JP2000319622A - 導電性接着剤及びそれを部品接続材料として用いた回路基板 - Google Patents
導電性接着剤及びそれを部品接続材料として用いた回路基板Info
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Abstract
する導電性接着剤において、はんだの代替となりうるよ
うな良好な接合強度及び接続抵抗特性、優れた印刷性を
実現する。 【解決手段】 導電性接着剤は、硬化時に収縮する基材
樹脂としてのエポキシ樹脂を含む樹脂材料と、該樹脂材
料に含有され該エポキシ樹脂の収縮力により互いに接触
して導電性を確保するための導電フィラーとを備える。
さらに、該エポキシ樹脂は、液状のビスフェノール型エ
ポキシ樹脂に対して、硬化された後の分子構造において
ビスフェノール型エポキシ樹脂よりも並進・回転運動の
少ないビフェニル型エポキシ樹脂と、一分子中に3個の
反応基としてのオキシラン環を有する3官能フェノール
型エポキシ樹脂とを含有してなる。
Description
部品を実装するために使用する導電性接着剤及びそれを
部品接続材料として用いた回路基板に関する。
部品の電極と、回路基板上に形成された回路に付随する
電極部(電極ランド)等の導電性部材との間に、電気的
接続を形成する材料として、Pb/Sn合金などの共融
金属からなる従来のはんだ組成物は古くから知られてい
る。
表面酸化物を除去するために、フラックス組成物を必要
とする。また、そのフラックス材料による腐食を防ぐた
めに、通常、フラックス材料は溶剤を用いて除去される
が、従来のフラックスを除去する溶剤は環境的に問題が
あり、且つ製造工程が複雑になる。水洗浄や洗浄不要な
フラックスの使用により、上記洗浄溶剤の問題は減少し
つつあるが、現在の電気及び電子用のはんだの主材料で
あるPbは、酸性雨による地下水汚染の原因であり、同
様に環境問題として取りざたされている。
点を考慮して、樹脂材料中に導電フィラーを含有させて
なる導電性接着剤による電気的接続方法が検討されてい
る。その例としては、低分子アミン系の硬化剤を含有す
るものが特開昭60−124615号公報に、また、エ
ポキシ樹脂に硬化剤として2−フェニル−4−メチル−
5−ヒドロキシメチルイミダゾールを用いた接着剤が特
開昭59−142270号公報に、同じくエポキシ樹脂
に硬化剤としてノボラックフェノール樹脂や特定のポリ
アリルフェノール樹脂を用いた接着剤が特開平3−21
5583号公報に開示されている。
ンジアミドが接合強度的に有用であるのは一般的に知ら
れていることである。また、工法上の必要条件として、
生産性を考慮した場合、はんだと同じリフロー炉等のベ
ルト炉が使用でき、電子部品に大きな悪影響を及ぼさな
い150℃程度且つ短時間で加熱硬化可能で、尚かつ、
保存安定性(印刷性を確保すべく粘度を安定したものと
する等)に優れた導電性接着剤が必要である。
たような従来の導電性接着剤をはんだ代替として電子部
品の接続に用いた場合には、初期的な接合強度、接続抵
抗等の特性、及び、それらの特性の耐湿性、耐熱衝撃
性、耐高温放置性等の各種耐久試験による安定性という
面で、満足な導電性接着剤が得られていないのが現状で
ある。
されている各種導電性接着剤を、150℃にて10分
間、加熱硬化させた場合の、初期部品強度と初期抵抗値
との関係を図20に示す。これは、図20に示す様に、
回路基板上の電極部J1に導通するように、上記市販の
導電性接着剤J2を図中の黒い太線で示すパターンで印
刷し、その導電性接着剤の上に、Ag/Pd電極を有す
る3216型コンデンサJ3を搭載し、電極部J1とコ
ンデンサJ3とを電気的に接続する。ここで、図20中
に上記パターンの各寸法を示す数値の単位はmmであ
り、導電性接着剤J2の厚さは100μmである。
0に示す様に4端子法にて測定した比抵抗値(単位:μ
Ω・m)で評価し、接合強度は引っ張り試験により求め
たコンデンサ接合初期強度(単位:N)で評価した。な
お、図20中の二重丸プロットは、導電性接着剤J2の
代わりにAg厚膜配線上にはんだを形成し、同条件にて
測定した結果である。図20からわかるように、従来の
導電性接着剤においては、はんだ接続に匹敵する接合強
度及び接続抵抗特性を有する材料がないという点に問題
があった。
の代替となりうるような良好な接合強度及び接続抵抗特
性を有する導電性接着剤を提供することを第1の目的と
する。また、本発明は、上記第1の目的を達成しつつ、
印刷性に優れた導電性接着剤を提供することを第2の目
的とし、さらに、上記第1または第2の目的を実現する
導電性接着剤を部品接続材料として用いた回路基板を提
供することを第3の目的とする。
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、導電性確保の
ためには、導電フィラー間の接触圧力を高める必要があ
ること、その接触圧力を高める手法として、或程度以上
の硬化収縮性を有する樹脂材料を使用し、且つ、タップ
密度の低い導電フィラーを使用することが有効であるこ
とを新たに見出した。
性から、ビスフェノール型エポキシ樹脂よりも並進・回
転運動の少ない樹脂前記樹脂は硬化時に収縮する樹脂
と、一分子中に多くの反応基を有する樹脂とを含有する
エポキシ樹脂にて材料を構成すれば良いことを見出し
た。本発明は、これらの知見に基づいてなされたもので
ある。
明では、回路基板上に電子部品を実装するために使用す
る導電性接着剤において、硬化時に収縮する基材樹脂を
含む樹脂材料と、該樹脂材料に含有され該基材樹脂の収
縮力により互いに接触して導電性を確保するための導電
フィラーとを備え、さらに、該樹脂材料は、硬化された
後の分子構造においてビスフェノール型エポキシ樹脂よ
りも並進・回転運動の少ない樹脂と、一分子中に複数個
の反応基を有する樹脂とを含有していることを特徴とす
る。
硬化時に基材樹脂の収縮によって発生した収縮力を、金
属フィラー同士の接触力として有効に働かせ、良好な導
電性を確保することができる。また、樹脂材料は、硬化
された後の分子構造においてビスフェノール型エポキシ
樹脂よりも並進・回転運動の少ない樹脂と、一分子中に
複数個の反応基を有する樹脂とを含むが、硬化後の導電
性接着剤において、前者の樹脂により並進・回転運動が
抑制され、後者の樹脂により良好な樹脂の架橋(3次元
化)がなされるため、樹脂自体の強度を向上させること
ができ、接合強度を確保することができる。
なりうるような良好な接合強度及び接続抵抗特性を有す
る導電性接着剤を提供することができ、上記第1の目的
を達成することができる。ここで、導電フィラーを、少
なくともリン片状の金属を含むものとすれば、導電フィ
ラー同士の接触面積をより良好に確保することができ
る。そして、そのような導電フィラーの金属としては、
Ag、Au、Pt、Pd、Ni、Cu、及びそれらの合
金から選択された少なくとも1種のものを採用できる。
求項4記載の発明のように、樹脂材料として、硬化時の
収縮応力が50〜300kg/cm2であるものを用
い、請求項5記載の発明のように、導電フィラーとし
て、タップ密度が2.4〜4.5g/cm3であり、比
表面積が0.3〜1.5m2/gであるリン片状銀粉を
含むものを用いることができる。
のより具体的な導電性接着剤としては、請求項6の発明
のように、上記樹脂材料が、基材樹脂としてのエポキシ
樹脂、硬化剤としてのフェノール樹脂及びジシアンジア
ミド変性物、カップリング剤、及び反応性希釈剤、を含
有してなるものを採用できる。また、請求項7ないし請
求項15の発明は、本発明者等の実験検討に基づいて、
請求項6の導電性接着剤を更に具体化することにより、
はんだの代替となりうるような良好な接合強度及び接続
抵抗特性を有することに加えて、印刷性に優れた導電性
接着剤を提供するものであり、上記第2の目的を達成す
るものである。
ビスフェノールF型エポキシ樹脂等に代表される液状の
ビスフェノール型エポキシ樹脂中に、3官能フェノール
型エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂を含むも
のを採用することができ(請求項7及び請求項8の発
明)、液状のビスフェノール型エポキシ樹脂70〜90
重量部に対し、これら3官能フェノール型及びビフェニ
ル型エポキシ樹脂の合計が10〜30重量部であること
が好ましい(請求項9の発明)。なお、重量部とは重量
比率を意味する。
液状のポリアリルフェノール樹脂、または、液状のアル
キル変性ノボラックフェノール樹脂を採用でき(請求項
10の発明)、硬化剤としてのジシアンジアミド変性物
は、ジクロロフェニルメチルウレアによるシアンジアミ
ド変性物を採用でき(請求項11の発明)、これら硬化
剤の添加量は、基材樹脂としてのエポキシ樹脂85重量
部に対し、フェノール樹脂が5〜25重量部、ジシアン
ジアミド変性物が5〜15重量部であることが好ましい
(請求項12の発明)。
有するシランカップリング剤を採用でき(請求項13の
発明)、反応性希釈剤は、環状脂肪族エポキシ樹脂、ま
たは、単官能型のアルキルフェノールグリシジルエーテ
ルを採用できる(請求項14の発明)。また、導電フィ
ラーは、前記基材樹脂としてのエポキシ樹脂85重量部
に対し、500〜700重量部、添加することが好まし
い(請求項15の発明)。
ないし15のいずれか1つに記載の導電性接着剤を回路
基板の電極部に印刷により形成し、印刷された該導電性
接着剤の上に電子部品を搭載した後、該導電性接着剤を
加熱硬化することにより、該電子部品を該電極部に電気
的に接続してなることを特徴とするもので、上記第1ま
たは第2の目的を実現する導電性接着剤を部品接続材料
として用いた回路基板を提供することができ、上記第3
の目的を達成できる。
説明する。まず、導電性接着剤の接続における導電性の
発生原理を示す。図1に示す様に、導電性接着剤1は樹
脂2のマトリクス中に導電性材料よりなる導電フィラー
3が分散した構造となっている。この導電性接着剤1
は、回路基板4上に形成された部品接続用のランド(電
極部)5上に、印刷等の手法で供給された段階では、フ
ィラー3同士の間に圧力は働かず、導電性はほとんどな
い。この状態から加熱硬化すると、樹脂2が硬化する際
に、収縮を起こし、フィラー3間に接触圧力が発生し、
導電性が生ずる。フィラー3とランド5との界面も同様
である。
たものが図2である。図2は、図3に示す様に、熱板1
00上に設置された回路基板4における導電性接着剤1
上に、コンデンサ等の電子部品(本例では3216型コ
ンデンサ)6を、その電極(本例ではAg/Pd電極)
7にて搭載し、硬化過程中の抵抗値の変化をみたもので
ある。
軸左側に回路基板4の温度である基板温度(℃)、縦軸
右側に導電性接着剤1の接続抵抗特性の変化をみるため
に抵抗値(Ω)を示してある。白丸プロットが抵抗値、
黒丸プロットが基板温度である。このように、硬化の進
行に伴って樹脂2が収縮することで、抵抗値が小さくな
り導電性が発生する。従って、収縮力の大きい樹脂が有
利であるが、あまり大きいと接着剤1において内部応力
が大きくなり、クラック等の原因となる。
電フィラー3の接触圧との関係について示す。図4に示
す様に、サイズや形状を変えることによりタップ密度を
異ならせた導電フィラー3を同一体積の樹脂2中に分散
させた場合、タップ密度の低いフィラー3の方が樹脂2
の収縮力を受けやすい。即ち、タップ密度が低いフィラ
ー3は、フィラー3間あるいはランド5とフィラー3間
の接触圧を大きくすることができる。
ると、印刷性や接合強度の点で問題となる。例えば、タ
ップ密度が低くなりすぎると、接合強度を確保するため
に必要な樹脂量や、印刷する上で必要な流動性を維持す
るための樹脂量が多くなるため、接合強度や印刷に必要
な粘性が確保できなくなる。ここで、導電性接着剤の樹
脂材料における好ましい収縮力を硬化時の収縮応力(内
部応力)として求めた。この硬化時の収縮応力の測定方
法を図5を参照して述べる。
厚さ0.145mmである矩形板状のカバーガラス10
0に導電性接着剤に用いられる樹脂材料のペースト20
0を塗布し、テストピースを作製する。その際、カバー
ガラス100における横方向の両サイドの部位(例えば
1mm幅)110にガイドテープ(セロハンテープ)を
貼り、ペースト200の膜厚を調整する。
プを剥がし、上記テストピースを熱風乾燥機に入れ、該
樹脂材料の標準硬化条件でペースト200を乾燥、硬化
させ、硬化膜とする。硬化後、常温に戻す。この状態が
図5(a)である。図5(a)中、200はペーストが
硬化膜となったものである。常温に戻してから、硬化膜
200の膜厚と反りを測定し、収縮応力を計算する。
5に示す。なお、以下の数式中、Pは収縮応力(kg/
cm2)、δは反り(mm)(図5(b)参照)、rは
曲率半径(mm)(図5(c)参照)、Egはガラスの
ヤング率(例えば6900kg/mm2)、hgはカバ
ーガラス100の厚み(例えば0.145mm)、hp
は硬化膜200の厚み(mm)、εは硬化膜200の最
大たわみ量である。
=1/k、Lは縦方向(例えば24mm)及び横方向
(例えば32mm)のカバーガラス100の長さであ
る。
式1に代入し、Egとhgの上記具体値を代入すると、
数式5のようになる。
その結果、硬化時の収縮応力が、50〜300kg/c
m2であることが好ましいことがわかった。良好なフィ
ラーの接触を確保し導電性を高めるには50kg/cm
2以上であることが好ましく、クラックの発生を抑制す
るには300kg/cm2以下であることが好ましい。
た、導電性接着剤の樹脂材料における基材樹脂及び硬化
剤の考え方や選定について述べる。良好な部品接合強度
を得るための材料は、以下のものである必要がある。即
ち、強い強度を得るためには、樹脂材料が高強度且つ高
密度ネットワークとなっている必要があり、図6に示す
考え方による基材樹脂(主剤)としてのエポキシ樹脂、
硬化剤が必要となる。
多く、ペースト化する際に粘度が高くなり、印刷性が劣
化するため、基材樹脂としては、低粘度の液状エポキシ
を用いる必要がある。そのようなものとして、導電性接
着剤1の樹脂材料のうち基材樹脂であるエポキシ樹脂に
は、比較的安価なビスフェノール型エポキシ樹脂(図6
ではビスフェノールF型)を主に用いることができる。
(ベース)は、各ベンゼン環の間のアルキル基の部分が
回転・並進運動しやすく、強度低下の要因であるため、
アルキル基を含まないビフェニル型のようなエポキシ樹
脂(回転・並進抑制樹脂)を添加することが有効であ
る。また、図6中に示す様に、エポキシ樹脂は、オキシ
ラン環の部分が開環反応して高分子化するために、一分
子に多くのオキシラン環を有する3官能型のエポキシ樹
脂(ネットワーク樹脂)を添加すれば、樹脂間のつなが
り(架橋)が多くなり、高密度なネットワークが形成さ
れ、高強度になる。
ルF型エポキシ樹脂に、図6中に示す分子構造を有する
回転・並進抑制樹脂であるビフェニル型、ネットワーク
樹脂である3官能型のエポキシ樹脂を添加し、その強度
と導電性について実験的に確認した。その結果を図7に
示す。図7において、横軸は接合強度(N/mm2)、
縦軸は導電性(mΩ)を示し、各プロットにおいては、
黒丸は基材樹脂(主剤)がビスフェノールF型のみの場
合、白三角、白丸及び白四角は、ビスフェノールF型に
対して、それぞれ、ビフェニル型、3官能型、ビフェニ
ル型と3官能型とを50/50の比率で混合したもの
を、図7中に示す重量%(10%、20%、30%の目
盛りに基づく)にて、添加していったものである。
料は、硬化剤としてアミン系のものを添加している。ま
た、図7中の導電性は、上記図20中の接合強度を測定
した試料と同一形態の部品を使用し、その部品の電極と
下地の回路基板側の電極部(ランド)との間の抵抗値で
ある。図7に示す様に、ビフェニル型、3官能型のエポ
キシ樹脂のビスフェノールF型に対する添加によって強
度(接合強度)は向上している。また、3官能型のエポ
キシ樹脂は収縮力向上にも寄与し、導電性にも好影響を
与えている。
ける基材樹脂の考え方を述べてきたが、硬化剤について
も同様なことが言える。硬化剤によって基材樹脂である
エポキシ樹脂が硬化した時、硬化剤は該エポキシ樹脂中
に取り込まれる構造となるため、硬化剤自体が高強度で
ある必要がある。本発明者等は、フェノール系及びアミ
ン系硬化剤を中心に、図7中の矢印Aで示される組成と
したエポキシ樹脂(ビスフェノールF型80重量部、ビ
フェニル型10重量部、3官能型10重量部)を使用し
た場合の、導電性接着剤の強度・導電性について評価し
た。その結果を図8に示す。
トは、上記図7中の矢印Aで示される組成としたエポキ
シ樹脂である。このエポキシ樹脂に対して、硬化剤とし
て、フェノール系(斜線ハッチング付きの丸プロッ
ト)、アミン系(黒丸プロット)、酸無水物系(白三角
プロット)、イミダゾール系(白四角プロット)を添加
した。
フェノール系が有効で、強度に関してはアミン系が有効
であった。これは、導電性に関しては、オキシラン環と
フェノール基の反応時の自己収縮が大きく、アミン系の
反応基の数がネットワークの高密度化による強度向上に
大きく有効であるためと考えられる。最も効果のあった
ものは、フェノール系の中ではアリルフェノール樹脂、
アミン系の中ではジシアンジアミド変性物であった。
合効果がある。図9は、上記図7中の矢印Aで示される
組成としたエポキシ樹脂に対して添加する硬化剤とし
て、アリルフェノール樹脂とジシアンジアミド変性物を
混合したものを用いた例である。両者の混合比率(重量
比)を変えていったときの導電性接着剤の導電性(抵抗
値、mΩ)と部品接合強度(N/mm2)を示す。図9
からわかるように、アリルフェノール系の25〜50%
で望ましい特性となる。
の効果を示す。タップ密度に対する導電性への効果は図
10に示す通りである。このとき、導電フィラーは銀で
あり、その銀フィラーを内包する樹脂材料は、ビスフェ
ノールF型が80重量部、3官能フェノール型が10重
量部、ビフェニル型が10重量部であるエポキシ樹脂8
5重量部に対し、硬化剤としてのポリアリルフェノール
樹脂を15重量部、ジシアンジアミド変性物を8重量部
含有させたものである(つまり、後述の実施例2等の組
成)。
を、幅0.5mm、長さ1cm、厚さ100μmの印刷
体としたときの抵抗値を示す。タップ密度は15gの試
料を20mmの落差にて1000回タップした後の銀フ
ィラー密度を示す。しかしながら、タップ密度が小さく
なりすぎると、印刷性が劣化する。本発明者等は、比表
面積も限定することで、導電性及び印刷性を確保するた
めの樹脂量を必要以上に増やすことなく、導電性・印刷
性の両方を満足する材料を確認した。
た結果、導電フィラーにリン片状銀粉を用いた場合、タ
ップ密度が2.4〜4.5g/cm3、比表面積が0.
3〜1.5m2/gであることが、導電性・印刷性の面
から好ましいことがわかった。なお、ここに示す比表面
積はBET1点法による。以上のように、本実施形態に
おいて、導電性接着剤の接続における導電性の発生原理
を示し、この発生原理に基づいて、導電性接着剤の樹脂
材料における基材樹脂及び硬化剤の考え方や選定、導電
性接着剤の導電フィラーの考え方について述べてきた。
以下、本実施形態に用いる導電性接着剤の、より具体的
な材料構成について示す。
樹脂としての(A)エポキシ樹脂のうちでメインに使用
するエポキシ樹脂(ベース)は、環境上及び接合強度、
導電性等の諸特性上、有機溶剤を含まないで済むことが
できるものが好ましく、また、導電性接着剤の作製上及
び作業適性の調整等のために反応性希釈剤を用いる場合
にも、その添加量が接合強度、導電性等の諸特性上、極
力少量で済むことができるものが好ましい。
て、一分子中にエポキシ基を2個以上含む液状のビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキ
シ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールS型エポキシ樹脂等を用いることができるが、こ
れらエポキシ樹脂のうちで、本実施形態における基材樹
脂のベースとして最も適しているのは、上記の点におい
て、液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂である。
は、基材樹脂としての(A)エポキシ樹脂が、液状のビ
スフェノールF型エポキシ樹脂中に3官能フェノール型
エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂を含むこと
が好ましい。これは上記図6及び図7等において述べた
ように、3官能フェノール型エポキシ樹脂が、ビスフェ
ノールF型エポキシ樹脂の単独使用と比較して、耐久試
験後の接合強度、導電性等の諸特性の安定性はもとよ
り、主に導電性向上の役割を受け持つこと、また、ビフ
ェニル型エポキシ樹脂が主に高強度化の役割を受け持つ
こと、さらに、それらを併用することにより、優れた導
電性及び接合強度を得ることができるからである。
ニル型エポキシ樹脂との混合比率は、導電性と接合強度
のバランスを考えると、重量比で50/50が好まし
く、また、2者の合計のビスフェノールF型エポキシ樹
脂に対する添加量は、ビスフェノールF型エポキシ樹脂
70〜90重量部に対し、10〜30重量部が好まし
い。10重量部未満だと、その効果が充分に表れず、3
0重量部を越えると、粘度上昇に伴い、導電性接着剤の
作製上の問題及び印刷等の作業適性上の問題が生じるた
めである。
て、硬化剤としての(B)フェノール樹脂としては、環
境上及び接合強度、導電性等の諸特性上、有機溶剤を含
まないで済むことができるものが好ましく、また、導電
性接着剤の作製上及び作業適性の調整等のために反応性
希釈剤を用いる場合にも、その添加量が接合強度、導電
性等の諸特性上、極力少量で済むことができるものが好
ましい。
ポリアリルフェノール樹脂、液状のアルキル変性ノボラ
ックフェノール樹脂を用いることができる。これらのフ
ェノール樹脂は、既に公知の技術によって合成しても良
いし、市販品を使用しても良い。また、本実施形態の導
電性接着剤は、硬化剤として(C)ジシアンジアミド変
性物を含むことが好ましい。これはジシアンジアミドで
は目的の低温処理化、短時間処理化が困難であるためで
ある。
能にするジシアンジアミド変性物として、ウレア系材料
による変性物、イミダゾール系材料による変性物等を用
いることができるが、これらジシアンジアミド変性物の
うちで、本発明の硬化剤として最も適しているのは、そ
の硬化性、保存安定性、接合強度、導電性等の諸特性、
及び耐久試験によるそれらの安定性等の点において、ジ
クロロフェニルメチルウレアによるシアンジアミド変性
物である。
材樹脂としての(A)エポキシ樹脂に添加される硬化剤
として、(B)フェノール樹脂及び(C)ジシアンジア
ミド変性物の両方を必須成分とすることが好ましい。こ
れは、上記図9等にて述べたように、特徴ある2つの硬
化剤を併用することにより、各々単独硬化剤系では得る
ことが困難であった導電性接着剤の高強度、高導電性等
の諸特性及びそれらの耐久試験による安定性を得ること
を可能にしているためである。
シアンジアミド変性物との混合比率(重量比)は、導電
性、接合強度のバランスを考えると、上記図9にて述べ
たように、75/25〜50/50が好ましく、エポキ
シ樹脂85重量部に対するそれぞれの添加量は、(B)
フェノール樹脂が5〜25重量部、(C)ジシアンジア
ミド変性物が5〜15重量部であることが好ましい。
は、(H)導電フィラーとして、タップ密度が2.4〜
4.5g/cm3であり、比表面積が0.3〜1.5m
2/gであるリン片状銀粉を用いることを特徴としてい
るが、これは、導電性と接合強度のバランスをとるため
には、リン片状銀粉が有利であるからであり、さらに
は、リン片状銀粉のタップ密度及び比表面積を上記範囲
に規定することにより、印刷性等の作業適性を大きく損
なうことなく、高導電性及び高接合強度が得られるから
である。
電フィラーがAgの他にも、Au、Ag/Pt、Ag/
Pd、Ni、Cu、及びそれらの合金に対しても有効で
あるが、導電粒子の最適形態は、各々の材料毎に異な
る。さらに、(H)導電フィラーの添加量は(A)エポ
キシ樹脂85重量部に対し、500〜700重量部であ
ることが好ましいが、これは500重量部未満である
と、高導電性が得られず、700重量部を越えると充分
な接合強度及び印刷性等の作業適性が得られないためで
ある。
カップリング剤、(F)反応希釈剤を含んだものでも良
い。(D)カップリング剤の添加の主なる目的は、耐湿
性の向上にあるが、そのような材料には、シラン系、チ
タン系等があり、シラン系の中には、さらに、エポキシ
系、ビニル系、アミン系等がある。これらの中で、本発
明におけるカップリング剤として最も適しているのは、
エポキシ基を含有するシランカップリング剤である。
導電性接着剤作製の容易性、印刷等の作業適性の調整で
あり、これらの材料としては、環状脂肪族エポキシ樹
脂、アルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエ
ーテル、フェニルグリシジルエーテル、アルキルフェニ
ルグリシジルエーテル等があるが、希釈性、導電性、接
合強度等の諸特性及びそれらの耐久試験での安定性等の
点で、本発明の反応希釈剤としては、環状脂肪族エポキ
シ樹脂、アルキルフェニルグリシジルエーテル(単官能
型のアルキルフェノールグリシジルエーテル)が好まし
い。
CTBN等の(E)可とう性付与剤、(G)イオントラ
ップ剤等の添加剤を含むことができる。
体的に説明する。なお、組成物の配合割合は重量部(重
量比率)である。また、図表中における(A)、
(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、
(H)の付与された材料は、各々、上記実施形態におけ
る本発明の(A)エポキシ樹脂(基材樹脂)、(B)フ
ェノール樹脂(硬化剤)、(C)ジシアンジアミド変性
物(硬化剤)、(D)カップリング剤、(E)可とう性
付与剤、(F)反応希釈剤、(G)イオントラップ剤、
(H)導電粒子に相当するものである。 (実施例1〜3)図13に示す様に、各材料を図中に示
す割合で配合し、三本ロールミルを用いて混錬し、導電
性接着剤を得た。実施例1、2、3は、基材樹脂である
(A)エポキシ樹脂(ビスフェノールF型、3官能フェ
ノール型、ビフェニル型)における配合比を好ましい範
囲で変えたいったものである。この得られた導電性接着
剤を以下の方法で各種性能を評価した。まず、粘度、印
刷性、導電性、接合強度の各評価方法を示す。
転粘度計(14号スピンドル)を用い、25℃、5rp
mにおける粘度を測定した。 印刷性:図11に示されるマスク開口部(ハッチング部
分)を持つ板厚70μmのメタルマスク及びメタルスキ
ージを用い、アルミナ基板上に予め形成された銀厚膜導
体ランド部に、スキージ荷重:10N、スキージ速度:
30mm/sec、スナップオフ:0mm、版ばなれ速
度:0.15mm/secの印刷条件で印刷し、マスク
開口部に対するにじみ、かすれ等を観察した。
電性接着剤50上に、Ag/Pd端面電極51を有する
3216サイズのMLCC52をマウント荷重1Nでマ
ウントし、昇降温スピード15℃/min、保持温度・
時間が150℃、10minの条件により、リフロー炉
で加熱硬化した試料を作製し、この試料の銀厚膜ランド
53とAg/Pd端面電極51との接続抵抗を測定し
た。
MLCC52のせん断強度を測定した。次に、高温放
置、高温高湿、冷熱サイクルの各耐久試験条件を示す。 高温放置:150℃の高温条件下にて、1000時間放
置後の導電性と接合強度を測定する。
条件下にて、1000時間放置後の導電性と接合強度を
測定する。 冷熱サイクル:−40℃〜+150℃の冷熱サイクル条
件下にて、1000サイクル放置後の導電性と接合強度
を測定する。 実施例1〜3に対する各種性能の評価結果を同じく図1
3に示す。各実施例1〜3において、印刷性、導電性、
接合強度及び各耐久試験結果は良好であった。 (比較例1、2)上記の実施例1〜3と比較するための
比較例として、図13に示す材料及び配合で、実施例1
〜3と同様に導電性接着剤を作製・評価した。その結果
を同じく図13に示す。これら比較例1、2は、実施例
1〜3に比べて、(A)エポキシ樹脂(基材樹脂)の配
合比を上記好適な範囲から逸脱させたものである。
2との比較より、3官能フェノール型エポキシ樹脂及び
ビフェニル型エポキシ樹脂の添加効果は明らかであり、
その添加範囲も明確である。3官能フェノール型とビフ
ェニル型を添加しないと導電性及び接合強度が確保でき
ず(比較例1)、その添加量が多すぎると印刷が不可と
なってしまう(比較例2)。
ビフェニル型エポキシ樹脂の合計のビスフェノールF型
エポキシ樹脂に対する添加量は、ビスフェノールF型エ
ポキシ樹脂70〜90重量部に対し、10〜30重量部
が好ましいことがわかる。 (実施例4〜7)図14に示す様に、各材料を図中に示
す割合で配合し、実施例1〜3と同様に、導電性接着剤
を作製・評価した。評価結果を同じく図14に示す。実
施例4〜7は、実施例2に対して、硬化剤である(B)
ポリアリルフェノール樹脂と(C)ジシアンジアミド変
性物との混合比率、及びエポキシ樹脂85重量部に対す
るそれぞれの添加量を変えたものである。
性、接合強度及び各耐久試験結果は良好であった。 (比較例3〜6)上記の実施例4〜7と比較するための
比較例として、図15に示す材料及び配合で、実施例1
〜3と同様に導電性接着剤を作製・評価した。その評価
結果を同じく図15に示す。これら比較例3〜6は、実
施例4〜7に比べて、硬化剤である(B)ポリアリルフ
ェノール樹脂と(C)ジシアンジアミド変性物との混合
比率、及びエポキシ樹脂85重量部に対するそれぞれの
添加量を上記好適な範囲から逸脱させたものである。
より、ポリアリルフェノール樹脂とジクロロフェニルメ
チルウレアによるシアンジアミド変性物の硬化剤として
の併用効果は明らかであり、また、その添加範囲も明確
である。導電性及び接合強度について実施例4〜7と比
べてみると、比較例3は導電性が悪く且つ導電性及び接
合強度の耐湿劣化が大きく、比較例4及び比較例5は接
合強度が低く、比較例6は導電性がやや悪く且つ接合強
度も低くなっている。
(C)ジシアンジアミド変性物との混合比率(重量比)
は、75/25〜50/50が好ましく、エポキシ樹脂
85重量部に対するそれぞれの添加量は、(B)フェノ
ール樹脂が5〜25重量部、(C)ジシアンジアミド変
性物が5〜15重量部であることが好ましいことがわか
る。 (実施例8、9)図16に示す様に、各材料を図中に示
す割合で配合し、実施例1〜3と同様に、導電性接着剤
を作製・評価した。評価結果を同じく図16に示す。実
施例8と9とは、導電フィラーであるリン片状銀粉の
(A)エポキシ樹脂85重量部に対する添加量を変えて
いったものである。
性、接合強度及び各耐久試験結果は良好であった。 (比較例7、8)上記の実施例8、9と比較するための
比較例として、図16に示す材料及び配合で、実施例1
〜3と同様に導電性接着剤を作製・評価した。その評価
結果を同じく図16に示す。これら比較例7、8は、実
施例4〜7に比べて、リン片状銀粉の添加量をエポキシ
樹脂85重量部に対する上記好適な範囲から逸脱させた
ものである。
8との比較より、エポキシ樹脂、硬化剤等のバインダー
成分と銀粉との配合割合の範囲は明確である。(H)銀
粉の添加量が少なすぎると、高導電性が得られないとと
もに、印刷においてニジミが発生し、多すぎると印刷が
困難な程に印刷性が悪化する。即ち、(H)導電フィラ
ーである銀粉の添加量は(A)エポキシ樹脂85重量部
に対し、500〜700重量部であることが好ましい。 (実施例10〜16)図17に示す様に、各材料を図中
に示す割合で配合し、実施例1〜3と同様に、導電性接
着剤を作製・評価した。評価結果を図18に示す。各実
施例10〜16において、印刷性、導電性、接合強度及
び各耐久試験結果は良好であった。
ては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂も使用可能であ
ること(実施例10)、硬化剤として、液状のアルキル
変性ノボラックフェノール樹脂も使用可能であること
(実施例11)、硬化剤として、ウレア変性以外にもイ
ミダゾールによるジシアンジアミド変性物も使用可能で
あること(実施例12)、さらには、反応希釈剤として
アルキルフェニルグリシジルエーテルも使用可能である
こと(実施例13)がわかる。
(H)銀粉のタップ密度及び比表面積(BET1点法に
よる)を上記好適な範囲内で変えていったものであり、
良好な結果が得られている。また、実施例16のよう
に、必要に応じて、CTBN等の可とう性付与剤、ある
いはイオントラップ剤等の添加剤を加えても良好な結果
が得られている。 (比較例9〜13)上記の実施例2、14及び15と比
較するための比較例として、図19に示す材料及び配合
で、実施例1〜3と同様に導電性接着剤を作製・評価し
た。評価結果を上記図18に示す。
アリルフェノール樹脂やジシアンジアミド変性物の代わ
りに、固型ノボラックフェノール樹脂を添加した比較例
9やジシアンジアミドを添加した比較例10では、印刷
が不可能であったり、ほとんど硬化しなかった。また、
(H)銀粉のタップ密度を好適範囲よりも小さくした比
較例11では、ペースト化が困難で導電性接着剤として
使用不可能であった。(H)銀粉のタップ密度を好適範
囲よりも大きくした比較例12では、導電性の大幅な悪
化がみられ、(H)銀粉の比表面積を好適範囲よりも大
きくした比較例13では、導電性及び接合強度が劣化し
た。
脂又は液状のアルキル変性ノボラックフェノール樹脂の
硬化剤としての効果、及びジシアンジアミド変性物の硬
化剤としての効果は明らかであり、また、リン片状銀粉
のタップ密度及び比表面積の有効範囲も明確である。以
上述べてきたように、本発明の導電性接着剤は、良好な
導電性を確保するために硬化時の収縮力が大きい樹脂を
含有し、且つ、発生した収縮力を導電フィラーの接触力
として有効に働かせるために導電フィラーのタップ密度
が低くなっている点、及び、樹脂材料には、硬化された
後の分子構造においてビスフェノール型エポキシ樹脂よ
りも並進・回転運動の少ない樹脂と、一分子中に複数個
の反応基を有する樹脂とが含有されている点を主たる特
徴としている。
うな良好な接合強度及び接続抵抗特性を有する導電性接
着剤および、そのような接合強度及び接続抵抗特性を有
するとともに、印刷性に優れた導電性接着剤を提供する
ことができる。また、上記実施形態及び各実施例に示し
た導電性接着剤を、上記図1及び図3等に示したよう
に、回路基板の電極部に印刷により形成し、印刷された
該導電性接着剤の上に電子部品を搭載した後、該導電性
接着剤を加熱硬化することにより、該電子部品を該電極
部に電気的に接続すれば、導電性接着剤を部品接続材料
として用いた回路基板を提供することができる。
た導電性接着剤を用いた回路基板の製造においては、該
接着剤の加熱硬化において、はんだと同じリフロー炉等
のベルト炉が使用でき、電子部品に大きな悪影響を及ぼ
さない150℃程度且つ短時間で可能であるため、はん
だに比べても生産性を低下させることがない。以上、述
べてきたように、本発明によれば、はんだと同じリフロ
ー炉ではんだに比べ低い温度で処理でき、且つ、各種耐
久試験において、良好な接合強度、接続抵抗が維持でき
る保存安定性に優れた導電性接着剤の提供、及び、それ
を部品接続材料として用いた回路基板を提供することが
できる。
を示す説明図である。
化過程中の抵抗値変化を示すグラフである。
定方法を示す説明図である。
係を説明する説明図である。
定方法を示す図である。
硬化剤の働きを示す図である。
ル型エポキシ樹脂及び3官能型エポキシ樹脂を添加した
ときの接合強度と導電性を示すグラフである。
及びアミン系を中心とした硬化剤を添加したときの接合
強度と導電性を示すグラフである。
ジアミド変性物を混合した場合の、混合比率と導電性及
び接合強度との関係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
メタルマスクを示す図である。
す図である。
性能評価結果を示す図表である。
す図表である。
す図表である。
性能評価結果を示す図表である。
る。
評価結果を示す図表である。
る。
させた場合の、初期部品強度と初期抵抗値との関係を示
す図である。
回路基板、5…ランド、6…電子部品、7…電子部品の
電極。
Claims (16)
- 【請求項1】 回路基板上に電子部品を実装するために
使用する導電性接着剤において、 硬化時に収縮する基材樹脂を含む樹脂材料と、 前記樹脂材料に含有され前記基材樹脂の収縮力により互
いに接触して導電性を確保するための導電フィラーとを
備え、 さらに、前記樹脂材料は、硬化された後の分子構造にお
いてビスフェノール型エポキシ樹脂よりも並進・回転運
動の少ない樹脂と、一分子中に複数個の反応基を有する
樹脂とを含有していることを特徴とする導電性接着剤。 - 【請求項2】 前記導電フィラーは、少なくともリン片
状の金属を含むものであることを特徴とする請求項1に
記載の導電性接着剤。 - 【請求項3】 前記金属は、Ag、Au、Pt、Pd、
Ni、Cu、及びそれらの合金から選択された少なくと
も1種のものよりなることを特徴とする請求項2に記載
の導電性接着剤。 - 【請求項4】 前記樹脂材料は、硬化時の収縮応力が5
0〜300kg/cm2であることを特徴とする請求項
1ないし3のいずれか1つに記載の導電性接着剤。 - 【請求項5】 前記導電フィラーは、タップ密度が2.
4〜4.5g/cm3であり、比表面積が0.3〜1.
5m2/gであるリン片状銀粉を含むものであることを
特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の導
電性接着剤。 - 【請求項6】 前記樹脂材料は、前記基材樹脂としての
エポキシ樹脂、硬化剤としてのフェノール樹脂及びジシ
アンジアミド変性物、カップリング剤、及び反応性希釈
剤、を含有してなることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれか1つに記載の導電性接着剤。 - 【請求項7】 前記基材樹脂としてのエポキシ樹脂は、
液状のビスフェノール型エポキシ樹脂中に、3官能フェ
ノール型エポキシ樹脂及びビフェニル型エポキシ樹脂を
含むものであることを特徴とする請求項6に記載の導電
性接着剤。 - 【請求項8】 前記ビスフェノール型エポキシ樹脂は、
ビスフェノールF型エポキシ樹脂であることを特徴とす
る請求項7に記載の導電性接着剤。 - 【請求項9】 前記基材樹脂としてのエポキシ樹脂の組
成は、前記液状のビスフェノール型エポキシ樹脂が70
〜90重量部、前記3官能フェノール型エポキシ樹脂及
び前記ビフェニル型エポキシ樹脂の合計が10〜30重
量部であることを特徴とする請求項7または8に記載の
導電性接着剤。 - 【請求項10】 前記硬化剤としての前記フェノール樹
脂は、液状のポリアリルフェノール樹脂、または、液状
のアルキル変性ノボラックフェノール樹脂であることを
特徴とする請求項6ないし9のいずれか1つに記載の導
電性接着剤。 - 【請求項11】 前記硬化剤としての前記ジシアンジア
ミド変性物は、ジクロロフェニルメチルウレアによるシ
アンジアミド変性物であることを特徴とする請求項6な
いし10のいずれか1つに記載の導電性接着剤。 - 【請求項12】 前記基材樹脂としてのエポキシ樹脂8
5重量部に対し、前記硬化剤としてのフェノール樹脂が
5〜25重量部、前記硬化剤としてのジシアンジアミド
変性物が5〜15重量部、添加されていることを特徴と
する請求項6ないし11のいずれか1つに記載の導電性
接着剤。 - 【請求項13】 前記カップリング剤は、エポキシ基を
含有するシランカップリング剤であることを特徴とする
請求項6ないし12のいずれか1つに記載のの導電性接
着剤。 - 【請求項14】 前記反応性希釈剤は、環状脂肪族エポ
キシ樹脂、または、単官能型のアルキルフェノールグリ
シジルエーテルであることを特徴とする請求項6ないし
13のいずれか1つに記載の導電性接着剤。 - 【請求項15】 前記導電フィラーは、前記基材樹脂と
してのエポキシ樹脂85重量部に対し、500〜700
重量部、添加されていることを特徴とする請求項6ない
し14のいずれか1つに記載の導電性接着剤。 - 【請求項16】 請求項1ないし15のいずれか1つに
記載の導電性接着剤を回路基板の電極部に印刷により形
成し、印刷された前記導電性接着剤の上に電子部品を搭
載した後、前記導電性接着剤を加熱硬化することによ
り、前記電子部品を前記電極部に電気的に接続してなる
ことを特徴とする回路基板。
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|---|---|---|---|
| JP13480899A JP4581156B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | 導電性接着剤及びそれを部品接続材料として用いた回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP13480899A JP4581156B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | 導電性接着剤及びそれを部品接続材料として用いた回路基板 |
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|---|---|
| JP2000319622A true JP2000319622A (ja) | 2000-11-21 |
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ID=15137006
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