JP3142462B2 - 導電性銅ペースト組成物 - Google Patents

導電性銅ペースト組成物

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JP3142462B2 JP07224401A JP22440195A JP3142462B2 JP 3142462 B2 JP3142462 B2 JP 3142462B2 JP 07224401 A JP07224401 A JP 07224401A JP 22440195 A JP22440195 A JP 22440195A JP 3142462 B2 JP3142462 B2 JP 3142462B2
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【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
導電性をもち、硬化後の経時変化、特に熱的衝撃に伴う
スルーホール部位の導電性の変化が少ない導電性銅ペー
スト組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】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が困難であるという面に問
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
63−286477号公報などが知られている。更に
は、銅ペーストの場合は、銅粉同士が十分に接触しなけ
れば、導通せず、銀ペースト代替品とならない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】銅粉同士を十分に接触
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、特に小径のスルーホー
ルの場合、平面上の回路とは異なり、樹脂の硬化収縮に
伴う応力やプリント基板のZ軸方向の線膨張による応力
はクラックの発生原因となり、導通不良となりやすい。
【0004】本発明者は、従来の銅ペーストの欠点を改
良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、カップリング剤、イミダゾール化
合物を必須成分とすることにより従来の最大の問題であ
ったクラックの発生を抑制し、樹脂の硬化収縮による銅
粉同士の接触を非常に効率よく生じせしめ、銀ペースト
に劣らない導通性能、高信頼性を達成したスルーホール
用銅ペーストを完成し、特許出願した(特願平6−20
7824号明細書)。
【0005】また、プリント基板は部品実装の際、溶融
半田と接触するため、銅ペーストは耐熱性を必要とする
が、反応性ゴムエラストマーを最適量配合することによ
り、半田耐熱性等の瞬間的な高温での耐熱衝撃性が向上
させた銅ペーストを完成し、特許出願した(特願平6−
295384号明細書)。
【0006】さらにプリント基板は部品実装後、低温か
ら高温にわたる様々な温度に連続的にさらされることが
しばしばあり、連続的な高温や低温に対し信頼性が高い
ことが望まれる。本発明は上記の配合により、連続的な
高温や低温においても導電性の変化がほとんどない、高
信頼性スルーホール用銅ペーストを完成した。本発明の
目的はスクリーン印刷が可能で、かつ銀ペースト並みの
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、かつ過酷な連続使用温度において
も長期信頼性を有す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。
【0007】
【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、イミダゾール化合
物、反応性ゴムエラストマー、中心にTi又はAlを有
する化学式1で示されるカップリング剤及び溶剤からな
る導電性銅ペースト組成物、に関するものである。 (加水分解基)n−Mn+p−(疎水基)p (1) M:Ti又はAl、 n:加水分解基の数、 p:疎水
基の数
【0008】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となるためには可及的に微粉
であることが望ましい。
【0009】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いわゆるレ
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。本発明に銅の酸化防止のために多価フェ
ノールモノマーを配合することが好ましい。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
キノン等がいずれも使用可能であるが、特にハイドロキ
ノンが好ましい。
【0010】本発明に用いる熱硬化性フェノール樹脂の
配合量は銅粉100重量部に対して8〜20重量部が好
ましい。8重量部未満ではフェノール樹脂の量が少ない
為、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。多価フェノールモノマーの添加量は銅
粉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。
【0011】本発明において、イミダゾール化合物を配
合することが好ましい。イミダゾール化合物は、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種以上が好ましく使
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間の接触が密となり、良
好な電気導通性が得られる。
【0012】本発明において、反応性ゴムエラストマー
を配合することが好ましい。反応性ゴム絵ラストマート
としては末端に反応基を有するポリブタジエン系あるい
はポリアクリロニトリルブタジエン系のものの1種以上
が使用される。この反応性ゴムエラストマーの末端反応
基は、カルボニル基、アミノ基、エポキシ基、ヒドロキ
シ基、アミド基など、加熱時にフェノール樹脂と反応し
うるもであればよく、特に限定されないが、カルボニル
基、アミノ基、エポキシ基が銅ペーストの性能上好まし
いものである。この反応性エラストマーは銅ペーストと
しての信頼性を低下させずに硬化物に可撓性を付与し、
耐衝撃性の信頼性を大幅に向上することができる。
【0013】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。
【0014】本発明に用いられるカップリング剤の構造
は、化学式1で示される。 (加水分解基)n−Mn+p−(疎水基)p (1) M:Ti又はAl、 n:加水分解基の数、 p:疎水
基の数 このカップリング剤は銅の表面と反応し、表面を被覆す
ることにより、銅粉の内部酸化を防止する作用を有し、
更に、銅粉の分散性を良好にすることから、安定した導
電性を有し、優れたヒートショック性を有している。配
合量は銅粉100重量部に対し、0.2〜4重量部
ましい。0.2重量部未満だとその効果を十分に発揮す
ることができず、4重量部を超える量が存在してもそれ
以上効果の向上が見られない。
【0015】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。
【0016】
【実施例】以下に実施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〜表4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。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】表5に、使用したチタネート系カップリン
グ剤1〜12の化学式を示す。
【表5】
【0022】カップリング剤13の化学式を下記に示
す。
【化1】
【0023】紙基材フェノール樹脂積層板(スルーホー
ル穴径0.4mm)に、調製した銅ペーストをスクリー
ン印刷後、150℃で30分間オーブン中で硬化させ
た。このようにして作製した試験片のスルーホール導通
抵抗値を測定後、100℃のオーブン中に1000時間
放置し、初期値からの導通抵抗の変化を求めた。
【0024】
【発明の効果】本発明による銅ペースト組成物は紙基材
基板やガラス基材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、かつ過酷な温度での連続使用においても導電
性の劣化がほとんど生じないため、プリント回路基板ス
ルーホール用として非常に有用である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−271995(JP,A) 特開 平5−29738(JP,A) 特開 平5−29736(JP,A) 特開 平6−244520(JP,A) 特開 平5−179164(JP,A) 特開 平6−184409(JP,A) 特開 平6−139818(JP,A) 特開 平5−114772(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/22 C09D 5/24 H05K 1/09

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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、反応性ゴムエラストマ
    、中心にTi又はAlを有する化学式1で示されるカ
    ップリング剤及び溶剤を主成分として含有してなる導電
    性銅ペースト組成物。 (加水分解基)n−Mn+p−(疎水基)p (1) M:Ti又はAl、 n:加水分解基の数、 p:疎水
    基の数
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