JP2010090264A - 機能性導電塗料とそれを用いた印刷配線板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【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、且つ強固にハンダ付けが可能な低温硬化型の機能性導電塗料とそれを用いた印刷配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】フタロシアニンおよび／またはフタロシアニン錯体と、金属粉末、及び熱硬化性樹脂を含有して成る機能性導電塗料である。金属粉末は、ＡｇコートＮｉ粉末および／またはＡｇ粉末である。フタロシアニン錯体は、フタロシアニンＡｇである。機能性導電塗料は、不飽和脂肪酸を混合したものである。不飽和脂肪酸はオレイン酸であり、熱硬化性樹脂がレゾール型フェノール樹脂である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハンダ付け機能および優れた導電性を有する機能性導電塗料とそれを用いた印刷配線基板の製造方法に関する。

金属粉末を含有した導電性塗料は、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等を形成するため、多方面に用いられており、その利便性から現在も盛んに研究されている。

樹脂バインダ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。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、十分な金属結合が得られず接合強度が弱いものであった。さらに、ハンダ付け可能な導電塗料として、特許文献３に開示されているように、金属粉末の防錆や適正な印刷性を実現するために、導電塗料に不飽和脂肪酸を添加したものも提案されている。しかし、バインダとしてフェノール樹脂を使用し、不飽和脂肪酸を添加した場合、銅箔との密着性が悪くなるものであった。

一方、最近の電子回路の構成はほとんどが表面実装化されてきているため、表面実装電子部品とハンダ付けが可能で、スルーホール等を介して銅箔で形成された配線との密着性も良好な導電塗料の開発が強く望まれている。
特開平７−１４４２９号公報 特開２００２−２１２４９２号公報 特開２００６−２８２１３号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、樹脂基板や銅箔との密着性が高く導電性が良好であり、且つ強固にハンダ付けが可能な低温硬化型の機能性導電塗料とそれを用いた印刷配線基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者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、および有機溶媒を混合して塗料を製造する過程において、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粉末との混合物を、導電性改善剤としてフタロシアニンあるいはフタロシアニンＡｇ、塗料としてレゾール型フェノール樹脂に混合し、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、ハンダとの接合性と基板などとの密着性に優れていることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、フタロシアニンおよび／またはフタロシアニン錯体と、金属粉末、及び熱硬化性樹脂を含有して成る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／またはＡｇ粉末である。また、前記フタロシアニン錯体は、フタロシアニンＡｇである。

前記金属粉末の含有量は、全体の７０〜９９ｗｔ．％であり、前記フタロシアニン及びその錯体の含有量は、全体の０．０１〜１．０ｗｔ.％である。

また、前記導電性塗料には、不飽和脂肪酸が混合されたものである。前記不飽和脂肪酸はオレイン酸であり、前記熱硬化性樹脂がレゾール型フェノール樹脂である。

また本発明は、フタロシアニン、金属粉末、不飽和脂肪酸、有機溶媒、及びバインダとして熱硬化性樹脂を混合して塗料を形成し、この塗料を配線板に塗布して焼成し、前記金属粉末の金属による前記フタロシアニンの金属錯体を含有した配線を形成する印刷配線板の製造方法である。前記金属粉末はＡｇであり、前記金属錯体はフタロシアニンＡｇであり、前記塗料を１５０〜１７０℃で焼き付けて硬化させるものである。

本発明の機能性導電塗料とそれを用いた印刷配線板の製造方法によれば、樹脂基板など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この機能性導電塗料を用いた印刷配線などとのハンダ接合や、この機能性導電塗料を用いた他の回路基板などとの接着が容易且つ確実に可能なため、簡便に電子回路を製造することができる。

さらに本発明の機能性導電塗料を用いることにより、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、回路基板の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、従来の銅箔のエッチング工程による表面実装用の導体回路の一部を、本願発明による印刷配線とすることにより、回路製作を簡素化し、コストと歩留まりの大幅な改善が可能となる。さらに、廃液を少なくし、安価で環境負荷の小さいものとすることができ、当該技術分野に大きく貢献するものである。

また、導電性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においては、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、良好なハンダ付け性を維持する。

以下に本発明を詳細に説明する。本発明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が、これらのうち、ハンダ付け性の観点から、ＡｇコートＮｉ粉末もしくはＡｇコートＮｉ粉末とＡｇ粉末との混合粉末が好ましい。金属粉末の形状は粒状、針状、鱗片状等適宜の金属粉末を用いることができ、例えば、平均粒径又は平均長は、１〜５０μｍ、好ましくは１〜２０μｍの粒径、又は５０μｍ以下の長さの金属粉末である。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.％で、さらに好ましくは、７０〜９５ｗｔ.％である。

本発明の機能性導電塗料に用いられるフタロシアニン錯体は、大環状π電子構造をとるため、電子受容体や電子供与体にもなり、バインダに用いる樹脂中に分散した場合は、電子伝導性を示すため、導電塗料の導電性改善に寄与するが、フタロシアニン錯体のうち、導電性改善の観点からフタロシアニンもしくはフタロシアニンＡｇ単独もしくはこれらの混合物が好ましい。また、これらフタロシアニン錯体の含有量は、機能性導電塗料全体中に、好ましくは、０．０１〜１．０ｗｔ.％で、さらに好ましくは、０．１〜０．５ｗｔ.％である。フタロシアニンは、ＡｇコートＮｉ粉末やＡｇ粉末を混合して、焼成することにより、Ａｇ原子とフタロシアニンが錯体を形成し、導電性塗料内にフタロシアニンＡｇを形成する。

本発明の機能性導電塗料に用いられるバインダ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が、これらのうち、塗膜特性の観点から、レゾール型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。

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、ブチルセロソルブ、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、ブチルセロソルブが好ましく、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。

さらに、本発明の機能性導電塗料には、金属粉末表面上の酸化膜破壊を進行させる目的で、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、オレイン酸およびリノール酸が好ましく、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。

上記組成の本発明の機能性導電塗料の製造は、自動乳鉢や自公転式ミキサー、ビーズミルなどを用いて、配合した材料が均一に分散するまでよく混合した後、印刷、スプレー、筆塗り等の種々の方法で所望の形状に塗布することができる。そして、３０〜８０℃の温度で乾燥させた後に、１５０〜１７０℃の温度で、５〜３０分間焼成することにより、簡便に電子回路を形成することができる。

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実施形態を示す。まず、印刷配線用樹脂基板上に、本発明の機能性導電塗料をスクリーン印刷法などで、所望の電極形状で付着させ、付着した機能性導電塗料を乾燥させた後に焼成する。

これにより、良好な電気的導通を得ることが可能な印刷配線電極を製造することができる。また、本発明の機能性導電塗料は、電子部品と印刷配線とのハンダ密着性に優れているので、簡便に表面実装電子回路を製造することができる

以下、本発明の実施例について説明するが、以下の実施例に制約されるものではない。まず以下の材料を下記の配合割合で用意して混合する。
ＡｇコートＮｉ粉末（Ａｇコート量１５ｗｔ％）７０重量部
Ａｇ粉末２０重量部
オレイン酸 １．５〜２重量部
フタロシアニンもしくはフタロシアニンＡｇ粉末０〜０．５重量部
フェノール樹脂（固形分として） ８重量部
ブチルセロソルブ ３．５重量部
これらの材料を配合した導電塗料を混合し、自動乳鉢で十分に混練後、図１に示すジグザグパターン形状で、ガラスエポキシ樹脂基板上にスクリーン印刷し、１６０℃で３０分間焼成して導電回路パターンを形成した。

この回路パターンは、スクリーン印刷用ジグザクパターンであり、線幅は２ｍｍで倍率は１８４倍となっている。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）

実施例に使用した材料の概要
ＡｇコートＮｉ粉末 横沢金属工業株式会社製 ＹＮＡシリーズ（平均粒径５μｍ）
Ａｇ粉末 堺化学工業株式会社製 ＡＧ−３５００Ｍ（平均粒径１．５μｍ）
フタロシアニンおよびフタロシアニンＡｇ 東京化成工業株式会社製 試薬
レゾール型フェノール樹脂 住友ベークライト株式会社製 ＰＲ−５４４６３
オレイン酸 和光純薬工業株式会社製 １級試薬
ブチルセロソルブ（ブトキシエタノール） 和光純薬工業株式会社製 １級試薬
これらの結果を表でまとめると以下のようになる。

註：表１，２について
フタロシアニン錯体添加量が0.1ｗｔ％の場合、オレイン酸添加量は1.9ｗｔ％。
フタロシアニン錯体添加量が0.3ｗｔ％の場合、オレイン酸添加量は1.7ｗｔ％。
フタロシアニン錯体添加量が0.5ｗｔ％の場合、オレイン酸添加量は1.5ｗｔ％。

銅箔との密着性は、いずれの配合のものも鉛筆硬度試験でＨであった。なお、樹脂基板との密着性は、いずれの配合のものも鉛筆硬度試験で５Ｈ以上であった。

次に、フタロシアニン錯体として、フタロシアニンＣｕを混合したものの実施例を示す。ここでは、導電性とはんだ付け性に優れた銀粉末配合のものにフタロシアニンＣｕを０．１ｗｔ％、０．３ｗｔ％及び０．５ｗｔ％配合し、自動乳鉢で１時間混練した導電塗料の導電性について検討した結果を表３に示す。

註：表３について
フタロシアニンCu添加量が0.1ｗｔ％の場合、オレイン酸添加量は1.9ｗｔ％。
フタロシアニンCu添加量が0.3ｗｔ％の場合、オレイン酸添加量は1.7ｗｔ％。
フタロシアニンCu添加量が0.5ｗｔ％の場合、オレイン酸添加量は1.5ｗｔ％。

以上の実施例の実験結果から、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に好適に用いることができることが分かった。特に、フタロシアニンＡｇを用いるか形成されるようにすると、導電性及びハンダ付け性が良いものである。

この発明の一実施例によるスクリーン印刷用ジグザクパターンを示す。

Claims (9)

1. フタロシアニンおよび／またはフタロシアニン錯体と、金属粉末、及び熱硬化性樹脂を含有して成ることを特徴とする機能性導電塗料。
2. 前記金属粉末は、ＡｇコートＮｉ粉末および／またはＡｇ粉末である請求項１記載の機能性導電塗料。
3. 前記フタロシアニン錯体は、フタロシアニンＡｇである請求項１又は２記載の機能性導電塗料。
4. 前記金属粉末の含有量は、全体の７０〜９９ｗｔ．％であり、前記フタロシアニン及びその錯体の含有量は、全体の０．０１〜１．０ｗｔ.％である請求項１〜３のいずれか記載の機能性導電塗料。
5. 前記機能性導電塗料には、不飽和脂肪酸が混合されているものである請求項１記載の機能性導電塗料。
6. 前記不飽和脂肪酸はオレイン酸である請求項５記載の機能性導電塗料。
7. 前記熱硬化性樹脂はレゾール型フェノール樹脂である請求項１乃至６のいずれか記載の機能性導電塗料。
8. フタロシアニン、金属粉末、不飽和脂肪酸、有機溶媒、及びバインダとして熱硬化性樹脂を混合して塗料を形成し、この塗料を配線板に塗布して焼成し、前記金属粉末の金属による前記フタロシアニンの金属錯体を含有した配線を形成することを特徴とする印刷配線板の製造方法。
9. 前記金属粉末はＡｇであり、前記金属錯体はフタロシアニンＡｇであり、前記塗料を１５０〜１７０℃で焼き付けて硬化させる請求項８記載の印刷配線板の製造方法。
   

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