KR102079148B1 - 도전성 페이스트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수한 소결형 도전성 페이스트를 제공한다. 본 발명의 도전성 페이스트는 (A) 은분, (B) 유리 프릿, (C) 유기 결합제 및 (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말을 함유한다. 본 발명의 도전성 페이스트는 바람직하게는 상기 (A) 은분 100질량부에 대하여 상기 (D) 분말을 0.1 내지 5.0질량부 함유한다.

Description

도전성 페이스트{ELECTROCONDUCTIVE PASTE}
본 발명은 예를 들어 프린트 배선판의 도체 패턴의 형성에 사용할 수 있는 소결형 도전성 페이스트에 관한 것이다.
유기 결합제와 용매를 포함하는 비히클 중에 금속 입자를 분산시킨 도전성 페이스트가 알려져 있다. 도전성 페이스트는 프린트 배선판의 도체 패턴의 형성이나 전자 부품의 전극의 형성 등에 사용되고 있다. 이러한 종류의 도전성 페이스트는 수지 경화형과 소성형으로 대별할 수 있다. 수지 경화형 도전성 페이스트는 수지의 경화에 의해 금속 입자끼리가 접촉하여 도전성이 확보되는 도전성 페이스트이다. 소성형 도전성 페이스트는 소성에 의해 금속 입자끼리가 소결하여 도전성이 확보되는 도전성 페이스트이다.
도전성 페이스트에 포함되는 금속 입자로서는 예를 들어 구리분이나 은분이 사용된다. 구리분은 도전성이 우수하고 또한 은분보다 저렴하다는 이점을 갖는다. 그러나, 구리분은 대기 분위기 중에서 산화하기 쉽기 때문에, 예를 들어 기판 상에 도체 패턴을 형성한 후, 도체 패턴의 표면을 보호재에 의해 피복해야 한다는 결점이 있다. 한편, 은분은 대기 중에서 안정하고, 대기 분위기에서의 소성에 의해 도체 패턴을 형성할 수 있다는 이점이 있지만, 일렉트로마이그레이션이 발생하기 쉽다는 결점이 있다.
일렉트로마이그레이션을 방지하는 기술로서, 특허문헌 1에는 은분 100질량부에 대하여 망간 및/또는 망간 합금의 분말 1 내지 100질량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 은분을 주 도전 재료로 하는 도전성 도료가 개시되어 있다. 특허문헌 2에는 결합제 수지, Ag 분말 및 Ti, Ni, In, Sn, Sb의 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 금속 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트가 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2에 개시된 도전성 페이스트는 기판에의 밀착성이나 땜납 내열성이 불충분하여, 기판 상으로의 도체 패턴의 형성에 사용하기에는 실용성에 문제가 있었다.
따라서, 도전성 페이스트의 땜납 내열성을 향상시키기 위한 기술로서, 특허문헌 3에는 은의 소결을 억제하는 제1 금속 성분과, 은의 소결을 촉진하는 제2 금속 성분을 포함하는 재료에 의해 은분이 피복된 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트가 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 3에 개시된 도전성 페이스트는 땜납 내열성은 어느 정도 향상되지만, 은의 소결성이 억제되기 때문에, 도전성 페이스트를 소성하여 얻어지는 도체 패턴의 도전성이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 은분의 표면에 금속 재료를 피복하는 공정이 필요하게 되기 때문에, 제조 공정이 복잡해진다는 문제가 있었다.
일본 특허 공개 (소)55-149356호 공보 일본 특허 공개 제2003-115216호 공보 일본 특허 공개 제2006-196421호 공보
본 발명은 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수한 소결형 도전성 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성을 충분히 만족시킬 수 있는 소결형 도전성 페이스트에 대하여 예의 연구를 행하였다. 그 결과, 은분, 유리 프릿 및 유기 결합제 외에, 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말을 첨가하는 것이 유효함을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
본 발명은 이하와 같다.
(1) 이하의 (A) 내지 (D) 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트.
(A) 은분
(B) 유리 프릿
(C) 유기 결합제
(D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말
(2) 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 금속의 혼합분인 상기 (1)에 기재된 도전성 페이스트.
(3) 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 합금분인 상기 (1)에 기재된 도전성 페이스트.
(4) 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 화합물분인 상기 (1)에 기재된 도전성 페이스트.
(5) 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간 중 어느 하나 이상의 산화물 혹은 수산화물을 포함하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(6) 상기 (A) 은분 100질량부에 대하여 상기 (D) 분말을 0.1 내지 5.0질량부 함유하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(7) 구리의 함유량을 1로 했을 때의 주석의 함유량이 질량비로 0.01 내지 0.3인 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(8) 구리의 함유량을 1로 했을 때의 망간의 함유량이 질량비로 0.01 내지 2.5인 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(9) 상기 (A) 은분의 평균 입경이 0.1μm 내지 100μm인, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(10) (E) 산화코발트를 더 함유하는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(11) (F) 산화비스무트를 더 함유하는 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(12) 점도가 50 내지 700Pa·s인 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트.
(13) 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 도전성 페이스트를 기판 상에 도포한 후, 그 기판을 500 내지 900℃에서 소성하여 얻어지는 프린트 배선판.
(14) 상기 (13)에 기재된 프린트 배선판 위에 전자 부품을 납땜하여 얻어지는 전자 장치.
본 발명에 따르면, 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수한 소결형 도전성 페이스트를 제공할 수 있다.
도 1은 도전성 페이스트의 내일렉트로마이그레이션의 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 도전성 페이스트는
(A) 은분과,
(B) 유리 프릿과,
(C) 유기 결합제와,
(D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말을 함유하는 것을 특징으로 한다.
(A) 은분
본 발명의 도전성 페이스트는 도전성 입자로서 (A) 은분을 포함한다. 본 발명에서의 은분으로서는 은 또는 은을 포함하는 합금을 포함하는 분말을 사용할 수 있다. 은분 입자의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 구상, 입상, 플레이크 형상, 혹은 인편 형상의 은분 입자를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에서 사용하는 은분의 평균 입경은 0.1μm 내지 100μm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1μm 내지 20μm이고, 가장 바람직하게는 0.1μm 내지 10μm이다. 여기에서 말하는 평균 입경은 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의해 얻어지는 체적 기준 메디안 직경(d50)을 의미한다.
도전성 페이스트에 높은 도전성을 발현시키기 위해서는 도전성 페이스트에 포함되는 은분의 입경을 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 은분의 입경이 너무 큰 경우, 도전성 페이스트의 기판에의 도포성이나 작업성이 손상되게 된다. 따라서, 도전성 페이스트의 기판에의 도포성이나 작업성이 손상되지 않는 범위에서 입경이 큰 은분을 사용하는 것이 바람직하다. 이들을 감안하면, 본 발명에서 사용하는 은분의 평균 입경은 상기의 범위인 것이 바람직하다.
은분의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 환원법, 분쇄법, 전해법, 아토마이즈법, 열처리법, 혹은 이들의 조합에 의해 제조할 수 있다. 플레이크 형상의 은분은, 예를 들어 구상 또는 입상의 은 입자를 볼 밀 등에 의해 압궤함으로써 제조할 수 있다.
(B) 유리 프릿
본 발명의 도전성 페이스트는 (B) 유리 프릿을 함유한다. 도전성 페이스트가 유리 프릿을 함유함으로써, 도전성 페이스트를 소성하여 얻어지는 도체 패턴의 기판에의 밀착성이 향상된다. 본 발명에 사용하는 유리 프릿은 특별히 한정되지 않고, 바람직하게는 연화점 300℃ 이상, 보다 바람직하게는 연화점 400 내지 1000℃, 더욱 바람직하게는 연화점 400 내지 700℃의 유리 프릿을 사용할 수 있다. 유리 프릿의 연화점은 열중량 측정 장치(예를 들어, 브루커(BRUKER) AXS사제, TG-DTA2000SA)를 사용하여 측정할 수 있다.
유리 프릿의 예로서, 구체적으로는, 붕규산 비스무트계, 붕규산 알칼리 금속계, 붕규산 알칼리토류 금속계, 붕규산 아연계, 붕규산납계, 붕산납계, 규산납계, 붕산 비스무트계, 붕산 아연계 등의 유리 프릿을 들 수 있다. 유리 프릿은 환경에의 배려 면에서 납 프리인 것이 바람직하고, 그의 예로서, 붕규산 비스무트계, 붕규산 알칼리 금속계 등의 유리 프릿을 들 수 있다.
유리 프릿의 평균 입경은, 바람직하게는 0.1 내지 20μm, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10μm, 가장 바람직하게는 0.5 내지 5μm이다. 여기에서 말하는 평균 입경은 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의해 얻어지는 체적 기준 메디안 직경(d50)을 의미한다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, (B) 유리 프릿의 함유량은 (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 20질량부이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10질량부이다. 유리 프릿의 함유량이 이 범위보다 적은 경우, 도전성 페이스트를 소성하여 얻어지는 도체 패턴의 기판에의 밀착성이 저하된다. 반대로, 유리 프릿의 함유량이 이 범위보다 많은 경우, 도전성 페이스트를 소성하여 얻어지는 도체 패턴의 도전성이 저하된다.
(C) 유기 결합제
본 발명의 도전성 페이스트는 (C) 유기 결합제를 함유한다. 본 발명에서의 유기 결합제는 도전성 페이스트 중에 있어서 은분끼리를 서로 연결하는 것이며, 또한 도전성 페이스트의 소성 시에 소실되는 것이다. 유기 결합제로서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 열경화성 수지 혹은 열가소성 수지를 사용할 수 있다.
열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 비닐에스테르 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들어 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지, 아크릴 수지, 알키드 수지, 포화 폴리에스테르 수지, 부티랄 수지, 폴리비닐알코올, 히드록시프로필셀룰로오스 등을 사용할 수 있다.
이 수지는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, (C) 유기 결합제의 함유량은 (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.5 내지 30질량부이며, 보다 바람직하게는 1.0 내지 10질량부이다.
도전성 페이스트 중의 (C) 유기 결합제의 함유량이 상기 범위 내인 경우, 도전성 페이스트의 기판에의 도포성이 향상되어, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다. 한편, (C) 유기 결합제의 함유량이 상기 범위를 초과하면, 도전성 페이스트 중에 포함되는 유기 결합제의 양이 너무 많기 때문에, 소성 후에 얻어지는 도체 패턴의 치밀성이 저하되는 경우가 있다.
(D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말
본 발명의 도전성 페이스트는 (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말을 함유한다. 이 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 금속의 혼합분일 수도 있고, 구리, 주석 및 망간을 포함하는 합금분일 수도 있으며, 구리, 주석 및 망간을 포함하는 화합물분일 수도 있다.
구리, 주석 및 망간을 포함하는 금속의 혼합분이란, 구리 또는 구리 합금, 주석 또는 주석 합금, 및 망간 또는 망간 합금의 혼합분을 말한다.
구리, 주석 및 망간을 포함하는 합금분이란, 구리, 주석 및 망간을 포함하는 합금의 분말을 말한다.
구리, 주석 및 망간을 포함하는 화합물분이란, 구리의 화합물, 주석의 화합물 및 망간의 화합물을 포함하는 분말을 말한다.
(D) 분말에 포함되는 구리, 주석 및 망간은 각각 단체 금속일 수도 있고, 산화물일 수도 있다. 예를 들어, 구리는 단체 금속(Cu)일 수도 있고, 산화물(예를 들어 CuO)일 수도 있다. 주석은 단체 금속(Sn)일 수도 있고, 산화물(예를 들어 SnO)일 수도 있다. 망간은 단체 금속(Mn)일 수도 있고, 산화물(예를 들어 MnO)일 수도 있다.
또한, (D) 분말에 포함되는 구리, 주석 및 망간은 도전성 페이스트의 소성 시에 산화물로 변화하는 화합물(예를 들어 수산화물)일 수도 있다. 예를 들어, 구리는 Cu(OH)2일 수 있다. 주석은 Sn(OH)2일 수 있다. 망간은 Mn(OH)2일 수 있다.
망간의 단체 금속은 매우 경도가 높기 때문에, 균일한 입경의 금속분을 얻는 것이 곤란하다. 따라서, 망간은 산화물(예를 들어 MnO) 또는 합금의 형태인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 망간 및 주석은 극히 적은 첨가량으로도 효과가 발생한다. 이로 인해, 도전성 페이스트 중에 (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말을 균일하게 분산시키기 위해서는 망간 및 주석의 합금분을 사용하는 것이 바람직하다.
도전성 페이스트가 (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말을 함유함으로써, 도전성 페이스트의 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성 모두가 향상된다. 이러한 획기적인 효과는 본 발명자들에 의해 처음으로 발견된 것이다. 이러한 효과가 얻어지는 이유는 명백하지는 않지만, 이러한 효과가 얻어진다는 사실은 본 발명자들에 의해 실험적으로 확인되고 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말의 함유량은 (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 5.0질량부이며, 보다 바람직하게는 0.2 내지 3.0질량부이며, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 1.0질량부이다.
도전성 페이스트 중의 (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말의 함유량이 상기 범위 내인 경우, 도전성 페이스트의 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 현저하게 향상된다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, 구리(Cu)의 원소 환산 함유량은 (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.005 내지 2.85질량부, 보다 바람직하게는 0.015 내지 2질량부이다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, 주석(Sn)의 원소 환산 함유량은 (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.0025 내지 2.85질량부, 보다 바람직하게는 0.015 내지 1질량부이며, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 0.075질량부이다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, 망간(Mn)의 원소 환산 함유량은 (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 0.0001 내지 0.9질량부, 보다 바람직하게는 0.0003 내지 0.7질량부이다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, 구리의 함유량을 1로 했을 때의 주석의 원소 환산 함유량은 질량비로 0.01 내지 0.3인 것이 바람직하다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, 구리의 함유량을 1로 했을 때의 망간의 원소 환산 함유량은 질량비로 0.01 내지 2.5인 것이 바람직하다.
구리, 주석 및 망간의 함유량이 상기 범위로 조정됨으로써, 도전성 페이스트의 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 더욱 향상된다. 또한, 도전성 페이스트가 구리, 주석 및 망간을 함유하는 경우, 이들 중 2성분만을 함유하는 경우보다 도전성 페이스트의 땜납 습윤성이 향상된다.
본 발명의 도전성 페이스트는 점도 조정 등을 위해 용매를 함유할 수도 있다.
용매로서는, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 등의 알코올류, 아세트산에틸렌 등의 유기산류, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 N-알킬피롤리돈류, N,N-디메틸포름아미드(DMF) 등의 아미드류, 메틸에틸케톤(MEK) 등의 케톤류, 테르피네올(TEL), 부틸카르비톨(BC) 등의 환상 카르보네이트류 및 물 등을 들 수 있다.
용매의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, (A) 은분 100질량부에 대하여 바람직하게는 1 내지 100질량부, 보다 바람직하게는 5 내지 60질량부이다.
본 발명의 도전성 페이스트의 점도는 바람직하게는 50 내지 700Pa·s, 보다 바람직하게는 100 내지 300Pa·s이다. 도전성 페이스트의 점도가 이 범위로 조정됨으로써, 도전성 페이스트의 기판에의 도포성이나 취급성이 양호해져, 도전성 페이스트를 균일한 두께로 기판에 도포하는 것이 가능해진다.
본 발명의 도전성 페이스트는 그 밖의 첨가제, 예를 들어 분산제, 레올로지 조정제, 안료 등을 함유할 수도 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 추가로 무기 충전제(예를 들어, 퓸드 실리카, 탄산칼슘, 탈크 등), 커플링제(예를 들어, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등의 실란 커플링제, 테트라옥틸 비스(디트리데실포스파이트)티타네이트 등의 티타네이트 커플링제 등), 실란 단량체(예를 들어, 트리스(3-(트리메톡시실릴)프로필)이소시아누레이트), 가소제(예를 들어, 카르복실기 말단 폴리부타디엔-아크릴로니트릴 등의 공중합체, 실리콘 고무, 실리콘 고무 파우더, 실리콘 레진 파우더, 아크릴 수지 파우더 등의 수지 파우더), 난연제, 산화 방지제, 소포제 등을 함유할 수도 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 금속 산화물을 함유할 수도 있다. 금속 산화물로서는, 산화구리, 산화비스무트, 산화망간, 산화코발트, 산화마그네슘, 산화탄탈, 산화니오븀, 산화텅스텐 등을 들 수 있다. 이들 중, 산화코발트는 땜납 내열성을 향상시킨다. 산화비스무트는 은분의 소결을 촉진함과 함께, 땜납 습윤성을 향상시킨다.
본 발명의 도전성 페이스트는 상기의 각 성분을, 예를 들어 뇌궤기(ライカイ機), 포트 밀, 3축 롤 밀, 회전식 혼합기, 2축 믹서 등을 이용하여 혼합함으로써 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 도전성 페이스트를 이용하여 기판 상에 도체 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 본 발명의 도전성 페이스트를 기판 상에 도포한다. 도포 방법은 임의이며, 예를 들어 디스펜스, 제트 디스펜스, 공판 인쇄, 스크린 인쇄, 핀 전사, 스탬핑 등의 공지된 방법을 이용하여 도포할 수 있다.
기판 상에 도전성 페이스트를 도포한 후, 기판을 전기로 등에 투입한다. 그리고, 기판 상에 도포된 도전성 페이스트를 500 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 600 내지 1000℃, 더욱 바람직하게는 700 내지 900℃에서 소성한다. 이에 의해, 도전성 페이스트에 포함되는 은분끼리가 소결함과 함께, 도전성 페이스트에 포함되는 유기 결합제 등의 성분이 소실된다.
이와 같이 하여 얻어진 도체 패턴은 도전성이 매우 높다. 또한, 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수하다.
본 발명의 도전성 페이스트는 전자 부품의 회로의 형성이나 전극의 형성, 혹은 전자 부품의 기판에의 접합 등에 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 프린트 배선판의 도체 회로의 형성이나, 적층 세라믹 콘덴서의 외부 전극의 형성 등에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 도전성 페이스트는 LED 리플렉터용의 알루미나 기판에의 도체 패턴(회로 패턴)의 형성에 사용할 수 있다. 이들 용도에 있어서는 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 도체 패턴에 부품이나 리드선 등이 납땜되는 점에서, 본 발명의 도전성 페이스트의 양호한 땜납 내열성을 살리는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명의 도전성 페이스트를 이용하면, 전기적 특성이 우수한 프린트 배선판 및 전자 제품을 제조하는 것이 가능하다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다.
[도전성 페이스트의 원료]
이하의 (A) 내지 (F) 성분을, 표 1 및 표 2에 기재한 실시예 1 내지 12 및 표 3에 기재한 비교예 1 내지 7의 비율로 혼합하여 도전성 페이스트를 제조하였다. 또한, 표 1 내지 3에 나타내는 각 성분의 비율은 모두 질량부로 나타내고 있다.
(A) 은분
평균 입경 5μm의 구상 은분.
(B) 유리 프릿
평균 입경 5.2μm, 연화점 440℃의 Bi2O3·B2O3계 유리 프릿.
(C) 유기 결합제
유기 결합제로서, 에틸셀룰로오스 수지를 부틸카르비톨에 용해시킨 것을 사용하였다. 에틸셀룰로오스 수지와 부틸카르비톨의 혼합비는 30:70(질량비)이다.
(D-1) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 합금분
Cu:Mn:Sn =90.5:7.0:2.5의 조성으로, 가스 아토마이즈법에 의해 제조된 평균 입경 3μm의 구상 합금분.
(D-2) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 금속의 혼합분
구리: 평균 입경 3μm의 구상 구리분
주석: 평균 입경 3μm의 구상 주석분
망간: 평균 입경 3μm의 구상 망간분
(D-3) 구리, 주석 및 망간의 산화물을 포함하는 혼합분
산화구리(II)와, 산화주석(IV)와, 산화망간(IV)를 혼합한 분말.
(E) 산화코발트
평균 입경 3μm의 CoO(산화코발트(II)) 분말
(F) 산화비스무트
평균 입경 3μm의 Bi2O3(산화비스무트(III)) 분말
[도체 패턴의 제작]
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 7의 도전성 페이스트를 공판 인쇄법에 의해 알루미나 기판에 도포하였다. 도 1의 (a)는 알루미나 기판에 도포한 도전성 페이스트의 형상(패턴)을 나타내고 있다.
다음으로, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 알루미나 기판을 전기로에 투입하여 850℃에서 60분간 소성하였다. 이에 의해, 알루미나 기판 상에, 선단부가 약 1.5mm 이격된 2개의 도체 패턴을 제작하였다.
[일렉트로마이그레이션 내성의 측정]
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 7의 도전성 페이스트를 이용하여 제작한 도체 패턴의 일렉트로마이그레이션 내성을 이하의 수순으로 측정하였다.
먼저, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 2개의 도체 패턴의 선단부가 덮이도록 하여 초순수를 적하하였다.
다음으로, 도 1의 (d)에 도시한 바와 같이, 2개의 도체 패턴 사이에 전압(40V, 0.1A)을 인가하였다.
그리고, 2개의 도체 패턴 사이에 흐르는 전류값이 0부터 쇼트(단락)에 도달할 때까지의 시간을 측정하고, 이러한 측정을 5회 반복하여 그의 평균값을 산출하였다.
쇼트에 도달할 때까지의 시간이 길수록 도체 패턴의 일렉트로마이그레이션 내성이 우수한 것을 의미한다. 쇼트에 도달할 때까지의 시간이 30초 이상인 경우, 일렉트로마이그레이션 내성이 우수하다고 평가하였다.
[땜납 내열성의 측정]
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 7의 도전성 페이스트를 이용하여 제작한 도체 패턴의 땜납 내열성을, JIS C 0054 「표면실장부품(SMD)의 납땜성, 전극의 땜납 용식 내성 및 땜납 내열성 시험 방법」에 규정된 방법에 따라 측정하였다.
구체적으로는, 도체 패턴이 형성된 기판을 260℃의 땜납조에 침지하고, 땜납 조로부터 기판을 꺼낸 후, 기판 상에 잔존하는 도체 패턴을 육안으로 관찰하였다. 그리고, 도체 패턴의 면적의 5%가 상실될 때까지의 침지 시간을 측정하였다. 침지 시간이 20초 이상인 경우, 도체 패턴의 땜납 내열성이 우수하다고 평가하였다.
[기판 밀착성의 측정]
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 7의 도전성 페이스트를 이용하여 제작한 도체 패턴의 기판에의 밀착성을 이하의 수순으로 측정하였다.
먼저, 도전성 페이스트를 알루미나 기판 상에 공판 인쇄법을 이용하여 2mmφ의 크기로 도포하였다.
기판 상에 도포한 도전성 페이스트 상에 32mm×16mm의 시험편을 얹어 놓은 후, 이 기판을 전기로에 투입하여 850℃에서 60분간 가열하였다.
탁상 만능 시험기(아이코 엔지니어링(주)사제 1605HTP)를 이용하여 기판에 대한 시험편의 전단 강도(N/mm2)를 측정하였다.
측정된 전단 강도가 70N/mm2 이상인 경우, 도체 패턴의 기판에의 밀착성이 우수하다고 평가하였다.
Figure 112015046219709-pct00001
Figure 112015046219709-pct00002
Figure 112015046219709-pct00003
표 1, 2에 나타낸 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 12의 도전성 페이스트를 소성하여 얻어지는 도체 패턴은 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수하였다. 이에 반해, 표 3에 나타낸 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 내지 7의 도전성 페이스트를 소성해서 얻어지는 도체 패턴은 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어졌다.
실시예 1과 실시예 2의 결과를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 산화코발트와 산화비스무트를 함유하는 도전성 페이스트는 산화코발트와 산화비스무트를 함유하지 않는 도전성 페이스트보다 마이그레이션 내성 및 땜납 내열성이 우수하였다.
실시예 1 내지 12의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말이 (A) 은분 100질량부에 대하여 0.1 내지 3.0질량부 함유되어 있는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수하였다.
실시예 1 내지 12의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 구리(Cu)가 (A) 은분 100질량부에 대하여 0.0905 내지 2.715질량부 함유되어 있는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수하였다.
실시예 1 내지 12의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 주석(Sn)이 (A) 은분 100질량부에 대하여 0.0025 내지 0.075질량부 함유되어 있는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수하였다.
실시예 1 내지 12의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 망간(Mn)이 (A) 은분 100질량부에 대하여 0.0033 내지 0.21질량부 함유되어 있는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 우수하였다.
비교예 1의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 구리, 주석 및 망간을 함유하지 않는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.
비교예 2의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 구리만을 함유하는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.
비교예 3의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 망간만을 함유하는 도전성 페이스트는 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.
비교예 4의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 주석만을 함유하는 도전성 페이스트는 일렉트로마이그레이션 내성, 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.
비교예 5의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 구리 및 망간만을 함유하는 도전성 페이스트는 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.
비교예 6의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 망간 및 주석만을 함유하는 도전성 페이스트는 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.
비교예 7의 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 구리 및 주석만을 함유하는 도전성 페이스트는 땜납 내열성 및 기판에의 밀착성이 떨어지는 결과가 되었다.

Claims (14)

  1. 이하의 (A) 내지 (D) 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트로서,
    (A) 은분
    (B) 유리 프릿
    (C) 유기 결합제
    (D) 구리, 주석 및 망간을 포함하는 분말
    상기 (A) 은분 100질량부에 대하여 상기 (D) 분말을 0.1 내지 5.0질량부 함유하는 도전성 페이스트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 금속의 혼합분인 도전성 페이스트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 합금분인 도전성 페이스트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간을 포함하는 화합물분인 도전성 페이스트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (D) 분말은 구리, 주석 및 망간 중 어느 하나 이상의 산화물 혹은 수산화물을 포함하는 도전성 페이스트.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구리의 함유량을 1로 했을 때의 주석의 함유량이 질량비로 0.01 내지 0.3인 도전성 페이스트.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구리의 함유량을 1로 했을 때의 망간의 함유량이 질량비로 0.01 내지 2.5인 도전성 페이스트.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (A) 은분의 평균 입경이 0.1μm 내지 100μm인 도전성 페이스트.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (E) 산화코발트를 더 함유하는 도전성 페이스트.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (F) 산화비스무트를 더 함유하는 도전성 페이스트.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 점도가 50 내지 700Pa·s인 도전성 페이스트.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 페이스트를 기판 상에 도포한 후, 그 기판을 500 내지 900℃에서 소성하여 얻어지는 프린트 배선판.
  14. 제13항에 기재된 프린트 배선판 위에 전자 부품을 납땜하여 얻어지는 전자 장치.
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