電子ペーストは ペースト状または 流体電子材料通常はスクリーン印刷、インクジェット印刷、 コーティング、パッド印刷、または3D印刷。ペーストは、セラミック、ガラス、ポリマーフィルム、シリコンウェハー、金属ベースなどの基板上に塗布され、焼結または硬化することで機能性フィルムまたはパターンを形成します。
厚膜回路、MLCC（積層セラミックコンデンサ）、積層チップインダクタ、太陽電池、半導体パッケージ、ディスプレイデバイス、センサーなどに広く使用されています。このペーストは、導電性、抵抗調整、誘電性、保護性、透明導電性など、複数の役割を担っています。
一見すると、電子ペーストは粘着性のある塊のように見えますが、実際には多相複合システムであり、通常は機能性粉末、バインダー、有機キャリアで構成されています。
ほとんどの厚膜ペーストでは、このシステムには機能性粉末、ガラス粉末、有機キャリアが具体的に含まれています。機能性粉末は電気性能を決定し、ガラス粉末は構造安定性と接着性を提供し、有機キャリアはプロセス適応性を確保します。これら3つの成分はそれぞれ異なる役割を担いながらも相互に依存しており、これらが組み合わさることでペーストの最終的な性能が決まります。
特殊なケースでは、ガラス粉末が使用されない場合があります。その場合、代わりに樹脂または自己焼結金属が構造部品として使用されます。
機能性パウダー – 機能を定義する核
電子ペーストにおいて、機能性粉末の役割は電気特性を付与することです。粉末の種類は、デバイスにおけるペーストの機能を直接的に決定します。ペーストが導電性、抵抗性、絶縁性、あるいは導電性を持ちながら光を透過するかを決定します。
- 導電性ペースト銀（Ag）、銅（Cu）、ニッケル（Ni）、銀メッキ銅などの金属。これらは導電経路を形成し、電極として機能します。
- 抵抗ペースト酸化ルテニウム（RuO₂）や酸化ロジウム（RhO₂）などの酸化物粉末。これらは制御された抵抗値を提供します。
- 誘電体ペーストチタン酸バリウム（BaTiO₃）やチタン酸バリウムストロンチウム（BST）などの粉末。絶縁性と電荷貯蔵性を確保します。
- 透明導電性ペーストITO（インジウムスズ酸化物）、銀ナノワイヤ、またはグラフェン。これらは光透過性を維持しながら電気伝導を可能にします。
ガラス粉末 – 「バインダー」と「構造調整器」
ペーストの配合において、ガラス粉末は主役ではありませんが、決定的な役割を果たします。焼結過程において、ガラス粉末は軟化して流動化し、最終的には基材および粉末と共存して固まります。ガラス粉末はバインダーと構造調整剤の両方の役割を果たします。
主な役割は次のとおりです。
- 接着ガラスは高温で軟化し、金属や酸化物をセラミック、ガラス、シリコン基板に接着します。ガラスがないと電極が剥がれる可能性があります。
- 高密度化: 流動性により粒子間の空隙が充填され、膜密度が向上し、電気的安定性が向上します。
- 熱膨張マッチングガラスの組成を調整することで、ガラスの膨張係数を基板の膨張係数に近づけることができます。これにより、応力が軽減され、ひび割れや反りの発生を防ぎます。
機能性粉末は電気特性を決定します。ガラス粉末は、これらの特性が安定して長期間持続することを保証します。
注記ガラス、PET、またはPI基板に使用される透明導電性ペーストは、多くの場合、エポキシ、アクリル、PUなどのポリマーをバインダーとして使用します。これらのペーストは、ガラス粉末を使用せずに低温、あるいは室温で硬化します。
電子ペーストの主なガラスシステム
| ガラスの種類 | 代表制 | ガラス軟化点（°C） | 化学薬品 安定性 | 熱膨張係数（10°C-1） | 利点 | デメリット |
| 鉛ガラス | Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等 | 350-600 | 優れた安定性 | 70-120 | 抵抗が高く、誘電損失が低く、軟化温度が低く、化学的安定性が優れています。 | 酸化されやすい AIN セラミックは、人間と環境に重大なリスクをもたらします。 |
| ビスマスガラス | Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等 | 350-500 | 優れた安定性 | 90-150 | 高ビスマス酸化物は鉛ガラスと同様に軟化温度が低く、化学的安定性に優れています。 | 酸化されやすい AIN セラミックは高価で、ビスマスが沈殿しやすく、耐酸性も低いです。 |
| ホウ酸塩ガラス | Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等 | 300-600 | あまり安定していない | 90-150 | 低融点は、アルカリ金属、アルカリ土類金属ガラス、または重金属イオンを添加することによってのみ達成できます。 | 化学的に不安定で、一般に熱膨張係数が高く、相分離を起こしやすい傾向があります。 |
| 亜鉛ガラス | Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0等 | 450-600 | 優れた安定性 | 60-90 | 安定した化学的性質、低い熱膨張係数、高い接着強度、低い融点を備えています。 | また、はんだ付け性も悪く、高温フラックス性も劣ります。 |
有機キャリア - プロセス制御の鍵
有機キャリアは、溶剤（重量比65～98%）、増粘剤、チキソトロピー剤、界面活性剤、および流動性改質剤の混合物です。少なくとも有機溶剤と増粘剤を含みます。一般的な溶剤としては、ジエチレングリコールエーテルアセテート、クエン酸トリブチル、フタル酸ジブチルなどがあります。
キャリアは電気的機能には寄与しませんが、加工性を制御します。また、レオロジー特性や基板への初期接着性も決定します。
最近の傾向としては、低残留性、低臭性、そして環境に優しい担体が挙げられます。一部の製品では、環境に配慮した製造要件を満たすために、水系または無機コロイド系を採用しています。
結論
機能性粉末は電子ペーストに電気特性を与えます。ガラス粉末は、これらの特性を安定かつ耐久性のある形で確保します。有機キャリアは、製造時の加工性を確保します。これら3つの部分は、機能的に明確に区分されていますが、相互に依存しています。そして、これらが組み合わさることで、バランスの取れた多相系を形成します。