JPH036254A

JPH036254A - 半田付可能な導電塗料

Info

Publication number: JPH036254A
Application number: JP13957289A
Authority: JP
Inventors: Fumio Nakaya; 仲谷　二三雄; Shinichi Wakita; 真一脇田; Hisatoshi Murakami; 久敏村上; Tsunehiko Terada; 恒彦寺田; Shohei Morimoto; 昌平森元
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1991-01-11
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JP2931982B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、銅粉末を含有する良好な導電性を有する導電
塗料に関し、より詳しくは、絶縁基体上にスクリーン印
刷などで導電回路を形成し、回路の塗膜を加熱硬化させ
た後、該塗膜上にフラックス材を塗布して直接半田付を
することができる導電塗料に関する。

〔従来技術〕

銀ペーストの比抵抗は、１０°４Ω・ｃｔｉ級と良好な
導電性を有するので、電子機器の印刷回路用材料として
従来から広く使用されてきたが、銀粉末は高価であり、
コストに占める割合も大きく、且つ、銀ペーストで形成
された導電回路を湿潤雰囲気中で直流電圧を印加すると
、銀マイグレーシランを起し回路を短絡する事故が発生
するので、銀ペーストに代替し得る安価な銅ペーストの
出現が強く要望されている。

一方、従来の銅ペーストは、銅粉末と熱硬化性樹脂を混
練したものであり、その塗膜を加熱硬化させると、銅の
被酸化性が大きいため、空気中およびバインダーの樹脂
中に含まれる酸素が銅粉末と化合して、その表面に酸化
膜を形成し著しくその導電性を阻害し、又は経時と共に
導電性が全く消失するものとなる。

このため、各種の添加剤を加えて、銅粉末の酸化を防止
し安定化した導電性を有する銅ペーストが種々開示され
ている。しかし、その導電性はＩＯ−’Ω・ｃｍ級のも
のが多く、導電性の長期の安定性に難点がある。しかも
、得られる銅ペーストの塗膜に、直接半田付を適用する
ことができない問題がある。

したがって、従来公知の銅ペーストによって絶縁基体上
に形成された導電回路は、前記のように半田付が直接適
用することができないため、回路の塗膜に活性化処理を
施して無電解メツキするか、又は塗膜を陰極としてメツ
キ液中で電気銅メツキを施した後に、銅面上に半田付が
なされる。かかる場合、塗膜と銅メツキとの眉間の結合
が確実でないと実用に供されない。

このため、無電解メツキ又は／及び電気メンキを施す必
要のない半田付可能な銅ペーストが開発されると、印刷
回路の形成工程が大巾に短縮されるのでその経済的メリ
ットは多大なものとなる。

ここに、銅ペーストとして具備すべき問題点は、■銀ペ
ーストと同等な導電性を有すること、■スクリーン印刷
、凹版印刷、が容易であること、■絶縁基体上への塗膜
の密着性がよいこと、■細線回路が形成できること、■
塗膜上への半田付性と半田付強度がすぐれていること、
■半田コートの導電回路の導電性が長期にわたって維持
できること、である。

そこで、本発明者は、特願昭６１−７５３０２号（特開
昭６２−２３０８６号）および特願昭６０−７５３０３
号（特開昭６２−２３０８７０号）で半田付可能な導電
塗料を提案した。これ等の提案は導電性と半田付性に優
れたものとして市場で高い評価を受けた。

本発明者等は、上記評価を基に導電性がより高いより安
定した導電ペーストを供するため引き続き研究を続けて
来た結果、特定のバインダーを使用することにより、半
田付促進剤を添加せずに目的製品を得ることが可能であ
ることをつきとめた。

この提案が下記を特徴とする特願昭６３−１６７２２９
号である。

「金ｉ銅粉Ａ８５〜９５重量％と、レゾール型フェノー
ル樹脂８１５〜５重量％と、その両者Ａ、Ｂの合計１０
０１ｉ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
ｉ３過率をｌ、ｍ、ｎ、ａ、ｂ、ｃとするとき、各ｉ！
！ｉ遇率の間に（イ）ｂ／ａ−０，８〜１．２（ロ）ｂ／ａ＝　　０．８〜１．２（ハ）ｂ／ａ＝　　０．８〜１，２（ニ）　　−−１，２〜１．５なる関係が成り立つものとした半田付可能な導電塗料。

」〔発明が解決しようとする課題〕しかしながら、この提案においても、上記の問題点■〜
■を十分に解決したものとは言えない。

このため、発明者等は、更に改良すべく、研究を続ける
中で、金属銅粉の性状が関係することを知見した。

本発明は、上記知見に基づき、上記問題点■〜■を十分
に解決し得る半田付可能な導電性銅ペーストを提供する
ことを課題とする。

〔課題を解決するための課題〕

上記課題を解決するため、本発明にあっては、前記特願
昭６３−１６７２２９号の提案技術において、金属銅粉
を、樹枝状、平均粒子径＝２〜３０μ■、かさ密度：１
．５〜３．５ｇ／ｃｃ、比表面積と水素還元減量との比
：　　１１０００以上としたのである。

上記金属銅粉は、平均粒子径：２μ謬未満では酸化され
易く、得られる塗膜の導電性が低下し、半田付性が悪く
なる。とくに、高い半田付性を要求する場合には、上記
比は１５０００以上とする。

他の金属銅粉の配合量等は、上記提案技術と同様であり
、その明細書に記載しているが、再度、記載すればつぎ
のとおりである。

すなわち、金属銅粉の配合量は、レゾール型フェノール
樹脂との配合において８５〜９５重量％の範囲で用いら
れ、好ましくは８７〜９３重量％である。

配合量が８５重量％未満では、半田付性が悪くなり、逆
に９５重量％を超えるときは、金属銅粉が十分にバイン
ドされず、得られる塗膜も跪くなり、所望の半田付強度
が得られず、導電性が低下すると共にスクリーン印刷性
も悪くなる。

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、メチロール基量をα、ジメ
チレンエーテル量をβ、フ！エニル基量をＴとすると、前記構成のｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ν　　　　　　　ν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置換体量をνが多いということ
を意味する。

α　　　　　　　α なる、すなわち、ジメチレンエーテル量α、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太き電性は良くなる
。しかし、逆に塗膜が硬く、脆くなる傾向を示し、物理
的特性が悪トｖ。

β また、□が小さいと塗膜の半田付性が悪くなγ す、□が大きいと塗膜の導電性が悪くなる。

従って、得られる導１ｉ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、前記慣〜１．ｌ、□カ月、
２〜１．５とするのが適している。

レゾール型フェノール樹脂の配合量は、金属銅粉との配
合において１５〜５重量％の範囲で用いられ、金ｒＩＡ
ｗ４粉Ａとレゾール型フェノール樹脂Ｂとの合計量（Ａ
＋Ｂ）を１００重量部とする。レゾール型フェノール樹
脂が５重量％未満では、金属銅粉が十分にバインドされ
ず、得られる塗膜も跪くなり、導電性が低下すると共に
スクリーン印刷性が悪くなる。逆に１５重量％を趨える
ときは、半田付性が好ましいものとならない。

上記金属銅粉及び樹脂のそれぞれの重量％から、両者の
重量比は、金属銅粉：樹脂＝８５〜９５：１５〜５とな
るが、この比率と体積固有抵抗率との関係は金属銅粉の
かさ密度により左右されμｍ、一般的に第１図の如き関
係を持っている。

飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸又はそれら金属塩とは
、飽和脂肪酸にあっては、炭素数１６〜２０のパルチミ
ン酸、ステアリン酸、アラキン酸など、不飽和脂肪酸に
あっては炭素数１６〜１８のシーマリン酸、オレイン酸
、リノ・レン酸などで、それらの金属塩にあってはカリ
ウム、銅、アルミニウム、ナトリウム、亜鉛などの金属
との塩である。

これらの分散剤の使用は、金属銅粉とレゾール型フェノ
ール樹脂との配合において、金属銅粉の樹脂中への微細
分散を促進し、導電性の良好な塗膜を形成するので好ま
しい。

飽和脂肪酸若しくは不飽和脂肪酸又はそれらの金属塩の
配合量は、金属銅粉とレゾール型フェノール樹脂の合計
Ｎ１００重量部に対して０．５〜８重量部の範囲で用い
られ、好ましくは１〜３重量部である。

前記分散剤の配合量が、０．５重量部未満では、金属銅
粉の微細分散性が期待できず、逆に８重量部を超えると
きは、塗膜の導電性を低下させ、塗膜と基板との密着性
の低下をまねくので好ましくない。

金属キレート形成剤とは、モノエタノールアミン、ジェ
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アミ
ン、などの脂肪族アミンから選ばれる少なくとも一種を
使用する。

添加する金属キレート形成剤は、金属銅粉の酸化を防止
し、導電性の維持に寄与すると共に、半田付性をより向
上させる。

金属キレート形成剤の配合量は、金属銅粉とレゾール型
フェノール樹脂との合計量１００重量部に対して、１〜
５０重量部の範囲で用いられる。金属キレート形成剤の
配合量が、１重量未満では、導電性が低下し、且つ半田
付性も好ましいものとならない、逆に５０重量部を超え
るときは、塗料自体の粘度が下がり過ぎて印刷性に支障
をきたすので好ましくない。

本発明に係る導電塗料には、粘度調節をするために、通
常の有機溶剤を適宜使用することができる。例えば、ブ
チルカルピトール、ブチルカルピトールアセテート、ブ
チルセロソルブ、メチルイソブチルケトン、トルエン、
キシレンなどの公知の溶剤である。

〔実施例〕以下、実施例、参考例、比較例にもとづいて本発明を更
に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例にのみ限定
されるものでない。

粒径５〜１０ｎの樹枝状金属銅粉、表１に示す赤外線透
過率比のレゾール型フェノール樹脂、オレイン樹脂カリ
ウム、トリエタノールアミンをそれぞれ表２に示す割合
で配合（重量部）し、溶剤として若干のブチルカルピト
ールを加えて、２０分間三輪ロールで混練して導電塗料
を調整した。これをスクリーン印刷法によりガラス・エ
ポキシ樹脂基板上に、巾０．４ｍ、厚さ３０±５４．長
さ５２０閣のＳ形導電回路を形成し、１３０〜ｂ分間加熱して塗膜を硬化させた。

実施例は、さらに金属銅粉において、試料１は、平均粒
径が＝８−１かさ密度：２．０、比表面積：４５００、
水素還元減量：０．２６χ、同２は、平均粒径４６７１
１μｍ、かさ密度＝１．７、比表面積：　４５００、水
素還元減量：０．２６とした。

引続いて、形成させた導電回路上に半田付を施すため、
実際の工程で使用する半田レベラマシンに通して、該基
板をを機酸系のフラックス槽に４秒間浸漬し、次いで２
５０°Ｃの熔融半田槽（Ｐｂ／５ｎ−４０／６０　）中
に５秒間浸漬して引上げると同時に２〜６．０気圧、２
２０〜２３０℃の熱風を吹きつけた後、洗浄して導電回
路全面に半田付をした。、塗膜に半田付された半田コー
ト享は平均１０Ｘａである。

上記の過程で得た導電回路の緒特性を調べた結果を表２
に示す。

ここに、塗膜の導電性とは、加熱硬化された塗膜の体積
面を抵抗を測定した値である。

塗膜の密着性とはＪＩＳ　Ｋ５４００（１９７９）の基
盤目試験方法に準じて、塗膜上に互に直交する縦横１１
本づつの平行線をｌｌ１ｌａ＋の間隔で引いて、ｌ　ｃ
ｄ中に１００個のます目ができるように基盤目状の切り
傷を付け、その上からセロハンテープで塗膜を引きはが
したときに、絶縁基板上に残る塗膜の基盤目個数を求め
たものである。

半田付性とは、塗膜上に半田付された状態を低倍率の実
体顕微鏡によって観察し、下記の基準によって評価した
。

Ｏ印：表面平滑で全面に半田が付着しているもの Δ印：部分的に塗膜が露出しているもの×印：部分的に
しか半田が付着していないもの印刷性とは、粘度調整し
て得られた導電塗料を用いてスクリーン印刷法により導
電回路を形成するに際して、その印刷の容易性を観察し
、下記の基準により評価した。

Ｏ印：導電回路の形成が良好なもの Δ印：導電回路の形成が稍々困難なもの×印：導電回路
の形成が困難なもの次に、半田付強度とは、ガラス・エボギシ樹脂基板（例
えば、Ｃｌ０）上に直径３ｍφのランドで、厚さが２５
〜３０ｔｒ腸の塗膜を形成させ、１３０〜１８０°Ｃ×
１０〜６０分間加熱して塗膜を硬化させた後、そのラン
ド上にリード線（０，８ｍａ＋φの錫メツキ軟鋼線）を
垂直に半田付（６３Ｓｎの共晶半田を使用）をし、前記
基板を固定して５０ｍｍ／分の引張速度でリード線を垂
直に引張り、その強度を求めたものである。

なお、参考例１〜４は、上記特願昭６３−１６７２２９
号の要旨に基づくものである。

結果かられかるように、実施例Ｌ２及び参考例１〜４は
、特定の配合材料が適切に組合わされているので、塗膜
の導電性、塗膜の密着性、半田付性、半田付強度、印刷
性などの緒特性が良好なものとなる。また、得られた硬
化塗膜に通常の有機酸系のフラックス剤を用いて直接半
田付を施すことができるので、導電回路の導電性を１０
−４Ω・１級から１０−ＳΩ・Ｃ１１級に向上させるこ
とができ、より大きな電流を導電回路に流すことができ
る。

また、実施例は、比較例に対しては、金属銅粉の性状を
特定したため、体積固有抵抗率（塗膜の導電性）が良好
である。

次に、比較例についてみると、比較例１．２．３は使用
するレゾール型フェノール樹脂の赤外線透過率比が適切
でないため、好ましい半田付性をもつ塗膜が得られない
、比較例４は、金属銅粉が少ないため、半田付において
導電回路の部分的にしか半田が付着しないので好ましく
ない、比較例５は、金属銅粉が多く、金属銅粉が十分に
バインドされないため、塗膜の導電性が不安定であって
、得られる塗膜も脆く、又スクリーン印刷性が稍々困難
で好ましくない。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明に係る導電塗料は、絶縁基板
上に導電回路を形成させた後、その塗膜を加熱硬化させ
て！４！膜上に直接半田付をすることができ、かつ金属
銅粉の性状を特定したので、導電回路の導電性をより向
上できると共に、従来のように、回路の塗膜に活性化処
理を施して無電解メンキをするか又は電気メツキを行な
う必要がないので、印刷回路の形成工程が大巾に短縮さ
れ、経済的メリットが多大となる。

また、本発明の導電塗料は、導電回路の形成以外に電子
機器部品、回路部品の電極、スルーホール接続剤、電磁
、静電しゃへい層などにも使用することができ、産業上
の利用価値が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、銅粉／樹脂バインダ一体積固有抵抗率特性図
である。１・・・・・・かさ密度２．２ｇ／ｃｃにおける特性曲
線、２・・・・・・かさ密度１．５〜１．７ｇ／ｃｃに
おける特性曲線。表１以下余白手続補正書（自発） μｍ、事件の表示平成　１年特許願第１３９５７２号補正の内容明細書第１９頁の表２を別紙のとおり補正します（実施
例１の「金属銅粉」の重量％を８２から８５に、「レゾ
ール型フェノール樹脂（ｉ）ヨの重量％を１８から１５
に、それぞれ補正）。２゜発明の名称半田付可能な導電塗料３、補正をする者６゜補正の対象＼

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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
ト形成材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（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ものとし、かつ、上記金属銅粉Ａは
、形状が樹枝状、平均粒子径が２〜３０μｍ、かさ密度
が１．５〜３．５ｇ／ｃｅ、比表面積と水素還元減量と
の比が１１０００以上であることを特徴とする半田付可
能な導電塗料。