(57)【要約】  【課題】  ペーストの組成及び粒子径を改善することによって管理・生産性に優れるとともに製造される電子部品等の高性能を担保できる導電回路描画用ペーストを提供すること。  【解決手段】  ナノサイズ乃至数ミクロンサイズのＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄから選択した金属微粒子を主材料とし、それにナノサイズのＡｇ又はＡｕからなる副材料及びナノサイズの還元物質を含むこと。すなわち、導電性材料の組成を改善する一手段として、主材料に副材料及び還元物質を混合し複合させたことを特徴とする。  【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノサイズ乃至数ミクロンサイズのＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄから選択した金属微粒子を主材料とし、それにナノサイズのＡｇ又はＡｕからなる副材料及びナノサイズの還元物質を含むことを特徴とする回路描画用の導電性材料。
【請求項２】
上記主材料がサブミクロン乃至数ミクロンサイズの金属微粒子であることを特徴とする請求項１記載の回路描画用の導電性材料。
【請求項３】
上記主材料が副材料により被覆されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回路描画用の導電性材料。
【請求項４】
上記還元物質がカーボンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の回路描画用の導電性材料。
【請求項５】
上記還元物質が炭素微小球であることを特徴とする請求項４記載の回路描画用の導電性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路描画用の導電性材料に関し、さらに詳しくは、セラミック基板やプラスチック基板等に回路パターンを形成するため供給される導電性インクや導電性ペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器・電子部品・電子回路の作製に使用する回路描画用の導電性インクや導電性ペーストには、特許文献１や特許文献２にその一部を例示するが数多くの種類が提案されている。
特に、電子部品の著しい小型化に伴い回路パターンの最小線幅及び膜厚もますます狭小となる微細化する傾向にあって、前記特許文献２に例示されるように、回路パターンの描画法もこれまで一般的であったスクリーン印刷法からインクジェット印刷法が採用されるとともに、導電性金属もまた１〜１０ｎｍなどナノサイズの導電性金属が使用されている。
そして、従来の導電性インクや導電性ペーストは、上記特許文献２に代表されるように、ナノサイズの金属超微粒子を使用する場合でも、その粒子径を微小化すると同時に極力均一化（１〜１０ｎｍ）させようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−３４２１１号公報
【特許文献２】特開２００２−３２４９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、上記導電性材料の金属微粒子として、Ｃｕ微粒子を使用することが導電性及びコスト面で有用であるが、そのナノサイズのＣｕ微粒子を主材料とした導電インクをインクジェットなど液滴吐出法により吐出して回路パターンを描画し焼成した場合に、Ｃｕ微粒子どうしの十分な結合性・接着性が得られない虞がある。また、Ｃｕ微粒子の場合、その酸化が急速に進むため導電性インクやペーストの製造から保管・描画までの管理・扱いが難しい。それらのために、作製された導電回路の通電性など所望の品質・信頼性、ひいては電子部品等の性能にも悪影響を及ぼす不具合がみられる。
【０００５】
本発明は、上記従来事情に鑑みて、前記インクやペーストの金属微粒子の組成を改善し、さらに粒子径を改善することによって主材料である金属微粒子の結合性・接着性を高めるとともに管理・生産性に優れ、製造される電子部品等の高性能を担保できる回路描画用の導電性インクや導電性ペースト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】
【０００６】
本発明の回路描画用の導電性材料は、ナノサイズ乃至数ミクロンサイズのＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄから選択した金属微粒子を主材料とし、それにナノサイズのＡｇ又はＡｕからなる副材料及びナノサイズの還元物質を含むものである（請求項１）。すなわち、本発明は、導電性材料の組成を改善する一手段として、主材料に副材料及び還元物質を混合し複合させたことを特徴とする。
主材料は用途に応じてＣｕ、Ｎｉ、Ｐｄから選択するものであり、例えば、配線回路の回路パターンを描画する場合にはＣｕ（粉末）を選択し、チップコンデンサやチップ抵抗器の電極を描画する場合には、Ｎｉ又はＰｄを使用する。
副材料には、主材料との結合性がよく導電性に優れたＡｇ又はＡｕを使用する。
【０００７】
上記主材料は、ナノサイズ乃至数ミクロンサイズの金属微粒子を使用するが、粒子径を改善する一態様として、主材料をサブミクロン乃至数ミクロンサイズの金属微粒子とする（請求項２）。すなわち、本発明の請求項２は、粒子径を大小異にする主材料と副材料及び還元物質を混合し複合させたことを特徴とする。
上記ナノサイズとは、１〜２００ｎｍ未満のことをいい、サブミクロンサイズとは、約１μｍ以下であって０．２μｍ（２００ｎｍ）以上をいい、それを超えて約１０μｍまでを数ミクロンという。主材料のサイズが０．２μｍ未満では粉末状主材料の酸化が進みやすく、１０μｍを超えるとビアホールの穴埋めが困難になるとともに回路パターンの所望の最小線幅及び膜厚が確保できない。最も好ましいサイズは、Ｃｕ、Ｎｉ，Ｐｄの酸化の進行度と回路パターンの微細化の程度によって選択するが、０．４〜０．６μｍの範囲である。
また、副材料及び還元物質のサイズは、入手性やコスト面を考慮すれば３０〜１００ｎｍを使用するが、主材料に対する添加材としての機能を考慮すれば３０〜５０ｎｍが好ましい。
【０００８】
上記副材料は、還元物質と同様に主材料に添加することもよいが、好ましい一態様としては主材料に被覆した状態、すなわち、主材料が副材料により被覆された状態とする（請求項３）。この態様は、主材料が酸化進行度の速いナノサイズの場合に特に効果的である。
副材料の被覆処理としては、主材料の周囲に副材料をコーティング処理し、あるいはコーティング処理をするまでもなく主材料の外周に副材料を塗し状態で付着させることもよい。
還元物質には、一般的に使用されているカーボン（Ｃ）が好ましい（請求項４）。そして、カーボン（Ｃ）を使用する場合には、溶液中における流動性を高めるために、実質的に単一な球状形態を有する炭素微小球であることが好ましい（請求項５）。
なお、還元物質としては、主材料の還元作用を考慮すると前記カーボン（Ｃ）やグラファイトなど炭素系の固体還元剤が最適であるが、必ずしもそれに限定されず、主材料に対して還元電位が負にあるものであれば他を用いることもよい。
【０００９】
本発明の導電性材料、つまり導電性インクや導電性ペーストは、上記の主材料、副材料及び還元物質を溶媒中に樹脂や分散剤と共に混入して撹拌し分散処理を施して製造され、スクリーン印刷法やインクジェットなど液滴吐出法その他の射出描画法の描画手段に供給される。それによって、セラミック基板、プラスチック基板上に回路パターンが描画され、電子回路基板やコンデンサ、抵抗器等の導電回路が作製される。
なお、上記導電性インクとは、主材料、副材料及び還元物質の含有率が６０重量％未満、粘度１０〜２０ｃＰＳ程度の導電性材料をいい、導電性ペーストとは、主材料、副材料及び還元物質の含有率が７０重量％未満、粘度１００〜５００ｃＰＳ程度の導電性材料をいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄから選択した金属微粒子に、それと結合性がよく導電性に優れたＡｇ又はＡｕからなる副材料を混合し複合させるので、液滴吐出法等により吐出して回路パターンを描画し焼成した場合に、前記副材料がバインダー機能を発揮してＣｕ微粒子など主材料どうしの十分な結合性・接着性が得られとともに副材料により通電性が補填され、また、還元物質を混合し複合させるので、焼成時において、該還元物質の還元作用により主材料の表面酸化部分が還元される。したがって、製造される電子回路基板やコンデンサ、抵抗器など電子部品の高性能を担保できる回路描画用の導電性インクや導電性ペーストを提供することができる。
【００１１】
そして、請求項２によれば、サブミクロン乃至数ミクロンサイズの主材料に比べて副材料の粒子径がナノサイズと微粒であるので、副材料が主材料の表面に付着するだけでなく主材料の粒子間隙に充填される。したがって、描画される導電回路は、主材料の粒子空隙が極めて少なく高密度に形成されて基板との密着性を高めるとともに通電性を向上させることができる。
また、主材料がサブミクロン乃至数ミクロンサイズであるので内部まで酸化せず表面酸化の状態に留まり、しかも、ナノサイズの還元物質を混合し複合させるので、焼成時において、該還元物質の還元作用により主材料の表面酸化部分が還元される。
【００１２】
そして、請求項３によれば、主材料がナノサイズの場合であっても、被覆された副材料により主材料の酸化防止作用が強化されるとともに主材料の金属微粒子どうしの結合性・接着性がさらに強化されて高品質の導電性インクや導電性ペーストを提供することができる。
さらに、請求項５によれば、還元物質が実質的に球状形態を有するので、溶媒中における還元物質の流動性が高まり均一な分散状態が得られる。したがって、還元物質の効率的な還元作用により、導電回路の通電性をさらに高めることができるばかりでなく、還元炉の厳密な密封性が要求されず簡易な還元装置の使用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の導電性材料は、有機溶媒（例えば、テルピネオール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチル−３−メトキシ−プロピオネート（ＭＭＰ）、酢酸エチル等）または水に、分散剤に混合させた粉末状の主材料、副材料及び還元物質と共に添加剤としての樹脂成分等を混合撹拌し、ボールミル、サンドミル、ミキサーあるいは超音波などにより分散処理して製造される。
分散剤はオレイルアミン、アルキルアミン、カルボン酸アミン、ポリアリルアミン、ポリアクリロニトリル等であり、樹脂成分は、バインダーとしての熱硬化性樹脂や紫外線で硬化する硬化性樹脂などを使用するが、それらは特に制限されるものではなく、さらに濡れ性を調整するために界面活性剤を添加することも任意である。
また、この導電性材料の粘度は、溶剤の種類や主材料、副材料などの配合量によって適正に設定するようにし、描画法としてインクジェット法を採用する場合は、インクジェットヘッドで吐出可能とするために低粘度に設定し、スクリーン印刷法やディスペンサなどその他の射出ノズルを使用する場合はそれより高粘度に設定する。
【００１４】
主材料には、Ｃｕ、Ｎｉ又はＰｄを適宜に選択して使用するが、それらはサブミクロン乃至数ミクロンサイズ、好ましくは、平均粒子径が０．３〜６μｍの粉末を使用する場合を例示する。なお、主材料の粒子形状は必ずしも球形である必要はなく樹枝状など非球形であってもよい。
副材料はＡｇ又はＡｕ、好ましくはＡｇであるが、それらはナノサイズ、好ましくは、３０〜５０ｎｍの粉末である。これらの粒子形状もまた必ずしも球形である必要はなく、球形と非球形との混合物であってもよい。
還元物質としてはカーボン（Ｃ）を使用する場合を例示し、該カーボンもまたナノサイズの粉末である。なお、カーボン（Ｃ）として炭素微小球を使用することも任意である。
【００１５】
上記主材料、副材料及びカーボンの配合量は、それらの総量を１００重量％とした場合に、６０〜８０重量％：１０〜２０重量％：５〜２０重量％とすることが好ましい。
さらに好ましくは、主材料がＣｕ粉末である場合は、Ｃｕ：７０〜８０重量％、Ａｇ又はＡｕ：１０〜１５重量％、Ｃ：１０〜１５重量％であり、主材料がＮｉ粉末である場合は、Ｎｉ：６０〜７０重量％、Ａｇ又はＡｕ：２５〜３０重量％、Ｃ：５〜１０重量％であり、主材料がＰｄである場合は、Ｐｄ：７０〜７５重量％、Ａｇ又はＡｕ：２０〜２５重量％、Ｃ：５〜１０重量％である。
上記の上記主材料、副材料及びカーボンを分散剤（オレイルアミン、カルボン酸アミン）にモル比１：１の割合で混合し、それを溶媒（テルピネオール）中に添加剤（エポキシ樹脂、界面活性剤）と共に混合攪拌して導電性インク又は導電性ペーストを製造する。
その場合の配合量を例示すれば、主材料、副材料、カーボン及び分散剤が６０〜７０重量％、添加剤が２〜３重量％、残部が溶媒である。
【００１６】
次に、主材料としてＣｕ粉末（平均粒子径０．５μｍ）を選択した本発明の導電性インク（Ｃｕ：７０重量％、Ａｇ：１５重量％、Ｃ：１５重量％）を使用してセラミック多層基板の導電回路を描画する方法について図面により説明する。
図１は第一の描画方法を説明するものである。
パンチ装置等により予め所定位置にビアホールＶｈを穿孔してある多数のセラミックグリーシート２を準備する。
その一枚のセラミックグリーシート２を自動搬送機により搬送して台盤１上に載置させ、該セラミックグリーシート２上面に射出ノズル４を用いてインクＰを射出させながら、台盤１又は射出ノズル４を図示しない移送機構によりＸ軸方向、Ｙ軸方向へ移動制御させて、前記ビアホールＶｈにインクＰを埋め込むとともに所定の回路パターンを描画する（図１（ａ）（ｂ））。
次に、新たなセラミックグリーンシート２を自動搬送機により搬送して前記セラミックグリーンシート２上に積層させ（図１（ｃ））、該セラミックグリーンシート２上面に、前述と同様に射出ノズル４を用いてインクＰを射出して同シート２上面に回路パターンを描画するとともにビアホールＶｈにインクＰを埋め込んで下層の回路パターンと接続させる（図１（ｄ））。
同様の操作を繰り返すことにより、最上層のセラミックグリーシート２まで回路パターンを描画する（図１（ｅ））。その後に、積層されたセラミックグリーンシート層を圧着することによって、各層ごとに導電回路（回路パターン）が形成されたセラミック多層基板が製造される。
【００１７】
図２は第二の描画方法を説明するもので、第一の描画方法とは、セラミックグリーンシートとして予めビアホールＶｈを穿孔していないバージンのセラミックグリーンシート３を使用する点で相違する。そのために、図２（ａ）の工程において、セラミックグリーシート３にレーザーやルーター等を用いる穿孔機構５を使用してビアホールＶｈを穿孔する工程が付加され、また、新たなセラミックグリーンシート３を積層した直後の工程（図２（ｄ）参照）において、該セラミックグリーシート３に穿孔機構５でビアホールＶｈを穿孔する工程が付加される。
なお、射出ノズル４を用いてインクＰを射出して同シート３上面に回路パターンを描画し、穿孔されたビアホールＶｈにインクＰを埋め込んで下層の回路パターンと接続させることは第一の描画方法と同様である。
【００１８】
そして、上記描画方法により製造されたセラミック多層基板は、その後の乾燥・焼成工程を経ることによって、インクＰ中の樹脂や溶剤成分等が取り除かれて導電回路が完成するものである。
【００１９】
図３は焼成工程を経た導電回路の部分拡大図であり、同図により、粒子径の大きな主材料
（Ｃｕ）が配列する粒子間隙に副材料（Ａｇ）が充填されて高密度化されていることを理解できる。
【００２０】
なお、上記実施の形態においては、主材料としてサブミクロン乃至数ミクロンサイズの場合を例示したが、ナノサイズの主材料を使用することもよく、また、主材料、特にナノサイズの主材料にあらかじめ副材料（Ａｇ又はＡｕ）をコーティング等の被覆処理を施したものを作製し、それにカーボン（Ｃ）やその微小球などの還元物質を混合して複合させるようにすることも任意である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のペーストを用いて導電回路を描画する第一の描画方法の説明図
【図２】同第二の描画方法の説明図
【図３】作製された導電回路の部分拡大図
【符号の説明】
【００２２】
１：台盤                  Ｖｈ：ビアホール        Ｐ：ペースト
２：セラミックグリーンシート（ビアホールあり）
３：セラミックグリーンシート（ビアホールなし）    ４：射出ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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