JP4714840B2 - 導電性磁性粉および導電性ペースト - Google Patents

Description

本発明は、導電性を有する磁性粉であって、ペースト状にして微細な導電回路を形成するのに好適なもの、およびその導電性ペーストに関する。

導電性粉体は、それを導電フィラーに用いたペーストによって導電回路を形成させる用途などに使用されている。従来、導電性粉体としては、銅粉や貴金属粉など、それ自体高い導電性を有する金属粉が知られている。また、プラスチックなどの非導電性粉やニッケル粉の表面にＣu，貴金属などをめっきしたものが知られている。例えば、下記特許文献１には有機質または無機質芯材の表面に無電解めっき法で金属被覆を形成したものが示されている。

一方、形成した導電回路において特定の方向にのみ導電性を持たせた「異方性導電性」と呼ばれる導電特性を付与する技術も開発されている。異方性導電性を付与する手法としては、電極を突起させ、その電極間に球状めっき品を挟み込むことで電極間方向への導電性を確保する技術が知られている。

特公平６−９６７７１号公報

最近では、導電性ペーストを用いた回路において、その配線を一層微細化する技術や、複雑形状の導電回路のパタンニングを一層容易に行うための技術の確立が強く望まれている。そのための手法として、磁気を利用して配線化やパタンニングを行うことが有望視されている。また、磁気を利用して異方性導電性を付与する手法も有望視されている。

しかし、従来のＣu粉や貴金属粉、あるいはプラスチックなどの非導性材料を用いた粉体は、非磁性であるため、上記のような磁気を用いた配線化やパタンニングには適用できない。また、芯材にＮi粉を用いた導電性粉体の場合、Ｎiが「軟磁性」を呈するために、磁気で特定方向の導電性を付与しても、磁気を取り除くと磁気凝集構造が乱れ、粒子間にペースト樹脂が入って導電性が下がる問題がある。

本発明は上記のような問題を解消すべく、導電性ペーストの状態で磁気を印加することによって形成した所望の導電配向が、磁気を取り除いたときにも維持されるに十分な磁気特性を具備した導電性磁性粉を開発し、当該導電性磁性粉およびそれを用いた導電性ペーストを提供しようというものである。

発明者らは鋭意研究の結果、前記のような磁気特性をもつ導電性粉末は、芯材自体を硬磁性を有する板状粒子の粉末で構成し、その表面に非磁性の物質からなる導電層を形成させることによって実現できることを見出した。つまり、芯材の有する磁気特性は、「非磁性」のコーティングを施すことによって消失することなく外部に対して有効に発現し、かつその非磁性のコーティングを導電性の良好な物質で構成することによって、高い導電性が確保されるのである。本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明で提供する導電ペースト用磁性粉は、例えば貴金属やＣuなどの物質からなる「非磁性導電層」を硬磁性粒子からなる芯材の表面に有する板状粒子で構成され、飽和磁化σsが少なくとも７ｅｍｕ／ｇ以上、好ましくは１０ｅｍｕ／ｇ以上のものである。特に、体積固有抵抗値が１Ω・ｃｍ以下の磁性粉が好ましい。前記非磁性導電層は、芯材である粉末粒子に無電解めっき法で形成することができる。また、本発明ではこのような磁性粉を用いた導電性ペーストを提供する。

ここで、体積固有抵抗値は、磁性粉２ｇを２５.４ｍｍ径の円筒状金型に入れ１トンでプレスして錠剤形状とした圧粉体について、４端子法で測定した体積抵抗が採用できる。

本発明の導電性磁性粉を用いた導電性ペーストを使用すると、磁気を利用することによって導電効率を向上させたり、特定方向に導電性を持たせた配線を形成したりすることができる。特に、当該配線をミクロレベルで細線化するコントロールが可能であり、従来困難であった微細な導電回路のパターンニングが実現できる。また、その際、磁気凝集構造が維持されるので、磁気によって付与した導電性（例えば異方性導電性）は磁気除去後にも保たれる。したがって本発明は、電子機器の小型化・精密化に寄与しうる。

本発明の導電性磁性粉は、芯材に永久磁石特性を有する磁性粉粒子を用い、その表面に非磁性かつ高い導電性を有する物質で導電層を形成することにより、芯材の磁気特性を損なうことなく、高い導電性が確保できるようにしたものである。粒子表面の導電層が非磁性物質で構成されるため、芯材の磁気特性が導電層に邪魔されることなく外部に取り出せる。

芯材には、磁気記録用途やボンド磁石用途などに用いられる磁性粉を使用することができる。具体的には、表面に導電層を形成した後に少なくとも７ｅｍｕ／ｇ以上、好ましくは１０ｅｍｕ／ｇ以上の飽和磁化σsを確保できるような硬磁性を有する磁性粉が好適に使用できる。σsが７ｅｍｕ／ｇ以上にならないと、配線を形成する際に印加した磁場を除去したとき、導電性を担う凝集構造すなわち導電ネットワークを維持することができなくなる。種々検討の結果、所望の導電ネットワークを安定的に維持するには、導電層形成後にσsが１０ｅｍｕ／ｇ以上となるものであることが一層好ましいことがわかった。なお、磁性粉の保磁力には特に制限はない。

そのような芯材用の磁性粉としては、磁気記録用に広く使用されているγ−Ｆe₂Ｏ₃，Ｃo被着γ−Ｆe₂Ｏ₃，鉄粉などのメタル粉，Ｂaフェライトや、ボンド磁石用に使用されているＢaフェライト，Ｓrフェライトなどが挙げられる。板状粒子で構成される粉末が採用され、平均粒径は０.５〜２μｍ程度が好適である。

芯材の磁性粉粒子の表面には導電層が形成されている。本発明ではその導電層を非磁性の物質で構成する。そのような導電物質としては、導電性が良好で、かつ十分な耐食性を有するものが採用される。例えばＣuや、Ａg、Ａu等の貴金属、あるいはそれらを主体とする合金などが好適である。ペーストにしたときに良好な導電ネットワークを形成できるように、粉末を前記錠剤状圧粉体にしたとき、体積固有抵抗値が１Ω・ｃｍ以下となる導電層を形成することが望ましい。錠剤状圧粉体の体積固有抵抗値が１Ω・ｃｍを超えて大きくなるような粉末では、回路自体が抵抗となって電流が十分に流れないか、あるいは十分な電流を流すと発熱が大きくなって、回路設計によっては電子機器の誤動作を招きやすくなる。

表面の導電層を非磁性にするのは、前述のように芯材の磁性を外部に取り出せるようにするためである。もし導電層をＮiのような軟磁性材料で構成すると、芯材の有する磁性成分は導電層で邪魔されて磁束ループが出てこないという問題が発生する。

芯材の粉末粒子表面に非磁性導電層を形成する方法として、無電解めっき法が好適に採用できる。ただし、補助材などを利用して電気めっきが可能であれば電気めっきでも良い。非磁性導電層の付着量は、導電ネットワーク形成した際、十分な導電性が確保できる限り特に限定されるものではないが、具体的には前記の錠剤状圧粉体の試験値で体積固有抵抗値１Ω・ｃｍが得られる付着量とすれば問題ない。実際は、例えばＣuや貴金属を無電解めっきする場合であれば、概ね０.０５〜０.５μｍ程度のめっき厚さとすればよい。

粉末粒子表面に形成した導電層の厚さは、例えばオージェ分析によって深さ方向の元素プロフィールを採ることにより確認することができる。導電層を含めた磁性粉全体の組成は蛍光Ｘ線分析によって確認できる。また、導電層および芯材磁性粉の結晶構造はＸ線回折によって同定できる。

この磁性粉末を用いてペーストを作るには、公知の方法が採用できる。すなわち例えば、本発明に係る磁性粉を樹脂に混ぜ、ボールミル等による機械攪拌を行うことで、導電性ペーストを得ることができる。

〔芯材〕
芯材の磁性粉として、市販のＳrフェライト（日本弁柄工業製、ＳＦ−２００）を使用した。この磁性粉の粒子形状は板状であり、空気透過法による平均粒径は約１μｍである。

〔めっき前処理〕
上記磁性粉１００ｇを塩酸でエッチング後、ＳnＣl₂ ０.１ｇ／Ｌ、ＰdＣl₂ ０.０１ｇ／Ｌ（Ｌはリットルを表す）を含む溶液中に入れて触媒を付与し、その後、還元剤として次亜リン酸ナトリウム ０.０２ｍｏｌ／Ｌを添加して、表面処理を行った。得られた粉末を水洗および乾燥し、「触媒活性処理磁性粉」とした。この粉末の粒子表面に以下に示す方法でＡg，ＣuまたはＮiをめっきした。

〔実施例１〕
以下のようにしてＡgめっきを施した。上記の触媒活性処理磁性粉１００ｇを濃度１ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀水溶液に添加して７０℃で３０分攪拌し、その後、攪拌しながらヒドラジンを連続添加して液の色が透明になるまで還元することにより、約０.２μｍ厚のＡgめっき層を形成した。

〔実施例２〕
硝酸銀水溶液の濃度を０.５ｍｏｌ／Ｌに変えた以外、実施例１と同様の手順でＡgめっきを施した。これにより約０.１μｍ厚のＡgめっき層を形成した。

〔実施例３〕
以下のようにしてＣuめっきを施した。上記の触媒活性処理磁性粉１００ｇを濃度１ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅水溶液に添加して７０℃で３０分攪拌し、その後、攪拌しながらヒドラジンを連続添加して液の色が透明になるまで還元することにより、約０.２μｍ厚のＣuめっき層を形成した。

〔比較例１〕
以下のようにしてＮiめっきを施した。上記の触媒活性処理磁性粉１００ｇを濃度１ｍｏｌ／Ｌの硫酸ニッケル水溶液に添加して７０℃で３０分攪拌し、その後、攪拌しながらヒドラジンを連続添加して液の色が透明になるまで還元することにより、約０.２μｍ厚のＮiめっき層を形成した。

〔比較例２〕
この比較例では、めっきを施す前の前記Ｓrフェライト粉（めっき前処理も施していない）を供試材とした。

〔体積固有抵抗値の測定〕
実施例１〜３および比較例１，２で用意した供試材粉末について、各粉末２ｇを２５.４ｍｍ径の円筒状金型に入れ１トンでプレスして錠剤形状の圧粉体を作り、これについて４端子法で体積抵抗を測定し、その値を体積固有抵抗値とした。測定装置は、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠の低抵抗率計（三菱化学製、ロレスターＧＰ）を使用した。

〔粉体磁気特性の測定〕
実施例１〜３および比較例１，２で用意した供試材粉末について、粉体をセル詰めして、ＶＳＭ（東英工業製）を用いて磁場１０ＫＧで飽和磁化σsを測定した。

〔ペースト作製、および評価〕
実施例１〜３および比較例１，２で用意した供試材粉末を、それぞれ塩ビ系樹脂（日本ゼオン製、ＭＲ−１１０）１８質量％溶液中に、ボールミルを用いて分散させることにより、導電性ペーストを得た。供試材磁性粉の配合量は、ペースト中の固形成分のうち８１.５質量％とした。この導電性ペーストを１０ｋＧの磁場中でＰＥＴフィルムの上に幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０.２ｍｍで塗布した。この場合磁場の方向が長さ方向に一致するように磁場を印加した。その後、磁場を取り除いた後、ペースト塗膜について、磁場方向に対して直角方向および平行方向の導通をテスターで調べた。
これらの結果を表１に示してある。

表１から判るように、本発明に係る実施例のものは前記圧粉体の試験において体積固有抵抗１Ω・ｃｍ以下を余裕を持ってクリアした。また飽和磁化σsも１０ｅｍｕ／ｇ以上の十分な値を呈した。これら実施例の磁性粉を用いたペーストにおいては、いずれも磁場配向と平行方向のみに導通を有する異方性導電性が実現できた。

一方、導電層としてＮiめっき層を形成した比較例１のものは粉体の飽和磁化σsが６ｅｍｕ／ｇと低かった。これは、Ｎiが磁性を有するため、芯材の有する磁気特性が外部に十分取り出せなかったことを意味する。そのために、磁場による磁性粉の配向が不十分であり、導電ネットワークが形成できず、いずれの方向にも導通が認められなかった。また比較例２のものは導電層を形成していないので、導通が認められなかった。

Claims (5)

1. 硬磁性粒子からなる芯材の表面に非磁性導電層を形成した板状粒子で構成される、飽和磁化σsが７ｅｍｕ／ｇ以上の導電性ペースト用磁性粉。
2. 体積固有抵抗値が１Ω・ｃｍ以下である請求項１に記載の導電性ペースト用磁性粉。
3. 非磁性導電層が貴金属またはＣuである請求項１に記載の導電性ペースト用磁性粉。
4. 非磁性導電層が無電解めっきで形成したものである請求項１に記載の導電性ペースト用磁性粉。
5. 請求項１〜４に記載の磁性粉を用いた導電性ペースト。