JPH038209A - 厚膜用組成物 - 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、電子機器に用いられる印刷配線板の導体回路
形成に用いる厚膜用組成物に関するものである。

従来の技術 従来の印刷配線板の製造方法を大別すると、サブトラク
ティブ法とアディティブ法に分類できる。現在の主流の
製造法は、サブトラクティブ法（−船釣にはエツチイン
グ法と呼ばれる）であるが、工程で化学処理を行なうた
め公害対策や安全衛生対策等が必要である。

一方、アディティブ法は鋼の無電解メツキで配線パター
ンを形成する方法と銀ペースト又は銅ペーストを印刷す
ることにより配線パターンを形成し、はんだ付けの必要
な箇所は、はんだ付は可能な厚膜用組成物を印刷すると
いう完全なドライプロセスで行なう方法も近年提案され
ている。（例えば、特開昭５８−１０８８６号公報）こ
のドライプロセスの製造法では湿式１程を必要としない
ため、設備が安価でかつ公害対策や安全衛生対策等も必
要とせず、そのうえ、実装ラインとの４貫ライン化も可
能となり、リードタイムの短縮もできるものである。

この完全なドライプロセスに必要なはんだ付は可能な厚
膜用組成物としては、銅粉の形状として樹枝状と粒状の
ものを用いるとしたもの（特開昭６３〜８１７０６号公
報）や金属キレート形成剤とはんだ付は促進剤を添加す
るとしたもの（特開昭６２−２３０８７０号公報）等が
提案されている。なお、第２図は上記製造法による回路
基板上にチップ部品をリフローはんだした場合の説明図
であり、第２図（Ａ）ははんだ付前、第２図（Ｂ）はは
んだ釘抜を示している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の構成では、手はんだやデイツ
プはんだのようにはんだが充分供給される場合ははんだ
付は可能であるが、リフローはんだ付けで、はんだの濡
れ性の良い電極をもつチップ部品をはんだ付けする場合
は、第２図（Ｂ）に示すようにはんだがチップ部品の電
極部に集中し厚膜用組成物部には、はんだが付きにくか
ったり、また、はんだの濡れ性が充分ではなく、はんだ
が完全に付かない箇所が発生する可能性があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、はんだの
濡れ性が良く、高密度実装を行なうにおいて欠かすこと
ができないリフローはんだ付けを可能にすることができ
る厚膜用組成物を提供するものである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の厚膜用組成物は、平
均粒子径が４〜１０μｍで比表面積が（Ｋ＝１．０−１
．６．ｒ　：平均粒子径、ｄ：鋼の密度） で表わされる粒状銅粉と、平均粒子径１〜４μ銅の粒状
銅粉と、平均粒子径５〜ＩＳμｍ、タップ密度３．０〜
５．０ｇ／ｃｃの樹枝状銅粉と、樹脂と、溶剤によって
厚膜用組成物を形成したものである。

作用 上記のように構成したことにより、焼付時およびはんだ
何時の銅粉の酸化を少な（し、はんだの濡れ性を向上し
、リフローはんだ付けを可能にしたものである。

実施例 まず、本発明の実施例の概要について説明する。

厚膜用組成物のはんだの濡れ性は、焼付時及びはんだ付
は時に銅粉の表面の酸化の差に起因する。本発明は酸化
しにくい銅粉として比表面積の小さい銅粉について検討
した。なお、最も小さな比表面積を持つ形状は球であり
、その値は（１）式で与えられる。

球−個の表面積−４πｒ２　　（ｍ２）球−個の体積−
４πｒ３　　（ｍ３） 従って、比表面積は ４πｒ２÷（’πｒ３Ｘｄ） ｒｘｄ　（ｍ２／ｇ）　　　　　　・・・・・・（１）
式ここで、ｒ；球の半径 ｄ；粒子の密度 通常の銅粉は、完全な球ではなく表面が凸凹しているた
め最終的に比表面積はＣ）式で表される。

比表面積＝ＫＸ−ニー　　（ｍ２／ｇ）ｒＸｄ’ ・・・・・・（２）式 ここで、Ｋは１．０以上の値をもつ 本実施例２〜４は、Ｋ＝１．３４の粒状銅粉とに−４，
６１の粒状銅粉と樹枝状銅粉を混合したものであり、比
較例２はに＝１．６１の粒状銅粉と樹枝銅粉を混合した
ものである。両者のはんだ付は部の欠点数（はんだ付は
箇所８０個中のはんだの濡れ不良のある箇所の数）を比
較すると、明らかにに＝１．３４の粒状銅粉を混合した
ものの方が不良が少なく、はんだの濡れ性が大幅に向上
したことがわかる。なお、比表面積の測定は窒素吸着法
を用いた。

Ｋの値と銅粉の酸化のしにくさの関係を以下に示す。第
１図にイ平均粒子径５μｍ、に＝１．３４と口平均粒子
半５μｍ、に＝２．６０の２つの銅粉の熱重量分析（以
下ＴＧと呼ぶ）及び示差熱分析（以下ＤＴＡと呼ぶ）の
データを示すが、明らかにＫの値が小さいほうが酸化に
よる発熱も少なく、酸化による重量変化も少ないことが
確認された。オージェ電子分光分析では、イは３３Ａの
表面酸化膜であり、口は５００人の表面酸化膜であった
。

以上のように、ｋの値の小さい銅粉は酸化されに＜＜、
また酸化されても酸化膜が薄く、はんだ付は時のフラッ
クスにより容易に酸化膜が除去され、はんだの濡れ性が
良くなる。また、表層がはんだ付けされる時、厚膜用組
成物の皮膜内部粒子の酸化もゆっくり進むため、第一層
目がはんだに食われても第二層目の粒子が酸化されてお
らず、はんだの濡れ性が良いと考えられる。

また、粒子径も４〜１０μｍと大きくすることによりは
んだ食われも少ないと考えられる。

銅粉の混合については、２つの効果目的をもっている。

第一の混合効果は、低抵抗を出すことであり、そのため
最密充填となるように平均粒子径を５〜１５μ銅の樹枝
状銅粉と１〜１４銅の粒状銅粉を混合する。その混合比
は、９０／１０〜１０／９０が望ましい。樹枝状銅粉の
上限平均粒子径を越えるとスクリーン印刷性が悪くなる
。下限未満になると導電性が悪くなる。粒状銅粉の上限
平均粒子径を越えると樹枝状銅粉との第一の混合効果が
なくなり、下限未満になると耐酸化性が著しく悪くなる
ことが確認された。

第二の混合効果は、はんだの濡れ性を良くすることであ
り、そのため平均粒子径４〜１０μｍ。

比表面積が（２）式で表される粒状銅粉を混合する。

この粒状銅粉の上限平均粒子径を越えると、樹枝状銅粉
との第一の混合効果がなくなり抵抗値が高くなり、下限
未満になると酸化されやすくかつ、銅食われが起こり易
くなり、はんだの濡れ性が悪くなる。この粒状銅粉の混
合比は、全銅粉の１０％〜９ｏ％が望ましい。上限値を
越えると、樹枝状銅粉との第一の混合効果がなくなり抵
抗値が高くなる。下限未満になると第二の混合効果がな
くなり、はんだの濡れ性が低下することが確認された。

以下本発明の実施例について説明する。

下記に本実施例１に使用した材料を示す。

（１）銅粉 １）粒状銅粉■ （日中貴金属工業■ＴＦＣ−５０００）平均粒子径　　
　５μｍ 比表面積　　　　０．１８ｍ２／ｇ Ｋ＝１．３４ ２）粒状銅粉■ （三井金属鉱業（ｍ　Ｓ　−８６０６０３’）平均粒子
径　　　３μｍ 比表面積　　　　０．３６ｍ２／＋；ｒＫ＝　１．６１ タップ密度　　　４．３ｇ／ｃｃ ３）樹枝状銅粉■ （三井金属鉱業■ＭＦ−Ｄ２） 平均粒子径　　　７μｍ タップ密度　　　４．４ｇ／ｃｃ （２）　　樹脂 レゾール型フェノ−樹脂 （郡栄化学工業（８）ＰＬ−２２１１）（３）溶剤 ブチルセロソルブ 上記の材料を第１表のように配合した後、ロールミルを
用いて混練した。その時、スクリーン印刷適性を出すた
め若干量の溶剤を添加した。その組成物をステンレス製
２００メツシユのスクリーンマスクを用いて２Ｉｌｌｌ
Ｉ口のパターンを、紙フエノール基板（住人ベークライ
ト■製ＰＬＣ−２１２０）上ニ印刷した後、１６０℃、
３Ｃ１間窒素雰囲気中で熱風循環乾燥機にて乾燥硬化さ
せた。

次にクリームはんだ（日本スベリア■ＳｎＳｎ６３ＲＡ
３Ａを０．３ｍ銅のメタルマスクを用いて印刷し、赤外
線リフロー炉にてはんだ付けを行なった。

以下に本実施例２〜４及び比較例１〜３に使用した材料
を示す。

（１）　　銅粉 １）銀被覆粒状銅粉■ （山中貴金属工業■ＴＦＣ−５０００）平均粒子径　　
　５μｍ 比表面積　　　　０．１８ｍ２／ｇ Ｋ＝１．３４ 銀被覆量　　　　２重量％ ２）銀被覆粒状銅粉■ （三井金属鉱業■Ｓ−８６０６０３） 平均粒子径　　　３μｍ 比表面積　　　　０．３６ｍ２／ｇ Ｋ＝１．６１ タップ密度　　　４．３ｇ／ｃｃ 銀被覆量　　　　２Ｍ量％ ３）銀被覆樹枝状銅粉■ （三井金属鉱業＠ＭＦ−Ｄ２） 平均粒子径　　　７μｍ タップ密度　　　４．４ｇ／ｃｃ 銀被覆量　　　　２重量％ 以下樹脂、溶剤及び配合、混練、印刷、乾燥硬化、はん
だ付けは、実施例１に同じ。但し、乾燥硬化は空気中に
て行なった。

本実施例５は、銅粉にニッケル被覆した後銀被覆を施し
た以外は、実施例２〜４及び比較例１〜３に同じである
。

本発明および比較例によるはんだ付けの結果を第１表に
示す。

以上のように実施例１〜５と比較例２を比較すると、粒
状銅粉■を添加することによりはんだ付は時の欠点数が
著しく向上したことが明白である。また、比較例１では
粒状銅粉■の添加量が少ないと添加効果が少なく、比較
例３では、粒状銅粉■のみであれば、抵抗値が高（なる
ことが明らかである。

なお、粒状銅粉■は平均粒子径４〜１０μｍでに＝１．
０〜１．６粒状銅粉■も平均粒子径１〜４μｍ、樹枝状
銅粉■も平均粒子径５〜１５μｍ、タップ密度３．０〜
５．０ｇ／ｃｃの間で各種実験を行なったが表１と同様
の結果が得られた。

また、実施例５のニッケル被覆に代えてクロム被覆を行
なったものも表１と同様の結果が得られた。

（以　下　余　白） 発明の効果 以上のように本発明は、上記実施例より明らかなように
、■平均粒子径４〜１０μｍ、比表面積が次式で表わさ
れる粒状銅粉 比表面積−ＫＸ７７丁 ここでに＝　１．０〜１．６ ｒ＝平均粒子径 ｄ＝鋼の密度 と■平均粒子径１〜４μ銅の粒状銅粉、■平均粒子径５
〜１５μｍ、タップ密度３．０〜５．０ｇ／ＣＣの樹枝
状銅粉とで構成される銅粉を用いることにより、半田の
濡れ性が向上し、リフローによるはんだ付けが可能な厚
膜用組成物を提供し得るものであり産業上極めて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＤＴＡおよびＴＧ曲線を示す図である。第２図
は厚膜用組成物上にチップ部属をリフローはんだ付けす
る前とはんだ付は後の状態を示す図である。 １・・・・・・チップ部品、２・・・・・・チップ部品
電極部、３・・・・・・クリームはんだ、４・・・・・
・厚膜用組成物、５・・・・・・基板、６・・・・・・
はんだ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　平均粒子径が４〜１０μｍで比表面積が　Ｋ×
   ３／（ｒ×ｄ） （Ｋ＝１．０〜１．６，ｒ：平均粒子径，ｄ：銅の密度
   ） で表わされる粒状銅粉と、平均粒子径１〜４μｍの粒状
   銅粉と、平均粒子径５〜１５μｍ，タップ密度３．０〜
   ５．０ｇ／ｃｃの樹枝状銅粉と、樹脂と、溶剤より成る
   厚膜用組成物。
2. （２）　平均粒子径１〜４μｍの粒状銅粉と樹枝状銅粉
   の混合重量比が９０／１０〜１０／９０であって、平均
   粒子径４〜１０μｍであって比表面積が 　Ｋ×３／（ｒ×ｄ） （Ｋ＝１．０〜１．６，ｒ：平均粒子径，ｄ：銅の密度
   ） である粒状銅粉と（樹枝状銅粉＋平均粒径１〜４の粒状
   銅粉）の混合重量比が９０／１０〜１０／９０であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の厚膜用組成物。
3. （３）　樹枝状銅粉，粒状銅粉の少なくともいずれか一
   方が銀で被覆されていることを特徴とする請求項１記載
   の厚膜用組成物。
4. （４）　樹枝状銅粉，粒状銅粉の少なくともいずれか一
   方がニッケル又はクロムで被覆されたのち銀で被覆され
   たものであることを特徴とする請求項１記載の厚膜用組
   成物。