導(dǎo)電性粘接劑、接合體和接頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及包含將有機(jī)酸金屬鹽用作固化促進(jìn)劑的熱固性樹脂的導(dǎo)電性粘接劑、 接合體和接頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電性接合材料是導(dǎo)電性粘接劑和導(dǎo)電性接合劑的統(tǒng)稱。即，導(dǎo)電性粘接劑是指 用于在低于導(dǎo)電性金屬粉末的熔點(diǎn)的溫度下使金屬彼此粘接的物質(zhì)，導(dǎo)電性接合劑是指用 于使導(dǎo)電性金屬粉末熔融而使金屬彼此接合的物質(zhì)。
[0003] 作為將各種電子電路接合在電路基板上的導(dǎo)電性接合劑，大多采用軟釬料，通過 軟釬料熔融而將各種電子電路接合在電路基板上。作為軟釬焊材料，考慮到對環(huán)境的影響， 使用了 Sn-Ag-Cu等無鉛軟釬料，但該軟釬料與以往的有鉛軟釬料相比液相溫度高30°C以 上?；亓骱笭t的爐內(nèi)溫度與液相溫度相比進(jìn)一步提高，因此，會對需要接合的電子部件、電 路基板賦予較高的熱沖擊(熱應(yīng)力）。
[0004] 為了減輕熱應(yīng)力，對使用導(dǎo)電性粘接劑的部件接合材料進(jìn)行了研究。該導(dǎo)電性粘 接劑包含導(dǎo)電性金屬粉末、熱固性樹脂、固化劑、固化促進(jìn)劑等，隨著由加熱導(dǎo)致的樹脂固 化，導(dǎo)電性金屬粉末彼此密切接觸，由此將電路基板和各種電子電路接合而不會使導(dǎo)電性 金屬粉末熔融(參見專利文獻(xiàn)1、2)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-061241號公報(bào) [0008] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-067274號公報(bào) [0009] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2001-219294號公報(bào) [0010] 專利文獻(xiàn)4:日本特開2010-144150號公報(bào)
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn)l:Panasonic Technical Journal，Vol.59No.l,72-77

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的問題
[0014] 在使用胺系固化劑作為固化劑的情況下，能夠在短時(shí)間內(nèi)使熱固性樹脂固化。另 一方面，例如，必須以在_l〇°C下冷凍保存而使其不產(chǎn)生固化反應(yīng)的方式進(jìn)行管理。
[0015] 在使用酸酐作為固化劑的情況下，為了使樹脂固化而需要的時(shí)間長，從制造工藝 方面來看，不易使用。為了縮短固化時(shí)間，需要添加最佳的固化促進(jìn)劑。
[0016] 此外，在通過軟釬料熔融而將各種電子電路接合在電路基板上的情況下，為了確 保電路基板與各種電子電路的更牢固的接合強(qiáng)度，提出了添加有熱固性樹脂、用于使該熱 固性樹脂固化的固化劑等的接合材料(參見專利文獻(xiàn)3、4參照）。但是，包含與上述導(dǎo)電性粘 接劑相同的問題。
[0017] 非專利文獻(xiàn)1中，公開了將由Sn-3. OAg-0.5Cu(各數(shù)值為重量％，以下軟釬料組成 中在沒有特別說明的情況下為重量％ )的軟釬料、環(huán)氧樹脂、戊二酸形成的助焊劑進(jìn)行加 熱，生成有機(jī)酸金屬鹽，有機(jī)酸金屬鹽使環(huán)氧基開環(huán)。但是，固化時(shí)間需要7小時(shí)左右。
[0018] 專利文獻(xiàn)2中，使用Ag作為填料，但是Ag昂貴，因此，對于軟釬料也正在推進(jìn)Ag的低 含量化，在導(dǎo)電性粘接劑中期望采用代替Ag的填料。
[0019] 本發(fā)明解決了上述問題，其目的在于，提供能夠在短時(shí)間內(nèi)使熱固性樹脂固化的 導(dǎo)電性粘接劑、接合體和接頭，該導(dǎo)電性粘接劑將用于在低于導(dǎo)電性金屬粉末的熔點(diǎn)的溫 度下使金屬彼此粘接的導(dǎo)電性粘接劑作為前提，使用酸酐系固化劑而使熱固性樹脂固化。
[0020] 用于解決問題的方案
[0021] 本申請的發(fā)明人等著眼于在加熱處理中導(dǎo)電性金屬粉末與有機(jī)酸反應(yīng)而生成的 有機(jī)酸金屬鹽作為固化促進(jìn)劑發(fā)揮作用，發(fā)現(xiàn)能在短時(shí)間內(nèi)、例如在與一般的回流焊處理 所需的時(shí)間相同的時(shí)間內(nèi)使熱固性樹脂固化。
[0022] 本發(fā)明包含:含有Sn的導(dǎo)電性金屬粉末、熱固性樹脂、酸酐系固化劑和有機(jī)酸，且 將在加熱過程中導(dǎo)電性金屬粉末與有機(jī)酸反應(yīng)而生成的有機(jī)酸金屬鹽作為固化促進(jìn)劑使 用。
[0023] 作為熱固性樹脂，優(yōu)選使用賦予了脂肪族骨架的雙酚A型環(huán)氧樹脂等具有撓性的 樹脂。通過該樹脂，能夠兼具柔軟性和強(qiáng)韌性。
[0024] 作為固化劑，優(yōu)選為酸酐，優(yōu)選將具有撓性的樹脂與固化劑以1:2的摩爾比進(jìn)行配 混。進(jìn)而，優(yōu)選添加2~6重量％的用于生成有機(jī)酸金屬鹽的有機(jī)酸。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 本發(fā)明中，通過金屬粉末與有機(jī)酸在加熱過程中反應(yīng)而生成的有機(jī)酸金屬鹽作為 固化促進(jìn)劑發(fā)揮作用，因此能夠在短時(shí)間內(nèi)使熱固性樹脂固化。此外，由于通過加熱而生成 固化促進(jìn)劑，因此在保存時(shí)固化不會急劇進(jìn)行，而能夠在2~10°C下冷藏保存，能夠提高保 存穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0027] 圖1為示出填料含量與體積電阻率的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 〈本實(shí)施方式的導(dǎo)電性粘接劑的組成例〉
[0029]本發(fā)明的導(dǎo)電性粘接劑包含:含有Sn的導(dǎo)電性金屬粉末、熱固性樹脂、固化劑和有 機(jī)酸。
[0030] 作為固化樹脂，有利用熱、光、紫外線等而固化的樹脂。作為固化樹脂，可考慮:環(huán) 氧類樹脂、酚醛類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、有機(jī)硅類樹脂、聚氨酯類樹脂、不飽和聚酯樹脂 等，但利用光、紫外線而固化的樹脂在搭載電子部件時(shí)無法使部件下部的樹脂固化，因此使 用熱固性樹脂。作為熱固性樹脂，環(huán)氧樹脂為最佳的樹脂。
[0031] 作為環(huán)氧樹脂，選擇雙酚型環(huán)氧樹脂，作為雙酚型，可以舉出：雙酚A型、雙酚AP型、 雙酚AF型、雙酚B型、雙酚BP型、雙酚C型、雙酚E型、雙酚F型、雙酚G型、雙酸Μ型、雙酚S型、雙 酚Ρ型、雙酚ΡΗ型、雙酚TMC型、雙酚Ζ型等，優(yōu)選為雙酸Α型。
[0032] 一般認(rèn)為，環(huán)氧樹脂的電接合特性、機(jī)械接合特性良好，另一方面，因脆弱而導(dǎo)致 落下沖擊特性較差。這是由于，使環(huán)氧樹脂固化時(shí)，在電極界面會發(fā)生剝離，從而產(chǎn)生裂紋。 將產(chǎn)生該現(xiàn)象的環(huán)氧樹脂作為標(biāo)準(zhǔn)樹脂。
[0033] 對于環(huán)氧樹脂，使用例如賦予了脂肪族骨架的撓性樹脂時(shí)，柔軟性和強(qiáng)韌性這兩 者均增強(qiáng)，從而能夠防止由表面剝離導(dǎo)致的裂紋的產(chǎn)生。
[0034]為了使環(huán)氧樹脂固化而使用固化劑。作為固化劑，可以使用胺、酸酐等。使用胺時(shí)， 即使進(jìn)行冷藏保存，反應(yīng)也會進(jìn)行而發(fā)生固化。因此，選擇能夠進(jìn)行冷藏保存那樣的酸酐。
[0035] 作為酸酐，可舉出：乙酸酐、丙酸酐、琥珀酸酐、馬來酸酐等，本實(shí)施例中使用琥珀 酸酐。
[0036] 僅將環(huán)氧樹脂與酸酐加熱的情況下，直至固化為止所需要的時(shí)間較長。因此，需要 固化促進(jìn)劑。作為固化促進(jìn)劑，例如可舉出：酚化合物、叔胺、季銨鹽、季鱗鹽、咪唑、有機(jī)酸 金屬鹽、路易斯酸等，本實(shí)施例中使用有機(jī)酸金屬鹽。
[0037] 對于構(gòu)成有機(jī)酸金屬鹽的金屬粉末，可以用接合用的樹脂中所添加的接合用的導(dǎo) 電性金屬粉末自身代替。此時(shí)，不需要為了生成有機(jī)酸金屬鹽而另行添加。當(dāng)然，也可以為 了生成有機(jī)酸金屬鹽而另行添加導(dǎo)電性金屬粉末。
[0038] 將加熱時(shí)金屬粉末與有機(jī)酸反應(yīng)所生成的有機(jī)酸金屬鹽作為固化促進(jìn)劑而有效 利用。如利用該方法，則在保存時(shí)不存在固化促進(jìn)劑，換言之，固化促進(jìn)功能未發(fā)揮作用，因 此能夠進(jìn)彳丁冷減保存，保存穩(wěn)定性也提尚。
[0039] 作為導(dǎo)電性金屬粉末，可舉出：311^8、8丨、〇1^11、附、313、？(1單質(zhì)或由選自這些金屬 粉末組中的金屬形成的合金中的、1種或2種以上單質(zhì)或/和合金。優(yōu)選使用Sn單質(zhì)、或者包 含Sn的混合物或合金。
[0040]作為有機(jī)酸，只要是一般的有機(jī)酸即可。優(yōu)選為低分子的有機(jī)酸，本實(shí)施例中使用 戊二酸。
[0041 ] 實(shí)施例
[0042]以下，通過實(shí)施例示出本發(fā)明適用于導(dǎo)電性粘接劑時(shí)的具體例，但本發(fā)明并不限 定于以下具體例。
[0043]圖1為示出導(dǎo)電性金屬粉末的含量與體積電阻率的關(guān)系的特性圖。體積電阻率由 (電阻值X截面積/長度)求出。單位為Ω cm。該例中，使用包含Sn粉末、環(huán)氧樹脂、固化劑和 有機(jī)酸的導(dǎo)電性粘接劑，在陶瓷基板上以長度成為11.5mm、寬度成為1.5mm、厚度成為 0.12mm的方式印刷、固化后，求出電阻值和體積電阻率。
[0044]由圖1明顯可知，相對于粘接劑的總量100重量％以導(dǎo)電性金屬粉末的含量占88~ 90重量％的方式含有時(shí)，粘接劑的體積電阻率急劇下降。含量達(dá)到90重量％時(shí)，體積電阻率 會降低至1 X 10-4 Ω cm，因此能夠充分確保軟釬料所需要的導(dǎo)電性。
[0045] 為了確認(rèn)生成有機(jī)酸金屬鹽時(shí)，導(dǎo)電性金屬粉末(金屬填料)和有機(jī)酸的組合與其 配混量，進(jìn)行了以下試驗(yàn)。實(shí)施例、比較例中，均包含導(dǎo)電性粉末、環(huán)氧樹脂、固化劑和有機(jī) 酸。
[0046] 環(huán)氧樹脂的固化時(shí)伴隨著放熱反應(yīng)。因此，利用