導電性組成物及び電子デバイスの製造方法
【課題】本発明の課題は、導電性の高い導体パターンを形成するのに適した導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を提供することである。本発明のもう一つの発明は、銀マイグレーション、及び、銅使用時の酸化を防止することのできる導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を提供することである。
【解決手段】本発明に係る導体パターン用導電性組成物は、樹脂と、導電性金属粒子を含む。前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含む。前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含む。前記低融点金属粒子は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【解決手段】本発明に係る導体パターン用導電性組成物は、樹脂と、導電性金属粒子を含む。前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含む。前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含む。前記低融点金属粒子は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体パターン用導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導体パターンを形成するために用いられる導電性ペーストは、導電成分となる金属粉末又は合金粉末を、有機ビヒクル中に分散させたものである。有機ビヒクルは、熱硬化性樹脂、又は、熱可塑性樹脂などの絶縁樹脂と、溶剤などを含んでいる。場合によっては、金属粉末の分散性向上、或いは、難燃性確保のために、第３成分が添加されることもある。
【０００３】
導電性ペーストを用いて、導体パターンを形成するには、一般に、スクリーン印刷などの手段によって、回路基板などの絶縁支持体上に導電性ペーストを塗布した後、熱処理する工程が採用される。こうして得られた配線などの導体パターンは、絶縁樹脂中に金属粉末が分散した構成になる。
【０００４】
上述したように、導電性ペーストを用いて形成した導体パターンは、絶縁樹脂中に、金属粉末を分散させた構成となるので、金属導体そのものによる場合と比較して、導電性が悪くなる。
【０００５】
そこで、導電性を向上させるために、粒径の小さい金属粉末を用いて、充てん率を増加させることが考えられる。しかし、金属粉末は、粒径の小さいほど凝集しやすいため、導電性ペースト中に均一に分散させるのが難しい上、隣り合う金属粒子間の接触部分が増加して、接続抵抗が増加する分、充てん率の増加に見合う導電性向上の効果が得られない。
【０００６】
また、上記金属粉末として、銀粉または銅粉を用いると、導電性の良好な導体パターンが得られることが知られている。
【０００７】
しかし、銀粉を含有する導電性ペーストは、高温多湿の雰囲気下で電界が印加されると、電気回路や電極にマイグレーションと称する銀の電析を生じ、導体パターンによって形成される電極間または配線間に短絡現象が発生するという欠点が生じる。このマイグレーションを防止するための対策手段として、例えば、銀粉の表面に防湿塗料を塗布することや、導電性ペーストに含窒素化合物などの腐食抑制剤を添加する等の手法が知られているが、十分な効果の得られるものではなかった（特許文献１参照）。また、導電性の高い導体を得るには銀粉の配合量を増加しなければならず、銀粉が高価であることから導電性ペーストも高価になるという欠点があった。
【０００８】
また、銅粉を含有する導電性ペーストは、加熱硬化後の銅の被酸化性が高いため、空気中及びバインダ中に含まれる酸素と銅粉が反応し、その表面に酸化膜を形成し、導電性を著しく低下させる。その対策として、特許文献２には、各種添加剤を加えて、銅粉の酸化を防止し、導電性を安定させた銅ペーストが開示されている。しかし、その導電性が銀ペーストには及ばず、また保存・安定性にも欠点があった。
【０００９】
更に、マイグレーションを改善し、安価な導電性ペーストを得るために、銀メッキ銅粉を使用した導電性ペーストが提案されている（特許文献３、特許文献４参照）。しかし、銀を均一に、かつ、厚く被膜すると、マイグレーションの改善効果が十分に得られない場合がある。逆に、薄く被膜すると、良好な導電性確保のために導電粉の充てん量を増加させる必要があり、その結果、相対的なバインダ成分の減少に伴う接着力（接着強度）の低下が起こるという問題が生じる場合があった。
【００１０】
また、従来の導電性ペーストでは、特に、フレキシブル配線を作成する際に、そのしなりに対応することができず、割れが生じることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１８９１０７号公報
【特許文献２】特開平５−２１２５７９号公報
【特許文献３】特開平７−１３８５４９号公報
【特許文献４】特開平１０−１３４６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、導電性の高い導体パターンを形成するのに適した導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明のもう一つの課題は、銀マイグレーション、及び、銅の酸化による導電性低下を防止することのできる導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するのに適した導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を開示する。
【００１５】
＜導電性組成物＞
本発明は、導体パターン用導電性組成物について、２つの態様を開示する。
【００１６】
＜第１の態様に係る導体パターン用導電性組成物＞
第１の態様に係る導体パターン用導電性組成物は、樹脂と、導電性金属粒子を含む。前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含む。前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含む。前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【００１７】
本発明において、コンポジット構造とは、単結晶、多結晶、アモルファスから選択された少なくとも１種が含有された複合体を指す。好ましくは、多結晶、及び、単結晶を含む複合体である。
【００１８】
上述したように、第１の態様に係る導電性組成物は、樹脂と、導電性金属粒子を含むから、導電性ペーストとして、基板等に塗布すると、比重の大きい導電性金属粒子が沈降し、導電層と、樹脂層の２層に分かれる。
【００１９】
次に、基板に塗布した後、熱処理を施す。熱処理にあたっては、低融点金属粒子の融点より高く、高融点金属粒子の融点より低い温度で加熱する。この熱処理により、低融点金属粒子のみが溶解する。これにより、導電性金属粒子でなる導電層は、高融点金属粒子の間隙が、溶解した低融点金属粒子によって埋められた充てん構造を形成し、樹脂を含有しない導電層となるので、金属間結合により導電性が飛躍的に向上する。
【００２０】
樹脂は、導電層の一面上に絶縁層として存在し、保護膜を構成する。したがって、保護膜を塗布するための別工程が不要である。
【００２１】
第１の態様に係る高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉのうち少なくても１種を含むもので構成される。
【００２２】
従来、Ａｇを金属粒子として導電性ペースト中に含有させた場合、マイグレーションによる導電性の低下が問題とされていた。これに対して、第１の態様に係る導電性組成物を導電性ペーストとして使用した際には、絶縁層と導電層の２層に分かれるため、高融点金属粒子としてＡｇを使用した場合も、導電層では、Ａｇの表面を低融点金属粒子が被覆し、更に、導電性組成物全体では、導電層を絶縁層が被覆する。この構成により、Ａｇのマイグレーションを確実に防止することができる。
【００２３】
また、Ｃｕを金属粒子として導電性ペースト中に含有させた場合、従来は、酸化による導電性低下が問題とされていた。この点については、既に述べたとおりである。
【００２４】
これに対して、本発明によれば、高融点金属粒子としてＣｕを使用した場合にも、Ａｇを用いたときと同様に、低融点金属粒子の溶融によってＣｕが被覆され、更に絶縁層によって導電層が被覆される。これにより、加熱硬化後の銅の酸化が防止される。
【００２５】
第１の態様に係る導電性金属粒子において、低融点金属粒子は、コンポジット構造を有する。コンポジット構造を有する低融点金属粒子は、導体パターンとして用いるとき、溶融時にも、異なる結晶構造が混合せずに共存するため、割れによる断線を防止することができる。
【００２６】
第１の態様に係る導電性組成物は、粉状、または、ペースト状であってもよい。導電性組成物が粉状の場合、溶剤を添加することによって、導電性ペーストとして使用することができる。また、熱硬化性樹脂として低融点のものを使用し、使用時に加熱して溶解させることで、導電性ペーストとして使用してもよい。
【００２７】
第１の態様に係る導電性組成物がペースト状の場合は、導電性ペーストとして使用することが可能である。導電性ペーストは、粉体に溶剤を添加して製造されたものでもよく、樹脂として液状のものを添加されたものでもよい。
【００２８】
好ましくは、導電性粒子全量に対し、高融点金属粒子の割合は、５０〜８０重量パーセントであり、低融点金属粒子の割合は、２０〜５０重量パーセントである。導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合は、５０重量パーセント未満であると、その高い導電性を、導電性組成物全体に寄与することができない。また、導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合が、８０重量パーセントより大きいと、低融点金属粒子の割合が少ないため、高融点金属粒子が低融点金属粒子によって被膜されないこと、及び、導電層に隙間や生じる等の問題が生じ、Ａｇマイグレーションや、銅の酸化を防止することができない。
【００２９】
好ましくは、樹脂１００重量部に対し、導電性金属粒子の割合は、８０〜９８重量パーセントである。樹脂１００重量部に対する導電性金属粒子の割合は、９８重量パーセントよりも大きいと、導電性金属粒子が凝集し、導電性組成物中に均一に分散させることができない。また、樹脂１００重量部に対する導電性金属粒子の割合は、８０重量パーセントより小さいと、導電性ペーストとして使用したとき、全体として有効な導電性を得ることができない。
【００３０】
高融点金属粒子として、好ましい粒径は、２０μｍ未満である。この範囲の粒径を持つ高融点金属粒子を、導体パターン用導電性組成物に用いることによって、２つのメリットが生じる。第１のメリットとして、印刷法を用いて導体パターンを形成する場合、要求される導体パターンの形状を正確に作成することができることである。なぜなら、微小で込み入った形状の導体パターンを形成するとき、粒径が大きいと、スクリーンの目も大きくならざるを得ないから、高精度のパターンを形成することができないからである。
【００３１】
第２のメリットとして、高融点金属粒子の粒径を微小なサイズとすることによって、薄い導体パターンを作成できることが挙げられる。粒径が２０μｍより大きい高融点金属粒子を使用すると、厚みのある配線となるため、フレキシブル配線を作成する際に、そのしなりに対応することができず、割れが生じる。そこで、高融点金属粒子の粒径を微小なサイズとすることで、配線の厚みを薄くし、割れを防止する。
【００３２】
本発明に係る樹脂は、熱硬化性樹脂、または、熱可塑製樹脂のうち少なくても１種を含むもので構成される。熱硬化性樹脂を使用する場合、その硬化点は、低融点金属粒子の融点より高く、高融点金属粒子の融点より低いものが好ましい。
【００３３】
好ましくは、樹脂は、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、フェノール樹脂のうち少なくても１種を含むものである。エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、のうち少なくても１種を含むものを使用することにより、本発明に係る導電性組成物は、高い導電性を示す。本発明に係る導電性組成物は、導電性酸化物を含有していてもよい。
【００３４】
第１の態様に係る導電性組成物において、樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合、前記熱硬化樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い値に設定する。この場合、低融点金属粒子、又は、高融点金属粒子は、限定されるものではなく、上述したものの他からも選択することができる。
【００３５】
＜第２の態様に係る導体パターン用導電性組成物＞
第２の態様に係る導体パターン用導電性組成物は、熱硬化性樹脂と、導電性金属粒子を含む。前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでいる。前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、前記熱硬化樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い。
【００３６】
上述したように、第２の態様に係る導体パターン用導電性組成物は、熱硬化性樹脂と、導電性金属粒子を含むから、導電性ペーストとして、導体パターンの形成に当たり、基板等に塗布した際に、比重の大きい導電性金属粒子が沈降する。
【００３７】
また、前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含み、前記熱硬化性樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い。そのため、加熱していくと、まず、沈降した導電性金属粒子中、低融点金属粒子のみが溶解し、高融点金属粒子を被覆し、導電層を形成する。更に加熱すると、熱硬化性樹脂の硬化が開始され、導電層の一面上に絶縁層を形成する。この構成により、導電層は、絶縁物が含有されない層となるため、導電性ペーストとして使用すると、導電性の高い導体パターンを得ることができる。
【００３８】
第２の態様に係る導電性組成物も粉状、または、ペースト状であってもよく、導電性ペーストとして使用することができる。
【００３９】
溶剤としてブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブ、メチルイソブチルケトン、トルエン、または、キシレンのような公知の有機溶媒を使用してもよい。
【００４０】
＜電子デバイス＞
本発明に係る電子デバイスは、回路基板と、導体パターンとを含む。前記導体パターンは、前記回路基板上に設けられ導電層と、絶縁層の２層を含み、前記絶縁層は、前記導電層の一面上に存在し、前記導電層は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含み、前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｌ、または、Ｎｉのうち少なくても１種を含んでおり、前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【００４１】
本発明に係る電子デバイスは、本発明に係る導電性組成物を使用した構造であるため、導電性組成物の有する作用効果をそのまま奏することができる。
【００４２】
本発明における好ましい導体パターンの例として、フレキシブル配線パターンが挙げられる。好ましい回路基板として、ＰＥＴフィルムが挙げられる。
【００４３】
本発明における導電性組成物は、低融点金属粒子がコンポジット構造を有するため、溶融時にも異なる結晶構造が混合せずに共存するため、フレキシブル配線パターンに使用しても、そのしなりに対応し、断線を防止する。
【００４４】
本発明に係る電子デバイスには、センサモジュール、光電気モジュール、ユニポーラトランジスタ、ＭＯＳ、ＦＥＴ、ＣＭＯＳ、ＦＥＴ、メモリーセル、ＦＣ（Field Complementary）のチップ、もしくは、それらの集積回路部品（ＩＣ）、または、各種スケールのＬＳＩ等、凡そ、電子回路を機能要素とするほとんどのものが含まれ得る。
【００４５】
本発明に係る電子デバイスの製造方法は、回路基板上に、本発明に係る導電性組成物を塗布し、次に、１００〜３００℃で熱処理を行う工程を含む。上記製造方法によれば、上述した本発明に係る電子デバイスを製造できることは明らかである。
【００４６】
また、１００〜３００℃で熱処理を行う工程を含むことにより、回路基板として、ＰＥＴフィルムを使用する際にも、熱による損傷を防止することができる。
【００４７】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
【発明の効果】
【００４８】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）導電性の高い導体パターンを形成するのに適した導電性組成物、及び、これを用いた電子デバイスを提供することができる。
（２）銀マイグレーション、及び、銅の酸化による導電性低下を防止することのできる導電性組成物、及び、これを用いた電子デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る導電性組成物の一部拡大図である。
【図２】図１に示した導電性組成物を塗布した構造の断面図である。
【図３】図２に示した製造物の加熱処理の後を示す図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】本発明に係る高融点金属粒子、又は、低融点金属粒子を製造する際に用いられる遠心式粒状化装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】実施例１で得られた電子デバイスの断面写真である。
【図７】比較例で得られた電子デバイスの断面写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
図１は、本発明に係る（第１の態様）導電性組成物の一部拡大図である。図１を参照すると、本発明に係る導電性組成物１は、樹脂２と、導電性金属粒子３を含み、導電性粒子３は、高融点金属粒子４と、低融点金属粒子５とを含み、高融点金属粒子４は、前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｌ、または、Ｎｉのうち少なくても１種を含んでおり、低融点金属粒子５は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【００５１】
本発明に係る導電性組成物は、電子デバイスの製造に用いることができる。製造に当たっては、まず、回路基板上に本発明に係る導電性組成物を導電性ペーストとして塗布する。図２は図１に示した導電性ペーストを塗布した直後の電子デバイスの一部を示す断面図である。図２に示すように、回路基板上に塗布された導体パターン７は、樹脂２と、導電性金属粒子３を含む。樹脂２と導電性金属粒子３とでは、導電性金属粒子３の方が比重が大きいから、回路基板６に塗布した際に、比重の大きい導電性金属粒子３が沈降する。
【００５２】
次に、導電性ペーストを塗布した回路基板を、１００℃〜３００℃で加熱する。図３は、図２に示した電子デバイスの加熱処理の後を示す図であり、図４は、図３の一部拡大図である。導電性金属粒子３は、高融点金属粒子４と、低融点金属粒子５とを含むから、１００℃〜３００℃で加熱すると、低融点金属粒子５のみが溶解する。すると、沈降した導電性金属粒子３は、溶解した低融点金属粒子５によって、高融点金属粒子４の間隙が埋められた充てん構造を形成し、樹脂２を含有しない導電層８となるので、金属間結合により導電性が飛躍的に向上する。上述した構成により、樹脂２は、導電層８の一面上に絶縁層９として存在する。
【００５３】
又、焼成温度を１００℃〜３００℃に設定することで、基板であるＰＥＴフィルムにダメージを与えることなく、導体パターンを製造することができる。
【００５４】
また、高融点金属粒子４としてＡｇを使用すると、導電層８では、Ａｇの表面を低融点金属粒子５が被覆し、更に、導体パターン７全体では、導電層８を絶縁層９が被覆する。この構成により、Ａｇのマイグレーションを防止することができる。
【００５５】
また、高融点金属粒子４としてＣｕを使用した際にも、同様に、低融点金属粒子５と、絶縁層９によるＣｕの被覆によって、加熱硬化後の銅の酸化を防止することができる。
図５は、本発明に係る低融点金属粒子を製造する際に用いられる遠心式粒状化装置の構成を概略的に示す図である。この遠心式粒状化装置では、アルゴン不活性ガス雰囲気中で、高融点金属粒子、又は、低融点金属粒子の原料となる金属、又は、合金の溶融物を高速回転する皿ディスク上に供給し、遠心力を作用させて小滴として飛散させ、ガス雰囲気との接触により急冷して球状粒子とする第１の工程が実行される。図を参照し、更に具体的に説明すると、粒状化室４０は上部が円筒状、下部がコーン状になっており、上部に蓋４１を有する。蓋４１の中心部には垂直にノズル４２が挿入され、ノズル４２の直下には皿形回転ディスク４３が設けられている。符号４４は皿形回転ディスク４３を上下に移動可能に支持する機構である。また、粒状化室４０のコーン部分の下端には生成した粒子の排出管４５が接続されている。ノズル４２は、粒状化する原料（金属、又は、合金）を溶融する電気炉（高周波炉）４６と、高周波加熱機４７を接続し、更に、高周波加熱機４７と、粒状化室４０を接続する。
【００５６】
電気炉（高周波炉）４６は、原料供給器４８から金属、又は、合金の供給を受け、融解を行う。混合ガスタンク４９、５０、５１で所定の成分に調整された雰囲気ガスは配管により粒状化室４０内部及び電気炉４６上部にそれぞれ供給される。
【００５７】
粒状化室４０内の圧力は弁５２、５３及び排気装置５４、電気炉４６内の圧力は弁５５及び排気装置５６によりそれぞれ制御される。電気炉４６の内圧を大気圧より若干高めに、粒状化室４０の内圧を大気圧より若干低めに維持すれば、電気炉４６で溶融した金属は差圧によりノズル４２から皿形回転ディスク４３上に供給される。供給された金属は皿形回転ディスク４３による遠心力の作用で微細な液滴状になって飛散し、冷却されて固体粒子になる。生成した固体粒子は排出管４５から自動フィルター５７に供給され分別される。符号５８は微粒子回収装置である。
【００５８】
高速回転体が円盤状又は円錐状の場合は、溶融金属が回転体のどの位置に供給されるかによって溶融金属にかかる遠心力が大きく異なるので、粒の揃った球状粉体を得にくい。高速回転する皿形ディスク上に供給した場合は、その皿形の周縁位置における均一な遠心力を受け粒の揃った小滴に分散して飛散する。飛散した小滴は雰囲気ガス中で急速に冷却し、固化した小粒となって落下し、回収される。得られた生成物は、２０μｍ以下の粒子である。
【００５９】
上記のような装置を用いて溶融物を粉末化する研究を行うことにより、溶融物は急速冷却固化中に自己組織化され、個々の微小粒子が点在物、或いは空隙などにより相互に隔離され、単結晶体、多結晶体、アモルファスから選択される少なくとも１種を含むコンポジット構造を有する微小粒子の集合体になること、及び原料の組成及び雰囲気ガスの種類によって、個々の微小粒子は、点在物、或いは空隙などにより相互に隔離されたものとなることが知られている。なお自己組織化とは、均一相である溶融物が、その分散、急速冷却固化過程で、自動的にコンポジット構造を形成することを言う。
【００６０】
皿形ディスクの回転数が高くなるほど、得られた粒子の径は小さくなる。内径３５ｍｍ、深さ５ｍｍの皿形ディスクを用いた場合、平均粒径２００μｍ以下の粒子を得るためには毎分３０，０００回転以上とすることが望ましい。
【００６１】
粒状化室に供給する雰囲気ガスの温度は室温でよいが、長時間連続操業する場合には、溶融物の小滴の急冷効果を維持するため、粒状化室内温度が１００℃以下になるように通気量を制御することが望ましい。尚、遠心式粒状化装置は、本発明に係る高融点金属粒子の作成にも用いられる。
【００６２】
１．実施例１
（１）導電性組成物の製造
まず、図５に記載された遠心式粒状化装置を用いて、高融点金属粒子、及び、低融点金属粒子を製造した。高融点金属粒子の原料としてはＣｕを使用し、低融点金属粒子として、Ｉｎ／Ｓｎ合金を使用した。Ｉｎ／Ｓｎ合金は、Ｉｎ５０ｗｔ％、Ｓｎ５０ｗｔ％の組成のものを用いた。
次に、樹脂としてエポキシ樹脂、高融点金属粒子として、前工程で得られたＣｕ粒子、低融点金属粒子として、コンポジット構造を有するＩｎ／Ｓｎ合金粒子（粒径２０μｍ）を混合し導電性ペーストを製造した。
導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合は、５０重量パーセントであり、低融点金属粒子の割合は、５０重量パーセントであった。
また、樹脂１００重量部に対し、導電性金属粒子の割合は、９５重量パーセントであった。
【００６３】
（２）電子デバイスの製造
基板として、合成樹脂（例えばＰＥＴ）を基材とする厚さ５０μｍのものを使用した。
次に、得られた導電性ペーストをパターン幅０．３５ｍｍ、ギャップ幅０．１５ｍｍにスクリーン印刷し、その後１５０〜２１０度で３０分熱処理を行い、電極を製造した。又、
熱処理を、１５０〜２１０度で行ったため、基板であるＰＥＴフィルムにダメージがないことが確認できた。
【００６４】
更に、得られた電極の比抵抗値（Ω・ｃｍ）を、膜厚、パターン幅及びパターン長さより算出した。
【００６５】
図６は、実施例１で得られた電子デバイスの断面写真である。得られた電子デバイスは、基板と、配線パターンを含む。配線パターンは、絶縁層、導電層の２層に分かれ、導電層の表面を絶縁層が被膜している。又、導電層では、低融点金属が融解して固化したため、隙間や断線等がない構造を取ることが分かる。又、高融点金属粒子の融点未満の温度で熱処理を行ったにも関わらず、その形状が確認できないため、高融点金属粒子は、融解した低融点金属粒子に被膜されていることが確認できる。
【００６６】
２．実施例２
実施例１で用いた高融点金属粒子、低融点金属粒子、及び、エポキシ樹脂を使用して同様に導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、表１に記載されたものであった。
【００６７】
更に、得られた導電性ペーストを用いて、実施例１と同様の方法で電子デバイスを製造し、得られた電極の比抵抗値（Ω・ｃｍ）を算出した。
【００６８】
３．実施例３
実施例１で用いた高融点金属粒子、低融点金属粒子、及び、エポキシ樹脂を使用して同様に導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、表１に記載されたものであった。
【００６９】
更に、得られた導電性ペーストを用いて、実施例１と同様の方法で電子デバイスを製造し、得られた電極の比抵抗値（Ω・ｃｍ）を算出した。
【００７０】
４．比較例１
銀粒子、及び、エポキシ樹脂を使用して導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、表１に記載されたものであった。
更に、得られた導電性ペーストを用いて、実施例１と同様の方法で電子デバイスを製造した。
【００７１】
図７は、比較例で得られた電子デバイスの断面写真である。この断面写真により、銀粒子は、その表面を被膜されることなく、個々に存在することが分かる。更に、樹脂に断線部が見られ、銀マイグレーションが起こったことが確認できる。
【００７２】
５．比較例２
高融点金属粒子としてＣｕ粒子、低融点金属粒子として粒径２０μｍのＩｎ／Ｓｎ合金、及び、実施例１で用いたエポキシ樹脂を使用して導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、実施例１と同様であった。又、Ｉｎ／Ｓｎ合金は、コンポジット構造を含有しないものを使用した。
【００７３】
【表１】
【００７４】
Ａ：導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合（重量パーセント）
Ｂ：導電性粒子全量に対する低融点金属粒子の割合（重量パーセント）
Ｃ：樹脂１００重量部に対する導電性金属粒子の割合（重量パーセント）
表１は、実施例１〜３、及び、比較例で製造した導電性ペーストの組成を示したものである。
＜導電性試験＞
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２は、実施例１〜３で製造された電子デバイスの導電性を示す表である。表に示したように、実施例１〜３で製造された全ての電子デバイスは良好な導電性を示した。
【００７７】
＜実施例、及び、比較例の対比＞
表１、及び、表２より、実施例１〜３は、良好な導電性を示した。このことにより、実施例１〜３では、銅の酸化を防止できたことが分かる。更に、図５の断面写真により、実施例1〜３では、樹脂層と、導電層の２層に分かれ、絶縁層の表面を樹脂層が被膜している。又、絶縁層では、低融点金属が融解して固化したため、隙間や断線等がない構造を取ることが分かる。
【００７８】
これに対して、比較例では、図６の断面写真に示されたように、銀粒子が、その表面を被膜されることなく、個々に存在しているため、銀マイグレーションが起こったことが分かる。図６の中間部に現れた暗色部分が銀マイグレーションによる断線部分を示している。
【００７９】
＜強度試験＞
次に、実施例１〜３で製造された導電性ペーストと、比較例２で製造された導電ペーストをそれぞれＰＥＴフィルムに塗布し、そのＰＥＴフィルムを何回折り曲げると、断線が生じるかを測定する強度試験を行った。加える荷重や、塗布する厚さ、室温等の実験条件は同一とした。
【００８０】
比較例２の導電性ペーストを塗布したＰＥＴフィルムは、５０回を超過する折り曲げを行うと、断線が生じた。
【００８１】
実施例１〜３は、５０回の折り曲げでは断線を生じることはなく、５０００回を超過する折り曲げによって、初めて断線が生じた。
【００８２】
以上の結果から、本発明に係る導体パターン用導電性組成物は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含む高融点金属粒子と、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む低融点金属粒子とを含有していても、低融点金属粒子がコンポジット構造を含有していないと、フレキシブル配線を作成する際に、そのしなりに対応し、断線を防止することができないことが分かった。
【００８３】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 導電性組成物
２ 樹脂
３ 導電性金属粒子
４ 高融点金属粒子
５ 低融点金属粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体パターン用導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導体パターンを形成するために用いられる導電性ペーストは、導電成分となる金属粉末又は合金粉末を、有機ビヒクル中に分散させたものである。有機ビヒクルは、熱硬化性樹脂、又は、熱可塑性樹脂などの絶縁樹脂と、溶剤などを含んでいる。場合によっては、金属粉末の分散性向上、或いは、難燃性確保のために、第３成分が添加されることもある。
【０００３】
導電性ペーストを用いて、導体パターンを形成するには、一般に、スクリーン印刷などの手段によって、回路基板などの絶縁支持体上に導電性ペーストを塗布した後、熱処理する工程が採用される。こうして得られた配線などの導体パターンは、絶縁樹脂中に金属粉末が分散した構成になる。
【０００４】
上述したように、導電性ペーストを用いて形成した導体パターンは、絶縁樹脂中に、金属粉末を分散させた構成となるので、金属導体そのものによる場合と比較して、導電性が悪くなる。
【０００５】
そこで、導電性を向上させるために、粒径の小さい金属粉末を用いて、充てん率を増加させることが考えられる。しかし、金属粉末は、粒径の小さいほど凝集しやすいため、導電性ペースト中に均一に分散させるのが難しい上、隣り合う金属粒子間の接触部分が増加して、接続抵抗が増加する分、充てん率の増加に見合う導電性向上の効果が得られない。
【０００６】
また、上記金属粉末として、銀粉または銅粉を用いると、導電性の良好な導体パターンが得られることが知られている。
【０００７】
しかし、銀粉を含有する導電性ペーストは、高温多湿の雰囲気下で電界が印加されると、電気回路や電極にマイグレーションと称する銀の電析を生じ、導体パターンによって形成される電極間または配線間に短絡現象が発生するという欠点が生じる。このマイグレーションを防止するための対策手段として、例えば、銀粉の表面に防湿塗料を塗布することや、導電性ペーストに含窒素化合物などの腐食抑制剤を添加する等の手法が知られているが、十分な効果の得られるものではなかった（特許文献１参照）。また、導電性の高い導体を得るには銀粉の配合量を増加しなければならず、銀粉が高価であることから導電性ペーストも高価になるという欠点があった。
【０００８】
また、銅粉を含有する導電性ペーストは、加熱硬化後の銅の被酸化性が高いため、空気中及びバインダ中に含まれる酸素と銅粉が反応し、その表面に酸化膜を形成し、導電性を著しく低下させる。その対策として、特許文献２には、各種添加剤を加えて、銅粉の酸化を防止し、導電性を安定させた銅ペーストが開示されている。しかし、その導電性が銀ペーストには及ばず、また保存・安定性にも欠点があった。
【０００９】
更に、マイグレーションを改善し、安価な導電性ペーストを得るために、銀メッキ銅粉を使用した導電性ペーストが提案されている（特許文献３、特許文献４参照）。しかし、銀を均一に、かつ、厚く被膜すると、マイグレーションの改善効果が十分に得られない場合がある。逆に、薄く被膜すると、良好な導電性確保のために導電粉の充てん量を増加させる必要があり、その結果、相対的なバインダ成分の減少に伴う接着力（接着強度）の低下が起こるという問題が生じる場合があった。
【００１０】
また、従来の導電性ペーストでは、特に、フレキシブル配線を作成する際に、そのしなりに対応することができず、割れが生じることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１８９１０７号公報
【特許文献２】特開平５−２１２５７９号公報
【特許文献３】特開平７−１３８５４９号公報
【特許文献４】特開平１０−１３４６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、導電性の高い導体パターンを形成するのに適した導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明のもう一つの課題は、銀マイグレーション、及び、銅の酸化による導電性低下を防止することのできる導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するのに適した導電性組成物、それを用いた電子デバイス、及び、電子デバイスの製造方法を開示する。
【００１５】
＜導電性組成物＞
本発明は、導体パターン用導電性組成物について、２つの態様を開示する。
【００１６】
＜第１の態様に係る導体パターン用導電性組成物＞
第１の態様に係る導体パターン用導電性組成物は、樹脂と、導電性金属粒子を含む。前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含む。前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含む。前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【００１７】
本発明において、コンポジット構造とは、単結晶、多結晶、アモルファスから選択された少なくとも１種が含有された複合体を指す。好ましくは、多結晶、及び、単結晶を含む複合体である。
【００１８】
上述したように、第１の態様に係る導電性組成物は、樹脂と、導電性金属粒子を含むから、導電性ペーストとして、基板等に塗布すると、比重の大きい導電性金属粒子が沈降し、導電層と、樹脂層の２層に分かれる。
【００１９】
次に、基板に塗布した後、熱処理を施す。熱処理にあたっては、低融点金属粒子の融点より高く、高融点金属粒子の融点より低い温度で加熱する。この熱処理により、低融点金属粒子のみが溶解する。これにより、導電性金属粒子でなる導電層は、高融点金属粒子の間隙が、溶解した低融点金属粒子によって埋められた充てん構造を形成し、樹脂を含有しない導電層となるので、金属間結合により導電性が飛躍的に向上する。
【００２０】
樹脂は、導電層の一面上に絶縁層として存在し、保護膜を構成する。したがって、保護膜を塗布するための別工程が不要である。
【００２１】
第１の態様に係る高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉのうち少なくても１種を含むもので構成される。
【００２２】
従来、Ａｇを金属粒子として導電性ペースト中に含有させた場合、マイグレーションによる導電性の低下が問題とされていた。これに対して、第１の態様に係る導電性組成物を導電性ペーストとして使用した際には、絶縁層と導電層の２層に分かれるため、高融点金属粒子としてＡｇを使用した場合も、導電層では、Ａｇの表面を低融点金属粒子が被覆し、更に、導電性組成物全体では、導電層を絶縁層が被覆する。この構成により、Ａｇのマイグレーションを確実に防止することができる。
【００２３】
また、Ｃｕを金属粒子として導電性ペースト中に含有させた場合、従来は、酸化による導電性低下が問題とされていた。この点については、既に述べたとおりである。
【００２４】
これに対して、本発明によれば、高融点金属粒子としてＣｕを使用した場合にも、Ａｇを用いたときと同様に、低融点金属粒子の溶融によってＣｕが被覆され、更に絶縁層によって導電層が被覆される。これにより、加熱硬化後の銅の酸化が防止される。
【００２５】
第１の態様に係る導電性金属粒子において、低融点金属粒子は、コンポジット構造を有する。コンポジット構造を有する低融点金属粒子は、導体パターンとして用いるとき、溶融時にも、異なる結晶構造が混合せずに共存するため、割れによる断線を防止することができる。
【００２６】
第１の態様に係る導電性組成物は、粉状、または、ペースト状であってもよい。導電性組成物が粉状の場合、溶剤を添加することによって、導電性ペーストとして使用することができる。また、熱硬化性樹脂として低融点のものを使用し、使用時に加熱して溶解させることで、導電性ペーストとして使用してもよい。
【００２７】
第１の態様に係る導電性組成物がペースト状の場合は、導電性ペーストとして使用することが可能である。導電性ペーストは、粉体に溶剤を添加して製造されたものでもよく、樹脂として液状のものを添加されたものでもよい。
【００２８】
好ましくは、導電性粒子全量に対し、高融点金属粒子の割合は、５０〜８０重量パーセントであり、低融点金属粒子の割合は、２０〜５０重量パーセントである。導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合は、５０重量パーセント未満であると、その高い導電性を、導電性組成物全体に寄与することができない。また、導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合が、８０重量パーセントより大きいと、低融点金属粒子の割合が少ないため、高融点金属粒子が低融点金属粒子によって被膜されないこと、及び、導電層に隙間や生じる等の問題が生じ、Ａｇマイグレーションや、銅の酸化を防止することができない。
【００２９】
好ましくは、樹脂１００重量部に対し、導電性金属粒子の割合は、８０〜９８重量パーセントである。樹脂１００重量部に対する導電性金属粒子の割合は、９８重量パーセントよりも大きいと、導電性金属粒子が凝集し、導電性組成物中に均一に分散させることができない。また、樹脂１００重量部に対する導電性金属粒子の割合は、８０重量パーセントより小さいと、導電性ペーストとして使用したとき、全体として有効な導電性を得ることができない。
【００３０】
高融点金属粒子として、好ましい粒径は、２０μｍ未満である。この範囲の粒径を持つ高融点金属粒子を、導体パターン用導電性組成物に用いることによって、２つのメリットが生じる。第１のメリットとして、印刷法を用いて導体パターンを形成する場合、要求される導体パターンの形状を正確に作成することができることである。なぜなら、微小で込み入った形状の導体パターンを形成するとき、粒径が大きいと、スクリーンの目も大きくならざるを得ないから、高精度のパターンを形成することができないからである。
【００３１】
第２のメリットとして、高融点金属粒子の粒径を微小なサイズとすることによって、薄い導体パターンを作成できることが挙げられる。粒径が２０μｍより大きい高融点金属粒子を使用すると、厚みのある配線となるため、フレキシブル配線を作成する際に、そのしなりに対応することができず、割れが生じる。そこで、高融点金属粒子の粒径を微小なサイズとすることで、配線の厚みを薄くし、割れを防止する。
【００３２】
本発明に係る樹脂は、熱硬化性樹脂、または、熱可塑製樹脂のうち少なくても１種を含むもので構成される。熱硬化性樹脂を使用する場合、その硬化点は、低融点金属粒子の融点より高く、高融点金属粒子の融点より低いものが好ましい。
【００３３】
好ましくは、樹脂は、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、フェノール樹脂のうち少なくても１種を含むものである。エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、のうち少なくても１種を含むものを使用することにより、本発明に係る導電性組成物は、高い導電性を示す。本発明に係る導電性組成物は、導電性酸化物を含有していてもよい。
【００３４】
第１の態様に係る導電性組成物において、樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合、前記熱硬化樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い値に設定する。この場合、低融点金属粒子、又は、高融点金属粒子は、限定されるものではなく、上述したものの他からも選択することができる。
【００３５】
＜第２の態様に係る導体パターン用導電性組成物＞
第２の態様に係る導体パターン用導電性組成物は、熱硬化性樹脂と、導電性金属粒子を含む。前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでいる。前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、前記熱硬化樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い。
【００３６】
上述したように、第２の態様に係る導体パターン用導電性組成物は、熱硬化性樹脂と、導電性金属粒子を含むから、導電性ペーストとして、導体パターンの形成に当たり、基板等に塗布した際に、比重の大きい導電性金属粒子が沈降する。
【００３７】
また、前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含み、前記熱硬化性樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い。そのため、加熱していくと、まず、沈降した導電性金属粒子中、低融点金属粒子のみが溶解し、高融点金属粒子を被覆し、導電層を形成する。更に加熱すると、熱硬化性樹脂の硬化が開始され、導電層の一面上に絶縁層を形成する。この構成により、導電層は、絶縁物が含有されない層となるため、導電性ペーストとして使用すると、導電性の高い導体パターンを得ることができる。
【００３８】
第２の態様に係る導電性組成物も粉状、または、ペースト状であってもよく、導電性ペーストとして使用することができる。
【００３９】
溶剤としてブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブ、メチルイソブチルケトン、トルエン、または、キシレンのような公知の有機溶媒を使用してもよい。
【００４０】
＜電子デバイス＞
本発明に係る電子デバイスは、回路基板と、導体パターンとを含む。前記導体パターンは、前記回路基板上に設けられ導電層と、絶縁層の２層を含み、前記絶縁層は、前記導電層の一面上に存在し、前記導電層は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含み、前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｌ、または、Ｎｉのうち少なくても１種を含んでおり、前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【００４１】
本発明に係る電子デバイスは、本発明に係る導電性組成物を使用した構造であるため、導電性組成物の有する作用効果をそのまま奏することができる。
【００４２】
本発明における好ましい導体パターンの例として、フレキシブル配線パターンが挙げられる。好ましい回路基板として、ＰＥＴフィルムが挙げられる。
【００４３】
本発明における導電性組成物は、低融点金属粒子がコンポジット構造を有するため、溶融時にも異なる結晶構造が混合せずに共存するため、フレキシブル配線パターンに使用しても、そのしなりに対応し、断線を防止する。
【００４４】
本発明に係る電子デバイスには、センサモジュール、光電気モジュール、ユニポーラトランジスタ、ＭＯＳ、ＦＥＴ、ＣＭＯＳ、ＦＥＴ、メモリーセル、ＦＣ（Field Complementary）のチップ、もしくは、それらの集積回路部品（ＩＣ）、または、各種スケールのＬＳＩ等、凡そ、電子回路を機能要素とするほとんどのものが含まれ得る。
【００４５】
本発明に係る電子デバイスの製造方法は、回路基板上に、本発明に係る導電性組成物を塗布し、次に、１００〜３００℃で熱処理を行う工程を含む。上記製造方法によれば、上述した本発明に係る電子デバイスを製造できることは明らかである。
【００４６】
また、１００〜３００℃で熱処理を行う工程を含むことにより、回路基板として、ＰＥＴフィルムを使用する際にも、熱による損傷を防止することができる。
【００４７】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
【発明の効果】
【００４８】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）導電性の高い導体パターンを形成するのに適した導電性組成物、及び、これを用いた電子デバイスを提供することができる。
（２）銀マイグレーション、及び、銅の酸化による導電性低下を防止することのできる導電性組成物、及び、これを用いた電子デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る導電性組成物の一部拡大図である。
【図２】図１に示した導電性組成物を塗布した構造の断面図である。
【図３】図２に示した製造物の加熱処理の後を示す図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】本発明に係る高融点金属粒子、又は、低融点金属粒子を製造する際に用いられる遠心式粒状化装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】実施例１で得られた電子デバイスの断面写真である。
【図７】比較例で得られた電子デバイスの断面写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
図１は、本発明に係る（第１の態様）導電性組成物の一部拡大図である。図１を参照すると、本発明に係る導電性組成物１は、樹脂２と、導電性金属粒子３を含み、導電性粒子３は、高融点金属粒子４と、低融点金属粒子５とを含み、高融点金属粒子４は、前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｌ、または、Ｎｉのうち少なくても１種を含んでおり、低融点金属粒子５は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む。
【００５１】
本発明に係る導電性組成物は、電子デバイスの製造に用いることができる。製造に当たっては、まず、回路基板上に本発明に係る導電性組成物を導電性ペーストとして塗布する。図２は図１に示した導電性ペーストを塗布した直後の電子デバイスの一部を示す断面図である。図２に示すように、回路基板上に塗布された導体パターン７は、樹脂２と、導電性金属粒子３を含む。樹脂２と導電性金属粒子３とでは、導電性金属粒子３の方が比重が大きいから、回路基板６に塗布した際に、比重の大きい導電性金属粒子３が沈降する。
【００５２】
次に、導電性ペーストを塗布した回路基板を、１００℃〜３００℃で加熱する。図３は、図２に示した電子デバイスの加熱処理の後を示す図であり、図４は、図３の一部拡大図である。導電性金属粒子３は、高融点金属粒子４と、低融点金属粒子５とを含むから、１００℃〜３００℃で加熱すると、低融点金属粒子５のみが溶解する。すると、沈降した導電性金属粒子３は、溶解した低融点金属粒子５によって、高融点金属粒子４の間隙が埋められた充てん構造を形成し、樹脂２を含有しない導電層８となるので、金属間結合により導電性が飛躍的に向上する。上述した構成により、樹脂２は、導電層８の一面上に絶縁層９として存在する。
【００５３】
又、焼成温度を１００℃〜３００℃に設定することで、基板であるＰＥＴフィルムにダメージを与えることなく、導体パターンを製造することができる。
【００５４】
また、高融点金属粒子４としてＡｇを使用すると、導電層８では、Ａｇの表面を低融点金属粒子５が被覆し、更に、導体パターン７全体では、導電層８を絶縁層９が被覆する。この構成により、Ａｇのマイグレーションを防止することができる。
【００５５】
また、高融点金属粒子４としてＣｕを使用した際にも、同様に、低融点金属粒子５と、絶縁層９によるＣｕの被覆によって、加熱硬化後の銅の酸化を防止することができる。
図５は、本発明に係る低融点金属粒子を製造する際に用いられる遠心式粒状化装置の構成を概略的に示す図である。この遠心式粒状化装置では、アルゴン不活性ガス雰囲気中で、高融点金属粒子、又は、低融点金属粒子の原料となる金属、又は、合金の溶融物を高速回転する皿ディスク上に供給し、遠心力を作用させて小滴として飛散させ、ガス雰囲気との接触により急冷して球状粒子とする第１の工程が実行される。図を参照し、更に具体的に説明すると、粒状化室４０は上部が円筒状、下部がコーン状になっており、上部に蓋４１を有する。蓋４１の中心部には垂直にノズル４２が挿入され、ノズル４２の直下には皿形回転ディスク４３が設けられている。符号４４は皿形回転ディスク４３を上下に移動可能に支持する機構である。また、粒状化室４０のコーン部分の下端には生成した粒子の排出管４５が接続されている。ノズル４２は、粒状化する原料（金属、又は、合金）を溶融する電気炉（高周波炉）４６と、高周波加熱機４７を接続し、更に、高周波加熱機４７と、粒状化室４０を接続する。
【００５６】
電気炉（高周波炉）４６は、原料供給器４８から金属、又は、合金の供給を受け、融解を行う。混合ガスタンク４９、５０、５１で所定の成分に調整された雰囲気ガスは配管により粒状化室４０内部及び電気炉４６上部にそれぞれ供給される。
【００５７】
粒状化室４０内の圧力は弁５２、５３及び排気装置５４、電気炉４６内の圧力は弁５５及び排気装置５６によりそれぞれ制御される。電気炉４６の内圧を大気圧より若干高めに、粒状化室４０の内圧を大気圧より若干低めに維持すれば、電気炉４６で溶融した金属は差圧によりノズル４２から皿形回転ディスク４３上に供給される。供給された金属は皿形回転ディスク４３による遠心力の作用で微細な液滴状になって飛散し、冷却されて固体粒子になる。生成した固体粒子は排出管４５から自動フィルター５７に供給され分別される。符号５８は微粒子回収装置である。
【００５８】
高速回転体が円盤状又は円錐状の場合は、溶融金属が回転体のどの位置に供給されるかによって溶融金属にかかる遠心力が大きく異なるので、粒の揃った球状粉体を得にくい。高速回転する皿形ディスク上に供給した場合は、その皿形の周縁位置における均一な遠心力を受け粒の揃った小滴に分散して飛散する。飛散した小滴は雰囲気ガス中で急速に冷却し、固化した小粒となって落下し、回収される。得られた生成物は、２０μｍ以下の粒子である。
【００５９】
上記のような装置を用いて溶融物を粉末化する研究を行うことにより、溶融物は急速冷却固化中に自己組織化され、個々の微小粒子が点在物、或いは空隙などにより相互に隔離され、単結晶体、多結晶体、アモルファスから選択される少なくとも１種を含むコンポジット構造を有する微小粒子の集合体になること、及び原料の組成及び雰囲気ガスの種類によって、個々の微小粒子は、点在物、或いは空隙などにより相互に隔離されたものとなることが知られている。なお自己組織化とは、均一相である溶融物が、その分散、急速冷却固化過程で、自動的にコンポジット構造を形成することを言う。
【００６０】
皿形ディスクの回転数が高くなるほど、得られた粒子の径は小さくなる。内径３５ｍｍ、深さ５ｍｍの皿形ディスクを用いた場合、平均粒径２００μｍ以下の粒子を得るためには毎分３０，０００回転以上とすることが望ましい。
【００６１】
粒状化室に供給する雰囲気ガスの温度は室温でよいが、長時間連続操業する場合には、溶融物の小滴の急冷効果を維持するため、粒状化室内温度が１００℃以下になるように通気量を制御することが望ましい。尚、遠心式粒状化装置は、本発明に係る高融点金属粒子の作成にも用いられる。
【００６２】
１．実施例１
（１）導電性組成物の製造
まず、図５に記載された遠心式粒状化装置を用いて、高融点金属粒子、及び、低融点金属粒子を製造した。高融点金属粒子の原料としてはＣｕを使用し、低融点金属粒子として、Ｉｎ／Ｓｎ合金を使用した。Ｉｎ／Ｓｎ合金は、Ｉｎ５０ｗｔ％、Ｓｎ５０ｗｔ％の組成のものを用いた。
次に、樹脂としてエポキシ樹脂、高融点金属粒子として、前工程で得られたＣｕ粒子、低融点金属粒子として、コンポジット構造を有するＩｎ／Ｓｎ合金粒子（粒径２０μｍ）を混合し導電性ペーストを製造した。
導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合は、５０重量パーセントであり、低融点金属粒子の割合は、５０重量パーセントであった。
また、樹脂１００重量部に対し、導電性金属粒子の割合は、９５重量パーセントであった。
【００６３】
（２）電子デバイスの製造
基板として、合成樹脂（例えばＰＥＴ）を基材とする厚さ５０μｍのものを使用した。
次に、得られた導電性ペーストをパターン幅０．３５ｍｍ、ギャップ幅０．１５ｍｍにスクリーン印刷し、その後１５０〜２１０度で３０分熱処理を行い、電極を製造した。又、
熱処理を、１５０〜２１０度で行ったため、基板であるＰＥＴフィルムにダメージがないことが確認できた。
【００６４】
更に、得られた電極の比抵抗値（Ω・ｃｍ）を、膜厚、パターン幅及びパターン長さより算出した。
【００６５】
図６は、実施例１で得られた電子デバイスの断面写真である。得られた電子デバイスは、基板と、配線パターンを含む。配線パターンは、絶縁層、導電層の２層に分かれ、導電層の表面を絶縁層が被膜している。又、導電層では、低融点金属が融解して固化したため、隙間や断線等がない構造を取ることが分かる。又、高融点金属粒子の融点未満の温度で熱処理を行ったにも関わらず、その形状が確認できないため、高融点金属粒子は、融解した低融点金属粒子に被膜されていることが確認できる。
【００６６】
２．実施例２
実施例１で用いた高融点金属粒子、低融点金属粒子、及び、エポキシ樹脂を使用して同様に導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、表１に記載されたものであった。
【００６７】
更に、得られた導電性ペーストを用いて、実施例１と同様の方法で電子デバイスを製造し、得られた電極の比抵抗値（Ω・ｃｍ）を算出した。
【００６８】
３．実施例３
実施例１で用いた高融点金属粒子、低融点金属粒子、及び、エポキシ樹脂を使用して同様に導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、表１に記載されたものであった。
【００６９】
更に、得られた導電性ペーストを用いて、実施例１と同様の方法で電子デバイスを製造し、得られた電極の比抵抗値（Ω・ｃｍ）を算出した。
【００７０】
４．比較例１
銀粒子、及び、エポキシ樹脂を使用して導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、表１に記載されたものであった。
更に、得られた導電性ペーストを用いて、実施例１と同様の方法で電子デバイスを製造した。
【００７１】
図７は、比較例で得られた電子デバイスの断面写真である。この断面写真により、銀粒子は、その表面を被膜されることなく、個々に存在することが分かる。更に、樹脂に断線部が見られ、銀マイグレーションが起こったことが確認できる。
【００７２】
５．比較例２
高融点金属粒子としてＣｕ粒子、低融点金属粒子として粒径２０μｍのＩｎ／Ｓｎ合金、及び、実施例１で用いたエポキシ樹脂を使用して導電性ペーストを作成した。得られた導電性ペーストの組成は、実施例１と同様であった。又、Ｉｎ／Ｓｎ合金は、コンポジット構造を含有しないものを使用した。
【００７３】
【表１】
【００７４】
Ａ：導電性粒子全量に対する高融点金属粒子の割合（重量パーセント）
Ｂ：導電性粒子全量に対する低融点金属粒子の割合（重量パーセント）
Ｃ：樹脂１００重量部に対する導電性金属粒子の割合（重量パーセント）
表１は、実施例１〜３、及び、比較例で製造した導電性ペーストの組成を示したものである。
＜導電性試験＞
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２は、実施例１〜３で製造された電子デバイスの導電性を示す表である。表に示したように、実施例１〜３で製造された全ての電子デバイスは良好な導電性を示した。
【００７７】
＜実施例、及び、比較例の対比＞
表１、及び、表２より、実施例１〜３は、良好な導電性を示した。このことにより、実施例１〜３では、銅の酸化を防止できたことが分かる。更に、図５の断面写真により、実施例1〜３では、樹脂層と、導電層の２層に分かれ、絶縁層の表面を樹脂層が被膜している。又、絶縁層では、低融点金属が融解して固化したため、隙間や断線等がない構造を取ることが分かる。
【００７８】
これに対して、比較例では、図６の断面写真に示されたように、銀粒子が、その表面を被膜されることなく、個々に存在しているため、銀マイグレーションが起こったことが分かる。図６の中間部に現れた暗色部分が銀マイグレーションによる断線部分を示している。
【００７９】
＜強度試験＞
次に、実施例１〜３で製造された導電性ペーストと、比較例２で製造された導電ペーストをそれぞれＰＥＴフィルムに塗布し、そのＰＥＴフィルムを何回折り曲げると、断線が生じるかを測定する強度試験を行った。加える荷重や、塗布する厚さ、室温等の実験条件は同一とした。
【００８０】
比較例２の導電性ペーストを塗布したＰＥＴフィルムは、５０回を超過する折り曲げを行うと、断線が生じた。
【００８１】
実施例１〜３は、５０回の折り曲げでは断線を生じることはなく、５０００回を超過する折り曲げによって、初めて断線が生じた。
【００８２】
以上の結果から、本発明に係る導体パターン用導電性組成物は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含む高融点金属粒子と、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む低融点金属粒子とを含有していても、低融点金属粒子がコンポジット構造を含有していないと、フレキシブル配線を作成する際に、そのしなりに対応し、断線を防止することができないことが分かった。
【００８３】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 導電性組成物
２ 樹脂
３ 導電性金属粒子
４ 高融点金属粒子
５ 低融点金属粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と、導電性金属粒子とを含む導体パターン用導電性組成物であって、
前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでおり、
前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含んでおり、
前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む、
導体パターン用導電性組成物。
【請求項２】
請求項１に記載された導体パターン用導電性組成物であって、
前記樹脂は、熱硬化性樹脂であり、硬化点が、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い、
導体パターン用導電性組成物。
【請求項３】
熱硬化性樹脂と、導電性金属粒子を含む導体パターン用導電性組成物であって、
前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでおり、
前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、
前記熱硬化樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い、
導体パターン用導電性組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された導電性組成物であって、粉状又はペースト状である、導電性組成物。
【請求項５】
回路基板と、導体パターンとを含む電子デバイスであって、
前記導体パターンは、前記回路基板上に設けられ、導電層と、絶縁層とを含んでおり、
前記絶縁層は、前記導電層の一面上に存在しており、
前記導電層は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでおり、
前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含んでおり、
前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む、
電子デバイス。
【請求項６】
回路基板と、導体パターンとを含む電子デバイスの製造方法であって、
回路基板上に、請求項１乃至４のいずれかに記載された導電性組成物を塗布し、
次に、１００〜３００℃で熱処理を行う、
工程を含む、製造方法。
【請求項１】
樹脂と、導電性金属粒子とを含む導体パターン用導電性組成物であって、
前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでおり、
前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含んでおり、
前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む、
導体パターン用導電性組成物。
【請求項２】
請求項１に記載された導体パターン用導電性組成物であって、
前記樹脂は、熱硬化性樹脂であり、硬化点が、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い、
導体パターン用導電性組成物。
【請求項３】
熱硬化性樹脂と、導電性金属粒子を含む導体パターン用導電性組成物であって、
前記導電性粒子は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでおり、
前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、
前記熱硬化樹脂の硬化点は、前記低融点金属粒子の融点より高く、前記高融点金属粒子の融点より低い、
導体パターン用導電性組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された導電性組成物であって、粉状又はペースト状である、導電性組成物。
【請求項５】
回路基板と、導体パターンとを含む電子デバイスであって、
前記導体パターンは、前記回路基板上に設けられ、導電層と、絶縁層とを含んでおり、
前記絶縁層は、前記導電層の一面上に存在しており、
前記導電層は、高融点金属粒子と、低融点金属粒子とを含んでおり、
前記高融点金属粒子は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、または、Ｎｉの群から選択された少なくても１種を含んでおり、
前記低融点金属粒子は、コンポジット構造を有し、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの群から選択された少なくても１種を含む、
電子デバイス。
【請求項６】
回路基板と、導体パターンとを含む電子デバイスの製造方法であって、
回路基板上に、請求項１乃至４のいずれかに記載された導電性組成物を塗布し、
次に、１００〜３００℃で熱処理を行う、
工程を含む、製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４２０９３（Ｐ２０１１−１４２０９３Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０７１（Ｐ２０１１−１２０７１）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【分割の表示】特願２００７−２２７５１６（Ｐ２００７−２２７５１６）の分割
【原出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（５０４０３４５８５）有限会社ナプラ (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【分割の表示】特願２００７−２２７５１６（Ｐ２００７−２２７５１６）の分割
【原出願日】平成１９年９月３日（２００７．９．３）
【出願人】（５０４０３４５８５）有限会社ナプラ (55)
【Ｆターム（参考）】
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