JPH01265405A

JPH01265405A - 導電ペースト及び導電回路

Info

Publication number: JPH01265405A
Application number: JP9323088A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sugimoto; 杉本　文雄; Mitsuru Akimoto; 秋元　満; Mineo Kaneko; 峰夫金子
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-23

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、印刷配線板に用いる印刷性に優れた高導電性
、高信頼性を有する、銅粉をフィラーとする導電ペース
トおよび該導電ペーストを用いた導電回路に関する。

（従来技術及び発明が解決しようとする課題）近年、銅
が銀に比べてエレクトロマイグレーションを起こしにく
いことや低コストであることが評価されて銅粉をフィラ
ーとする銅ペーストが開発されている。

しかし、銅粉を熱硬化性樹脂に配合混和してなる樹脂硬
化型の銅ペーストは、これを印刷後、熱硬化する際に加
熱によって銅粉表面が酸化され易いため、低抵抗の導電
回路が得られ難く、その後の経時変化により回路抵抗の
増大も起き易いという欠点を有している。銅粉の酸化を
防止するため、市販の銅ペーストは、バインダーに還元
性樹脂を使用したり還元剤を添加した組成となっている
が、充分な結果は得られていない。

市販の銅ペーストにおける銅粉は、電解銅粉、あるいは
これを粉砕加工したものであり、形状が樹枝状またはフ
レーク状である。これらはその形状のために表面積が大
きくタップ密度が小さい。

このため、導電ペーストとした場合、■硬化時の加熱に
より酸化され易いこと、充填性に劣ることから低抵抗回
路が得られない、■銅粉の二次凝集が起き易く且分離し
にくいためスクリーン印刷においてスクリーンの目詰ま
りを起こし易く、印刷回路の欠けや断線を引き起こす原
因となる、■高メツシュのスクリーンを使用することが
出来ないため、高密度、高精度の回路形成に使用できな
い、など種々の問題点を有している。

更に、銅ペースト回路は通常半田付は性を有しておらず
、上述のように回路抵抗もあまり低くないため、銅ペー
スト回路上に無電解メッキを施し、回路抵抗の低抵抗化
と半田付は性を付与することが行われている。しかし、
上述の如き電解銅粉あるいはこれを粉砕加工した、形状
が樹枝状またはフレーク状の銅粉を使用した市販の銅ペ
ースト回路では、印刷回路の表面性が悪くメッキの核と
なる銅粉が回路表面に十分でなく、無電解メッキを施し
た場合、銅ペースト回路とメッキ金属との密着性が悪く
半田プル強度が不十分である。メッキ付着性を得るため
には銅粉含有量を多くしなければならないが、このため
に、導電ペーストの回路の導電性が犠牲になり、しかも
回路中にボイドが多くなり鋼ペーストの凝集力を低下さ
せてかえって半田プル強度を低下させるという問題があ
る。

（課題を解決するための手段）従来の銅ペーストが有している上記問題点に鑑み鋭意検
討の結果、高導電性、高信頼性を有する銅ペーストに適
した銅粉の特性を見い出し本発明を完成した。

即ち、本発明請求項１の導電ペーストは、形状係数６〜
７、比表面積　０．４〜０．７ＩＩ＋２７８且つタップ
密度４　、０　ｇ／ｃｍ３以上の粒状銅粉からなる導電
フィラーを熱硬化性樹脂に配合混和してなることを特徴
とする。

銅粉の形状係数とは、下に示す（１）式におけるＫの値
で示され、６〜１２の範囲をとる。

ｄ＝に／　（ＳＸρ）　・・・・（１）（但しＳ＝比表
面積（ｍ２／ｇ）、ｄ＝平均粒径（μｍ）、ρ＝銅粉密
度（８，９３ｇ／ｃｍ３））真球の場合６であり樹枝状
では１２である。形状係数は、光学顕微鏡あるいは走査
電子顕微鏡等で観察及び測定される形状と平均粒径に対
し、（１）式に比表面積を代入して得られる平均粒径に
合致する値を選ぶ。

本発明における銅粉は、形状係数６〜７であり、真珠ま
たは真珠に近い形状の銅粉である。球状の銅粉であると
二次凝集の分離が容易に行われるため、ペースト中に均
一に分散し、スクリーン印刷の際の目詰まりが起き難い
。また異方性のない球状であるから、ペーストとしたと
きの過度のチキソトロピック性を抑えることができ、印
刷時のレベリング性のよい表面平坦な回路塗膜とするこ
とができる。

本発明の導電ペーストにおける銅粉の比表面積は０．４
〜０．７ｍ２／ｇが好ましい。形状係数６〜７では、平
均粒径は大略１〜２μｍであり、樹脂硬化型導電ペース
トの導電フィラーとしては極めて微細である。

銅粉の比表面積が０．７１１Ｉ２１ｇを越えると、即ち
平均粒径が１μｍ程度未満であると、粉体の取扱性に問
題があり、急速な酸化反応による燃焼爆発や作業環境の
悪化をまねく。また、比表面積が０．４ｍ２／ｇ未満、
即ち平均粒径が２μｍ程度を越えると、３００メツシュ
以上のスクリーンを用いて高精度の回路パターンを印刷
する場合、メツシュオープニングが狭いため選別効果に
より回路抵抗が高抵抗になり、特にその傾向が０．２ｍ
ｍ以下の細線で顕著になる。なお、銅粉の比表面積は、
窒素ガス吸着法（ＢＥＴ法）により求めることができる
。

本発明における銅粉のタップ密度は４　、０　ｇ／ｃｍ
３以上の高タップ密度のものが適する。使用する銅粉が
、４　、０　ｇ／ｃｍ３以上の高いタップ密度を有して
いると、印刷した導電回路中で銅粉が高充填されるため
に銅粉同士の接触点を多くすることができ低抵抗回路が
得られることになる。一方、タップ密度が４　、０　ｇ
／ａｍ３未満であると、導電回路中の銅粉が粗に充填さ
れて回路抵抗が高くなる。またボイドを包含しやすく欠
陥の多い回路となってしまう。なお、タップ密度は、粉
末冶金用粉体で通常測定されているものである。

本発明の導電ペーストは、上記特性を有する銅粉を熱硬
化性樹脂及び添加剤と混練することにより得られる。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂
、メラミン樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が使用でき、
更に、これら樹脂を混合して使用してもよく、またブチ
ラール樹脂、アクリロニトリルブタジェンゴムその他の
樹脂を必要により混合して使用してもよい。

導電ペースト中の銅粉配合量は、銅粉と熱硬化性樹脂の
固形分の合計重量に対して７５〜９０重量％が望ましく
、８０〜８５重量％が特に望ましい。

添加剤としては、オレイン酸の如き不飽和脂肪酸や高沸
点溶剤、あるいは消泡剤、揺へん剤を適宜使用すること
ができる。

以上本発明の導電ペーストについて詳細に述べた。次に
、本発明の請求項２の導電回路について説明する。

本発明の請求項２の導電回路は、スクリーン印刷法によ
り絶縁基板上に回路を印刷した後、硬化して形成した回
路であり、本発明の請求項１記載の導電ペーストを使用
することを特徴とする。

導電回路を形成する基板としては、通常使用されている
ものが何れも使用でき、例えば紙、ガラスマット、ガラ
スクロス等に含浸したフェノール樹脂、エポキシ樹脂、
ポリイミド樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の合成樹脂
基板、あるいは樹脂またはホウロウを表面にコーティン
グしたアルミ、鉄などの金属基板などを挙げることがで
きる。

スクリーン版の材質は特に限定されるものではなく、ス
テンレスやテトロンのメツシュが使用できる。精密なパ
ターン印刷を行う場合にはステンレスメツシュが好まし
い。スクリーンメツシュは、１６０−４００メツシュ程
度が使用範囲である。

本発明の請求項２の導電回路は、使用する導電ペースト
中のフィラーである銅粉が球状で微細であり、特に高メ
ツシユのスクリーンに適用可能なため、精密で精度が良
く、しかも回路抵抗の低いことが特徴である。

本発明の請求項３の導電回路は、前記請求項２に記載の
導電回路の一部面あるいは全面に無電解メッキを施した
ことを特徴とする。

本発明における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、錫などが
ある。また、メッキ液は市販のもので充分である。メッ
キを施す際の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−水洗一酸洗一水洗をするほか
、各メッキ液によってそれぞれ指定された前処理を行う
ものである。

（作用）本発明の導電ペーストにおいては、使用する銅粉の形状
係数が６〜７てあり、真珠または真球に近い形状の銅粉
である。球状の銅粉であると二次凝集の分離が容易に行
われるため、ペースト中に均一に分散し、スクリーン印
刷の際の目詰まりが起き難い。また異方性のない球状で
あるから、ペーストとしたときの過度のチキソトロピッ
ク性を抑えることができ、印刷時のレベリング性のよい
表面平坦な回路塗膜とすることができる。また、銅粉の
比表面積は０．４〜０．７ｍ２／ｇ、即ち平均粒径が大
略１〜２７１ｍであり、粉体の取扱性がよく、３００メ
ツシュ以上のスクリーンを用いて高精所の回路パターン
を印刷してもメツシュオープニングとの関連で起こる選
別効果による回路抵抗の高抵抗化が見られず、０．２ｍ
ｍ以下の細線の回路にも十分適用できる。ざらに、銅粉
のタップ密度は、４　、０　ｇ／ｃｍ２以上の高タップ
密度のものであるから、印刷した導電回路中で銅粉が高
充填されるために銅粉同士の接触点を多くすることがで
き低抵抗回路が得られることになる。

本発明の導電ペーストは、銅粉のタップ密度が大きいた
め回路中の銅粉の充填が密に行われており低抵抗であり
、しかも平均粒径が微細であるためメッキの付着する核
の数が極めて多くなっていてメッキの成長が効率よく行
われる。

従って、この導電ペーストを使用した印刷回路を下地と
しこれに無電解メッキを施した本発明の導電回路は、メ
ッキのピンホールも極めて少なく、表面平滑な内部欠陥
の少ない信頼性の高い極めて低抵抗の導電回路である。

（実施例）次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

１　　〜実施例１，２及び比較例１〜３は、形状係数６の球状銅
粉、比較例４，５は形状係数１２の樹枝状の電解銅粉、
比較例６は、樹脂状の電解銅粉をボールミルで粉砕加工
してフレーク状とした形状係数１０の銅粉を用いた。

上記それぞれの銅粉とレゾール型フェノール樹脂および
少量のオレイン酸、消泡剤を添加して三本ロールミルで
混練して導電ペーストを調製した。

なお、銅粉の含有量は、各々の導電ペーストにおいて比
抵抗の最低となる値を予め求めてその値を採用した。銅
粉と樹脂固形分の合計量に対して銅粉の含有量は、実施
例１，２および比較例１〜３においては８３％、比較例
４においては８０％、比較例５，６においては７５％で
ある。

それぞれの導電ペーストを、２００〜４００メツシユの
ステンレススクリーンを用いて印刷法によりエポキシガ
ラスクロス基板にパターン印刷を行った。パターンは、
線幅２１ＩＩＩＩ＋１全長３６８■のジグザグパターン
と３１１ＩＩＩ＋角のランドからなる。

印刷したペーストは、１６０℃の熱風恒温槽中で３０分
間硬化し、回路の抵抗値と膜厚を測定して比抵抗を求め
た。

更に、市販の無電解メッキ液により５μｍ厚の銅メッキ
を施した。２００メツシユスクリーンにより印刷したも
のについて、半田プル強度を３ｍｍ角のランドでｎ＝１
０で測定し平均値を求めた。

表１に、それぞれの導電ペーストの銅粉特性と測定結果
を示した。

表１から明らかなように、実施例１および２の導電ペー
ストは、比抵抗が極めて優れており、しかもスクリーン
メツシュによる比抵抗の差がない。

比較例１〜３は球状銅粉であるが、タップ密度が４　、
０　ｇ７ｃｍ３以下であるため比抵抗が高く、半田プル
強度も低い。比較例３は平均粒径が実施例に比べて２倍
以上大きいため、スクリーンメツシュにより比抵抗の差
がある。

比較例４〜６は比抵抗並びに半田プル強度ともに実施例
より劣り、しかもスクリーンメツシュにより比抵抗に差
がある。

（発明の効果）本発明の導電ペーストは特に微細パターンの印刷性に優
れ、またこの導電ペーストを使用した導電回路は導電性
が高く、しかも回路欠陥が少ないためこの回路を下地に
して無電解メッキを施した導電回路は、半田付は性に優
れており、印刷配線板としてきわめて有用である。

特許出願人　　古河電気工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）形状係数６〜７、比表面積０．４〜０．７ｍ＾２
／ｇ且つタップ密度４．０ｇ／ｃｍ＾３以上の粒状銅粉
からなる導電フィラーを熱硬化性樹脂に配合混和してな
る導電ペースト。
（２）スクリーン印刷法により絶縁基板上に請求項１記
載の導電ペーストを印刷した後、加熱硬化させて得られ
る導電回路。
（３）請求項２記載の導電回路の表面の一部または全部
に、無電解金属メッキを施してなる導電回路。