(57)【要約】【課題】  樹脂基板や銅箔との密着性が高く、導電性が良好であり、かつハンダ付けが可能な低温硬化型の導電塗料を提供し、回路製作工程を簡素化し、エッチングによる廃液をなくし、安価で環境負荷の小さい機能性導電塗料並びにそれを用いた電子回路とその形成方法を提供する。【解決手段】  金属粉末、バインダー、不飽和脂肪酸および有機溶媒を含有する。金属粉末は、ＡｇコートＮｉ粉末およびＡｇ粉末であり、ＡｇコートＮｉ粉末のＡｇ含有量は、５〜２０重量％である。ＡｇコートＮｉ粉末およびＡｇ粉末の配合比は、重量比で、ＡｇコートＮｉ粉末＝１００〜５０：Ａｇ粉末＝０〜５０が好ましい。バインダーは、熱硬化性樹脂を含む。不飽和脂肪酸がオレイン酸であり、有機溶媒がブチルカルビトールである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末、樹脂バインダー、及び不飽和脂肪酸を有機溶媒中に含有した機能性導電塗料。
【請求項２】
前記金属粉末は、ＡｇコートＮｉ粉末およびＡｇ粉末である請求項１記載の機能性導電塗料。
【請求項３】
前記ＡｇコートＮｉ粉末およびＡｇ粉末の配合比は、重量比でＡｇコートＮｉ粉末＝１００〜５０：Ａｇ粉末＝０〜５０である請求項２記載の機能性導電塗料。
【請求項４】
前記ＡｇコートＮｉ粉末のＡｇ含有量は、５〜２０重量％である請求項２または３記載の機能性導電塗料。
【請求項５】
前記不飽和脂肪酸は、オレイン酸である請求項１記載の機能性導電塗料。
【請求項６】
前記有機溶媒は、ブチルカルビトールである請求項１記載の機能性導電塗料。
【請求項７】
前記樹脂バインダーは、熱硬化性樹脂を含むものである請求項１記載の機能性導電塗料。
【請求項８】
前記熱硬化性樹脂が、多官能エポキシ樹脂および／またはフェノール樹脂である請求項７記載の機能性導電塗料。
【請求項９】
金属粉末、樹脂バインダー、及び不飽和脂肪酸を含有した機能性導電塗料による回路パターンが絶縁基板上に形成された電子回路。
【請求項１０】
金属粉末、樹脂バインダー、及び不飽和脂肪酸を有機溶媒中に含有した機能性塗料を、絶縁基板上に所望のパターンに塗布または印刷し、１５０〜２００℃の温度で焼成する電子回路の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有しハンダ付け可能な機能性導電塗料並びにそれを用いた電子回路とその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂中に金属粉末を含有した導電塗料は、電子部品と配線との接着や印刷配線板を用いたジャンパー線、印刷抵抗の端子引き出し線を形成するため等、多方面に用いられるため、現在盛んに研究されている。そのうち、樹脂バインダー型の低温硬化導電塗料としては、銀、銅、ニッケル等の金属粉末を樹脂に配合したものが電子回路の印刷配線や導電性接着剤として用いられている。
【０００３】
しかし、これらの導電塗料は樹脂分が重量比で２０％程度配合されているため、容積比から見ると圧倒的に樹脂分が多く、市販されている導電塗料はいずれもハンダ付けは不可能であった。また、特許文献１，２に開示されているようなハンダ付け可能な導電塗料も提案されているが、十分な性能を有したものではない。
【０００４】
一方、最近の電子回路素子やＩＣのほとんどは表面実装化されてきているため、回路基板と電子素子やＩＣの接合は、ハンダ付けが可能な銅箔のプリント基板が一般に用いられている。
【特許文献１】特開平７−１４４２９号公報
【特許文献２】特開２００２−２１２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エッチング工程等を必要とする銅箔のプリント基板は、製造工程が複雑であり、電子機器のコストアップの原因ともなっていた。即ち、現在の銅箔のエッチング工程は、（レジスト塗布⇒感光処理⇒エッチング処理⇒レジスト膜剥離処理⇒廃液処理）の工程を必要とするもので、製造工程数が多いものであった。また、エッチング工程によって生じる廃液は、処理コストがかかり、環境に対する負荷も発生している。
【０００６】
本発明は、上記従来の技術に鑑みて成されたもので、樹脂基板や銅箔との密着性が高く、導電性が良好であり、かつハンダ付けが可能な低温硬化型の導電塗料を提供し、回路製作工程を簡素化し、エッチングによる廃液をなくし、安価で環境負荷の小さい機能性導電塗料並びにそれを用いた電子回路とその製造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】
【０００７】
本発明者等らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、金属粉末、バインダー、および有機溶媒を混合して導電塗料を製造する際に、金属粉末としてＡｇコートＮｉ粉末を単独、あるいはＡｇコートＮｉ粉末とＡｇ粉末との混合物として塗料に混合し、１５０〜１７０℃前後の低温で焼き付け硬化させた導電塗料が、優れた導電性を示すとともに、ハンダの濡れ性が良く、ハンダとの接合性にも優れていることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は金属粉末、樹脂バインダー、及び不飽和脂肪酸を有機溶媒中に含有し、ハンダ接合が可能な機能性導電塗料である。前記金属粉末は、ＡｇコートＮｉ粉末およびＡｇ粉末であり、前記ＡｇコートＮｉ粉末およびＡｇ粉末の配合比は、重量比でＡｇコートＮｉ粉末＝１００〜５０：Ａｇ粉末＝０〜５０である。また、前記ＡｇコートＮｉ粉末のＡｇ含有量は、５〜２０重量％である。請求項２または３記載の機能性導電塗料。
【０００９】
また、前記不飽和脂肪酸がオレイン酸であり、前記有機溶媒がブチルカルビトールである機能性導電塗料である。さらに、前記バインダーは、熱硬化性樹脂を含むものである。この熱硬化性樹脂は、多官能エポキシ樹脂および／またはフェノール樹脂である。
【００１０】
また本発明は、金属粉末、バインダー、不飽和脂肪酸および有機溶媒を含有した機能性導電塗料を、絶縁基板上に所望のパターンに塗布または印刷し、焼成して成る電子回路である。
【００１１】
さらに本発明は、金属粉末、バインダー、不飽和脂肪酸および有機溶媒を含有し、ハンダ接合が可能な機能性導電塗料を絶縁基板上に所望のパターンに塗布し、１５０〜２００℃の温度で焼成する電子回路の形成方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、樹脂基板などの絶縁基板を用いた印刷配線を含む電子回路製造において、チップ部品等電子部品や回路構成部品と印刷配線などとのハンダ接合が可能なため、簡便に電子回路を製造することができる。
【００１３】
さらに本発明においては、２００℃以下、好ましくは１５０〜１７０℃程度の低温で、安定かつ簡便に印刷配線などで電子回路を製造することが可能であり、製造プロセスを大幅に簡略化することができる。したがって、単に従来の樹脂基板上の銅箔をエッチングすることによって回路を形成する場合と比較すると、本発明の機能性導電塗料に置き換えるだけで、コストと歩留まりの大幅な改善が可能となり、当該技術分野に大きく貢献するものである。
【００１４】
また、塗料中の金属粉末表面上には、空気中の水分または酸素などにより薄い自然酸化膜が形成されるため、安定な電気的導通が得られないことがあるが、本発明の機能性導電塗料は、不飽和脂肪酸が該酸化膜をも除去するので、抵抗値が極めて小さい電子回路を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の本発明の機能性導電塗料並びにそれを用いた電子回路とその形成方法について説明する。先ず、この機能性導電塗料に用いられる金属粉末は、ＡｇコートＮｉ粉末、Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ｎｉ粉末、Ａｌ粉末などが挙げられる。これらのうち、ハンダ付け性の観点から、ＡｇコートＮｉ粉末若しくはＡｇコートＮｉ粉末とＡｇ粉末との混合粉末が好ましい。
【００１６】
ＡｇコートＮｉ粉末は、ほぼ球状のＮｉ粉末表面にＡｇをメッキにより被覆したもので、Ａｇは５〜２０ｗｔ.％、例えば約１５ｗｔ.％の割合であり、被覆量は適宜設定可能である。ＡｇコートＮｉ粉末の粒径は、例えば平均粒径が７μｍ程度の粉体である。またＡｇ粉末は、不規則な粒子状であるが、粒径が１０μｍ以下の場合ハンダ付け性が低下するため、平均粒径が１０μｍ以上のものが好ましい。
【００１７】
また、金属粉末の含有量は、機能性導電塗料全体中に、好ましくは７０〜９９ｗｔ.％、さらに好ましくは、７０〜９５ｗｔ.％である。
【００１８】
この機能性導電塗料に用いられるバインダーに含まれる熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらのうち、塗膜特性の観点から、多官能エポキシ樹脂、フェノール樹脂が好ましい。また熱硬化性樹脂の含有量は、塗料全体中に好ましくは、１〜３０ｗｔ.％で、さらに好ましくは、５〜１５ｗｔ.％である。
【００１９】
バインダーには、ジシアンジアミド、脂肪族ポリアミンなどの硬化剤を加えるが、これらのうち、ジシアンジアミドが好ましい。また硬化剤の含有量は、塗料全体中に好ましくは、１〜３０ｗｔ.％で、さらに好ましくは、４〜２０ｗｔ.％である。
【００２０】
さらにバインダーには、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア、第三級アミンなどの硬化促進剤を加えるが、これらのうち、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレアが好ましい。また硬化促進剤の含有量は、塗料全体中に好ましくは、１〜１０ｗｔ.％で、さらに好ましくは、１〜７．０ｗｔ.％である。
【００２１】
本発明の機能性導電塗料に用いられる有機溶媒は、熱硬化性樹脂を該塗料中に均一に分散させるものであれば特に限定されないが、例えば、ブチルカルビトール、メチルカルビトール、ソルベッソ１５０などの有機溶媒を添加させて、スクリーン印刷できる粘度（２００〜５００ポイズ程度）に調整してもよい。これらの有機溶媒のうち、ブチルカルビトールが好ましく、含有量は機能性導電塗料全体中に好ましくは、０．１〜２０ｗｔ.％で、さらに好ましくは、０.５〜１５ｗｔ.％である。
【００２２】
さらに、この機能性導電塗料には、金属粉末表面の酸化防止及び出来た酸化膜破壊を助長する目的で、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの不飽和脂肪酸を溶解させてもよい。これらの不飽和脂肪酸のうち、オレイン酸が好ましく、含有量は塗料全体中に、好ましくは、０．１〜５．０ｗｔ.％で、さらに好ましくは、０．５〜３．０ｗｔ.％である。
【００２３】
次に、本発明の機能性導電塗料を用いた印刷配線基板の製造方法の一例を示す。先ず、上記組成の機能性導電塗料は、ハイブリッドミキサー等の自公転式ミキサーを用いて、配合した材料が均一に分散するまでよく混合した後、スクリーン印刷等による印刷、またはスプレー、筆塗り等の種々の塗布方法で所望の形状に形成する。そして３０〜８０℃の温度で乾燥させた後に、２００℃以下の温度、好ましくは１５０〜１７０℃の温度で、５〜３０分間焼成することにより、電子回路の回路パターンや電極パターンを形成することができる。
【００２４】
これにより、高い導電性と良好なハンダ付け性を備えた刷配線電極が、導電塗料による電子回路パターンに形成可能となる。
【００２５】
本発明の機能性導電塗料は、印刷配線とのハンダ密着性に優れているので、導電塗料の印刷により、簡便に表面実装型電子部品用の回路を絶縁基板上に製造することができる。また、不飽和脂肪酸を含有しているので、金属粉末表面の酸化が防止され、導電性やハンダ密着性が損なわれず、印刷配線等の形成後も表面の酸化が阻止され、経時的な機能低下も生じない。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明が以下の実施例に制約されるものではない。まず、図１に試験用の印刷パターンを示す。このパターンは、スクリーン印刷用ジグザクパターンであり、線幅は２ｍｍである。また、体積抵抗率ρは次式から求める。
ρ＝（Ｒｘ／１８４）×ｄ（Ω・cm）
ただし、Ｒｘ：シグザクパターンの両端間の抵抗値（Ω）、ｄ：試料パターンの膜厚（ｃｍ）
【００２７】
実施例１では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量１５ｗｔ％）    ９３重量部
オレイン酸   １重量部
多官能エポキシ樹脂   ６重量部
ブチルカルビトール   ３重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は、３．２×１０−４    Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダで接着し、剥離試験を行ったところ、ハンダ剥離強度は０．２８Ｋｇｆ／ｍｍ２、剪断強度は０．６０Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
【実施例２】
【００２８】
実施例２では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量１５ｗｔ％）    ９１重量部
オレイン酸   １重量部
フェノール樹脂   ８重量部
ブチルカルビトール   ４重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は、２．５×１０−４Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダで接着し、剥離試験を行ったところ、ハンダ剥離強度は１．１７Ｋｇｆ／ｍｍ２、剪断強度は２．１７Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。
【実施例３】
【００２９】
実施例３では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
Ａｇ粉末 ９３重量部
オレイン酸   １重量部
多官能エポキシ樹脂   ６重量部
ブチルカルビトール   １重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は、３．９×１０−４Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダで接着したが、接着できなかった。
【実施例４】
【００３０】
実施例４では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
Ａｇ粉末 ９１重量部
オレイン酸   １重量部
フェノール樹脂   ８重量部
ブチルカルビトール   ２重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は６．５×１０−５Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダで接着したが、ハンダ付け時間の経過と共にハンダがはじく傾向にあり、剥離強度試験や剪断強度試験に供し得る試料の作製ができなかった。従って、実施例３とともに、金属粉末がＡｇ粉末のみでは、ハンダ付けが出来ないことが分かった。
【実施例５】
【００３１】
実施例５では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量１５ｗｔ％）    ４６．５重量部
Ａｇ粉末    ４６．５重量部
オレイン酸   １重量部
多官能エポキシ樹脂   ６重量部
ブチルカルビトール   ３重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は３．０×１０−４Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダでハンダ接着し、剥離試験を行ったところ、ハンダ剥離強度は０．４９Ｋｇｆ／ｍｍ２、剪断強度は０．７５Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。従って、金属粉末として、ＡｇコートＮｉ粉末とＡｇ粉末を用いても、ハンダ付け可能であることが分かった。
【実施例６】
【００３２】
実施例６では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量１５ｗｔ％）   ４５．５重量部
Ａｇ粉末    ４５．５重量部
オレイン酸   １重量部
フェノール樹脂   ８重量部
ブチルカルビトール   ４重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は２．０×１０−４Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダでハンダ接着し、剥離試験を行ったところ、ハンダ剥離強度は０．９１Ｋｇｆ／ｍｍ２、剪断強度は２．０５Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。従って、上記実施例と同様に、金属粉末として、ＡｇコートＮｉ粉末とＡｇ粉末を用いても、ハンダ付け可能であることが分かった。
【実施例７】
【００３３】
実施例７では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
Ｎｉ粉末 ９３重量部
オレイン酸   １重量部
多官能エポキシ樹脂   ６重量部
ブチルカルビトール   ３重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。このものの体積抵抗率は１．１×１０−３Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダで接着したが、接着できなかった。従って、金属粉末がＮｉ粉末のみでは、ハンダ付けが出来ないことが分かった。
【実施例８】
【００３４】
実施例８では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量５ｗｔ％）  ９３重量部
オレイン酸   １重量部
多官能エポキシ樹脂   ６重量部
ブチルカルビトール   ３重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は３．４×１０−４Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダでハンダ接着し、剥離試験を行ったところ、ハンダ剥離強度は０．１６Ｋｇｆ／ｍｍ２、剪断強度は０．４４Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。従って、金属粉末としてＡｇコートＮｉ粉末を用いた場合のＡｇ含有量は、５ｗｔ％でもハンダ付け可能であることが分かった。
【実施例９】
【００３５】
実施例９では、以下の組成による導電塗料を作成し、試験を行った。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量２０ｗｔ％）  ９３重量部
オレイン酸   １重量部
多官能エポキシ樹脂  ６重量部
ブチルカルビトール   ３重量部
をハイブリッドミキサーで混合したものを、図１に示すジグザグパターンでガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１７０℃で３０分間焼成して導電路を形成した。
このものの体積抵抗率は３．１×１０−４Ω・ｃｍを示した。
また、このものと銅製リード線を鉛フリーハンダでハンダ接着し、剥離試験を行ったところ、ハンダ剥離強度は０．１９Ｋｇｆ／ｍｍ２、剪断強度は０．４８Ｋｇｆ／ｍｍ２であった。従って、実施例８と比較することにより、ＡｇコートＮｉ粉末を用いた場合のＡｇ含有量は、多くしてもハンダ付け性が大きく異なるものではないことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明機能性導電塗料は、電子回路の製造または電子回路形成、その他ハンダ付けを伴う電子部品の接続部に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の機能性導電塗料の試験を行った実施例の印刷パターンを示す平面図である。
【図１】
2006028213.tif 000002