(57)【要約】      （修正有）【課題】ポリマー厚膜はんだ合金導体組成物を提供する。【解決手段】（ａ）スズ、銀、および銅からなり、そして２〜１８μｍの平均粒度および０．２０〜１．３ｍ２／ｇの表面積／質量比を有する６５〜９５重量％のはんだ合金粉末であって、（ｂ）（２）二塩基性エステルを含む有機溶媒に溶解された、（ｉ）塩化ビニリデンとアクリロニトリルとのビニルコポリマー樹脂を含む５〜３５重量％の有機媒体中に分散された、はんだ合金粉末を含むポリマー厚膜はんだ合金導体組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）スズ、銀、および銅からなり、かつ、２〜１８μｍの平均粒度および０．２０〜１．３ｍ2／ｇの表面積／質量比を有する、６５〜９５重量％のはんだ合金粉末と、
（ｂ）（ｉ）塩化ビニリデンとアクリロニトリルとのビニルコポリマー樹脂と、
（２）二塩基性エステルを含む有機溶媒と、
を含む５〜３５重量％の有機媒体と、
を含むポリマー厚膜はんだ合金導体組成物であって、前記６５〜９５重量％のはんだ合金粉末が前記５〜３５重量％の有機溶媒中に分散され、前記ビニルコポリマー樹脂が前記二塩基性エステルを含む有機溶媒に溶解されており、
前記重量％が前記ポリマー厚膜はんだ合金導体組成物の総量を基準とする組成物。
【請求項２】
前記はんだ合金粉末が８〜１２μｍの平均粒度を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記はんだ合金粉末が少なくとも９０重量％のスズを含有し、前記有機媒体が１６〜２５重量％のビニルコポリマー樹脂を含有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記有機溶媒の沸点が１８０℃〜２５０℃の範囲にある、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記有機溶媒が、グリコールエーテル、ケトン、エステルおよびそれらの混合物からなる群から選択される溶媒をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
電気回路における電極の形成方法であって、
ａ）請求項１に記載の組成物を調製する工程と；
ｂ）前記組成物を基材上へ塗布する工程と；
ｃ）前記組成物を乾燥させて前記電極を形成する工程と
を含む方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物から形成された電極を含む電気回路であって、前記組成物が乾燥されて前記電極を形成している電気回路。
【請求項８】
請求項６に記載の方法によって形成された電極を含む電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多くの異なる用途に使用するためのポリマー厚膜（ＰＴＦ）はんだ合金導体組成物を目的とする。一実施形態においては、ＰＴＦはんだ合金組成物は、ＩＴＯ−スパッタガラスなどの薄膜基材上にスクリーン印刷された導体として使用される。ＰＴＦはんだ合金は、グリッド電極として機能する。この組成物は、導電性（低い固有抵抗）が必要とされる任意の他の用途にさらに使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、電子デバイスでの使用のためのポリマー厚膜はんだ合金組成物を指向する。ＰＴＦ銀導体は、高い導電率（＜５０ミリオーム／平方）および信頼性のために選り抜きの導体として電子回路においてすっかり広く行き渡っている。しかし、ここ数年、銀の価格がほぼ＄３０／トロイオンスへと３倍になり、それ故に、回路で使用するには余りにも高価になりつつある。電気的特性においてほとんど遜色がないが、低コストの銀の代替品が求められつつある。そのような代替品を提供することが本発明の意図するところである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、
（ａ）スズ、銀、および銅からなり、そして２〜１８μｍの平均粒度および０．２０〜１．３ｍ2／ｇの表面積／質量比を有する６５〜９５重量％のはんだ合金粉末であって、
（ｂ）（２）二塩基性エステルを含む有機溶媒
に溶解された、
（ｉ）塩化ビニリデンとアクリロニトリルとのビニルコポリマー樹脂を
含む５〜３５重量％の有機媒体
中に分散された、はんだ合金粉末
を含むポリマー厚膜はんだ合金導体組成物であって；
重量％が前記ポリマー厚膜はんだ合金導体組成物の総量を基準とする
組成物を提供する。
【０００４】
本組成物は、すべての溶媒を除去することが必要な時におよび温度で加工されてもよい。
【０００５】
本発明は、そのような組成物を使用する回路上での電極形成の方法ならびにそのような方法および組成物から形成される物品をさらに目的とする。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一般に、厚膜組成物は、適切な電気的機能特性を組成物に与える機能相を含む。この機能相は、機能相のためのキャリアとして働く有機媒体中に分散された電気的機能性粉末を含む。一般に、厚膜技術においては、組成物は、有機化合物を焼き尽くすために、そして電気的機能特性を与えるために燃やされる。しかし、ポリマー厚膜の場合には、有機化合物は、乾燥後に組成物の不可欠な部分として留まる。「有機化合物」は本明細書で用いるところでは、厚膜組成物のポリマー、樹脂またはバインダー成分を含む。これらの用語は、殆ど同じ意味で用いられてもよく、それらはすべて同じものを意味する。
【０００７】
一実施形態においては、ポリマー厚膜はんだ合金導体組成物は、スズ、銀、および銅からなる６５〜９５重量％のはんだ合金粉末と５〜３５重量％の有機媒体とを含む。
【０００８】
要約すると、厚膜導体組成物の主成分は、ポリマー樹脂および溶媒からなる、有機媒体中に分散された導体粉末である。これらの成分は、以下に本明細書において議論される。
【０００９】
Ａ．導体粉末
本発明厚膜組成物中の電気的機能性粉末は、スズが最大の、すなわち９０重量％超の成分の、ＳＡＣ合金として知られる、スズ、銀、および銅を含有するはんだ合金導体粉末である。
【００１０】
はんだ合金粉末に関して用いられる粒径および形状は、特に重要であり、塗布方法に適切なものでなければならない。一実施形態においては、粒子は球状である。別の実施形態においては、粒子はフレーク形態にある。はんだ合金粒子の粒度分布もまた、本発明の有効性に関連して決定的に重要である。実際問題として、粒度は１〜１００μｍの範囲にある。ある実施形態においては、平均粒度は２〜１８μｍである。加えて、はんだ合金粒子の表面積／重量比は、０．２〜１．３ｍ2／ｇの範囲にある。
【００１１】
さらに、少量の１つ以上の他の金属が導体の特性を改善するためにはんだ合金導体組成物に加えられてもよいことが知られている。そのような金属の幾つかの例としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、白金、パラジウム、モリブデン、タングステン、タンタル、スズ、インジウム、ランタン、ガドリウム、ホウ素、ルビジウム、コバルト、チタン、イットリウム、ユーロピウム、ガリウム、硫黄、亜鉛、ケイ素、マグネシウム、バリウム、セリウム、ストロンチウム、鉛、アンチモン、導電性カーボン、ならびにそれらの組み合わせおよび厚膜組成物の技術分野において一般的な他のものが挙げられる。追加の金属は、総組成物中最大約１．０重量％を占めてもよい。
【００１２】
有機酸が、はんだ合金表面のあらゆる酸化を低減するためにはんだ合金のための還元剤として使用される。
【００１３】
Ｂ．有機媒体
粉末は典型的には、好適な一貫性および印刷のためのレオロジーを有する、「ペースト」と呼ばれる、ペースト様組成物を形成するために機械的混合によって有機媒体（ビヒクル）と混合される。有機媒体は、固形分が十分な程度の安定性を持ってその中に分散可能であるものでなければならない。有機媒体のレオロジー的特性は、それらが良好な塗布特性を組成物に与えるようなものでなければならない。そのような特性としては、十分な程度の安定性を持った固形分の分散、組成物の良好な塗布、適切な粘度、チキソトロピー、基材および固形分の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、ならびに手荒な取り扱いに耐えるのに十分な乾燥フィルム強度が挙げられる。
【００１４】
有機媒体は、有機溶媒中のポリマーの溶液を含む。有機媒体は、当該技術分野において慣習的ではなく、組成物に独特の特性を与える。
【００１５】
本発明のポリマー樹脂は特に重要である。本発明に使用される樹脂は、はんだ合金粉末の高い重量ローディングを可能にし、基材への良好な接着性および低い固有抵抗（高い導電率）という電子回路における導体にとって決定的に重要な２つの特性を両方とも達成するのに役立つ塩化ビニリデンとアクリロニトリルとのビニルコポリマーである。
【００１６】
多種多様な不活性液体を、有機媒体中の溶媒として使用することができる。厚膜組成物中に見いだされる最も幅広く使用される溶媒は、酢酸エチルおよびアルファ−もしくはベータ−テルピネオール等のテルペンまたはそれらと灯油、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコールおよび高沸点アルコールならびにアルコールエステルなどの他の溶媒との混合物が挙げられる。加えて、基材上への塗布後に迅速な硬化を促進するための揮発性液体をビヒクル中に含めることができる。本発明の多くの実施形態においては、グリコールエーテル、ケトン、エステルおよび同様な沸点の（１８０℃〜２５０℃の範囲の）他の溶媒、ならびにそれらの混合物などの溶媒が使用されてもよい。一実施形態においては、有機媒体は、二塩基性エステルおよびＣ−１１ケトン溶媒をベースにしている。これらの溶媒と他の溶媒との様々な組み合わせが、所望の粘度および揮発度要件を得るために調合される。
【００１７】
厚膜の用途
「ペースト」としても知られるポリマー厚膜はんだ合金組成物は典型的には、ガスおよび水分を本質的に透過しないＩＴＯ−スパッタガラスなどの基材上に沈着される。基材はまた、可撓性材料のシートであることができる。例は、その上に沈着されたプラスチックシートと任意選択的な金属層もしくは誘電性層との組み合わせで構成される複合材料などの不透過性プラスチックである。基材は、１６０℃の加工温度に耐えるようなものでなければならない。一実施形態においては、基材は、金属化はんだ合金ペーストを含む堆積層であることができる。
【００１８】
ポリマー厚膜はんだ合金組成物の沈着は、型紙捺染、注射器分配またはコーティング技法などの他の沈着技法を利用することができるが、スクリーン印刷によって好ましくは行われる。スクリーン印刷の場合には、スクリーンメッシュ・サイズが沈着厚膜の厚さを制御する。
【００１９】
沈着厚膜は、１６０℃で典型的には１０〜１５分間熱への暴露によって乾燥される。
【００２０】
本発明の組成物は、異常に低い固有抵抗、すなわち、３５ミリオーム／平方の導体を提供する。さらに、これは、はんだ合金の液相温度２１７℃よりも約６０℃下の乾燥温度で達成される。結果は、低費用および１６０℃という低い乾燥温度で達成される非常に低い回路固有抵抗である。１８０℃で乾燥された組成物は、１６０℃で乾燥されたものと比べて抵抗のわずかな、１０％未満の低下を示した。
【００２１】
本発明は、実施例を示すことによってさらに詳細に議論される。しかし、本発明の範囲は、これらの実施例によって決して限定されない。
【実施例】
【００２２】
実施例１
ＰＴＦはんだ合金導体ペーストを、１０μｍの平均球状粒度（範囲は５〜１５μｍであった）のはんだ合金粉末ＳＡＣ３０５（ＡＭＴＥＣＨ，ＳＭＴ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＬＬＣ，Ｄｅｅｐ  Ｒｉｖｅｒ，ＣＮ）を塩化ビニリデンとアクリロニトリル樹脂とのコポリマー（Ｓａｒａｎ（商標）  Ｆ−３１０樹脂，Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）からなる有機媒体と混合することによって調製した。この樹脂の分子量は約２５，０００であった。はんだ合金粉末を加える前に溶媒を使用してこの樹脂を完全に溶解させた。その溶媒は、二塩基性エステル（ＤｕＰｏｎｔ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）とＥａｓｔｍａｎ（商標）  Ｃ−１１  Ｋｅｔｏｎｅ溶媒（Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ，ＴＮ）との５０／５０ブレンドであった。少量の有機酸（ｏ−アニス酸）を化学的還元剤として加えた。追加量のカルビトールアセテート溶媒をスクリーン寿命目的のために加えた。
【００２３】
組成を下に示す：
８８．２３％    ＳＡＣ３０５はんだ合金粉末−
（９６．５％Ｓｎ、３％Ａｇ、０．５％Ｃｕ）
８．８２        有機媒体（１９．５％樹脂／８０．５％溶媒）
０．９８        ｏ−アニス酸
１．９７        カルビトールアセテート
【００２４】
この組成物をＴｈｉｎｋｙ型ミキサーで１０分間混合した。組成物を次に使用してガラス上にパターンをスクリーン印刷した。３２５メッシュのステンレススチールスクリーンを用いて、一連のラインを印刷し、組成物を強制空気ボックスオーブン中１８０℃で１０分間乾燥させた。固有抵抗を次に３０μｍの厚さで３５ミリオーム／平方と測定した。比較として、ＤｕＰｏｎｔ製品５０２５などの標準ＰＴＦ銀組成物を１２μｍの厚さで２５ミリオーム／平方と測定した。本はんだ合金組成物は最良の従来の銀導体よりも高い固有抵抗を有するが、それは、費用銀の何分の１かで値が近い。
【００２５】
比較例Ａ
別のＰＴＦはんだ合金組成物を、はんだ合金組成物中の化学樹脂が実施例１において使用されたビニルコポリマーからポリヒドロキシエーテル樹脂（ＰＫＨＨ，Ｐｈｅｎｏｘｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｒｏｃｋ  Ｈｉｌｌ，ＳＣ）に変更されたことを除いては実施例１に記載されているように調製した。調合物のすべての他の特性、はんだ合金粉末分布、およびその後の加工は、実施例１と同じものであった。この組成物についての標準化固有抵抗は、実施例１において見られたものよりも２８００倍高い、約１００オーム／平方であった。化学樹脂の変更が組成物の固有抵抗に著しい負の影響を及ぼすことは明らかである。
【００２６】
比較例Ｂ
別のＰＴＦはんだ合金組成物を、はんだ合金組成物中の化学樹脂が実施例１において使用されたビニルコポリマーからポリエステル樹脂（Ｖｉｔｅｌ  ２２００  Ｒｅｓｉｎ，Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）に変更されたことを除いては実施例１に記載されているように調製した。調合物のすべての他の特性、はんだ合金粉末分布、およびその後の加工は、実施例１と同じものであった。この組成物についての標準化固有抵抗は、実施例１において見られたものよりも１００００倍高い、約５００オーム／平方であった。再び、化学樹脂の変更が組成物の固有抵抗に著しい負の影響を及ぼすことは明らかである。
【００２７】
比較例Ｃ
別のＰＴＦはんだ合金組成物を、はんだ合金組成物中の化学樹脂が実施例１において使用されたビニルコポリマーからビニル樹脂（ＶＡＧＨ樹脂，Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）に変更されたことを除いては実施例１に記載されているように調製した。調合物のすべての他の特性、はんだ合金粉末分布、およびその後の加工は、実施例１と同じものであった。この組成物についての標準化固有抵抗は、実施例１において見られたものよりも１００００倍高い、約５００オーム／平方であった。再び、化学樹脂の変更が組成物の固有抵抗に著しい負の影響を及ぼすことは明らかである。
【００２８】
実施例および比較実験についての結果を、Ａｇペーストについてのものと一緒に表Ｉに示す。
【００２９】
【表１】
2013149618.tif 000002