(57)【要約】【課題】  耐マイグレーション性に優れ、かつ比抵抗を低下させて導電性を向上させることができる導電材を提供することを目的とする。【解決手段】  隣接する導電粉１０のＡｕのメッキ被膜１２どうしが多数の箇所で接して、複数の導電粉１０が、Ａｕのメッキ被膜１２どうしを介して強い力で凝集し、１つの導電塊２０を形成する。  このようにすると、Ａｕのメッキ被膜１２どうしが効率よく接し、Ａｕのメッキ被膜１２どうしの接触率が大きくなる。その結果、導電粉１０の凝集密度を高くできるともに、隣接する導電粉１０間では、メッキ被膜１２どうしの接触面積が大きくなり、導電粉１０間の接触抵抗を低下させることができ、導電材の比抵抗を低くできる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バインダー樹脂内に複数の導電粉が混入されている導電材において、
前記導電粉を構成する導電性粒子の表面には、Ａｇよりもイオン化傾向が小さい金属のメッキ被膜が形成されており、前記メッキ被膜は、前記導電性粒子の表面の複数箇所に部分的に付着していることを特徴とする導電材。
【請求項２】
前記導電粉は、前記導電性粒子の表面に、前記メッキ被膜が付着して隆起している部分と、前記メッキ被膜と前記メッキ被膜との間において前記導電性粒子を構成する材料が露出している部分とを有している請求項１記載の導電材。
【請求項３】
複数の前記導電性粒子が凝集して導電塊が形成されている請求項１または２記載の導電材。
【請求項４】
複数の前記導電性粒子のうちの少なくとも一部の前記導電性粒子では、隣接する導電性粒子の前記メッキ被膜どうしが接触している請求項１ないし３のいずれかに記載の導電材。
【請求項５】
前記メッキ被膜を形成する金属はＡｕである請求項１ないし４のいずれかに記載の導電材。
【請求項６】
前記導電性粒子はＮｉ粒子である請求項１ないし５のいずれかに記載の導電材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐マイグレーション性を向上させた導電材に係り、特に、比抵抗を低下させて導電性を向上させることができる導電材に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、マイグレーション現象を発生し難くした印刷配線基板の導電パターンに用いる導電材が開示されている。
【０００３】
図４は前記導電材を構成する導電粒を示す断面模式図、図５は導電粒どうしの接し方を示す断面模式図である。
【０００４】
導電粉１００は、無電解めっき液中にベースとなるＮｉ粒子１０１を浸漬し、金属相互の化学的置換および還元作用を応用して、Ｎｉ粒子１０１の核の表面の全面にＡｕ被覆層１０２を置換めっきすることにより形成される。導電粉１００の表面にＡｕ被覆層１０２が存在することにより、この導電粉１００を含んだ導電材は、マイグレーションを起こしにくくなる。
【０００５】
下記特許文献２には、耐マイグレーション性に優れた導電性粒子が開示されている。
図６は前記導電性粒子を示す断面図である。
【０００６】
導電性粒子２００は、Ｎｉなどのイオン化傾向の高い第２導電性物質２０１が、Ａｕなどのイオン化傾向の低い球形状の第１導電性物質２０２内に埋設されており、埋設された第２導電性物質２０１の一部が第１導電性物質２０２の表面に露出したものとなっている。
【特許文献１】特開２００３−３１９１６号公報
【特許文献２】特開２００１−４３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１などに記載のように、Ｎｉ粒子１０１の表面の全面にＡｕ被覆層１０２が設けられた導電粉１００を用いた場合、この導電粉１００がバインダー樹脂内に混入された導電材は、比抵抗が比較的高くなる。その理由は以下の通りであると予測できる。
【０００８】
この導電粉１００は、Ｎｉ粒子１０１の表面に比抵抗の低いＡｕ被覆層１０２を設けることで、導電材の比抵抗を低下させることを目的としている。しかし、Ｎｉ粒子１０１の表面の全面にＡｕ被覆層１０２が設けられていると、導電粉１００の表面が平滑となるため、図５に示すように、隣接する導電粉１００どうしの接触面積がきわめて小さくなる。そのため、隣接する導電粉１００間でのＡｕ被覆層１０２どうしの接触抵抗が大きくなり、比抵抗の小さいＡｕを用いた抵抗低減効果を十分に発揮できない。
【０００９】
また、導電粉１００は球体に近い形状であり且つＡｕ被覆層１０２の表面が平滑であるため、バインダー樹脂内において導電粉１００の凝集密度を高くすることに限界がある。図５に示すように、導電粉１００と導電粉１００との間には多くのバインダー樹脂が介在できる空間があるため、導電材で導電パターンを印刷形成したときに、この導電パターンの単位体積当たりの導電粉１００の数を多くすることができず、その結果、導電パターンの比抵抗を低くすることに限界が生じる。
【００１０】
次に、特許文献２に記載の発明では、第１導電性物質２０２の表面に露出している第２導電性物質２０１がＮｉである場合に、第２導電性物質２０１の表面に酸化被膜が形成されやすくなる。そのため、導電性粒子２００相互間の抵抗が高くなり、導電パターンの比抵抗を低下することに限界がある。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、耐マイグレーション性に優れ、かつ比抵抗を低下させて導電性を向上させることができる導電材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、バインダー樹脂内に複数の導電粉が混入されている導電材において、
前記導電粉を構成する導電性粒子の表面には、Ａｇよりもイオン化傾向が小さい金属のメッキ被膜が形成されており、
前記メッキ被膜は、前記導電性粒子の表面の複数箇所に部分的に付着していることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明は、導電性粒子の表面に、Ａｇよりもイオン化傾向が小さい金属のメッキ被膜を形成しているため、バインダー樹脂にＡｇを混入した導電材に比べて、耐マイグレーション性を高めることができる。また、メッキ被膜を低抵抗材料で形成することにより、導電材の比抵抗を低くできる。すなわち、隣接する導電性粒子間においては、部分的なメッキ被膜どうしが接触する確率が高く、この場合に、図５に示すような平滑なメッキ被膜どうしが接触するものよりも、メッキ被膜どうしの接触面積を大きくでき、接触抵抗を低減させることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記導電粉は、前記導電性粒子の表面に、前記メッキ被膜が付着して隆起している部分と、前記メッキ被膜と前記メッキ被膜との間において前記導電性粒子を構成する材料が露出している部分とを有しているものとなる。
【００１５】
このように構成すると、導電性粒子の表面から隆起しているメッキ被膜どうしが比較的大きな面積で接触できるようになり、前記のように導電性粒子間の接触抵抗を低減できる。
【００１６】
すなわち、本発明は、複数の導電性粒子のうちの少なくとも一部の導電性粒子では、隣接する導電性粒子のメッキ被膜どうしが接触しているものとして構成される。
【００１７】
さらに、本発明は、複数の前記導電性粒子が凝集して導電塊が形成されているものが好ましい。
【００１８】
導電性粒子は、表面に複数のメッキ被覆が隆起して形成されているため、隣接する導電性粒子の距離を狭めた状態で凝集しやすくなる。そのため、導電材の単位体積当たりの導電性粒子の数を多くできるようになり、導電材の比抵抗を低減しやすくなる。
【００１９】
本発明では、前記金属はＡｕであることが好ましい。
メッキ被膜を構成する金属としてＡｕを用いると、イオンマイグレーション現象の発生が適切に抑制されるとともに、導電粉が外気にさらされてもメッキ被膜が酸化される等の問題が生じにくい。また、Ａｕは、比較的、自身の比抵抗が小さいため、導電性を向上させることができる。
また本発明では、前記導電性粒子はＮｉ粒子であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の導電材は耐マイグレーション性に優れ、かつ比抵抗を低下させて導電性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１Ａは本発明の導電材に含有される導電粉を示す斜視図、図１Ｂは図１Ａの導電粉の断面模式図、図２は導電材内での導電粉の凝集および分散状態を示す模式図、図３は導電粉どうしの接触状態を模式的に示した断面図である。なお、図１Ａおよび図２において、メッキ被膜をハッチングで示している。
【００２２】
本発明の導電材は、たとえば回路基板を構成する絶縁基板の表面にスクリーン印刷などで形成される導電パターン用の材料として用いられる。
【００２３】
導電材には、図１Ａおよび図１Ｂに示す導電粉１０が、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂内に多数含有されている。例えば、導電粉１０は、導電材中に１０〜５０体積％の割合で混入されており、例えば約３５体積％である。
【００２４】
前記バインダー樹脂と多数の導電粉１０と、さらに有機溶剤が加えられて形成されるペースト状またはインキ状のものがスクリーン印刷などによって絶縁基板上にパターン印刷される。そして、パターン印刷後に、前記ペースト状またはインキ状のものを焼成して有機溶剤を除去する。これにより、硬化したバインダー樹脂内に多数の導電粉１０が混入された導電材が形成される。ここで、本明細書における「導電材」とは、前記のようなプロセスで硬化されたバインダー樹脂とこの硬化したバインダー樹脂内に混入された導電粉１０で形成されたものを意味する。この導電材により、絶縁基板の表面に回路パターンなどが形成される。
【００２５】
導電粉１０は、好ましくは図１に示すような球体形状か、あるいは図２に示すように非球体形状の導電性粒子１１を有しており、この導電性粒子１１の表面１１ａの複数箇所に、イオンマイグレーション現象を起こしにくい金属のメッキ被膜１２が部分的に被覆されている。このメッキ被膜１２は、表面１１ａに島状に点在するものであり、例えば導電性粒子１１をどの方向から見た場合でも、少なくとも２個以上のメッキ被膜１２の島が見えるものであり、好ましくは３個以上の島が見えるものである。
【００２６】
また、それぞれのメッキ被膜１２は、導電性粒子１１の表面１１ａから隆起しており、導電粉１０は、メッキ被膜１２が隆起している部分と、メッキ被膜１２とメッキ被膜１２との間で窪み、導電性粒子１１を構成する材料が露出した部分とを有している。
【００２７】
導電性粒子１１はＮｉ粒子が好ましい。なお、導電性粒子１１はＮｉ粒子には限定されず、Ｓｎ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｍｎの粒子であってもよい。
【００２８】
メッキ被膜１２を構成する金属としては、Ａｇよりもイオンマイグレーション現象を起こしにくい、すなわち、Ａｇよりもイオン化傾向が小さい金属であるＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄなどが好ましい。これらの金属は、比抵抗が低く、しかも導電パターンを形成したときに、導電パターン間のマイグレーションを防止しやすくなる。
【００２９】
次に、導電性粒子１１の表面１１ａにメッキ被膜１２を被覆する方法を説明する。以下では、導電性粒子１１にＮｉ粒子を用い、メッキ被膜１２を構成する金属としてＡｕを用いた場合を例にとって説明する。
【００３０】
本実施の形態では、いわゆる無電解めっき法により、Ｎｉ粒子１１にＡｕのメッキ被膜１２が被覆される。
【００３１】
まず、希塩酸や希硫酸などの弱酸性の溶液で、Ｎｉ粒子１１の表面１１ａにある酸化物や有機被膜などを除去する。そして、表面１１ａの酸化物などを除去されたＮｉ粒子１１を、Ａｕが含有された、シアン系のメッキ液内に入れ、このＮｉ粒子１１が入ったメッキ液を、メッキ液の温度とメッキ液中のＡｕの濃度、および攪拌時間を制御しながら攪拌する。無電解めっき法では、メッキ液内でＮｉとＡｕとの間に置換反応が起こり、ＮｉがＡｕに置換されて、時間の経過とともに、Ｎｉ粒子１１の表面１１ａに部分的に、Ａｕのメッキ被膜１２が、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、島状に分離された状態で被覆される。これは、Ｎｉ粒子１１が微粒子化されており、しかもＮｉ粒子１１の表面１１ａが事前に前記弱酸性の溶液によって処理されているため、Ｎｉ粒子１１の表面１１ａは一律な１つの球面ではなく、表面１１ａには複数の凹凸が形成されるためである。その後、Ａｕのメッキ被膜１２が被覆されたＮｉ粒子１１を洗浄し、乾燥する。このようにして導電粉１０が形成される。
【００３２】
なお、Ｎｉ粒子１１の表面１１ａへのＡｕのメッキ被膜１２の形成は、上記のような無電解めっき法によって形成されることには限定されず、電解めっき法によって形成してもよい。
【００３３】
上記の、導電粉１０の形成過程のうち、メッキ液の攪拌時間などのメッキ液の攪拌条件が所定の条件であると、隣接する導電粉１０のＡｕのメッキ被膜１２どうしが多数の箇所で接して、複数の導電粉１０が、図２に示すように、Ａｕのメッキ被膜１２どうしを介して強い力で凝集し、１つの導電塊２０を形成する。このとき、Ａｕのメッキ被膜１２どうしが効率よく接し、Ａｕのメッキ被膜１２どうしの接触率が大きくなる。その結果、導電粉１０の凝集密度を高くできるともに、隣接する導電粉１０間では、メッキ被膜１２どうしの接触面積が大きくなり、導電粉１０間の接触抵抗を低下させることが可能である。
【００３４】
図４に示す従来の導電粉は、Ｎｉ粒子がカーボニル法でつくられ、Ｎｉ粒子１０１の表面全面にＡｕ被覆層１０２が形成されたものであるが、本実施の形態の導電粉１０は、ＮｉとＡｕの質量比が、図４に示す導電粉と同じである。しかし、本実施の形態では、導電性粒子１１であるＮｉ粒子の表面１１ａに、Ａｕのメッキ被膜１２が島状に点在しているため、隣接する導電性粒子１１間において、メッキ被膜１２どうしの接触面積を大きくでき、その結果、導電材の比抵抗を低くできる。
【００３５】
Ａｕのメッキ率Ｍは、Ｎｉ粒子１１の質量をＸ、Ａｕのメッキ被膜１２の質量をＹとすると、Ｍ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）で定義されるが、導電材での導電粉１０の体積率を３５体積％とし、Ａｕのメッキ率Ｍが１４．９７％の導電粉１０を使用したときに、導電材で形成された導電パターンの比抵抗を２．７×１０−３（Ω・ｃｍ）に設定できる。一方、図４に示す従来の導電粉を使用して、導電粉の体積率が３５体積％の導電材を形成すると、Ａｕのメッキ率Ｍが１５．１９％の場合であっても、この導電材で形成された導電パターンの比抵抗は９．４×１０−３（Ω・ｃｍ）となり、前記実施の形態よりも比抵抗が高くなる。
【００３６】
本発明では、メッキ率Ｍは、１０〜２０％の範囲であることが好ましい。
導電材には、図２に示される導電塊２０が複数個含まれ、好ましくは導電材は複数の導電塊２０で形成される。あるいは導電材には、導電塊２０と個々に分離された導電粉１０とがバインダー樹脂に混入されている。
【００３７】
他方、本発明では、所定のメッキ液の攪拌条件により、導電粉１０が個々に独立して形成され、このように個々に分離した導電粉１０が、バインダー樹脂内に混入されているものとしても構成できる。
【００３８】
図３に示すように、バインダー樹脂内に個々に分離した導電粉１０が分散しているものであっても、隣接する導電粉１０間では、島状に隆起したメッキ被膜１２どうしが接触する確率が高く、しかもメッキ被膜１２どうしの接触面積が比較的大きくなる。よって導電粉１０どうしの接触抵抗を低減できる。また、図２のように凝集しなくても、隣接する導電粉１０間に介在するバインダー樹脂の量を少なくできるため、導電材の単位体積あたりの導電材内の導電粉１０の数を増やすことができ、その結果、導電材の比抵抗を低減できるようになる。
【００３９】
Ｎｉ粒子１１の粒径は、０．３〜１．３μｍ程度であり、例えば約０．８μｍである。Ｎｉ粒子１１の粒径がこのように微小であるため、Ｎｉ粒子１１の表面１１ａに部分的に被覆されたＡｕのメッキ被膜１２は、１〜１０μｍ程度の厚さで薄く形成される。しかもメッキ被膜１２は、Ｎｉ粒子１１の表面１１ａから隆起しているので、図３に示すように、隣接するＮｉ粒子１１間でメッキ被膜１２が多点で接触しやすくなり、粒子間の接触抵抗を低減しやすくなる。また、Ａｕは、上記において挙げた他の金属よりも比較的、自身の比抵抗が小さいため、導電材の比抵抗を低下させることができ、導電性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１Ａは本発明の導電材に含有される導電粉を示す斜視図、図１Ｂは図１Ａの導電粉の断面模式図、
【図２】導電材内での導電粉の凝集および分散状態を示す模式図、
【図３】導電粉どうしの接触状態を模式的に示した断面図、
【図４】従来の導電材を構成する導電粒を示す断面模式図、
【図５】図４に示す導電粒どうしの接し方を示す断面模式図、
【図６】従来の導電性粒子を示す断面図
【符号の説明】
【００４１】
１０  導電粉
１１  導電性粒子
１２  メッキ被膜
２０  導電塊
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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