JPS5933923B2 - 抵抗配線板用導体組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板、特に合成樹脂基板に印刷回路を形成する
に際して有用な導体組成物に関する。

従来より合成樹脂板を基板とする印刷配線基板面に導体
を形成する方法として広く行われるものにサブトラクテ
イブ法とアディティブ法とがある。サブトラクテイブ法
とは、配線板の被着銅箔を選択的に、化学的或は機械的
に除去するものである。この方法は除去される被着銅箔
及び裏打ちされた接着剤の量が残るものより多く、最終
的にはこれらの６０〜７０％のものが廃棄されることに
なり不経済であり、しかもこれらの廃液が公害源となる
恐れがある。アディティブ法とは、化学めつき浴中で基
板面に導体を回路状にめつきするものであるが、この方
法ではめつき時間に２４〜３６時間を要するため、基板
たる合成樹脂積層板の電気的、機械的品質を著しく低下
させる欠点があり、まためつき液として貴金属増感剤や
ＥＤＴＡ（四酢酸エチレンジアミン）のような特殊試薬
を用いることから、めつき液自体が高価なものとなる上
廃棄物も公害源となり得るという問題がある。

このアディティブ法の具体的な提案例の１つとして、合
成樹脂積層板面に粘着性のインクを導体回路図形状に印
刷し、その粘着性インクの面上に金属粉末として青銅を
定着させるものが提案されている。

しかしこれによつて得られる導体は導電性、はんだづけ
性において良好なものが得られず、また厚さの均一性に
も欠けるので前記粉末状金属の上にさらに溶融金属を溶
射したり、はんだをローラコートしたり或は前述の化学
めつき浴を併用することが行なわれる。このため期待さ
れた成果を得られにくい欠点を有している。また他の具
体的な例として、銀粉を樹脂中に分散させて得られるイ
ンクをスクリーン印刷等の方法により導体図形として合
成樹脂板面に形成する方法が提案されている。

これは経済的で且つ廃棄物を出さない等の長所がある一
方銅箔導体に比べて導体抵抗値が１〜２桁高く、はんだ
浴との接触で熱的に破壊されたり銀がはんだ浴中に溶け
込んでしまうという欠点がある。さらに銀導体が高電位
となつた場合、他の低電位側導体に向つて移行して合成
樹脂積層板の絶縁板面を汚染したり電気的短絡事故を招
くことがある。そこでこれを防止するために銀粉に替え
て銅粉を用いるものは導体というよりむしろ抵抗体とい
つても良い程抵抗値が高く、はんだ付け性も銅箔導体に
比べて極端に悪い欠点を有する。さらに銀粉を用いるも
のは、銀粉自体の抵抗値が銅より高いことに加えてはん
だ浴への浸漬時のはんだへの溶け込みによる導体機能の
減退が問題とされる。本発明は以上述べた諸方法により
得られる導体の欠点を解消し、さらに印刷配線基板への
別の適用形態も種々考えられる導体組成物を提案するも
のである。

以下本発明の実施例を説明するにあたつてその概説を説
明し次で実験例を具体的に説明する。本発明に係る導体
組成物は、銅粉末と錫粉末とを樹脂バインダにて結合さ
せたペイントを、揮発性フラツクスと共に配合した事を
特徴とするものであるが、前記フラツクスとしては非腐
食性のものが望ましい。

非腐食性フラツクスとしては一般にロジンが考えられる
が、このロジン樹脂の構成物ははんだ付け温度の２００
℃，１０秒においてはその過半量が非揮発性であるので
、該フラツクスを前記ペイントと配合したものにおいて
は、前記温度ではペイント中より消失することがない。
このためロジン樹脂構成物をそのまま用いて作成された
配線板の配線導体の使用環境がロジンの軟化温度である
６０〜８０℃以下に制限されるから電子機器用の配線板
としては不備なものとなる。さらにロジンのフラツクス
作用は２００〜３００℃前後のはんだ付け加熱条件にお
いては微弱である。通常市販されているハロゲンによる
活性化口シッフラックスは、ペースト状においては強腐
食性状をも示し、また天然ロジン、ロジンの水素添加体
もまたペースト状態では強腐食性を示すので本発明に係
る導体組成物に関しては不適当である。一方前記天然ロ
ジン、ロジンの水素添加体はフラツクス作用における活
性剤して有効なアビエチン酸、ピマール酸の作用が弱い
のでフラツクス作用は有しないものである。さらに一般
のロジン系フラツクスは２００〜３００℃での加熱によ
り煙として観察される揮化ガスが発生する。

その成分は、ホルムアルデヒド、ジメチルアミン、トリ
エタノールアミン、塩化水素、一酸化炭素等であり、こ
れらはロジン、ハロゲン性添加物が金属酸化物を媒体と
して、あるいは単なる加熱の結果発生している。しかし
、大部分は残渣として粘重な溜まりを残す。これらのこ
とを考慮して、本発明にあつては２００℃以上のはんだ
付け温度でロジンから揮発生のものを抽出した樹脂を用
い、はんだ付け加熱により１００％揮発するものを揮発
性フラツクスとして用いる。即ちロジンのクラツキング
により空気中の酸素を添加したもののうち２００〜３０
０℃で空気中に揮発するものを貯留し、その貯留物（フ
ラツクス）の活性を上げるために該フラツクスに対し０
．３％以下のハロゲン化物を高級アミンの塩酸塩の形で
導入するものである。この樹脂は常温において液状であ
るので前記導体組成物中の銅粉及び錫粉の表面の酸化防
止に寄与させ得るのみならず、前記ペイントに印刷イン
クの性状をもたせる上ではなはだ好都合なものである。
このフラツクスの導体ペーストにおける配分量は０．３
〜５０重量％が適当である。なおロジンの蒸留により得
られるテルペン油は液状ではあつても多くの夾雑物を含
むので残溜が残り、フラツクス作用も有効に発揮されな
い。フラツクス溶剤としては、メチルエチルケトン、酢
酸ブチル、アルコール等が使用できるが、ハロゲン化炭
化水素系溶剤は加熱時に導体を変質させるので使用には
不適当である。前述した揮発性フラツクスと銅粉及び錫
粉とを配合して得られるペイントを配線板に印刷して印
刷配線板を得るには、銅粉一錫粉一揮発性フラツクスか
ら成るペイントを合成樹脂積層板面に導体図形状に印刷
し、次で合成樹脂積層板のはんだ耐熱限界たる２３２〜
３００′Ｃ，５〜６０秒の温度において加熱する必要が
ある。

この加熱時には外部から他の金属成分やフラツクス成分
が混入されないように注意する必要がある。ところで錫
の融点はバルク状では約３００′Ｃとされているが前記
粉末状では約２８『Ｃより融解が開始され、また銅粉は
この温度では融解しないので前記溶融錫粉末が銅粉の周
囲に流動配置される。ここで銅と錫との粒形比率を適当
に選ぶことによつて、銅粉の球面は錫により覆われるよ
うになる。したがつて前記加熱温度２３２〜３００℃を
選ぶに際し特定温度で銅と錫との金属間化合物が形成さ
れる。この加熱は銅粉と銅粉との間の錫粉がほぼ銅との
金属間化合物に吸収される時点までつづける必要がある
。こうして得られる銅と錫との金属間化合物の抵抗値は
銅の抵抗値と同じか、やや低い程度であるから導体とし
て好都合である。またはんだ付け性は、前記金属間化合
物の融点が通常用いられる錫一鉛はんだ合金のそれより
も高くなるから通常のはんだ付け条件（２６０℃，２〜
５秒）でほぼ失われるものである。本発明に用いられる
銅粉は純度９９．５％以上の基準のものが適当であり、
粒径範囲は約０．０１〜１００μで特に１〜１０μのも
のが望ましい。

また錫粉としては純度９９．８％以上の基準のもので粒
径範囲は約０．００１〜１０μ、望ましくは０．２〜１
０μである。そして両者の配合比率としては、銅に対す
る錫の比が１０〜８０重量％のものが実験的に好結果が
得られる範囲である。ここで注意を要するのは、基板と
して合成樹脂板を用いる場合には導体として銅と錫とを
用いることが実用的であるが、厚膜回路板に対しては金
、銀、パラジウム、ルセニウム、モリブデンと錫又は鉛
とを組合せたものも使用できる。

また錫の代りにビスマス、亜鉛、カドミウム、マグネシ
ウムを用いることもでき、さらに銅の代りに金、銀、ニ
ツケル、鉄を用いることもできる。さらにまた金と鉛と
の組合せ、あるいはその二元合金、三元合金の組合せを
用いることも可能である。要するに、これらのいずれか
を選ぶかは、基板との耐熱性、基板への導体の接着性、
導体の熱伝導、導体の抵抗導体の摩耗性、導体のワイヤ
ボンド性、導体の被接着性、導体のオーム接触性、導体
の耐腐食性、導体の耐フラツクス性、導体の抵抗体とか
誘電体への接触性、価格、耐久性などを総合的に勘案し
てなされるものである。以下具体的実験例につき説明す
る。

実験例 １ 銅粉として市販の平均粒径１０μのものを７０重量パー
セント、錫粉として市販の平均粒径２μのものを２０重
量パーセント、ロジンよりクラツキングにより得た加熱
時揮発性のフラツクスにアミンの塩酸塩を０．３重量パ
ーセント添加したもの１０重量パーセントを混合して得
られる印刷インクをスクリーン印刷法により、紙基材片
面銅張り積層板から該銅板をエツチングしたものの他面
に印刷した。

次で２６０℃に保つた炉中で３０秒加熱した後冷却固化
した。得られた導体抵抗は、導体幅１．０ｍｍ１尊体長
さ約１００ｍ１Ｌについて測定した結果０．１５Ω即ち
１．５ｍΩ／口であつた。また２６０℃で２秒のデイツ
プはんだ付けによつてはんだが付着することはなかつた
。次に同じ基板面で、抵抗体として炭素粉一エポキシ樹
脂系のものを印刷し、１５『Ｃで１５分間焼きつけた。

これにより得られた基板における抵抗体と前記導体から
なる電極との接触状態は良好であり、１ＫΩ／口の抵抗
体で雑音はＭＩＬ規格２０２・の方法で測定したところ
１μＶ／Ｖ以下であつた。抵抗体を形成後、本発明の電
極部分は酸無水物硬化剤を配合したエポキシ樹脂系の塗
料を印刷してかぶせ保護した。前記導体の接着性は導体
下部にあらかじめ印刷した環式脂肪族系エポキシ樹脂の
作用により１０ｋｇ／Ｍｄ以上であり充分な強度が得ら
れた。実験例 ２ 銅粉として平均粒径１５μの市販のものを６０重量パー
セント、錫粉として平均粒径３μの市販のものを２０重
量パーセント、ロジンよりクラツキングで得られる加熱
時揮発性のフラツクスにアミンの塩酸塩を０．２重量パ
ーセント添加したものの２０重量パーセントを混合し、
２６０℃の窒素ガス雰囲気中にて加熱し、錫の金属間化
合物に包囲された銅粉末を導電粉末として得た。

この導電粉末６０重量パーセントにエポキシ樹脂３０重
量パーセント、フエノール樹脂１０重量パーセントの割
合で混合し、メチルエチルケトン１０部とブチルカルビ
トールアセテート９０部とからなる溶剤にさらに混合し
て導電ペーストとした。この導電ペーストを合成樹脂板
上の抵抗体印刷子定面と同じ面に、抵抗体の電極又は電
極につづく配線としてスクリーン印刷法により印刷し、
１５０℃，３０分にて焼付け固定した。この場合には前
記実験例１のように導電体下部にあらかじめ樹脂層を印
刷しなくても８ｋ１Ｉ／Ｍ７ｉの接着強度が得られた。
また導電幅１．０ｍｒ１Ｌ．導体長さ約１００ｍｍにつ
いて測定した場合の導電抵抗は０．３１１Ω即ち３．１
１ｍΩ／口であつた。さらに２６『Ｃ，３秒のデイツプ
はんだ付けによつてはんだが付着することはなかつた。
抵抗体として実験例１と同じものを印刷し、同条件で焼
き付けた場合、１ＫΩ／口の抵抗体の雑音は３．３μＶ
／Ｖであつた。以上各実施例は、抵抗配線板の導体とし
て抵抗体印刷面に配されて、前述したアデイテイブ法に
より簡素な形で使用され、しかもめつき浴のような公害
発生廃棄物を残すことなく、はんだづけ性がなくて、は
んだ耐熱性があるという技術的要望（この点については
後に詳述する。

）に応えた安価な抵抗配線板を形成できることを示した
ものである。なおこれらの実険例により得られる抵抗配
線板の変形として、銅箔をエツチングした導体面の絶縁
物露光面、あるいは樹脂によるオーバコート面に対して
も前記導体が適用できることはいうまでもない。さらに
スルーホール孔に導体を形成することも、基板の両面あ
るいは各層にわたつて形成することも容易に推考できる
ものである。以上の説明から明らかなように、本発明に
係る導体組成物は、抵抗値が低いことは望ましいが、導
箔導体の如き極端に低いものを要求されない抵抗配線板
に対して適用されるものである。かかる抵抗配線板の抵
抗印刷面はデイツプはんだ付けされないから、その抵抗
体に近接して、または抵抗体と同面に配設された導体は
はんだ付け性の良いものである必要はなく、また該導体
に部品がはんだ付けされることはないから基材に対する
接着性は前記抵抗体と同程度のものであれば充分である
。この点に関しては、一般には基板面への樹脂ユーテイ
ングと、抵抗体と共用しておこなわれる樹脂の万−バコ
ーテイングとにより、部品は基板に保持される。従来使
用されている銀ペイントははんだ付け性も低いが、はん
だ加熱の条件で破壊され易く、銀の移行による致命的欠
点を持つており、その対策として有機インヒぐツタを含
む樹脂層ではさみ込む等の対策を講じることが必要とさ
れるが、前記銅粉一銀粉系ではその必要はない。本発明
に係る導体組成物は別の異なつた形態で適用させること
もできる。即ち銅粉一錫粉−フラツクス系ペイントを導
体図形として基板上に印刷し、その後基板上で加熱して
金属間化合物を生成させて導体化するか、或は、銅粉と
錫粉とを混合しフラツクス或は還元性ガス雰囲気中での
加熱により銅と錫との金属間化合物でおおわれた銅粉を
得、錫との金属間化合物でおおわれた銅粉を導体粉とし
て、熱硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂とその溶剤より
成る混合物に配合し、銀ペィントと同様に印刷し、適度
の高温で焼き付けて裏板に固定して抵抗体との接続をお
こなわせることができる。このときの温度は基板の耐熱
性によつて上限が定まる。基板の基材面だけからいえば
、紙基材フエノール樹脂積層板では１３０℃〜１８０℃
、ガラス布基材やエポキシ樹脂積層板では１５０℃〜２
００℃、ポリイミド樹脂フイルム又はガラス布ポリイミ
ド樹脂積層板では１５０〜３００℃、アルミナ磁器板で
は１５０〜８００℃であり、導体粗成もそれらに応じて
導体金属の特徴、配合比樹脂バインダの特徴，配合比等
を考慮する必要がある。また本発明に係る導体組成物は
、基板の片面にはんだ付け性の良い銅箔導体を配し、他
面に抵抗体を配置する構造のものにおいて、抵抗体の電
極及び該電極関連の導体として、はんだ付け性の良くな
いものを本発明に係る導体組成物で形成することによつ
て経済的且つ技術的に望ましい抵抗印刷回路板が構成で
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅粉末と錫粉末とを樹脂バインダにて結合させたペ
   イントを、はんだ付け加熱により１００％揮発する揮発
   性フラックスと共に配合したことを特徴とする抵抗配線
   板用導体組成物。