焼成の更なる低温・短時間化を目指した無機ペースト用バインダー新規導電性ペースト用低温分解材料 (信州大院理工学系) 英謙二（新中村化学）○高田浩平、古賀徳仁 (和歌山県工技セ) 山下宗哲 [1PB02] (Tel: 073-423-3256) 新中村化学工業株式会社の高田浩平、信州大学大学院理工学系研究科の英謙二教授、和歌山県工業技術センターの山下宗哲らの研究グループはアクリル系樹脂の組成・分子量の設計、及び信州大学のシーズである油性ゲル化剤(シクロアスパルテーム誘導体)との配合比の最適化により、電子部品等に使用される優れた焼成特性を持った無機ペースト用新規バインダーを開発した。図 1 に本ゲル化剤の化学構造を示す。本バインダーを使用した無機ペーストは、市販のエチルセルロース樹脂やブチラール樹脂を使用した系と同等のスクリーン印刷適性を維持しつつ、焼成の更なる低温・短時間化が可能となる。また、本バインダー成分であるアクリル系ポリマーはその原料モノマーが工業用に多種類が市販されており、分子量制御や組成設計の自由度が高く、更にゲル化剤の添加量変更等により、ペーストの粘弾性特性の改善が容易となる。 O H HN O O O NH H 図 1. 信州大学のゲル化剤【略名：Cyclo(L-Asp(OR)-L-Phe)】の化学構造スクリーン印刷技術にて微細パターンを形成する時、導電性ペースト(無機粒子を含む)の一成分として“無機粒子の分散性” ・“印刷配線の形状維持” ・ “印刷適性向上”を目的としたバインダーが使用されており、エチルセルロース樹脂やブチラール樹脂を中心に使用されている。図 2 にスクリーン印刷の概念図を示す。焼成図 2. スクリーン印刷とはまた、最近の電子部品では、アルミナのような高温焼成タイプの無機粒子から、ガラス粒子等の低温焼成タイプの無機粒子まで、焼成条件が広範囲となりつつある。しかしながら、市販のエチルセルロース樹脂やブチラール樹脂のバインダーにおいては、これらの広範囲の焼成条件に対応不可であり、特に低温焼成型の無機粒子を焼結させる場合や、酸化防止を目的とした還元性雰囲気中で金属粒子を焼結させる場合、焼成不良としてカーボン等の残渣を生じ、セラミックスや金属導体などの最終製品の特性が低下するという問題がある。また、既存のアクリル樹脂では焼成の低温化は可能であるが、アクリル独特の糸曳性によりスクリーン印刷適性が悪化する。そこで、我々は市販のエチルセルロース樹脂やブチラール樹脂を使用した系と同等のスクリーン印刷適性を維持しつつ、焼成の低温化が可能となるアクリル樹脂系バインダーの開発を行い、成功に至った。図 3 に本バインダーを使用した銀ペーストのスクリーン印刷パターンを示す。基材：PET フィルムスクリーン版： L/S=165/165 (μm) 図 3. 新規バインダーを使用した銀ペーストのスクリーン印刷パターンバインダー単体の TG-DTA 測定結果を表 1 に示す。新規バインダーはエチルセルロース樹脂やブチラール樹脂と比較して、分解開始温度が低く、残渣(Residue)も少ない事が確認できた。表 1. TG-DTA 測定による熱重量減少温度 Polymer Temperature (℃) Residue T T T Novel acrylic compounds*1 310 368 391 ＜0.7 Ethyl cellulose resin 323 360 ＞500 ＜6.0 Butyral resin 340 401 450 ＜1.2 5 *1 50 95 (%) 試料 10mg、昇温条件：30®500℃，レート 10℃/min, 窒素雰囲気下エチルセルロース樹脂または新規バインダーをスライドガラス上に塗布し、空気雰囲気下で 400℃ -30 分間焼成させた後、デジタルマイクロスコープにて観察した結果を図 4 に示す。エチルセルロース樹脂新規バインダー図 4. 400℃-30 分間にて焼成後のバインダーのデジタルマイクロスコープ観察結果図 4 から、エチルセルロース樹脂では中心部に未分解物らしき残渣が確認されたが、新規バインダーでは未分解物が確認できなかった。よって、新規バインダーの使用により、400℃-30 分間での焼成が可能である事が示唆される。【適用分野】：積層セラミックコンデンサ(MLCC)、LTCC、太陽電池他【謝辞】：本研究は(公財)わかやま産業振興財団の H26 年度未来企業育成事業により実施致しました。