JP2008098058A - 導電性組成物およびこれを用いた導電体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の導電性組成物は、Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物と、有機酸化合物とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
この導電ペーストを、ポリエステル樹脂等のプラスチック基板上やポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等のフィルム上にスクリーン印刷し、その後、常温で乾燥するか、あるいは150℃程度にて加熱することにより、導電性の塗膜を形成したプリント配線板やフレキシブル配線板等を作製することができる。
これらプリント配線板やフレキシブル配線板等は、基板上に金属箔を貼り付け、この金属箔をエッチングによりパターニングするタイプの配線板に比べて、工程が単純、製造コストが低いという特徴がある。
そこで、銀微粒子のマイグレーションを防止する対策として、印刷により、導電性の塗膜を保護レジストやカーボンペーストで被覆する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、印刷により、導電性の塗膜を被覆する工程が増えるため、結果として、生産速度が低下する原因となっていた。さらに、ファインピッチが要求される導電性の塗膜のコネクタ部などを、印刷により被覆することは困難であった。
本発明の請求項3に係る導電性組成物は、前記導電物に対する前記Bi成分の含有率が、重量比で、5%以上、25%以下であることを特徴とする。
本発明の請求項4に係る導電性組成物は、さらに、絶縁樹脂を含むことを特徴とする。
また、Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物の粒子径が3μm未満では、粒子の表面積の割合が大きくなり、酸素濃度が大きくなる。結果として、有機酸で酸化膜を除去できなくなり、粒子同士が融着しなくなってしまう。一方、Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物の粒子径が10μmを超えると、粒子同士の凝集が生じやすく、分散性に優れた導電ペーストになり難い。また、粒子自体が大きい場合は、ファインピッチ用の導電回路に用いることができる。
Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物の総量に対するBi成分の含有率は、重量比で、5%以上、25%以下であれば、この導電物を含む導電性組成物を用いて形成された導電体は、良好な比抵抗を維持するとともに、配線形状を維持することができる。この導電物の総量に対するBi成分の含有率が、重量比で、5%未満では、この導電物を含む導電性組成物を用いて形成された導電体は、良好な比抵抗を維持することができない。一方、この導電物の総量に対するBi成分の含有率が、重量比で、25%を超えると、この導電物を含む導電性組成物を用いて形成された導電体は、玉状になり、配線形状を維持することができない。
このような有機酸化合物としては、例えば、メチルコハク酸、コハク酸、グルタル酸等が挙げられる。
有機酸化合物の含有量が6重量部未満の場合、導電物の表面酸化膜を除去することができず、結果として導電物同士の融着が進行しない。一方、有機酸化合物の含有量が21重量部を超えると、導電物同士の平均距離が大きくなる結果、粒子が接触する確率が減り、融着することができない。
絶縁粒子は、Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物の粒子が相互に融着するのを阻害することなく、かつ、導電性組成物を基材上に塗布した際に、玉状にならない程度に、導電性組成物の粘度を調整する役割を果たすものが用いられ、例えば、シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、酸化チタン粒子等が挙げられる。
また、絶縁粒子の粒子径は1μm以下であることが好ましい。
このような分散剤の添加量は、Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物100重量部に対して0.01重量部以上、10重量部以下であることが好ましく、0.1重量部以上、1重量部以下であることがより好ましい。
本発明の導電性組成物が、Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物と、酸化膜除去作用のある有機酸化合物とを含有するものであるので、加熱することで、有機酸化合物が導電粒子の表面酸化膜を除去することができるようになる。したがって、本発明の導電性組成物を、この導電物粒子の融点以上に加熱すると、この導電物粒子は融解し、結果として、図2に示すように、この導電物粒子は互いに融着する。ゆえに、本発明の導電性組成物を基材上に印刷して、この導電性組成物を乾燥すれば、導電性の回路(以下、「導電回路」と言う。)をなす導電体が形成される。
この実施形態の配線基板10は、基材11と、導電回路12とから概略構成され、基材11の一方の面11aに、本発明の導電性組成物からなる導電回路12が配されてなるものである。
また、基材11上に、導電回路12を形成する際に、基材11は加熱されるから、基材11としては耐熱性のものが用いられる。
導電回路12は、スクリーン印刷などの印刷法により基材11上に、本発明の導電性組成物を印刷した後、加熱(乾燥)などの固化手段により形成することができる。この導電回路12の形成は、上記印刷法に限らず、オフセット印刷や平凹版印刷等によって行うこともできる。
また、この導電回路12の厚みは、5nm〜20μmであることが好ましい。
導電回路12の厚みが5nm未満では、回路抵抗が高くなり、場合によっては導電性組成物を数回印刷する必要がある。一方、導電回路12の厚みが20μmを超えると、導電回路12と基材11との密着性も低下することがある。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製、「微粒子A」とする。)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
次いで、この導電性組成物を、スクリーン印刷法により、厚み75μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの一面に塗布した。
その後、PETフィルム上に塗布した導電性組成物を、150℃にて10分間、乾燥して、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn87Ag3Bi10微粒子(三井金属社製、「微粒子B」とする。)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn87Ag3Cu0.5Bi10微粒子(山石金属社製、「微粒子C」とする。)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
平均粒子径5μmの鱗片状のAgPd微粒子(「微粒子D」とする。)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状の金めっきニッケル微粒子(日立金属社製社製、「微粒子E」とする。)と、エポキシ・フェノール混合樹脂(藤倉化成社製、XA−3059)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み17μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状の銅(Cu)微粒子(「微粒子F」とする。)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み12μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状の銀(Ag)微粒子(「微粒子G」とする。)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み10μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn80Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で60:36の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で75:21の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み14μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で80:16の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で90:6の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み17μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で95:1の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)と、増粘活性剤とを、乳鉢により重量比で85:11:4の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み17μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn97Bi3微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み17μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn95Bi5微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn85Bi15微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn80Bi20微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn75Bi25微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn42Bi58微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み18μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、さらに、Sn90Bi10微粒子100重量部に対して、エチルセルロース1.2重量部を添加して、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み18μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn90Bi10微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で85:11の比率で混合し、さらに、Sn90Bi10微粒子100重量部に対して、ポリウレタン3重量部を添加して、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み16μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn95Bi5微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で75:21の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み17μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn80Bi20微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で75:21の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み14μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn95Bi5微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で90:6の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる厚み15μmの導電回路を形成した。
粒子径5μmの球状のSn80Bi20微粒子(三井金属社製)と、有機酸化合物(光輝社製、M407−2)とを、乳鉢により重量比で90:6の比率で混合し、ペースト状の導電性組成物を調製した。
この導電性組成物を用い、実験例1と同様にして、PETフィルム上に、この導電性組成物からなる導電回路を形成した。
実験例1〜27で得られた導電回路について、耐マイグレーション性(デンドライト発生の有無)を評価した。
試験条件としては、回路間ギャップ300μmの間に、60℃、95%RH(相対湿度)の雰囲気下において電極間に5Vの直流電圧を印加し続けて、電極間の絶縁抵抗を測定した。
耐マイグレーション性の評価は、光学顕微鏡による導電回路の観察により行った。
なお、焼成後に回路中に、はんだボールが出現することなく、回路状態が良好に保たれているものを合格(○)、断線はしていないが、抵抗値が高いものや、膜表面にひび割れが観測されるものを(△)、焼成とともに回路中に、はんだボールが出現し、回路が断線してしまったものを不合格(×)と評価した。
結果を表1〜表4に示す。
なお、表1において、導電物の欄および有機酸化合物の欄に記されている数値は、導電物と有機酸化合物との配合比率を示す。
表2において、導電物の欄、有機酸化合物の欄および増粘活性剤の欄に記されている数値は、導電物と有機酸化合物と増粘活性剤との配合比率を示す。
表3および4において、導電物の欄および有機酸化合物の欄に記されている数値は、導電物と有機酸化合物との配合比率を示す。導電物中のBi成分の欄に記されている数値は、導電物に対するBi成分の含有率(重量%)を示す。
表4において、エチルセルロースの欄に記されている数値は、導電物100重量部に対するエチルセルロースの含有量を示す。また、ポリウレタンの欄に記されている数値は、導電物100重量部に対するポリウレタンの含有量を示す。
さらに、表2の結果から、実験例9〜12のように、導電物と有機酸化合物との配合比率を、重量比で、75:21〜90:6とすることにより、導電粒子同士が融着し、低抵抗化が実現する。また、実験例14のように、増粘活性剤を少量含んでも、導電粒子の融着は阻害されないことが確認された。一方、実験例8および13のように、導電物と有機酸化合物との配合比率を、重量比で、75:21〜90:6の範囲外とすると、導電粒子同士が融着せず、もしくは、融着し難くなり、低抵抗化が実現しなかった。
さらに、表3および4の結果から、実験例16〜20、および、実験例24〜27のように、導電物と有機酸化合物との配合比率を、重量比で、75:21〜90:6とし、かつ、導電物に対するBi成分の含有率を、重量比で、5%以上、25%以下とすることにより、印刷物が耐マイグレーション性を維持したまま、低抵抗かつ回路状態を保つことのできることが確認された。
表3の結果から、実験例15および21のように、導電物と有機酸化合物との配合比率を、重量比で、75:21〜90:6としても、導電物に対するBi成分の含有率を、重量比で、5%以上、25%以下の範囲外とすると、導電粒子同士が融着できないため、印刷物の低抵抗化が実現されないことが確認された。
表4の結果から、実験例22および23のように、少量の絶縁樹脂添加では、導電粒子の融着は阻害されないことが確認された。
Claims (5)
- Sn成分およびBi成分を少なくとも含む導電物と、有機酸化合物とを備えてなることを特徴とする導電性組成物。
- 前記導電物と前記有機酸化合物との配合比率は、重量比で、75:21〜90:6であることを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
- 前記導電物に対する前記Bi成分の含有率は、重量比で、5%以上、25%以下であることを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
- さらに、絶縁樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の導電性組成物に含まれる導電物の少なくとも一部が相互に融着してなることを特徴とする導電体。
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