JPS62270674A - 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】 ３、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） 恨ペーストの比抵抗は、１０−４Ω・ｃｍ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、根
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、恨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・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。

（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層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。又、一方、公知の
銅ペーストには、バインダーとして熱硬化性樹脂が使用
されているため、加熱によって塗膜を硬化させる際、塗
膜に微小のクラックを生じる問題がある。

そのため、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、■塗膜に微小のクランクが生じ
ないこと、■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粒状フェ
ノール樹脂および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、その硬化塗膜
にも微小クランクが生じることもなく、且つ塗膜上に極
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重世％、粒状
フェノール樹脂５〜５０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著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ｌＩＪｍ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、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（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重景％
重二る。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。

樹脂混和物中の粒状フェノール樹脂とは、本発明に係る
導電塗料中の金属銅粉その他の成分をバインドするもの
であり、又、熱硬化性樹脂と配されて、バインド樹脂の
ねばりと弾性を付与し、得られる硬化塗膜の可撓性を好
ましくし、硬化塗膜の微小クランクの発生を抑止し導電
回路のクランクによる断線を未然に防止すると共に、セ
ラミック絶縁基板、例えばアルミナ絶縁基板への塗膜の
密着性をより好ましくする。粒状フェノール樹脂として
は、鐘紡−のベルパールが好ましいものとして使用され
る。

樹脂混和物中の粒状フェノール樹脂の配合量は、５〜５
０重量％の範囲で用いられ、好ましくは２０〜４０重量
％である。粒状フェノール樹脂の配合量が５重量％未満
では、得られる硬化塗膜に微小クラックを発生する恐れ
が生じやすい。逆に５０重量％を超えるときは、塗膜上
への半田付性が好ましいものとならない。

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、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、９３〜２０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
属塩にあってはナトリウム、カリウム、銅、亜鉛、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。添加する金属ギレート形成剤は
、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、オレ
イン酸カリウム、オレイン酸、トリエタノールアミン、
グ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０．４ｍｍ、厚さ３０±５μｍ、長さ５２０
ｍｍのＳ形導電回路を形成し、１３０〜１８０℃ＸＩＯ
〜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　’Ｃの溶融半田槽（Ｐｂ／Ｓｎ・４０／６０）中
に５秒間浸漬して引上げると同時に２〜６気圧、２２０
〜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。これとは別に、塗膜のクラックのを
無を調べるために、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２ｍｍ、厚さ３０±５μｍ、長
さ１００ｍｍの直線状の導電回路を形成し、１３０〜ｂ 熱して塗膜を硬化させた。

上記の過程で得た導電回路について、諸特性を調べた結
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
固有抵抗を測定した値である。

塗膜の密着性とは、ＪＩＳ　　Ｋ５４００　　（１９７
９）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１ｍｍの間隔で引いて、１ｃ
ｍ”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仮借率の実
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 ○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 塗膜の耐クラツク性とは、ガラス・エポキシ樹脂基板の
裏面より光線を透過させ、該基板上に形成させた巾２１
１１１１１％長さ１００ｍｍの硬化塗膜について実体顕
微鏡（２０倍率）を用いてクランクの発生の有無を観察
し、下記の基準によって評価した。

Ｏ印：塗膜上にクラックの発生がないもの△印：塗膜上
に微小のクラックが観察されるもの 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％
ＲＨＸ　１０００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。

Ｏ印：導電回路の形成が良好なもの △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 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１０μｍ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、塗膜の耐クランク性、印刷性などの諸特性が良
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１０１Ω・ｃｍ級から１
０−５Ω・ｃｍ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か半田が付着しないので好ましくな
い。比較例３は、分散剤の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。

比較例９は、樹脂混和物中の粒状フェノール樹脂量が少
ないため、得られる硬化塗膜上に微小のクラックが観察
される。比較例１０は、樹脂混和物中に含有する粒状フ
ェノール樹脂量が多いため、半田付性において部分的に
塗膜が露出するので好ましくない。

他の例として、本発明に係る導電塗料の塗膜・厚３０±
５μｍ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、電磁じゃへい
に使用した場合、米国連邦通信委員会（Ｆ　ＣＣ）のク
ラスＢ（民生用）の許容値を十分に下回る値（３０〜１
００ＭＨ２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
成され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口レベラマシンに
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
ても塗膜にクランクを生ずることもなく、且つ塗膜上に
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ッ
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、静電じゃへい
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
   活性化樹脂と粒状フェノール樹脂および熱硬化性樹脂と
   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％、粒状フェノール樹脂５〜５０
   重量％、残部が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。