JP2019114370A - 導電性組成物、導電性ペースト、及び電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、従来においては、優れた導体の特性が得られるガラスフリットであっても、近年においては、ボイドの形成、及びそれによる突起の形成が原因となり使用することができなくなる場合が生じている。
本発明に用いる導電性粉末は特に限定されることは無く、一般的な導電性ペーストに用いられる導電性粉末を用いることができる。特に、高導電性を示し酸化し難いAu、Ag、PdおよびPtのうちの少なくとも1種類以上からなる導電性粉末を用いることが好ましい。また、上記4種類の金属の中で比較的安価なAg粉末とPd粉末を用いることがより好ましく、更に、導電性粉末中Ag粉末を95質量%以上含有するのがより一層好ましい。
本発明の導電性ペーストにおける導電性粉末の含有量は、求められる特性に応じて、製品として成り立つと考えられる範囲内で適宜選定することができるが、導電性ペースト100質量%に対して導電性粉末を30質量%以上80質量%以下含有するのが好ましい。導電性粉末の含有量が30質量%未満であると、焼成後の導体が緻密にならず導電性に劣ってしまう虞が生じるので好ましくない。一方、導電性粉末の含有量が80質量%を上回ると、残部の液体成分の割合が少なくなってしまい、印刷に適した粘度が得られない虞が生じるので好ましくない。
本発明で使用するガラスフリットは、特に制限されず一般的な導電性ペーストに使用されるガラスフリットを用いることができる。たとえば、平均粒子径が0.5μm〜5μmで軟化点が500℃〜700℃のホウ珪酸ガラス(SiO2−B2O3系)等の無鉛で実質的にアルカリ金属を含まないガラスフリットを使用できる。上記ガラス中には、ガラスと基板との濡れ性や基板と導体との密着性、導体の耐酸化性をさらに向上させる目的でCaO、BaO、ZnO、TiO2、V2O5などの成分を添加してもよい。
本発明の導電性ペーストにおけるガラスフリットの含有量は、求められる特性に応じて、製品として成り立つと考えられる範囲内で適宜選定することができるが、導電性ペースト100質量%に対してガラスフリットを0.1質量%以上2質量%以下含有するのが好ましい。ガラスフリットの含有量が0.1質量%未満であると、ガラスフリット添加による効果が得られない虞が生じるので好ましくない。一方、ガラスフリットの含有量が2質量%を上回ると、焼成後の導体内にガラスフリットが残留したり、ガラスフリット起因のボイドが発生してしまったりする虞が生じるので好ましくない。
本発明で使用する糖は、単糖類および二糖類のうちの少なくとも1種類以上を用いることができる。上記糖は導電性粉末100質量部に対して0.5質量部以上10質量部以下の範囲で用いる。導電性粉末100質量部に対して用いる糖が0.5質量部未満では、突起の形成を防止する効果が不十分となり好ましくない。一方、導電性粉末100質量部に対して用いる糖が10質量部を上回ると、突起の形成を防止する効果が導電性粉末100質量部に対して0.5質量部以上10質量部以下の範囲で用いた場合とほとんど変わらない一方で、残留炭素量が増加したり、ガラス組成に悪影響を及ぼし、例えばガラスが結晶化したりして抵抗値が増加するなど導体の特性が大きく低下するため好ましくない。
本発明で使用する有機ビヒクルは、特に制限されず一般的な導電性ペーストに使用される有機ビヒクルと同様に、バインダ樹脂と有機溶剤から構成され、従来と同様の配合量で使用することができる。
例えばバインダ樹脂としては、エチルセルロース、メタクリレートなどがあげられる。本発明の導電性ペーストにおいては、バインダ樹脂を、導電性ペースト100質量%に対して1質量%以上10質量%以下含有することが好ましい。バインダ樹脂の含有量が1質量%未満では、ペーストのハンドリング性が悪く、導体を形成する際に必要なペーストの粘度特性が得られない虞があるため好ましくない。一方、バインダ樹脂の含有量が10質量%を上回ると、導電性粉末が密に詰まることを阻害し形成される導体が緻密にならず、導電性を低下させる虞があるため好ましくない。
この実施例および比較例では、導電性粉末としてAg粉末とPd粉末を用い、ガラスフリットとして無鉛でアルカリ金属を含まないホウ珪酸ガラスを用いて導電性ペーストを作製し、得られた導電性ペーストをアルミナ基板に塗布し乾燥させた後、得られた乾燥膜を焼成することで、評価用の導体を作製した。作製した導体の表面を観察し、突起形成の有無を確認した。
(評価試料の作製)
導電性粉末としてAg粉末を、導電性ペースト100質量%に対する含有量が70質量%となる量添加し、ガラスフリットとして軟化点が600℃、平均粒子径が0.9μmのホウ珪酸ガラスを、導電性ペースト100質量%に対する含有量が1.5質量%となる量添加し、エチルセルロース(バインダ樹脂)とターピネオール(有機溶剤)からなる有機ビヒクルを、エチルセルロースの導電性ペースト100質量%に対する含有量が3質量%となる量添加し、糖として二糖類のスクロースを、導電性粉末100質量部に対する含有量が1.5質量部となる量添加し、残部がターピネオールからなる原材料を、3本ロールミルを用いて混合し、評価用の導電性ペーストを作製した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
作製した導電性ペーストを、スクリーン印刷機を用いて、幅0.5mm、長さ50mmのパターンで、96%アルミナ基板上に印刷し、印刷した導電性ペーストを、ベルト式乾燥炉を用いて、150℃で5分間乾燥させて乾燥膜を形成した。次に、乾燥膜をピーク温度850℃で9分間、トータル30分間焼成し、評価用の導体を形成した。
形成した導体の表面を、光学顕微鏡とSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)で観察し、突起の有無を確認した。評価結果を表1に示す。また、そのときのSEM観察画面の一部を図1に示す。
形成した導体の膜厚を、触針式表面粗さ計を用いて測定し、測定した値の平均値を算出した。
次に、デジタルマルチメータを用いて、幅0.5mm、長さ50mmの導体パターンの抵抗値を測定し、先に測定した膜厚の平均値から、膜厚5μmとして換算したときの抵抗値を算出した。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
スクロースの含有量を導電性粉末100質量部に対し0.5質量部とした以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
スクロースの含有量を導電性粉末100質量部に対し10質量部とした以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
導電性ペースト100質量%に対し、導電性粉末(Ag粉末)の含有量を30質量%、ガラスフリットの含有量を2質量%、バインダ樹脂の含有量を10質量%とした以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
導電性ペースト100質量%に対し、導電性粉末(Ag粉末)の含有量を80質量%、ガラスフリットの含有量を0.1質量%、バインダ樹脂の含有量を1質量%とした以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
糖を単糖類のフルクトースに変更した以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。糖を単糖類に変えた場合の導体表面の状態を示す一例として、SEM観察画面の一部を図2に示す。
糖を単糖類のグルコースに変更した以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
導電性粉末をAg粉末とPd粉末の混合粉に変更し、導電性ペースト100質量%に対し、Ag粉末の含有量を69質量%、Pd粉末の含有量を1質量%とした以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末、Pd粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。
糖を添加しなかった以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。糖を添加しなかったので、表1中、糖の種類を「−」とし、添加量は0質量部とした。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。糖類を添加しない場合、導体表面には無数の突起の形成が確認された。突起の形成が確認された導体表面の状態の一例として、SEM観察画面の一部を図3に示す。
スクロースの含有量を導電性粉末100質量部に対し15質量部とした以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し、評価用の導体を形成した。添加した、導電性粉末(Ag粉末)、ガラスフリット(ホウ珪酸ガラス)、バインダ樹脂(エチルセルロース)夫々の導電性ペースト100%に対する含有量、糖の種類と導電性粉末100質量部に対する含有量を表1に示す。
また、実施例1と同様にして、導体表面の突起物の評価、及び導体の抵抗値の評価を行った。算出した導体の膜厚(平均値)及び換算抵抗値を表1に示す。糖類を本発明の範囲を上回って過剰に含有する場合、導体表面に突起の形成は確認されなかったが、ガラスが結晶化している様子が観察された。ガラスが結晶化している様子が確認された導体表面の状態の一例として、SEM観察画面の一部を図4に示す。
ただし、実施例4は導電性粉末の含有量を本発明範囲の下限値とし、ガラスフリット及びバインダ樹脂の含有量を本発明範囲の上限値としており、導電材料の含有量が最も少なくなるため、形成された導体の換算抵抗値は十分低いものの、本発明試料の中で最も高い値を示した。
また、導電性粉末の含有量を本発明範囲の上限値とし、ガラスフリット及びバインダ樹脂の含有量を本発明範囲の下限値とした実施例5は、導電材料の含有量が最も多くなるため、形成された導体の換算抵抗値は、実施例6と共に本発明試料の中で最も低い値を示した。しかしながら、バインダ樹脂量が最も少ないため、導電性ペーストをスクリーン印刷した後のレベリング性が劣り、表面粗さが若干悪化していた。
また、実施例8に示すように、導電性粉末をAg粉末とPd粉末の混合粉とした場合も、Ag粉末を単独で添加した場合と同等の特性が得られることが確認された。
Claims (6)
- 導電性粉末と、ガラスフリットと、糖とを含有する導電性組成物であって、
前記糖が単糖類および二糖類のうちの少なくとも1種類以上からなり、
前記糖を前記導電性粉末100質量部に対し、0.5質量部以上10質量部以下含有することを特徴とする導電性組成物。 - 前記導電性粉末が、Au、Ag、PdおよびPtのうちの少なくとも1種類からなることを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
- 請求項1または2に記載の導電性組成物と有機ビヒクルとを含有することを特徴とする導電性ペースト。
- 前記導電性粉末を導電性ペースト100質量%に対して、30質量%以上80質量%以下含有し、
前記ガラスフリットを導電性ペースト100質量%に対して、0.1質量%以上2質量%以下含有することを特徴とする請求項3に記載の導電性ペースト。 - 前記有機ビヒクルが、バインダ樹脂と有機溶剤からなり、
前記バインダ樹脂を導電性ペースト100質量%に対して、1質量%以上10質量%以下含有することを特徴とする請求項3または4に記載の導電性ペースト。 - 請求項3〜5のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて形成した導体を含有することを特徴とする電子部品。
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JP2001011388A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-01-16 | Namics Corp | 電極ペースト組成物およびそれを用いる積層コンデンサの製造方法 |
JP2012140480A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Seiko Epson Corp | 導体パターン形成用インク |
CN104078098A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-10-01 | 乐凯特科技铜陵有限公司 | 一种低含银量印刷电路板银浆及其制备方法 |
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