JPH0831666B2 - スクリーン印刷用ペースト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はスクリーン印刷用ペーストに関する。

（従来の技術） 従来より、金属粒子、バインダー及びビークルの３種
の成分を含むペーストを、スクリーンを用いて基板上に
印刷し、このペーストを乾燥させたのち焼成して基板に
導体パターンを形成することが行なわれている。

基板として例えば、ハイブリッドIC用にセラミック基
板やプラズマディスプレイパネル（PDP）用にガラス基
板を用いる。金属粒子には導体パターンの使用目的に応
じて例えば、ニッケル（Ni）粒子、銀（Ag）粒子、金
（Au）粒子或は酸化ルテニウム（RuO₂）粒子を用いる。
また通常。バインダーには低融点ガラスを、及び、ビー
クルには有機物及び溶剤の混合物を用いる。例えば直流
型PDPの陰極形成では、一般に、金属粒子にNi粒子を及
びバインダーとして鉛ガラスを用いる。

セラミック基板を用いる場合には金属粒子が互いに焼
結し合うような高い焼成温度で焼成を行なえるが、融点
の低いガラス基板を用いる場合には焼成温度を低くしな
ければならず（例えば焼成温度を600℃以下とする）こ
れがため金属粒子は焼結しない。焼成温度を低くした場
合、金属粒子例えばNi粒子はバインダーにより結合され
る。バインダーは金属粒子を基板に固着させ或は金属粒
子相互を結合するために必要不可欠な成分である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、PDPの陰極形成に一般的に用いられて
いる従来のスクリーン印刷用ペーストを用いて陰極を高
精細に形成する場合、スクリーン印刷に用いるスクリー
ンのメッシュを細かくする必要があり、従ってこのメッ
シュサイズに合せてNi粒子の粒径も小さくしなければな
らない。この微細化に伴ないNi粒子の比表面積（表面積
／体積）は増加するが、バインダーに鉛ガラスを用いて
比面積の大きいNi粒子同士をしっかりと結合するために
は鉛ガラスの量を増やさなければならない。この結果、
ペーストから形成された導体パターン中における粒子密
度が粗となり粒子の局在の度合が大きくなり放電集中が
起きやすくなる。又鉛ガラスの量が増えすぎるとNi粒子
間に介在する鉛ガラスにより粒子間抵抗が非常に高まり
PDPの陰極陽極間の放電が得られなくなる。

また鉛ガラスを用いることにより次の及びに述べ
るような問題があった。（例えば文献I:テレビジョン学
会技術報告 Vol.12 第43〜48頁1988年や、文献II:天
野芳文氏博士論文 第88〜92頁 慶応義塾大学 1988年
11月を参照されたい。） 陰極に含まれる鉛ガラスの酸化鉛が放電により還元さ
れ還元された鉛が陰極表面に析出し、この析出により隣
接する陰極間の短絡を招く。

鉛が析出してまた鉛が放電による熱で溶融して電極表
面の物理的化学的な変化を生じ電極表面の部分的導通性
が向上し、これにより陰極の局所的な放電集中を招いて
PDPの寿命を短命化する。

従って鉛ガラスの使用量をなるべく少なくするとよい
が、理想的には、鉛ガラスを用いないようにするのが望
ましい。しかしながら実用上満足できる機械的強度を有
する陰極を形成するためにはペーストにおける鉛ガラス
の割合を通常20wt％程度にはする必要がある。

またNiは直流型PDPの陰極形成で現在最も一般的に用
いてられている金属粒子の主材料であるが、鉛ガラスが
溶融する500℃程度の温度で導電性のない酸化物にな
り、従って金属粒子表面が絶縁物でおおわれてしまうた
め、この酸化物を還元する還元剤例えばホウ素を含むNi
ホウ化物の粒子を金属粒子として用いる。このペースト
を用いて形成した陰極表面は組成物にはNi、鉛ガラス及
び酸化した還元剤（例えばホウ酸）が混在する不均一な
状態となっており、これに加え電極表面に放電ガスのア
ルゴンイオンが衝突したり放電による熱が加わったり等
により電極表面の物理的化学的な変化が生じて陰極の局
所への放電集中が起き易い。この放電集中により陰極が
破損してPDPの寿命が短くなる。

放電集中を起こりにくくするには、ペーストが含む元
素を少なくして陰極を組成物に均一化するとよいが、従
来のNi粒子（Niホウ化物粒子）のペーストでは、実用的
な機械的強度及び放電特性を有する陰極を形成するため
Niのほかに鉛ガラス及び還元剤その他の添加物が必要で
あり、従ってペーストが含む元素を少なくすることはで
きない。

またNi粒子は粒径が微細になると化学的に不安定で発
火し易くなり、従ってNi粒子の微細化は困難である。

この発明の目的は、粒子を微細化した場合でも粒子間
抵抗の低い導体パターンを形成できるスクリーン印刷用
ペーストを提供することにある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明のスクリーン印
刷用ペーストは、導電性粒子をバインダー層を介し結合
して成る導体パターンを形成するためのペーストにおい
て、導電性のバインダー層を形成する材料を含むバイン
ダー形成液と、導電性粒子とを含むことを特徴とする。

（作用） この発明のスクリーン印刷用ペーストによれば、バイ
ンダー形成液からバインダー層を得、導電性粒子をバイ
ンダー層を介し結合した導体パターンを得ることができ
る。

バインダー形成液は液体であるので粒子を微細化した
場合でも粒子相互を結合するバインダー量を従来より減
らせる。またバインダー形成液から得られるバインダー
層は導電性を有し、従ってこの発明のペーストを用いて
形成した導体パターンでは粒子間抵抗を小さくできる。

（実施例） 以下、図面を参照し、この発明の実施例につき説明す
る。尚、図面はこの発明が理解できる程度に、各構成成
分の形状、寸法及び配設位置を概略的に示してあるにす
ぎず、従ってこの発明は図示例に限定されるものではな
い。

第一実施例 第一実施例のペーストは、バインダー層として導電性
金属酸化物例えば酸化錫の層を形成するための材料を含
むバインダー形成液と、導電性粒子として金属酸化物の
粒子例えばITO（Indium−Tin−Oxide）の粒子とを含ん
で成り、しかもバインダー形成液は抵抗調整用のドーパ
ントを含む。

以下、より詳細にこの実施例につき説明する。

第一実施例のペーストは、ITO粒子と酸化錫の層を形
成するためのバインダー形成液とペーストの印刷性向上
のためのビークルとを、従来のペーストの作成と同様の
手法で、混合して作ったものである。

バインダー形成液は有機錫例えばアセチルアセトン錫
｛Sn（C₄H₉）_２（C₅H₇O₂）｝を、アルコール溶液例えば
ブタノール溶液中に溶解して作成したものである。そし
てこのバインダー形成液に弗素及びアンチモンをドーパ
ントとして添加する。或はバインダー形成液として弗素
及びアンチモンを含む酸化錫薄膜形成溶液（FATO、日本
化学産業株式会社製）を用いる。このようなバインダー
形成液を用いることによって、弗素及びアンチモンがド
ープされた酸化錫の層をバインダー層として形成でき
る。バインダー層はペーストが焼成されたときバインダ
ー形成液から得られる。

ITO粒子には平均粒径500Åの超微粉末の粒子を用い
る。ビークルにはESL−＃405（Electroscience Labora
tories社製）を用いる。

これらバインダー形成液、ITO粒子及びビークルを混
合しセラミック３本ロールミル（井上製作所製）を用い
て混ぜ合せてペースト化し、ペーストを得る。ペースト
の組成は、ITO粒子30〜70wt％、バインダー形成液10〜5
0wt％及びビークル30〜60wt％であり、粒子の粒径、抵
抗及びバインダー層の抵抗を考慮して設定される。粒径
が小さければ比表面積が大きくなるのでバインダー形成
液の量を多くして導体パターン中にバインダー層の割り
合いを増やす。

第１図に、この実施例のペーストを用いて基板10に形
成した導体パターン12の様子を断面図でモデル的に示
す。

導体パターン12は第１図にも示すように、主として、
ITO粒子（導電性粒子）14と弗素及びアンチモンドープ
の酸化錫層（バインダー層）16とから成る。

また第２図に、従来のNi粒子及び鉛ガラス粉末を用い
たペーストにより基板10に形成した導体パターン18の様
子を断面図でモデル的に示す。第２図（Ａ）は比較的大
きな粒径例えば数μｍのNi粒子を用いた例及び第２図
（Ｂ）は微細な粒径のNi粒子を用いた例である。

従来の導体パターン18は、主として鉛ガラス層（バイ
ンダー層）20及びNi粒子（導電性粒子）22から成る。

従来では、第２図（Ｂ）にも示すようにNi粒子22を微
細化した場合、粒子相互をしっかりと結合し充分な機械
的強度を得るためにバインダーである鉛ガラスの量を第
２図（Ａ）の場合よりも増やす必要がある。これは従来
ペーストが固体のNi粒子と固体の鉛ガラスとを含むこと
に起因する。この結果、導体パターン18中のNi粒子22の
密度は、第２図（Ｂ）にも示すように、粗となる。導体
パターン18をPDPの陰極とした場合、放電特性に大きな
影響を与える導体パターン18表面の状態は導電に寄与し
ない鉛ガラス20の占める面積は広くなるが放電に寄与す
るNi粒子22の占める面積が狭くなり（放電面積が減
る）、放電に寄与するNi粒子22が局在するため放電集中
が起き易くなる。

またNi粒子は微粉化に伴ない鉛ガラスの溶融時に非常
に酸化しやすい状態となるので、従来のペーストに添加
する還元剤の量も増やす必要がある。

またNi粒子の微細化に伴ない鉛ガラスの量が増えると
形成された導体パターン18のNi粒子22間で鉛ガラス20が
絶縁体或は非常に抵抗の高い抵抗体として作用し、導体
パターン18をPDPの陰極として用いる場合には放電が得
られなくなる。

一方この実施例では、ITO粒子を微細化しても、バイ
ンダー形成液は液体であるので、導体パターン12中にお
けるバインダー層16の占める割り合い（バインダー量）
を従来よりも少なくしても粒子相互をしっかりと結合で
き、この結果、第１図にも示すように導体パターン12中
のITO粒子14の密度を密とすることができる。従って導
体パターン12をPDPの陰極とした場合に、放電特性に大
きな影響を与える導体パターン12の表面状態は放電に寄
与するITO粒子14の占める面積が広くなって粒子14の局
在を従来より緩和できるので放電集中を起こりにくくす
ることができる。

またITO粒子な酸化物なので還元剤は不要であり、微
細化を図っても発火のおそれがなく微細な粒子を低コス
トで作成できる。

またこの実施例のペーストにより形成した導体パター
ン12は導電性を有するのでITO粒子の微細化に伴ない導
体パターン12中においてバインダー層16が占める割り合
いが増加したとしても、粒子間抵抗を鉛ガラスの場合よ
りも小さくできる。

（変形例） 金属酸化物の粒子として上述のITO粒子14のほか、例
えばCaLaCrO₃の粒子、又はZnO₂の粒子を用いてもよい。

またAl₂O₃そのほかのドーパントをドープした粒子を
用いてもよい。このような粒子は例えばZnO₂薄膜にAl₂O
₃をイオン注入したのちこの薄膜を粒子状に微細化する
ことによって得られる。

粒子の比表面積が増大するにつれ導体パターン中バイ
ンダー層が占める割り合いが増えても、バインダー層の
形成材料を任意好適に選択することによって或はバイン
ダー層のドーパント量を調整することによって、粒子間
抵抗を従来の鉛ガラスの場合よりも小さくできる。しか
しながら導体パターンを例えばPDPの陰極に用いる場合
にバインダー層の抵抗が粒子の抵抗よりも小さくなると
電子は粒子中ではなくバインダー層中を通るのでバイン
ダー層が放電に寄与する。従って粒子を放電に寄与させ
るためには、バインダー層の抵抗を粒子の抵抗よりも大
きくする必要がある。このように粒子の抵抗値及びバイ
ンダー層の抵抗値の関係を調整する必要があるが、この
発明の実施に当り粒子が含む粒子抵抗調整用ドーパント
の量、及び又は、バインダー形成液が含むバインダー層
抵抗調整用のドーパントの量を調整することによって、
粒子及び又はバインダー層の抵抗値を可変的に調整で
き、従ってPDPの陰極に用いる導体パターンの設計が容
易となる。

第二実施例 第二実施例のペーストは、導電性粒子を耐酸化性を有
する金属の粒子例えばAg又はPt（いずれも真空冶金株式
会社製）とする他は、第一実施例と同様である。

この実施例でも、還元剤は不要でありまた微細な粒子
を低コストで作成できる。

第三実施例 第三実施例のペーストは、バインダー形成液を導電性
金属（好ましくは耐酸化性を有する金属の層）をバイン
ダー層として形成するためのバインダー形成液とする他
は、第一実施例と同様である。第三実施例のバインダー
形成液として、例えばAu:A−3275（エンゲルハルド社
製）のような有機金属物の溶液を用いることができる。

第三実施例でも第一実施例と同様の効果を得られる。

この発明は、上述した実施例にのみ限定されるもので
はなく、各構成成分の形成材料、組成、寸法、形状、数
値的条件及びその他の条件を任意好適に変更できる。

例えば導電性粒子の形状を球状、粉状、針状又はそほ
ほかの任意好適な形状とすることができる。またこの発
明のペーストにより形成された導体パターンをPDPの陰
極として用いる場合、導電性粒子のみを放電に寄与させ
るのみならず、導電性粒子及びバインダー層の双方を放
電に寄与させるようにしてもよい。双方を寄与させる場
合、２次電子放出係数、仕事関数等の物理的化学的な性
質が導電性粒子を形成する材料の性質と近い或は均等な
材料をバインダー層形成のための材料として含むバイン
ダー形成液を用いる。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のスク
リーン印刷用ペーストによれば、バインダー形成液から
バインダー層を形成し導電性粒子をこのバインダー層を
介し結合した導体パターンを得ることができる。

バインダー形成液は液体であるので、導電性粒子を微
細化した場合でも形成された導体パターン中における導
電性粒子の密度を密とすることができる。従って導体パ
ターン中の導電性粒子の局在を従来より緩和でき、形成
された導体パターンをPDPの陰極とした場合、放電集中
に起こりにくくできる。またバインダー形成液から得ら
れるバインダー層は導電性を有し、従ってこの発明のペ
ーストを用いて形成した導体パターンでは粒子間抵抗を
小さくできる。従って形成された導体パターンをPDPの
陰極とした場合、導電性粒子が微細化してバインダー量
が増えても、陰極及び陽極間の放電を得ることができ
る。

またこの発明の実施に当り、導電性粒子を金属酸化物
の粒子、又は、耐酸化性を有する金属の粒子とした場合
には、ペースト焼成時の加熱により粒子が酸化するのを
防止するための還元剤をペーストに添加する必要がなく
なり、ペーストが含む元素を少なくできる。また導電性
粒子を微細化しても、化学的に安定しており酸化により
発火のおそれがない。従って微細な粒子を安価に作成で
き微細な導電性粒子を用いたペーストのコストを低減で
きる。

またこの発明の実施に当り、抵抗調整用ドーパントを
含む導電性粒子、及び又は、バインダー層の抵抗調整用
のドーパントを含むバインダー形成液を用いた場合に
は、導電性粒子及び又はバインダー層の抵抗をドーパン
トの添加量に応じて高くしたり或は低くしたり可変的に
調整できる。従って、導体パターンの設計が容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一実施例のペーストにより形成し
た導体パターンの様子を概略的に示す断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｂ）は従来のペーストにより形成した
導体パターンの様子を概略的に示す断面図である。 10……基板、12……導体パターン 14……導電性粒子、16……バインダー層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 17/04 Ｈ０５Ｋ 1/09 Ａ 7726−4Ｅ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性粒子をバインダー層を介し結合して
   成る導体パターンを形成するためのペーストにおいて、 導電性のバインダー層を形成する材料を含むバインダー
   形成液と、導電性粒子とを含むことを特徴とするスクリ
   ーン印刷用ペースト。
2. 【請求項２】前記導電性粒子は当該粒子の抵抗調整用の
   ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載のス
   クリーン印刷用ペースト。
3. 【請求項３】前記導電性粒子を金属酸化物の粒子とした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリーン印
   刷用ペースト。
4. 【請求項４】前記導電性粒子を耐酸化性を有する金属の
   粒子としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のス
   クリーン印刷用ペースト。
5. 【請求項５】前記バインダー層を、ペーストの焼成によ
   り前記バインダー形成液から得られる層としたことを特
   徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクリー
   ン印刷用ペースト。
6. 【請求項６】前記バインダー形成液は前記バインダー層
   の抵抗調整用のドーパントを含むことを特徴とする請求
   項１〜５のいずれか一項に記載のスクリーン印刷用ペー
   スト。