JPWO2014061765A1 - 導電性ペースト - Google Patents
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Abstract
Description
(1)以下の(A)〜(D)成分を含有することを特徴とする導電性ペースト。
(A)銀粉
(B)ガラスフリット
(C)有機バインダ
(D)銅、錫、及びマンガンを含む粉末
本発明の実施形態に係る導電性ペーストは、
(A)銀粉と、
(B)ガラスフリットと、
(C)有機バインダと、
(D)銅、錫、及びマンガンを含む粉末と、を含有することを特徴とする。
本発明の導電性ペーストは、導電性粒子として(A)銀粉を含む。本発明における銀粉としては、銀または銀を含む合金からなる粉末を用いることができる。銀粉粒子の形状は、特に限定されず、例えば、球状、粒状、フレーク状、あるいは鱗片状の銀粉粒子を用いることが可能である。
本発明の導電性ペーストは、(B)ガラスフリットを含有する。導電性ペーストがガラスフリットを含有することによって、導電性ペーストを焼成して得られる導体パターンの基板への密着性が向上する。本発明に用いるガラスフリットは、特に限定されず、好ましくは軟化点300℃以上、より好ましくは軟化点400〜1000℃、さらに好ましくは軟化点400〜700℃のガラスフリットを用いることができる。ガラスフリットの軟化点は、熱重量測定装置(例えば、BRUKER AXS社製、TG−DTA2000SA)を用いて測定することができる。
本発明の導電性ペーストは、(C)有機バインダを含有する。本発明における有機バインダは、導電性ペースト中において銀粉同士をつなぎあわせるものであり、かつ、導電性ペーストの焼成時に焼失するものである。有機バインダとしては、特に限定するものではないが、例えば、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を用いることができる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース等を用いることができる。
これらの樹脂は、単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。
導電性ペースト中の(C)有機バインダの含有量が上記の範囲内の場合、導電性ペーストの基板への塗布性が向上し、微細なパターンを高精度に形成することができる。一方、(C)有機バインダの含有量が上記の範囲を超えると、導電性ペースト中に含まれる有機バインダの量が多すぎるため、焼成後に得られる導体パターンの緻密性が低下する場合がある。
本発明の導電性ペーストは、(D)銅、錫、及びマンガンを含む粉末を含有する。この(D)粉末は、銅、錫、及びマンガンを含む金属の混合粉であってもよいし、銅、錫、及びマンガンを含む合金粉であってもよいし、銅、錫、及びマンガンを含む化合物粉であってもよい。
銅、錫、及びマンガンを含む合金粉とは、銅、錫、及びマンガンを含む合金の粉末のことである。
銅、錫、及びマンガンを含む化合物粉とは、銅の化合物、錫の化合物、及びマンガンの化合物を含む粉末のことである。
溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコール類、酢酸エチレン等の有機酸類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等のN−アルキルピロリドン類、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等のアミド類、メチルエチルケトン(MEK)等のケトン類、テルピネオール(TEL)、ブチルカルビトール(BC)等の環状カーボネート類、及び水等が挙げられる。
溶媒の含有量は、特に限定されないが、(A)銀粉100質量部に対して、好ましくは1〜100質量部、より好ましくは5〜60質量部である。
まず、本発明の導電性ペーストを基板上に塗布する。塗布方法は任意であり、例えば、ディスペンス、ジェットディスペンス、孔版印刷、スクリーン印刷、ピン転写、スタンピングなどの公知の方法を用いて塗布することができる。
以下の(A)〜(F)成分を、表1及び表2に記載した実施例1〜12、及び、表3に記載した比較例1〜7の割合で混合して導電性ペーストを調製した。なお、表1〜3に示す各成分の割合は、全て質量部で示している。
(A)銀粉
平均粒径5μmの球状銀粉。
平均粒径5.2μm、軟化点440℃のBi2O3・B2O3系ガラスフリット。
有機バインダとして、エチルセルロース樹脂をブチルカルビトールに溶解させたものを使用した。エチルセルロース樹脂とブチルカルビトールの混合比は、30:70(質量比)である。
Cu:Mn:Sn = 90.5:7.0:2.5の組成で、ガスアトマイズ法によって製造された平均粒径3μmの球状合金粉。
銅:平均粒径3μmの球状銅粉
錫:平均粒径3μmの球状錫粉
マンガン:平均粒径3μmの球状マンガン粉
酸化銅(II)と、酸化錫(IV)と、酸化マンガン(IV)とを混合した粉末。
平均粒径3μmのCoO(酸化コバルト(II))粉末
平均粒径3μmのBi2O3(酸化ビスマス(III))粉末
実施例1〜12及び比較例1〜7の導電性ペーストを、孔版印刷法によってアルミナ基板に塗布した。図1(a)は、アルミナ基板に塗布した導電性ペーストの形状(パターン)を示している。
つぎに、図1(b)に示すように、アルミナ基板を電気炉に投入して850℃で60分間焼成した。これにより、アルミナ基板上に、先端部が約1.5mm離れた2つの導体パターンを作製した。
実施例1〜12及び比較例1〜7の導電性ペーストを用いて作製した導体パターンの耐エレクトロマイグレーション性を、以下の手順で測定した。
まず、図1(c)に示すように、2つの導体パターンの先端部が覆われるようにして超純水を滴下した。
つぎに、図1(d)に示すように、2つの導体パターンの間に電圧(40V、0.1A)を印加した。
そして、2つの導体パターン間に流れる電流値が0からショート(短絡)に達するまでの時間を測定し、このような測定を5回繰り返してその平均値を算出した。
ショートに達するまでの時間が長いほど、導体パターンの耐エレクトロマイグレーション性が優れていることを意味する。ショートに達するまでの時間が30秒以上の場合、耐エレクトロマイグレーション性が優れていると評価した。
実施例1〜12及び比較例1〜7の導電性ペーストを用いて作製した導体パターンのはんだ耐熱性を、JIS C 0054「表面実装部品(SMD)のはんだ付け性、電極の耐はんだ食われ性及びはんだ耐熱性試験方法」に規定された方法に従って測定した。
具体的には、導体パターンが形成された基板を260℃のはんだ槽に浸漬し、はんだ槽から基板を引き上げた後、基板上に残存する導体パターンを目視で観察した。そして、導体パターンの面積の5%が失われるまでの浸漬時間を測定した。浸漬時間が20秒以上の場合、導体パターンのはんだ耐熱性が優れていると評価した。
実施例1〜12及び比較例1〜7の導電性ペーストを用いて作製した導体パターンの基板への密着性を、以下の手順で測定した。
まず、導電性ペーストをアルミナ基板上に孔版印刷法を用いて2mmφの大きさで塗布した。
基板上に塗布した導電性ペースト上に、32mm×16mmの試験片を載置した後、この基板を電気炉に投入して850℃で60分間加熱した。
卓上万能試験機(アイコーエンジニアリング(株)社製1605HTP)を用いて基板に対する試験片の剪断強度(N/mm2)を測定した。
測定された剪断強度が70N/mm2以上の場合、導体パターンの基板への密着性が優れていると評価した。
Claims (14)
- 以下の(A)〜(D)成分を含有することを特徴とする導電性ペースト。
(A)銀粉
(B)ガラスフリット
(C)有機バインダ
(D)銅、錫、及びマンガンを含む粉末 - 前記(D)粉末は、銅、錫、及びマンガンを含む金属の混合粉である請求項1記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、銅、錫、及びマンガンを含む合金粉である請求項1記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、銅、錫、及びマンガンを含む化合物粉である請求項1記載の導電性ペースト。
- 前記(D)粉末は、銅、錫、及びマンガンのうちいずれか1つ以上の酸化物もしくは水酸化物を含む請求項1から請求項4のうちずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(A)銀粉100質量部に対して、前記(D)粉末を0.1〜5.0質量部含有する請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 銅の含有量を1としたときの錫の含有量が、質量比で、0.01〜0.3である請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 銅の含有量を1としたときのマンガンの含有量が、質量比で、0.01〜2.5である請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 前記(A)銀粉の平均粒径が0.1μm〜100μmである、請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- さらに、(E)酸化コバルトを含有する請求項1から請求項9のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- さらに、(F)酸化ビスマスを含有する請求項1から請求項10のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 粘度が50〜700Pa・sである請求項1から請求項11のうちいずれか1項に記載の導電性ペースト。
- 請求項1から請求項12のうちいずれか1項に記載の導電性ペーストを基板上に塗布した後、その基板を500〜900℃で焼成して得られるプリント配線板。
- 請求項13に記載のプリント配線板上に電子部品をはんだ付けして得られる電子装置。
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