(57)【要約】【課題】導電体粒子同士の接触抵抗を小さくすることで全体の導電性を向上させることのできる導電性組成物、その製造方法および導体配線の形成方法を提供する。【解決手段】樹脂バインダ２２中に、その表面が低融点金属層１４で覆われた第１の核１２からなる第１の導電体粒子１０と、その表面に複数の導電性突起１８が形成された第２の核１６からなる第２の導電体粒子２０とが分散され、第１の核１２は第２の核１６を構成する金属より小さな硬度を有する金属で構成され、かつ低融点金属層１４の溶融温度が樹脂バインダ２２の硬化温度より低い構成からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂バインダ中に、その表面が低融点金属層で覆われた第１の核からなる第１の導電体粒子と、その表面に複数の導電性突起を有する第２の核からなる第２の導電体粒子とが分散され、
前記第１の核は、前記第２の核を構成する金属より小さな硬度を有する金属で構成され、かつ前記低融点金属層の溶融温度が前記樹脂バインダの硬化温度より低いことを特徴とする導電性組成物。
【請求項２】
前記樹脂バインダが、硬化収縮性の樹脂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。
【請求項３】
前記低融点金属層が、スズ、インジウムまたはスズあるいはインジウムを含む合金であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性組成物。
【請求項４】
前記第１の核および前記第２の核のいずれかが強磁性体粒子であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の導電性組成物。
【請求項５】
表面が樹脂バインダの硬化温度より低い低融点金属層で覆われた第１の核からなる第１の導電体粒子を前記樹脂バインダ中に分散させて第１の導電性樹脂材料を形成する工程と、
その表面に複数の導電性突起を有し、前記第１の核より大きな硬度を有する第２の核からなる第２の導電体粒子を樹脂バインダ中に分散させて第２の導電性樹脂材料を形成する工程と、
前記第１の導電性樹脂材料と前記第２の導電性樹脂材料とを混練して前記第１の導電体粒子と前記第２の導電体粒子とを前記樹脂バインダ中に分散させる工程とを有することを特徴とする導電性組成物の製造方法。
【請求項６】
樹脂バインダ中に、表面が前記樹脂バインダの硬化温度より低い溶融温度を有する低融点金属層で覆われた第１の核からなる第１の導電体粒子と、その表面に複数の導電性突起を有し、前記第１の核の硬度より大きな硬度を有する第２の核からなる第２の導電体粒子とが分散された導電性組成物を用いて配線基板上に前記導電性組成物からなる回路パターンを形成する工程と、
前記回路パターンを前記樹脂バインダの硬化温度以上に加熱して硬化済配線パターンを形成する工程とを有する導体配線の形成方法。
【請求項７】
前記第１の核および前記第２の核のいずれかが強磁性体粒子であり、かつ前記樹脂バインダの硬化温度以上で前記回路パターンを加熱する工程において、前記配線基板の前記回路パターン形成面に垂直方向および水平方向の少なくとも一方向に交流磁界または直流磁界を印加することを特徴とする請求項６に記載の導体配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体配線の形成や電子部品を基板に接合するために使用する導電性組成物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、印刷による導体配線の形成や電子部品の実装において、銀、パラジウム等の金属粉を樹脂に分散させた導電性ペーストや導電性接着剤等が用いられている。しかしながら、近年、電子機器の小型化・薄型化に伴って回路の微細化および高密度化がますます要求されるようになってきている。これらを解決するために、電子部品実装部の接合抵抗や導体配線のシート抵抗を下げるための開発がなされている。
【０００３】
以下、従来の導電性組成物について説明する。図３は、従来の導電性組成物の一例を説明するための断面図であり、図３（ａ）は基板５５０の上に導電性組成物を塗布した直後の状態、図３（ｂ）は基板５５０上に塗布された導電性組成物を熱処理した後の状態を示している。
【０００４】
図３（ａ）に示すように、銅等の金属からなる核５１０の表面に低融点金属層５２０をコーティングした金属粒子５３０が樹脂バインダ５４０中に分散されている。この例では、金属粒子５３０の樹脂バインダ５４０に対する重量比は、８０〜９９．８重量％とされている。また、図３では、近接する４個の金属粒子５３０のみを示しているが、実際には多数の金属粒子５３０が分散されており、かつ大多数の金属粒子５３０は互いに接触しているが、金属粒子５３０が単独で存在する場合もある。
【０００５】
なお、金属からなる核５１０としては、導電性の高い金属、例えば銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の材料で、低融点金属層５２０に対して濡れ性がよく、かつ相溶性のないものがよいとされている。さらに、低融点金属層５２０は、樹脂バインダ５４０材料を変質させないで融解する金属であり、例えばスズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）等を用いることができるとしている。さらに、樹脂バインダ５４０としては、熱硬化性材料、熱可塑性材料のどちらでもよく、例えばフェノール系、エポキシ系やシリコーン系の材料を用いることができるとしている。
【０００６】
このような導電性組成物を塗布後、熱処理することによって、図３（ｂ）に示すように低融点金属層５２０が溶融し、核５１０同士が溶融した低融点金属層５２０によって接続される。このようにして低融点金属層５２０で接続された状態は、単なる機械的な接触に比較して実質的に導電性を大幅に向上させることができるとされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、導電性ペーストや導電性接着剤の導電性を向上させるための他の方法として、表面に多数の突起を有するニッケル（Ｎｉ）粒子と球状で表面親油性を有する卑金属粒子とを樹脂バインダ中に配合混練した導電性接着剤も開発されている。この場合は、まず多数のニッケル（Ｎｉ）粒子がそれぞれの突起との接触により粒子相互の接触頻度が高まり、導電性を高める。さらに、ニッケル（Ｎｉ）粒子の突起が卑金属粒子に突き刺さることによって、さらに導電性が向上するとされている。この場合の突起を有するニッケル（Ｎｉ）粒子は、例えば、酸化亜鉛ウイスカの表面にニッケル層を被覆することで作製できるとされている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２８８２９号公報
【特許文献２】特開平１１−９２７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の第１の例においては、表面に低融点金属をメッキした銅（Ｃｕ）等の金属粒子を用いており、接触した金属粒子同士は低融点金属層の融解により接続される。しかし、低融点金属層の表面には樹脂バインダがあるため、金属粒子同士が接触して低融点金属層が融解しても、その表面の樹脂バインダを破って接合することは比較的困難であり、充分に融解接合できるとは限らないと思われる。したがって、このような導電性接着剤を用いた場合、融解接合する部分、融解するが接合されない部分および最初から接触しておらず単独で存在する部分が存在する結果、充分に導通抵抗を低下できない場合が生じると思われる。
【０００９】
また、上記従来の第２の例においては、表面に突起を有するニッケル（Ｎｉ）粒子と卑金属粒子とを樹脂中に配合混練した導電性接着剤であるが、ニッケル（Ｎｉ）粒子の突起が卑金属粒子に突き刺さり、卑金属粒子の表面の酸化被膜を破ることにより、内部の卑金属粒子と接触して相互の接続がなされる。この卑金属粒子としては、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）等が好ましいとされている。しかし、例えば銅（Ｃｕ）は比較的硬度が大きいため、ニッケル（Ｎｉ）粒子の突起がこの銅（Ｃｕ）からなる卑金属粒子の酸化被膜を破り、かつ卑金属粒子内部まで突き刺さるための外力としては、硬化温度のみでは充分ではない。
【００１０】
したがって、この場合にもニッケル（Ｎｉ）粒子の突起が銅（Ｃｕ）粒子に接触して一部はその酸化皮膜を破り内部の銅（Ｃｕ）と接触するが、必ずしもすべての粒子同士でこのような現象が生じることはないと推定される。このため、特に硬化温度が低い場合には充分に抵抗を下げることができないことが推定される。
【００１１】
本発明は、上記の従来の課題を解決するもので、導電体粒子同士の接触抵抗を小さくすることで全体の導電性を向上させることのできる導電性組成物、その製造方法および導体配線の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために本発明の導電性組成物は、樹脂バインダ中に、その表面が低融点金属層で覆われた第１の核からなる第１の導電体粒子と、その表面に複数の導電性突起を有する第２の核からなる第２の導電体粒子とが分散され、第１の核は第２の核を構成する金属より小さな硬度を有する金属で構成され、かつ低融点金属層の溶融温度が樹脂バインダの硬化温度より低い構成からなる。
【００１３】
上記構成において、樹脂バインダが硬化収縮性の樹脂であってもよい。また、低融点金属層が、スズ、インジウムまたはスズあるいはインジウムを含む合金であってもよい。さらに、第１の核および第２の核のいずれかが強磁性体粒子であってもよい。
【００１４】
この構成によって、導電性組成物中の樹脂バインダを硬化するときの加熱において、第２の導電体粒子が第１の導電体粒子の内部に食い込みやすくなり、かつ第１の導電体粒子の表面の低融点金属層と第２の導電体粒子の導電性突起とが金属結合を生じて導電体粒子同士を結合するので、導電体粒子間の接合抵抗を小さくすることができる。
【００１５】
また、樹脂バインダとして硬化収縮性の樹脂を用いることによって、熱硬化時に樹脂が収縮することで、第２の導電体粒子の導電性突起が第１の導電体粒子の内部に食い込むための力がより大きく作用するので、より金属結合が生じやすくなり導電性をさらに向上できる。
【００１６】
また、導電体粒子を構成する第１の核および第２の核のいずれかを強磁性体粒子で構成することで、樹脂バインダの熱硬化時に、同時に磁界も印加すれば強磁性体粒子からなる導電体粒子が磁力の作用により動くため、近傍の導電体粒子と導電性突起とによる接合が生じやすくなり、導電性をさらに向上することもできる。
【００１７】
また、本発明の導電性組成物の製造方法は、表面が樹脂バインダの硬化温度より低い低融点金属層で覆われた第１の核からなる第１の導電体粒子を樹脂バインダ中に分散させて第１の導電性樹脂材料を形成する工程と、その表面に複数の導電性突起を有し、上記第１の核より大きな硬度を有する第２の核からなる第２の導電体粒子を樹脂バインダ中に分散させて第２の導電性樹脂材料を形成する工程と、第１の導電性樹脂材料と第２の導電性樹脂材料とを混練して第１の導電体粒子と第２の導電体粒子とを樹脂バインダ中に分散させる工程とを有する方法からなる。
【００１８】
この方法により、それぞれの導電体粒子をそれぞれ別の樹脂バインダ中に分散した後、両者を混練するので、両者が均一に分散された導電性組成物を容易に得ることができる。
【００１９】
また、本発明の導体配線の形成方法は、樹脂バインダ中に、表面が上記樹脂バインダの硬化温度より低い溶融温度を有する低融点金属層で覆われた第１の核からなる第１の導電体粒子と、その表面に複数の導電性突起を有し、第１の核の硬度より大きな硬度を有する第２の核からなる第２の導電体粒子とが分散された導電性組成物を用いて配線基板上にこの導電性組成物からなる回路パターンを形成する工程と、上記回路パターンを樹脂バインダの硬化温度以上に加熱して硬化済配線パターンを形成する工程とを有する方法からなる。
【００２０】
この形成方法において、第１の核および第２の核のいずれかが強磁性体粒子であり、かつ樹脂バインダの硬化温度以上で回路パターンを加熱する工程において、配線基板の回路パターン形成面に垂直方向および水平方向の少なくとも一方向に交流磁界または直流磁界を印加する方法としてもよい。
【００２１】
この方法によって、導電性の高い導体配線を形成することが容易にできる。さらに、配線基板の回路パターン形成面に垂直方向および水平方向の少なくとも一方向に交流磁界または直流磁界を印加する方法とすることにより、第１の導電体粒子と第２の導電体粒子との接合をより確実に行わせることができる。すなわち、樹脂バインダが軟化した状態では、強磁性体粒子は磁界によって容易に移動させることができるので、磁界の方向および強さを制御することにより第２の導電体粒子の導電性突起が第１の導電体粒子の内部に食い込み、かつ接合する割合を大幅に改良することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による導電性組成物は、加熱硬化時に第２の導電体粒子の導電性突起が第１の導電体粒子に突き刺さり、かつこの導電性突起と第１の導電体粒子の表面に形成されている低融点金属層とが金属接合を生じるので、導電体粒子同士の接合抵抗を大きく低減できる。その結果、低抵抗の導体配線を比較的低い加熱温度で得ることができ、種々の回路基板を低コストで作製できるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同じ要素については同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる導電性組成物を用いて導体配線を形成する方法を説明するための模式図である。
【００２５】
図１（ａ）は、本実施の形態にかかる導電性組成物を導体ペーストとして基板３０上に印刷した状態を示す模式断面図である。本実施の形態の導電性組成物を導体ペーストとして印刷された状態の印刷配線パターン２４では、第１の核１２の表面に低融点金属層１４が形成された第１の導電体粒子１０と、第２の核１６の表面に導電性突起１８を有する第２の導電体粒子２０とが樹脂バインダ２２中に分散して存在している。すなわち、図１（ａ）に示すように、第１の導電体粒子１０と第２の導電体粒子２０、第１の導電体粒子１０同士および第２の導電体粒子２０同士とは、それぞれが直接接触していないものが多く、この状態ではまだ導電性はない。
【００２６】
図１（ｂ）は、溶媒を蒸発させてから、熱硬化させた後の状態を示している。この熱硬化時の熱処理により、溶媒の蒸発と樹脂バインダ２２の硬化収縮に伴い、第２の導電体粒子２０の導電性突起１８は、第１の導電体粒子１０の表面に形成された低融点金属層１４を介して第１の核１２に食い込み、かつ、加熱工程後においては低融点金属層１４が溶融して導電性突起１８と金属結合も生じる。このような金属結合を生じた状態で樹脂バインダ２２の硬化が完了すると、印刷配線パターン２４は導電性を有する導体配線２４０となる。この導体配線２４０は、導電体粒子同士が金属的に結合している割合が大きくなるので、従来の導体配線に比べて低抵抗にすることができる。
【００２７】
なお、第１の導電体粒子１０の第１の核１２の材料としては、第２の導電体粒子２０の第２の核１６の材料より柔らかい金属が望ましい。また、その第１の核１２の表面にコーティングする低融点金属層１４として、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）またはスズ（Ｓｎ）あるいはインジウム（Ｉｎ）を含む合金からなる層を形成したものが好ましい。ただし、これらの金属材料に限定されない。例えばインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）等からなる合金等、樹脂バインダ２２の硬化温度で溶融し、かつ第２の導電体粒子２０と金属接合する材料であれば特に限定されない。
【００２８】
第２の導電体粒子２０の第２の核１６としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属の表面に突起を金属成長させたもの、またはテトラポッド形状を有する酸化亜鉛ウイスカの表面に上記金属をメッキしたものを用いることができる。
【００２９】
また、第１の導電体粒子１０および第２の導電体粒子２０を分散させる樹脂バインダ２２としては、エポキシ系、アクリル系の樹脂材料を用いることができる。なお、樹脂バインダ２２としては硬化収縮性を有するように調整しておくことが望ましい。このようにすることで、導電体粒子同士が収縮により近接する力を受けるので、第２の導電体粒子２０の導電性突起１８が第１の導電体粒子１０に突き刺さりやすくなる。なお、樹脂バインダ２２の硬化収縮率は、樹脂バインダ２２を構成する樹脂材料の成分中の官能基の数を調整することで調整できる。
【００３０】
なお、本実施の形態の導電性組成物は、通常の配合と混練方法によって製造することができるが、以下の製造の方法とすることもできる。すなわち、第１の導電体粒子１０を樹脂バインダ２２中に配合し、混練して第１の導電性樹脂バインダ材料を形成する。つぎに、第２の導電体粒子２０を同じ樹脂バインダ２２中に配合し、混練して第２の導電性樹脂バインダ材料を形成する。このようにそれぞれ個別に形成した後、第１の導電性樹脂バインダ材料と第２の導電性樹脂バインダ材料とを混練して第１の導電体粒子１０と第２の導電体粒子２０とが混在した導電性組成物を得る。このような製造方法によれば、第１の導電体粒子１０と第２の導電体粒子２０とを、従来の製造方法に比べてより均一に混合させることができる。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態の変形例の導電性組成物を用いて導体配線を形成する方法を説明するための模式図である。この変形例の導電性組成物の場合には、第１の導電体粒子１００の第１の核１２０が磁性を有する粒子としたことが特徴である。
【００３２】
磁性を有する導電体粒子としては、磁場を印加したときに磁力線の方向に配向する金属や金属間化合物を用いることができる。例えば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）を用いることができる。さらに、マンガン（Ｍｎ）系磁石や希土類磁石の粒子、またはそれらの粒子の表面に導電性の金属からなるメッキ層を形成したものも用いることができる。
【００３３】
このような導電性組成物からなる導体ペーストを基板３０上に印刷した後、流動性がある状態から図示するように磁界を印加する。磁界は、加熱工程により樹脂バインダ２２が硬化するまでの間、印加しておくことが望ましい。このように磁界を印加することで、第１の導電体粒子１００は磁界の作用による局部的な移動が生じる。この移動により、第２の導電体粒子２０の導電性突起１８が第１の導電体粒子１００に突き刺さりやすくなり、さらに金属結合も生じやすくなる。
【００３４】
なお、印加する磁界の方向は基板３０に対して垂直方向（矢印Ａで示す方向）のみでもよいし、基板３０に対して水平方向（矢印Ｂで示す方向）のみでもよく、あるいはこれらを交互に印加してもよい。さらに、磁界の向きを一定時間ごとに変化させると、第１の導電体粒子１００は振動するので、近傍にある第２の導電体粒子２０との接触回数が増加する。したがって、第２の導電体粒子２０の導電性突起１８が第１の導電体粒子１００に突き刺さる確率が増加する。この結果、金属結合もより生じやすくなる。なお、磁界の方向および大きさに関しては、導電率や塗布厚みとを含めて実験的に決めてもよい。
【００３５】
なお、第２の導電体粒子の表面にも低融点金属層を形成しておいてもよい。このように低融点金属層を第１の導電体粒子と第２の導電体粒子の両方に形成することで、金属結合をさらに生じやすくすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の導電性組成物は、基板上への導体配線形成や電子部品の接続に用いる導電性組成物であって、樹脂バインダ中に分散された導電体粒子同士の金属結合を生じさせることができるので低抵抗の導体配線を実現でき、配線基板の分野や電子部品の実装分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる導電性組成物を用いて導体配線を形成する方法を説明するための模式図
【図２】同実施の形態の変形例の導電性組成物を用いて導体配線を形成する方法を説明するための模式図
【図３】従来の導電性組成物の一例を説明するための断面図
【符号の説明】
【００３８】
１０，１００    第１の導電体粒子
１２，１２０    第１の核
１４，５２０    低融点金属層
１６    第２の核
１８    導電性突起
２０    第２の導電体粒子
２２，５４０    樹脂バインダ
２４    印刷配線パターン
３０，５５０    基板
２４０    導体配線
５１０    核
５３０    金属粒子
【図１】
2006172728.tif 000003
【図２】
2006172728.tif 000004
【図３】
2006172728.tif 000005