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DE3782522T2 - Leitfaehige kupferpastenzusammensetzung. - Google Patents

Leitfaehige kupferpastenzusammensetzung.

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DE3782522T2
DE3782522T2 DE8787104248T DE3782522T DE3782522T2 DE 3782522 T2 DE3782522 T2 DE 3782522T2 DE 8787104248 T DE8787104248 T DE 8787104248T DE 3782522 T DE3782522 T DE 3782522T DE 3782522 T2 DE3782522 T2 DE 3782522T2
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DE
Germany
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resin
film
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conductivity
resin component
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DE8787104248T
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DE3782522D1 (de
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Kazumasa Eguchi
Hisatoshi Murakami
Fumio Nakatani
Tsunehiko Midorigaokada Terada
Shinichi Wakita
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Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Original Assignee
Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
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Priority claimed from JP61095809A external-priority patent/JPS62252482A/ja
Priority claimed from JP61113198A external-priority patent/JPS62270674A/ja
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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine leitfähige Kupferpastenzusammensetzung, die Kupfermetallpulver enthält, das zufriedenstellende elektrische Leitfähigkeit gewährleistet. Spezieller betrifft die Erfindung eine leitfähige Kupferpastenzusammensetzung, die einfach, z. B. durch Siebdruck, auf ein isolierendes Substrat aufgetragen werden kann, um eine leitende Schaltung zu bilden, die nach thermischem Aushärten direkt lötfähig ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Mit einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 10&supmin;&sup4;Ω·cm wurde leitfähige Silberpaste beim Herstellen gedruckter Schaltungen für elektronische Systeme in großem Umfang verwendet. Jedoch ist Silberpulver so teuer, daß es zu einem nicht verlässigbaren Anteil zu den Herstellungskosten beiträgt. Wenn an eine leitfähige Schaltung mit Silberpaste in hochfeuchter Atmosphäre eine Gleichspannung angelegt wird, kommt es darüber hinaus zu einer Wanderung von Silber, was einen Kurzschluß verursacht. Daher bestand Nachfrage nach der Entwicklung einer weniger teuren Kupferpaste, die dazu in der Lage ist, die Silberpaste zu ersetzen.
  • Eine bekannte, leitfähige Kupferpaste besteht aus Kupferpulver und einem wärmehärtbaren Harz; wenn jedoch ein Film aus dieser Kupferpaste durch Erwärmen ausgehärtet wird, verbindet sich das leicht oxidierbare Kupfer mit dem Sauerstoffin der Luft und mit dem Binderharz, um auf der Oberfläche der Kupferteilchen einen Oxidfilm auszubilden, was der elektrischen Leitfähigkeit in beträchtlicher Weise entgegensteht. Mit fortschreitender Zeit verliert darüber hinaus der aus dieser Kupferpaste gebildete Film seine elektrische Leitfähigkeit völlig. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde es vorgeschlagen, verschiedene Zusätze hinzuzufügen, um Oxidation des Kupferpulvers zu verhindern und dadurch eine Kupferpaste bereitzustellen, die Dauerleitfähigkeit aufweist (Beschreibung einer Japanischen Patentoffenlegung Kokai 61- 31454 oder EP-A-0144849).
  • Diese Kupferpasten weisen jedoch die Schwierigkeit auf, daß die sich ergebenden Filme nicht direkt lötfähig sind. So ist es erforderlich, da die aus den bekannten Kupferpasten auf isolierenden Substraten ausgebildeten leitfähigen Schaltungen nicht direkt gelötet werden können, den Schaltungsfilm einer Aktivierungsbehandlung zu unterziehen und ihn stromlos oder durch Eintauchplattierung vor dem Löten zu beschichten, wobei der Film als negative Elektrode verwendet wird. In solchen Fällen muß die Verbindung zwischen dem Film und der Kupferplatte zwingend und fest sein, und es ist auch eine Ausrüstung zur Beseitigung des Galvanisierabwassers erforderlich. Daher war es deutlich, daß mit einer Kupferpaste, die direktes Löten ohne Erfordernis des stromlosen und/oder des Elektroplattierens zulassen würde, der Prozeß zum Herstellen gedruckter Schaltungen drastisch vereinfacht werden könnte und der sich ergebende wirtschaftliche Vorteil beträchtlich wäre.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leitfähige Kupferpastenzusammensetzung anzugeben, die:
  • (1) hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit einer Silberpaste entspricht,
  • (2) durch Siebdruck, Tiefdruck, Bürstenstrichbeschichtung, Sprühbeschichtung oder dergleichen aufgetragen werden kann,
  • (3) gute Haftfestigkeit zu einem isolierenden Substrat aufweist,
  • (4) eine Schaltung mit feinen Leitungen bilden kann,
  • (5) gut lötfähig ist,
  • (6) Dauerleitfähigkeit der lötmittelbeschichteten, leitfähigen Schaltung aufweist.
  • Die obigen Aufgaben werden mit einer Kupferpastenzusammensetzung erzielt, wie sie durch Anspruch 1 oder Anspruch definiert ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Eine der erfindungsgemäßen leitfähigen Kupferpastenzusammensetzungen weist ein Kupfermetallpulver, eine Harzkomponente, zu der ein wärmehärtbares Harz gehört, eine Fettsäure oder ein Metallsalz derselben, einen Metall-Chelatbildner und einen Lötbeschleuniger auf.
  • Das Kupfermetallpulver zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung kann nach Wahl geformt sein, also plattenförmig, dendritisch, kugelförmig oder zufällig geformt sein. Der Teilchendurchmesser des Kupfermetallpulvers ist vorzugsweise nicht größer als 100 um und er liegt, für noch bessere Ergebnisse, im Bereich von 1 bis 30 um. Kupferteilchen, die einen kleineren Durchmesser als 1 um aufweisen, werden leicht oxidiert, wodurch die elektrische Leitfähigkeit und die Lötbarkeit des Films nachteilig beeinflußt werden.
  • Gegenüber der Harzkomponente wird das Kupfermetallpulver im allgemeinen im Bereich von 85 bis 95 Gewichtsprozent, vorzugsweise im Bereich von 87 bis 93 Gewichtsprozent verwendet. Wenn der Anteil des Kupfermetallpulver unter 85 Gewichtsprozent liegt, verschlechtern sich sowohl die Leitfähigkeit als auch die Lötfähigkeit des sich ergebenden Films. Wenn dagegen der Anteil des Kupfermetallpulvers 95 Gewichtsprozent überschreitet, wird es nicht ausreichend stark gebunden und der sich ergebende Film wird brüchig und weist geringere Leitfähigkeit auf und ist schlecht mit Siebdruck aufbringbar.
  • Das erfindungsgemäß verwendete wärmehärtbare Harz soll das Kupfermetallpulver und andere Komponenten der erfindungsgemäßen leitfähigen Kupferpastenzusammensetzung aneinander binden; es kann eine Substanz mit hohem Molekulargewicht sein, die bei Umgebungstemperatur flüssig ist, jedoch beim Erwärmen aushärtet. Demgemäß zählen zum wärmehärtbaren Harz z. B. Phenolharze, Acrylharze, Epoxidharze, Polyesterharze und Xylolharze, um einige wenige zu nennen. Bevorzugt ist ein Phenolharz im Resolzustand.
  • Wenn die Harzkomponente alleine aus einem solchen wärmehärtbaren Harz besteht, wird sie im Bereich von 15 bis 5 Gewichtsprozent relativ zum Kupfermetallpulver verwendet. Die Summe aus dem Kupfermetallpulver und dem wärmehärtbaren Harz wird als 100 Teile genommen. Wenn der Anteil des wärmehärtbaren Harzes unter 5 Gewichtsprozent liegt, wird das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden, der sich ergebende Film wird spröde und brüchig und weist schlechtere Leitfähigkeit auf, und die Auftragbarkeit der Zusammensetzung durch Siebdruck wird nachteilig beeinflußt. Wenn dagegen der Anteil des wärmehärtbaren Harzes 15 Gewichtsprozent überschreitet, nimmt die Lötbarkeit der Zusammensetzung ab.
  • Die Fettsäure, die erfindungsgemäß verwendet wird, kann entweder eine gesättigte Fettsäure oder eine ungesättigte Fettsäure sein. Beispiele für solche gesättigten Fettsäuren sind Fettsäuren mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachinsäure usw. Beispiele für die ungesättigten Fettsäuren sind solche, die 16 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten, wie Zoomarinsäure, Ölsäure, Linolensäure usw. Das oben genannte Metallsalz einer Fettsäure kann z. B. das entsprechende Kalium-, Kupfer- oder Aluminiumsalz sein. Diese Fettsäuren und ihre Metallsalze können alleine oder in Kombination verwendet werden. Wenn derartige Fettsäuren oder Metallsalze mit dem Kupfermetallpulver und der Harzkomponente zusammengebracht werden, tragen sie zur gleichförmigen Dispersion des Kupfermetallpulvers in der Harzkomponente bei, um dadurch einen hochleitfähigen Film zu bilden.
  • Die Fettsäure oder ihr Metallsalz wird im Bereich von 1 bis 8 Gewichtsprozent auf jeweils 100 Gewichtsteile Kupfermetallpulver und zugemischter Harzkomponente verwendet, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6 Gewichtsteilen auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil der Fettsäure oder ihres Metallsalzes kleiner als 1 Gewichtsteil ist, wird der Knetvorgang, wie er erforderlich ist, um das Kupfermetallpulver gleichförmig in der Harzkomponente zu verteilen, zeitaufwendig. Wenn der Anteil über 8 Gewichtsteilen liegt, wird die Leitfähigkeit des Films nachteilig beeinflußt und die Haftfestigkeit zwischen dem Film und dem Substrat geht verloren.
  • Der Metall-Chelatbildner, wie er erfindungsgemäß verwendet wird, ist mindestens eine Substanz, die aus aliphatischen Aminen ausgewählt ist, wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Ethylendiamin, Triethylendiamin, Triethylentetramin usw. Der Metall-Chelatbildner verhindert nicht nur Oxidation des Kupfermetallpulvers, um so zum Beibehalten der Leitfähigkeit beizutragen, sondern er wirkt auch synergetisch mit dem nachfolgend angegeben Lötbeschleuniger zusammen, um verbesserte Lötfähigkeit zu gewährleisten. Z.B. kann zufriedenstellendes Löten auf dem Film nicht erzielt werden, wenn die Zusammensetzung lediglich aus Kupfermetallpulver, wärmehärtbarem Harz und dem Lötbeschleuniger besteht, jedoch führt der Einschluß eines solchen Metall-Chelatbildners zu zufriedenstellender Lötbarkeit. So ist der Synergetische Beitrag des Metall-Chelatbildners von großer Bedeutung.
  • Der Metall-Chelatbildner wird im Bereich von 1 bis 50 Gewichtsteilen auf jeweils 100 Gewichtsteile des Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Gewichtsteilen auf derselben Grundlage. Wenn der Metall-Chelatbildner mit weniger als 5 Gewichtsprozent vorhanden ist, geht die Leitfähigkeit des Films verloren, wobei auch die Lötfähigkeit negativ beeinflußt wird. Wenn dagegen der Anteil 50 Gewichtsteile überschreitet, nimmt die Viskosität der Zusammensetzung ab, was der Druckfähigkeit entgegensteht.
  • Der beim Ausführen der Erfindung verwendete Lötbeschleuniger ist eine Hydroxydicarboxylsäure oder eine Aminodicarboxylsäure oder ein Metallsalz derselben, und es wird mindestens eine Substanz verwendet, die z. B. unter Weinsäure, Apfelsäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure usw. wie auch Metallsalzen solcher Säuren ausgewählt ist.
  • Der Lötbeschleuniger wird im Bereich von 0,1 bis 2,5 Gewichtsteilen auf jeweils 100 Gewichtsteile des Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,0 Gewichtsteilen auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil des Lötbeschleunigers unter 0,1 Gewichtsteilen liegt, ist die Lötbarkeit des Films schlecht. Wenn dagegen der Anteil 2,5 Gewichtsteile überschreitet, werden sowohl die Leitfähigkeit als auch die Lötbarkeit des sich ergebenden Films negativ beeinflußt.
  • Um die Viskosität der erfindungsgemäßen, leitfähigen Pastenzusammensetzung einzustellen, kann ein übliches organisches Lösungsmittel oder mehrere derselben nach Bedarf verwendet werden. Z.B. können bekannte Lösungsmittel wie Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Butylcellosolve, Methylisobutylketon, Toluol, Xylol usw. verwendet werden.
  • Als Harzkomponente kann eine Mischung aus einem wärmehärtbaren Harz und einem Metalloberflächen-Aktivierungsharz verwendet werden. Das Metalloberflächen-Aktivierungsharz ist mindestens eine Substanz, die aus aktiviertem Colophonium und verschiedenen modifizierten Colophoniumarten wie teilweise hydriertem Colophonium, vollständig hydriertem Colophonium, verestertem Colophonium, melainsäureverestertem Colophonium, disproportioniertem Colophonium, polymerisiertem Colophonium usw. ausgewählt ist. Bevorzugt werden aktiviertes Colophonium oder maleinsäureverestertes Colophonium.
  • Relativ zur gesamten Harzkomponente wird das Metalloberflächen-Aktivierungsharz im Bereich von 2 bis 30 Gewichtsprozent verwendet, wobei der bevorzugte Bereich 5 bis 10 Gewichtsprozent ist. Selbst wenn der Anteil des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes unter 2 Gewichtsprozent liegt, ist der Film direkt lötfähig, solange der Metall-Chelatbildner und der Lötbeschleuniger in ausreichenden Mengen vorhanden sind, jedoch führt die Verwendung des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes im oben angegebenen bevorzugten Bereich zur Ausbildung einer glatten Lötfläche mit metallischem Glanz. Wenn der Anteil des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes in der Harzkomponente über 30 Gewichtsprozent liegt, wird dagegen die Leitfähigkeit des sich ergebenden Films negativ beeinflußt und es ist keine weitere Verbesserung der Lötbarkeit zu erwarten.
  • Als Harzkomponente in der erfindungsgemäßen, leitfähigen Kupferpastenzusammensetzung kann eine Mischung aus einem wärmehärtbaren Harz, einem Metalloberflächen-Aktivierungsharz und einem körnigen Phenolharz verwendet werden. Das körnige Phenolharz soll dazu dienen, das Kupfermetallpulver und andere Komponenten der leitfähigen Paste miteinander zu verbinden und es versieht das wärmehärtbare Harz mit Zähigkeit und Elastizität, um die Flexibilität des ausgehärteten Films zu verbessern. Daher trägt es dazu bei, mikrofeine Risse im gehärteten Film zu verhindern, um durch Risse hervorgerufene unterbrochene Schaltungen zu vermeiden, und es verbessert die Haftfestigkeit zwischen dem Film und dem keramischen, isolierenden Substrat, wie einem isolierenden Aluminiumoxidsubstrat. Als bevorzugtes Beispiel des körnigen Phenolharzes kann Bell Pearl genannt werden, wie es von Kanebo, Ltd. bezogen werden kann.
  • Wenn eine Mischung aus einem wärmehartbaren Harz, einem Metalloberflächen-Aktivierungsharz und einem teilchenförmigen Phenolharz als Harzkomponente verwendet wird, trägt das teilchenförmige Phenolharz zu 5 bis 50 Gewichtsprozent der gesamten Harzkomponente bei, vorzugsweise zu 20 bis 40 Gewichtsprozent auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil des genannten, teilchenförmigen Phenolharzes unter 5 Gewichtsprozent ist, besteht die Neigung, daß sich mikrofeine Risse im ausgehärteten Film ausbilden. Wenn dagegen der Anteil über 50 Gewichtsprozent beträgt, verschlechtert sich die Lötbarkeit des sich ergebenden Films. Der Anteil des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes in der gesamten Harzkomponente beträgt 2 bis 30 Gewichtsprozent und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent. Der Anteil des wärmehärtbaren Harzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente beträgt 93 bis 20 Gewichtsprozent.
  • Eine andere erfindungsgemäße, leitfähige Kupferpastenzusammensetzung weist ein Kupfermetallpulver, eine Harzkomponente einschließlich eines Metalloberflächen-Aktivierungsharzes und eines wärmehärtbaren Harzes, eine Fettsäure oder ein Salz einer solchen sowie einen Metall-Chelatbildner auf.
  • Das Kupfermetallpulver wird im Bereich von 85 bis 95 Gewichtsprozent bezogen auf die Harzkomponente verwendet und liegt vorzugsweise im Bereich von 87 bis 93 Gewichtsprozent auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil des Kupfermetallpulvers unter 85 Gewichtsprozent liegt, ist die Lötbarkeit des sich ergebenden Films nicht so gut, wie dies erwünscht ist. Wenn dagegen der Anteil über 95 Gewichtsprozent liegt, wird das Kupfermetallpulver nicht angemessen gebunden, der Film wird spröde und brüchig, die Leitfähigkeit des Films geht verloren und die Auftragbarkeit der Zusammensetzung durch Siebdruck wird nachteilig beeinflußt.
  • Bezogen auf die gesamte Harzkomponente wird das Metalloberflächen-Aktivierungsharz im Bereich von 2 bis 30 Gewichtsprozent verwendet, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent. Wenn der Anteil des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes unter 2 Gewichtsprozent liegt, ist die Lötbarkeit des sich ergebenden Films schlecht. Wenn der Anteil dagegen 30 Gewichtsprozent übersteigt, geht die Leitfähigkeit des Films verloren und es kann keine weitere Verbesserung der Lötbarkeit erwartet werden. Der Anteil des wärmehartbaren Harzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente liegt im Bereich von 98 bis 70 Gewichtsprozent.
  • Bezogen auf das Kupfermetallpulver wird die Harzkomponente im Bereich von 15 bis 5 Gewichtsprozent verwendet. Die Summe aus dem Kupfermetallpulver und der Harzkomponente wird zu 100 Gewichtsteilen genommen. Wenn der Anteil der Harzkomponente unter 5 Gewichtsprozent liegt, wird das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden, der sich ergebende Film wird spröde und brüchig, die elektrische Leitfähigkeit des Films wird negativ beeinflußt und die Auftragbarkeit der Zusammensetzung durch Siebdruck verschlechtert sich. Wenn der Anteil dagegen 15 Gewichtsprozent überschreitet, geht die Lötbarkeit des Films mit unerwünschtem Ausmaß verloren.
  • Die Fettsäure oder ihr Metallsalz wird im Bereich von 1 bis 8 Gewichtsteile auf jeweils 100 Gewichtsteile des Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet und liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 6 Gewichtsteilen auf derselben Grundlage. Wenn der Anteil der Fettsäure oder des Metallsalzes unter 1 Gewichtsteil liegt, wird der Knetvorgang, wie er zum gleichförmigen Verteilen der Kupfermetallteilchen in der Harzkomponente erforderlich ist, zeitaufwendig. Wenn der Anteil dagegen 8 Gewichtsteile übersteigt, geht die Leitfähigkeit des Films verloren und die Haftfestigkeit zwischen dem Film und dem Substrat wird ebenfalls nachteilig beeinflußt.
  • Der Metall-Chelatbildner verhindert nicht nur Oxidation des Kupfermetallpulvers, um dadurch zum Beibehalten der Leitfähigkeit beizutragen, sondern er wirkt auch synergetisch mit dem Metalloberflächen-Aktivierungsharz so zusammen, daß er verbesserte Lötbarkeit gewährleistet. Z.B. kann ausreichende Lötbarkeit auf dem ausgehärteten Film nicht erzielt werden, wenn die Zusammensetzung nur aus Kupfermetallpulver, wärmehärtbarem Harz und Metalloberflächen-Aktivierungsharz besteht, sondern erst der Einschluß eines solchen Metall-Chelatbildners führt zu zufriedenstellender Lötbarkeit. So ist der synergetische Beitrag des Metall-Chelatbildners von beträchtlicher Bedeutung.
  • Der Metall-Chelatbildner wird im Bereich von 1 bis 50 Gewichtsteilen auf jeweils 100 Gewichtsteile des Kupfermetallpulvers und der zugesetzten Harzkomponente verwendet und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Gewichtsteilen auf derselben Grundlage. Wenn der Metall-Chelatbildner mit weniger als 5 Gewichtsprozent vorhanden ist, gehen sowohl die Leitfähigkeit als auch die Lötbarkeit des Films verloren. Wenn dagegen der Anteil 50 Gewichtsteile übersteigt, verschlechtert sich die Viskosität der Zusammensetzung, was der Druckfähigkeit entgegensteht.
  • Zum Einstellen der Viskosität der erfindungsgemäßen, leitfähigen Pastenzusammensetzung kann ein übliches organisches Lösungsmittel oder mehrere solcher Lösungsmittel nach Bedarf verwendet werden. Z.B. können bekannte Lösungsmittel wie Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Butylcellosolve, Methylisobutylketon, Toluol, Xylol usw. verwendet werden.
  • Als Harzkomponente, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird, kann eine Mischung aus einem Metalloberflächen-Aktivierungsharz, einem wärmehärtbaren Harz und einem p-tert-Butylphenolharz verwendet werden.
  • Das p-tert-Butylphenolharz ist ein Harz, das dadurch erhalten werden kann, daß p-tert-Butylphenol mit Formaldehyd unter Erwärmung bei Anwesenheit eines alkalischen Katalysators erwärmt wird. Zur erfindungsgemäßen Verwendung ist ein Harz mit einem Polymerisationsgrad nicht über 50 bevorzugt. Wenn ein Harz mit einem Polymerisationsgrad über 50 verwendet wird und der Film thermisch ausgehärtet wird, wird das Ausbilden einer dreidimensionalen Struktur des bindenden, wärmehärtbaren Harzes unterdrückt, was zu einer Verschlechterung der Leitfähigkeit führt.
  • Wenn eine Mischung aus einem Metalloberflächen-Aktivierungsharz, einem wärmehärtbaren Harz und einem p-tert-Butylphenolharz als Harzkomponente verwendet wird, beträgt der Anteil des p-tert-Butylphenolharzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente 2 bis 30 Gewichtsprozent und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent. Wenn der Anteil unter 2 Gewichtsprozent liegt, weist der sich ergebende Film direkt nach dem thermischen Aushärten ausreichende Leitfähigkeit auf, zeigt jedoch eine allmähliche Abnahme derselben mit fortschreitender Zeit. Wenn der Anteil des ptert-Butylphenolharzes 30 Gewichtsprozent übersteigt, wird der ausgehärtete Film spröde, die Ausbildung einer dreidimensionalen Struktur des wärmehärtbaren Harzes wird nachteilig beeinflußt und die Leitfähigkeit des Films geht verloren. Bezogen auf die gesamte Harzkomponente wird das Metalloberflächen-Aktivierungsharz im Bereich von 2 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent verwendet. Der Anteil des wärmehärtbaren Harzes bezogen auf die gesamte Harzkomponente beträgt 96 bis 40 Gewichtsprozent.
  • Die erfindungsgemäße, leitfähige Kupferpastenzusammensetzung kann auf ein isolierendes Substrat aufgetragen werden, um eine leitende Schaltung auszubilden, die nach dem Aushärten direkt lötbar ist. Daher wird die Leitfähigkeit der Schaltung verbessert und gleichzeitig entfällt das Erfordernis für eine Aktivierungsbehandlung des Schaltungsfilms sowie für anschließendes stromloses oder elektrisches Plattieren, welche Abläufe bisher erforderlich waren, so daß der Herstellprozeß für gedruckte Schaltungen drastisch vereinfacht wird, mit entsprechenden beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteilen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße, leitfähige Kupferpastenzusammensetzung auch bei anderen Anwendungen verwendet werden, wie als Elektrode oder als Durchgangslochverbinder, zur Herstellung elektromagnetischer und elektrostatischer Abschirmungsschichten usw., bei der Herstellung und dem Zusammenbau elektronischer Komponenten und Schaltungen, so daß sie von hohem industriellem Wert ist.
  • Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele veranschaulichen die Erfindung weiter. Es ist zu beachten, daß die Erfindung in keiner Weise auf die beschriebenen, besonderen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
  • Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 9
  • Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit Teilchendurchmessern im Bereich von 5 bis 10 um, ein Phenolharz im Resolzustand als wärmehärtbares Harz und Kaliumoleat, Triethanolamin, Glutaminsäure und Apfelsäure wurden mit den in Tabelle 1 dargestellten Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem Hinzufügeneiner geeigneten Menge Butylcarbitol als Lösungsmittel wurde jede Mischung für 20 Minuten in einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu erhalten.
  • Diese Zusammensetzung wurde mit einem Siebdruckverfahren auf ein Glasepoxidharzsubstrat aufgetragen, um eine S-förmige, leitende Leiterbahn mit einer Breite von 0,4 mm, einer Dicke von 30 ± 5 um und einer Länge von 520 mm zu bilden. Die Zusammensetzung wurde in situ durch Aufheizen auf 130 bis 180ºC für 10 bis 60 Minuten ausgehärtet.
  • Zum Ausbilden einer Lötschicht auf der wie oben angegeben hergestellten leitfähigen Leiterbahn wurde das Substrat durch eine Lötmittelauftragmaschine kommerzieller Größe hindurchgeschickt und für 4 Sekunden in ein Flußmittelbad mit einer organischen Säure eingetaucht. Ferner wurde das Substrat in ein geschmolzenes Lötmittelbad (Pb/Sn = 40/60) für 5 Sekunden bei 250ºC eingetaucht. Dann wurde das Substrat herausgenommen, mit heißer Luft von 2-6 Atmosphären und 220-230ºC abgeblasen und gereinigt. Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf hergestellten leitfähigen Leiterbahnen sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Phenolharz im Resolzustand Kaliumoleat Triethanolamin Glutaminsäure Apfelsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit
  • Die Leitfähigkeit des Films ist der Wert des spezifizischen Volumenwiderstandes des thermisch ausgehärteten Films.
  • Die Haftfestigkeit des Films wurde gemessen, wie es durch das Querschneidverfahren gemäß JIS K5400 (1979) angegeben wird. Demgemäß wurden auf dem Film parallele Schnitte mit kreuzweisem Muster vorgenommen, und zwar mit 11·11 Linien mit einem Intervall von 1 mm zwischen benachbarten Linien, um 100 Quadrate pro cm² zu erhalten, und ein Zellophanband wurde dazu verwendet, den Film abzuziehen. Die Anzahl auf dem Substrat zurückgebliebener Quadrate wurde gezählt.
  • Zur Bewertung der Lötbarkeit wurde das Lötmittel auf dem Film mit Hilfe eines optischen Mikroskops mit kleiner Vergrößerung untersucht und gemäß dem folgenden Rangschema bewertet.
  • ο: Die Oberfläche ist glatt, wobei das Lötmittel überall anhaftet.
  • Δ: Der Film liegt örtlich frei.
  • x: Das Lötmittel haftet nur teilweise an.
  • Um die Wärmebeständigkeit zu bestimmen wurde der gelötete Film für 1000 Stunden auf 80ºC erhitzt (Wärmebelastungstest) und es wurde die Änderung des spezifischen Widerstandes relativ zum anfänglichen spezifischen Widerstand bestimmt.
  • Um die Feuchtigkeitsbeständigkeit abzuschätzen wurde der gelötete Film in stark feuchter Atmosphäre von 55ºC und 95% relativer Feuchtigkeit für 1000 Stunden stehengelassen (Feuchtigkeitsbelastungstest) und es wurde die Änderung des spezifischen Widerstandes relativ zum anfänglichen spezifischen Widerstand bestimmt.
  • Um die Druckfähigkeit zu bewerten, wurde mit den folgenden Kriterien die Leichtigkeit für das Ausführen von Siebdruck mit jeder leitfähigen Versuchszusammensetzung für die Ausbildung einer leitenden Schaltung abgeschätzt.
  • ο: Die Ausbildung einer leitfähigen Schaltung ist einfach.
  • Δ: Die Ausbildung einer leitfähigen Schaltung ist etwas erschwert.
  • x: Die Ausbildung einer leitfähigen Schaltung ist schwierig.
  • Die mittlere Dicke der Lötschichten, wie sie auf den Filmen der in Tabelle 1 dargestellten Beispiele abgeschieden wurde, betrug 10 um. Aus den Versuchsdaten ist ersichtlich, daß wegen der angemessenen Kombinationen der verwendeten, spezifizierten Komponenten die Beispiele 1 bis 6 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckbarkeit gewährleisten. Insbesondere kann, da ein Lötmittel mit einem herkömmlichen Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den ausgehärteten Film aufgetragen werden kann, die Leitfähigkeit der leitfähigen Schaltung von der üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht, was das Durchleiten eines größeren Stroms zuläßt. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit des Lötfilms gegenüber Wärme und Feuchtigkeit beständig, was zu einer kleinen Änderungsrate des spezifischen Widerstandes führt, so daß die Schaltung selbst in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit verwendet werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf die Vergleichsbeispiele in Tabelle 1 ist festzustellen, daß das Vergleichsbeispiel 1 dahingehend unzufriedenstellend ist, daß es reich an Kupfermetallpulver und arm an wärmehärtbarem Harz ist und das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden ist, wodurch der sich ergebende Film spröde ist und die Auftragbarkeit der Zusammensetzung durch Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 2, das arm an Kupfermetallpulver ist, ist dahingehend nachteilig, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur teilweise auf dem Film abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 3 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit etwas verloren geht und die Widerstandsänderungen, wie sie bei den Wärme- und Feuchtigkeits-Belastungstests bestimmt wurden, zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 4 ist ebenfalls nachteilig, da die Haftfestigkeit des Films wegen einer großen Menge eines vorhandenen Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 5 hat den Nachteil, daß wegen des Fehlens eines Metall-Chelatbildners die Lötbarkeit schlecht ist und die Widerstandsänderungen, wie sie sich bei den Wärme- und Feuchtigkeits-Belastungstests herausstellten zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 6 ist dahingehend unerwünscht, daß die Viskosität der Pastenzusammensetzung wegen starker Anreicherung der Zusammensetzung mit Metall-Chelatbildner soweit erniedrig ist, daß sie den Druckvorgang stört. Das Vergleichsbeispiel 7 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß wegen des Fehlens eines Lötbeschleunigers die Lötbarkeit schlecht ist und die Widerstandsänderungen zu groß sind, wie sie durch den Wärme- und den Feuchtigkeits-Belastungstests ermittelt wurden. Sowohl das Vergleichsbeispiel 8 als auch das Vergleichsbeispiel 9 sind dahingehend unerwünscht, daß sie reich an Lötmittelbeschleuniger sind und die Leitfähigkeit und die Lötbarkeit des Films schlecht sind.
  • Beispiele 7 bis 14 und Vergleichsbeispiele 10 bis 17
  • Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit Teilchendurchmessern im Bereich von 5 bis 10 um, eine Harzkomponente (eine Mischung von 10 Gewichtsprozent von maleinsäureverestertem Colophonium und 90 Gewichtsprozent Phenolharz im Resolzustand) Kaliumoleat, Ölsäure, Triethanolamin und Glutaminsäure wurden in den in Tabelle 2 angegebenen Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem Hinzufügen einer geeigneten Menge von Butylcarbitol als Lösungsmittel wurde jede Mischung 20 Minuten lang in einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu erhalten. Unter Verwendung jeder dieser Pasten wurde eine S-förmige, leitfähige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet und erwärmt, um den Film auszuhärten, was auf dieselbe Weise erfolgte, wie bei den Beispielen 1 bis 6. Dann wurde die gesamte leitfähige Leiterbahn ebenfalls auf die Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 mit Lötmittel beschichtet.
  • Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf erhaltenen leitfähigen Leiterbahn wurden erfaßt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomponente (Hinweis) Kaliumoleat ÖlsäureTriethanolamin Glutaminsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: Phenolsäure im Resolzustand = 10 : 90, Gew.-%)
  • Zum Bewerten der Lötbarkeit wurde das Lötmittel auf dem Film mit Hilfe eines optischen Mikroskops bei niedriger Vergrößerung untersucht und gemäß den folgenden Kriterien eingestuft.
  • Die Oberfläche ist glatt, wobei das Lösungsmittel überall aufgetragen ist und metallischen Glanz aufweist.
  • ο: Die Oberfläche ist gewellt, jedoch haftet das Lötmittel an der gesamten Oberfläche an.
  • Δ: Der Film liegt örtlich frei.
  • x: Das Lötmittel haftet nur teilweise an.
  • Andere Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise ausgewertet wie bei den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9.
  • Die Dicke der auf die Filme der in Tabelle 2 gezeigten Beispiele aufgetragenen Lötmittelschicht betrug im Mittel 10 um. Aus den Versuchsdaten ist erkennbar, daß wegen der geeigneten Kombinationen der besonderen Komponenten die Beispiele 7 bis 14 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckfähigkeit liefern. Insbesondere kann die Leitfähigkeit der Schaltung von der üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht werden, da das Lötmittel mit einem herkömmlichen Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film aufgetragen werden kann, was es erlaubt, daß ein größerer Strom hindurchgeleitet werden kann. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit des Films mit Lötmittel sehr beständig gegenüber Einflüssen von Wärme und Feuchtigkeit, mit geringer Änderung des spezifischen Widerstandes, so daß das Erzeugnis in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit verwendet werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf die in Tabelle 2 dargestellten Vergleichsbeispiele ist anzumerken, daß das Vergleichsbeispiel 10 dahingehend nachteilig ist, daß die Zusammensetzung reich an Kupfermetallpulver und arm an wärmehärtbarem Harz ist, weswegen das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden ist und der sich ergebende Film spröde und brüchig ist sowie die Auftragbarkeit durch Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 11, das arm an Kupfermetallpulver ist, ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur örtlich auf der Leiterbahn abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 12 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit in gewisser Weise verloren gegangen ist und die Widerstandsänderungen, wie sie beim Wärme- und Feuchtigkeit-Belastungstest herausgefunden werden, groß sind. Das Vergleichsbeispiel 13 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß die Haftfestigkeit des Films schlecht ist, da die Zusammensetzung reich an einem Metallsalz einer ungesättigten Fettsäure ist. Das Vergleichsbeispiel 14 ist dahingehend nachteilig, daß die Leitfähigkeit und die Lötbarkeit des Films wegen des Fehlens eines Metall- Chelatbildners nicht angemessen sind und daß die durch den Wärme- und den Feuchtigkeits-Belastungstest aufgefundenen Widerstandsänderungen zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 15 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß die Viskosität der Paste soweit verschlechtert ist, da die Zusammensetzung reich an Metall-Chelatbildner ist, daß dies die Druckfähigkeit behindert. Das Vergleichsbeispiel 16 enthält keinen Lötbeschleuniger, jedoch ist nur die Lötbarkeit des Films leicht verschlechtert, da ein Metalloberflächen- Aktivierungsharz und ein Metall-Chelatbildner in geeigneten Mengen vorhanden sind. Das Vergleichsbeispiel 17 ist dahingehend nachteilig, daß sowohl die Leitfähigkeit und auch die Lötbarkeit des Films nachteilig beeinflußt sind, da es reich an Lötbeschleuniger ist.
  • Beispiele 15 bis 22 und Vergleichsbeispiele 18 bis 27
  • Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit Teilchendurchmessern von 5 bis 10 um, eine Harzkomponente (eine Mischung aus maleinsäureverestertem Colophonium, körnigem Phenolharz und Phenolharz im Resolzustand), Kaliumoleat, Ölsäure, Triethanolamin und Glutaminsäure wurden mit den in Tabelle 3 angegebenen Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem Hinzufügen einer geeigneten Menge an Butylcarbitol als Lösungsmittel wurde jede Mischung für 20 Minuten in einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu erhalten. Unter Verwendung dieser Zusammensetzungen wurde eine S-förmige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet und durch Aufheizen in derselben Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 ausgehärtet. Dann wurde ein Lötmittel ebenfalls auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 auf die gesamte leitfähige Leiterbahn aufgetragen.
  • Zusätzlich wurde zum Untersuchen der Ausbildung mikrofeiner Risse im Film eine langgestreckte Leiterbahn mit einer Breite von 2 mm, einer Dicke von 30 ± 5 um und einer Länge von 100 mm durch Siebdruck auf einem Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet und in situ durch Aufheizen auf 130 bis 180ºC für 10 bis 60 Minuten ausgehärtet.
  • Die verschiedenen Eigenschaften der auf die obige Weise erhaltenen leitfähigen Schalterbahnen wurden ausgewertet.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomp. (Hinweis) Kaliumoleat Ölsäure Triethanolamin Glutaminsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Beständigkeit der Filme gegen Risse Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: 1. Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: körniges Phenolharz*: Phenolharz im Resolzustand = 10 : 30 : 60, Gew.-%) 2. Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: körniges Phenolharz: Phenolharz im Resolzustand = 10 : 2 : 88, Gew.-%) 3. Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium: körniges Phenolharz: Phenolharz im Resolzustand = 10 : 60 : 30, Gew.-%) *Markierung: körniges Phenolharz: Bell Pearl von Kanebo, Ltd.
  • Zur Bewertung der Rißwiderstandsfähigkeit des Films wurde Licht von der Rückseite des Glasepoxidharzsubstrates eingestrahlt und der ausgehärtete Film mit einer Breite von 2 mm und einer Länge von 100 mm, wie er auf dem Substrat ausgebildet wurde, wurde mit einem optischen Mikroskop (Vergrößerung·20) auf das Vorhandensein von Rissen hin untersucht und gemäß den folgenden Kriterien bewertet.
  • ο: Es wurde kein Riß im Film aufgefunden.
  • Δ: Im Film wurden mikrofeine Risse beobachtet.
  • Andere Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 7 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 10 bis 17 ausgewertet.
  • Die Dicke der auf die Filme der in Tabelle 3 dargestellten Beispiele aufgetragenen Lötmittelschichten betrug im Mittel 10 um. Aus den Versuchsdaten ist erkennbar, daß wegen geeigneter Kombinationen der besonderen Komponenten die Beispiele 15 bis 22 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit, Filmrißbeständigkeit und Druckfähigkeit liefern. Insbesondere kann, da das Lötmittel mit einem herkömmlichen Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film aufgetragen werden kann, die Leitfähigkeit der Leiterbahn von der üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht werden, was es erlaubt, einen größeren Strom hindurchzuleiten. Ferner ist die Leitfähigkeit des Films mit Lötmittel sehr gegen Wärme und Feuchtigkeit beständig, mit geringer Änderung des spezifischen Widerstandes, so daß das Erzeugnis in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit verwendet werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf die in Tabelle 3 dargestellten Vergleichsbeispiele ist festzustellen, daß das Vergleichsbeispiel 18 dahingehend nachteilig ist, daß, da die Zusammensetzung reich an Kupfermetallpulver und arm an wärmehärtbarem Harz ist, das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden ist, der sich ergebende Film spröde und brüchig ist und die Druckfähigkeit durch Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 19 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur örtlich auf der Schaltung abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 20 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit etwas verschlechtert ist und die Änderungen des spezifischen Widerstandes, wie sie durch den Wärme- und den Feuchtigkeits-Belastungstest aufgefunden werden, groß sind. Das Vergleichsbeispiel 21 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß die Haftfestigkeit des Films schlecht ist, da die Zusammensetzung reich an einem Metallsalz einer ungesättigten Fettsäure ist. Das Vergleichsbeispiel 22 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metall-Chelatbildners die Leitfähigkeit und die Lötbarkeit des Films nicht angemessen sind und daß Änderungen des spezifischen Widerstandes, wie sie durch den Wärme- und den Feuchtigkeits-Belastungstest aufgefunden werden, zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 23 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß, da die Zusammensetzung reich an einem Metall- Chelatbildner ist, die Viskosität der Paste soweit erniedrigt ist, daß dies die Druckfähigkeit stört. Das Vergleichsbeispiel 24 enthält keinen Lötbeschleuniger, jedoch ist nur die Lötbarkeit des Films leicht verschlechtert, da ein Metalloberflächen-Aktivierungsharz und ein Metall-Chelatbildner in geeigneten Mengen vorhanden sind. Das Vergleichsbeispiel 25 ist nachteilig, da sowohl die Leitfähigkeit als auch die Lötbarkeit des Films nachteilig beeinflußt sind, da es reich an Lötbeschleuniger ist. Das Vergleichsbeispiel 26 ist dahingehend nachteilig, daß im ausgehärteten Film mikrofeine Risse ausgebildet sind, da im körnigen Phenolharz nur wenig Harzkomponente vorhanden ist. Das Vergleichsbeispiel 27 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß beim Löten ein örtliches Freiliegen des Films unvermeidlich ist, da die Harzprobe zu reich an körnigem Phenolharz ist.
  • Beispiele 23 bis 28 und Vergleichsbeispiele 28 bis 33
  • Ein dendritisches Kupfermetallpulver mit Teilchendurchmessern von 5 bis 10 um, eine Harzkomponente (eine Mischung mit 10 Gewichtsprozent maleinsäureverestertem Colophonium und 90 Gewichtsprozent Phenolharz im Resolzustand), Kaliumoleat, Ölsäure und Triethanolamin wurden mit den in Tabelle 4 dargestellten Anteilen (in Gewichtsteilen) vermischt. Nach dem Hinzufügen einer geeigneten Menge an Butylcarbitol wurde jede Mischung für 20 Minuten mit einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu erhalten. Unter Verwendung jeder dieser Zusammensetzungen wurde eine S-förmige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet und in situ dadurch ausgehärtet, das auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 erwärmt wurde. Dann wurde ebenfalls auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 ein Lötmittel auf die gesamte leitfähige Leiterbahn aufgetragen.
  • Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf erhaltenen leitfähigen Leiterbahnen wurden ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargelegt. Tabelle 4 Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomponente (Hinweis) Kaliumoleat Ölsäure Triethanolamin Glutaminsäure Filmleitfähigkeit Lötfähigkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: Harzkomponente (maleinsäureverestertes Colophonium:Phenolsäure im Resolzustand = 10 : 90, Gew.-%)
  • Verschiedene Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 ausgewertet.
  • Die Dicke der auf die Filme der in Tabelle 4 dargestellten Beispiele aufgetragenen Lötmittelschicht betrug im Mittel 10 um. Es ist aus den Daten erkennbar, daß wegen geeigneter Kombinationen der besonderen Komponenten die Beispiele 23 bis 28 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckfähigkeit zeigten. Insbesondere kann, da das Lötmittel mit einem herkömmlichen Lötflußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film aufgetragen werden kann, die Leitfähigkeit der Leiterbahn von der üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht werden, was es erlaubt, einen größeren Strom hindurchzuleiten. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit des Films mit Lötmittel hoch beständig gegen Wärme und Feuchtigkeit mit einer kleinen Änderung des spezifischen Widerstandes, so daß das Erzeugnis in einer Umgebung mit hoher Temperatur und Feuchtigkeit verwendet werden kann.
  • Gemäß den in Tabelle 4 dargestellten Vergleichsbeispielen ist das Vergleichsbeispiel 28 dahingehend nachteilig, daß, da die Zusammensetzung reich an Kupfermetallpulver und arm an Harzkomponente ist, das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden ist, der sich ergebende Film spröde und brüchig ist und die Druckfähigkeit der Zusammensetzung durch Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 29 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur örtlich auf der Leiterbahn abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 30 ist dahingehend nachteilig, daß, da es an einer ungesättigten Fettsäure oder einem Metallsalz einer solchen fehlt, die Lötbarkeit etwas verschlechtert ist und die Widerstandsänderungen, wie sie beim Wärme- und Feuchtigkeits-Belastungstest herausgefunden werden, groß sind. Das Vergleichsbeispiel 31 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß die Haftfestigkeit des Films schlecht ist, da die Zusammensetzung reich an einem Metallsalz einer ungesättigten Fettsäure ist. Das Vergleichsbeispiel 32 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metall-Chelatbildners die Lötfähigkeit des Films nicht angemessen ist und daß Änderungen des spezifischen Widerstandes, wie sie durch den Wärme- und den Feuchtigkeits-Belastungstest herausgefunden werden, zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 33 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß, da die Zusammensetzung reich an Metall-Chelatbildner ist, die Viskosität der Paste so stark erniedrig ist, daß dies die Druckfähigkeit stört.
  • Beispiele 29 bis 34 und Vergleichsbeispiele 34 bis 39
  • Zunächst wurden p-tert-Butylphenolharz, maleinsäureverestertes Colophonium und Phenolharz im Resolzustand im Verhältnis 10:10:80 (Gewichtsprozent) miteinander vermischt und die Mischung wurde mit einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine Harzkomponente zu erstellen. Dann wurden ein dendritisches Kupfermetallpulver mit Teilchendurchmessern im Bereich von 5 bis 10 um, die genannte Harzkomponente, Kaliumoleat und Triethanolamin mit den in Tabelle 5 dargestellten Anteilen (in Gewichtsteilen) zusammengefügt. Nach dem Zufügen einer geeigneten Menge von Butylcarbitol als Lösungsmittel wurde jede Mischung für 20 Minuten mit einem Dreiwalzenkalander geknetet, um eine leitfähige Pastenzusammensetzung zu erhalten. Unter Verwendung jeder dieser Pasten wurde eine S-förmige, leitfähige Leiterbahn auf einem Glasepoxidharzsubstrat ausgebildet und auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 zum Aushärten erwärmt. Dann wurde die gesamte leitfähige Leiterbahn auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 mit einem Lötmittel versehen.
  • Die verschiedenen Eigenschaften der mit dem obigen Ablauf erhaltenen leitfähigen Leiterbahnen wurden ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5 Nummern Formeln Beispiele Vergleichsbeispiele Kupfermetallpulver Harzkomponente (Hinweis) Kaliumoleat Ölsäure Filmleitfähigkeit Filmhaftfestigkeit Lötbarkeit Wärmebeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Wärmebelastung) Dampfbeständigkeit (Bruchteilsänderung des Widerstands nach Dampfbelastung) Druckfähigkeit Hinweis: (p-tert-Butylphenolharz: (maleinsäureverestertes Colophonium: Phenolharz im Resolzustand = 10 : 10 : 80, Gew.-%)
  • Verschiedene Eigenschaften wurden auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9 ausgewertet.
  • Die Dicke der Lötmittelschichten, die auf die Filme der in Tabelle 5 dargestellten Beispiele aufgetragen wurden, betrug im Mittel 10 um. Aus den Versuchsdaten ist erkennbar, daß wegen geeigneter Kombinationen der besonderen Komponenten die bei Beispiele 29 bis 34 zufriedenstellende Ergebnisse für verschiedene Eigenschaften wie Filmleitfähigkeit, Filmhaftfestigkeit, Lötbarkeit und Druckfähigkeit ergaben. Insbesondere kann, da das Lötmittel mit einem herkömmlichen Flußmittel mit organischer Säure direkt auf den Film aufgetragen werden kann, die Leitfähigkeit der Leiterbahn von der üblichen Größenordnung von 10&supmin;&sup4; Ohm·cm auf die Größenordnung von 10&supmin;&sup5; Ohm·cm erhöht werden, was das Hindurchleiten eines größeren Stroms erlaubt. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit des Films mit Lötmittel sehr gegen Wärme und Feuchtigkeit beständig, mit einer kleinen Änderung des spezifischen Widerstandes, so daß das Erzeugnis in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit verwendet werden kann.
  • Gemäß den in Tabelle 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Vergleichsbeispiel 34 dahingehend nachteilig, daß, da die Zusammensetzung reich an Kupfermetallpulver und arm an Harzkomponente ist, das Kupfermetallpulver nicht ausreichend gebunden ist, der sich ergebende Film spröde und brüchig ist und die Druckfähigkeit der Zusammensetzung mit Siebdruck schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 35 ist ebenfalls nachteilig, und zwar dahingehend, daß beim Lötvorgang das Lötmittel nur teilweise auf der Leiterbahn abgeschieden wird. Das Vergleichsbeispiel 36 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metallsalzes einer ungesättigten Fettsäure die Lötbarkeit des ausgehärteten Films etwas verschlechtert ist und Änderungen des spezifischen Widerstandes, wie sie mit dem Wärme- und dem Feuchtigkeits-Belastungstest herausgefunden werden, zu groß sind. Das Vergleichsbeispiel 37 ist dahingehend nicht zufriedenstellend, daß, da die Zusammensetzung reich an einem Metallsalz einer ungesättigten Fettsäure ist, die Haftfestigkeit des Films schlecht ist. Das Vergleichsbeispiel 38 ist dahingehend nachteilig, daß wegen des Fehlens eines Metall-Chelatbildners die Lötfähigkeit des Films nicht angemessen ist und Widerstandsänderungen, wie sie bei den oben beschriebenen Belastungstests mit Wärme und Feuchtigkeit herausgefunden wurden, zu groß sind. Auch das Vergleichsbeispiel 39 ist nachteilig, und zwar dahingehend, daß, da die Zusammensetzung reich an Metall-Chelatbildner ist, die Viskosität der Paste so stark verringert ist, daß dies die Druckfähigkeit behindert.
  • Wenn eine Lötmittelschicht mit einer Dicke von 5 bis 10 um auf einem ausgehärteten Film (Beschichtungsdicke: 30 ± 5 um) der erfindungsgemäßen, leitfähigen Kupferpastenzusammensetzung ausgebildet wurde, konnte ein Flächenwiderstand mit weniger als 0,1 Ω/ erhalten werden, und wenn sie als elektromagnetische Abschirmung verwendet wurde, konnte ein Wert (nicht über 100 uV/m bi 30-100 MHz) erhalten werden, der deutlich unter dem zulässigen Schwellenwert für Klasse B (für zivile Nutzung) der Federal Communication Commission (FCC) liegt. Z.B. kann eine wirksame elektromagnetische Abschirmungsschicht mit dem folgenden Ablauf ausgebildet werden. Auf einer kupferbeschichteten Laminatplatine wird eine leitfähige Schaltung durch das Folienätzverfahren ausgebildet und eine Isolierschicht wird auf dieser Schaltung unter Verwendung eines mit Wärme oder UV-Strahlung aushärtbaren Lötresistmittels ausgebildet. Dann wird die erfindungsgemäße, leitfähige Kupferpastenzusammensetzung durch Siebdruck auf die Resistschicht aufgetragen, um ein Muster zu erzielen, das im wesentlichen mit demjenigen der darunterliegenden Schaltung identisch ist, und nach dem Aushärten der Beschichtung wird ein Lötmittel mit einer Lötmittelauftragmaschine aufgetragen, um eine elektromagnetische Schicht zu erhalten. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann auch bei der Herstellung einer elektrostatischen Abschirmschicht verwendet werden.

Claims (6)

1. Leitfähige Kupferpastenzusammensetzung, umfassend 100 Gewichtsteile eines Gemischs aus 85 bis 95 Gew.-% eines Kupfermetallpulvers und 15 bis 5 Gew.-% einer ein hitzehärtbares Harz einschließenden Harzkomponente, 1 bis 8 Gewichtsteile einer Fettsäure oder eines Metallsalzes davon, 1 bis 50 Gewichtsteile eines Metall-Chelatbildners und 0,1 bis 2,5 Gewichtsteile eines Lötbeschleunigers.
2. Leitfähige Kupferpastenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Harzkomponente ausschließlich aus dem hitzehärtbaren Harz zusammengesetzt ist.
3. Leitfähige Kupferpastenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Harzkomponente aus 2 bis 30 Gew. -% eines Metalloberflächen-Aktivierungsharzes und 98 bis 70 Gew. -% des hitzehärtbaren Harzes besteht.
4. Leitfähige Kupferpastenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Harzkomponente aus 2 bis 30 Gew. -% eines Metalloberflächen-Aktivierungsharzes, 5 bis 50 Gew.-% eines körnigen Phenolharzes und 93 bis 20 Gew. -% des hitzehärtbaren Harzes besteht.
5. Leitfähige Kupferpastenzusammensetzung, umfassend 100 Gewichtsteile eines Gemischs aus 85 bis 95 Gew.-% eines Kupfermetallpulvers und 15 bis 5 Gew.-% einer Harzkomponente, bestehend aus 2 bis 30 Gew.-% eines ein hitzehärtbares Harz einschließenden Metalloberflächen-Aktivierungsharzes, 1 bis 8 Gew.-% einer Fettsäure oder eines Metallsalzes davon, und 1 bis 50 Gewichtsteile eines Metall-Chelatbildners.
6. Leitfähige Kupferpastenzusammensetzung nach Anspruch 5, wobei die Harzkomponente aus 2 bis 30 Gew.-% eines p-tert-Butylphenolharzes, 2 bis 30 Gew.-% des Metalloberflächen-Aktivierungsharzes und 96 bis 40 Gew.-% des hitzehärtbaren Harzes besteht.
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