JPS62252482A - 半田付可能な導電塗料 - 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】 （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、絶縁基板上にスクリーン印
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剤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−　’Ω・０１１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気雰囲気中で直流電圧を印加すると
、銀マイグレーショ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。

銅粉末と熱硬化性樹脂とからなる導電性ペーストの塗膜
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。そのため、各種の添加剤を加えて、銅粉末の酸化
を防止し、安定した導電性とした銅ペーストが種々開示
されている。しかし、その導電性は１０−３Ω・０１１
１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。

（発明が解決しようとする問題点） 公知の銅ペーストによって絶縁基板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ッ
キをするか、又は塗膜を陰極としてメッキ液中で電気銅
メッキを施した後に、銅面上に半田付がなされる。かか
る場合、塗膜と銅メッキとの眉間の結合が確実でないと
実用に供されない。

従って、無電解メッキ又は／および電気メッキを施す必
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ことになるのでその
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、ハケ
およびスプレー塗りなどができること、■絶縁基板上へ
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。

本発明は、かかる問題を解決することを目的とするもの
で、半田付可能な導電塗料を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意検討を
重ねた結果、金属銅粉に金属表面活性化樹脂と熱硬化樹
脂を予め配した樹脂混和物を加え、更に飽和脂肪酸又は
不飽和脂肪酸若しくはそれらの金属塩と金属キレート形
成剤および半田付促進剤を配した導電塗料とすると、導
電性が向上し、且つその硬化塗膜上に極めて良好な半田
付を全面に施すことができることを見出して本発明を完
成させたものである。

本発明は、金属銅粉８５〜９５重量％と樹脂混和物１５
〜５重量％（金属表面活性化樹脂２〜３０重量％、残部
を熱硬化性樹脂とからなる樹脂混和物）との合計１００
重量部に対して、飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸若しくは
それらの金属塩１〜８重量部と金属キレート形成剤１〜
５０重量部および半田付促進剤０．１〜２．５重量部を
配して成ることを特徴とするものである。

ここにおいて、本発明で使用する金属銅粉とは、片状、
樹枝状、球状、不定形状などのいずれの形状であっても
よく、その粒径は１００μｍ以下が好ましく、特に、１
〜３０μｍが好ましい。粒径が１μｍ未満のものは酸化
されやすく、得られる塗膜の導電性が低下し、半田付性
が悪くなる。

金属銅粉の配合量は、樹脂混和物との配合において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、導電性が低下すると共に
半田付性が悪（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、得られる塗膜も脆く
なり、導電性が低下すると共にスクリーン印刷性も悪く
なる。

樹脂混和物中の金属表面活性化樹脂とは、活性ロジン、
又は部分水添ロジン、完全水添ロジン、エステル化ロジ
ン、マレイン化ロジン、不均化ロジン、重合ロジンなど
の変性ロジンから選ばれる少なくとも一種を使用する。

好ましいロジンは活性ロジン又はマレイン化ロジンであ
る。

樹脂混和物中の金属表面活性化樹脂の配合量は、２〜３
０重量％の範囲で用いられ、好ましくは５〜１０重量％
である。金属表面活性化樹脂の配合量が２重量％未満で
も、後記する金属キレート形成剤および半田付促進剤が
適当量配されているときは、塗膜上に直接半田付をする
ことができるが、その配合量を前記の好ましい範囲に添
加すると、半田付面がより平滑で金属光沢のあるものに
することができる。逆に３０重量％を超えるときは、導
電性の低下をまねき、且つ半田付性に対する増量効果も
認められないので好ましくない。

樹脂混和物中の熱硬化性樹脂とは、本発明に係る導電塗
料中の金属銅粉およびその他の成分をバインドするもの
であり、常温で液状を呈する高分子物質で、加熱硬化に
よって高分子物質となるものであればよく、例えば、フ
ェノール、アクリル、エポキシ、ポリエステル、キシレ
ン系の樹脂などが用いられるがこれらに限定されない。

なかでもレゾール型フェノール樹脂は、好ましいものと
して用いられる。樹脂混和物中の熱硬化性樹脂の配合量
は、９８〜７０重量％の範囲である。

上記より得られる樹脂混和物の配合量は、金属銅粉との
配合において、１５〜５重量％の範囲で用いられ、金属
銅粉と樹脂混和物との含量を１００重量部とする。かか
る場合、樹脂混和物の配合量が、５重量％未満では、金
属銅粉が十分にバインドされず、得られる塗膜も脆くな
り、導電性が低下すると共にスクリーン印刷性が悪くな
り好ましくない。逆に１５重量％を超えるときは、半田
付性が好ましいものとならない。

本発明に使用する飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸若しくは
それらの金属塩とは、飽和脂肪酸にあっては、炭素数１
６〜２０のパルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸な
ど、又は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、リルン酸などで、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、金属銅粉と樹
脂混和物との配合において、金属銅粉の樹脂混和物中へ
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。

飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸若しくはそれらの金属塩の
配合量は、金属銅粉と樹脂混和物の合計量１００重量部
に対して１〜８重量部の範囲で用いられ、好ましくは２
〜６重量部である。

前記分散剤の配合量が、１重量部未満では、金属銅粉を
樹脂混和物中に微細分散させるにあたって混練りに時間
を要し、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。

本発明に使用する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、前記金属表面活性化樹脂と相剰作用を示して半田
付性をより向上させる。例えば、金属銅粉と熱硬化性樹
脂、それに金属表面活性化樹脂との配合では、塗膜上に
良好な半田付をすることができないが、金属キレート形
成剤を配することにより良好な半田付をすることができ
るので、その相剰作用としての役割は大きい。

金属キレート形成剤の配合量は、金属銅粉と樹脂混和物
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、好ましくは、５〜３０重量部である。金属
キレート形成剤の配合量が、５重量部未満では、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。

本発明に使用する半田付促進剤とは、オキシジカルボン
酸又はアミノジカルボン酸若しくはそれらの金属塩で、
例えば酒石酸、リンゴ酸、グルタミン酸、アスパラギン
酸又は、それらの金属塩などから選ばれる少なくとも一
種を使用する。

添加する半田付促進剤は、前記金属キレート形成剤と相
剰作用を示して半田付性を更に向上させる。すなわち金
属表面活性化樹脂と金属キレート形成剤、それに半田付
促進剤を配することにより、より相剰作用を示して塗膜
の半田付面をより平滑で金属光沢のあるものにすること
ができる。

半田付促進剤の配合量は、金属銅粉と樹脂混和物の合計
量１００重量部に対して、０．１〜２．５重量部の範囲
で用いられ、好ましくは０．５〜２．５重量部である。

半田付促進剤の配合量が０．１重量部未満でも、前記の
金属表面活性化樹脂と金属キレート形成剤が適当量配さ
れているときは、塗膜上に直接半田付をすることができ
るが、その配合量を前記の好ましい範囲に添加すると、
半田付面がより平滑で金属光沢のあるものにすることが
できる。逆に２．５重量部を超えるときは、導電性が低
下すると共に半田付性も好ましいものとならない。

本発明に係る導電塗料には、粘度調整をするために、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、実施例および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５〜１０μｍの樹枝状金属銅粉、樹脂混和物（マレ
イン化ロジン１０重量％とレゾール型フェノール樹脂９
０重量％となる樹脂混和物）、オレイン酸カリウム、オ
レイン酸、トリエタノ−）Ｊ””）”ルタミン酸をそれ
ぞれ第１表に示す割合で配合（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分間三軸ロー
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
ｍ、厚さ３０±５ｐｍ、長さ５２０ＩＩＩｌのＳ形導電
回路を形成し、１３０〜ｂ×１０〜６０分間加熱して塗
膜を硬化させた。

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
板を有機酸系のフラフクス槽に４秒間浸漬し、次いで２
５０℃の溶融半田槽（Ｐｂ／５ｎ＝４０／６０）中に５
秒間浸漬して引上げると同時に２〜６気圧、２２０〜２
３０℃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。

上記の過程で得た導電回路について、緒特性を調べた結
果を第１表に示す。

ここに、塗膜の導電性とは、加熱硬化された塗膜の体積
固有抵抗率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１ｎ＋＋＋の間隔で引いて、１
ｃ＋ｗ”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
。

◎印：表面平滑で金属光沢のある半田が全面に付着する
もの Ｑ印：表面に凹凸あるが、半田が全面に付着するもの △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 耐熱性と抵抗変化率とは、半田付された塗膜を８０℃Ｘ
１００Ｏ時間加熱し、初期抵抗に対する抵抗変化率を求
めたものである。

耐湿性と抵抗変化率とは、半田付塗膜を５５℃×９５％
ＲＨＸ１００Ｏ時間の温度雰囲気中に放置し、初期抵抗
に対する抵抗変化率を求めたものである。

印刷性とは、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。

○印：導電回路の形成が良好なもの △印：導電回路の形成が梢々困難なもの×印：導電回路
の形成が困難なもの 第１表の実施例による塗膜に半田付された半田コート厚
は平均１０ｐｍである。結果かられかるように、実施例
１〜８は、本発明に使用する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、印刷性などの緒特性が良好なものとなる。特に
、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ｘｉｏ−’Ω・Ｃ−級からＸ　１０−’Ω・０
１１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。

又、半田付塗膜の導電性は耐熱性、耐湿性にもすぐれ、
その抵抗変化率も小さいので、加熱ならびに高湿度の雰
囲気においても使用できることがわかる。

次に、比較例についてみると、比較例１は、金属銅粉が
多く、熱硬化性樹脂が少ないた゛め、金属銅粉が十分に
バインドされず、得られる塗膜も脆く且つスクリーン印
刷性が困難で好ましくない。

比較例２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が半田が付着しないので好ましくな
い。比較例３は、不飽和脂肪酸の金属塩が添加されてい
ないため、半田付性がわずか下がり、耐熱性および耐湿
性における抵抗変化率が大きくなる。比較例４は、不飽
和脂肪酸の金属塩量が多いため、塗膜の密着性が悪く、
好ましくない。比較例５は、金属キレート形成剤が添加
されていないため、塗膜の導電性と半田付性が低下し、
耐熱性と耐湿性における抵抗変化率が大きくなって好ま
しくない。

比較例６は、金属キレート形成剤が多いため、塗料自体
の粘度が下がり過ぎ、印刷が困難となるので好ましくな
い。

比較例７は、半田付促進剤が添加されていなか、金属表
面活性化樹脂と金属キレート形成剤とが適当量配されて
いるために、半田付性がわずか下るにすぎないものとな
る。比較例８は、半田付促進剤量が多いため、塗膜の導
電性が低下すると共に、半田付性が低下し好ましくない
。

他の例として、本発明に係る導電塗料の塗膜厚３０±５
μｍに厚さ５〜１０μｍの半田メッキを施した場合の面
積抵抗は０．０１Ω／口以下を示し、電磁しゃへいに使
用した場合、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）のクラスＢ
（民生用）の許容値を十分に下回る値（３０〜１００１
００Ｏで１００μＶ　／　ｍ以下）が得られた。

そこで、銅張積層板よりエツチドフォイル法によって形
成させた導電回路上に加熱硬化型又は紫外線硬化型の半
田レジストインクを塗布して絶縁層を設け、該絶縁層上
に本発明に係る導電塗料を用いて、下地の導電回路とほ
ぼ同一な。

パターンをスクリーン印刷によってレジスト上に形成し
、塗膜を加熱硬化させた後半用レベラマシンによって塗
膜回路全面に半田コートすることにより、有効な電磁じ
ゃへい層を形成させることができ、しかも静電しゃへい
層としても有効に活用することができる。

（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
て塗膜上に直接半田付をすることができるので、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ッキをするか又
は電気メブ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。

又、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、スルホール接続剤、電磁、静
電しゃへい層などにも使用され、産業上の利用価値が高
い。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ｉ）金属銅粉、（ｉｉ）樹脂混和物（金属表面
   活性化樹脂と熱硬化性樹脂とからなる樹脂混和物）、（
   ｉｉｉ）飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸若しくはそれらの
   金属塩、（ｉｖ）金属キレート形成剤および（ｖ）半田
   付促進剤とから成ることを特徴とする半田付可能な導電
   塗料。
2. （２）導電塗料を構成する成分の割合を、金属銅粉８５
   〜９５重量％と樹脂混和物１５〜５重量％（金属表面活
   性化樹脂２〜３０重量％、残部を熱硬化性樹脂とからな
   る樹脂混和物）との合計１００重量部に対して、飽和脂
   肪酸又は不飽和脂肪酸若しくはそれらの金属塩１〜８重
   量部と金属キレート形成剤１〜５０重量部および半田付
   促進剤０．１〜２．５重量部とした特許請求の範囲第１
   項記載の半田付可能な導電塗料。