンを用いると特性
のよい導電塗料は得られないので、前記熱硬化性
レジンは少くともその硬化温度は110℃以上のも
のを用いる。
(1) 高温における酸素吸収反応は急激に起こる。
ピロカテコール誘導体は熱分析による熱重量測
定及び示差熱分析の結果、周囲温度115℃以上
になると急激にキノンとなり、大気中から多量
の酸素を吸収する。その概要を次に示す。
一方(4)式に示したようにこの種のキノンは熱
硬化性レジンと反応してラジカル重合を進行さ
せ、導電塗料の皮膜表面に緻密な高分子レジン
層を形成する。(5)の反応の場合、Cuパウダー
の表面に薄い酸化膜がある場合には同時に還元
され、酸化後は緻密な膜に蔽われて酸化反応は
進行しない。
(2) 高温加熱によりCuパウダーは酸化されない。
Cuパウダー(粒度10μm以下)は160℃から酸
化されはじめ235℃になると酸化は内部に及ぶ。
Cuの酸化反応は発熱現象である。即ち活性化
エネルギーはプラスである。一方ピロカテコー
ル誘導体を熱硬化性レジンに添加して加熱する
と110℃から硬化反応を開始し、170℃〜180℃
で反応は完了する。その硬化反応は吸熱現象で
ある。即ちこの場合の活性化エネルギーはマイ
ナスである。それ故Cuパウダーを分散した該
レジンにおいては、硬化温度が160℃以上にな
つても、Cuの活性化エネルギーは、レジンの
硬化エネルギーとして吸収された形となつて酸
化反応が妨害されて、Cu2Oになることができ
ない。即ち高温中でも酸化しない。更に温度が
上つても、バインダーであるレジンの表面が既
に硬化して、緻密な膜を形成し酸素の供給を絶
つので、Cuの酸化作用は進行しない。
(3) 高温加熱によつて強い還元性を示す。
前述のようにピロカテコール誘導体を添加し
た熱硬化性レジンは高温になると、表面が硬化
して緻密な膜を形成し、酸素の透過を著しく困
難にするので、内部は酸欠状態となる。従つて
活性化されたピロカテコール誘導体は硬化反応
を進行させるため、Cuパウダーの表面の薄い
酸化層の酸素を吸収して熱硬化性レジンとの重
縮合反応を完結しようとする。このためCuパ
ウダーの表面酸化層は還元されてCuパウダー
の導電性は改善される。
(4) 多くの有機溶剤に溶解する。
ピロカテコール誘導体は(3)式に例示したよう
にOH基を持つているので多くの有機溶剤によ
く溶解する。一方単体としては重縮合反応を生
じないので、他の熱硬化性レジンと組合せると
特性の優れた塗料を得ることができ、保存中に
構造劣化を生ずることはない。
(5) 保存中に導電塗料としての特性は劣化しな
い。
湿気の浸入を遮断すれば1年以上のポツトラ
イフがある。一般にピロカテコール誘導体は常
温ではキノンになることはないので、導電塗料
のバインダーとして熱硬化性レジンに添加され
た場合には硬化反応を生じない。
しかしながら熱硬化性レジンは高い湿度の中
ではOH基により分子チエーンが切断されるこ
とも起こるので、前記したように、長期の保存
中は湿度を完全に遮断することが望ましい。
(6) 硬化反応によりメタルパウダーの接触抵抗は
小さくなる。
第(3)項で述べたように、高温による硬化時に
メタルパウダーはその表面を蔽つている酸化層
が還元されるため、接触抵抗が小なることを述
べた。
更に加えて、ピロカテコール誘導体を添加した
熱硬化性レジンはその硬化に際し、極めて特徴的
な効果を生ずる。即ちその硬化に際し3次元網目
構造の巨大分子を形成した場合、硬化分子は直径
0.2μm〜50μmの球状配向を有する緻密堅牢な構
造となることである。そのため分子間の間隙を埋
めるメタルパウダーは固く締結され、従つてバイ
ンダー相互間の接触面積が増大し、結果としてメ
タルパウダーの導電性は更に改善される。この特
性が良好な導電性を得るために必要な前記(i)、(ii)
の条件に加えて、第(iii)の条件ともいうべき充分条
件と考えられるものである。
次に実施例につき更に詳細に述べる。
実施例 1
(3)式に示すピロカテコール誘導体を、耐湿性及
び耐熱性に優れたエポキシ−メラミン系レジンに
該レジンの純レジン量(重量)100部に対し60部
の割合で添加した。これに粒度10μm以下のCuパ
ウダーを分散し、適当な溶剤を加えてスクリーン
印刷に適した導電塗料を作つた。実験の結果によ
ると、一般にヒドロキノン類の誘導体の適当な添
加量は、他の熱硬化性レジンを用いた場合でも該
レジンの純レジン量100部に対し、30部〜70部の
範囲でよい。
次に前記導電塗料を用いて、化学エツチングに
よりCu電極を形成したPCボード(フエノール積
層板)の上に、ナイロンスクリーンにより膜厚
50μm、幅2mm、長さ372mmのジグザグパターン
を印刷した。これを160℃の恒温槽中で30分焼結
硬化した。このようにして作つたサンプルについ
てその抵抗値を測定し、その値から比抵抗
ρ′(Ω/□)を測定した。その結果を第1図に示
す。横軸はCuの含有率fで、塗料中の純レジン
量をr、Cuパウダーの重量をmとすると
f=m/r+m×100% (6)
で与えられる。
図によるとCuの含有率が80%附近でρ′が
0.2Ω/□の最低値が得られた。なお図からfの
範囲は74%〜86%で充分使用できることが分る。
実験の結果によると、用いる熱硬化性レジンが異
なつてもCuの含有率はほぼこの範囲に入る。
なおこの場合得られた比抵抗ρ′の最低値は
0.2Ω/□であつた(17頁から4行目及び第1図
参照)であつたが、ピロカテコール誘導体を添加
しないときは最低の比抵抗ρの平均値は120Ω/
□であつた。
それ故ピロカテコール誘導体を添加をしないと
きは、添加した場合に比較してその抵抗値は
120(Ω/□)/0.2(Ω/□)=600
即ち600倍も大きくなるのである。ピロカテコ
ール誘導体の添加が如何に効果的であるか明らか
であろう。
次に前記サンプルを100℃の恒温槽に入れて耐
熱試験を行なつた結果を第2図に示す。供試サン
プル数は10個である。図においてρ′0は初期比抵
抗、△ρ′は試験開始後の測定時における比抵抗か
らρ′0を引いた変化分を示す。曲線は変化率△ρ′/
ρ′0の平均値を結んだもので、矢印はばらつきの
範囲を示す。
次に本発明に係る導電塗料を用いた導電皮膜は
耐湿性は充分といえないので、耐湿性向上のため
にオレイン酸のような天然油脂系の脂肪酸を極く
少量添加すると充分な耐湿性が得られる。第3図
は前記のようにして耐湿性を改善した場合の耐湿
特性を示す。試験条件は温度60℃、相対湿度93%
R.H.とした。図においてρ′0は初期比抵抗、△
ρ′は測定時の比抵抗からρ′0を引いた変化分を示
す。曲線は変化率△ρ′/ρ′0の平均値(供試サンプ
ル数は10個)を結んだもので、矢印はばらつきの
範囲を示す。図によると湿度の影響は約200時間
で一定値約11%となり、以後は殆んど影響を受け
ないことが分かる。
上記の試験結果から、耐熱性及び耐湿性は充分
であるといえるであろう。
なお本実施例はピロカテコール誘導体を用いた
場合であるが、他の誘導体を用いた場合にも、ほ
ぼ同様の結果が得られる。例えばヒドロキノン、
レゾルシン等の誘導体を用いた場合にも、比抵抗
の最低値は(不飽和ポリエステルレジンを除いて
は)(0.1〜2.0)Ω/□であり、他の諸特性も本
実施例と殆んど異なるところはない。煩雑になる
ので省略する。
次に本実施例は熱硬化性レジンとしてエポキシ
−メラミン系のレジンを用いたのであつたが、他
の熱硬化性レジンを用いても類似の結果が得られ
る。例えば代表的レジンであるフエノール、エポ
キシ等のレジンを用いた場合の比抵抗ρ′の最低値
を表の形にして次に示す。その場合、耐熱特性、
耐湿特性等は第2図、第3図の場合と大きい差は
ないので、簡単のため省略する。
The present invention is a conductive material characterized by using a fine metal powder (hereinafter abbreviated as metal powder) as a conductive material and a thermosetting resin with a hydroquinone derivative added as a binding material (hereinafter abbreviated as binder). It is related to paint. Conductive paints are currently used in various fields, but it is well known that they are particularly used in electronic components. Its uses are wide-ranging, such as as a substitute for jumper wires on printed wiring boards, and as terminals for printed resistors using printed wiring boards. The most important condition for a conductive paint is that when the paint is used to form part of an electrical circuit by printing, spraying, brush painting, etc., its surface specific resistance (hereinafter abbreviated as specific resistance) ρ' The value should be 1Ω/□ or less, preferably 0.1Ω/□. Metals that satisfy these conditions are generally called noble metals, and powders of Au and Ag are mainly used.
Especially in terms of price, Ag powder is the main ingredient, and powders such as Au and Pt are only occasionally used in combination. As is well known, Cu is second only to Ag in terms of volume resistivity ρ.
However, it seems that there are still no conductive paints using Cu powder that have been put into practical use not only in Japan but also in the United States, West Germany, and other countries. However, recently it has become the second raw material after Au.
The price of Ag has skyrocketed significantly, and as a result, Ag
The price of conductive paints using powder increased several times, and the impact on the electronic parts industry became extremely large. For this reason, research into conductive paints using Cu powder has become of great significance, and much research has been carried out, but Cu conductive paints, which can be used as a substitute for Ag conductive paints, have not yet been commercialized. Next, using Cu powder as a conductive powder,
A conductive paint using a general thermosetting resin as a binder will be briefly described. When general thermosetting resins undergo polycondensation to form giant resin molecules with a three-dimensional network structure, H 2 O is generally produced as a reaction product, and depending on the type of resin, other by-products may also be produced. It is widely known that the US is leaving the country. In this case, a thin layer of copper oxide is formed on the surface of the highly active Cu powder by the interaction of the by-products generated by the separation with heat. In addition, the smaller the particle size of the Cu powder, the more activated it becomes, and when left in the air, it quickly captures oxygen and forms a thin layer of oxide on the surface. When the resin is cured, its volume resistivity becomes even larger. For this reason, it has generally been difficult to obtain a low-resistance paint when metal powder other than noble metals is used. From the above, it is presumed that in order to manufacture a low-resistance conductive paint using metal powder other than noble metal powder, it is necessary to select a thermosetting resin that satisfies the following two conditions. (i) It should not oxidize the metal powder when stored as a paint, but rather have a reducing property. (ii) When sintering paint at high temperatures, it absorbs oxygen and undergoes polymerization or condensation reactions. That is, the first condition is to prevent the metal powder in the paint from being oxidized during storage as a conductive paint, and the second condition is to prevent printing using the conductive paint.
When electrodes, electrical circuits, etc. are formed by brush painting, spraying, etc. and sintered at high temperatures, the metal powder in the coating film is not oxidized, even if the powder has a thin oxidized layer on the surface. This is a necessary condition for its reduction to form a low-resistance conductive film or layer. The main inventions based on the above idea are as follows. (1) Japanese Patent Application No. 50-17392 (Japanese Patent Publication No. 55-10081) (conductive composition) (2) Japanese Patent Application No. 50-39227 (Japanese Patent Publication No. 58-49967) (conductive composition) However, the above-mentioned As disclosed in the detailed description of the invention, the value of specific resistance ρ' is still too large to be used as a substitute for Ag paste. It should be noted here that adding a reducing agent or the like to the metal powder or binder for the purpose of preventing oxidation may deteriorate the moisture resistance, heat resistance, etc. of the paint film when the curing reaction of the paint is completed. is common. Therefore, it is necessary to avoid mixing or filling reducing agents etc. for the purpose of preventing oxidation. After examining the conditions (i) and (ii) above in detail, the inventor found that in addition to the above two conditions, other conditions are necessary in order to further reduce the value of ρ'. did. As a result, it was confirmed that the above two conditions are necessary conditions, but not sufficient conditions. Through this research, the present inventors came to invent a Cu conductive paint that can be used as a substitute for Ag conductive paint. That is, the purpose of the present invention is to replace the current Ag conductive paint.
The object of the present invention is to provide a conductive paint with excellent properties. In order to achieve the above object, the conductive paint according to the present invention is characterized in that it is made of a binder made of a thermosetting resin and a hydroquinone derivative, and metal powder is dispersed therein as a conductive substance. Next, the configuration of the present invention will be explained in detail. First, the outline of the reaction of hydroquinones will be explained. Hydroquinones are basic units for synthesizing quinone-based oxidized or reduced resins. In general, most of them are colorless crystals and easily oxidized. As is well known, it is widely used in photographic chemicals, preservatives, etc. The structures of hydroquinones are illustrated below. (A): Pyrocatechol (D): Pyrogallol (B): Hydroquinone (E): Phloroglossin (C): Resorcinol These hydroquinones exhibit reversible reactions with respect to oxidation and reduction. In general, hydroquinones and quinone-based oxidation and reduction resins are sometimes used as inhibitors of radical and ionic reactions of other polymeric resin monomers, and prevent the polymerization of the polymeric resins. Therefore, when hydroquinones are added to other polymeric resins, the curing reaction is inhibited. The reaction will be illustrated using the above-mentioned pyrocatechol as an example. Equation (1) shows a reversible reaction regarding oxidation and reduction of pyrocatechol, and equation (2) shows an example of the reaction between a resol resin (phenolic resin) and pyrocatechol. (2)
As is clear from the formula, in such a case, a macromolecule with a three-dimensional network structure is not formed. The reaction of formula (2) is similar when added to other resins. In other words, in general, when hydroquinones are reacted with other resins, unless a functional group is added separately from the other resins, radical polymerization with the resin proceeds in a chain reaction, resulting in a three-dimensional giant assembly. It does not lead to the formation of knowledge. While researching the physicochemical properties of hydroquinones, the present inventor discovered that once a special derivative of hydroquinones was created, the derivative could be added to other resins and reacted with heat, without the need to separately add the above-mentioned functional groups. ni, 3
We discovered the fact that a macromolecule with a dimensional network structure is formed, that is, the polycondensation reaction is completed. This discovery forms the basis of the present invention. Next, we will discuss pyrocatechol, a hydroquinone, as an example. (A) When pyrocatechol is dispersed in a solution of copper oleate, pyrocatechol derivatives are obtained by the catalytic action of Cu + ions in the solution. That is, the following equation (3) is obtained. Here, R is R=-(CH) l- (CH 2 ) n -C o H 2o+1 (A) or R=-COO-(CH) l - CH containing an alkyl group C o H 2o+ 1 represented by (CH 2 ) n −C o H 2o+1 (B),
Generally, it has a CH 2 chain structure. In addition,
The values of m and n vary depending on the reaction conditions, the type of organic solvent used as a diluent, fatty acids, metal ions, etc., and it is currently difficult to produce constant A and B, so perfect reproducibility cannot be achieved. Therefore, it is not possible to produce formula (a) or (b) of formula (3). In formula (3), structure (a) is generally used. (B) A case where the pyrocatechol derivative is reacted with another resin will be described. As an example, when the above-mentioned phenolic resin, that is, resol type resin, is dissolved and heated, the reaction proceeds as shown in the following equation,
Here, a macromolecule with a three-dimensional network structure is formed. The reaction of formula (4) occurs similarly when epoxy resin, melamine resin, etc. are used. (4)X in the formula
is mainly H 2 O. Even when using general hydroquinone derivatives, the same reaction as above is shown,
Those that have reactive groups other than OH groups or those that have been added will cause polycondensation reactions with other resins, resulting in
It becomes a macromolecule with a dimensional network structure. It has been described above that hydroquinone derivatives react with other resins and are thermally cured to form macromolecules. Furthermore, if we look at formulas (3) and (4) in the specification, we can see that even if other pyrocatechol derivatives such as hydroquinone, resorcinol, pyrogallol, etc. are used in addition to pyrocatechol, derivatives corresponding to formula (3) can be obtained. , therefore, it will be easily understood that macromolecules corresponding to formula (4) can be obtained. For example, another example using hydroquinone is shown below. When dispersed in a solution of copper oleate in the same manner as above, In formula (3'), structure (a) is common. (3′)
The equation corresponds to equation (3). Next, when the hydroquinone derivative is dissolved in a phenolic resin, that is, a resol type resin and heated in the same manner as described above, the reaction proceeds as follows to form a macromolecule having a three-dimensional network structure. Equation (4') corresponds to Equation (4), and X is mainly H 2 O like X in Equation (4). Next, we will describe the characteristics of a conductive paint that uses a thermosetting resin with the above-mentioned pyrocatechol derivative added as a binder and Cu powder as a conductor. Since it is not possible to obtain a conductive paint with good characteristics if a cold-curing resin is used, a thermosetting resin whose curing temperature is at least 110° C. or higher is used. (1) Oxygen absorption reactions occur rapidly at high temperatures.
As a result of thermogravimetry and differential thermal analysis, pyrocatechol derivatives rapidly turn into quinones when the ambient temperature reaches 115°C or higher, absorbing large amounts of oxygen from the atmosphere. The outline is shown below. On the other hand, as shown in equation (4), this type of quinone reacts with the thermosetting resin to advance radical polymerization, forming a dense polymer resin layer on the surface of the conductive paint film. In the case of reaction (5), if there is a thin oxide film on the surface of the Cu powder, it will be reduced at the same time, and after oxidation, it will be covered by a dense film and the oxidation reaction will not proceed. (2) Cu powder is not oxidized by high-temperature heating.
Cu powder (particle size 10μm or less) begins to oxidize at 160℃, and when the temperature reaches 235℃, the oxidation reaches the inside.
The oxidation reaction of Cu is an exothermic phenomenon. That is, the activation energy is positive. On the other hand, when a pyrocatechol derivative is added to a thermosetting resin and heated, the curing reaction starts at 110°C, and the temperature rises to 170°C to 180°C.
The reaction is completed. The curing reaction is an endothermic phenomenon. That is, the activation energy in this case is negative. Therefore, in the resin in which Cu powder is dispersed, even if the curing temperature reaches 160°C or higher, the activation energy of Cu is absorbed as curing energy of the resin, and the oxidation reaction is hindered. 2 Unable to become O. That is, it does not oxidize even at high temperatures. Even if the temperature rises further, the surface of the binder resin has already hardened, forming a dense film and cutting off the supply of oxygen, so the oxidation of Cu does not proceed. (3) Shows strong reducing properties when heated at high temperatures. As mentioned above, when a thermosetting resin containing a pyrocatechol derivative is heated to high temperatures, the surface hardens and forms a dense film, making it extremely difficult for oxygen to permeate, resulting in an oxygen-deficient interior. Therefore, in order to advance the curing reaction, the activated pyrocatechol derivative absorbs oxygen from the thin oxide layer on the surface of the Cu powder and attempts to complete the polycondensation reaction with the thermosetting resin. Therefore, the surface oxidation layer of the Cu powder is reduced and the conductivity of the Cu powder is improved. (4) Soluble in many organic solvents. Pyrocatechol derivatives have an OH group as shown in formula (3), so they dissolve well in many organic solvents. On the other hand, since it does not cause a polycondensation reaction when used alone, when combined with other thermosetting resins, a paint with excellent properties can be obtained, and the structure does not deteriorate during storage. (5) The properties as a conductive paint do not deteriorate during storage. It has a pot life of over a year if moisture is prevented from entering. Generally, pyrocatechol derivatives do not turn into quinones at room temperature, so when added to thermosetting resins as binders for conductive paints, no curing reaction occurs. However, the molecular chains of thermosetting resins may be severed by OH groups in high humidity environments, so as mentioned above, it is desirable to completely block humidity during long-term storage. (6) The contact resistance of metal powder decreases due to the curing reaction. As mentioned in Section (3), when the metal powder is cured at high temperatures, the oxide layer covering the surface of the metal powder is reduced, so the contact resistance is reduced. Additionally, thermosetting resins to which pyrocatechol derivatives are added produce very unique effects upon curing. In other words, if a macromolecule with a three-dimensional network structure is formed during curing, the cured molecule will have a diameter of
The result is a dense and robust structure with a spherical orientation of 0.2 μm to 50 μm. Therefore, the metal powder that fills the gaps between molecules is tightly bound, thus increasing the contact area between the binders, and as a result, the conductivity of the metal powder is further improved. (i) and (ii) above, this property is necessary to obtain good conductivity.
In addition to condition (iii), this condition is considered to be a sufficient condition. Next, examples will be described in more detail. Example 1 A pyrocatechol derivative represented by formula (3) was added to an epoxy-melamine resin having excellent moisture resistance and heat resistance at a ratio of 60 parts to 100 parts of pure resin (weight). A conductive paint suitable for screen printing was created by dispersing Cu powder with a particle size of 10 μm or less and adding an appropriate solvent. According to the results of experiments, the appropriate amount of hydroquinone derivatives to be added is generally in the range of 30 to 70 parts based on 100 parts of pure resin, even when other thermosetting resins are used. Next, using the conductive paint, apply a nylon screen to the PC board (phenol laminate) on which Cu electrodes are formed by chemical etching.
A zigzag pattern of 50 μm, width 2 mm, and length 372 mm was printed. This was sintered and hardened for 30 minutes in a constant temperature bath at 160°C. The resistance value of the sample thus prepared was measured, and the specific resistance ρ' (Ω/□) was determined from the measured value. The results are shown in FIG. The horizontal axis is the Cu content f, which is given by f=m/r+m×100% (6) where r is the amount of pure resin in the paint and m is the weight of Cu powder. According to the figure, when the Cu content is around 80%, ρ′ is
A minimum value of 0.2Ω/□ was obtained. It can be seen from the figure that a range of f of 74% to 86% can be used satisfactorily.
According to the experimental results, the Cu content falls within this range regardless of the thermosetting resin used. In this case, the lowest value of resistivity ρ′ obtained is
It was 0.2Ω/□ (see line 4 from page 17 and Figure 1), but when no pyrocatechol derivative was added, the average value of the lowest specific resistance ρ was 120Ω/
It was □. Therefore, when the pyrocatechol derivative is not added, the resistance value is 120 (Ω/□)/0.2 (Ω/□) = 600, that is, 600 times larger than when it is added. It will be clear how effective the addition of pyrocatechol derivatives is. Next, the sample was placed in a constant temperature bath at 100°C and a heat resistance test was conducted. The results are shown in Figure 2. The number of samples tested was 10. In the figure, ρ′ 0 represents the initial resistivity, and Δρ′ represents the change obtained by subtracting ρ′ 0 from the specific resistance at the time of measurement after the start of the test. The curve is the rate of change △ρ′/
It connects the average values of ρ′ 0 , and the arrow indicates the range of dispersion. Next, since the conductive film using the conductive paint according to the present invention cannot be said to have sufficient moisture resistance, adding a very small amount of natural oil-based fatty acids such as oleic acid to improve moisture resistance will improve the moisture resistance. can get. FIG. 3 shows the moisture resistance when the moisture resistance is improved as described above. Test conditions were temperature 60℃ and relative humidity 93%.
It was set as RH. In the figure, ρ′ 0 is the initial resistivity, △
ρ′ represents the change obtained by subtracting ρ′ 0 from the specific resistance at the time of measurement. The curve connects the average value of the rate of change △ρ′/ρ′ 0 (the number of samples tested is 10), and the arrow indicates the range of variation. According to the figure, the influence of humidity reaches a constant value of approximately 11% after approximately 200 hours, and is hardly affected thereafter. From the above test results, it can be said that the heat resistance and moisture resistance are sufficient. Although this example uses a pyrocatechol derivative, almost the same results can be obtained when other derivatives are used. For example, hydroquinone,
Even when a derivative such as resorcinol is used, the lowest value of resistivity is (0.1 to 2.0) Ω/□ (excluding unsaturated polyester resin), and other characteristics are almost the same as in this example. There is no difference. This will be omitted as it will be complicated. Next, although this example used an epoxy-melamine resin as the thermosetting resin, similar results can be obtained using other thermosetting resins. For example, the minimum value of resistivity ρ' when using typical resins such as phenol and epoxy is shown below in the form of a table. In that case, heat resistance properties,
The moisture resistance characteristics and the like are not much different from those shown in FIGS. 2 and 3, so they are omitted for the sake of brevity.
【表】
実施例 2
粒度10μm以下のCu以外のメタルパウダーにつ
いて実験した。サンプルの作成は実施例1と全く
同様であるから、説明は省略する。次に示す第1
表は試験結果である。[Table] Example 2 An experiment was conducted on metal powder other than Cu with a particle size of 10 μm or less. The preparation of the sample is exactly the same as in Example 1, so the explanation will be omitted. The first
The table shows the test results.
【表】
第1表によると、Ag以外でも場合によつては
Ni、Cr、Mo等のメタルパウダーが使用できると
考えられる。この場合耐湿性をよくするためには
前記とと同様にオレイン酸等の天然油脂系の脂肪
酸を僅かに添加すればよい。
次に実施例1に示すピロカテコール誘導体の外
のヒドロキノン類の誘導体を用いた実施例を簡単
に挙げる。
実施例 3
エポキシ−メラミンレジン4g、オレイン酸1
g、レゾルシン1.5g及び前記Cuパウダー20gを
混合し、適当な溶剤を加えてスクリーン印刷用の
導電塗料を作つた。該塗料を用いて実施例1の場
合と同様の工程により印刷抵抗を作つた。このと
きの比抵抗ρ′の値は平均1.08Ω/□(10個平均)
であつた。
実施例 4
エポキシ−メラミンレジン4g、オレイン酸1
g、フロログルシン1g及び前記Cuパウダー20
gを混合し、実施例1と同様の方法でスクリーン
印刷用の導電塗料を作つた。該塗料を用いて実施
例1の場合と同様の工程により印刷抵抗を作つ
た。このときのρ′の平均値は7.04Ω/□(10個平
均)であつた。
実施例 5
エポキシ−メラミンレジン4g、オレイン酸1
g、ピロガロール1.5g及び前記Cu粉20gを混合
し、実施列1と同様の方法でスクリーン印刷用の
導電塗料を作つた。該塗料を用いて実施例1の場
合と同様の工程により印刷抵抗を作つた。このと
きのρ′の平均値は2.44Ω/□(10個平均)であつ
た。
なお実施例3〜5までの印刷抵抗の電気的諸特
性は実施例1の場合のものと殆んど差はないので
省略した。
次に本発明の効果について簡単に述べる。
(1) 従来Ag導電塗料に代る低い比抵抗を有する
他のメタルを用いた導電塗料は実用に供されて
いない。然るにヒドロキノン類の誘導体を熱硬
化性レジンに添加した塗料を用いることにより
Ag塗料に劣らない低比抵抗を有するCu導電塗
料を提供することができた。その比抵抗は
0.02Ω/□の低い値である
(2) 前記Cu導電塗料は耐熱性は充分に高い。
(3) 前記Cu導電塗料は少量の天然油脂系の脂肪
酸を添加することにより、その耐湿性を充分に
改善することができる。
(4) 前記塗料を用いることにより、Cu、Agのほ
かに場合によつてはNi、Cr等パウダーも使用
することができる。[Table] According to Table 1, in some cases other than Ag
It is thought that metal powders such as Ni, Cr, and Mo can be used. In this case, in order to improve moisture resistance, a small amount of natural oil-based fatty acid such as oleic acid may be added in the same manner as described above. Next, an example using a hydroquinone derivative other than the pyrocatechol derivative shown in Example 1 will be briefly described. Example 3 4g epoxy-melamine resin, 1 oleic acid
A conductive paint for screen printing was prepared by mixing 1.5 g of resorcinol, 1.5 g of resorcinol, and 20 g of the above-mentioned Cu powder, and adding an appropriate solvent. A printed resistor was made using the paint according to the same process as in Example 1. The value of specific resistance ρ′ at this time is an average of 1.08Ω/□ (average of 10 pieces)
It was hot. Example 4 4g epoxy-melamine resin, 1 oleic acid
g, phloroglucin 1 g and the Cu powder 20
A conductive paint for screen printing was prepared in the same manner as in Example 1. A printed resistor was made using the paint according to the same process as in Example 1. The average value of ρ' at this time was 7.04Ω/□ (average of 10 samples). Example 5 4 g of epoxy-melamine resin, 1 oleic acid
A conductive paint for screen printing was prepared in the same manner as in Example 1 by mixing 1.5 g of pyrogallol, 1.5 g of pyrogallol, and 20 g of the Cu powder. A printed resistor was made using the paint according to the same process as in Example 1. The average value of ρ' at this time was 2.44Ω/□ (average of 10 pieces). The electrical characteristics of the printed resistors of Examples 3 to 5 are omitted because they are almost the same as those of Example 1. Next, the effects of the present invention will be briefly described. (1) Conductive paints using other metals with low resistivity to replace conventional Ag conductive paints have not been put to practical use. However, by using a paint containing hydroquinone derivatives added to a thermosetting resin,
We were able to provide a Cu conductive paint with a resistivity as low as that of Ag paint. Its specific resistance is
(2) The Cu conductive paint has a sufficiently high heat resistance, which is a low value of 0.02Ω/□. (3) The moisture resistance of the Cu conductive paint can be sufficiently improved by adding a small amount of natural oil-based fatty acids. (4) By using the above paint, powders such as Ni and Cr may also be used in addition to Cu and Ag.
第1図はCuの含有率fと比抵抗ρ′(Ω/□)と
の関係を示すグラフ、第2図はCu導電塗料を用
いた印刷導電体の耐熱特性を示すグラフ、第3図
はCu導電塗料を用いた印刷導体の耐湿特性を示
すグラフである。
Figure 1 is a graph showing the relationship between Cu content f and specific resistance ρ' (Ω/□), Figure 2 is a graph showing the heat resistance characteristics of printed conductors using Cu conductive paint, and Figure 3 is 3 is a graph showing the moisture resistance characteristics of a printed conductor using Cu conductive paint.
Claims (1)
添加した結合剤(以下バインダーと略称する)
に、導電体として金属微粉末(以下メタルパウダ
ーと略称する)を分散して成ることを特徴とし
た、ヒドロキノン類の誘導体を用いた導電塗料。 2 熱硬化性レジンの硬化温度は少くとも110℃
以上であることを特徴とした、特許請求の範囲第
1項記載のヒドロキノン類の誘導体を用いた導電
塗料。 3 ヒドロキノン類の誘導体の熱硬化性レジンに
対する添加量は該レジンの純レジン量100部に対
し30部〜70部とすることを特徴とした、特許請求
の範囲第1項〜第2項の何れか1つに記載のヒド
ロキノン類の誘導体を用いた導電塗料。 4 メタルパウダーとしてCuパウダーを用いる
ことを特徴とした、特許請求の範囲第1項〜第3
項の何れか1つに記載のヒドロキノン類の誘導体
を用いた導電塗料。 5 熱硬化性レジンの純レジン量をr、Cuパウ
ダーの量をmとしたときその含有率をfとする
と、 f=m/r+m×100% において、fの値を75%〜85%とすることを特徴
とした、特許請求の範囲第4項記載のヒドロキノ
ン類の誘導体を用いた導電塗料。 6 メタルパウダーとしてAgパウダーを用いる
ことを特徴とした、特許請求の範囲第1項〜第3
項の何れか1つに記載のヒドロキノン類の誘導体
を用いた導電塗料。 7 メタルパウダーとしてNi、Cr又はMo等のパ
ウダーを用いることを特徴とした、特許請求の範
囲第1項〜第3項の何れか1つに記載のヒドロキ
ノン類の誘導体を用いた導電塗料。 8 熱硬化性レジンとしてエポキシ−メラミン系
レジンを用いることを特徴とした、特許請求の範
囲第1項〜第7項の何れか1つに記載のヒドロキ
ノン類の誘導体を用いた導電塗料。[Claims] 1. A binder made by adding a hydroquinone derivative to a thermosetting resin (hereinafter abbreviated as binder)
A conductive paint using a hydroquinone derivative, which is characterized by dispersing fine metal powder (hereinafter abbreviated as metal powder) as a conductor. 2 The curing temperature of thermosetting resin is at least 110℃
A conductive paint using a hydroquinone derivative according to claim 1, which is characterized by the above characteristics. 3. Any of claims 1 to 2, characterized in that the amount of the hydroquinone derivative added to the thermosetting resin is 30 to 70 parts per 100 parts of pure resin. A conductive paint using the hydroquinone derivative described in item 1. 4 Claims 1 to 3 characterized in that Cu powder is used as the metal powder.
A conductive paint using a hydroquinone derivative according to any one of the items. 5 If the pure resin amount of the thermosetting resin is r, the amount of Cu powder is m, and its content is f, then f=m/r+m×100%, and the value of f is 75% to 85%. A conductive paint using a hydroquinone derivative according to claim 4, characterized in that: 6 Claims 1 to 3 characterized in that Ag powder is used as the metal powder.
A conductive paint using a hydroquinone derivative according to any one of the items. 7. A conductive paint using a hydroquinone derivative according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a powder such as Ni, Cr, or Mo is used as the metal powder. 8. A conductive paint using a hydroquinone derivative according to any one of claims 1 to 7, characterized in that an epoxy-melamine resin is used as the thermosetting resin.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12911580A JPS5755974A (en) | 1980-09-19 | 1980-09-19 | Electrically conductive paint using hydroquinone derivative |
US06/471,924 US4499010A (en) | 1980-09-19 | 1983-03-02 | Conductive paint |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12911580A JPS5755974A (en) | 1980-09-19 | 1980-09-19 | Electrically conductive paint using hydroquinone derivative |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5755974A JPS5755974A (en) | 1982-04-03 |
JPH0135025B2 true JPH0135025B2 (en) | 1989-07-21 |
Family
ID=15001433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12911580A Granted JPS5755974A (en) | 1980-09-19 | 1980-09-19 | Electrically conductive paint using hydroquinone derivative |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5755974A (en) |
-
1980
- 1980-09-19 JP JP12911580A patent/JPS5755974A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5755974A (en) | 1982-04-03 |
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