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JPH0554202B2 - - Google Patents
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JPH0554202B2 - - Google Patents

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JPH0554202B2
JPH0554202B2 JP18688186A JP18688186A JPH0554202B2 JP H0554202 B2 JPH0554202 B2 JP H0554202B2 JP 18688186 A JP18688186 A JP 18688186A JP 18688186 A JP18688186 A JP 18688186A JP H0554202 B2 JPH0554202 B2 JP H0554202B2
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silver
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Hideki Kato
Noryuki Yamamoto
Shigeichi Yamamoto
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Toagosei Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks

Landscapes

  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(1) 発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子産業分野で利用される電子素子や
電子部品の製造で使用する金属含有ペーストに関
するものであり、更に詳しくは電子素子や電子部
品における故障発生の原因となつているエレクト
ロマイグレーシヨン現象の防止効果が大きい金属
含有ペーストを提供するものである。 〔従来の技術〕 電子素子や電子部品において、水分の存在下
に、電圧が絶縁された金属導体間に印加されるこ
とにより、導体を構成している金属がイオン化し
て、絶縁材料の表面又は内部を負の電位にある導
体の方向に移行し、負の電位にある導体で析出す
る現象がしばしば発生する。 この現象はエレクトロマイグレーシヨン現象と
称されており、プリント配線板、LSI回路、厚膜
回路、コンデンサー電極及びスルホール等種々の
電子材料、電子素子、電子部品中で見出され、こ
れら機器の信頼性を損なう原因の一つとなつてお
り、更に最近の電子素子や電子部品の高集積化に
伴う配線の細線化、配線間隔の減少及びスルホー
ルの細孔化等にいよつてこの現象はより発生の頻
度が増加する傾向にある。 エレクトロマイグレーシヨン現象を示す金属
は、銀、銅、スズ、鉛、金、白金、パラジウム及
びアルミニウム等で、電子回路の導体金属として
採用される殆どの金属が該当し、これら金属は、
水分が存在しかつ電圧が印加された状態でイオン
化しマイグレーシヨンするものと、更にそこにハ
ロゲン等の不純物イオンが加わることによつてマ
イグレーシヨンするものがある。 かかるエレクトロマイグレーシヨン現象を防止
する方法としては従来より次のような方法が試み
られてきた。 電子素子や電子部品が水分と接触しないよう
にする。プリント配線板の導体金属のイオン化
を防止する。発生したイオンが移動しないよう
に還元する。発生したイオンを沈澱形成剤で不
溶化する。発生したイオンをキレート剤やコン
プレツクス形成剤で固定する。電子素子や電子
部品の材料の表面にある水酸基を失活させる。 ここで、は絶縁体表面や基板全体を撥水性の
材料例えばフツ素樹脂等でコーテイングする方法
であるが、プリント配線板の導体部分の露出を完
全に防止することは事実上不可能であり、従来技
術の中では比較的有効であるが完全な対策とは言
えない。 はイオン化電位を高くするために、プリント
配線板の導体金属を合金化する方法であり、例え
ば電極の銀を銀−パラジウムに代える方法があ
る。 しかし充分な効果を得るためにはパラジウムの
含有率を高くする必要があり高価となる欠点があ
る。 その他、銀やアルミニウム電極への銅を添加す
る方法も検討されているが、まだ十分な効果を得
るまでには至つていない。 はアルデヒド、ハイドロキノン、ピロガロー
ル及びヒドラジン等をプリント配線基板に塗る塗
料等に添加する方法であるが、これら添加剤は科
学的に不安定で、熱や光で分解しやすい欠点を有
している。 はステアリン酸、オレイン酸及びパルミチン
酸等をと同様に添加する方法である。しかし近
年アルミ配線腐食では遊離の有機酸が関与してい
るとの報告があり、実用上問題がある。 はトリアジン類、ベンジジン、卵アルブミン
等のキレート形成やコンプレツクス形成を行う有
機物を添加する方法である。しかしこれら化合物
の持つ官能基は大体100℃を超えると分解し失活
するものが大部分である。従つて通常の使用条件
では問題がないが、高集積化により内部発熱だけ
で100℃を超える場合や、ますます電子化が進む
と考えられる自動車等は使用環境そのものが100
℃を超えることも十分予想され、将来的にはコン
プレツクス形成剤の使用には限界がある。 としては、基板の材料であるガラス繊維や基
板用の塗料のフイラーとして用いる石英等をシラ
ンカツプリング剤で処理する方法であるが、対策
としては部分的なものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 電子素子や電子部品において、水分の存在下
に、電圧が絶縁された金属導体間に印加されるこ
とにより生ずるエレクトロマイグレーシヨン現象
は、これら電子素子や電子部品の故障の原因とな
つており、この現象の防止が強く求められてき
た。 エレクトロマイグレーシヨン現象による故障モ
ードは一般的に次のようになる。 (a) 銀、金、鉛等 (水分の存在下でエレクトロマイグレーシヨ
ン現象が発生) 水分の解離 H2OH++OH- 金属の参加溶解 2M+H2OM2O+H2 (陽極) 酸化物の解離 M2O+H2O2MOH (移行) 2M++2OH- 析出 M++e-M (陰極) (b) 金、銀、パラジウム、銅等 (水分及びハロゲン存在下でエレクトロマイ
グレーシヨン現象が発生) 水分の関与は、(a)と同じ 金属の酸化溶解 M+Cl-MCl+e- (陽極) 酸化物の解離 MClM++Cl- (移行) M++e-M (陰極) 上記(a)(b)ではMは銀の例であるが、他の金属も
同様のメカニズムを経るものと推定されている。 ここで析出金属が樹枝状となり、陰極より陽極
方向に成長し、ついには短絡して両極間に電流が
流れるようになる。 尚、ここで短絡とは両極そのものが直接接続さ
れる場合だけでなく、両極が近接し、かつ導電性
物質として電荷を持つ単体(イオンや正孔)が増
加しても電流が流れるのでこれも短絡という(一
般的には300μA程度の電流が流れる(10の6乗Ω
以下の抵抗値となつた)場合に短絡という)。 (2) 発明の構成 〔問題点を解決するためのための手段〕 本発明は、−OH基を有する無機イオン交換体
を金属含有ペーストに含有させることによつてエ
レクトロマイグレーシヨン現象の発生を防止した
ものであり、具体的には電子回路の導体の材料で
ある銀ペースト、銅ペースト、銀パラジウムペー
スト等の金属を含むペーストに、−OH基を有す
る無機陽イオン交換体又は必要に応じて−OH基
を有する無機陰イオン交換体と併せて含有させる
ことにより、エレクトロマイグレーシヨン現象を
防止することができたものである。 〔作用〕 本発明において金属含有ペースト中に含有され
た−OH基を有する無機イオン交換体の働きは大
きく分けると次の2つになる。 マイグレーシヨンする金属のイオン化物例え
ばAg+、Cu+、Cu2+、Pb2+、Sn2+、Au3+等を、
これらに高選択イオン吸着性を持つ−OH基を
有する無機陽イオン交換体で捕捉固定し、移行
させない作用。 イオン化を助長するハロゲン原子等の不純物
イオンを、これらに高選択イオン吸着性を持つ
−OH基を有する無機陰イオン交換体で捕捉固
定し、失活させる作用。 又本発明に用いられる−OH基を有する無機イ
オン交換体によるイオンの捕捉作用は下記の通り
である。 金属イオン捕捉用の無機陽イオン交換体を
RO-H+、金属イオンをM+OH-の水酸基型で表
すと、イオン交換は次のようになり、結果として
水を生成する。 RO-H++M+OH-→RO-M++H2O ……(a) 上記のイオンを捕捉する反応は、イオン交換反
応であるが、無機イオン交換体の特徴として、逆
反応に起こりにくく、逆反応をさせる場合(捕捉
したイオンの脱離反応)は、特殊な条件が必要な
場合が多く、一般に一度捕捉されたイオンは遊離
しにくい。 これはRO-H+の結合がRO-M+になつた後のO
−M間の結合は、共有結合性が強いためと思われ
る。 ハロゲン等のイオン性不純物に終しては、−
OH基を有する無機イオン交換体をR′+OH-、ハ
ロゲンイオンをH+X-の酸型で表すと、次のよう
になり結果として水を生成する。 R′+OH-+H+X-→R′X-+H2O ……(b) 中性塩の場合は、上記(a)(b)の同時反応が起こ
る。 RO-H++R′+OH-M+X- →RO-M++R′+X-+H2O ……(c) 〔無機イオン交換体〕 本発明で用いられる無機イオン交換体は、構成
成分中に−OH基を有することを特徴と、金、
銀、銅、鉛、白金及びカドミウム等の金属イオン
に高選択性を有するアンチモン酸(Sb2O5
nH2O)、ニオブ酸(Nb2O5・nH2O)及びタンタ
ル酸に代表される五価金属の含水酸化物、銅及び
アルミニウム等に高選択性を有するリン酸ジルコ
ニウムに代表される不溶性四価金属リン酸塩、ハ
ロゲンイオンに高選択性を有する含水酸化ビスマ
ス、含水酸化鉛で代表される含水金属酸化物、鉛
ヒドロキシアパタイトで代表されるアパタイト類
並びにハイドロタルサイト類等種々挙げられる。 金属イオン捕捉用としてはこの他、タリウム
酸、モリブデン酸及びタングステン酸等、ハロゲ
ンイオン捕捉用としては、含水酸化鉄、含水酸化
スズ、含水酸化アルミニウム、含水酸化ジルコニ
ウム及び含水酸化チタン等が挙げられる。 これらの−OH基を有する無機イオン交換体の
内、アンチモン酸で代表される五価金属の含水酸
化物は銀、銅、カドニウム、鉛、金及び白金のイ
オン、中でも特に銀イオンの捕捉に優れている。 又亜ヒ酸ジルコニウムで代表される四価金属亜
ヒ酸塩は特に銅イオンの捕捉に優れている。 一方ハロゲンイオン捕捉用としては、含水酸化
ビスマス、含水酸化鉛及びヒドロキシアパタイト
が有用であり、中でも−OH基を一部NO3基に置
換したものは、特に優れている。 これら無機イオン交換体は、金属イオン捕捉用
のものを単独に使用しても、ハロゲンイオン捕捉
用のものを併用しても良い。 又、−OH基を有する無機イオン交換体として
は、2種以上の金属元素を含む複合物(例えばア
ンチモン酸マンガンやアンチモン酸スズ等)や混
合物も使用可能である。 〔金属含有ペースト〕 本発明で用いられる金属含有ペーストとして
は、前述の通り電子回路の導体の材料として電子
産業分野で用いられている通常のもので良く、例
えば銀ペースト、銅ペースト、銀パラジウムペー
スト等の金属を含むペースト(導電性ペースト、
厚膜ペースト、導電性接着剤等と言われる)が挙
げられる。 本発明における無機イオン交換体をこれらに添
加させる方法は一般的な方法で良く、例えば構成
金属粉、構成樹脂又は溶剤等の必要成分と混練す
る方法がある。 無機イオン交換体を金属含有ペーストに含有さ
せる量は特に限定がないが、金属含有ペーストの
導電性を阻害しない範囲が好ましく、ペーストに
対して0.1〜25重量%が好ましく、より好ましく
は、0.1〜10重量%である。 無機イオン交換体の粒度は、細かい方が表面積
が大きく、かつ均一に分布しやすい。 好ましい平均粒度は10μ以下で、より好ましく
は5μ以下である。 〔実施例及び比較例〕 以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさら
に詳しく説明する。尚、実施例中「%」とあるは
「重量%」、「部」とあるは「重量部」である。 実施例1〜4、比較例1 レゾール型フエノール樹脂43部、銀粉末100部
及び溶剤(ブチルカルビトール)40部を加え合わ
せたものを5個調製し、それらに−OH基を有す
る無機イオン交換体として、アンチモン酸−含水
酸化ビスマス複合物(モル比1:1)を0、0.1、
1、5、35部加えた、 これらを三本ロールでそれぞれ10分間混練し、
無機イオン交換体を含んでなる金属含有ペースト
を5種類調製した。 それぞれのペーストをスクリーン印刷法にて、
ガラス−エポキシ積層板に塗布し、180℃で1時
間加熱硬化させることにより、第1図に示すよう
な2つの向かい合う櫛形をした導体(電極)を形
成した。 第1図に示すように電極間の最短距離はいずれ
も1mmであり、厚みは約20μである。 エレクトロマイグレーシヨン現象の測定は、第
1図に示す2つの櫛形電極に100Vの直流電圧を
印加すると共に、40℃、95%RHに保ち、電極の
変化を顕微鏡で時間と共に観察した。 即ち、電極成分の銀の局部的な異状成長によ
り、銀の樹枝状の結晶(デンドライト)が、陰極
から陽極へと伸びていき、最後に電極間が短絡す
るのに要した時間を測定した。 その結果を表1に示す。
【表】 実施例5〜8、比較例2 レゾール型フエノール樹脂43部、銅粉末100部
及び溶剤(ブチルカルビトール)40部を加え合わ
せたものを5個調製し、それらに金属イオン捕捉
用の−OH基を有する無機イオン交換体としてリ
ン酸ジルコニウム粉末を0、0.1、1、5、25部
加えた。 これらを三本ロールでそれぞれ10分間混練し、
無機イオン交換体を含んでなる金属含有ペースト
を5種類調製した。 それぞれのペーストを実施例1と同様にガラス
−エポキシ積層板に第1図のパターンで塗布し、
160℃で1時間加熱硬化させた。 次に硬化したペースト層を4%水酸化ナトリウ
ム水溶液に4分間浸漬し、水洗し、次に8%塩酸
に4分間浸漬し、水洗後、化学銅メツキ浴(硝酸
銅15g/、炭酸水素ナトリウム10g/、酒石
酸カリウム30g/、水酸化ナトリウム20g/
及び37%ホルムアルデヒド100mlを含む;PH11.5)
に浸漬し、メツキ成長速度2.5μ/hr、の条件で化
学銅メツキを4時間行つた。 この後水洗、乾燥し、電極を完成させた。 電極間に100Vの直流電圧を印加すると共に、
95℃、90%RHに保ち、時間と共に起こる電極の
変化を実施例1と同様に観察した。 その結果を表2に示す。
【表】 実施例 9〜11 実施例3において使用した−OH基を有する無
機イオン交換体の代わりに、金属イオン捕捉用の
−OH基を有する無機イオン交換体としてアンチ
モン酸及びハロゲンイオン捕捉用として含水酸化
鉛の混合物(重量比1:1)(実施例9)、金属イ
オン捕捉用としてアンチモン酸及びハロゲンイオ
ン捕捉用として鉛ヒドロキシアパタイトの混合物
(重量比2:1)(実施例10)、金属イオン捕捉用
としてリン酸チタン及びハロゲンイオン捕捉用と
して含水酸化チタンの混合物(重量比1:3)
(実施例11)を用い、他は実施例3と同じ条件で
試験を行い短絡現象を観察した。 その結果を表3に示す。
【表】 実施例 12〜15 実施例6において使用した−OH基を有する無
機イオン交換体の代わりに、亜ヒ酸ジルコニウ
ム、リン酸チタン、リン酸スズ、アンチモン酸を
用い(順に実施例12、13、14、15)、他は実施例
6と同じ条件で試験を行い短絡現象を観察した。 その結果を表4に示す。
【表】 (3) 発明の効果 本発明の−OH基を有する無機イオン交換体を
含んでなる金属含有ペーストを用いると、電子部
品や電子素子の故障の原因として問題になつてい
るエレクトロマイグレーシヨンを防止することが
でき、これにより従来よりも高い信頼性を有する
電子機器が得られるようになつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施例で用いた金属含有
ペーストをスクリーン印刷法にて塗布させた櫛形
をした電極のパターンである。ここで電極間の最
短距離はいずれも1mmである。 A,B……外部電源に接続するための端子部分
(A,Bはいずれかが+でもう一方が−である。)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 −OH基を有する無機イオン交換体を含有し
    てなる金属含有ペースト。
JP18688186A 1986-08-11 1986-08-11 金属含有ペ−スト Granted JPS6345702A (ja)

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