JP4151578B2 - Conductor paste - Google Patents
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Description
この発明はセラミック回路基板への配線パターン形成等に使用するスクリーン印刷に用いる導体ペーストに関するものである。 The present invention relates to a conductor paste used for screen printing used for forming a wiring pattern on a ceramic circuit board.
セラミック回路基板への印刷法による配線パターンの形成は、導体ペーストをスクリーン印刷法によってセラミック回路基板上に印刷し、その後乾燥、焼成することによって行うことが一般的である。この導体ペーストは有機ビヒクル、導体粒子、ガラス粒子及び分散剤を混合、混練してペースト化したものである。導体粒子としては、銀、パラジウム、白金、タングステン等の金属粒子が主に使用される。ガラス粒子は、焼成時に溶融して、金属粒子同士を接触させて導体膜を形成する結合材であり、この導体膜をセラミック基板に固着させる働きもあり、鉛ガラスをはじめ焼成温度に応じて適切な組成のガラス粒子が使用される。また、分散剤は、導体粒子、ガラス粒子が有機ビヒクルの中に、均一に分散して、経時的に分離したり、凝集することを防止する働きがある。 The formation of a wiring pattern by a printing method on a ceramic circuit board is generally performed by printing a conductor paste on the ceramic circuit board by a screen printing method, and then drying and firing. This conductor paste is obtained by mixing and kneading an organic vehicle, conductor particles, glass particles and a dispersant. As the conductor particles, metal particles such as silver, palladium, platinum and tungsten are mainly used. Glass particles are a binding material that melts during firing to form metal films that are brought into contact with each other to form a conductor film. The conductor film also has a function of fixing the conductor film to a ceramic substrate. Glass particles having a proper composition are used. Further, the dispersant functions to prevent the conductor particles and glass particles from being uniformly dispersed in the organic vehicle and separated or aggregated over time.
有機ビヒクルは、有機溶剤に樹脂成分を溶解させたものであり、導体粒子及びガラス粒子の粒子間に介在して、これらを結び付けてペースト状態にする働きがある。なお、有機ビヒクル及び分散材は焼成時には、燃焼あるいは分解して除去され、導体膜には残存しない。導体ペーストをスクリーン印刷法によって印刷する場合に、最も重要な特性の1つとして、導体ペーストの粘度特性があげられる。導体ペーストの粘度は、その温度、ずり速度(シェアレート)、製造後の経過時間等によって変化するが、このような粘度特性に最も影響を与えるのが有機ビヒクルの粘度特性である。 The organic vehicle is obtained by dissolving a resin component in an organic solvent, and has a function of interposing between conductive particles and glass particles and connecting them together to form a paste. Note that the organic vehicle and the dispersion material are removed by combustion or decomposition during firing, and do not remain in the conductor film. When the conductor paste is printed by a screen printing method, one of the most important characteristics is the viscosity characteristic of the conductor paste. The viscosity of the conductor paste varies depending on its temperature, shear rate (share rate), elapsed time after manufacture, and the like, but it is the viscosity characteristic of the organic vehicle that most affects such a viscosity characteristic.
例えば、導体ペーストの粘度の製造後の経過時間による変化、つまり導体ペーストの粘度の経時変化を小さくするために、2種類以上の互いに粘度値の異なる樹脂成分を溶剤に溶解して有機ビヒクルを調製し、これを用いて導体ペーストを製造する試みがなされている(特許文献1)。特許文献1には、粘度値の異なる2種類のエチルセルロースを混合して調製した有機ビヒクル又はこれを用いて製造した導体ペーストは、単一分子量のエチルセルロースを用いて調製した有機ビヒクル又はこれを用いて製造した導体ペーストに比べて、粘度の経時変化が小さくなることが示されている。
For example, in order to reduce the change of the viscosity of the conductor paste with the elapsed time after manufacture, that is, the change of the viscosity of the conductor paste with time, an organic vehicle is prepared by dissolving two or more types of resin components having different viscosity values in a solvent. However, attempts have been made to produce a conductor paste using this (Patent Document 1). In
特許文献1においては、粘度測定の際のずり速度が記載されていないが、導体ペーストの粘度特性の評価指標としては、ずり速度1sec−1から10sec−1の範囲のうち1点のずり速度で測定された粘度、あるいは2点のずり速度で測定された粘度の比がよく使用されている。しかし、これらの評価指標で管理された導体ペーストが製造ロットの違いだけで、突然に印刷性が悪くなり、かすれ、目詰まり、版離れの悪化、等のトラブルを生じることがある。また、印刷の初期段階では良好であった印刷性が、回数を重ねることによって、同様のトラブルを生じてしまうこともある。
In
このようなドラブルの要因としては、実際のスクリーン印刷の際に導体ペーストに加わるずり速度は1sec−1から10sec−1よりも速い速度の範囲にあり、ずり速度1sec−1から10sec−1の範囲での粘度特性が一定の管理範囲にあっても、実際のスクリーン印刷の際には、導体ペーストの製造ロットの違いや経時変化等により良好な印刷性が得られる粘度特性の範囲から外れてしまうことがあること、また、印刷回数を重ねることによって導体ペーストの粘度特性が変化してしまうこと、等があげられる。しかし、これまでの導体ペーストの粘度特性の評価方法では、安定性の高い印刷性を有する導体ペーストを選別することができず、よって安定性の高い印刷性を有する導体ペーストを得ることも難しかった。
Factors such Drabble, shear rate applied to the conductive paste during the actual screen printing is in the range of a speed higher than 10 sec -1 from 1 sec -1, ranging from
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、安定性の高い印刷性を有する導体ペーストを得ることを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a conductive paste having a highly stable printability.
この発明に係る導体ペーストは、導体粒子、ガラス粒子、分散剤並びに導体ペースト全重量に対してエチルセルロースが0.8重量%から1.3重量%、ポリプロピレングリコールが0.5重量%から1.0重量%、フタル酸ジ-nブチルが0.15重量%から0.25重量%及び残りがテルピネオールを含む有機ビヒクルからなるものである。 In the conductor paste according to the present invention, the ethyl cellulose is 0.8 wt% to 1.3 wt% and the polypropylene glycol is 0.5 wt% to 1.0 wt% based on the total weight of the conductor particles, glass particles, dispersant and conductor paste. % By weight, di-n-butyl phthalate from 0.15% to 0.25% by weight and the balance comprising terpineol.
本発明者らは、導体ペーストの粘度特性と印刷性の関係について研究を進めたところ、実際のスクリーン印刷の際に導体ペーストに加わるずり速度の範囲に近い100sec−1〜850sec−1の範囲において、導体ペーストの粘度特性が、粘度をη、ずり速度をDとしたときに、粘度式η=μDn−1(μ:非ニュートン係数を、n:非ニュートン指数、0<n<1)でほぼ近似できることが、安定性の高い印刷性を有する導体ペーストを得る条件であり、上記成分を含む有機ビヒクルを用いた導体ペーストは、有機ビヒクルの各成分の含有率、特にポリプロピレングリコールの含有率を調整することによって、ずり速度の広い範囲で粘度式η=μDn−1で近似できる粘度特性が得られることを見出した。本発明はこれらに基づいてなされたものである。 The present inventors have made studying the relationship viscosity characteristics and printability of the conductive paste, the actual scope of 100sec -1 ~850sec -1 close to a range of shear rate applied to the conductive paste during the screen printing When the viscosity characteristic of the conductor paste is η and the shear rate is D, the viscosity formula η = μD n-1 (μ: non-Newton coefficient, n: non-Newton index, 0 <n <1) The conditions that can be approximately approximated are the conditions for obtaining a conductive paste having high printing stability, and the conductive paste using the organic vehicle containing the above components has the content of each component of the organic vehicle, particularly the content of polypropylene glycol. It has been found that by adjusting, a viscosity characteristic that can be approximated by the viscosity formula η = μD n−1 within a wide range of shear rate can be obtained. The present invention has been made based on these.
この発明によれば、導体粒子、ガラス粒子、分散剤及び有機ビヒクルからなるスクリーン印刷に用いる導体ペーストにおいて、有機ビヒクルが導体ペースト全重量に対してエチルセルロースが0.8重量%から1.3重量%、ポリプロピレングリコールが0.5重量%から1.0重量%、フタル酸ジ-nブチルが0.15重量%から0.25重量%及び残りがテルピネオールを含むようにしたので、ずり速度が100sec−1〜850sec−1の範囲において、粘度式η=μDn−1でほぼ近似できる粘度特性を有し、安定性の高い印刷性を有する導体ペーストを得ることができる。 According to the present invention, in a conductor paste used for screen printing comprising conductor particles, glass particles, a dispersant, and an organic vehicle, the organic vehicle is 0.8% to 1.3% by weight of ethyl cellulose with respect to the total weight of the conductor paste. Since the polypropylene glycol contains 0.5 wt% to 1.0 wt%, di-n-butyl phthalate contains 0.15 wt% to 0.25 wt%, and the remainder includes terpineol, the shear rate is 100 sec − In the range of 1 to 850 sec −1 , it is possible to obtain a conductive paste having a viscosity characteristic that can be approximately approximated by the viscosity formula η = μD n−1 and having high printability.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による導体ペーストの製造工程を示す工程図である。図1において、導体粒子10、ガラス粒子12、有機ビヒクル14及び分散剤16をそれぞれ所定量ずつ計量し、混合・混練工程18にて、3本ロール(図示せず)によって混合、混練する。室温で長時間混練することにより、導体粒子10、ガラス粒子12がほぼ均一に有機ビヒクル14の中に分散した状態となり、所定の粘度特性の導体ペースト20が得られる。
FIG. 1 is a process diagram showing a process for producing a conductor paste according to
以下に、本発明について実施例及び比較例により具体的に説明する。表1は実施例A〜C(表1においてA〜Cで示す。)並びに、比較例D及びE(表1においてD、Eで示す。)の各成分の含有率を重量%で示したものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and comparative examples. Table 1 shows the content of each component of Examples A to C (shown as A to C in Table 1) and Comparative Examples D and E (shown as D and E in Table 1) in% by weight. It is.
固形物は導体粒子10及びガラス粒子12、樹脂溶液は有機ビヒクル14及び分散剤16をそれぞれ表しており、固形物と樹脂溶液のそれぞれ含有率を加えると100%となる。導体粒子10は、平均粒径1〜3μmの銀粒子と平均粒径1μmのパラジウム粒子からなり、ガラス粒子12の平均粒径は1.6μmである。分散剤16としては、高分子界面活性剤であるホモゲノールL−18(登録商標、花王株式会社製)を使用した。
The solid substance represents the
有機ビヒクル14はエチルセルロース、ポリプロピレングリコール、フタル酸ジ-nブチル及びテルピネオールの混合物である。エチルセルロース及びポリプロピレングリコールは混合物の粘度を高める樹脂成分であり、フタル酸ジ-nブチル及びテルピネオールは樹脂成分を溶解する溶剤成分である。これらの成分を混合溶解するときは、加熱処理をせず、室温で長時間の攪拌混合を行う。加熱処理を施さないため、樹脂成分への熱的な損傷が防止でき、有機ビヒクル14及びこの有機ビヒクル14を用いた導体ペースト20の粘度特性に与える樹脂成分の効果を安定的に、かつ再現性高く得ることができる。
The organic vehicle 14 is a mixture of ethyl cellulose, polypropylene glycol, di-n-butyl phthalate and terpineol. Ethyl cellulose and polypropylene glycol are resin components that increase the viscosity of the mixture, and di-n-butyl phthalate and terpineol are solvent components that dissolve the resin component. When these components are mixed and dissolved, no heat treatment is performed, and the mixture is stirred and mixed for a long time at room temperature. Since the heat treatment is not performed, thermal damage to the resin component can be prevented, and the effect of the resin component on the viscosity characteristics of the organic vehicle 14 and the
実施例A〜C並びに、比較例D及びEの導体ペースト20の粘度を、ずり速度が100sec−1〜850sec−1の範囲において測定した結果を図2に示す。粘度の測定は、コーン/プレート型の回転粘度計を使用し、25度Cにおいて実施した。
Example A~C well, a viscosity of the
図2は、横軸にずり速度、縦軸に粘度を、両対数グラフとして示している。実施例A〜C並びに、比較例D及びEの導体ペースト20の粘度の測定結果をプロットし、それぞれA〜Eで示した折れ線で結んでいる。ずり速度が100sec−1〜850sec−1の範囲において、実施例A〜Cの導体ペースト20の粘度は、図2の両対数グラフで右下がりの直線上にプロットされており、粘度式η=μDn−1でほぼ近似できる粘度特性を有している。
FIG. 2 shows a logarithmic graph with shear rate on the horizontal axis and viscosity on the vertical axis. The measurement results of the viscosity of the
一方、比較例D及びEの導体ペースト20の粘度は、ずり速度がそれぞれ約300sec−1、約500sec−1程度の領域から右下がりの直線からの差異が大きくなっており、粘度式η=μDn−1では近似できない粘度特性となっている。
On the other hand, the viscosity of Comparative Examples D and E of the
このような、実施例A〜Cの粘度特性と、比較例D及びEの粘度特性の顕著な差異は、スクリーン印刷における印刷性の顕著な差異となる。実施例A〜Cと同様の粘度特性を有する導体ペースト20は、かすれ、目詰まり、版離れの悪化、等のスクリーン印刷におけるトラブルの発生を抑えることができ、安定性の高い印刷性を実現できる。
Such a significant difference between the viscosity characteristics of Examples A to C and the viscosity characteristics of Comparative Examples D and E is a significant difference in printability in screen printing. The
実施例A〜Cの粘度特性と、比較例D及びEの粘度特性の顕著な差異は、主としてポリプロピレングリコールの含有率の差異によって生じるものである。表1で示すように、実施例A〜Cの導体ペースト20のポリプロピレングリコールの含有率は0.5重量%から1.0重量%の範囲にある。一方、比較例D及びEの導体ペースト20のポリプロピレングリコールの含有率は、0.5重量%から1.0重量%の範囲にはなく、それぞれ1.2重量%、0.4重量%である。ポリプロピレングリコールの含有率を0.5重量%から1.0重量%の範囲にすることによって、導体ペースト20の粘度特性が粘度式η=μDn−1でほぼ近似できるずり速度の範囲を広げることができる効果を奏する。
The significant difference between the viscosity characteristics of Examples A to C and the viscosity characteristics of Comparative Examples D and E is mainly caused by the difference in the content of polypropylene glycol. As shown in Table 1, the content of polypropylene glycol in the
なお、図2においては、ずり速度が100sec−1〜850sec−1の範囲において14の異なるずり速度において粘度を測定した結果を示しているが、この発明の導体ペースト20は、温度25度Cのときの粘度が、ずり速度100sec−1において50Pa・sec以下、ずり速度850sec−1において2Pa・sec以上の条件を満足すれば、その粘度特性は粘度式η=μDn−1でほぼ近似でき、導体ペースト20は十分に安定した印刷性を有するものである。よって、この発明の導体ペースト20の製造あるいは使用の際には、ずり速度100sec−1及び、ずり速度850sec−1において粘度を測定するだけでよく、簡便に品質を把握し、管理することができる効果を奏する。
In FIG. 2, although the shear rate indicates the results of the viscosity was measured at different shear rates of 14 in the range of 100sec -1 ~850sec -1,
次に、表2に示す実施例F(表2においてFで示す。)について説明する。実施例Fの導体ペースト20の各成分の含有率は表2に示す通りであり、ポリプロピレングリコールの含有率は0.7重量%であり、導体ペースト20の粘度特性が粘度式η=μDn−1でほぼ近似できるずり速度の範囲を広げることができるポリプロピレングリコールの含有率の範囲である0.5重量%から1.0重量%の中にある。
Next, Example F (shown as F in Table 2) shown in Table 2 will be described. The content of each component of the
図3は、実施例Fの導体ペースト20を用いて、数百回に渡ってスクリーン印刷を行った後、印刷用のスクリーンマスク上に残存した導体ペースト20の粘度を、図2に示した測定結果と同一の条件で測定した結果を示している。図3に示すスクリーン印刷に使用した後の実施例Fの導体ペースト20の粘度特性は、図2に示した実施例A〜Cの導体ペースト20の粘度特性と同等であり、実施例Fの導体ペースト20の粘度特性は、数百回に渡ってスクリーン印刷を行うことによって、繰り返し高いずり速度が加えられても、ほとんど変化することがない。つまり、実施例Fの導体ペースト20はスクリーン印刷に対する耐久性を有していると言える。この耐久性は、実施例A〜Cをはじめ、この発明の導体ペースト20に共通する特性であり、この発明の顕著な効果である。
FIG. 3 shows the measurement of the viscosity of the
10 導体粒子、12 ガラス粒子、14 有機ビヒクル、16 分散剤。 10 conductor particles, 12 glass particles, 14 organic vehicle, 16 dispersant.
Claims (2)
2. The conductor paste according to claim 1, wherein the viscosity at a temperature of 25 ° C. is 50 Pa · sec or less at a shear rate of 100 sec −1 and 2 Pa · sec or more at a shear rate of 850 sec −1 .
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