JP2660937B2

JP2660937B2 - 銅導電性組成物

Info

Publication number: JP2660937B2
Application number: JP2187371A
Authority: JP
Inventors: 正行津永; 孝雄鈴木; 和明弓庭; 好章栗本; 恭一後閑; 正樹廣澤
Original assignee: Gun Ei Chemical Industry Co Ltd; Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Gun Ei Chemical Industry Co Ltd; Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: EP0467575A3; JPH0477547A; US5248451A; EP0467575A2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電子回路用等に用いられるポリマー型銅導電
性組成物に関し、特に金属粉として銀被覆した球状また
は粒状銅粉を用い、バインダーとして特定の条件を満足
するレゾール型フェノール樹脂を用いることにより、高
い導電性と良好な半田付け性を同時に付与せしめた銅導
電性組成物に係わる。

〔従来の技術〕

一般に電子回路用等に用いられるポリマー型銅導電性
組成物はリード線等の半田付けを容易にするために良好
な半田付け性が要求される。このような半田付け性を考
慮した銅導電性組成物として特開昭64−34597号公報が
公知である。この公報記載の発明は金属粉、レゾール型
フェノール樹脂、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸もしく
はこれらの金属塩、金属キレート形成剤および半田付け
促進剤からなるものである。この発明では金属銅粉末の
酸化を防止するために金属キレート形成剤を添加し、さ
らに半田付け促進剤を添加することにより、良好な半田
付け性を付与せしめたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の如き従来のものでは金属粉末の
酸化防止剤および半田付け促進剤の添加が不可欠であ
り、半田付け性は良好であるものの、十分な導電性を有
するとはいい難いものであった。といって、導電性を考
慮した従来の組成物では半田付け性が劣り、硬化膜の半
田付け性と導電性とを共に満足する組成物は得られてい
なかった。従って、従来は導電性が良好な組成物と半田
付け性の良好な組成物とを使い分けたり、あるいは予め
銅ペーストで形成された回路に無電解金属めっきを施す
必要があった。

このような方法は工程が増えるのみならず、特に後者
の方法では廃液処理の問題があり、コストアップを招来
するという問題点を有するものであった。

本発明は硬化膜の導電性と半田付け性とを同時に満足
する銅導電性組成物を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の銅導電性組成物は、金属粉として銀被覆した
球状または粒状銅粉を100重量部、バインダーとして以
下の（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすレゾール型フェノー
ル樹脂を６〜18重量部含有するものであり、これにより
前記課題を解決したものである。

（ａ）結合ホルムアルデヒド中の、ジメチレンエーテル
結合を５％以上含有するか、またはアルキルエーテル結
合を５％以上含有するもの、（ｂ）ホルムアルデヒドとフェノールの仕込みモル比
（ホルムアルデヒド／フェノール）が1.0〜3.0の範囲で
あるもの、（ｃ）ゲルパーミェーションクロマトグラフ法（以下、
GPC法という）（検出器、示差屈折率計使用）でのパタ
ーンの面積比において、ポリスチレン換算分子量が700
未満の部分（以下、Ａ成分という）が20〜60％であり、
ポリスチレン換算分子量が700以上7000未満の部分（以
下、Ｂ成分という）が40〜70％であり、ポリスチレン換
算分子量が7000以上の部分（以下、Ｃ成分という）が０
〜30％であるもの。

〔作用〕

本発明では金属粉として銀被覆した球状または粒状銅
粉を使用しているので、次のような作用を有する。すな
わち、通常、半田付け機能が必要でない銅導電性組成物
では還元剤等の使用により硬化膜状態での酸化防止が図
られるが、半田付け機能が必要である場合には硬化膜中
に金属銅粉を高充填し、膜表面にできるだけ多く存在さ
せるようにする必要がある。従って、金属銅粉は酸化さ
れやすい状態となり、通常用いられる還元剤配合では不
十分となる。しかし、本発明では銅粉表面に少量の銀を
被覆しているため、硬化膜中に高充填しても酸化は防止
され、導電性および半田付け性は良好となる。また、導
電性銅ペースト用途では樹枝状銅粉が一般的であるが、
樹枝状あるいはフレーク状の銅粉では、半田付け機能が
必要とされる場合、ペースト中のバインダーが印刷され
た基板との界面よりも硬化膜表面の方により多く存在す
るため、そのバインダーが障害となって半田付け性が悪
くなる。しかるに本発明では球状もしくは粒状銅粉を使
用しているため、ペースト中のバインダーは印刷後、硬
化の中間段階までに、基板界面により多く移動し、硬化
膜表面には少量のバインダーが残されることになる。よ
って、銅粉として球状または粒状のものを用いることに
より、銅粉上のバインダー層の厚みは樹枝状もしくはフ
レーク状の銅粉の場合よりは大幅に薄くなり、フラック
スの溶解作用により、容易に除去可能なレベルに達する
ようになる。さらに、銅粉を球状もしくは粒状のものと
することにより、ｉ）粉体同志の滑りが良好となるの
で、高充填しても印刷性良好なペーストとなる、ii）比
表面積が小さくなるため表面を有効に被覆するために必
要となる銀量が低く抑えられる、という２つの作用も期
待できる。

また、本発明ではバインダーとし以下の（ａ）〜
（ｃ）の条件を満たすレゾール型フェノール樹脂を使用
しているため、高温半田付け時にフラックスが上述の銀
被覆銅粉表面に被覆された薄いバインダー層を溶解し、
清浄な銀被覆銅粉表面を露出させ、半田付け性を良くす
る。

（ａ）結合ホルムアルデヒド中の、ジメチレンエーテル
結合を５％以上含有するか、またはアルキルエーテル結
合を５％以上含有するもの、（ｂ）ホルムアルデヒドとフェノールの仕込みモル比
（ホルムアルデヒド／フェノール）が1.0〜3.0の範囲で
あるもの、（ｃ）GPC法でのパターンの面積比において、ポリスチ
レン換算分子量のＡ成分が20〜60％であり、Ｂ成分が40
〜70％であり、Ｃ成分が０〜30％であるもの。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明で使用する銅粉は球状もしくは粒状のものと
し、その平均粒径は好ましくは２〜20μｍとする。平均
粒径が２μｍを下回ると酸化、半田食われが著しくな
り、逆に20μｍを上回るとペースト印刷時のスクリーン
メッシュへの目詰りが生じやすくなる。より好ましくは
５〜10μｍの平均粒径のものである。このような銅粉に
銀被覆するには、キレート化剤を溶解した溶液に、銅粉
末を分散させ、撹拌下に銀イオンの溶液を加え、さらに
還元剤を添加する、いわゆるEDTA酸性浴法等により製造
される。銀の被覆量は金属銅粉中0.5〜５重量％とする
ことが好ましい。銀被覆量が0.5重量％を下回ると酸化
が著しくなり、逆に５重量％を上回ると半田食われ、マ
イグレーション等銀の欠点が見られるようになり、また
コスト高となる。より好ましい銀被覆量は１〜３重量％
である。

また、本発明で使用するバインダーは、フェノール類
とホルムアルデヒドとの付加縮合反応にて得られるレゾ
ール型フェノール樹脂であって、その骨格構造にジメチ
レンエーテル結合（−CH₂−Ｏ−CH₂−）を有するもの、
またはメチロール基をアルキルエーテル化（−CH₂−Ｏ
−Ｒ）したものであり、結合ホルムアルデヒド中での、
ジメチレンエーテル結合を５％以上含有するもの、また
はアルキルエーテル結合を５％以上含有するものであ
り、かつホルムアルデヒドとフェノール類の仕込みモル
比（ホルムアルデヒド／フェノール）が1.0〜3.0の範囲
であり、さらにGPC法でのパターンの面積比において、
ポリスチレン換算分子量のＡ成分が20〜60％であり、Ｂ
成分が40〜70％であり、Ｃ成分が０〜30％の範囲である
ものとする。

本発明に用いるレゾール型フェノール樹脂の原料とし
て使用するフェノール類の具体例としては、フェノー
ル、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、ト
リメチルフェノール、プロピルフェノール、ブチルフェ
ノール、オクチルフェノール、ジヒドロキシベンゼン、
ナフトール類、ビスフェノール類等が挙げられる。これ
らのフェノール類は単独で、または混合して使用するこ
とができる。

樹脂骨格構造に、ジメチレンエーテル結合を有するも
の、またはメチロールをアルキルエーテル化したアルキ
ルエーテル結合を有するものについては、フェノール類
に結合したホルムアルデヒド（以下、結合ホルムアルデ
ヒド）としての次の構造、メチロール（−CH₂OH）、メ
チレン（（−CH₂−）、ジメチレンエーテル（−CH₂−Ｏ
−CH₂−）、アルキルエーテル（−CH₂−Ｏ−Ｒ）、ヘミ
アセタール（−（CH₂O）_ｎ−Ｈ）等を100とした場合、
ジメチレンエーテル結合の含有量が５％以上、またはア
ルキルエーテル結合の含有量が５％以上のものである。
ジメチルエーテル結合が５％以上、またはアルキルエー
テル結合が５％以上含まれれば、ロジン系フラックスに
対する溶解性が向上し、半田付け性は良好となり、可撓
性、密着性も良好となる。一方、ジメチレンエーテル結
合が５％未満、またはアルキルエーテル結合が５％未満
であると、ロジン系フラックスに対する溶解性が乏しく
なり、半田付け性、可撓性、密着性が不良となる。ま
た、ジメチレンエーテル結合およびアルキルエーテル結
合の含有量が多すぎても、硬化時に架橋に与る官能基量
が少なくなる等により、硬化不良を起こすことを懸念し
なければならない。よって、より好ましいジメチレンエ
ーテル結合の含有量は、15〜45％であり、アルキルエー
テル結合の含有量についても15〜45％である。

また、メチロール基をアルキルエーテル化するに当っ
てのアルキル基については、直鎖型、セカンダリ型、タ
ーシャリ型があり、また炭素数において低級型から高級
型と種々多様であり、限定されるものではないが、好ま
しくは炭素数が１〜４の直鎖型のアルキル基である。

ホルムアルデヒドとフェノール類の仕込みモル比（ホ
ルムアルデヒド／フェノール類）について、仕込みモル
比が3.0を超えると低分子量化による強度低下および硬
化不良が起こり、1.0を下回ると架橋密度が低下し、ま
たジメチレンエーテル結合およびアルキルエーテル結合
の含有量が少なくなる。より好ましいモル比はジメチレ
ンエーテル結合の樹脂については1.0〜2.5であり、アル
キルエーテル結合の樹脂についても1.0〜2.5である。

さらに、レゾール型フェノール樹脂の分子量について
は、GPCパターンにおいて、Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分と
区分した場合、低分子量であるＡ成分についてはジメチ
レンエーテル結合およびアルキルエーテル結合の含有量
が多くなる。従って、樹脂中のＡ成分が20％以上である
と、ジメチレンエーテル結合およびアルキルエーテル結
合の含有量が多くなり、半田付け性は良好なものとな
る。逆に中分子量のＢ成分、高分子量のＣ成分はジメチ
レンエーテル結合およびアルキルエーテル結合の含有量
が少なく、樹脂中のＢ成分の含有量が70％を超えると、
またはＣ成分の含有量が30％を超えると半田付け性が劣
る。しかし、分子量については半田付け性のみならず、
導電性ペーストの導電性、密着性等にも影響するもので
あり、それらも考慮した分子量分布を検討する必要があ
る。すなわち、低分子量であるＡ成分については樹脂中
の含有量が60％を超えると、強度低下、硬化不良、密着
性不良等が起こるため、中分子量のＢ成分、さらには高
分子量のＣ成分の含有が望ましい。従って、半田付け
性、導電性、密着性等がトータル的に優れる分子量分布
はＡ成分が20〜60％であり、Ｂ成分が40〜70％であり、
Ｃ成分が０〜30％である。

ここで、本発明でのレゾール型フェノール樹脂の分子
量とは、標準ポリスチレンを用いて、GPC法にて求めた
値である。GPCクロマトグラフの測定は、例えば、東ソ
ー（株）製HLC−8020型クロマトグラフ装置に、東ソー
製のカラムG300H_XLを一本とG2000H_XL二本とを直列に連
結して、キャリア溶媒としてテトラヒドロフランを0.8m
l/分の流速で流して行った。クロマトグラフは示差屈折
計を検出器に用いた。そして、分子量は東ソー（株）製
標準ポリスチレン（重量平均分子量7.91×10⁵、3.54×1
0⁵、9.89×10⁴、4.30×10⁴、1.01×10⁴、6.4×10³、2.8
×10³、9.5×10²、5.3×10²の計９点）とスチレンモノ
マーを用いて、３次回帰法により検量線を作成し、その
検量線から分子量を求めた。

なお、バインダーは単独でもよいし、２種類以上のブ
レンドでもよい。特に後者の場合、単独では本発明要件
を満たさないものでも、ブレンド物として要件を満たす
ものであれば、この場合も本発明範囲内に包含させるも
のとする。これらバインダーは銀被覆した球状または粒
状銅粉100重量部に対し、６〜18重量部の割合となるよ
うに添加する。バインダーが６重量部を下回ると導電性
および硬化膜強度、基板への密着性が低下し、一方18重
量部を上回ると半田付け性、導電性が不良となる。

本発明において、銀被覆した球状または粒状銅粉およ
びバインダーも主成分とするものであるが、本発明では
その他、分散剤、溶剤を含み得るものであることはもち
ろんであり、さらには消泡剤、レベリング剤、チクソ性
付与剤等を適宜添加してもよいことも当然である。

本発明における分散剤としては、有機チタネート化合
物が好ましく使用できる。これは中心元素チタンに親水
基および親油基が結合している有機化合物であり、チタ
ネートカップリング剤と呼ばれるものであり、親水基が
異なることにより、次の４タイプに分類される。すなわ
ち、モノアルコキシ型（イソプロポキシ基を有するも
の）、キレート型（オキシ酢酸の残基を有するもの）、
キレート型（エチレングリコールの残基を有するも
の）、コーディネート型（テトラアルキルチタネートに
亜りん酸エステルを付加させたもの）であり、この中で
最も効果があるのはモノアルコキシ型である。この有機
チタネート化合物は銀被覆銅粉の表面に配位または吸着
し、混練時におけるバインダー中への分散性を向上させ
る。とくに本発明のように銅粉充填率が高い場合、上記
改善は顕著となる。半田付け性の良好な硬化膜を得るた
めには、硬化膜表面に銀被覆銅粉が多数存在することが
必要であることはもちろんであるが、さらにそれらが均
一に分布することも同等に重要である。従って、有機チ
タネート化合物を配合することにより混練時における分
散性を向上させたペーストを用い、硬化膜を形成すれ
ば、良好な半田付け性を得ることが可能となる。これら
分散剤は銀被覆した球状または粒状銅粉100重量部に対
し、0.05〜１重量部の割合となるように添加する。分散
剤量が0.05重量部を下回ると、導電性、半田付け性が不
良となり、逆に１重量部を上回ると基板への密着性が低
下する。

溶剤としては、ブチルセロソルブ、ジブチルセロソル
ブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチル
カルビトール、ジブチルカルビトール、ブチルセロソル
ブアセテート、メチルカルビトールアセテート、エチル
カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテー
ト等の多価アルコール誘導体が好ましい。このような多
価アルコール誘導体はレゾール型フェノール樹脂の良溶
媒であり、かつ印刷時における溶剤の揮発を抑え、しか
も硬化時の膜中残存が少ない。これら溶剤は銀被覆した
球状または粒状銅粉100重量部に対し、２〜15重量部の
割合で添加する。溶剤量が２重量部を下回るとスクリー
ン印刷時にカスレが生じ、逆に15重量部を上回るとニジ
ミを生じ、さらに誘電性、半田付け性も不良となる。

上記のように調製された組成物は常法に従ってスクリ
ーン印刷等によって塗布され、加熱硬化させることによ
り実用に供される。

以下に実施例を示す。

〔実施例〕

銀2wt％被覆した粒状銅粉（平均粒径８μｍ）100重量
部、レゾール型フェノール樹脂（群栄化学社製）10重量
部、有機チタネート化合物（プレアクトTTS（味の素社
製））0.1重量部、溶剤（メチルカルビトール）７重量
部からなる配合物を、３本ロールミルにて混練し、本発
明実施例１〜４および比較例１〜５の組成物を調製し、
これらを200メッシュテトロンスクリーンにて紙フェノ
ール基板（1.6mm厚）上に印刷し、エアオーブン中にて1
60℃、30分間加熱硬化させた。

これらについて半田濡れ性、比抵抗、密着強度および
印刷性について試験し、それらの結果を第１表に併記し
た。

以下に各試験方法を示す。

（１）半田濡れ性 2mm×2mmの印刷パターンを用いる。

フラックス＃366（マルチコア製）を塗布し、ホット
プレート上で150℃、20秒予熱後、230℃の共晶半田槽中
に３秒浸漬する。引き上げた後のパターン上の半田濡れ
性を次のように判定する。

○：半田被覆面積 100％ △：半田被覆面積 80〜99％ ×：半田被覆面積 79％以下（２）比抵抗 1mm×200mmの印刷パターンを用いる。

両端での電気抵抗Ｒ（Ω）と平均膜厚ｔ（μｍ）を測
定し、次の式を用いて比抵抗ρ（Ω・cm）を計算により
求める。

（３）密着強度 2mm×2mmの印刷パターンを用いる。

半田濡れ性試験で得られたサンプルをそのまま用い、
0.8mmφの銭めっき軟銅線を2mm角の中央に立て、糸半田
と半田こてにて半田付けする。次に、引張試験機にて90
゜プルテストを行い、破断時の荷重Ｆ（kg）を測定す
る。次の式を用いて密着強度Ｔ（kg/mm²）を求める。

Ｔ＝F/4 第１表から次のことが判る。

実施例１の組成物金属粉として平均粒径８μｍの銀2wt％を被覆した粒
状銅粉を用い、バインダーとしてジメチレンエーテル結
合を40％含み、かつ分子量成分Ａを35％、成分Ｂを64
％，成分Ｃを１％含み、仕込みモル比２であるレゾール
型フェノール樹脂を用い、しかも配合比率が適当な値で
あるので、半田濡れ性が良好であり、比抵抗は低く、密
着強度は大きい。

実施例２の組成物実施例１と同様、金属粉、バインダーの性状、配合比
率が適当な値であるので、半田濡れ性が良好であり、比
抵抗は低く、密着強度は大きい。

実施例３の組成物金属粉は実施例１、２と同様であり、バインダーとし
てブチルエーテル結合を35％含み、かつ分子量成分Ａを
35％、成分Ｂを46％、成分Ｃを19％含み、仕込みモル比
1.3であるレゾール型フェノール樹脂を用い、しかも配
合比率が適当な値であるので、半田濡れ性が良好であ
り、比抵抗は低く、密着強度は大きい。

実施例４の組成物実施例３と同様、金属粉、バインダーの性状、配合比
率が適当な値であるので、半田濡れ性が良好であり、比
抵抗は低く、密着強度は大きい。

比較例１の組成物実施例２中のバインダーGM−４を分別した低分子量成
分であるGM−4Sを用いている。ジメチレンエーテル結合
を50％含むレゾール型フェノール樹脂を用いているの
で、半田濡れ性は良好であるが、分子量成分Ａが上限を
越え、分子量成分Ｂが下限を下回っているため、比抵抗
は高く、密着強度は小さい。

比較例２の組成物実施例２中のバインダーGM−４を分別した高分子量成
分であるGM−4Lを用いている。ジメチレンエーテル結合
量が下限を下回っているため、半田濡れ性が不良であ
る。

比較例３の組成物実施例３中のバインダーであるGM−５を分別した低分
子量成分であるGM−5Sを用いている。ブチルエーテル結
合を70％含んでいるので、半田濡れ性は良好であるが、
分子量成分Ａが上限を越え、分子量成分Ｂが下限を下回
っているため、比抵抗は高く、密着強度は小さい。

比較例４の組成物実施例３中のバインダーであるGM−５を分別した高分
子量成分であるGM−5Lを用いている。ブチルエーテル結
合が下限を下回っているため、半田濡れ性が不良であ
る。

比較例５の組成物バインダーとしてメチレンメチロール結合を有するレ
ゾール型フェノール樹脂を用いているため、半田濡れ性
が不良である。

〔発明の効果〕以上のような本発明によれば、高い誘電性とともに良
好な半田付け性を有し、低い比抵抗そして大きな密着強
度をも有する銅導電性組成物が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栗本好章群馬県高崎市大八木町622番地群栄化学工業株式会社内 (72)発明者後閑恭一群馬県高崎市大八木町622番地群栄化学工業株式会社内 (72)発明者廣澤正樹群馬県高崎市大八木町622番地群栄化学工業株式会社内 (56)参考文献特開平１−231208（ＪＰ，Ａ) 特開平１−246706（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粉およびバインダーを主成分とする銅
導電性組成物において、金属粉として銀被覆した球状ま
たは粒状銅粉を100重量部、バインダーとして下記の
（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすレゾール型フェノール樹
脂を６〜18重量部含有することを特徴とする銅導電性組
成物。（ａ）結合ホルムアルデヒド中の、ジメチレンエーテル
結合を５％以上含有するか、またはアルキルエーテル結
合を５％以上含有するもの、（ｂ）ホルムアルデヒドとフェノールの仕込みモル比
（ホルムアルデヒド／フェノール）が1.0〜3.0の範囲で
あるもの、（ｃ）ゲルパーミェーションクロマトグラフ法でのパタ
ーンの面積比において、ポリスチレン換算分子量が700
未満の部分が20〜60％であり、ポリスチレン換算分子量
が700以上7000未満の部分が40〜70％であり、ポリスチ
レン換算分子量が7000以上の部分が０〜30％であるも
の。