JPH1140933A - 導電性組成物およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハンダ付け性を改善し、取り扱いやすい導電
性組成物およびそれを用いた電子機器を提供する。 【解決手段】 導電性組成物が、ハンダと合金化しやす
い金属２８ないし４５重量％と、ハンダ中に拡散しにく
い金属２５ないし６０重量％と、ハンダをブロックする
性質を持つ酸化物３ないし７重量％と、樹脂７ないし３
０重量％からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子部品を
金属などの導電性粒子と樹脂からなる導電性組成物を印
刷することにより構成される印刷回路基板などにハンダ
付けする際、ハンダの下地に使用する導電性組成物およ
びそれを用いた電子機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電子部品を導電性組成物の印刷
による印刷回路基板などにハンダ付けする際には、電子
部品を接続する回路基板の導電層に対してハンダが濡れ
やすく、しかもハンダが溶融して導電層中に侵入してい
く際にある程度の深さでハンダの侵入が阻止されること
が重要である。印刷された導電層内で、この相反する二
つの作用を同時に行い、これを制御することは難しく、
その点で、印刷回路基板上の導電層などに用いられてい
る金属−樹脂組成物に直接ハンダ付けを行うことはこれ
まで困難とされていた。そこで、導電層上にハンダ付け
を行うことを可能とするため、ハンダの下地としてハン
ダに濡れやすい金属粉を主として含む組成物と、ハンダ
に濡れにくい金属粉を主として含む組成物の２つの組成
物を重ねて使用する方法が考えられた。この組成物は、
順次層状に形成する必要があるため、組成物を回路基板
上の導電路上に２回塗布する必要があった。例えば、フ
ァインパターンをスクリーン印刷などで構成しようとす
る場合、前記の組成物をズレの生じないように２層印刷
することは困難であるし、工程数も多くかかるという問
題点があった。このため、導電性組成物層の形成による
ハンダの下地作りが１回で済むような組成物の開発が行
われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のハンダ
に濡れやすい金属粉を主として含む組成物と、ハンダに
濡れにくい金属粉を主として含む組成物の２つの組成物
を単に混合した場合、ハンダへの濡れ性は問題ないが、
ハンダの侵入を阻止する作用、いわゆるハンダブロック
性に乏しい組成物しか得られなかった。このため、ハン
ダが下地の組成物中に浸透し、回路形成用導電層として
印刷された金属−樹脂組成物に到達するため、金属−樹
脂組成物が金属化されてしまう。すると、金属−樹脂組
成物と基板の界面で樹脂成分が減少して、金属−樹脂組
成物の基板への接着力が不足し、場合によっては、金属
−樹脂組成物すなわち導電層がハンダ層とともに基板か
ら剥がれてしまう恐れもあった。本発明の目的は、上記
事情に鑑み、ハンダ付け性を改善し、取り扱いやすい導
電性組成物およびそれを用いた電子機器を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る導電性組成
物は、ハンダと合金化しやすい金属２８ないし４５重量
％と、ハンダ中に拡散しにくい金属２５ないし６０重量
％と、ハンダの侵入をブロックする性質を持つ酸化物３
ないし７重量％と、樹脂７ないし３０重量％とからなる
ものである。前記導電性組成物において、ハンダと合金
化しやすい金属は、溶融したハンダと合金を形成し、こ
の導電性組成物中にハンダを拡散させる作用を持つ。前
記導電性組成物において、ハンダと合金化しやすい金属
の割合は、２８ないし４５重量％であることが好まし
い。その理由は、ハンダと合金化しやすい金属の割合が
２８重量％未満の場合は、この導電性組成物とハンダと
の濡れ性が低下するからである。逆に、ハンダと合金化
しやすい金属の割合が４５重量％を超える場合は、前記
導電性組成物中にハンダが侵入し過ぎるという問題点が
ある。この金属の粒径は特に限定されないが、組成物製
造プロセス上の取り扱いおよびスクリーン印刷性の観点
から０．５ないし３０μｍが望ましい。

【０００５】前記導電性組成物において、ハンダ中に拡
散しにくい金属は、この導電性組成物中へのハンダの侵
入を鈍化させる作用を持つ。前記導電性組成物におい
て、ハンダ中に拡散しにくい金属の割合は、２５ないし
６０重量％であることが好ましい。その理由は、ハンダ
中に拡散しにくい金属の割合が２５重量％未満の場合
は、前記導電性組成物中にハンダが侵入し過ぎるためで
ある。逆に、ハンダ中に拡散しにくい金属の割合が６０
重量％を超える場合は、この導電性組成物とハンダとの
濡れ性が低下するという問題点がある。この金属の粒径
は特に限定されないが、組成物製造プロセス上の取り扱
いおよびスクリーン印刷性の観点から０．５ないし３０
μｍが望ましい。

【０００６】前記導電性組成物において、ハンダの侵入
をブロックする性質を持つ酸化物は、ハンダ中に拡散し
にくい金属がハンダ溶融物に瞬間的に包接されることを
妨害する作用を持つ。これは、ハンダの侵入をブロック
する性質を持つ酸化物が、ハンダ中に拡散しにくい金属
と同等の比重を持つため、前記導電性組成物を溶媒によ
りペースト状にしスクリーン印刷などで塗膜層を形成し
た場合、未乾燥状態での層内での沈降分離がし難く、均
一な分散をおこしやすいためである。前記導電性組成物
において、酸化物の割合は、３ないし７重量％であるこ
とが好ましい。その理由は、酸化物の割合が３重量％未
満の場合は、前記導電性組成物中にハンダが侵入し過ぎ
るためである。逆に、酸化物の割合が７重量％を超える
場合は、この導電性組成物とハンダとの濡れ性が低下す
るという問題点がある。

【０００７】前記導電性組成物において、樹脂の割合
は、７ないし３０重量％であることが好ましい。その理
由は、樹脂の割合が７重量％未満の場合は、前記導電性
組成物中の固体成分の比率が高すぎるため、前記導電性
組成物とハンダなどとの密着性が低下するためである。
逆に、樹脂の割合が３０重量％を超える場合は、この導
電性組成物の導電性が低くなり、実用的でない。

【０００８】前記ハンダと合金化しやすい金属は、銀、
金、鉛、亜鉛の中から選ばれた少なくとも１種の金属、
またはこれら金属を２種以上含む合金であることが好ま
しく、銀または亜鉛であることがさらに好ましい。ま
た、前記ハンダ中に拡散しにくい金属は、銅、ニッケ
ル、パラジウム、白金の中から選ばれた少なくとも１種
の金属、またはこれら金属を２種以上含む合金であるこ
とが好ましく、銅、ニッケル、銅とニッケルの合金（ニ
ッケルが５ないし２０重量％を占める）であることがさ
らに好ましい。

【０００９】前記ハンダの侵入をブロックする性質を持
つ酸化物としては、前記ハンダ中に拡散しにくい金属と
同程度の比重を持つ酸化物が好適に使用される。例え
ば、ハンダ中に拡散しにくい金属として銅（比重８．９
２）やニッケル（比重８．８４５）を用いた場合は、酸
化物として、三酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃、比重８．
９）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂、比重８．６８）、五
酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅、比重８．７３５）などを好適
に使用することができる。これらの中でも、三酸化ビス
マス、五酸化タンタルが特に好ましい。

【００１０】前記導電性組成物の要素として使用する樹
脂は、溶融または軟化し流動化することにより溶融した
ハンダと前記導電性組成物中の金属との接触・合金化を
容易にさせる作用を持つ。また前記樹脂は、使用するハ
ンダ組成によってハンダ付け温度が異なるので、それぞ
れのハンダ付け温度に対応したものを使用するのがよ
い。上述の電子機器にて対象となるハンダは、その種類
を特に限定しないが、融点１３５℃以上の鉛−スズ系ハ
ンダ、鉛−ビスマス−スズ系ハンダ、スズ−ビスマス系
ハンダ、鉛−ビスマス系ハンダ、鉛−ビスマス−スズ−
銀系ハンダまたはスズ−ビスマス−銀系ハンダが好まし
い。

【００１１】通常は、使用するハンダの融点に対して１
５ないし３５℃高めにハンダ付け温度を設定している。
例えば、上記のハンダを使用する場合、エチレンビニル
アセテート樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸セルロース、メ
タクリル樹脂、エチルセルロース、ブタジエン樹脂、飽
和ポリエステル、ポリアミド、変性ポリイミド、変性エ
ポキシ樹脂および変性フェノール樹脂の群から選ばれた
少なくとも１種の樹脂、またはそれらの変性樹脂を使用
することが好ましい。またこれら樹脂２種以上を混合し
てなる樹脂を使用してもよい。

【００１２】前記導電性組成物の要素として使用する樹
脂は、上述した各種の熱可塑性樹脂と、ハンダ付け温度
にて軟化しない樹脂との混合物であってもよい。これら
混合する２種の樹脂の割合は、この組成物を塗布または
印刷する対象の電気絶縁性基体との接合性、プロセス条
件などに応じて、飽和ポリエステル、エチレンビニルア
セテート樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸セルロース、メタ
クリル樹脂、エチルセルロース、ブタジエン樹脂、ポリ
アミドおよびそれらの変性樹脂などの熱可塑性樹脂成分
５０ないし９０重量部に対して、フェノール樹脂、ポリ
イミド、エポキシ樹脂、メラミン樹脂またはそれらの変
性樹脂などの熱硬化性樹脂１０ないし５０％重量部のう
ちから、樹脂が溶融し流動化する温度を最適値に設定す
る割合を選択することが好ましい。

【００１３】前記導電性組成物の要素として使用する樹
脂の選択方法として、電気絶縁性基体と同一、もしくは
似かよった性質を持つ樹脂を使用する方法がある。例え
ば、可とう性フィルムに前記導電性組成物を印刷する場
合、樹脂としてはポリエステル、ポリイミドなどを用い
ることが好ましい。また、リジッドな基体への印刷につ
いては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを成分とし
て用いることが好ましい。その理由は、基体と同一、も
しくは似かよった性質を持つ樹脂は、基体と馴染みやす
く密着性がよいためである。

【００１４】また、上述の導電性組成物を使用した本発
明の電子機器は、電気絶縁性基体上に形成された導電層
の上に、請求項１記載の導電性組成物からなる層、ハン
ダからなる層を順次形成し、電子部品の端子を前記導電
層に接続してなるものである。従来、プラスチックフィ
ルム、積層板、プラスチック成形品、セラミック成形品
などのハンダにぬれやすい金属を保持していない電気絶
縁性基体に印刷された導電層にハンダ付けを行うことは
非常に困難であったが、これらに対して本発明の導電性
組成物を適用することで、前記導電層と電子部品の端子
をハンダ付けすることにより接続することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明について
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る
電子機器１の部分断面図である。図１に示すように、電
子機器１は、例えばポリエステルフィルムなどの電気絶
縁性基体２上に形成された導電層１０の表面に導電性組
成物１１の層を形成し、電子部品３の端子部５をハンダ
６によってハンダ付けしたものからなる。

【００１６】図２は、電気絶縁性基体２上に、導電層１
０と、導電性組成物１１の層を順次形成した状態を示す
拡大断面図であり、図中符号１２（真円で示す）はハン
ダと合金化しやすい（ハンダに濡れやすい）金属粉末で
あり、符号１３（長円で示す）はハンダ中に拡散しにく
い（ハンダに濡れにくい）金属粉末であり、符号１４
（斜線を入れた真円で示す）はハンダの侵入をブロック
する性質を持つ酸化物である。導電性組成物１１は、
銀、金、鉛、亜鉛の中から選ばれた少なくとも１種の金
属、またはこれら金属を２種以上含む合金などからな
る、ハンダと合金化しやすい金属粉末１２を２８ないし
４５重量％含有するとともに、銅、ニッケル、パラジウ
ム、白金の中から選ばれた少なくとも１種の金属、また
はこれら金属を２種以上含む合金などからなる、ハンダ
中に拡散しにくい金属粉末１３を２５ないし６０重量％
含有し、さらに、三酸化ビスマス、酸化ハフニウム、五
酸化タンタルのいずれかからなる、ハンダの侵入をブロ
ックする性質を持つ酸化物１４を３ないし７重量％含有
し、エチレンビニルアセテート樹脂、塩化ビニル樹脂、
酢酸セルロース、メタクリル樹脂、エチルセルロース、
ブタジエン樹脂、飽和ポリエステル、ポリアミド、変性
ポリイミド、変性エポキシ樹脂および変性フェノール樹
脂の群から選ばれた少なくとも１種の樹脂もしくはこれ
らの樹脂の変成樹脂、またはこれら樹脂を２種以上混合
してなる樹脂を含む樹脂１５を７ないし３０重量部含有
してなるものである。

【００１７】導電性組成物１１は、樹脂１５に対して相
溶性の大きな溶媒、例えばカルビトールアセテートに、
ハンダと合金化しやすい金属粉末１２とハンダ中に拡散
しにくい金属粉末１３とハンダの侵入をブロックする性
質を持つ酸化物１４と樹脂１５をそれぞれ所定割合に混
合・分散させてペースト状にして使用する。例えば、ハ
ンダと合金化しやすい金属粉末１２を２２ないし４０重
量％、ハンダ中に拡散しにくい金属粉末１３を２０ない
し５３重量％、ハンダの侵入をブロックする性質を持つ
酸化物１４を２．４ないし６．２重量％、樹脂１５を
５．６ないし２６重量％、溶媒を１２ないし２０重量％
使用し、これらを混合・分散させてペーストを得る。係
るペーストをスクリーン印刷法などにより、電気絶縁性
基体２上に形成された導電層１０の上のハンダ付け箇所
に、２０ないし４０μｍの厚さに塗布し、ハンダ濡れ用
ランドを形成する。

【００１８】図３および図４は、電気絶縁性基体２上の
導電層１０上に、導電性組成物１１の層とハンダクリー
ム４の層を順次形成し、端子部５を付着させた状態を示
す図であり、図３は加熱前、図４は加熱後の状態を示し
ている。図３に示すように、導電性組成物１１の層上に
ハンダクリーム４の層を形成し、ここに電子部品３の端
子部５を付着させる。次に、このハンダクリーム４の層
をリフロー炉にて加熱する。

【００１９】すると、図４に示すように、リフロー炉に
て加熱されたハンダクリーム４は溶融し、導電性組成物
１１中の樹脂１５と溶融・流動化するとともに、ハンダ
と合金化しやすい金属粉末１２と合金を作りつつ導電性
組成物１１中に侵入していく。ところが、この導電性組
成物１１中に含まれるハンダ中に拡散しにくい金属粉末
１３とハンダの侵入をブロックする性質を持つ酸化物１
４がハンダ６の侵入をくい止める。このため、ハンダと
合金化しやすい金属粉末１２と合金化したハンダ６は、
導電層１０に達することがなく、導電性組成物１１中
に、いわゆるアンカーのような形となって固定される。
このように、ハンダ６が導電層１０に達しないため、導
電層１０と導電性組成物１１の層の界面付近の樹脂１５
は、ハンダ６による影響をほとんど受けない。従って、
導電性組成物１１の層が導電層１０から剥がれたり、導
電層１０が電気絶縁性基体２から剥がれたりすることは
ない。

【００２０】係る導電性組成物を用いた電子機器１の製
造は、例えば図５（ａ）から（ｄ）に示す次の工程によ
り行うことができる。なお、図５（ａ）は電気絶縁性基
体２に導電層１０を形成した状態、図５（ｂ）は導電層
１０上に導電性組成物１１の層を形成した状態、図５
（ｃ）は導電性組成物１１の層上にハンダクリーム４の
層を形成した状態、図５（ｄ）は抵抗器７をハンダ付け
した状態を示す部分拡大図である。

【００２１】まず、図５（ａ）に示すように、導電層１
０となるペーストを、スクリーン印刷法などにより電気
絶縁性基体２の上に厚さ５ないし４０μｍで所定パター
ンに成膜することで、導電層１０を形成する。次に、図
５（ｂ）に示すように、導電層１０の上の、電子部品の
ハンダ付けを行う箇所に、導電性組成物１１をスクリー
ン印刷法などにより厚さ２０ないし４０μｍに成膜する
ことで、導電性組成物１１の層を島状に形成する。

【００２２】次に、図５（ｃ）に示すように、導電性組
成物１１の層上に、ハンダクリーム４をスクリーン印刷
法などにより厚さ５０ないし７０μｍに成膜すること
で、ハンダクリーム４の層を形成する。次に、図５
（ｄ）に示すように、ハンダクリーム４、４の層に抵抗
器７の両端の端子部分を付着させ、リフロー炉で加熱す
ることで、抵抗器７を取り付けることができる。他の電
子部品についても同様に行うことで、種々の電子部品を
取り付けた電子機器１を製造することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。 （実施例１）平均粒径３μｍ、純度９９．９％の銀粉４
０重量％と、平均粒径１０μｍの銅−ニッケル合金粉末
（銅とニッケルの重量比＝８０：２０）４３重量％と、
平均粒径５μｍのＢｉ₂Ｏ₃４重量％を、ポリエステル
（旭電化製）とフェノール樹脂（三菱化成製）を８５対
１５の重量割合で混合してなる樹脂１３重量％に分散さ
せることで、本発明の導電性組成物を製造した。この導
電性組成物の比抵抗は、乾燥塗膜の状態で８×１０^-4Ω
ｃｍであった。

【００２４】次に、本発明の導電性組成物を電子機器に
適用した例について述べる。図６に示すノートブック型
パーソナルコンピューター用のポインティングデバイス
用回路基板２１を、ポリエステルフィルム２２上に、回
路形成用ペーストを印刷、焼成することで得た。実施例
１で得られた導電性組成物を、カルビトールアセテート
に、重量割合４：１にて混合・攪拌してペーストを製造
した。このペーストを２００メッシュのスクリーンマス
クを使用して、ポインティングデバイス用回路基板２１
のハンダ付け箇所に、２０ないし４０μｍ厚になるよう
印刷、乾燥して、ハンダ濡れ用ランドを形成した。

【００２５】前記ハンダ濡れ用ランドの上に、低温ハン
ダクリーム（千住金属製、Ｎｏ．１３９）をメタルマス
クを使用して５０ないし７０μｍ厚になるよう印刷し
た。この低温ハンダクリーム上に、集積回路２４、コン
デンサ２５、抵抗器２６、コネクタ２７、ダイオードア
レイ２８、電解コンデンサ２９の端子部をそれぞれ載
せ、リフロー炉にてピーク温度１５０℃、１分間の条件
で加熱後冷却し、ハンダ付けを行った。こうして、ノー
トブック型パーソナルコンピューター用のポインティン
グデバイス用回路が得られた。このようにして得た電子
機器１上のハンダ付け部分のせん断強度を試験機（アイ
コーエンジニアリング製、ＣＰＵゲージ７５００）によ
って測定したところ、１ｋｇ／ｍｍ²であった。

【００２６】

【発明の効果】上述のごとく、本発明の導電性組成物
は、ハンダと合金化しやすい金属の、溶融したハンダと
合金を形成し、この導電性組成物中にハンダを拡散させ
る作用と、ハンダ中に拡散しにくい金属およびハンダの
侵入をブロックする性質を持つ酸化物の、この導電性組
成物中へのハンダの侵入を鈍化させる作用とを併せ持つ
ため、１種類の導電性組成物によりハンダ付けを行うこ
とができる。これにより、ハンダ付けの際の工程数が少
なく、製造が容易になるとともに、ハンダ付け部分の強
度が高い電子機器を得ることができる。プラスチックフ
ィルム、積層板、プラスチック成形品、セラミック成形
品などの、ハンダにぬれやすい金属を保持していない基
板に形成された導電層にハンダ付けを行うことは非常に
困難であったが、これらに対して本発明の導電性組成物
を適用することで、前記導電層と電子部品の端子をハン
ダ付けして接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態に係る電子機器１の部
分断面図。

【図２】 電気絶縁性基体２上に、導電層１０と、導電
性組成物１１の層を順次形成した状態を示す拡大断面
図。

【図３】 電気絶縁性基体２上の導電層１０上に、導電
性組成物１１の層とハンダクリーム４の層を順次形成
し、端子部５を付着させた状態を示す図。

【図４】 端子部５と導電層１０がハンダ付けされた状
態を示す図。

【図５】 図５（ａ）は電気絶縁性基体２に導電層１０
を形成した状態、図５（ｂ）は導電層１０上に導電性組
成物１１の層を形成した状態、図５（ｃ）は導電性組成
物１１の層上にハンダクリーム４の層を形成した状態、
図５（ｄ）は抵抗器７をハンダ付けした状態を示す部分
拡大図。

【図６】 ノートブック型パーソナルコンピューター用
のポインティングデバイス用回路基板２１を示す平面
図。

【符号の説明】

１ 電子機器 ２ 電気絶縁性基体 ３ 電子部品 ４ ハンダクリーム ５ 端子部 ６ ハンダ １０ 導電層 １１ 導電性組成物 １２ ハンダと合金化しやすい金属粉末 １３ ハンダ中に拡散しにくい金属粉末 １４ ハンダの侵入をブロックする性質を持つ酸化物 １５ 樹脂

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンダと合金化しやすい金属２８ないし
   ４５重量％と、ハンダ中に拡散しにくい金属２５ないし
   ６０重量％と、ハンダの侵入をブロックする性質を持つ
   酸化物３ないし７重量％と、樹脂７ないし３０重量％と
   からなることを特徴とする導電性組成物。
2. 【請求項２】 前記ハンダと合金化しやすい金属が、
   銀、金、鉛、亜鉛の中から選ばれた少なくとも１種の金
   属、またはこれら金属を２種以上含む合金であることを
   特徴とする請求項１記載の導電性組成物。
3. 【請求項３】 前記ハンダ中に拡散しにくい金属が、
   銅、ニッケル、パラジウム、白金の中から選ばれた少な
   くとも１種の金属、またはこれら金属を２種以上含む合
   金であることを特徴とする請求項１記載の導電性組成
   物。
4. 【請求項４】 前記ハンダの侵入をブロックする性質を
   持つ酸化物が、三酸化ビスマス、酸化ハフニウム、五酸
   化タンタルのいずれかであることを特徴とする請求項１
   記載の導電性組成物。
5. 【請求項５】 前記樹脂が、エチレンビニルアセテート
   樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸セルロース、メタクリル樹
   脂、エチルセルロース、ブタジエン樹脂、飽和ポリエス
   テル、ポリアミド、変性ポリイミド、変性エポキシ樹脂
   および変性フェノール樹脂の群から選ばれた少なくとも
   １種の樹脂もしくは該樹脂の変成樹脂、またはこれら樹
   脂を２種以上混合してなる樹脂を含むことを特徴とする
   請求項１記載の導電性組成物。
6. 【請求項６】 電気絶縁性基体上に形成された導電層の
   上に、請求項１記載の導電性組成物からなる層、ハンダ
   からなる層を順次形成して電子部品の端子を前記導電層
   に接続したことを特徴とする電子機器。
7. 【請求項７】 前記ハンダが、融点１３５℃以上の鉛−
   スズ系ハンダ、鉛−ビスマス−スズ系ハンダ、スズ−ビ
   スマス系ハンダ、鉛−ビスマス系ハンダ、鉛−ビスマス
   −スズ−銀系ハンダ、スズ−ビスマス−銀系ハンダの群
   から選ばれた１種のハンダであることを特徴とする請求
   項６記載の電子機器。