JP3656932B2 - 導電性銅ペースト組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板におけるスルーホール部分の信頼性に優れた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あるいはガラス布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銅ペーストをスクリーン印刷で埋め込みした後、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、吸湿後においても熱的衝撃に伴うスルーホール部分の導電性不良を起こさない導電性銅ペースト組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紙基材フェノール樹脂基板あるいはガラス布基材エポキシ樹脂基板などのプリント回路基板のランド部にスルーホールを設け、そこに導電性銀ペーストをスクリーン印刷で埋め込み後、加熱硬化してプリント配線板を製造する方法が最近盛んになってきた。しかし、銀ペーストを使用した場合は特に最近ファインピッチ化してきたパターン回路においてマイグレーションの問題が多発している。また、銀は導電性には優れるものの高価な金属である。
【０００３】
このため、最近これに代わるものとして導電性銅ペーストが注目されてきた。ところが銅は酸化し易く、その酸化物は絶縁体であるために、銅の酸化を効果的におさえ、さらには還元作用を持つ物質を配合する必要がある。こ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６３−２８６４７７号公報などが知られている。しかし、銅ペーストの場合は銅粉同士が十分に接触しなければオーミックコンタクトが得られず銀ペーストの代替えには未だ至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、スルーホール用の銅ペーストとして特願平６−２０７８２４号、特願平６−２９５３８４号、特願平７−１６１２２４号、特願平７−１７７８２２号、特願平７−２２４４０１号等の明細書に記載されているようにスクリーン印刷で埋め込みした後、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、冷熱衝撃試験や半田ディップ試験など熱的衝撃に伴うスルーホール部分の導電性不良を起こさない銅ペーストを提供してきた。
【０００５】
この導電性を発現させるにはペースト中の銅粉と銅粉とをその周囲に存在するバインダー樹脂の収縮力で押しつけることが必要である。そのためにはバインダー樹脂の収縮量の程度によって銅粉とバインダー樹脂の配合量を最適化することが必要となる。また、この導電性を高めるためには、すなわち導通抵抗値を低くするためには銅粉の形状が重要な要素となる。
【０００６】
本発明では、銅粉同士が押しつけられる際に導通抵抗値を低く抑えるためにはその接触面積を大きくすれば良いことに着目し、銅粉の形状として平均粒子径が１μｍ以上２５μｍ以下であり、見掛密度が１．０〜４．０ｇ／ｃｍ3 であることが好ましいことを見いだした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は銅粉末に対し、レゾール型フェノール樹脂１０〜４０重量％を必須成分とし、その銅粉末が樹枝状形状であり以下の特性を持つことを特徴とする導電性銅ペースト組成物である。
（イ）平均粒子径 １〜２５μｍ
（ロ）見掛密度 １．０〜４．０ｇ／ｃｍ３
【０００８】
本発明に用いる銅粉末は樹枝状の電解銅粉であり、その平均粒子径は１〜２５μｍ、見掛密度が１．０〜４．０ｇ／ｃｍ3 である。平均粒子径が１μｍ未満では銅粉同士の接触点数が多くなるがこれと同時に接触面積は小さくなる。結果として導通抵抗値が高くなる。また、表面が酸化しやすく扱いも難しくなる。平均粒子径２５μｍを越えるとスクリーン印刷の目を通過できずに目詰まりの原因になりやすい。
【０００９】
また、見掛密度が１．０未満では樹枝状の枝葉が大きすぎて銅粉一粒に存在する隙間が多くなり、銅粉同士が押しつけられたときの接触面積が小さくなるので導通抵抗値が高くなる。また、見掛密度が４．０を越えると隙間は少なくなるが樹枝状の枝葉が小さくなる（即ち、球状に近づく）ため、やはり接触面積が小さくなり導通抵抗値が高くなる。
【００１０】
また、本発明で用いるバインダー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及びフェノール樹脂等が使用可能であるが、特にフェノールとホルムアルデヒドをアルカリ触媒下でメチロール化したいわゆるレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
【００１１】
また、バインダー樹脂の配合量は銅粉末に対し１０〜４０重量％が好ましい。さらに好ましくは２０〜３０重量％である。配合量が銅粉に対し１０重量％未満であるとバインド力が不足となり銅粉同士が充分押しつけられず、良好な導電性が発現しない。また、配合量の少ないことは信頼性の低下にもつながる。バインダー樹脂の配合量が銅粉末に対し４０重量％を越えると絶縁層が過剰となり銅粉同士の接触が少なくなる。このことにより初期導通抵抗が高くなり、実用上使用不可能となる。
【００１２】
本発明において溶剤を使用する場合、スクリーン印刷版の版乾きが抑えられ印刷後の乾燥のしやすさを兼ね合わせたものを選択しなければならない。次のようなグリコールエーテル類が好ましく、設備能力や使用条件にあわせて適宜選択される。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、およびこれらのエステル化類等が用いられるが、使用するバインダー樹脂の溶解性や乾燥条件によって適正な沸点、蒸気圧を持つものを選択することができ、二種以上の混合系も可能である。
【００１３】
導電性銅ペースト組成物の製造法としては各種の方法が適用可能であるが、構成成分を混合後、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、微細溶融シリカ、カップリング剤、消泡剤、レベリング剤等を添加することも可能である。
【００１４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を用いて本発明を説明する。
【００１５】
（実施例）
銅粉末として平均粒子径１〜２５μｍ、見掛密度１．０〜４．０ｇ／ｃｍ3 である電解銅粉を、バインダー樹脂としてレゾール型フェノール樹脂を、溶剤としてエチレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールモノプロピルエーテルの混合溶剤を用い、表１の配合割合に従って三本ロールで混練して導電性銅ペースト組成物を得た。
このようにして調製した銅ペーストを住友ベークライト(株)製紙基材フェノール樹脂基板 ＰＬＣ−２１４７ＲＨ（板厚１.６ｍｍ）に設けられた ０.５ｍｍφのスルーホールにスクリーン印刷法によって充填し、箱形熱風乾燥機によって１５０℃、３０分間で硬化させた。
この試験片のスルーホール１穴あたりの導通性能を抵抗値として測定して確認した。その後、吸湿半田耐熱試験、及び温度衝撃試験を行い、それぞれ初期の導通抵抗からの変化率を求めた。そして、この試験片のスルーホール内部を断面観察し銅ペーストにクラックや剥離が生じていないかを確認した。以上の結果を表１に示す。
【００１６】
（測定方法）
１．吸湿半田試験：４０℃９５％、９６時間吸湿処理したものを２６０℃半田槽に５秒間ディップする。これを２回行う。
２．温度衝撃試験：−６５℃、３０分←→１２５℃、３０分の温度衝撃試験を１０００サイクル繰り返す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
（比較例１）
用いた銅粉として平均粒子径５０μｍで見掛密度が１．０ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
（比較例２）
用いた銅粉として平均粒子径１０μｍで見掛密度が６．１ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
（比較例３）
用いた銅粉として平均粒子径１０μｍで見掛密度が０．３ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
（比較例４）
用いた銅粉として平均粒子径０．５μｍで見掛密度が２．８ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】
本発明における導電性銅ペースト組成物は、プリント回路基板におけるスルーホール部分の信頼性に優れた導電性銅ペースト組成物であり、更に詳しくは、紙基材フェノール樹脂基板あるいはガラス布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銅ペーストをスクリーン印刷で埋め込みした後、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、吸湿後の半田耐熱性や熱的衝撃に伴うスルーホール部分の導電性不良を起こさないため高信頼性の電気的接続が可能となる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板におけるスルーホール部分の信頼性に優れた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あるいはガラス布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銅ペーストをスクリーン印刷で埋め込みした後、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、吸湿後においても熱的衝撃に伴うスルーホール部分の導電性不良を起こさない導電性銅ペースト組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紙基材フェノール樹脂基板あるいはガラス布基材エポキシ樹脂基板などのプリント回路基板のランド部にスルーホールを設け、そこに導電性銀ペーストをスクリーン印刷で埋め込み後、加熱硬化してプリント配線板を製造する方法が最近盛んになってきた。しかし、銀ペーストを使用した場合は特に最近ファインピッチ化してきたパターン回路においてマイグレーションの問題が多発している。また、銀は導電性には優れるものの高価な金属である。
【０００３】
このため、最近これに代わるものとして導電性銅ペーストが注目されてきた。ところが銅は酸化し易く、その酸化物は絶縁体であるために、銅の酸化を効果的におさえ、さらには還元作用を持つ物質を配合する必要がある。こ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６３−２８６４７７号公報などが知られている。しかし、銅ペーストの場合は銅粉同士が十分に接触しなければオーミックコンタクトが得られず銀ペーストの代替えには未だ至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、スルーホール用の銅ペーストとして特願平６−２０７８２４号、特願平６−２９５３８４号、特願平７−１６１２２４号、特願平７−１７７８２２号、特願平７−２２４４０１号等の明細書に記載されているようにスクリーン印刷で埋め込みした後、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、冷熱衝撃試験や半田ディップ試験など熱的衝撃に伴うスルーホール部分の導電性不良を起こさない銅ペーストを提供してきた。
【０００５】
この導電性を発現させるにはペースト中の銅粉と銅粉とをその周囲に存在するバインダー樹脂の収縮力で押しつけることが必要である。そのためにはバインダー樹脂の収縮量の程度によって銅粉とバインダー樹脂の配合量を最適化することが必要となる。また、この導電性を高めるためには、すなわち導通抵抗値を低くするためには銅粉の形状が重要な要素となる。
【０００６】
本発明では、銅粉同士が押しつけられる際に導通抵抗値を低く抑えるためにはその接触面積を大きくすれば良いことに着目し、銅粉の形状として平均粒子径が１μｍ以上２５μｍ以下であり、見掛密度が１．０〜４．０ｇ／ｃｍ3 であることが好ましいことを見いだした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は銅粉末に対し、レゾール型フェノール樹脂１０〜４０重量％を必須成分とし、その銅粉末が樹枝状形状であり以下の特性を持つことを特徴とする導電性銅ペースト組成物である。
（イ）平均粒子径 １〜２５μｍ
（ロ）見掛密度 １．０〜４．０ｇ／ｃｍ３
【０００８】
本発明に用いる銅粉末は樹枝状の電解銅粉であり、その平均粒子径は１〜２５μｍ、見掛密度が１．０〜４．０ｇ／ｃｍ3 である。平均粒子径が１μｍ未満では銅粉同士の接触点数が多くなるがこれと同時に接触面積は小さくなる。結果として導通抵抗値が高くなる。また、表面が酸化しやすく扱いも難しくなる。平均粒子径２５μｍを越えるとスクリーン印刷の目を通過できずに目詰まりの原因になりやすい。
【０００９】
また、見掛密度が１．０未満では樹枝状の枝葉が大きすぎて銅粉一粒に存在する隙間が多くなり、銅粉同士が押しつけられたときの接触面積が小さくなるので導通抵抗値が高くなる。また、見掛密度が４．０を越えると隙間は少なくなるが樹枝状の枝葉が小さくなる（即ち、球状に近づく）ため、やはり接触面積が小さくなり導通抵抗値が高くなる。
【００１０】
また、本発明で用いるバインダー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及びフェノール樹脂等が使用可能であるが、特にフェノールとホルムアルデヒドをアルカリ触媒下でメチロール化したいわゆるレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
【００１１】
また、バインダー樹脂の配合量は銅粉末に対し１０〜４０重量％が好ましい。さらに好ましくは２０〜３０重量％である。配合量が銅粉に対し１０重量％未満であるとバインド力が不足となり銅粉同士が充分押しつけられず、良好な導電性が発現しない。また、配合量の少ないことは信頼性の低下にもつながる。バインダー樹脂の配合量が銅粉末に対し４０重量％を越えると絶縁層が過剰となり銅粉同士の接触が少なくなる。このことにより初期導通抵抗が高くなり、実用上使用不可能となる。
【００１２】
本発明において溶剤を使用する場合、スクリーン印刷版の版乾きが抑えられ印刷後の乾燥のしやすさを兼ね合わせたものを選択しなければならない。次のようなグリコールエーテル類が好ましく、設備能力や使用条件にあわせて適宜選択される。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、およびこれらのエステル化類等が用いられるが、使用するバインダー樹脂の溶解性や乾燥条件によって適正な沸点、蒸気圧を持つものを選択することができ、二種以上の混合系も可能である。
【００１３】
導電性銅ペースト組成物の製造法としては各種の方法が適用可能であるが、構成成分を混合後、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、微細溶融シリカ、カップリング剤、消泡剤、レベリング剤等を添加することも可能である。
【００１４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を用いて本発明を説明する。
【００１５】
（実施例）
銅粉末として平均粒子径１〜２５μｍ、見掛密度１．０〜４．０ｇ／ｃｍ3 である電解銅粉を、バインダー樹脂としてレゾール型フェノール樹脂を、溶剤としてエチレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールモノプロピルエーテルの混合溶剤を用い、表１の配合割合に従って三本ロールで混練して導電性銅ペースト組成物を得た。
このようにして調製した銅ペーストを住友ベークライト(株)製紙基材フェノール樹脂基板 ＰＬＣ−２１４７ＲＨ（板厚１.６ｍｍ）に設けられた ０.５ｍｍφのスルーホールにスクリーン印刷法によって充填し、箱形熱風乾燥機によって１５０℃、３０分間で硬化させた。
この試験片のスルーホール１穴あたりの導通性能を抵抗値として測定して確認した。その後、吸湿半田耐熱試験、及び温度衝撃試験を行い、それぞれ初期の導通抵抗からの変化率を求めた。そして、この試験片のスルーホール内部を断面観察し銅ペーストにクラックや剥離が生じていないかを確認した。以上の結果を表１に示す。
【００１６】
（測定方法）
１．吸湿半田試験：４０℃９５％、９６時間吸湿処理したものを２６０℃半田槽に５秒間ディップする。これを２回行う。
２．温度衝撃試験：−６５℃、３０分←→１２５℃、３０分の温度衝撃試験を１０００サイクル繰り返す。
【００１７】
【表１】
（比較例１）
用いた銅粉として平均粒子径５０μｍで見掛密度が１．０ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
（比較例２）
用いた銅粉として平均粒子径１０μｍで見掛密度が６．１ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
（比較例３）
用いた銅粉として平均粒子径１０μｍで見掛密度が０．３ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
（比較例４）
用いた銅粉として平均粒子径０．５μｍで見掛密度が２．８ｇ／ｃｍ3 の電解銅粉を用いた以外は実施例と同様にして表２の配合銅ペースト組成物を得、実施例と同様に評価した。
【００１９】
【表２】
【発明の効果】
本発明における導電性銅ペースト組成物は、プリント回路基板におけるスルーホール部分の信頼性に優れた導電性銅ペースト組成物であり、更に詳しくは、紙基材フェノール樹脂基板あるいはガラス布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銅ペーストをスクリーン印刷で埋め込みした後、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、吸湿後の半田耐熱性や熱的衝撃に伴うスルーホール部分の導電性不良を起こさないため高信頼性の電気的接続が可能となる。
Claims (1)
- 銅粉末に対し、レゾール型フェノール樹脂１０〜４０重量％を必須成分とし、その銅粉末が樹枝状形状であり以下の特性を有することを特徴とする導電性銅ペースト組成物。
（イ）平均粒子径 １〜２５μｍ
（ロ）見掛密度 １．０〜４．０ｇ／ｃｍ３
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP01416497A JP3656932B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 導電性銅ペースト組成物 |
| EP98101003A EP0855720A3 (en) | 1997-01-28 | 1998-01-21 | Electroconductive copper paste composition |
| TW87100874A TW401579B (en) | 1997-01-28 | 1998-01-22 | Electroconductive copper paste composition |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01416497A JP3656932B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 導電性銅ペースト組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10208547A JPH10208547A (ja) | 1998-08-07 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01416497A Expired - Fee Related JP3656932B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 導電性銅ペースト組成物 |
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1997
- 1997-01-28 JP JP01416497A patent/JP3656932B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10208547A (ja) | 1998-08-07 |
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