JPH09180543A - Conductive copper paste composition - Google Patents

Conductive copper paste composition

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JPH09180543A
JPH09180543A JP33539395A JP33539395A JPH09180543A JP H09180543 A JPH09180543 A JP H09180543A JP 33539395 A JP33539395 A JP 33539395A JP 33539395 A JP33539395 A JP 33539395A JP H09180543 A JPH09180543 A JP H09180543A
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JP
Japan
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copper powder
resin
copper
amine
copper paste
Prior art date
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JP33539395A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Nagata
永田  寛
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide good conductivity, migration resistance and quick hardenability while screen printing can be performed, by using copper powder, thermosetting resin, polyvalent phenol monomer, specific amine, etc. SOLUTION: As copper powder used in conductive copper paste, atomized copper powder, stamped copper powder and electrolytic copper powder are used, and as a thermosetting resin used as a binder, epoxy resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, etc., are used. An additive amount of polyvalent phenol monomer is set to 3 to 10 pts.wt. relating to 100 pts.wt. copper powder, further in order to give flexibility by reaction to a resol resin, an imidazole compound is used. Further as specific amine displayed by a prescribed chemical formula, an amine compound having an alcohol system hydroxyl group, for instance, in a molecule like monoethanol amine, is used. After screen printing in a through hole of a printed circuit board, by heating and hardening, good conductivity is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導電性銅ペースト組成
物に関するものであり、更に詳しくは紙基材フェノール
樹脂基板やガラス繊維基材エポキシ樹脂基板などのプリ
ント回路基板のスルーホールにスクリーン印刷後、加熱
・硬化することにより良好な基板密着性及び良好な導電
性をもつ導電性銅ペースト組成物に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a conductive copper paste composition, and more particularly, it is screen-printed on through holes of a printed circuit board such as a paper-based phenol resin substrate or a glass fiber-based epoxy resin substrate. The present invention relates to a conductive copper paste composition having good substrate adhesion and good conductivity by heating and curing thereafter.

【0002】[0002]

【従来の技術】導電性銅ペースト(以下、銅ペーストと
いう)は、高価な導電性銀ペースト(以下、銀ペースト
という)に替わる回路基板用の導体として注目されてい
る。銅ペーストとしては、銅粉末にフェノール樹脂など
をバインダーとするペースト組成物が知られているが、
本質的に銅が銀よりも酸化されやすいため銅ペーストに
は長期にわたる導電性の維持という面に問題がある。即
ち、スクリーン印刷後硬化せしめる過程において銅が酸
化するためであり、そのような酸化の防止策として、例
えば特開昭61−3154号公報や特開昭63−286
477号公報などに記載された方法が知られている。更
には、銅ペーストの場合は、銅粉末同士が十分に接触し
なければ導通せず、直ちに銀ペースト代替品となること
は困難である。
2. Description of the Related Art Conductive copper paste (hereinafter, referred to as copper paste) has attracted attention as a conductor for circuit boards in place of expensive conductive silver paste (hereinafter, referred to as silver paste). As a copper paste, a paste composition using a phenol resin or the like as a binder in copper powder is known,
Since copper is inherently more easily oxidized than silver, the copper paste has a problem in maintaining conductivity for a long time. That is, copper is oxidized in the process of curing after screen printing, and as a measure for preventing such oxidation, for example, JP-A-61-3154 and JP-A-63-286.
The method described in Japanese Patent No. 477, etc. is known. Furthermore, in the case of a copper paste, if the copper powders do not contact each other sufficiently, they will not conduct electricity, and it is difficult to immediately become a silver paste substitute.

【0003】銅粉末同士を十分に接触させるために、硬
化収縮の大きなレゾール樹脂などの樹脂をバインダーと
する試みがなされている。また、その結合力を効果的に
発揮させるために特開平5−179164号公報に開示
されているように複素環式化合物を添加することも行わ
れている。しかし、硬化条件によっては、硬化速度が早
く、スルーホール内部の溶剤が残存し、フクレを生じる
おそれがある。
In order to sufficiently bring the copper powders into contact with each other, attempts have been made to use a resin such as a resole resin having a large curing shrinkage as a binder. Further, in order to effectively exert the binding force, a heterocyclic compound is added as disclosed in JP-A-5-179164. However, depending on the curing conditions, the curing speed is high, and the solvent inside the through holes may remain, causing blistering.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の銅ペーストの欠点を改良する検討をおこなった
結果、銅粉末、熱硬化性樹脂、多価フェノールモノマ
ー、イミダゾール化合物、及び特定のアミンを必須成分
とすることにより、硬化時のフクレの発生を抑制するこ
とを見出した。本発明の目的はスクリーン印刷が可能
で、かつ銀ペーストと同等以上の良好な導電性と、銀ペ
ーストでは得られない耐マイグレーション性を併せ有
し、かつ印刷工程において、速硬化可能であるファイン
ピッチ対応のスルーホール用として適する銅ペースト組
成物を提供することにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been studied to improve the drawbacks of the conventional copper paste as described above, and as a result, copper powder, thermosetting resin, polyhydric phenol monomer, imidazole compound, and specific It was found that the occurrence of blisters at the time of curing is suppressed by using the above amine as an essential component. An object of the present invention is fine pitch which can be screen-printed, has good conductivity equal to or higher than that of silver paste, and has migration resistance that cannot be obtained with silver paste, and can be rapidly cured in a printing process. It is to provide a copper paste composition suitable for a corresponding through hole.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、銅粉末、熱硬
化性樹脂、多価フェノールモノマー、化学式1で示され
るアミン及び溶剤からなる導電性銅ペースト組成物、に
関するものである。 Hn−N−((CH2p−OH)q (1) (n:0〜2、p:1〜6、q:3−n)
The present invention relates to a conductive copper paste composition comprising a copper powder, a thermosetting resin, a polyhydric phenol monomer, an amine represented by the chemical formula 1 and a solvent. H n -N - ((CH 2 ) p -OH) q (1) (n: 0~2, p: 1~6, q: 3-n)

【0006】本発明において、銅粉末は市販品をそのま
ま使用することが可能で、形状は鱗片状、樹枝状、及び
球状がいずれも使用でき、かつアトマイズ銅粉、搗砕銅
粉、電解銅粉のいずれも使用可能である。また、その粒
径も特に限定するものではないが、良好なスクリーン印
刷特性を有する銅ペーストの場合は可及的に微粉である
ことが望ましい。
In the present invention, a commercially available copper powder can be used as it is, and the shape can be any of scale, dendritic and spherical, and atomized copper powder, ground copper powder, electrolytic copper powder. Any of these can be used. The particle size is not particularly limited, but in the case of a copper paste having good screen printing characteristics, it is desirable that the powder is as fine as possible.

【0007】本発明において、バインダーとして用いる
熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等が使用可能であ
り、特に限定されるものではないが、フェノールとホル
ムアルデヒドとをアルカリ触媒下でメチロール化したレ
ゾール型フェノール樹脂が耐熱性や銅との密着性などの
点で好ましい。本発明において銅の酸化防止のために用
いる多価フェノールモノマーはカテコール、レゾルシン
及びハイドロキノン等が使用可能であるが、特にハイド
ロキノンが好ましい。
In the present invention, the thermosetting resin used as the binder may be an epoxy resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, a phenol resin, or the like, and is not particularly limited, but phenol and formaldehyde are used. A resole-type phenol resin that is methylolated under an alkaline catalyst is preferable in terms of heat resistance and adhesion to copper. In the present invention, catechol, resorcin, hydroquinone, and the like can be used as the polyhydric phenol monomer used for preventing copper oxidation, and hydroquinone is particularly preferable.

【0008】熱硬化性樹脂の配合量は銅粉末100重量
部に対して8〜20重量部が好ましい。8重量部未満で
は樹脂量が少なく、十分な結合力が得られず、20重量
部より多いと導電性が低下するようになる。多価フェノ
ールモノマーの添加量は銅粉末100重量部に対して3
〜10重量部が好ましく、3重量部未満では銅粉末の酸
化防止効果が小さく、10重量部を越えると銅ペースト
としての導通抵抗などの種々の性能が低下するようにな
る。
The amount of the thermosetting resin compounded is preferably 8 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copper powder. If it is less than 8 parts by weight, the amount of resin is small and a sufficient bonding force cannot be obtained, and if it is more than 20 parts by weight, the conductivity is lowered. The amount of polyhydric phenol monomer added is 3 with respect to 100 parts by weight of copper powder.
It is preferably from 10 to 10 parts by weight, and when it is less than 3 parts by weight, the antioxidant effect of the copper powder is small, and when it exceeds 10 parts by weight, various performances such as conduction resistance as a copper paste are deteriorated.

【0009】本発明において、レゾール樹脂と反応し可
撓性を付与するためにイミダゾール化合物をもちいるこ
とが好ましい。イミダゾール化合物としては例えばN,
N‘−{2−メチルイミダゾリル−(1)−エチル}−
エイコサンジオイルジアミドのように長鎖脂肪属炭化水
素を持つイミダゾール化合物の1種以上が使用される。
このイミダゾール化合物は樹脂自体の硬化収縮や溶剤揮
発に伴う内部収縮を緩衝し、スルーホール内における硬
化物及び硬化後の半田耐熱性などの熱的応力によるクラ
ックを防止し信頼性を保持できる。また、イミダゾール
化合物は銅粉末とキレート化合物を形成することによ
り、密着性が向上し銅粉末間の接触が密となり、良好な
電気導通性が得られる。かかるイミダゾール化合物の配
合量はレゾール樹脂100重量部に対して10重量部以
下である。
In the present invention, it is preferable to use an imidazole compound in order to give flexibility by reacting with the resole resin. Examples of the imidazole compound include N,
N '-{2-methylimidazolyl- (1) -ethyl}-
One or more imidazole compounds having long-chain aliphatic hydrocarbons such as eicosandioyldiamide are used.
This imidazole compound buffers the curing shrinkage of the resin itself and the internal shrinkage caused by the volatilization of the solvent, and prevents the cured product in the through-hole and cracks due to thermal stress such as solder heat resistance after curing and can maintain reliability. Further, the imidazole compound forms a chelate compound with the copper powder, whereby the adhesion is improved, the contact between the copper powders is made dense, and good electrical conductivity is obtained. The compounding amount of such an imidazole compound is 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the resole resin.

【0010】本発明に用いられる化学式(1)で示され
るアミンは、例えばモノエタノールアミンのように分子
内にアルコール系水酸基をもつアミン化合物である。こ
のアミン化合物は樹脂自体の硬化過程において急激な硬
化進行を防ぎ、収縮や溶剤揮発に伴う内部応力を緩衝
し、スルーホール内における硬化物及び硬化後の半田耐
熱性などの熱的応力によるクラックを防止し信頼性を保
持できる。かかるアミン化合物の例として、H2N(C
22OH、HN((CH22OH)2、N((CH2
2OH)3、H2N(CH23OH、HN((CH23
H)2、N((CH)3OH)3などがあげられる。この
配合量は銅ペースト全体100重量部に対して0.1〜
5重量部である。0.1重量部以下ではあみんの配合効
果が小さく、5重量部より多いと銅ペーストの耐熱性が
低下し、フクレが発生しやすい。
The amine represented by the chemical formula (1) used in the present invention is an amine compound having an alcoholic hydroxyl group in the molecule such as monoethanolamine. This amine compound prevents the rapid progress of curing during the curing process of the resin itself, buffers the internal stress due to shrinkage and solvent volatilization, and prevents cracks due to thermal stress such as the cured product in the through hole and the solder heat resistance after curing. It can prevent and maintain reliability. As an example of such an amine compound, H 2 N (C
H 2 ) 2 OH, HN ((CH 2 ) 2 OH) 2 , N ((CH 2 )
2 OH) 3 , H 2 N (CH 2 ) 3 OH, HN ((CH 2 ) 3 O
H) 2 , N ((CH) 3 OH) 3 and the like. This compounding amount is 0.1 to 100 parts by weight of the entire copper paste.
5 parts by weight. If it is 0.1 part by weight or less, the effect of Amin is small, and if it is more than 5 parts by weight, the heat resistance of the copper paste is lowered and blisters are likely to occur.

【0011】本発明に用いられる溶剤は例えば、エチレ
ングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコール
モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル
エーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテ
ル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロ
ピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリ
コールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコール
モノプロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプ
ロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピ
ルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、
ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレ
ングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコー
ルモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブ
チルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエー
テル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、
エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレン
グリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコール
モノ2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコール
モノアリルエーテル、エチレングリコールモノフェニル
エーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエ
チレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコ
ールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチル
エーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル
等、及びこれらのエステル化合物等のグリコールエーテ
ル誘動体が1種ないしは2種以上の混合系で用いられ
る。
The solvent used in the present invention is, for example, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, Dipropylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, diethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether,
Diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, diethylene glycol monoisobutyl ether,
Ethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, ethylene glycol monoallyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol dimethyl ether , And glycol ether inducers such as these ester compounds are used in one kind or in a mixture of two or more kinds.

【0012】導電性銅ペースト組成物の製造方法として
は各種の方法が適用可能であるが、構造成分を混合後、
三本ロールによって混練して得るのが一般的である。ま
た、必要に応じて組成物中に各種酸化防止剤、分散剤、
溶剤等を添加することが可能である。
Although various methods can be applied to the method for producing the conductive copper paste composition, after mixing the structural components,
It is generally obtained by kneading with three rolls. Further, if necessary, various antioxidants, dispersants, and
It is possible to add a solvent or the like.

【0013】[0013]

【実施例】以下に実施例及び比較例(従来例)を用いて
本発明を説明する。熱硬化性樹脂としてレゾール型フェ
ノール樹脂を用い、表1の配合割合に従って三本ロール
で混練して銅ペースト組成物を得た。紙基材フェノール
樹脂積層板(スルーホール穴径0.4mm)に、得られ
た銅ペーストをスクリーン印刷後、150℃で30分間
オーブンで硬化させた。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples and comparative examples (conventional examples). A resole type phenol resin was used as a thermosetting resin, and kneaded with a three-roll mill according to the mixing ratio shown in Table 1 to obtain a copper paste composition. The obtained copper paste was screen-printed on a paper-based phenolic resin laminate (through-hole hole diameter 0.4 mm) and then cured in an oven at 150 ° C. for 30 minutes.

【0014】この試験片についてスルーホール内のフク
レを測定した。更に、スルーホール導通抵抗値を測定
し、100℃、1000時間の加熱処理後もスルーホー
ル導通抵抗値を測定し、初期値からの導通抵抗の変化率
を求めた。これらの結果を表1に示す。 (スルーホール内のフクレ)硬化後において、スルーホ
ール100個所中何個所にフクレを生じるかを観察し
た。 (導通抵抗変化率)100℃で1000時間処理した。
初期の導通抵抗値と処理後の導通抵抗値とから以下の式
により変化率を求めた。 変化率=(初期の導通抵抗値−処理後の導通抵抗値)/
初期の導通抵抗値
The blisters in the through holes of this test piece were measured. Further, the through-hole conduction resistance value was measured, the through-hole conduction resistance value was measured even after the heat treatment at 100 ° C. for 1000 hours, and the rate of change of the conduction resistance from the initial value was obtained. Table 1 shows the results. (Blistering in Through Holes) After curing, it was observed how many blisters were produced in 100 through holes. (Rate of change in conduction resistance) Processing was performed at 100 ° C. for 1000 hours.
The rate of change was calculated from the initial conduction resistance value and the treated conduction resistance value by the following formula. Rate of change = (initial conduction resistance value−conduction resistance value after treatment) /
Initial conduction resistance value

【0015】[0015]

【表1】 アミン化合物1 H2N(CH22OH (1) アミン化合物2 HN((CH22OH)2 (2) アミン化合物3 N((CH22OH)3 (3) アミン化合物4 H2N(CH23OH (4) アミン化合物5 HN((CH23OH)2 (5) アミン化合物6 N((CH23OH)3 (6)[Table 1] Amine compound 1 H 2 N (CH 2 ) 2 OH (1) Amine compound 2 HN ((CH 2 ) 2 OH) 2 (2) Amine compound 3 N ((CH 2 ) 2 OH) 3 (3) Amine compound 4 H 2 N (CH 2 ) 3 OH (4) Amine compound 5 HN ((CH 2 ) 3 OH) 2 (5) Amine compound 6 N ((CH 2 ) 3 OH) 3 (6)

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明による銅ペースト組成物は、紙基
材フェノール樹脂基板やガラス基材エポキシ樹脂基板な
どのプリント回路基板に設けたスルーホール部分にスク
リーン印刷で埋め込み後、加熱・硬化することにより、
スルーホール部分の良好な導電性を与え、硬化過程でフ
クレを生じることがないため、スルーホール用銅ペース
トとして非常に有用である。
EFFECTS OF THE INVENTION The copper paste composition according to the present invention is embedded in a through hole provided on a printed circuit board such as a paper-based phenol resin substrate or a glass-based epoxy resin substrate by screen printing and then heated and cured. Due to
It is very useful as a copper paste for through holes because it gives good conductivity to the through holes and does not cause blistering during the curing process.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅粉末、熱硬化性樹脂、多価フェノール
モノマー、化学式1で示されるアミン及び溶剤からなる
導電性銅ペースト組成物。 Hn−N−((CH2p−OH)q (1) (n:0〜2、p:1〜6、q:3−n)
1. A conductive copper paste composition comprising copper powder, a thermosetting resin, a polyhydric phenol monomer, an amine represented by the chemical formula 1 and a solvent. H n -N - ((CH 2 ) p -OH) q (1) (n: 0~2, p: 1~6, q: 3-n)
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