KR20080090261A - 도전성 페이스트 및 그것을 이용한 배선기판 - Google Patents

도전성 페이스트 및 그것을 이용한 배선기판

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KR20080090261A
KR20080090261A KR1020077022435A KR20077022435A KR20080090261A KR 20080090261 A KR20080090261 A KR 20080090261A KR 1020077022435 A KR1020077022435 A KR 1020077022435A KR 20077022435 A KR20077022435 A KR 20077022435A KR 20080090261 A KR20080090261 A KR 20080090261A
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켄지 미야자키
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 도전성 페이스트는, 금속분말, 무기 바인더 및 유기 비히클(organic vehicle)을 주성분으로서 함유한다. 유기 비히클은, 비등점이 270℃이상의 용제를 함유하고, 그 용제의 배합량은, 유기 비히클에 함유되는 용제 전체의 3 ~ 100중량%인 것을 특징으로 한다.

Description

도전성 페이스트 및 그것을 이용한 배선기판{CONDUCTIVE PASTE AND WIRING BOARD USING SAME}
본 발명은, 기판 위에 도체배선을 형성할 때에 이용되는 도전성 페이스트, 및 그 도전성 페이스트를 이용해서 형성되는 배선기판에 관한 것이다.
금속분말을 함유한 도전성 페이스트는, 양호한 도전성을 나타내기 때문에, 다양한 전자기기부품에 널리 사용되고 있다. 이 도전성 페이스트는, 배선기판의 도체배선을 형성하기 위해서 사용되고 있다. 도전성 페이스트로서, 예를 들면, 금속분말 및 무기 바인더를 유기 비히클(organic vehicle)에 분산시켜서 페이스트형상으로 한 것이 사용된다. 도체배선을 형성하기 위해서는, 우선, 도전성 페이스트가, 스크린인쇄기나 디스펜서 등을 이용해서, 세라믹이나 유리기판 등에 소정의 패턴으로 도포된다. 그리고, 도포된 도전성 페이스트를 고온에서 소성해서, 유기 비히클을 증산시키고, 금속분말을 소결함으로써, 양호한 도전성을 지니는 연속막이 형성된다.
최근, 전자기기부품의 고밀도화가 진행되며, 그것에 수반하여, 미세한 배선 패턴(파인패턴)을 효율적으로 형성하는 것이 요구되고 있다. 구체적으로는, 배선 폭(라인 폭)/배선간격(라인간격)이 1OO/1OO㎛이하인 파인패턴을 정밀도 좋게 형성하는 것이 요구되고 있다. 그래서, 파인패턴의 정밀도를 향상시키기 위한 도전성 페이스트가 개시되고 있다.
특허문헌 1에는, 평균입자직경이 0.8㎛이하의 구형상의 도전성 분말과 유기 비히클을 함유하고, 도전성 분말의 입자직경의 중앙치 D50과 검출 가능한 입자직경의 최소치 Dmin과의 비(D50/Dmin)가 2 ~ 5인 도전성 페이스트가 제안되어 있다. 이 도전성페이스트를 사용함으로써, 도체패턴의 표면의 파상도(波狀度) 등이 저감되기 때문에, 우수한 형상정밀도를 가지는 파인패턴이 형성된다. 또, 이 문헌에는, 브룩필드 회전점도계(Brookfield rotational viscometer)에 의해, 4번 스핀들을 이용해서 1rpm의 조건으로 측정된 점도 V1rpm과 10rpm의 조건으로 측정된 점도 V10rpm과의 비(V1rpm/V10rpm)가 2 ~ 5인 것이 바람직하다고 기재되어 있다. 이 특징에 의해, 도전성 페이스트는, 소정의 패턴으로 도포된 후, 쉽사리 늘어지지 않기 때문에, 도막의 형상이 양호하게 유지된다.
또, 특허문헌 2에는, 입자직경 100㎛이하인 구형상의 금속분말과, 바인더 수지로서, 열경화형 페놀수지를 함유하고, 금속분말 100중량부에 대해서 폴리에틸렌 수지를 0.01 ~ 5wt% 함유한 도전성 페이스트가 제안되어 있다. 이 도전성 페이스트를 사용함으로써, 우수한 형상정밀도를 가지는 파인패턴을 형성할 수 있고, 고품질이며, 또한 고정밀의 도체회로를 제조할 수 있다.
일반적으로, 도전성 페이스트에 의해 배선을 형성하는 용도에서는, 배선저항을 낮추는 것이 요구되고 있다. 배선저항을 낮추기 위해서는, 배선 폭이 넓은 도체배선을 형성하는 것이 효과적이다. 그러나, 설계상, 배선 폭을 넓게 하는 것이 곤란한 경우가 많으며, 오히려 배선 폭을 가늘게 하고자 하는 요망이 강하다. 따라서, 배선저항을 낮추기 위해서는, 도전성 페이스트의 체적저항률을 저하하는 것에 부가해서, 도막을 두껍게 할 필요가 있다. 또, 배선의 도전성을 높이기 위해서는, 도전성 페이스트를 충분히 소결할 필요가 있다. 그러나, 건조 및 소결 시에 있어서의 도전성 페이스트의 수축률은 크고, 소결 후의 두께는, 도포 시의 두께의 약 20%정도로까지 감소한다. 이 수축을 억제하기 위해서는, 도전성 페이스트 중의 금속분말이나 무기 바인더 등의 고형분의 배합량을 많게 하면 된다.
그러나, 종래의 도전성 페이스트에서는, 도전성 페이스트 중의 고형분의 배합량을 많게 하면, 유기 비히클의 양이 상대적으로 적어진다. 이런 연유로, 유기 비히클 중의 용제의 휘발에 의해 도전성 페이스트의 점도가 상승하여, 도전성 페이스트의 도포특성에 영향을 미친다. 예를 들면, 스크린인쇄에 의해 배선기판 위에 파인패턴을 형성할 때에, 개구직경이 작은 메시를 가지는 스크린판이 사용된다. 이런 경우, 도전성 페이스트의 점도가 상승하면, 스크린판으로부터 도전성 페이스트가 통과되기 어려워지며, 스크린판에 막힘현상이 발생한다. 이런 연유로, 배선이 스쳐 벗겨지거나 단선하거나 해서, 1OO㎛이하의 파인패턴을 정밀도 좋게 형성하는 것이 곤란하게 된다. 특히, 장시간, 연속해서 인쇄하는 경우, 배선이 스쳐 벗겨지기 쉬우며, 단선하기 쉬워지기 때문에, 파인패턴을 정밀도 좋게 형성하는 것이 한층더 곤란하게 된다. 또, 디스펜서를 이용해서 파인패턴을 형성할 때에, 개구직경이 작은 노즐이 사용되기 때문에, 스크린인쇄의 경우와 동일한 문제가 발생한다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-139838호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개평9-310006호 공보
본 발명의 목적은, 형성정밀도가 우수한 파인패턴을 형성할 수 있는 도전성 페이스트 및 그것을 이용한 배선기판을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1의 형태에 의하면, 금속분말, 무기 바인더 및 유기 비히클을 주성분으로서 함유한 도전성 페이스트로서, 유기 비히클은, 비등점이 270℃이상인 용제를 함유하고, 그 용제의 배합량은, 유기 비히클에 함유되는 용제 전체의 3 ~ 100중량%이다.
상기와 같이 구성함으로써, 비등점이 높은 용제를 사용하기 때문에, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상된다. 또, 도막을 두껍게 하기 위해서 도전성 페이스트 중의 금속분말이나 무기 바인더 등의 고형분의 배합량을 많게 해도, 도전성 페이스트의 점도상승이 효과적으로 억제된다. 이런 연유로, 스크린인쇄에 의해 파인패턴을 형성할 때에, 스크린판으로부터 도전성 페이스트가 통과되기 쉬워지며, 스크린판에 좀처럼 막힘현상이 발생하지 않게 된다. 따라서, 배선이 스쳐 벗겨지거나, 단선하거나 하는 것을 방지할 수 있으며, 연속 인쇄할 때에, 파인패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
상기의 도전성 페이스트에 있어서, 도전성 페이스트 전체에 대한 금속분말 및 무기 바인더의 함유량의 합계는 80중량%이상인 것이 바람직하다. 동일구성에 의하면, 도전성 페이스트를 건조, 소결할 때의 도막의 수축이 효과적으로 억제되기 때문에, 인쇄 시의 도포두께를 크게 할 수 있다.
상기의 도전성 페이스트에 있어서, 금속분말은, 1차 입자의 평균입경이 50㎚이하인 분말을 함유하고, 그 분말의 배합량은, 금속분말 전체의 1 ~ 50중량%인 것이 바람직하다. 이런 경우, 금속분말의 충전밀도가 향상되기 때문에, 낮은 온도(예를 들면, 450℃이하)에서 소결해도, 높은 도전성을 얻을 수 있는 동시에, 도막을 두껍게 할 수 있다. 또, 스크린인쇄법에 의해 파인패턴을 형성할 때에, 배선 중의 금속분말의 밀도를 보다 균일하게 할 수 있다. 이런 연유로, 파인 라인의 라인 에지부에는, 금속분말의 밀도가 낮은 부분이 형성되지 않게 된다. 따라서, 배선의 체적저항의 상승을 억제할 수 있으며, 결과적으로, 높은 도전성을 지니는 파인패턴을 형성할 수 있다.
상기의 도전성 페이스트에 있어서, 금속분말은, 금속단체, 합금 및 복합금속으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 백금, 금, 은, 동, 니켈, 및 팔라듐으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 합금인 것이 바람직하다. 특히, 도전성, 신뢰성 등의 관점에서, 은을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기의 도전성 페이스트에 있어서, 환경을 고려해서, 무기 바인더로서, 납을 함유하지 않은 유리분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2의 형태에 의하면, 기재(基材) 위에, 상기의 도전성 페이스트를 인쇄해서 형성된 배선을 구비한 배선기판이 제공된다. 동일구성에 의하면, 상기의 도전성 페이스트를 사용함으로써, 예를 들면, 스크린인쇄에 의해 형성된 형상정밀도가 우수한 배선을 구비한 배선기판을 얻을 수 있다.
또, 상기의 도전성 페이스트를 사용함으로써, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상되는 동시에, 파인패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 따라서, 배선 폭이 1OO㎛이하인 파인패턴을 구비하는 배선기판의 제작에 매우 적합하게 사용된다. 이 경우, 배선기판 위의 모든 배선 폭이 1OO㎛이하일 필요는 없으며, 일부의 배선의 폭이 1OO㎛이하이면 된다.
이하에, 본 발명의 매우 적합한 실시형태에 대해서 설명한다.
본 발명의 도전성 페이스트는, 유기 비히클, 금속분말, 및 무기 바인더를 주성분으로서 함유한다. 유기 비히클은, 수지와 용제와의 혼합물이다. 유기 비히클에는, 금속분말과 무기 바인더가 균일하게 분산된 상태를 유지한다고 하는 특성이 요구된다. 또, 유기 비히클에는, 스크린인쇄에 의해 도전성 페이스트를 기재 위에 도포할 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 유지함으로써, 인쇄패턴의 흐려짐이나 흐름을 억제하고, 스크린판으로부터 도전성 페이스트를 통과하기 쉽게 하는 특성이 요구된다. 또, 도전성의 저하를 방지하는 관점에서, 도전성 페이스트의 소성에 의해 도막 중에 열분해물(탄화물)이 생성되지 않는 것이 선택된다. 따라서, 이들의 관점에서, 셀룰로스계 수지나 아크릴계 수지를 용제에 용해한 것이 매우 적합하게 사용된다. 수지로서, 예를 들면, 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 니트로셀룰로스, 아세트산셀룰로스, 프로피온산셀룰로스 등의 셀룰로스계 수지, (메타)아크릴산메틸, (메타)아크릴산에틸, (메타)아크릴산프로필 등의 아크릴산에스터류, 알키드수지 및 폴리비닐알코올 등이 바람직하며, 안전성, 안정성 등의 관점에서, 에틸셀룰로스가 특히 바람직하다. 또, 이들의 수지를 혼합해서 사용해도 되지만, 상술한 관점에서, 수지로서, 에틸셀룰로스를 수지성분의 총량에 대해서 60중량%이상 함유하는 것이 바람직하며, 80중량%이상 100중량%이하가 특히 바람직하다.
또, 유기 비히클 중에 함유되는 용제로서, 수지에 대해서 가용성을 지니며, 기재에 대해서 비부식성을 지니는 것이 사용된다. 용제로서, 구체적으로는, 톨루엔(비등점: 110℃), 크실렌(비등점: 138℃ ~ 144℃), 에틸벤젠(비등점: 136℃), 다이에틸벤젠(비등점: 181℃ ~ 184℃), 아밀벤젠(비등점: 205℃) 등의 방향족 탄화수소류, 테르피네올(비등점: 219℃), 2-메톡시에탄올(비등점: 125℃), 2-에톡시에탄올(비등점: 136℃), 2-부톡시에탄올(비등점: 170℃), 다이에틸렌글리콜모노메틸에테르(비등점: 194℃), 다이에틸렌글리콜모노뷰틸에테르(비등점: 230℃) 등의 알코올류, 및 2-(2-에톡시에톡시)에틸아세테이트(비등점: 217℃) 등이 일반적으로 사용되고 있다.
그러나, 이들의 비등점이 낮은 용제는 휘발하기 쉽고, 건조하기 쉽다. 이런 연유로, 비등점이 낮은 용제를 사용함으로써, 도전성 페이스트의 점도가 상승하기 쉽다. 따라서, 스크린인쇄에 의해 파인패턴을 형성할 때에, 개구직경이 작은 메시를 가지는 스크린판을 사용하는 경우, 도전성 페이스트의 점도의 상승에 의해, 스크린판으로부터 도전성 페이스트가 통과되기 어려워지며, 스크린판에 막힘현상이 발생한다. 그 결과, 배선의 벗겨짐이나 단선이 발생하여, 1OO㎛이하의 파인패턴을 정밀도 좋게 형성하는 것이 곤란하게 된다. 특히, 장시간, 연속해서 인쇄를 실행하는 경우, 배선의 벗겨짐이나 단선이 발생하기 쉬워진다.
본 발명에 있어서는, 유기 비히클에 함유되는 용제로서, 수지에 대한 가용성을 지니고, 기재에 대한 비부식성을 지니며, 비등점이 270℃이상인 고비등점 용제가 사용된다. 이와 같은 고비등점 용제로서, 예를 들면, 글리세린(비등점: 290℃), 2-에틸-2-(하이드록시메틸)1,3-프로판다이올(비등점: 295℃), 2-[2-[(2-에틸헥실)옥시]에톡시]에탄올(비등점: 277℃) 등의 알코올류, 프탈산다이메틸(비등점: 282℃), 프탈산다이에틸(비등점: 295℃), 프탈산다이뷰틸(비등점: 339℃), 프탈산다이옥틸(비등점: 284℃), 주석산다이뷰틸(비등점: 312℃), 세바신산다이뷰틸(비등점: 345℃) 등의 에스터류, 및 다이벤질에테르(비등점: 295℃) 등의 에테르류가 매우 적합하게 사용된다.
이와 같은 비등점이 높은 용제는, 휘발하기 어렵고, 건조하기 어렵다. 이런 연유로, 비등점이 높은 용제를 사용함으로써, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상된다. 따라서, 도막을 두껍게 하기 위해서, 도전성 페이스트 중의 금속분말이나 무기 바인더 등의 고형분의 배합량을 많게 해도, 도전성 페이스트의 점도의 상승을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 스크린인쇄에 의해 파인패턴을 형성할 때에, 스크린판으로부터 도전성 페이스트가 통과되기 쉬워지며, 스크린판에 거의 막힘현상이 발생하지 않게 된다. 이런 연유로, 인쇄특성이 향상되고, 배선의 벗겨짐이나 단선의 발생을 방지할 수 있으며, 연속인쇄를 실행할 때에도 파인패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
고비등점 용제는, 단독으로 사용해도 되고, 또, 저비등점 용제와 병용해도 된다. 보다 구체적으로는, 상술한 바와 같이, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상되고, 파인패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있으며, 도막을 두껍게 할 수 있는 관점에서, 비등점이 270℃이상인 용제의 배합량은, 유기 비히클 중의 용제 전체의 3 ~ 100중량%이고, 바람직하게는 10 ~ 80중량%이며, 보다 바람직하게는 20 ~ 70중량%이다.
도전성 페이스트에 대한 유기 비히클의 함유량은, 특별히 한정되지 않으며, 인쇄방법에 따라서, 적절히 조정할 수 있다. 예를 들면, 스크린인쇄에 의해 배선 폭이 1OO㎛이하인 파인패턴을 인쇄하는 경우, 유기 비히클로서, 분자량 10000 ~ 20000의 에틸셀룰로스를 용제에 10 ~ 20중량% 용해한 것이 매우 적합하게 사용된다.
금속분말로서, 금속단체, 합금 및 복합금속으로부터 선택되는 것이 이용된다. 금속분말은, 백금, 금, 은, 동, 니켈, 및 팔라듐으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 합금인 것이 바람직하다. 특히, 도전성, 신뢰성 등의 관점에서, 은이 보다 바람직하다. 또, 금속분말의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 구형상 분말이나 비늘형상 분말 등을 사용할 수 있다. 또, 금속분말의 입경은, 형성되는 도체배선의 폭이나 두께에 따라서 결정되며, 최대입경은, 소망하는 배선 폭의 1/2이하가 바람직하고, 1/3이하가 보다 바람직하다. 금속분말의 평균입경은, 소망하는 배선 폭의 1/5이하가 바람직하고, 1/10이하가 보다 바람직하다.
또, 크기가 다른 2종류 이상의 금속입자를 일정비율로 혼합한 금속분말을 이용해도 된다. 예를 들면, 금속분말로서, 구형상 분말을 사용하는 경우, 1차 입자의 평균입경이 0.1㎛이상 3㎛이하의 구형상 입자(A)와, 1차 입자의 평균입경이 50㎚이하인 구형상 입자(B)의 2종류가 사용된다. 이 경우, 구형상 입자(A)에 대해서는 시판되고 있는 것을 사용해도 된다. 구형상 입자(A)의 1차 입자의 평균입경은, 0.1㎛ ~ 3㎛가 바람직하며, 0.1㎛ ~ 1㎛가 보다 바람직하다. 평균입경은, 50% 입경(D50)을 가리킨다. 평균입자직경의 측정에는, 레이저 도플러법을 응용한 입도분포측정장치(닛키소(NIKKISO CO., LTD)(주) 제품, 나노트랙(Nanotrac)(등록상표) 입도분포측정장치 UPA-EX150) 등이 이용된다.
구형상 입자(B)는, 금속화합물을 습식환원처리해서 제작된다. 구체적으로는, 물 혹은 물과 저급알코올의 혼합물에 수용성의 금속화합물을 첨가해서 용해하고, 그 후, 환원제와 표면처리제를 용해한 수용액을 첨가하고, 30℃이하에서 교반함으로써 제작된다.
예를 들면, 은분말을 이용하는 경우, 등량의 순수 및 에탄올을 혼합한 용액에 질산은을 용해하고, 또한 암모니아수를 첨가해서 pH를 11.3으로 조정하고, 용액을 투명하게 한다. 그것과는 별도로, 등량의 순수 및 에탄올을 혼합한 액에, 환원제로서 L-아스코르빈산, 분산제로서 폴리아크릴산을 각각 용해한다. 분산제는, 환원반응에 의한 은미립자의 석출반응의 진행을 느슨하게 제어해서, 미립자가 응집해서 대(大)입경화되는 것을 방지하기 위해서 이용된다. 다음에, 상기의 환원제 및 분산제의 용액을 25℃로 유지하면서 교반하면서, 이것에, 미리 조정된 질산은용액을 서서히 적하한다. 이와 같이 함으로써, 용액 중에 은의 미립자가 석출되고, 그 후, 용액을 세정회수함으로써, 평균입경 20㎚의 구형상 은입자(B)를 얻을 수 있다. 다른 금속분말에 대해서도, 동일한 조작에 의해, 미소한 금속분말을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 크기가 다른 2종류의 구형상 입자(A) 및 (B)를 일정비율로 혼합한 금속분말을 이용할 때에, 금속분말 전체에 함유되는 구형상 입자(B)의 비율이 1중량%미만인 경우, 구형상 입자(A)의 주위에 구형상 입자(B)가 충분히 고루 보급되지 않기 때문에, 도전 경로의 도전성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 한편, 구형상 입자(B)가 금속분말 전체의 50중량%를 초과하면, 구형상 입자(A)가 구형상 입자(B)에 의해 완전히 둘러싸이기 때문에, 충분한 도전성을 얻을 수 있다. 그러나, 구형상 입자(B)의 사용량이 많아지면, 비용은 고가로 된다. 따라서, 구형상 입자(A)를 금속분말 전체의 50 ~ 99중량%, 구형상 입자(B)를 금속분말 전체의 1 ~ 50중량%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하며, 구형상 입자(A)를 금속분말 전체의 90 ~ 97중량%, 구형상 입자(B)를 금속분말 전체의 3 ~ 10중량%의 범위에서 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이 구성에 의해, 비교적 입경이 큰 구형상 입자(A)의 입자 사이에, 비교적 입경이 작은 구형상 입자(B)가 충전되기 때문에, 금속분말의 충전밀도가 높아지며, 결과적으로, 낮은 온도(예를 들면, 450℃이하)에서 소결해도 높은 도전성을 얻을 수 있는 동시에, 도막을 두껍게 할 수 있다. 또, 스크린인쇄법에 의해 파인패턴을 형성할 때에, 배선 중의 금속분말의 밀도를 보다 균일하게 유지할 수 있다. 이런 연유로, 파인패턴의 라인 에지부에는, 금속분말의 밀도가 낮은 부분이 형성되지 않게 된다. 따라서, 배선의 체적저항의 상승을 억제할 수 있으며, 결과적으로, 높은 도전성을 지니는 파인패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상술한 범위에서 구형상 입자(A)와 구형상 입자(B)를 혼합해서 사용함으로써, 비용을 억제할 수 있다. 도전성 페이스트 전체에 대한 금속분말의 함유량은, 도전성을 확보하는 관점에서, 60중량%이상인 것이 바람직하다.
또, 도전성 페이스트는, E형 회전점도계(토키산교(TOKI SANGYO CO., LTD.)(주) 제품, TV-20형 점도계 콘플레이트(cone-plate)타입(TVE-20H))에 의해, 25℃에서 로터 No.7을 이용해서 측정한 회전수 1rpm에 있어서의 점도(V1rpm)가 400Paㆍs이상 1200Paㆍs이하(바람직하게는, 600Paㆍs이상 1OOOPaㆍs이하)인 것이 바람직하다. 도전성 페이스트의 점도가 지나치게 높으면, 스크린인쇄할 때에, 스크린판으로부터 도전성 페이스트가 통과되기 어려워진다. 또, 도전성 페이스트의 점도가 지나치게 낮으면, 도포된 도전성 페이스트는 늘어지기 쉬워진다. 어느 경우도, 파인패턴의 형성이 곤란하게 된다.
무기 바인더는, 패턴과 기재와의 밀착력의 향상을 위한 결합제로서 사용된다. 무기 바인더로서, 시판품의 것에서 선택할 수 있으며, 예를 들면, 유리분말 등이 이용된다. 또, 환경을 고려해서, 납을 함유하지 않은 유리분말을 사용하는 것이 바람직하다. 납을 함유하지 않은 유리분말로서, 비스무트계 유리분말 등을 이용할 수 있다.
사용되는 금속분말의 입경이 작기 때문에, 유리분말의 입경이 커지면 편석하기 쉬워지며, 결과적으로, 도전성에 영향을 미치는 경우가 있다. 또, 스크린인쇄에 의해 파인패턴을 형성할 때에, 개구직경이 작은 메시를 가지는 스크린판을 사용하기 때문에, 유리분말이 메시에 막힐 우려가 있다. 따라서, 유리분말로서, 평균입경이 1㎛이상 5㎛이하이며, 최대 입경이 50㎛이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 유리분말을 사용함으로써, 편석이 억제되는 동시에, 도전성 페이스트 중에서의 높은 분산성을 얻을 수 있다. 따라서, 높은 도전성을 얻을 수 있으며, 파인패턴을 형성할 때에, 유리분말이 메시에 막히지 않게 된다. 비드밀(bead mill) 등에 의한 습식분쇄 등을 이용함으로써, 소망하는 입경을 가지는 유리분말을 매우 적합하게 제작할 수 있다.
유리분말의 배합량은, 미량이어도 된다. 이런 경우, 도전성 페이스트와 기재와의 밀착력을 확보한다고 하는 관점에서, 유리분말의 배합량은, 금속분말과 유리분말의 합계치에 대해서 0.1중량%이상 15중량%이하인 것이 바람직하다. 또, 저온소결성과 도전성을 양립한다고 하는 관점에서, 유리분말이 융해해서 확산하는 온도의 지표가 되는 작업점은, 450℃이하인 것이 바람직하다. 여기서, 작업점은, 가열ㆍ승온했을 때에 유리분말이 소정의 점도(약 1O4Paㆍs)에까지 연화될 때의 온도를 의미한다.
또, 건조, 소결 시의 도막의 수축을 효과적으로 억제하고, 도막을 두껍게 하기 위해서는, 도전성 페이스트의 고형성분(금속분말과 무기 바인더)의 함유량을 많게 할 필요가 있다. 따라서, 도전성 페이스트 전체에 대한 금속분말과 무기 바인더의 함유량의 합계는, 80중량%이상인 것이 바람직하며, 85중량%이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 도전성 페이스트의 리올로지(rheology)를 조정하기 위해서, 종래부터 도전성 페이스트에 이용되어 온 틱소트로피(thixotropy)제, 레벨링제, 가소제 등의 각종 첨가제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 스크린인쇄 등을 이용해서 연속인쇄를 실행할 때에는, 내건조성이 중요한 특성이 되지만, 가소제에 의해, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상된다. 가소제로서, 예를 들면, 프탈산 유도체, 아이소프탈산 유도체, 테트라하이드로프탈산 유도체, 아디프산 유도체, 말레산 유도체, 푸마르산 유도체, 트리멜리트산 유도체, 피로멜리트산 유도체, 스테아린산 유도체, 올레인산 유도체, 이타콘산 유도체, 리시놀 유도체, 수소첨가 피마자유 및 그 유도체가 매우 적합하게 사용된다. 사용되는 가소제 중, 내건조성을 향상시키는 관점에서, 프탈산 유도체, 아이소프탈산 유도체, 테트라하이드로프탈산 유도체 등의 프탈레이트계 가소제가 특히 바람직하다. 보다 구체적으로는, 프탈산 유도체로서, 예를 들면, 다이메틸프탈레이트, 다이에틸프탈레이트, 다이뷰틸프탈레이트, 다이-(2-에틸헥실)프탈레이트, 다이옥틸프탈레이트, 다이아이소옥틸프탈레이트, 다이아이소뷰틸프탈레이트, 다이헵틸프탈레이트, 다이페닐프탈레이트 등이 바람직하며, 아이소프탈산 유도체로서, 예를 들면, 다이메틸아이소프탈레이트 등이 바람직하다. 도전성 페이스트 전체에 대한 가소제의 함유량은, 0.1중량%이상 3중량%이하인 것이 바람직하고, 0.3중량%이상 3중량%이하인 것이 보다 바람직하다.
또, 본 발명의 도전성 페이스트는, 예를 들면, 기재(유리기재 등) 위에, 우수한 형상정밀도를 가지는 배선이나 전극 등으로 이루어지는 전기회로를 형성하는 경우에 매우 적합하게 사용된다. 보다 구체적으로는, 공지된 인쇄방법(특히, 바람직하게는 스크린인쇄법)을 이용해서, 기재 위에, 본 발명의 도전성 페이스트를 소정의 패턴으로 인쇄하고, 고온에서 소성함으로써, 소망하는 배선이나 전극 등으로 이루어지는 전기회로를 구비한 배선기판을 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 도전성 페이스트를 이용함으로써, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상되는 동시에, 또한 파인패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 도전성 페이스트는, 배선 폭(라인 폭)이 1OO㎛이하인 파인패턴을 형성하는 경우에 매우 적합하게 사용된다.
이하에, 본 발명을 실시예, 비교예에 의거해서 설명한다. 본 발명은, 이들의 실시예에는 한정되지 않는다. 또, 이들의 실시예는, 본 발명의 취지에 의거해서 변형, 변경할 수 있고, 그것들은, 본 발명의 범위에서는 제외되지 않는다.
실시예 1 ~ 4, 비교예 1 ~ 2
표 1에 나타내는 종류 및 양의 용제에, 표 1에 나타내는 양의 에틸셀룰로스(분자량 18000)를 가열하면서 용해해서, 수지의 농도가 11중량%인 유기 비히클의 용액을 조정하였다. 다음에, 이들의 용액에 표 1에 나타내는 종류 및 양의 은분말을 첨가하고, 회전교반탈포기를 이용해서 균일하게 혼합하였다. 또한, 이들의 용액에 표 1에 나타내는 종류 및 양의 유리분말을 첨가하고, 혼합하였다. 그리고, 3개 롤밀을 이용해서, 균일하게 혼합된 이들의 용액에서, 표 1의 실시예 1 ~ 4, 비교예 1 ~ 2에 나타내는 도전성 페이스트를 조정하였다. 실시예 1 ~ 4, 비교예 1 ~ 2의 각 도전성 페이스트에서는, 모두 정상상태에 있어서의 외관의 이상 등은 관찰되지 않았다. 또, 실시예 1 ~ 4에 있어서, 도전성 페이스트 전체에 대한 은분말 및 유리분말의 함유량의 합계는, 86.2중량%였다.
(초기 점도 및 초기중량의 측정)
다음에, 각 도전성 페이스트에 있어서의 회전수 1rpm에서의 초기 점도를 측정하였다. 여기에서는, E형 회전점도계(토키산교(주) 제품, TV-20형 점도계 콘플레이트타입(TVE-20H))에 의해, 로터 No.7을 이용해서 상온(25℃)에서, 도전성 페이스트의 점도를 측정하였다. 또, 각 도전성 페이스트를 유리기재(아사히가라스(ASAHI GLASS CO., LTD.)(주) 제품, PD200) 위에 도포하고, 각 도전성 페이스트의 초기중량을 측정하였다. 여기에서는, 도포면적이 8O㎠, 막두께가 150㎛로 되도록, 도전성 페이스트를 도포하고, 각 도전성 페이스트의 건조특성을 평가하였다.
(점도상승률 및 중량감소량의 산출)
다음에, 각 도전성 페이스트가 도포된 유리기재를 드래프트 내에 투입해서 30분간 방치하였다. 도전성 페이스트를 건조한 후에, 각 도전성 페이스트에 있어서의 회전수 1rpm에서의 점도 및 중량을 측정하고, 초기 점도에 대한 점도상승률과, 초기중량에 대한 중량감소량을 산출하였다. 이 경우, 드래프트 내의 온도를 25℃, 습도를 20%로 설정하고, 각 도전성 페이스트가 도포된 유리기재의 바로 위 5cm에 있어서의 배기풍속을 0.5m/s로 설정하였다.
(인쇄성 평가)
다음에, 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 2의 도전성 페이스트를, 스크린인쇄기(뉴롱(NEWLONG)(주) 제품, LS-150TVA)를 이용해서, 유리기재(아사히가라스(주) 제품, PD200) 위에 연속인쇄하였다. 그리고, 기재 위에 소정의 파인패턴으로 인쇄했을 때의 각 도전성 페이스트의 인쇄특성(배선형성성)을 평가하였다. 여기에서는, SUS500메시(직경 18㎜, 개구 33㎛)의 스크린판(도쿄프로세스서비스(TOKYO PROCESS SERVICE Co., Ltd.)(주) 제품)을 사용하고, 구체적으로는, 배선(라인) 폭이 30㎛, 및 50㎛(스크린판의 설계치), 배선간격(라인간격)이 100㎛, 배선길이가 25㎜인 배선패턴이 형성된 스크린판을 이용하였다. 그리고, 광학현미경(LEICA사 제품, MZ12)을 이용해서, 유리기재 위에 각 라인 폭으로 인쇄했을 때의 각 도전성 페이스트의 인쇄특성을 평가하였다. 구체적으로는, 인쇄결함(배선의 벗겨짐이나 단선)을 관찰하였다. 각 도전성 페이스트에 대해서, 유리기재 위에 각 라인 폭으로 50매분의 연속인쇄를 실시하였다. ○는, 상술한 인쇄결함이 보이지 않고, 인쇄성이 양호하다고 하는 평가결과를 나타내며, ×는, 상술한 인쇄결함이 보이고, 인쇄성이 불량하다고 하는 평가결과를 나타낸다. 광학현미경의 배율은, 라인 폭이 30㎛인 배선에 대해서는 157.5배, 50㎛의 배선에 대해서는 125배로 설정하였다. 이상의 결과를 표 1에 나타낸다.
배합 실시예1 실시예 2 실시예3 실시예4 비교예 1 비교예 2
유기 비히클 에틸셀룰로스*1 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
용제A *2 13.6 11.2 11.2 11.2 14.4
용제B *3 11.2 3.2
용제C *4 0.8 3.2 3.2
용제D *5 3.2
금속분말 은분말 *6 95 95 95 95 95 95
은분말 *7 4 4 4 4 4 4
유리분말(무연계) 샘플A *8 1 1 1 1 1 1
용제 전체에 대한 비등점이 270℃이상인 용제의 배합량(%) 5.5 22.2 22.2 22.2 0 0
도전성 페이스트 전체에 대한 금속분말과 유리분말의 함유량(%) 86.2 86.2 86.2 86.2 86.2 86.2
특성 점도특성 1rpm에 있어서의 초기점도(Paㆍs) 632 579 520. 487 613 685
1rpm에 있어서의 30분 방치한후의 점도(Paㆍs) 935 816 678 616 1035 2025
점도상승률(%) 48 41 30 26 69 196
건조특성 초기중량(mg) 2903.3 2991.4 3268.4 2847.7 2961.7 2898.4
30분 방치한 후의 중량(mg) 2880.4 2971.5 3253.7 2838.2 2933.8 2859.0
중량감소량(mg/㎠) 0.3 0.3 0.2 0.1 0.4 0.5
인쇄성평가 30㎛ 폭 ○ ○ ○ ○ × ×
50㎛ 폭 ○ ○ ○ ○ ○ ×
*1: MW: 18000
*2: 테르피네올(비등점: 219℃)
*3: 2-(2-부톡시에톡시)에틸아세테이트(비등점: 247℃)
*4: 2-[2-[(2-에틸헥실)옥시]에톡시]에탄올(비등점: 277℃)
*5: 프탈산다이에틸(비등점: 295℃)
*6: 구형상, 1차 입자평균직경: 0.5㎛
*7: 구형상, 1차 입자평균직경: 20㎚
*8: 평균입경: 1.2㎛, 작업점: 425℃
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 ~ 4의 도전성 페이스트에 의하면, 스크린인쇄법에 의해 연속인쇄를 실행해도, 배선의 벗겨짐이나 단선이 발생하지 않고, 우수한 형상정밀도의 파인패턴을 형성할 수 있으며, 우수한 인쇄특성을 지니고 있었다. 한편, 비교예 1에 있어서는, 라인 폭이 50㎛인 경우, 양호한 배선을 형성할 수 있었지만, 라인 폭이 30㎛인 경우, 16매째의 인쇄 시에, 배선이 벗겨지기 시작하여, 양호한 배선을 형성할 수 없었다. 또, 비교예 2에 있어서는, 라인 폭이 30㎛인 경우에는, 4매째의 인쇄 시에, 50㎛의 경우에는, 11매째의 인쇄 시에, 배선이 각각 벗겨지기 시작하여, 양호한 배선을 형성할 수 없었다.
이것은, 실시예 1 ~ 4의 경우, 도전성 페이스트는, 휘발성이 낮으며, 쉽사리 건조되지 않고, 비등점이 270℃이상인 고비등점 용제를 함유하고 있다. 이런 연유로, 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1 ~ 2와 비교해서, 초기중량에 대한 중량감소량이 감소하고, 도전성 페이스트의 내건조성이 향상되었다고 사료된다. 즉, 실시예 1 ~ 4의 경우, 비교예 1 ~ 2와 비교해서, 초기 점도에 대한 점도상승률을 효과적으로 억제할 수 있었다고 사료된다. 그 결과, 스크린인쇄에 의해 연속인쇄해서 파인패턴을 형성할 때에, 스크린판으로부터 도전성 페이스트가 통과되기 쉬워지며, 스크린판에 막힘현상이 발생하지 않게 되었다고 사료된다.
본 발명의 활용예로서는, 기판 위에 도체배선을 형성할 때에 이용되는 도전성 페이스트, 및 그 도전성 페이스트를 이용해서 얻어지는 배선기판을 들 수 있다.

Claims (7)

  1. 금속분말, 무기 바인더 및 유기 비히클(organic vehicle)을 주성분으로서 함유한 도전성 페이스트로서, 상기 유기 비히클은, 비등점이 270℃이상의 용제를 함유하고, 그 용제의 배합량은, 상기 유기 비히클에 함유되는 용제 전체의 3 ~ 100중량%인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
  2. 제 1항에 있어서,
    도전성 페이스트 전체에 대한 상기 금속분말 및 상기 무기 바인더의 함유량의 합계는 80중량%이상인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속분말은, 1차 입자의 평균입경이 50㎚이하의 분말을 함유하고, 그 분말의 배합량은, 상기 금속분말 전체의 1 ~ 50중량%인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속분말은, 백금, 금, 은, 동, 니켈, 및 팔라듐으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 바인더는 유리분말이며, 상기 유리분말은 납을 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
  6. 기재(基材) 위에, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 페이스트를 인쇄해서 형성된 배선을 구비하는 것을 특징으로 하는 배선기판.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 배선의 폭이 100㎛이하인 것을 특징으로 하는 배선기판.
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