JP7628530B2 - Conductive paste and conductive pattern using same - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、電子デバイスの電極などの導電パターンを形成するために用いられる導電ペーストおよびそれを用いた導電パターンに関する。The present invention relates to a conductive paste used to form conductive patterns, such as electrodes of electronic devices, and a conductive pattern using the same.
IC、LSI等の半導体素子(半導体チップ)をリードフレームと呼ばれる金属片に載置し固定したり、印刷等により基板に回路を形成したり、或いはコンデンサなどの電子部品の電極を形成するため等に、多様な用途に導電ペーストが用いられている。Conductive pastes are used for a variety of purposes, such as mounting and fixing semiconductor elements (semiconductor chips) such as ICs and LSIs onto metal pieces called lead frames, forming circuits on substrates by printing or other methods, and forming electrodes for electronic components such as capacitors.
また、近年の半導体チップの集積度の向上、回路基板の回路の高密度化に伴い、導電ペーストには、線幅のバラつきが少なく、高い精度で回路パターンの印刷が可能であり、また印刷された回路パターンにおいても、電気伝導性および熱伝導性が高く、高い耐マイグレーション性を有しており、そして適度な粘度や流動性を有することにより優れた作業性を備えていることが求められている。In addition, with the recent increase in the degree of integration of semiconductor chips and the increasing density of circuits on circuit boards, conductive pastes are required to enable circuit patterns to be printed with high precision with little variation in line width, and the printed circuit patterns must also have high electrical and thermal conductivity, high resistance to migration, and excellent workability due to their moderate viscosity and fluidity.
例えば、特開2012-18783号公報(特許文献1)では、平均粒子径0.5μm以上の銀粒子に平均一次粒子径10nm以上200nm以下の銀微粒子を添加して導電ペーストの流動性の低下を抑制することにより、体積抵抗率が低い導電膜の配線を形成することができ、且つ基板に対する密着性や印刷性を向上させた導電ペーストが開示されている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-18783 (Patent Document 1) discloses a conductive paste that can form conductive film wiring with low volume resistivity and has improved adhesion to substrates and printability by adding fine silver particles with an average primary particle diameter of 10 nm or more and 200 nm or less to silver particles with an average particle diameter of 0.5 μm or more to suppress a decrease in the fluidity of the conductive paste.
また、特開2019-102273号公報(特許文献2)では、電気的に低い抵抗を維持したまま、細線形状を維持できるだけの適正な粘度を有するように、ナノ粒子を含む3種類のフィラーを使用することにより、粘度の低下を抑制した導電ペーストが開示されている。Furthermore, JP 2019-102273 A (Patent Document 2) discloses a conductive paste that uses three types of fillers, including nanoparticles, to provide an appropriate viscosity for maintaining a fine line shape while maintaining low electrical resistance, thereby suppressing a decrease in viscosity.
しかしながら、特許文献1および2に記載の導電ペーストでは、ナノサイズのフィラーの分散が難しく、流動性が高くなり易い傾向がある。流動性が高過ぎる場合、印刷後に導電ペーストが滲んでしまい、線幅にバラつきが生じ、その結果回路のショートの原因となるという問題があった。また、これらの導電ペーストを用いて形成した導電パターンは、必ずしも高い耐マイグレーション性を有していないという問題もあった。However, in the conductive pastes described in Patent Documents 1 and 2, it is difficult to disperse nano-sized fillers, and they tend to have high fluidity. If the fluidity is too high, the conductive paste will bleed after printing, causing variations in line width and resulting in circuit shorts. In addition, there is also the problem that the conductive patterns formed using these conductive pastes do not necessarily have high migration resistance.
また、銀粒子などの導電性粉体は充填量が多くなると分散し難くなり、それ故、従来のフレーク状(または扁平状)の銀粉や球状銀粉等を高充填した組成物は、外観不良が生じ易く、また接着強度や作業性が低下するなどの問題もあった。In addition, conductive powders such as silver particles become more difficult to disperse when the loading amount is large. Therefore, compositions highly loaded with conventional flake-shaped (or flat) silver powder or spherical silver powder are prone to problems such as poor appearance and reduced adhesive strength and workability.
そこで、本発明は、線幅のバラつきが少なく、高い精度で導電パターンの印刷が可能であり、また印刷された導電パターンにおいても、電気伝導性が高く、高い耐マイグレーション性を有しており、そして適度な粘度や流動性を有することにより優れた作業性を備えた導電ペーストおよびそれを用いた導電パターン(回路パターン)を提供することを目的とする。Therefore, the present invention aims to provide a conductive paste that has little variation in line width, enables printing of conductive patterns with high precision, and has high electrical conductivity and high migration resistance even in the printed conductive pattern, and has excellent workability due to its moderate viscosity and fluidity, and a conductive pattern (circuit pattern) using the same.
本発明者らは、上記課題に鑑み、印刷時の滲みによる線幅のバラつきやマイグレーションの発生を抑制するのに有効であり、そして高い電気伝導性や優れた作業性を実現するための導電性粉体の種類、形状および異なる導電性粉体との組み合わせ等について鋭意検討を重ねた結果、導電ペーストとして、銀被覆銅フレークをベースとして、これに銀被覆シリカ粉を添加することで上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。In view of the above problems, the inventors conducted extensive research into the types, shapes, and combinations of conductive powders that are effective in suppressing line width variations and migration caused by bleeding during printing, and that achieve high electrical conductivity and excellent workability. As a result, they discovered that the above problems can be solved by using silver-coated copper flakes as a base for a conductive paste to which silver-coated silica powder is added, thereby completing the present invention.
すなわち、本発明によれば、銀被覆銅フレークと、銀被覆シリカ粉とを含む導電ペーストおよびそれを用いた導電パターンが提供される。また、本発明の導電ペーストは、さらにバインダー樹脂と、溶剤と、そして硬化剤とを含んでいてもよい。That is, according to the present invention, there is provided a conductive paste containing silver-coated copper flakes and silver-coated silica powder, and a conductive pattern using the same. The conductive paste of the present invention may further contain a binder resin, a solvent, and a hardener.
本発明の導電ペーストは、銀被覆銅フレークおよび銀被覆シリカ粉と、そしてそれらへバインダー樹脂を加えることによりペースト状に成形された組成物である。銀被覆銅フレークと銀被覆シリカ粉とバインダー樹脂とを含んでいれば、本発明の効果が損なわれない範囲で、必要に応じて他に溶剤、消泡剤など他の成分を含んでいてもよい。The conductive paste of the present invention is a composition formed into a paste by adding silver-coated copper flakes, silver-coated silica powder, and a binder resin to the above. As long as it contains silver-coated copper flakes, silver-coated silica powder, and a binder resin, it may contain other components such as a solvent and an antifoaming agent as necessary, provided that the effects of the present invention are not impaired.
本発明で用いられる銀被覆銅フレークは、銀で被覆されたフレーク状の銅粉であれば、特に限定されることなく、公知のものを使用することができる。銀被覆銅フレークの体積平均粒子径(D50)は1.0μm以上50μm以下であることが好ましく、2.0μm以上20μm以下であることがより好ましい。特に銀被覆銅フレークの体積平均粒子径(D50)が2.0μm以上20.0μm以下であれば、回路を描画する際細線への対応が極めて容易となる。なお、銀で被覆する銅粉としては、球状または略球状の銅粉またはフレーク状の銅粉が知られているが、回路形成後の電気的接点の減少を抑制し、電気的抵抗の増大を抑える観点から、本発明では銀被覆の銅フレークを用いることが好ましい。 The silver-coated copper flakes used in the present invention are not particularly limited, and any known flake-shaped copper powder coated with silver can be used. The volume average particle diameter (D 50 ) of the silver-coated copper flakes is preferably 1.0 μm or more and 50 μm or less, more preferably 2.0 μm or more and 20 μm or less. In particular, if the volume average particle diameter (D 50 ) of the silver-coated copper flakes is 2.0 μm or more and 20.0 μm or less, it becomes very easy to deal with thin lines when drawing a circuit. Note that, as the copper powder to be coated with silver, spherical or nearly spherical copper powder or flake-shaped copper powder is known, but in the present invention, it is preferable to use silver-coated copper flakes from the viewpoint of suppressing the decrease in electrical contacts after circuit formation and suppressing the increase in electrical resistance.
また、銀被覆銅フレークは、銀で完全に被覆されていてもよいし、一部銅が露出していてもよい。銀で完全に被覆されている方が、比抵抗値が小さくなるために好適である。銀被覆銅フレークの配合量は、導電ペーストの全不揮発分に対して10体積%以上40体積%以下であることが好ましく、30体積%以上40体積%以下であれば、より好ましい。銀被覆銅フレークの配合量が10体積%以上40体積%以下であれば、比抵抗値を低く抑えながら、適度な粘度や流動性を有することにより作業性の向上を図ることができる。 The silver-coated copper flakes may be completely coated with silver, or may have some copper exposed. Being completely coated with silver is preferable because it reduces the resistivity. The amount of silver-coated copper flakes is preferably 10% by volume or more and 40% by volume or less, and more preferably 30% by volume or more and 40% by volume or less, based on the total non-volatile content of the conductive paste. If the amount of silver-coated copper flakes is 10% by volume or more and 40% by volume or less, it is possible to improve workability by having appropriate viscosity and fluidity while keeping the resistivity low.
本発明に用いられる銀被覆シリカ粉は、銀で被覆されたシリカ粉であれば、特に限定されることなく、公知のものを使用することができる。銀被覆シリカ粉の体積平均粒子径(D50)は0.050μm以上50.0μm以下であることが好ましく、0.1μm以上5.0μm以下であることがより好ましい。特に銀被覆シリカ粉の体積平均粒子径(D50)が0.1μm以上5.0μm以下であれば、高い充填率を達成することにより比抵抗値を低く抑えることができる。 The silver-coated silica powder used in the present invention is not particularly limited, and any known silica powder can be used as long as it is a silver-coated silica powder.The volume average particle diameter ( D50 ) of the silver-coated silica powder is preferably 0.050 μm or more and 50.0 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less.In particular, if the volume average particle diameter ( D50 ) of the silver-coated silica powder is 0.1 μm or more and 5.0 μm or less, a high filling rate can be achieved, thereby suppressing the specific resistance value to a low level.
また、銀被覆シリカ粉は、銀で完全に被覆されていてもよいし、一部シリカが露出していてもよい。銀で完全に被覆されている方が、比抵抗値が小さくなるために好適である。銀被覆シリカ粉の配合量は、銀被覆銅フレークと銀被覆シリカ粉の体積比が99:1から15:85の範囲であることが好ましく、99:1から20:80の範囲であることがより好ましい。The silver-coated silica powder may be completely coated with silver, or some of the silica may be exposed. Complete coating with silver is preferable because it reduces the resistivity. The amount of silver-coated silica powder is preferably in the range of 99:1 to 15:85 by volume ratio of silver-coated copper flakes to silver-coated silica powder, and more preferably in the range of 99:1 to 20:80.
銀被覆銅フレークと銀被覆シリカ粉の体積比が99:1から15:85の範囲であれば、得られた導電ペーストの流動性が特に好適となり、印刷した際の線のバラつきが小さくなると伴に、形成された回路パターンの電気伝導性や耐マイグレーション性も向上する。また、銀被覆シリカ粉の形状は、粒子であれば特に限定されることなく使用することができる。粒子状であれば、流動性に優れるため、特に好適に用いられる。If the volume ratio of silver-coated copper flakes to silver-coated silica powder is in the range of 99:1 to 15:85, the fluidity of the resulting conductive paste is particularly favorable, reducing line variation when printed, and improving the electrical conductivity and migration resistance of the formed circuit pattern. The shape of the silver-coated silica powder is not particularly limited as long as it is particulate. Particulate silica powder is particularly favorable because of its excellent fluidity.
なお、本願明細書において「から」、「~」を用いて示された数値(比率)範囲は、「から」、「~」の前後に記載される数値(比率)をそれぞれ最小値(比率)および最大値(比率)として含む範囲を示している。In addition, in this specification, the numerical (ratio) ranges indicated using "from" and "to" indicate ranges that include the numerical (ratio) values written before and after "from" and "to" as the minimum value (ratio) and maximum value (ratio), respectively.
本発明に用いられるバインダー樹脂としては、特に限定されることなく公知の樹脂を使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドなどが挙げられる。また、末端に官能基が残存したポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を硬化剤と併せて使用してもよい。The binder resin used in the present invention is not particularly limited and any known resin can be used. Thermosetting resins include epoxy resins, phenolic resins, urea resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, polyurethanes, and thermosetting polyimides. Thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyester, and polyamide, which have functional groups remaining at their terminals, may also be used in combination with a curing agent.
スクリーン印刷のような各種印刷法に適した作業性や印刷性を実現させるために、樹脂バインダーを、導電ペーストの全不揮発分に対して30体積%以上60体積%以下の比率で配合することが好ましい。In order to achieve workability and printability suitable for various printing methods such as screen printing, it is preferable to mix the resin binder in a ratio of 30 volume % or more and 60 volume % or less based on the total non-volatile content of the conductive paste.
本発明の導電性ペーストに用いられる溶剤に、特に限定はない。使用する樹脂の溶解性や印刷方法等の種類に応じて、適宜選択することができる。本発明の溶剤の例としては、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、グリコールエーテル系溶剤、脂肪族系溶剤、脂環族系溶剤、芳香族系溶剤、アルコール系溶剤、水等の1 種または2種以上を混合したものが挙げられる。There are no particular limitations on the solvent used in the conductive paste of the present invention. It can be selected appropriately depending on the solubility of the resin used and the type of printing method, etc. Examples of the solvent of the present invention include one or a mixture of two or more of ester-based solvents, ketone-based solvents, glycol ether-based solvents, aliphatic solvents, alicyclic solvents, aromatic solvents, alcohol-based solvents, water, etc.
なお、エステル系溶剤の例としては、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、炭酸ジメチル等が挙げられる。ケトン系溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンベンゼン、ジイソブチルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサンノン等が挙げられる。グリコールエーテル系溶剤としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等、これらモノエーテル類の酢酸エステル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等や、これらモノエーテル類の酢酸エステル等が挙げられる。Examples of ester-based solvents include ethyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, and dimethyl carbonate. Examples of ketone-based solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone benzene, diisobutyl ketone, diacetone alcohol, isophorone, and cyclohexanenone. Examples of glycol ether-based solvents include ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, and acetate esters of these monoethers, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, and acetate esters of these monoethers.
他方、脂肪族系溶剤の例としては、n-ヘプタン、n-ヘキサン、イソヘキサン、イソヘプタン等が挙げられる。脂環族系溶剤の例としては、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、シクロヘキサン等が挙げられる。芳香族系溶剤の例としては、トルエン、キシレン、テトラリン等が挙げられる。アルコール系溶剤(上述のグリコールエーテル系溶剤を除く)の例としては、エタノール、プロパノール、ブタノール等が挙げられる。On the other hand, examples of aliphatic solvents include n-heptane, n-hexane, isohexane, isoheptane, etc. Examples of alicyclic solvents include methylcyclohexane, ethylcyclohexane, cyclohexane, etc. Examples of aromatic solvents include toluene, xylene, tetralin, etc. Examples of alcohol solvents (excluding the above-mentioned glycol ether solvents) include ethanol, propanol, butanol, etc.
また、上述した本発明の導電ペーストを用いてPET樹脂シート上に、直線状の複数のラインを100μm程度の間隔を空けて印刷した回路パターンにおいては、線幅のバラつきが小さいために隣り合うライン同士が短絡(接触)することがなく、また、各ラインの電気伝導性にも優れた回路パターンを得ることができる。Furthermore, in a circuit pattern in which multiple linear lines are printed on a PET resin sheet with intervals of approximately 100 μm using the conductive paste of the present invention described above, adjacent lines do not short circuit (contact) with each other due to small variation in line width, and a circuit pattern can be obtained in which each line has excellent electrical conductivity.
本発明の導電ペーストは、適度な粘度、適度な流動性を有するために優れた作業性を備えており、そして線幅のバラつきが少なく、高い精度で回路パターンの印刷が可能であるという優れた効果を奏すると共に、印刷された導電パターンにおいても、電気伝導性が高く、高い耐マイグレーション性を有するという優れた効果を奏する。The conductive paste of the present invention has an appropriate viscosity and flowability, and therefore has excellent workability, and has the excellent effect of enabling circuit patterns to be printed with high precision with little variation in line width. The printed conductive pattern also has the excellent effect of having high electrical conductivity and high migration resistance.
以下、本発明の一実施形態に係る導電ペーストおよびそれを用いた導電パターンについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示される実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。A conductive paste according to one embodiment of the present invention and a conductive pattern using the same will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the examples shown below, and various modifications are possible within the scope of the technical concept of the present invention.
1.導電ペーストの作製
本発明の一実施形態に係る導電ペーストおよび比較例の導電ペーストは、以下の原料および条件にて製作した(「表1」参照)。
[実施例1]
銀被覆銅フレークとして、体積平均粒子径(D50)が6μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐C05F(東洋アルミニウム社製)を65.1g、銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を0.29g、バインダー樹脂として、エリーテル(登録商標)/UE‐3210(ユニチカ社製)を12.0g、硬化剤として、ブロックイソシアネート(製品名:7992、Baxenden社製)を1.7g、および溶剤として、エチルカルビトールアセテートとイソホロンを重量比16:9で混合した混合溶剤24.9gを配合し、そしてディスパーおよび3本ロールを用いて混錬して実施例1の導電ペーストを製作した。 1. Preparation of Conductive Paste The conductive paste according to one embodiment of the present invention and the conductive paste of the comparative example were prepared using the following raw materials and conditions (see "Table 1").
[Example 1]
The conductive paste of Example 1 was prepared by mixing 65.1 g of Toyaltec Filler®/TFM-C05F (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle diameter ( D50 ) of 6 μm as silver-coated copper flakes, 0.29 g of Toyaltec Filler®/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle diameter (D50) of 2 μm as silver-coated silica powder, 12.0 g of Elitel®/UE-3210 (manufactured by Unitika Co., Ltd.) as binder resin, 1.7 g of blocked isocyanate (product name: 7992, manufactured by Baxenden Co., Ltd.) as hardener, and 24.9 g of a mixed solvent of ethyl carbitol acetate and isophorone in a weight ratio of 16:9 as solvent, and kneading the mixture using a disper and a three-roll mill.
[実施例2]
銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を0.57g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて実施例2の導電ペーストを製作した。
[Example 2]
The conductive paste of Example 2 was produced under the same conditions as Example 1, except that 0.57 g of Toyal Tech Filler (registered trademark)/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle size (D 50 ) of 2 μm was blended as the silver-coated silica powder.
[実施例3]
銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を1.2g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて実施例3の導電ペーストを製作した。
[Example 3]
The conductive paste of Example 3 was produced under the same conditions as Example 1, except that 1.2 g of Toyal Tech Filler®/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle size (D 50 ) of 2 μm was blended as the silver-coated silica powder.
[実施例4]
銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を2.3g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて実施例4の導電ペーストを製作した。
[Example 4]
The conductive paste of Example 4 was produced under the same conditions as Example 1, except that 2.3 g of Toyal Tech Filler®/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle size (D 50 ) of 2 μm was blended as the silver-coated silica powder.
[実施例5]
銀被覆銅フレークとして、体積平均粒子径(D50)が6μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐C05F(東洋アルミニウム社製)を25.9g、銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を32.3g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて実施例5の導電ペーストを製作した。
[Example 5]
The conductive paste of Example 5 was produced under the same conditions as Example 1, except that 25.9 g of Toyal Tech Filler®/TFM-C05F (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) with a volume average particle diameter ( D50 ) of 6 μm was used as the silver-coated copper flakes, and 32.3 g of Toyal Tech Filler®/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) with a volume average particle diameter ( D50 ) of 2 μm was used as the silver-coated silica powder.
[比較例1]
銀被覆シリカ粉を配合しなかったこと以外は、実施例1と同じ条件にて比較例1の導電ペーストを製作した。
[Comparative Example 1]
A conductive paste of Comparative Example 1 was produced under the same conditions as in Example 1, except that no silver-coated silica powder was added.
[比較例2]
銀被覆銅フレークを配合せず、銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を47.9g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて比較例2の導電ペーストを製作した。
[Comparative Example 2]
The conductive paste of Comparative Example 2 was produced under the same conditions as Example 1 , except that no silver-coated copper flakes were added, and 47.9 g of Toyal Tech Filler (registered trademark)/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle diameter (D50) of 2 μm was added as silver-coated silica powder.
[比較例3]
銀被覆銅フレークを配合せず、銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を7.9g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて比較例3の導電ペーストを製作した。
[Comparative Example 3]
The conductive paste of Comparative Example 3 was produced under the same conditions as Example 1 , except that no silver-coated copper flakes were added, and 7.9 g of Toyal Tech Filler (registered trademark)/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle diameter (D50) of 2 μm was added as silver-coated silica powder.
[比較例4]
銀被覆シリカ粉の代替として、体積平均粒子径(D50)が5.7μmの球状銀粉(製品名:HXR‐Ag、日本アトマイズ加工株式会社製)を2.3g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて比較例4の導電ペーストを製作した。
[Comparative Example 4]
The conductive paste of Comparative Example 4 was produced under the same conditions as in Example 1, except that 2.3 g of spherical silver powder (product name: HXR-Ag, manufactured by Nippon Atomize Processing Co., Ltd.) having a volume average particle diameter (D50) of 5.7 μm was added instead of the silver-coated silica powder.
[比較例5]
銀被覆銅フレークの代替として、体積平均粒子径(D50)が4.8μmの銀フレーク(製品名:TCG‐1は株式会社徳力化学研究所社製)を65.1g、銀被覆シリカ粉として、体積平均粒子径(D50)が2μmのトーヤルテックフィラー(登録商標)/TFM‐S02P(東洋アルミニウム社製)を2.3g配合したこと以外は、実施例1と同じ条件にて比較例5の導電ペーストを製作した。
[Comparative Example 5]
The conductive paste of Comparative Example 5 was produced under the same conditions as in Example 1, except that 65.1 g of silver flakes (product name: TCG-1, manufactured by Tokuriki Chemical Laboratory Co., Ltd.) having a volume average particle diameter ( D50 ) of 4.8 μm was used instead of the silver-coated copper flakes, and 2.3 g of Toyal Tech Filler (registered trademark)/TFM-S02P (manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) having a volume average particle diameter ( D50 ) of 2 μm was used as the silver-coated silica powder.
[比較例6]
銀被覆銅フレークの代替として、体積平均粒子径(D50)が4.8μmの銀フレーク(製品名:TCG‐1は株式会社徳力化学研究所社製)を65.1g配合し、銀被覆シリカ粉を配合しなかったこと以外は、実施例1と同じ条件にて比較例6の導電ペーストを製作した。
[Comparative Example 6]
A conductive paste of Comparative Example 6 was produced under the same conditions as in Example 1, except that 65.1 g of silver flakes (product name: TCG-1, manufactured by Tokuriki Chemical Laboratory Co., Ltd.) having a volume average particle diameter ( D50 ) of 4.8 μm was added as a substitute for the silver-coated copper flakes, and no silver-coated silica powder was added.
実施例1~5および比較例1~6の導電ペーストに配合した各成分の添加量(g)および導電ペーストの全不揮発分に対する各成分の配合比率(Vol%)を表1に示す。
2.回路パターン(導電パターン)の作製
実施例1~5および比較例1~6の導電ペーストを用いて、材質がステンレス製、スクリーンメッシュ数325メッシュ、乳剤厚み10μmの線幅100μm、各線の間隔100μmの回路パターンで作製されたスクリーン版を用いてスクリーン印刷機(製品名:DP‐320型スクリーン印刷機、ニューロング精密工業株式会社製)により、PET樹脂シート上に印刷した。続いて、回路パターンが印刷されたシートを、150℃で30分間乾燥させて評価用回路パターンを作製した。 2. Preparation of circuit pattern (conductive pattern) Using the conductive pastes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, a screen plate made of a circuit pattern with a material of stainless steel, a screen mesh number of 325 meshes, an emulsion thickness of 10 μm, a line width of 100 μm, and a spacing between each line of 100 μm was used to print on a PET resin sheet by a screen printer (product name: DP-320 type screen printer, manufactured by Newlong Precision Industry Co., Ltd.). Subsequently, the sheet on which the circuit pattern was printed was dried at 150 ° C for 30 minutes to prepare a circuit pattern for evaluation.
3.導電ペーストおよび回路パターンの評価
(1)粘度
導電ペーストの作業性および滲み性との関係を調べるため、実施例1~5および比較例1~6の導電ペーストの粘度を、B型粘度計(型番:DV2THBCJ0、ブルックフィールド社製)にて温度25℃、回転数0.5rpmの条件で測定した。その結果を表2に示す。 3. Evaluation of Conductive Paste and Circuit Pattern (1) Viscosity To investigate the relationship between the workability and spreading of the conductive paste, the viscosity of the conductive pastes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 was measured at a temperature of 25° C. and a rotation speed of 0.5 rpm using a Brookfield Type Viscometer (Model No. DV2THBCJ0). The results are shown in Table 2.
(2)線幅のバラつき
実施例1~5および比較例1~6の導電ペーストを用いて作製した上記評価用回路パターンを、検査用顕微鏡(製品名:ECLIPSE L200、ニコン社製)を用いて、倍率50倍にて観察し、画像を撮影した。続いて、得られた画像を画像解析ソフト(製品名:Winroof 2018、三谷商事株式会社製)を用いて二値化処理を行った。二値化された画像から1000箇所の線幅を測定し、線幅のバラつきの指標となる3σの値を求めた。3σは標準偏差(σ)の3倍の区間を意味しており、正規分布であれば平均値±3σ範囲に約99.7%のサンプルが収まる。
(2) Variation in line width The above-mentioned evaluation circuit patterns prepared using the conductive pastes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 were observed at a magnification of 50 times using an inspection microscope (product name: ECLIPSE L200, manufactured by Nikon Corporation), and images were taken. The obtained images were then binarized using image analysis software (product name: Winroof 2018, manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.). The line widths of 1,000 points were measured from the binarized image, and the value of 3σ, which is an index of the variation in line width, was obtained. 3σ means an interval three times the standard deviation (σ), and if the distribution is normal, about 99.7% of the samples fall within the range of the average value ±3σ.
回路パターンの線幅のバラつきは、その3σの値が小さいほど好ましいが、3σの値が50μmを超えると、通電時等おいて隣り合う線同士が短絡する可能性があることから「×」(不良)と評価し、50μm以下である場合を「〇」(良)と評価した。また、回路パターン形成当初から隣り合う線同士の一部において短絡(接触)が観察される場合は、3σの値に拠らず「×」(不良)と評価した。以上の結果を表2に示す。 The smaller the 3σ value of the line width variation in the circuit pattern, the better, but if the 3σ value exceeds 50 μm, adjacent lines may short-circuit when current is applied, etc., so it is rated as "x" (bad), and if it is 50 μm or less, it is rated as "o" (good). Also, if a short circuit (contact) was observed between some of the adjacent lines from the beginning of the circuit pattern formation, it was rated as "x" (bad) regardless of the 3σ value. The above results are shown in Table 2.
なお、上述の各評価用回路パターンのうち、実施例4の導電ペーストを用いて作製した回路パターンの顕微鏡写真を図1に、比較例1の導電ペーストを用いて作製した回路パターンの顕微鏡写真を図2に、そして比較例3の導電ペーストを用いて作製した回路パターンの顕微鏡写真を図3に示した。Of the above-mentioned evaluation circuit patterns, a micrograph of the circuit pattern produced using the conductive paste of Example 4 is shown in Figure 1, a micrograph of the circuit pattern produced using the conductive paste of Comparative Example 1 is shown in Figure 2, and a micrograph of the circuit pattern produced using the conductive paste of Comparative Example 3 is shown in Figure 3.
(3)耐マイグレーション性
回路パターンの耐マイグレーション性は、上術の各評価用回路パターンを85℃、湿度85%、印加電圧50Vの条件で保持し、短絡が発生するまでの時間を測定することにより評価した。回路パターンの短絡の有無は、マイグレーションテスター(製品名:MODEL MIG-87B、IMV株式会社製)を用いて確認した。
(3) Migration Resistance The migration resistance of the circuit pattern was evaluated by measuring the time until a short circuit occurred while each of the above-mentioned evaluation circuit patterns was kept under the conditions of 85° C., 85% humidity, and an applied voltage of 50 V. The presence or absence of a short circuit in the circuit pattern was confirmed using a migration tester (product name: MODEL MIG-87B, manufactured by IMV Corporation).
耐マイグレーション性は、回路パターンが短絡するまでの時間が長いほど耐マイグレーション性に優れていることを示し、本実施形態においては、短絡が発生するまでの時間が800時間以上である場合を「〇」(良)と評価し、800時間未満である場合を「×」(不良)と評価した。以上の結果を表2に示す。 The longer the time until the circuit pattern shorts out, the better the migration resistance. In this embodiment, a time until a short circuit occurs of 800 hours or more was evaluated as "good," and a time of less than 800 hours was evaluated as "poor." The results are shown in Table 2.
(4)比抵抗値
回路パターンの比抵抗値(Ω・cm)は、材質がポリエステル樹脂、スクリーンメッシュ数280メッシュ、乳剤厚み9ミクロンで4.8cm×4.8cmの四角形状で作製した評価用スクリーン版を用い、導電ペーストをPETフィルム上に印刷し、150℃にて30分乾燥させたものについて塗膜を形成した。なお、塗膜の厚みはデジマチック標準外側マイクロメータ(商品名:IP65 COOLANT PROOF Micrometer、株式会社ミツトヨ社製)で測定することによって確認した。4探針式表面抵抗測定器(商品名:ロレスタGP、株式会社三菱アナリテック製)を用いて測定することにより確認した。各評価用回路パターンにおいて、それぞれ任意の5点を測定し、その平均値を比抵抗値とした。具体的には、印刷物の寸法、印刷物の平均厚み、測定点の座標を上記4探針式表面抵抗測定器にデータ入力し、自動的に計算させることにより得られる値を導電体層(回路パターン/導電パターン)の比抵抗値とした。
(4) Specific resistance value The specific resistance value (Ω cm) of the circuit pattern was measured by using an evaluation screen plate made of polyester resin, screen mesh number 280 mesh, emulsion thickness 9 microns, square shape of 4.8 cm x 4.8 cm, printing the conductive paste on a PET film, and drying at 150 ° C for 30 minutes to form a coating film. The thickness of the coating film was confirmed by measuring with a Digimatic Standard Outside Micrometer (product name: IP65 COOLANT PROOF Micrometer, manufactured by Mitutoyo Corporation). It was confirmed by measuring with a four-probe surface resistance meter (product name: Loresta GP, manufactured by Mitsubishi Analytec Co., Ltd.). For each evaluation circuit pattern, five arbitrary points were measured, and the average value was taken as the specific resistance value. Specifically, the dimensions of the printed matter, the average thickness of the printed matter, and the coordinates of the measurement points were input into the four-probe surface resistance meter, and the value obtained by automatically calculating was taken as the specific resistance value of the conductor layer (circuit pattern / conductive pattern).
比抵抗値は、その値が小さいほど導電性に優れていることを示す。印刷物の寸法とは、印刷物が有する所定形状のパターンにおける最大長さと最大幅とからなる寸法をいう。比抵抗値は小さい方が良好であることを示し、2.0×10-4Ω・cm以下を示した場合を「〇」(良)であると評価し、逆に2.0×10-4Ω・cmより大きい場合を「×」(不良)と評価した。以上の結果を表2に示す。 The smaller the resistivity value, the better the conductivity. The dimensions of the printed matter refer to the dimensions consisting of the maximum length and maximum width of the pattern of a given shape that the printed matter has. The smaller the resistivity value, the better it is, and a resistivity of 2.0×10 −4 Ω·cm or less was evaluated as "◯" (good), and conversely, a resistivity of more than 2.0×10 −4 Ω·cm was evaluated as "×" (bad). The results are shown in Table 2.
各評価用回路パターンの総合評価は、上述した「線幅のバラつき」、「耐マイグレーション性」および「比抵抗値」の評価において、いずれも「〇」を獲得したもののみを「〇」(良)と評価し、各評価の中で1つでも「×」があるものは総合評価においても「×」(不良)と評価した。The overall evaluation of each evaluation circuit pattern was given a rating of "Good" (O) only if it received a rating of "O" in all of the above-mentioned evaluations of "Line width variation," "Migration resistance," and "Specific resistance value." If there was even one rating of "X" in any of the individual evaluations, the overall evaluation was also given a rating of "X" (Bad).
実施例1~5および比較例1~6の導電ペーストおよびそれらを用いて作製した回路パターン(導電パターン)の評価を表2に示す。
4.考察
表2より、実施例1~5の導電ペーストと比較例1~6の導電ペーストとを比較すると、本発明の導電ペーストは、銀被覆銅フレークをベースとして、これに銀被覆シリカ粉を添加することにより、印刷された回路パターン(導電パターン)の「線幅のバラつき」、「耐マイグレーション性」および「比抵抗値」のいずれの評価においても良好な結果を得ることができ、その結果、線幅のバラつきが少なく、高い精度で導電パターンの印刷が可能であり、また印刷された導電パターンにおいても、電気伝導性および熱伝導性が高く、高い耐マイグレーション性を有しており、そして30Pa・s以上70Pa・s以下の粘度を有することにより優れた作業性を備えていることが判った。 4. Consideration Comparing the conductive pastes of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 from Table 2, the conductive paste of the present invention is based on silver-coated copper flakes, to which silver-coated silica powder is added, and thus good results can be obtained in the evaluations of "line width variation,""migrationresistance," and "specific resistance value" of the printed circuit pattern (conductive pattern). As a result, the conductive pattern can be printed with high precision with little variation in line width. In addition, the printed conductive pattern has high electrical conductivity and thermal conductivity, high migration resistance, and excellent workability due to a viscosity of 30 Pa·s or more and 70 Pa·s or less.
特に実施例1~5の導電ペーストと比較例1~3の導電ペーストとの比較により、銀被覆銅フレークと銀被覆シリカ粉の体積比が、好ましくは99:1から15:85の範囲、より好ましくは99:1から20:80の範囲にあると、印刷された回路パターンにおいて、線幅のバラつきが小さく、優れた耐マイグレーション性および導電性を得ることができ、さらに実施例1~4の導電ペーストのように、銀被覆銅フレークと銀被覆シリカ粉の体積比が99:1から90:10の範囲であると、より優れた耐マイグレーション性を得られることが判った。In particular, a comparison of the conductive pastes of Examples 1 to 5 with the conductive pastes of Comparative Examples 1 to 3 showed that when the volume ratio of silver-coated copper flakes to silver-coated silica powder is preferably in the range of 99:1 to 15:85, and more preferably in the range of 99:1 to 20:80, the printed circuit pattern has small line width variations and excellent migration resistance and conductivity can be obtained, and further, when the volume ratio of silver-coated copper flakes to silver-coated silica powder is in the range of 99:1 to 90:10, as in the conductive pastes of Examples 1 to 4, even better migration resistance can be obtained.
また、実施例1~5の導電ペーストは、銀被覆銅フレークの配合量を、導電ペーストの全不揮発分に対して10体積%以上40体積%以下とすることによって、印刷された回路パターンにおいて、線幅のバラつきが小さく、優れた耐マイグレーション性および導電性を得ることができ、比抵抗値を低く抑えながら、適度の粘度や流動性を有することにより作業性の向上を図ることができる。さらに実施例1~4の導電ペーストのように、銀被覆銅フレークの配合量を、導電ペーストの全不揮発分に対して30体積%以上40体積%以下とすれば、より優れた耐マイグレーション性を得られることが判った。 In addition, the conductive pastes of Examples 1 to 5 contain silver-coated copper flakes in an amount between 10% and 40% by volume relative to the total non-volatile content of the conductive paste, thereby achieving small line width variations in the printed circuit pattern, excellent migration resistance and conductivity, and improving workability by maintaining appropriate viscosity and fluidity while keeping the resistivity low. Furthermore, it was found that even better migration resistance can be obtained by using the conductive pastes of Examples 1 to 4 in which the amount of silver-coated copper flakes is between 30% and 40% by volume relative to the total non-volatile content of the conductive paste.
また、実施例1~5の導電ペーストにおいて、スクリーン印刷のような各種印刷法に適した作業性や印刷性を実現させるために樹脂バインダーを、導電ペーストの全不揮発分に対して30体積%以上60体積%以下の比率で配合することが有効であることが判った。 In addition, in the conductive pastes of Examples 1 to 5, it was found that it was effective to incorporate a resin binder in a ratio of 30 volume % or more and 60 volume % or less relative to the total non-volatile content of the conductive paste in order to achieve workability and printability suitable for various printing methods such as screen printing.
実施例1~5の導電ペーストは、銀被覆銅フレークの体積平均粒子径(D50)は、好ましくは1.0μm以上50μm以下、より好ましくは2.0μm以上20μm以下であると、印刷された回路パターンにおいて線幅のバラつきが少なく、回路パターンを描画する際細線への対応が極めて容易となることが判った。 In the conductive pastes of Examples 1 to 5, it was found that when the volume average particle diameter (D 50 ) of the silver-coated copper flakes is preferably 1.0 μm or more and 50 μm or less, more preferably 2.0 μm or more and 20 μm or less, the printed circuit pattern has little variation in line width, and it is extremely easy to deal with thin lines when drawing the circuit pattern.
また、実施例1~5の導電ペーストは、銀被覆シリカ粉の体積平均粒子径(D50)は、好ましくは0.050μm以上50.0μm以下、より好ましくは0.1μm以上5.0μm以下であると、高い充填率を達成することにより比抵抗値を低く抑えながら、印刷された回路パターンにおいても線幅のバラつきが少なくなることが判った。 In addition, in the conductive pastes of Examples 1 to 5, it was found that when the volume average particle diameter (D 50 ) of the silver-coated silica powder is preferably 0.050 μm or more and 50.0 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less, a high filling rate is achieved, thereby keeping the resistivity low and reducing the variation in line width in the printed circuit pattern.
また、図1~3より、本発明の導電ペーストを用いて複数のラインを100μm程度の間隔を空けて印刷した回路パターン(導電パターン)は、線幅のバラつきが小さいために隣り合うライン同士が短絡(接触)することがなく、また、各ラインの電気伝導性にも優れた回路パターンを得られることが判った。 Furthermore, Figures 1 to 3 show that a circuit pattern (conductive pattern) formed by printing multiple lines spaced about 100 μm apart using the conductive paste of the present invention has small variations in line width so that adjacent lines do not short circuit (contact) with each other, and also results in a circuit pattern with excellent electrical conductivity for each line.
L・・・印刷線
G・・・隙間(PET樹脂シート)
S・・・短絡部分(接触部分)
L: Printed line G: Gap (PET resin sheet)
S: Short circuit part (contact part)
Claims (4)
前記銀被覆銅フレークの平均粒子径が2.0μm以上20.0μm以下であり、そして
前記銀被覆シリカ粉の平均粒子径が0.1μm以上5.0μm以下であることを特徴とする導電ペースト。 The present invention includes a silver-coated copper flake and a silver-coated silica powder .
The average particle size of the silver-coated copper flakes is 2.0 μm or more and 20.0 μm or less, and
The conductive paste is characterized in that the average particle size of the silver-coated silica powder is 0.1 μm or more and 5.0 μm or less .
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