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【発明の名称】 |
導電回路付基板の製造方法及び導電性粉体塗料 |
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【氏名】田代 了嗣 |
【課題】有機溶剤や低分子液状樹脂を使用しない導電回路付基板の製造方法及びこの方法に使用する導電性粉体塗料を提供する。
【解決手段】導電回路となる部分以外の表面にマスクを形成した基板に、導電粉と加熱により溶融する樹脂成分とを必須の成分とする導電性粉体塗料を付着させた後、マスクを除去する。また、導電粉及び加熱により溶融する樹脂成分を溶融混練し、粉砕してなる導電性粉体塗料。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 導電回路となる部分以外の表面にマスクを形成した基板に、導電粉と加熱により溶融する樹脂成分とを必須の成分とする導電性粉体塗料を付着させた後、マスクを除去することを特徴とする導電回路付基板の製造方法。
【請求項２】 導電粉及び加熱により溶融する樹脂成分を溶融混練し、粉砕してなる導電性粉体塗料。
【請求項３】 導電粉と加熱により溶融する樹脂成分との比率が、両成分の合計量を１００重量部とするとき、導電粉９５〜５０重量部、加熱により溶融する樹脂成分５〜５０重量部である請求項２に記載の導電性粉体塗料。
【請求項４】 導電粉が、平均粒子径が１〜５０μｍ、アスペクト比３以上である請求項２又は３に記載の導電性粉体塗料。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電回路付基板の製造方法及び導電性粉体塗料に関する。
【０００２】
【従来の技術】印刷配線板の導電回路形成方法の一つに、導電性塗料を用いる方法がある。この方法は、導電粉を分散させた導電性塗料を基板に塗布して、所定のパターン形状で導電性を有する塗膜を形成する方法である。この方法においては、導電性塗料の塗布がスクリーン印刷やロールコーターによることから、ペースト状の導電性塗料が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】導電性塗料をペースト状とするためには、塗膜形成成分である樹脂に有機溶剤を加えるか、又は、低分子量の液状樹脂を塗膜形成成分とする必要がある。
【０００４】ところが、有機溶剤を使用すると次のような問題がある。有害な有機溶剤雰囲気中に長時間作業者がさらされるため健康に有害である。用いる有機溶剤によっては爆発の危険性がある。低粘度の状態でぺースト化されるため、樹脂と金属粉及び添加剤の混練が不十分となりやすく目的とした特性が得られにくい。塗工作業中に有機溶剤が揮発することにより粘度が高くなり、均一な厚さの塗膜を形成できず、不良の原因となる。塗膜中に残存する有機溶剤が塗工後に揮発することにより導電回路の特性が変化することがある。
【０００５】また、低分子量の液状樹脂を塗膜形成成分とすると次のような問題がある。樹脂の架橋密度が大きくなり使用中の導電材にクラックを生じさせたり、比抵抗の向上など欠陥を発生させる。液状樹脂として、低分子量の脂肪族系樹脂を使用した場合は、発癌性の問題を生じる。
【０００６】したがって、従来は、これらの問題を回避するために工程や装置など種々工夫する必要があり、コストアップの一因となっていた。本発明は、有機溶剤や低分子液状樹脂を使用しない導電回路付基板の製造方法及びこの方法に使用する導電性粉体塗料を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電回路となる部分以外の表面にマスクを形成した基板に、導電粉と加熱により溶融する樹脂成分とを必須の成分とする導電性粉体塗料を付着させた後、マスクを除去することを特徴とする導電回路付基板の製造方法並びに前記導電性粉体塗料に関する。
【０００８】本発明の導電性粉体塗料は、導電粉及び加熱により溶融する樹脂成分を溶融混練し、粉砕して得ることができる。
【０００９】このとき、導電粉と加熱により溶融する樹脂成分との比率は、両成分の合計量を１００重量部とするとき、導電粉９５〜５０重量部、加熱により溶融する樹脂成分５〜５０重量部であるのが好ましい。加熱により溶融する樹脂成分が５重量部未満であると、形成された導電回路と基板との接着性が低くなって基板から剥離するおそれを生ずる傾向を示す。また、５０重量部を超えると導電粉の接触が少なくなることから、導電回路の抵抗値が大きくなる傾向を示す。このことから、導電粉と加熱により溶融する樹脂成分との比率は、両成分の合計量を１００重量部とするとき、導電粉９０〜５５重量部、加熱により溶融する樹脂成分１０〜４５重量部であるのがより好ましい。
【００１０】導電粉としては、平均粒子径が５〜５０μｍ、アスペクト比が３以上のものを用いるのが好ましい。平均粒子径が５μｍ未満の導電粉を使用した場合、導電粉の凝集で度合いが大きくなり、形成された導電回路の比抵抗が一定しなくなる傾向にある。また、５０μｍを超えると導電回路の表面が平滑とならず、比抵抗が不均一となることがあるので好ましくない。導電粉の平均粒子径はレーザ散乱法で測定することができる。また、導電粉のアスペクト比が３未満になると、形成された導電回路の比抵抗が大きくなる傾向にある。また、アスペクト比が２０を超えると、細長くなりすぎて粉体塗料とすることができない。このことから、アスペクト比は３〜１５であるのがより好ましい。なお、本発明において、アスペクト比とは、粒子の最長径と最短径の比率の平均値を意味し、低粘度の硬化性樹脂中に導電粉を充分に混合分散させ、そのまま静置して導電粉の粒子を沈降させながらそのまま硬化させ、得られた硬化物を垂直方向に切断し、その切断面に現れる粒子の形状を電子顕微鏡で拡大して観察し、一つ一つの粒子の最長径と最短径を少なくとも１００粒子について求め、それを平均することにより求めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明で使用される導電粉としては導電性の高い金属粉が好ましく、例えば銀、銅、ニッケル、コバルト、アルミニウム、これらの金属を主成分とする合金の粉末、これらの金属（例えば銅）を別の金属（例えば銀）でめっきしたものなどが挙げられる。導電粉の形状としては、アスペクト比が大きいことから、りん片状又は樹枝状のものが好ましい。金属粉を導電粉とする場合、球状金属粉と、重量比で金属粉の３０〜６０倍量のセラミックボール（直径５〜１５ｍｍ）を、回転羽根を内部に有する耐圧容器内に入れ、チッ素雰囲気下に所定の時間回転させることにより、所要のアスペクト比の導電粉を調製することができる。球状金属粉は、セラミックボールの間に挟まれ、押しつぶされて扁平化される。金属粉の処理量、セラミックボールの直径、処理時間によりアスペクト比を調整できる。
【００１２】加熱により溶融する樹脂成分としては、熱溶融型であればよく、他に制限はないが、回路抵抗の安定性、耐溶剤性及び使用環境下での信頼性を考慮すると、熱硬化性樹脂、又は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との混合樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂、又は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との混合樹脂に、硬化促進剤、流れ調整剤、シランカップリング剤等が必要に応じて配合される。樹脂成分の主剤となる樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂とエポキシ樹脂との混合樹脂、ノボラック型フェノール樹脂とエポキシ樹脂との混合樹脂などがあり、用途によっては、前記したように熱可塑性樹脂と混合して使用される。また、ノボラック型フェノール樹脂単独系の場合、通常、硬化促進剤としてヘキサメチレンテトラミン（ヘキサミン）が使用される。レゾール型フェノール樹脂とエポキシ樹脂との混合樹脂、及び、ノボラック型フェノール樹脂とエポキシ樹脂との混合樹脂の場合、必要に応じて、粉状のイミダゾール系又はアミン系の硬化促進剤が使用される。使用される熱溶融型のレゾール型フェノール樹脂としては、例えば、ヒタノール６４３ＫＮ、ヒタノール２１８１、ヒタノール２１８１ＳＬ、ヒタノール２３３０Ｎ、ヒタノール２４２０、ヒタノール２４２３Ａ、ヒタノール２５００（以上いずれも日立化成工業株式会社の商品名）、ＴＤ２０４０Ｃ（大日本インキ化学工業株式会社の商品名）などの熱溶融型レゾール型フェノール樹脂がある。使用される熱溶融型のノボラック型フェノール樹脂としては、例えば、ヒタノール１００２、ヒタノール１１３３、ヒタノール１１４０、ヒタノール１５０１（以上いずれも日立化成工業株式会社の商品名）などの熱溶融型ノボラック型フェノール樹脂がある。使用される熱溶融型のエポキシ樹脂としては、例えば、エピコート１００１、エピコート１００４、エピコート１００７（以上シェル化学社商品名）、ＣＴ２００（チバガイギー社商品名）などの熱溶融型のエポキシ樹脂がある。
【００１３】本発明で使用される導電性粉体塗料の製法は、導電粉に加熱により溶融する樹脂成分が付着するような製法であればよく、例えば、使用材料のブレンド、溶融混練、粉砕、分級の工程で製造される。
【００１４】使用材料のブレンド方法に特に制限はないが、例えばミキサーに全材料を入れ乾式ブレンドする方法が好ましい。この際使用する熱溶融型の樹脂が固形の場合、あらかじめ粉砕して使用すれば、短時間でブレンドを行う上で、さらに好ましい。
【００１５】溶融混練する方法に特に制限はないが、例えば加熱装置を有した混練機（ニーダー、加圧ニーダー、押し出し機等）を使用することは、材料を短時間で均一化する上で好ましい。回転装置を有したホッパ（材料入れ）と押し出し機が一体となったコニーダーを使用することは、量産化、混練物の安定化を考えた場合特に好ましい。また、混練温度及び滞留時間は使用する樹脂ゲル化時間、融点、樹脂と金属粉の配合比率で任意に設定される。押し出し機から吐出される混練物を速やかに混練物の樹脂成分を冷却し粉砕するには、冷却装置を有した小型ロールに通過させ板状にすることは、粉砕の前工程として重要である。
【００１６】溶融混練した後の粉砕方法に特に制限はないが、アトマイザなどの粉砕機を使用することは効果的である。しかし前記した様に、導電粉として使用する金属粉の最適アスペクト比及び平均粒子径の範囲を超えないように、アトマイザー内部のマンマー及び回転数の調整が必要となる。
【００１７】粉砕後の分級は、乾式法で所望の網目に自由に変更できれば特に制限はなく、例えば振動型自動分級機、ブロアーシフターなどが使用できる。
【００１８】基板表面に導電回路を形成し、導電回路付基板とする方法としては、導電回路となる部分以外の表面にマスクを形成するほか、公知の粉体塗装法を適用することができる。例えば、加熱した基板にふるいを使用し導電性粉体塗料の一定量を均一に上部から落とし、熱溶着させた後硬化させて回路を形成させる方法、静電塗装用の装置を使用して基板に導電性粉体塗料を吹き付け、その後加熱する方法、溶射により導電性粉体塗料を吹き付ける方法、ガラスフィルター等の多孔板を底板とした流動槽に導電性粉体塗料を入れ、多孔板を通して乾燥した空気を送りこんで導電性粉体塗料を流動状態にし、その中に加熱された基板を浸漬して導電性粉体塗料を付着させる方法などが挙げられる。
【００１９】導電回路を形成する基板としては、紙基材フェノール樹脂積層板、ガラス布基材エポキシ樹脂積層板、紙基材エポキシ樹脂積層板など公知の基板を用いることができる。アルミナなどセラミックス系基板を用いることもできる。
【００２０】
【実施例】
実施例１導電性粉体塗料の調製レゾール型フェノール樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、ＴＤ２０４０Ｃ（商品名）を使用した）２５ｇ、ビスフェノール型エポキシ樹脂（シェルケミカル社製、Ｅｐ１００１（商品名）を使用した）２５ｇ、平均粒径８．５μｍでアスペクト比５の扁平状（フレーク状）銀粉（株式会社徳力化学研究所製、ＴＣＧ−ｌ（商品名）を使用した）２００ｇ及び粉状イミダゾール（四国化成工業株式会社製、２ＰＺ−ＣＮ（商品名）を使用した）０．１ｇを、ビニール袋に入れて約３分間手でドライブレンドした。ドライブレンドされた配合物を、同方向回転二軸羽ね型卓上ニーダ（株式会社入江商会製、ＰＢＶ−０．３型（商品名）を使用した）に充填し、１ｋｇの加重具を充填口にセットし、８０℃にて１５分間溶融混練し、溶融混練終了後取り出して冷却水を循環させた直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍのロールに通し冷却して板状にした。冷却した板状混練物を前記の同方向回転二軸羽ね型卓上ニーダで室温で粗粉砕して、さらに、微粉砕機（株式会社細川鉄工所製、ＡＰ−Ｂ（商品名）を使用した）で粉砕し微粉とした。得られた微粉を１５μｍのふるいで分級し、ふるいを通過した微粉を集めて導電性粉体塗料を得た。
【００２１】導電回路の形成高さ１５ｃｍ、内径１０ｃｍのアクリル樹脂製円筒の底部にガラスフィルターをセットし、上部は開放のままとし、これに振動を与えながら、高さが７ｃｍになるまで前記で得られた導電性粉体塗料を充填した。そして、アクリル樹脂製円筒に振動を与えながら、ガラスフィルターを通して圧縮空気をアクリル樹脂製円筒の中に送り、充填された導電性粉体塗料を高さが１０ｃｍになるように流動させ、流動層を形成させた。アクリル樹脂製円筒中の導電性粉体塗料の状態は、均一に流動しており表面もバブリング等の不具合は確認できず安定していた。次に、縦、横ともに６ｃｍ、厚さ１．６ｍｍの紙フェノール積層板を基板１として用い、その表面に比抵抗測定回路２（図１参照）が形成できるように耐熱テープでマスクを形成し、１００℃にの乾燥器中に１０分保持後、前記の導電性粉体塗料の流動層に５秒間浸漬して引き上げ、マスクを除去し、比抵抗測定回路面が上に向くようにして横にして１６０℃の乾燥器中に３０分間保持して熱処理を行った。
【００２２】形成された比抵抗測定回路は、全体に均一な厚さであり、一端から他端までの長さ１１０ｍｍ、幅１ｍｍ、厚さ０．０２７ｍｍであった。さらに、同じ試料を三枚作製して比抵抗値を測定したところ、平均値は、１１１μΩ・ｃｍであった。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、有機溶剤や低分子液状樹脂を使用しないで導電性塗料を用いて導電回路を形成することができ、有機溶剤や低分子液状樹脂を使用することによる様々の障害を解決することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４４５５
【氏名又は名称】日立化成工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月１７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 章
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| 【公開番号】 |
特開平１１−８４６３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月１２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１６０３２２ |
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