(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀と銅とニッケルからなる合金粉体を有機バインダーに分散してなる導電ペーストであって、前記合金粉体中の銀と銅に対するニッケルの配合割合が、ニッケル０．３〜２．０重量％であることを特徴とする導電ペースト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐マイグレーション性及び耐腐食性に優れた導電ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スクリーン印刷やスルーホール形成等に利用される導電ペーストとして、銀粉を有機バインダーに分散してなる導電ペーストがあった。しかしながら導電粉として銀粉のみを使用した導電ペーストは高温多湿の雰囲気中でマイグレーションを生じ易いという問題点があった。ここでマイグレーションとは、一対の導電体の間に水分が存在する状態で電圧を印加した場合、電気化学反応により正電位の導電体側で銀がイオン化し、負電位の導電体側に移動して析出する現象を言う。
【０００３】
そこで上記欠点を防止するため、導電粉として銀と銅の合金を粉末とした導電粉を用いることが行なわれている。即ち金属粉末表面の酸化が少なくて良好な導電性を保つことはできるが耐マイグレーション性に劣る貴金属である銀と、金属粉末表面の酸化が進行して電気抵抗が漸増していくが耐マイグレーション性に優れる卑金属である銅とを合金化することで、それぞれの長所を生かし、金属粉末表面の酸化が少なくて良好な導電性を保つことができ且つ耐マイグレーション性にも優れる導電粉が用いられている。
【０００４】
しかしながら上記銀と銅の合金からなる導電粉を用いた導電ペーストにおいてもマイグレーションは生じるので導電ペーストの使用場所や使用方法によっては耐マイグレーション性が十分とは言えず、さらに耐マイグレーション性を向上した導電ペーストが要望されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、銀と銅の合金粉末を用いた導電ペーストよりもさらに耐マイグレーション性を向上できる導電ペーストを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者が導電ペーストに使用する銀と銅の合金を分析したところ、合金中の銀と銅の分散性があまり良くないことを見い出した。即ち図１に示すように合金（Ａｇ−Ｃｕ＝７０：３０（重量％））を拡大して見ると、合金の銀（白い部分）中に銅の塊部分（黒い部分）が比較的大きい塊として存在している部分があり、このことが耐マイグレーション性の向上を阻害していると考えられる。そこで本願発明者は、銀と銅の合金の分散性を向上させるために、前記合金中に少量のニッケルを加え、これによって銀と銅の分散性を向上して耐マイグレーション性の向上を図った。即ち図２に示すように銀と銅にニッケルを加えた三元合金（Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ＝７０：２９．５：０．５（重量％））を拡大して見ると、銅の塊部分が小さくなって分散性が向上していることが分かる。そこで本願発明は、銀と銅とニッケルからなる合金粉体を有機バインダーに分散して導電ペーストを構成した。
【０００７】
ここで前記合金粉体中の銀と銅とニッケルの配合割合は実験により、耐マイグレーション性の向上を図ると共に接触抵抗値を低く押えるため、銀と銅に対してニッケルを０．３〜２．０重量％添加することとした。
【０００８】
また銀と銅の配合割合は、銀の量が多すぎると耐マイグレーション性が阻害され、銅の量が多すぎると導電性の点から回路パターン等に使用する導電ペーストとして適当でなく、これらのことから銀は９０〜６０重量％の範囲、銅は３９．７〜８．０重量％の範囲が好ましい。
【０００９】
また導電ペースト中の合金粉体と有機バインダーの配合割合は、導電ペーストとしての導電性等の通常の機能を発揮するために、合金粉体７０〜９０重量部に対して有機バインダー５〜２５重量部程度であることが好ましい。
【００１０】
従って以下の合金粉体組成と導電ペースト組成の条件を満足する導電ペーストが好適である。
〔合金粉体組成〕
Ａｇ：９０〜６０重量％
Ｃｕ：３９．７〜８．０重量％
Ｎｉ：２．０〜０．３重量％
〔導電ペースト組成〕
合金粉体：７０〜９０重量部
樹脂（有機バインダー、例えばフェノール系）：５〜２５重量部
溶剤（例えばカルビトール系）：５〜２５重量部
なお溶剤については、必要とされる導電ペーストの粘度に応じて、上記配合割合に限定されず、何れの配合割合であっても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下合金粉体として銀・銅にニッケルを混合して三元合金としたものを用いる理由と、ニッケルの配合割合を上記条件に限定した理由とを実施の形態とともに説明する。
〔銀・銅にニッケルを混合して三元合金とした理由〕
本願発明者は、合金粉体として銀粉のみを使用した導電ペーストと、銀・銅合金粉を使用した導電ペーストと、銀・銅・ニッケル合金粉を使用した導電ペーストとについて、それぞれの導電ペーストの耐マイグレーション性を測定するウォータードロップ試験を行ない比較した。
【００１２】
試料として以下の三種類の導電ペーストを用いた。
0003850725.tif 000002
【００１３】
そして上記各試料▲１▼，▲２▼，▲３▼に対して同一条件でウォータードロップ試験を行なった。試験方法は、基板（ポリエチレンテレフタレートフイルム（ＰＥＴフイルム））上に所定のギャップを隔てて二つのパターンＰ１，Ｐ２をスクリーン印刷によって形成し（厚み０．０１ｍｍ）、両者間に所定電圧（ＤＣ５Ｖ）を印加し、ギャップ部分に水を落としてから短絡するまでの時間を測定するものである。これを各試料▲１▼，▲２▼，▲３▼についてギャップ間隔を０．１５〜０．５ｍｍの範囲で変化しながら、それぞれの短絡時間を測定した。その結果を図３に示す。
【００１４】
同図に示すようにニッケルを混合した導電ペーストである試料▲１▼は、他の試料▲２▼，▲３▼に比べて何れのギャップ間隔の場合でも短絡時間が長くなることがわかり、このことから耐マイグレーション性が向上することが分かる。
【００１５】
〔ニッケルの配合割合を２．０〜０．３重量％に限定した理由〕
本願発明者は、合金粉体として銀・銅合金と、銀・銅・ニッケル合金とについて、それぞれの合金中の銀と銅の配合割合を変えたもの、及びニッケルの配合割合を変えたものについての耐マイグレーション性を測定するウォータードロップ試験を行ない比較した。なお用いた試料は何れも導電ペーストではなく、その元となる合金そのものである。
【００１６】
試料▲４▼：合金組成：Ａｇ−Ｃｕで、銀と銅の配合割合（重量％）を１００〜０の範囲にわたって変更したものを５種類
試料▲５▼：合金組成：Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉで、Ｎｉの配合割合（重量％）を０．２とした上で、銀と銅の配合割合（重量％）を９９．８〜０の範囲にわたって変更したものを５種類
試料▲６▼：金属組成：Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉで、Ｎｉの配合割合（重量％）を０．５とした上で、銀と銅の配合割合（重量％）を９９．５〜０の範囲にわたって変更したものを５種類
【００１７】
そして上記各試料▲４▼，▲５▼，▲６▼に対して同一条件でウォータードロップ試験を行なった。試験方法は、基板上に二つの板状の合金板（縦×横×厚み＝２０×１０×３ｍｍ）を隙間１ｍｍ離して基台（ＰＥＴフイルム）上に設置し、前記隙間部分に水道水を約１ｃｃ垂らし、両合金板間にＤＣ５Ｖの電圧を印加して短絡するまでの時間を測定するものである。その結果を図４に示す。
【００１８】
同図に示すように銀と銅の配合割合が何れの場合においても、ニッケルを０．５重量％混合した合金は、ニッケルを全く混合しなかった合金及びニッケルを０．２重量％だけ混合した合金に比べて短絡時間が長くなり、耐マイグレーション性が向上した。一方ニッケルを０．２重量％だけ混合したものは耐マイグレーション性の向上が見られず、少なくともニッケルを０．３重量％以上混合した場合に耐マイグレーション性が向上することが分かった。
【００１９】
なおニッケルの配合割合を０．５重量％以上に増やしていった場合、銀と銅が何れの配合割合であっても、その短絡時間は前記試料▲６▼の短絡時間よりも長くなった。このことからニッケルの配合割合は０．３重量％以上であれば耐マイグレーション性の向上を期待できることが分かった。
【００２０】
しかしながらニッケルの混合割合を多くしすぎると、露出面での接触抵抗値が増大し、この点からニッケルの混合割合を制限する必要がある。即ち本願発明者は、銀・銅・ニッケル合金中のニッケルの量の異なるものを４種類用意し、高湿度槽においてそれぞれの接触抵抗値を経時的に測定した。用意した試料は以下の通りである。
【００２１】
試料▲７▼−１：合金組成（重量％）：Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ＝６０：３９．５：０．５のもの
試料▲７▼−２：合金組成（重量％）：Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ＝８０：１９．５：０．５のもの
試料▲７▼−３：合金組成（重量％）：Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ＝８０：１８．０：２．０のもの
試料▲７▼−４：合金組成（重量％）：Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ＝８０：１７．５：２．５のもの
【００２２】
そしてこれら試料▲７▼−１〜４にかかる合金を温度４０℃、湿度９０〜９５％の高湿度槽内に放置し、経時的にそれぞれの接触抵抗値を測定した。測定方法は図６に示すように、合金板１０の表面に接触子２０の接触部分２１を２０ｇの接触圧で接触し、前記接触点と金属板１０の端辺間Ｌの抵抗値を測定する方法を用いた。接触子２０としてはリン青銅に銀メッキを施し接触部分２１の球面の半径が０．５ｍｍのものを用いた。測定結果を図５に示す。
【００２３】
同図の試料▲７▼−１，▲７▼−２に示すように、銀と銅の混合割合を変えても接触抵抗値の変化はほとんどなかったが、試料▲７▼−２，３，４に示すように、ニッケルの含有量を変化すると接触抵抗値が変化した。そしてニッケルの含有量が２．５重量％になると、接触抵抗値の経時的変化が大きくなり、この合金を用いた導電ペーストに実用上の問題が生じる。この現象は以下のように考えられる。即ちニッケルは酸化し易いが、このニッケルの含有量が２重量％を越えると、ニッケルが合金表面に浮き出し易くなり、この結果合金の接触抵抗値が大きくなるものと考えられる。従って接触抵抗値の観点から合金に含有するニッケルの量は２．０重量％以下が望ましい。
【００２４】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、銀と銅の合金粉末を用いた導電ペーストよりもさらに耐マイグレーション性を向上した導電ペーストを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】銀・銅合金の拡大図である。
【図２】銀・銅・ニッケル合金の拡大図である。
【図３】各種導電ペーストのウォータードロップ試験の結果を示す図である。
【図４】各種合金のウォータードロップ試験の結果を示す図である。
【図５】各種合金の接触抵抗値の経時的変化測定図である。
【図６】図５に示す接触抵抗値の測定方法を示す図である。
【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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