JPH1145616A

JPH1145616A - 導電性フィラー、導電性ペーストおよび回路体の形成方法

Info

Publication number: JPH1145616A
Application number: JP9338693A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Akiba; 義信秋葉; Tatsuya Kato; 達也加藤; Hitoshi Ushijima; 均牛島
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-02-16
Also published as: EP0886461A1; DE69811780D1; DE69811780T2; US6054175A; EP0886461B1

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な電気的・電磁的効果をマトリックスに
付与できる優れた導電性フィラー、及びそのようなフィ
ラーを有する導電性ペーストを提供する。【解決手段】表面に低融点金属層を有する導電性フィ
ラー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性ペースト、
導電性プラスチック等に用いられる導電性フィラー、及
び回路体の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性フィラーは、金属粉、炭素粉、金
属繊維、炭素繊維、金属フレーク、金属化ガラスビーズ
あるいは金属化ガラス繊維などからなり、プラスチック
等の絶縁性あるいは高電気抵抗を有するマトリックスに
添加され、それらの電気的・電磁的性質を改良するため
に広く使われている。導電性フィラーはこれらマトリッ
クスに添加され、マトリックス内部でフィラー同士が接
触し、この接触により導電性が付与される。しかしなが
ら、フィラー同士の接触は殆どの場合、点接触であるた
め、接触抵抗が高く導電性向上の妨げとなっている。ま
た、これら導電性フィラー同士の接合は樹脂バインダー
の凝縮力により得られるものであり、そのため、温度変
化により電気抵抗値の変化が大きいことが懸念される。
これら問題点を解決する目的で、特開昭６３−１８６９
１号公報にははんだからなるフィラーを使用する技術
が、あるいは、特開平３−４８４８５号公報には銅ペー
ストとはんだペーストとを混合し、硬化処理後、再度熱
処理を行って表面のみ導電性を高める技術が、それぞれ
提案されている。しかしながらこれら技術では、２回の
熱処理が必要であったり、効果が充分でなく、良好な導
電性をマトリックスに付与することは事実上できなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に係る欠点を解決する、すなわち、良好な電気的・電
磁的効果をマトリックスに付与できる優れた導電性フィ
ラー、及びそのようなフィラーを有する導電性ペース
ト、並びに、優れた回路体の形成方法を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の導電性フィラー
は、請求項１に記載の通り、表面に低融点金属層を有す
る構成を有する。本発明の導電性ペーストは、請求項３
に記載の通り、表面に低融点金属層を有する導電性フィ
ラーを含有する構成を有する。また、本発明の導電性ペ
ーストは、請求項５に記載の通り、低融点金属と導電性
フィラーとを含有する構成を有する。本発明の回路体の
形成方法は、請求項６に記載の通り、表面に低融点金属
層を有する導電性フィラーを含有してなる導電性ペース
トを用いる構成を有する。また、本発明の回路体の形成
方法は、請求項７に記載の通り、低融点金属と導電性フ
ィラーとを含有してなる導電性ペーストを用いる構成を
有する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明において、低融点金属と
は、マトリックスと混合された後、加工に用いられる際
に、そのマトリックスの成形、硬化あるいは乾燥時の温
度に溶融あるいは半溶融する金属を指し、また、ここで
云う金属は合金も含む。従って通常常温以下の融点を有
するもの、ないし、マトリックスとの通常の混合作業中
に溶融してしまうものは、特殊な環境下で取り扱う必要
があり、特殊な用途向けなど以外では好ましくない。本
発明において、低融点金属層が導電性フィラー全表面を
覆うものであると、電気的接続がより容易に得られるの
で好ましい。

【０００６】本発明において用いられる導電性フィラー
は現在知られている導電性フィラーから、使用条件、加
工条件等を勘案して選択して用いることができる。すな
わち、金属粉、炭素粉、金属繊維、炭素繊維、鱗片状金
属、金属化ガラスビーズあるいは金属化ガラス繊維など
が挙げられ、例えば金属メッキ炭素繊維や金属メッキセ
ラミック繊維など、導電性が付与された無機繊維・有機
繊維なども好適に用いることができる。このうち、長さ
が１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の、アスペ
クト比が２以上の繊維状、樹枝状、鱗片状のフィラーが
特に好ましい。なお、金属フィラーを用いる場合には銀
製、銅製、あるいは銀メッキされた銅製フィラーが好ま
しい。なお、金属フィラーを用いるときにははんだ用フ
ラックスを添加するか、はんだ用フラックスであらかじ
め処理した金属フィラーを用いることもできる。

【０００７】フィラー表面に低融点金属層を配する場合
には、電気メッキ法、無電解メッキ法等の非加熱メッキ
を用いれば加熱が不要となる。また、溶融メッキ法を用
いることにより比較的低コストで低融点金属層を配する
ことができる。また、スパッタリング法などの減圧下で
の薄膜形成関連技術を応用してフィラー表面に低融点金
属層を配することもできる。

【０００８】スパッタリング法は高純度のアルゴン、水
素などのガスの低圧下で、２つの電極間に直流あるいは
交流の適当な電圧を加えるときに生じるグロー放電時
に、陰極から金属原子が飛び出して周囲に付着する現象
を利用するものである。この方法は他の方法とは異なり
乾式であるため、設備の規模が湿式法（メッキ等）と比
較して小さくて済み、製造工程数が少なく、また処理時
間が短く効率的であり、また、廃液処理を行う必要がな
くそのための設備が不要である。なお、スパッタリング
法による成層法のうち、特に直流バイアス法によること
が望ましい。すなわち直流バイアス法によれば、イオン
衝撃による活性化が顕著で、形成された金属層は緻密で
密着性が極めて良好である。さらに堆積原子の再配列効
果により膜の配向性制御が可能となる。

【０００９】なお、本発明の効果はフィラー全表面に低
融点金属層を施すことにより確実なものとなる。従っ
て、短繊維状導電性フィラーを用いてメッキ処理を行う
場合、長繊維のフィラーにメッキを行ってから切断する
よりも、あらかじめ切断された短繊維状のものにメッキ
処理を行うことが望ましい。本発明において、導電性ペ
ーストとする際に用いるマトリックスは、通常の導電性
ペーストに用いるものすべてが使用可能である。マトリ
ックスを構成するベース樹脂としては、熱可塑性樹脂、
熱硬化性樹脂及びその混合物が使用でき、これらに用材
を添加して加工性・取扱性を向上させてもよい。また、
酸化防止剤、分散材、チキソ性向上剤、レベリング剤、
消泡剤等各種改質剤の添加による諸性能の向上は、本発
明の効果を妨げない限り必要に応じて行うことができ
る。

【００１０】ここで本発明の表面に低融点金属層を有す
る導電性フィラーを用いて導電性体を構成したときのそ
の作用についてモデル図を用いて説明する。図１はマト
リックス中の従来技術に係る導電性フィラー（ここでは
短繊維状導電性フィラーを用いている）の分布状態をイ
メージ的に示した図である。このマトリックスの導電性
はこれら導電性フィラー同士の接触により発現するが、
これらフィラー同士の接触は点接触であり、その接触抵
抗は大きい。図２には本発明の導電性フィラーを用いた
場合のフィラー同士の接触の様子を示したモデル図であ
る。表面に低融点金属層を有するフィラーを用いた場合
にはこの図に示されたようにフィラー同士の接触が点接
触ではなく面による接合となり、かつこの接合が金属に
よるものであるため、電気抵抗も小さいものとなる。し
かも、この接合はその金属が半溶融ないし溶融する温度
未満では安定であり、そのため温度の影響をほとんど受
けることがない。さらにフィラー表面全体に低融点金属
層を配したフィラーでは、フィラー同士が接触している
箇所ではすべて面による接触が得られるため、効果が高
く、かつ、確実なものとなる。

【００１１】一方、低融点金属と導電性フィラーとを含
有する本発明の導電性ペーストを用いて導電部を形成す
れば、表面のフィラー同士はもちろん、内部のフィラー
まで電気的に接続するため、従来の技術とは異なり、き
わめて良好な導電性を得ることができる。本発明の導電
性ペーストの樹脂バインダーとしては、一般に用いられ
る樹脂を用いることができる。このうち、エポキシ樹脂
或いはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であると、硬
化前は取扱性が良好であり、その後の熱処理時に硬化さ
せることができる。

【００１２】本発明の回路体の形成方法は、上記の導電
性ペースト、すなわち、表面に低融点金属層を有する導
電性フィラーを含む導電性ペースト、或いは、低融点金
属と導電性フィラーとを含む導電性ペーストを用いて行
うことができる。すなわち回路体を形成したい箇所に上
記導電性ペーストを塗布し、その後、これら導電ペース
トに含まれる低融点金属が溶融ないし半溶融する温度で
熱処理を行うことにより良好な回路体を形成することが
できる。このように形成された回路体はフィラー同時が
確実に電気的に接続されているため、熱変化によるベー
ス樹脂の膨張収縮による影響を受けない、熱的に安定な
回路体を得ることができる。ここで、導電性ペーストの
塗布方法の例についてモデル図を用いて説明する。

【００１３】例えば図３に示したようにスクリーン印刷
法を用いてエポキシガラスなどの樹脂絶縁体の平面に導
電性ペーストを塗布する方法、また、その応用として、
同様に板状の樹脂絶縁体の上に導電性ペーストをスクリ
ーン印刷法により塗布し、この樹脂絶縁体を真空成型法
により立体形状に仕上げる方法（図４参照）などが採用
できる。また、図５に示すように吐出装置を用いて立体
形状になっている樹脂絶縁体の表面に導電性ペーストを
塗布する方法も可能である。このように導電性ペースト
を塗布した後熱処理を行って回路体を形成することがで
きる。このときの熱処理は、熱風乾燥、近赤外線ないし
遠赤外線による乾燥、高周波誘導加熱或いはマイクロ波
による加熱による乾燥などによって行うことができる。
このうち特に近赤外線、高周波ないしマイクロ波による
加熱は周囲の樹脂絶縁体（基板等）に悪影響を与えるこ
となく行うことができるため好ましい。

【００１４】

【実施例】

［実施例１］（表面に低融点金属層を有する導電性フィ
ラー）銅粉（福田金属箔粉工業製ＦＣＣ−２Ｐ−９９）表面全
体に下記条件によってスパッタリング法（直流バイアス
法）により鉛−錫−ビスマス層を施した。なお、スパッ
タリング処理時に被処理物に振動を与え、これら表面に
均一に生成層が形成されるようにした。また、本実施例
では液相線が１６３℃で、かつ固相線が１４３℃である
ターゲット物質（鉛４３重量％、錫４３重量％、ビスマ
ス１４重量％）を用いたが、この組成を変化させること
により相変態温度を自由に変化させることができる。た
とえば三元合金の組成を鉛４０重量％、錫３０重量％、
ビスマス３０重量％とすることにって液相線を１４０℃
とすることができる。

【００１５】（スパッタリング条件）雰囲気圧力：２．０Ｐａスパッタ電圧：１０ｋＶ処理時間：１２００秒生成層厚さ：０．１２μｍ

【００１６】このようにスパッタリングを行って得たメ
ッキ銅粉をフィラーとして用い、表１に示したような重
量配合比でマトリックス樹脂成分と混合し、ロール式混
練機で混練し、本発明の導電性ペースト（実施例１）を
得た。また、比較のため同様に、ただしスパッタリング
を施さない銅粉（福田金属箔粉工業製ＦＣＣ−２Ｐ−９
９）を用いて比較例１の導電性ペーストを得た。これら
導電性ペーストを１５０℃の温度で１時間熱処理して導
電体を得て、これらについて四端子法で電気抵抗率を測
定した。その結果を表１に併記した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１により、本発明のペーストからなる導
電体の電気抵抗は従来の銅粉を用いた比較例より、低い
電気抵抗率を示すことが判る。次にこれら導電体の電気
抵抗率への温度の影響を四端子法にて調べた。恒温槽内
で検討し、その結果を２５℃の電気抵抗をそれぞれ１と
したときの変化率を電気抵抗変化率として図６に示し
た。

【００１９】図６により、本発明の導電性ペーストから
なる導電体の電気抵抗変化率がきわめて低く、優れたも
のであることが判る。なお、従来の技術では、はんだと
フィラーがマトリックス内部で分離して実質的に効果が
なかったが、上記実施例の導電体の内部を顕微鏡により
観察したところ、フィラーからの鉛−錫−ビスマス層の
乖離は認められなかった。

【００２０】なお、上記２種の導電性ペーストを同じ条
件になるように図５にモデル的に示した吐出装置を用い
てそれぞれガラスエポキシ基板上に線状に塗布し、これ
を１５０℃・１時間の熱風乾燥機による加熱処理を行っ
て、２種の回路体を形成した。これら回路体に０．２Ａ
ステップで電流を増加させて流したときの回路体の温度
を測定した。結果を図７に示す。図７より本発明に係る
導電性ペーストを用いて形成した回路体、すなわち、本
発明の回路体の形成方法による回路体は大電流を流した
ときにも温度上昇の極めて少ない優れた回路体であるこ
とが判る。

【００２１】次いで回路体の導電安定性を評価した。１
２０℃の雰囲気温度で保ち、その後の回路体の電気抵抗
率を測定した。結果を図８に示す。なお、電気抵抗率は
四端子法により測定したものである（以下同じ）。図８
より、本発明に係る導電性ペーストを用いてなる回路体
の電気抵抗率は長時間の高温環境への暴露によっても低
い値を維持されることが判る。

【００２２】さらに、回路体の電気抵抗温度依存性につ
いて評価を行った。すなわち、雰囲気温度を変化させ、
そのときの回路体抵抗値変化を調べ、初期抵抗値との変
化の割合を算出した。結果を図９に示す。図９より本発
明に係る導電性ペーストを用いて形成した回路体の電気
抵抗値は、−５０℃以上１２０℃付近以下の広い温度範
囲で極めて少ないことが判る。

【００２３】［実施例２］（低融点金属と導電性フィラ
ーとを含有する導電性ペースト）鉛４３％−錫４３％−ビスマス１４％からなる三元合金
（平均粒径２０ｍｍ、液相線１６４℃、固相線１４３
℃）及び銅粉（福田金属箔粉工業製ＦＣＣ−２Ｐ−９
９、平均粒径１０μｍ）とをフィラーとして用い、表２
に示したような重量配合比でマトリックス樹脂成分と混
合し、ロール式混練機で混練し、本発明の導電性ペース
ト（実施例２）を得た。また、比較のため同様に、ただ
しスパッタリングを施さない銅粉（福田金属箔粉工業製
ＦＣＣ−２Ｐ−９９）を用いて比較例２の導電性ペース
トを得た。これら導電性ペーストを１５０℃の温度で１
時間熱処理して導電体を得て、これらについて四端子法
で電気抵抗率を測定した。その結果を表２に併記した。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２により、本発明のペーストからなる導
電体の電気抵抗は従来の銅粉を用いた比較例より、低い
電気抵抗率を示すことが判る。なお、この本発明のペー
ストからなる導電体の内部を調べたところ、内部のフィ
ラーも導電体表面のフィラーと同様低融点金属によって
フィラー同士が接合していることが確認された。本発明
の低融点金属と導電性フィラーとを含有する導電性ペー
ストは、特開昭６３−１８６９１に記載された技術と比
較すると、熱処理が１回で済むため簡便であり、さら
に、導電体を形成した場合、フィラー同士がその表面の
みならず内部でも接合することができると云う効果を有
する。

【００２６】

【発明の効果】表面に低融点金属層を有する導電性フィ
ラーは、通常の導電性フィラーと同様の取り扱いが可能
でありながら、従来の導電性フィラーを用いた場合より
高導電率が得られ、かつ、使用環境の温度が変化しても
電気抵抗変化がきわめて少ない。一方、低融点金属と導
電性フィラーとを含有する導電性ペーストは、熱処理が
１回で済み、さらに導電体を形成した場合、フィラー同
士が表面のみならず内部でも接合することができるた
め、高い導電性を有する導電体が得られる導電性ペース
トである。また、本発明の回路体の形成方法によれば極
めて容易に優れた回路体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マトリックス中の従来の導電性フィラーの分布
状態をイメージ的に示した図である。

【図２】表面に低融点金属層を有するフィラーを用いた
場合のフィラー同士の接触の様子を示したモデル図であ
る。

【図３】本発明の回路体の形成方法の一例（平面形状へ
の応用、スクリーン印刷法）をモデル的に示す図であ
る。

【図４】本発明の回路体の形成方法の一例（立体形状へ
の応用、スクリーン印刷法）をモデル的に示す図であ
る。

【図５】本発明の回路体の形成方法の一例（立体形状へ
の応用の他の例、吐出装置を用いる例）をモデル的に示
す図である。

【図６】実施例１の導電体及び比較例１の導電体の電気
抵抗変化率を示す図である。

【図７】本発明の回路体の形成方法に係る実施例の回路
体と比較例の回路体の通電による発熱状態を示すグラフ
である。

【図８】本発明の回路体の形成方法に係る実施例の回路
体と比較例の回路体の導電安定性を示すグラフである。

【図９】本発明の回路体の形成方法に係る実施例の回路
体と比較例の回路体の抵抗値温度依存性を示すグラフで
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に低融点金属層を有することを特徴
とする導電性フィラー。
【請求項２】上記低融点金属層が導電性フィラー全表
面を覆うものであることを特徴とする請求項１に記載の
導電性フィラー。
【請求項３】表面に低融点金属層を有する導電性フィ
ラーを含有することを特徴とする導電性ペースト。
【請求項４】上記低融点金属層が導電性フィラー全表
面を覆うものであることを特徴とする請求項３に記載の
導電性ペースト。
【請求項５】低融点金属と導電性フィラーとを含有す
ることを特徴とする導電性ペースト。
【請求項６】表面に低融点金属層を有する導電性フィ
ラーを含有してなる導電性ペーストを用いることを特徴
とする回路体の形成方法。
【請求項７】低融点金属と導電性フィラーとを含有し
てなる導電性ペーストを用いることを特徴とする回路体
の形成方法。