JP2002008443A - 熱硬化型低抵抗導電ペースト - Google Patents

熱硬化型低抵抗導電ペースト

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JP2002008443A
JP2002008443A JP2000191692A JP2000191692A JP2002008443A JP 2002008443 A JP2002008443 A JP 2002008443A JP 2000191692 A JP2000191692 A JP 2000191692A JP 2000191692 A JP2000191692 A JP 2000191692A JP 2002008443 A JP2002008443 A JP 2002008443A
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powder
metal
conductive paste
resistance conductive
resin
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JP2000191692A
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English (en)
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Shigeyasu Naruse
重靖 成瀬
Michihiko Nishijima
道彦 西島
Koichi Sayama
公一 佐山
Atsuki Miyauchi
淳樹 宮内
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TOKURIKI KAGAKU KENKYUSHO KK
Tokuriki Honten Co Ltd
Original Assignee
TOKURIKI KAGAKU KENKYUSHO KK
Tokuriki Honten Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の導電ペースト材料は、導電材料として
の金属粉体同志の接触状態が固体接触、すなわちオーミ
ックな接触であるために、塗布後の導電率は、その金属
粉体の元となる金属が本来有する導電率に比べ、数段低
いものとなるという問題があった。また、ペースト材料
の基材として樹脂を用いているために塗布後の半田耐熱
性に問題があった。 【解決手段】 常温で液体状態のGa系液体金属と、表
面に拡散防止用の被膜を形成した骨材粉体を混合して混
合材とし、この混合材を加温することによって、骨材粉
体とGa系液体金属とを拡散・固化させることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基盤材料等の部品
の接合に用いる熱硬化型低抵抗導電ペーストに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、導電ペーストとして用いられてい
る材料は、導電材料としての金属粉体と被塗布材料上に
固定するための樹脂と樹脂溶剤との混合物からなってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような導電ペース
ト材料は、導電材料としての金属粉体同志の接触状態が
固体接触、すなわちオーミックな接触であるために、塗
布後の導電率は、その金属粉体の元となる金属が本来有
する導電率に比べ、数段低いものとなるという問題があ
った。
【0004】そのために、従来導電ペースト材料は、上
記の如く導電率が低いために所定の導電性を得るために
は塗布量をふやさなければならないという問題がある。
また、ペースト材料の基材として樹脂を用いているため
に塗布後の半田耐熱性に問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、表面に
拡散防止用の被膜を形成した金属粉もしくは非金属コア
を有した金属粉の単体もしくは混合粉による骨材粉体と
してその骨材粉体と、常温で液体状態のGa系液体金属
とを混合して混合材をつくり、この混合材を加熱するこ
とによって、金属粉とGa系液体金属とを拡散・固化さ
せたことにより導電ペーストとしたものである。
【0006】ペーストは、その保管時の金属粉もしくは
非金属コアを有した金属粉と常温で液体状態のGa系液
体金属との直接接触による拡散反応を防止するため、つ
まり可使時間を長くするためにそれら粉体の表面に、ロ
ジン樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂等の熱可塑
性を有する樹脂あるいはパラフィンに代表されるろう
類、ラウリン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸等の熱融
解性有機化合物からなる被膜を設けた。
【0007】また、常温で液体状態のGa系液体金属
は、In−Ga、Sn−Ga、Ag−Ga、In−Sn
−Ga等の組成を有したもので、フッソ樹脂、シリコン
樹脂等を除くほとんどの固形物質に対して親和性を示
す。なお、非金属コアを有した金属粉のコア部は、アル
ミナ、マグネシア等の金属酸化物、炭素または炭素化合
物、ガラス、セラミックス、合成樹脂の少なくとも1種
を有したものからなり、このコア外周部を占める金属の
外周には、金属粉と同様に拡散反応を防止するための被
膜を有している。
【0008】本発明の導電ペーストは、所定の基板に塗
布後、熱を加えることにより、金属粉もしくは非金属コ
アを有した金属粉の被膜が破壊もしくは融解し、Ga液
体金属と直接接触することにより、拡散反応がおこり、
融合固化する。本発明の導電ペーストの導電性は、粉体
の金属とGa液体金属の組成を選定することにより得ら
れるものであり、従来のように金属粉同志のオーミック
な接触による導電性に比べ、数段高い導電性を示す。
【0009】また、本発明は、金属粉組成、Ga液体金
属の組成を選定することにより、作業性のよい加熱温度
を設定することができ、非金属コアを有した金属粉の混
合比を選定することにより、自由な導電性と基板との整
合性を設計できるペースト材料となる。
【0010】
【発明の実施の形態】第1実施の形態例 平均粒径2μmの95%Ag−5%Cu粉50gと、最
大粒径40μm以下のAg被膜ガラスビーズ20gを濃
度5%のステアリン酸を用いて、粉体表面にステアリン
酸をコーティングして混合粉の骨材粉体とした。
【0011】つぎに、63%Ga−12%Sn−25%
Inの液体合金(融点15℃)30gを機械的に練和し
た後、イソプロピールアルコールで希釈してペーストと
した。このペーストをガラスエポキシ基板上に所定の寸
法で塗布後、90℃に加熱して硬化させ、その抵抗を測
定した。
【0012】第2実施の形態例 Ag粉体表面にラウリン酸をコーティングした平均粒径
2μmの金属粉を重量比1に対し、ラウリン酸をコーテ
ィングした最大粒径40μm以下のAg被膜ガラスピー
スを重量比0.4、63%Ga−12%Sn−25%I
nの液体合金を重量比0.6の割合で機械的に練和した
後、イソプロピールアルコールで希釈してペーストとし
た。
【0013】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、120℃に加熱して硬化させ、その
抵抗を測定した。 第3実施の形態例 72%Ag−28%Cu粉体表面にロジン樹脂をコーテ
ィングした平均粒径2μmの金属粉を重量比1に対し、
ロジン樹脂をコーティングした最大粒径40μm以下の
Ag被膜炭素粉を重量比0.4、75%Ga−25%I
nの液体合金を重量比0.6の割合で機械的に練和した
後、イソプロピールアルコールで希釈してペーストとし
た。
【0014】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、180℃に加熱して硬化させ、その
抵抗を測定した。 第4実施の形態例 50%Ag−50%Cu粉体表面にベンゾトリアゾール
樹脂をコーティングした平均粒径2μmの金属粉を重量
比1に対し、ベンゾトリアゾール樹脂をコーティングし
た最大粒径40μm以下のAg被膜炭素粉を重量比0.
4、75%Ga−25%Inの液体合金を重量比0.6
の割合で機械的に練和した後、イソプロピールアルコー
ルで希釈してペーストとした。
【0015】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、160℃に加熱して硬化させ、その
抵抗を測定した。 第5実施の形態例 98%Ag−2%Sn粉体表面にカプロン酸をコーティ
ングした平均粒径2μmの金属粉を重量比1に対し、カ
プロン酸をコーティングした最大粒径40μm以下のA
g被膜アルミナ粉を重量比0.4、86%Ga−14%
Snの液体合金を重量比0.6の割合で機械的に練和し
た後、イソプロピールアルコールで希釈してペーストと
した。
【0016】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、95℃に加熱して硬化させ、その抵
抗を測定した。 第6実施の形態例 98%Ag−2%Zn粉体表面にカプリル酸をコーティ
ングした平均粒径2μmの金属粉を重量比1に対し、カ
プリル酸をコーティングした最大粒径40μm以下のA
g被膜アルミナ粉を重量比0.4、86%Ga−14%
Snの液体合金を重量比0.6の割合で機械的に練和し
た後、イソプロピールアルコールで希釈してペーストと
した。
【0017】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、110℃に加熱して硬化させ、その
抵抗を測定した。 第7実施の形態例 95%Ag−3%Cu−2%Sn粉体表面にパラフィン
をコーティングした平均粒径2μmの金属粉を重量比1
に対し、パラフィンをコーティングした最大粒径40μ
m以下のAg被膜アルミナ粉を重量比0.4、96%G
a−4%Agの液体合金を重量比0.6の割合で機械的
に練和した後、イソプロピールアルコールで希釈してペ
ーストとした。
【0018】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、150℃に加熱して硬化させ、その
抵抗を測定した。比較の従来例として、Agからなる平
均粒径2μmの金属粉を重量比1に対し、エポキシ樹脂
を重量比0.2、硬化剤を重量比0.1にて混合し、上
記各実施の形態例と同寸法で塗布後、150℃にて加熱
処理後その抵抗値を測定した。
【0019】第8実施の形態例 平均粒度2μmの95%Ag−5%Cu粉50gと濃度
5%のステアリン酸を用いて粉体表面にステアリン酸を
コーティングした。つぎに、組成63%Ga−12%S
n−25%Inの液体合金(融点15℃)20gを機械
的に練和した後、イソプロピールアルコールで希釈して
ペーストとした。
【0020】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、90℃に加熱して硬化させ、その抵
抗を測定した。 第9実施の形態例 平均粒度2μmの72%Ag−28%Cu粉50gと濃
度5%のロジン樹脂を用いて粉体表面にロジン樹脂をコ
ーティングした。
【0021】つぎに、この金属粉を重量比1に対し、組
成75%Ga−25%Inの液体合金を重量比0.4の
割合で機械的に練和した後、イソプロピールアルコール
で希釈してペーストとした。このペーストをガラスエポ
キシ基板上に所定の寸法で塗布後、180℃に加熱して
硬化させ、その抵抗を測定した。
【0022】第10実施の形態例 平均粒度2μmの98%Ag−2%Sn粉50gと濃度
5%のカプロン酸を用いて粉体表面にカプロン酸をコー
ティングした。つぎに、この金属粉を重量比1に対し、
組成86%Ga−14%Snの液体合金を重量比0.4
の割合で機械的に練和した後、イソプロピールアルコー
ルで希釈してペーストとした。
【0023】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、95℃に加熱して硬化させ、その抵
抗を測定した。 第11実施の形態例 最大粒径40μm以下のAg被覆ガラス粉50gと濃度
5%のラウリン酸を用いて粉体表面にラウリン酸をコー
ティングした。
【0024】つぎに、組成63%Ga−12%Sn−2
5%Inの液体合金(融点15℃)20gを機械的に練
和した後、イソプロピールアルコールで希釈してペース
トとした。このペーストをガラスエポキシ基板上に所定
の寸法で塗布後、120℃に加熱して硬化させ、その抵
抗を測定した。
【0025】第12実施の形態例 最大粒径40μm以下のAg被覆炭素粉50gと濃度5
%のベンゾトリアゾール樹脂を用いて粉体表面にベンゾ
トリアゾール樹脂をコーティングした。つぎに、この金
属粉を重量比1に対し、組成75%Ga−25%Inの
液体合金を重量比0.4の割合で機械的に練和した後、
イソプロピールアルコールで希釈してペーストとした。
【0026】このペーストをガラスエポキシ基板上に所
定の寸法で塗布後、160℃に加熱して硬化させ、その
抵抗を測定した。 第13実施の形態例 最大粒径40μm以下のAg被覆アルミナ粉50gと濃
度5%のカプリル酸を用いて粉体表面にカプリル酸をコ
ーティングした。
【0027】つぎに、この金属粉を重量比1に対し、組
成86%Ga−14%Snの液体合金を重量比0.4の
割合で機械的に練和した後、イソプロピールアルコール
で希釈してペーストとした。このペーストをガラスエポ
キシ基板上に所定の寸法で塗布後、110℃に加熱して
硬化させ、その抵抗を測定した。
【0028】以上の各実施の形態例と比較する従来例と
して、Agからなる平均粒度2μmの金属粉を重量比1
に対し、エポキシ樹脂を重量比0.2の割合で混合し、
各実施の形態例と同寸法で塗布後、150℃にて加熱処
理後、抵抗を測定した。これらについて、電気抵抗を測
定後、半田耐熱性、可使時間についても比較してその結
果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によると、本
発明のペースト材料は、可使時間が長く、しかも従来例
のように樹脂溶剤を含有していないために、加熱硬化時
の樹脂溶剤に起因する発泡もなく、作業性に優れるとい
う効果がある。しかも、非常に安定した低抵抗な導電性
を示す優れたペースト材料となる。
【0031】これらの効果の結果、多種の基板材料、加
熱処理条件等に対して柔軟な設計が可能で、しかも低抵
抗な導電性を提供することができることになる。
フロントページの続き (72)発明者 西島 道彦 東京都千代田区鍛冶町二丁目9番12号 株 式会社徳力本店内 (72)発明者 佐山 公一 東京都千代田区鍛冶町2−9−12 株式会 社徳力化学研究所内 (72)発明者 宮内 淳樹 東京都千代田区鍛冶町2−9−12 株式会 社徳力化学研究所内 Fターム(参考) 5G301 DA02 DA03 DA06 DA13 DA15 DA29 DA42 DD01 DE01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 常温で液体状態のGa系液体金属と、表
    面に拡散防止用の被膜を形成した骨材粉体を混合して混
    合材とし、この混合材を加温することによって、骨材粉
    体とGa系液体金属とを拡散・固化させることを特徴と
    する熱硬化型低抵抗導電ペースト。
  2. 【請求項2】 請求項1において、骨材粉体の表面に形
    成する拡散防止用の被膜を、ロジン樹脂、アクリル樹
    脂、塩化ビニール樹脂等の熱可塑性を有する天然および
    合成樹脂あるいはパラフィンに代表されるろう類、ラウ
    リン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸の有機化合物とし
    たことを特徴とする熱硬化型低抵抗導電ペースト。
  3. 【請求項3】 請求項1において、Ga系液体金属とし
    て、In1〜25%,残部Ga、Sn1〜15%,残部
    Ga、Ag1〜8%,残部GaもしくはIn1〜45
    %,Sn13.6〜30%,残部Gaの組成範囲のいず
    れか1種としたことを特徴とする熱硬化型低抵抗導電ペ
    ースト。
  4. 【請求項4】 請求項1において、骨材粉体を、金属粉
    としたことを特徴とする熱硬化型低抵抗導電ペースト。
  5. 【請求項5】 請求項1において、骨材粉体を、コア材
    料の外周に金属層を形成した非金属コア複合粉としたこ
    とを特徴とする熱硬化型低抵抗導電ペースト。
  6. 【請求項6】 請求項1において、骨材粉体を、金属粉
    と、外周に金属層を形成した非金属コア複合粉の混合粉
    とし、その割合を重量比で金属粉5〜60%、非金属コ
    ア複合粉40〜95%としたことを特徴とする熱硬化型
    低抵抗導電ペースト。
  7. 【請求項7】 請求項4および請求項6において、金属
    粉を、Ag、Ag合金の少なくとも1種としたことを特
    徴とする熱硬化型低抵抗導電ペースト。
  8. 【請求項8】 請求項5もしくは請求項6において、非
    金属コア複合粉のコア材料をアルミナ、マグネシア等の
    金属酸化物、炭素または炭素化合物、ガラス、セラミッ
    クス、合成樹脂の少なくとも1種としたことを特徴とす
    る熱硬化型低抵抗導電ペースト。
  9. 【請求項9】 請求項1において、骨材粉体の表面に形
    成する拡散防止用の被膜を、ロジン樹脂、アクリル樹
    脂、塩化ビニール樹脂等の熱可塑性を有する天然および
    合成樹脂あるいはパラフィンに代表されるろう類、ラウ
    リン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸の有機化合物とし
    たことを特徴とする熱硬化型低抵抗導電ペースト。
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