JPS61133694A - 導電回路形成方法 - Google Patents

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】 本発明は電気絶縁基板上に密着性の良い、良導電性を有
する導電回路を形成させる方法に関する。

電気・電子工業分野において最も一般的な導電回路の形
成方法は銅張絶縁基板を用い、銅箔面の不要部分をエツ
チングにより除去して回路形成をおこなういわゆるサブ
トラクティブ法であるが、この方法は工程数が多いこと
、エツチングによる銅の損失が極めて多いことなど周知
の欠点を有している。

サブトラクティブ法の欠点を補うものとして回路部分に
のみ無電解メッキにより金属を析出させて導体回路とす
るいわゆるアディティブ法が各種試みられている。現在
一部で実用に供されているアディティブ法はいずれも無
電解メッキの下地にパラジウムを含む活性剤（触媒）を
何らかの方法で存在させ、その上に無電解メッキにより
金属を析出させて導体回路とするものであるが、活性剤
処理が非常に高価につくこと、基板とメッキ層との密着
性が悪く、基板の粗面化等の工夫がなされているが、不
充分であることなどの欠点を有している。

別の方法として銀ペースト、銅ペースト等の樹脂硬化型
ペーストを用い、スクリーン印刷により絶縁基板上に回
路を形成し、これを加熱硬化させて導電回路とするいわ
ゆる樹脂硬化型ペースト印刷法があるが、この方法は、
樹脂をバインダーとしているため回路抵抗が前記２方法
より高い上。

部品塔載、端子接続に必要な半田づけも出来ない等の欠
点を有している。また、銀ペーストを用いた導電回路に
は、銀のマイグレーションによる回路間の絶縁低下とい
った欠点も有している。

発明者らは上述の如き現状の回路形成方法の欠点を解決
する回路形成方法を鋭意検討したところアディティブ法
の欠点となっている基板とメッキ層との密着性の悪さお
よびペースト印刷法における導電性の低さ、半田づけ性
の悪さを一挙に克服した樹脂硬化型銅ペースト印刷法と
無電解メッキによるアディティブ法とを組み合わせた新
しい回路形成方法を見い出し本発明に至った。

銅ペーストによる導電回路の上に無電解金属メッキを施
こす方法は、公知であるが、従来の銅ペーストを用いた
場合、実用に供している間にペースト層の層間剥離が起
りやすい上、銅ペースト層とメッキ層との界面剥離が生
じやすく、信頼性の面で大きな問題があった。そこで、
これら問題点の原因を鋭意究明したところ、銅ペースト
中に含まれる銅粉の形状に主原因のあることがわかった
。

樹脂硬化型導電ペーストの導電性は金属粉同志の接触の
確率および接触面積が多い程高いとされており、従来よ
り金属粉の形状としてはフレーク状ないしは樹枝状が良
いとされている。したがって市販の銀ペースト、銅ペー
スト等中に含まれるそれぞれの金属粉の形状はフレーク
状ないしは樹枝状が殆んどであり、銅ペーストに限って
は、樹枝状銅粉が殆んどで樹枝状粉をボールミル等で偏
平にしたフレーク状銅粉がわずかに使用されているに過
ぎない。

本発明は、従来の常識を破って微細球状粉を使用した銅
ペーストを開発し、これを無電解金属メッキの下地回路
として使用することを特徴とするもので、詳しくは酸素
含有量１０００　ｐｐｍ以下。

平均粒径２０μｍ以下、見掛密度２．９Ｖｃｒ１以上の
微細球状銅粉と熱硬化性樹脂を必須成分とし、微細球状
銅粉の割合が該銅粉と熱硬化性樹脂の合計重量に対して
７５から９５重量係の間である樹脂硬化型銅ペーストを
用いて電気絶縁表面を有する基板上に下地回路をスクリ
ーン印刷し、加熱硬化した後、該銅ペースト回路表面に
無電解金属メッキを施すことを特徴とするものである。

本発明方法で得られる導電回路のシート抵抗はＩｏｎΩ
／口以下ときわめて小さく、銅ペースト中の銅粉を微細
球状粉としたためにメッキ層と銅ペースト層との界面の
密着性が非常に良く銅ペースト下地回路上へのメッキ析
出速度が速（、メッキされた導体回路表面への半田づけ
性はきわめて良好で、導体回路としての信頼性が非常に
高いものである。

本発明で銅ペーストに使用する銅粉は、特殊なアトマイ
ズ法により製造可能となった微細球状粉あるいは球に近
い長球状粒状またはこれらを混合したものであり、その
平均粒径はｏ、ｉ〜２０μｍ好ましくは１〜１０μｍの
均一な粒度分布を有するものが良＜、０．１μｍ以下で
は銅表面積の増加により銅表面が酸化し、回路パターン
形成後の導電性の低下が無視できな（なる。また２０μ
ｍ以上では銅ペースト塗布時のスクリーン印刷性を阻害
する。

また微細球状粉の見掛密度を２ｐンｄ以上のものに限定
したが、その理由は、２９７ｃｒ＆未満のものは樹脂中
への充填性が悪いために、銅粉の高充填に限界があり、
導電性が悪く、金属メッキ析出速度が低く、銅ペースト
層とメッキ層との密着性も悪い。

銅粉中に含まれる酸素は通常銅粉表面に銅酸化物として
存在しており、この酸化物が銅ペースト焼付後の塗膜の
導電性を阻害する上、無電解メッキの前処理としておこ
なう銅ペースト塗膜の酸洗い効果を阻害するため銅ペー
ストの原料となる銅粉の酸素含有量は少い程よく、１．
ＯＯＯｐＩ）ｍ以下を必要とする。銅粉中の酸素含有量
を１０００１）Ｉ）ｍ以下とする方法としては、アトマ
イズ法で得られた球状銅粉を水素あるいは一酸化炭素等
の高温還元性雰囲気中において銅粉中の酸素を還元する
か、あるいは硫酸、塩酸、有機酸等の酸性水溶液中で銅
粉表面の酸化皮膜を溶解する。このように処理して得た
酸素含有量１００９　ｐｐｍ以下の銅粉を、微量の有機
酸および酸化防止剤を含む熱硬化性樹脂溶液に混練して
ペーストとする。

また、ペースト中における銅粉末の含有量は。

該銅粉と熱硬化性樹脂の合計重量に対して７５がら９５
重量％の範囲内が良い。７５重量％以下ではペースト塗
膜自身の導電性が低く、ペースト焼付塗膜表面に存在す
る銅量が少くメッキ析出性が悪い。９５重量％以上では
バインダーとなる樹脂量が少いため塗膜中に空げき部が
でき易く、良好な導電性が得られないほか、メッキ液の
浸食があり安定したメッキ層が得られない。

本発明における銅ペーストのバインダーとなる熱硬化性
樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリア
ミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。これら
熱硬化性樹脂は有機溶媒で適当な溶液粘度に調整して熱
硬化性樹脂溶液として使用する。更に銅ペーストの貯蔵
あるいは印刷後の乾燥硬化時の銅粉の表面酸化を防ぎよ
り導電性の高い銅ペースト下地回路を得る目的で、該樹
脂溶液に微量の有機酸、酸化防止剤を添加する。

本発明における銅ペーストによって設けられた下地回路
の表面に施す無電解メッキの金属種には特に制約はない
が、種類としては金、銀、銅、ニッケル、スズ等がある
。またメッキ液は市販のもので十分である。メッキを施
す際の銅ペースト回路表面の前処理としては、通常アル
カリ液による脱脂−水洗−酸洗い一水洗をするほか、各
メッキ液によってそれぞれ指定された前処理を必要とす
る場合には、指定された前処理をおこなうものとする。

本発明の方法で得た導体回路は従来のプリント基板の導
体回路に施されると同様の各種処理例えば熱硬化性樹脂
塗料による保護コートやハンダ被覆等の後工程を経て実
用に供される。

本発明における銅ペーストが無電解金属メッキの下地と
して従来の銅ペーストよりきわめて効果的である理由は
、主に本発明で使用する銅ペースト中の銅粉の形状が球
状粉であることに起因する。

図１に本発明で使用する銅ペースト硬化塗膜の断面概略
図、図２に従来銅ペースト硬化塗膜の断面概念図を示す
。図かられかるように両者ペースト中の銅粉の平均粒径
（長径）が同一であっても。

球状粉を含む本発明ペーストの方が基板とペースト塗膜
中の樹脂部分との接触面積が大きく、したがってペース
ト塗膜の基板への密着性が良い。また同一塗膜厚の場合
、塗膜表面に銅粉の頭が出やすく、したがってメッキ前
処理（薬液処理、粗面化等）で容易に銅の金属表面が出
やすいため、メッキ析出速度が速くメッキ層とも密着性
が良好となる。これに対して従来の銅ペーストの場合は
銅粉の長径方向が塗膜中で基板面と平行に並びやすく、
また塗膜表面に銅粉の頭が出にくく表層に樹脂層が多く
なりやすい。従ってメッキの前処理でも銅表面が出に＜
＜、メッキ析出速度が遅く、メッキ層の密着性が悪い。

また銅粉が層状に並びやすいため塗膜内の層間剥離が起
りやすい。

また球状粉は樹枝状物、フレーク状粉に比較して比表面
積が小さいためペースト塗膜中での酸素あるいは湿度か
らの影響を最小限にすることが出来、かかる銅ペースト
使用の導体回路は、長期信頼性を維持する上で最良のも
のである。

上記のような理由から本発明の回路形成法は従来にない
信頼性の高い導体回路を容易かつ安価に提供するもので
、工業的価値が高いものである。

以下に本発明の実施例を示す。

実施例１〜５ 流下する銅溶湯流を噴霧し、微細化した球状微粉末を分
級機により分級し、平均粒径１０μｍの粉末を得た。粉
末の見掛密度は４．３　ｐＶｃｄ、形状はすべて球状で
あった。これを３５０℃水素雰囲気中に１０分保持し銅
粉の還元処理を行なった後直ちにメタノール中に保存し
た。銅粉の酸素含有量を測定したところ１１０００ｐｐ
であった。メタノール中に保存された銅粉を窒素雰囲気
中で乾燥した後直ちにレゾール型フェノール樹脂（不揮
発分６０重量係、ブチルカルピトール溶液）ト少量の有
機酸とを添加して、３本ロールミルで混練して銅ペース
トを得た。得られた銅ペーストを２００メツシユのスク
リーンにより１朋幅の長さ２ｏαのジグザグパターン及
び１ｃＩｎ角のパターンを印刷し、１６０℃で３０分加
熱、硬化させて厚さ３０μｍの銅ペースト下地回路を得
、ジグザグバターンの回路抵抗を測定した。

次に銅ペースト下地回路板をメッキ前処理として５％Ｎ
ａＯＨ水溶液に５分浸漬、水洗後５　％　Ｈｃａ水溶液
に１分浸漬、水洗をおこなった。メッキ前処理済の下地
回路板を以下の各メッキ液に各処理条件に従って浸漬、
水洗して回ｉ板を得た。

ニッケルメッキ；日本カニゼン（株）製メッキ液レッド
シューマー（前処理液）室温４分浸漬↓ シューマー７５３−１９０℃　８分浸漬銅メツキ　　；
　高純度化学研究所製メッキ液Ｃ−１００（Ｃ−１０Ｏ
Ａ、　Ｃ−１００Ｂを配合）　５０℃　２．５時間 メッキ終了後の回路板を使って、ジグザグパターンにつ
いては回路抵抗を測定、１傭角パターンについては１儂
角長さ５ｃＩｒＬの真ちゅう棒をエポキシ系接着剤でパ
ターン上に接着し、引張試験機で真ちゅう棒と基板とを
チャックに固定して引張強度を測定しメッキ層と下地銅
ペーストとの密着性あるいは基板と銅ペーストとの密着
性を評価した。

また１ａ角パターンを利用してノ飄ンダのぬれ性も評価
した。結果を表１に示した。

比較例１〜５ 比較例１は実施例１におけるメッキ処理前の回路につい
てのハンダぬれ性を評価した。

比較例２３は市販品銅ペーストＡ社製、Ｂ社製を使用し
、実施例１〜４と同様にガラスエポキシ基板に印刷硬化
させた銅ペースト下地回路に無電解鋼メッキを施した回
路板につき各項目の評価をおこなった。

比較例４は比較例３においてメッキを施さない下地回路
のみの例である。

比較例５は比較例２における銅メッキの代りにニッケル
メッキを施した例である。

実施例６〜９及び比較例へ７ 流下する銅溶湯流を噴霧し微粉化した球状微粉末を分級
機により分級し平均粒径６μｍ見掛密度２．９．９”／
ｃＩｌ、平均粒径８　ｐｍ見掛密度３．５９’ｒ／ｃｒ
ｌの粉末を得た。これらについて還元処理温度をかえて
酸素含有量３０００〜５００ｐｐｍの粉末数種を得、窒
素雰囲気中に保存した。これらを更に酸洗したり、空気
中に放置することにより酸素含有量５０００ｐ＋）ｍ〜
３００　ｐｐｍの粉末とし実施例１〜５と同様の方法で
ペースト（銅含有量はすべて８５重量％とした）を作成
した。得られた銅ペーストを下地回路としすべて実施例
１と同じ条件で銅メッキを施し導体回路とした。実施例
１〜５と同様の評価をした。結果を表２に示した。

比較例ａ９ 比較例８では市販電解銅粉（平均粒径６μｍ見掛密度１
，４９７ｃｒｌ、酸素含有量４０００ｐｐｍ）を使用し
実施例１と同様にして銅含有量８０重量％の銅ペースト
とした。

比較例９では市販電解銅粉（同上）をボールミルでフレ
ーク状にした銅粉（平均粒径３μｍ、見掛密度２．０い
／ｄ、酸素含有量６０００ｐｐｍ）を使用し比較例８と
同様にして銅ペーストとした。

下地回路の形成方法は実施例１と同様に行い。

メッキは実施例１における銅メッキの条件を採用してお
こなった。評価結果を２表に示した。

【図面の簡単な説明】

図１は１本発明で使用する銅ペースト硬化塗膜の断面概
略説明図、図２は、従来の銅ペースト硬化塗膜の断面概
略説明図である。 ■・・絶縁基板、２・・樹枝状ないしフレーク状銅粉、
３・・・球状銅粉　４・・・バインダー用樹脂、５・・
・第１！ 〒陳 第２図 閣盃（ ａ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸素含有量１０００ｐｐｍ以下、平均粒径２０μｍ
   以下、見掛密度２ｇｒ／ｃｍ＾２以上の微細球状銅粉と
   熱硬化性樹脂を必須成分とし、微細球状銅粉の割合が該
   銅粉と熱硬化性樹脂の合計重量に対して７５から９５重
   量％の間である樹脂硬化型銅ペーストを用いて、電気絶
   縁表面を有する基板上に回路をスクリーン印刷し、加熱
   硬化した後、該回路表面に無電解金属メッキを施すこと
   を特徴とする導電回路形成方法。