JP2002338923A - 導電性接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品の実装において、接合時間を短縮で
き、また接合部の電気的特性の信頼性を向上させること
のできる導電性接着剤を提供すること。 【解決手段】 熱硬化性樹脂と、導電性粒子と、自己発
熱可能な物質とを含む導電性接着剤を用いることによ
り、自己発熱可能な物質を発熱させて熱硬化性樹脂の硬
化を促進させ、硬化時間を短縮し、かつ硬化温度を低温
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性接着剤に関
し、さらに詳しくは電子部品の回路基板への実装に使用
される導電性接着剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の環境問題への認識の高まりから、
エレクトロニクス実装の分野では、はんだに含まれる鉛
に対する規制が行われようとしており、電子部品の実装
に鉛を用いない接合技術の確立が急務となっている。鉛
フリーの実装技術としては、主として鉛フリーはんだ及
び導電性接着剤が挙げられるが、接合部の柔軟性、実装
温度の低温化等のメリットが期待される導電性接着剤が
より注目されている。

【０００３】従来の導電性接着剤は、一般的に樹脂成分
に導電性粒子を分散させたペースト状物であり、電子部
品の接続端子と回路基板の接続端子とを接続後、樹脂成
分を硬化させ、導電性粒子同士の接触により接続部分の
電気的接続を確保するものである。従って、接続部が樹
脂で接着されているため、熱や外力による変形に対して
柔軟に対応し、接続部が合金であるはんだと比較して、
接続部分に亀裂が発生しにくいというメリットを有して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
導電性接着剤を用いて部品と回路基板とを接合する場
合、はんだを用いて接合する場合に比べ長時間を要する
という問題があった。例えば、はんだを用いた場合の接
合時間は５分〜１０分であるのに対し、導電性接着剤を
用いた場合は１５分〜６０分を要していた。

【０００５】また、部品及び回路基板の電極の表面に電
極金属等の酸化物が生成して接合強度を弱めたりあるい
は電気抵抗を増加させ、それにより接合部の電気的特性
の信頼性が低下するという問題もあった。

【０００６】そこで本発明は、電子部品の実装におい
て、接合時間を短縮でき、また接合部の電気的特性の信
頼性を向上させることのできる導電性接着剤を提供する
ことを目的とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の導電性接着剤は、熱硬化性樹脂と、導電性
粒子と、自己発熱可能な物質とを含み、前記自己発熱可
能な物質を発熱させて前記熱硬化性樹脂の硬化を促進さ
せることを特徴とする。

【０００８】本発明の導電性接着剤に用いる自己発熱可
能な物質とは、室温あるいは暗所では不活性であるが、
例えば、熱あるいは光等の外部エネルギーにさらされて
発熱する物質をいう。本発明によれば、自己発熱可能な
物質からの熱により、熱硬化性樹脂の硬化速度を増加さ
せることができるので、接合時間の短縮や硬化温度を下
げることが可能となる。さらに、接合時間の短縮や硬化
温度の低温化は、接合する電極の表面の酸化を抑制する
ので、接合部の接着強度を向上させることも可能とな
る。

【０００９】また、本発明の導電性接着剤は、自己発熱
可能な物質として、酸化されて発熱する物質を用いるこ
とができる。大気中で熱にさらすことにより容易に酸化
熱を発生させることができる。

【００１０】また、本発明の導電性接着剤は、酸化され
て発熱する物質（以下、発熱体という。）として、金属
粉体あるいは金属酸化物粉体を用いることができる。発
熱体として用いる金属粉体あるいは金属酸化物粉体は、
粉末の入手が容易で、かつペースト状の導電性接着剤中
に容易に分散させることができる。

【００１１】また、本発明の導電性接着剤は、２つの電
極を接合するために使用されるものであり、接合される
少なくとも一方の電極の電極金属よりも電気化学的に卑
である、発熱体としての金属粉体あるいは金属酸化物粉
体を用いることができる。発熱体として用いる金属粉体
あるいは金属酸化物粉体は、接合する電極の電極金属よ
りも電気化学的に卑であるので、接合時に電極金属より
も先に酸化され、その際に電極金属を還元することがで
きる。これにより、電極表面の酸化を防止することが可
能となり、接合部の強度低下や電気抵抗の増加を抑制す
ることができる。

【００１２】また、本発明の導電性接着剤は、接合する
電極の電極金属として、はんだあるいは銅を用いること
ができる。

【００１３】また、本発明の導電性接着剤は、発熱体と
しての金属粉体と金属酸化物粉体として、それぞれ、Ｍ
ｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ及びＮｉから選択される少なくと
も１種の金属と、該少なくとも一種の金属の酸化物を用
いることができる。

【００１４】また、本発明の導電性接着剤は、発熱体と
しての金属粉体あるいは金属酸化物粉体の平均粒径が、
１０μｍ以下のものを用いることができる。

【００１５】また、本発明の導電性接着剤は、発熱体と
しての金属粉体あるいは金属酸化物粉体を、０．５〜３
０重量％含むものを用いることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の導電性接着剤に使用可能な発熱体
としては、酸化されて発熱する物質が好ましく、さらに
好ましくは接合する電極の電極金属よりも電気化学的に
卑なものである。電極金属がはんだ（６３Ｓｎ３７Ｐ
ｂ）あるいは銅の場合の発熱体の具体例として、Ｍｇ、
Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属粉体、あるいはそれら
金属の酸化物粉体を挙げることができる。前記の金属粉
体の中では、鉄粉が好ましい。また、前記の金属の酸化
物粉体の中では、酸化第一鉄（ＦｅＯ）粉が好ましい。

【００１７】また、発熱体としての金属粉体あるいは金
属酸化物粉体の平均粒径は、１０μｍ以下、より好まし
くは２μｍ以下である。１０μｍより大きいと、酸化反
応の速度が遅く、十分な熱を発生することができないの
で、熱硬化性樹脂の硬化速度を増大させることができな
い。

【００１８】また、発熱体としての金属粉体あるいは金
属酸化物粉体の含有率は、０．５〜３０重量％、より好
ましくは１〜２０重量％、さらに好ましくは１〜１０重
量％である。０．５重量％より小さいと十分な効果が得
られず、３０重量％より大きくすると、酸化等により電
気抵抗の大きな物質の占める割合が大きくなり、導電性
に悪影響を及ぼす場合があるからである。

【００１９】また、本発明の導電性接着剤に用いる導電
粒子としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジ
ウム、ステンレス、はんだ等の金属粒子、カーボン粒
子、又は表面を金属で被覆したプラスチック粒子、ある
いはこれらを組合せたものが挙げられる。ここで、導電
性粒子と自己発熱可能な物質とを合せた含有率が、７５
〜９５重量％であることが好ましい。７５重量％より小
さいと電気抵抗を十分に下げることができず、また９５
重量％より大きいとクラックが発生し易くなるからであ
る。

【００２０】また、本発明の導電性接着剤に用いる熱硬
化性樹脂には、フェノール系、エポキシ系、アクリル酸
エステル系、アミド系、ゴム系、ビニル系等の、導電性
接着剤用として従来公知の熱硬化性樹脂を用いることが
できる。また、必要により硬化剤を用いることができ
る。ここで、熱硬化性樹脂と硬化剤とを含む熱硬化性樹
脂成分の含有率は、５〜２５重量％であることが好まし
い。５重量％より小さいと接着強度が十分でなく、２５
重量％より大きいとクラックが発生し易くなるからであ
る。

【００２１】

【実施例】実施例１． （導電性接着剤）熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂
を用い、硬化剤にはアミン系硬化剤を用いた。導電粒子
には、平均粒径５μｍの、球状とフレーク状のものを重
量比１：１で混合した銀粉を用いた。自己発熱可能な物
質（以下、発熱物質と略す。）には平均粒径１μｍの酸
化第一鉄（ＦｅＯ）粉を用いた。銀粉と酸化第一鉄粉を
合せた含有率を８０重量％、エポキシ樹脂及びアミン硬
化剤の含有率を２０重量％とし、酸化第一鉄の含有率を
５〜２０重量％の範囲（銀粉の含有率は６０〜７５重量
％となる。）で変化させた導電性接着剤を調製した。

【００２２】（回路基板）回路基板は、銅箔で回路配線
を形成したガラスエポキシ基板を用いた。

【００２３】（電子部品の実装）電子部品としては、電
極がはんだメッキ（６３Ｓｎ３７Ｐｂ）されたチップ抵
抗（３２１６サイズのショートチップ）を用いた。この
チップ抵抗の電極上に調製した導電性接着剤をスクリー
ン印刷法（印圧１ｋｇ）により塗布した。次いで、チッ
プ抵抗を実装機により回路基板に実装した。この時のス
クリーン印刷版のメタルの厚みは０．１ｍｍとした。次
に、実装したチップ抵抗を加熱温度１２０℃あるいは１
５０℃に調整された熱風循環炉中に載置し、導電性接着
剤を硬化させてチップ抵抗実装体を得た。図１の模式断
面図は、得られた実装体１０の断面構造であり、回路基
板１１の表面にパターニングされた銅配線からなる電極
１２に硬化した導電性接着剤から成る接合部１３を介し
てチップ抵抗１５の電極１４が接合されている。

【００２４】（信頼性試験）表１に、チップ抵抗実装体
の実装直後の抵抗値（以下、初期抵抗値という。）の測
定結果を示す。ここで、加熱温度１２０℃とし、ＦｅＯ
の含有率を５〜２０重量％の範囲で変化させたものを実
装体Ｎｏ．１〜１０とし、ＦｅＯを含有しないものを比
較例の実装体Ｎｏ．１１〜１４とした。また、加熱温度
１５０℃とし、ＦｅＯの含有率を５〜２０重量％の範囲
で変化させたものを実装体Ｎｏ．１５〜２４とし、Ｆｅ
Ｏを含有しないものを比較例の実装体Ｎｏ．２５〜２８
とした。なお、初期抵抗値は、チップ抵抗実装体２０個
の平均値である。

【００２５】

【表１】

【００２６】硬化温度１２０℃の場合、ＦｅＯを５重量
％含有させると、硬化時間１０分で初期抵抗９８ｍΩ、
硬化時間２０分で３０ｍΩが得られた（実装体Ｎｏ．１
〜３）。さらに、ＦｅＯの含有率を増加させると、１０
重量％では硬化時間２０分で２２ｍΩ（実装体Ｎｏ．
６）、１５重量％では硬化時間１５分で２１ｍΩ（実装
体Ｎｏ．８）、そして２０重量％では硬化時間１０分で
１９ｍΩ（実装体Ｎｏ．９）が得られた。これに対し、
ＦｅＯを含有しないと、硬化時間１０分で１２３ｍΩ、
硬化時間３０分で２８ｍΩであった（実装体Ｎｏ．１１
〜１４）。すなわち、ＦｅＯを含有させることにより、
熱硬化性樹脂の硬化反応が促進され、ＦｅＯを含有しな
い場合に比べ、より短時間で、より低い初期抵抗を得る
ことができた。さらに、ＦｅＯの含有率を増加させるこ
とにより、この効果を高めることができる。

【００２７】また、硬化温度１５０℃の場合も、硬化温
度１２０℃の場合と同様に、ＦｅＯを含有させることに
より、より短時間で、より低い初期抵抗を得ることがで
き、かつＦｅＯの含有率を増加させることによりその効
果を高めることができる、という結果が得られた。

【００２８】また、ＦｅＯを含有させることにより、硬
化温度を低くすることもできる。例えば、硬化温度１５
０℃の比較例の実装体ＮＯ．２５〜２８は、硬化時間１
０分、１５分、２０分で、それぞれ初期抵抗値が９０ｍ
Ω、５２ｍΩ、そして３２ｍΩである。これに対し、Ｆ
ｅＯを１０重量％含有させ硬化温度を１２０℃とした実
装体Ｎｏ．４〜６では、硬化時間１０分、１５分、２０
分で、それぞれ初期抵抗値が５２ｍΩ、３９ｍΩ、そし
て２２ｍΩであり、実装体Ｎｏ．５〜７に比べ、短時間
でより低い初期抵抗値が得られた。

【００２９】実施例２．発熱物質に平均粒径０．５〜１
０μｍの鉄粉を用いた以外は、実施例１と同様の方法に
よりチップ抵抗実装体を形成した。得られたチップ抵抗
実装体について、初期抵抗値と、８５℃−８５％ＲＨの
環境に１０００時間さらした後（以下、環境試験後と呼
ぶ。）の抵抗値を測定した。結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】鉄粉を含有しない場合、初期抵抗値は９０
ｍΩで、環境試験後の抵抗値は５４０ｍΩであった（比
較例の実装体Ｎｏ．３５）。これに対し、鉄粉を含有さ
せると、初期抵抗値と環境試験後の抵抗値は低下した
（実装体Ｎｏ．２９〜３４）。特に、平均粒径２μｍ以
下の鉄粉を用いた場合（実装体Ｎｏ．３２、３３、３
４）、環境試験後の抵抗値は１６〜２０ｍΩであり、初
期抵抗値からほとんど変化せず、鉄粉を含有しない場合
の５４０ｍΩに比べ大幅に低い値が得られた。これよ
り、平均粒径１０μｍ以下の鉄粉は初期抵抗値と環境試
験後の抵抗値の低下に効果があること、特に平均粒径２
μｍ以下の鉄粉を用いると、環境試験によっても抵抗値
がほとんど変化しないことがわかった。これは、平均粒
径が小さくなると、鉄粉の酸化速度が増加して発熱量が
増大すること、そして電極金属であるはんだや銅よりも
鉄が電気化学的に卑であるため、鉄が先に酸化され、そ
の際電極金属を還元することにより電極金属の表面にお
ける酸化物の生成を防止すること、による効果と考えら
れる。

【００３２】実施例３．発熱物質として平均粒径１μｍ
の鉄粉を用い、前処理として、実装前にチップ抵抗を８
５℃−８５％ＲＨの環境に２４〜３００時間さらした以
外は、実施例２と同様の方法によりチップ抵抗実装体を
形成した。結果を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】前処理を行ったチップ抵抗を鉄粉を含有し
ない導電性接着剤を用いて実装すると、初期抵抗値は２
４０〜１５７０ｍΩの高い値が得られ、さらに、環境試
験後は抵抗値が大きく増大し測定不能の状態となった
（比較例の実装体ＮＯ．４１〜４５）。これに対し、鉄
粉を含有させた導電性接着剤を用いて実装すると、初期
抵抗値が低く、かつ、環境試験後も抵抗値の増大を抑制
できることがわかった（実装体Ｎｏ．３６〜４０）。こ
れは、導電性接着剤に含まれる鉄粉が、前処理によりチ
ップ抵抗の電極金属であるはんだの表面に生成した酸化
物を還元することにより、電極金属の表面が清浄な状態
に維持されているためのと考えられる。

【００３５】なお、実施の形態では電子部品としてチッ
プ抵抗を用いた例を説明したが、本発明ではベアＩＣチ
ップやその他の電子部品を用いた場合も同様な効果が得
られることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の導電性接着剤は、熱硬化性樹脂と、導電性粒子と、自
己発熱可能な物質とを含み、自己発熱可能な物質を発熱
させて熱硬化性樹脂の硬化を促進させるようにしたの
で、接合時間の短縮や硬化温度の低温化が可能となる。
さらに、接合時間の短縮や硬化温度の低温化は、接合す
る電極の表面の酸化を抑制するので、接合部の接着強度
を向上させて、接合部の電気特性の信頼性を向上させる
ことができる。

【００３７】また、自己発熱可能な物質として、酸化さ
れて発熱する物質を用いるようにしたので、大気中で熱
にさらすことにより容易に酸化熱を発生させることがで
き、簡便な実装プロセスを提供できる。

【００３８】また、酸化されて発熱する物質として、金
属粉体あるいは金属酸化物粉体を用いるようにしたの
で、発熱する物質を含有する導電性接着剤を容易に調製
できる。

【００３９】また、金属粉体あるいは金属酸化物粉体と
して、接合される少なくとも一方の電極の電極金属より
も電気化学的に卑であるものを用いるようにしたので、
電極表面における酸化物の生成を防止して接合部の強度
低下や電気抵抗の増加を抑制することができる。

【００４０】また、接合する電極の電極金属として、は
んだあるいは銅を用いるようにしたので、接合部の電気
抵抗をより低減させることができる。

【００４１】また、金属粉体と金属酸化物粉体として、
それぞれ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ及びＮｉから選択さ
れる少なくとも１種の金属と、その少なくとも一種の金
属の酸化物を用いるようにしたので、接合部の電気抵抗
をより低減することができる。

【００４２】また、金属粉体あるいは金属酸化物粉体の
平均粒径が１０μｍ以下のものを用いるようにしたの
で、接合の電気抵抗をより低減することができる。

【００４３】また、金属粉体あるいは金属酸化物粉体
を、０．５〜３０重量％含むようにしたので、接合の電
気抵抗をより低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例で得られた実装体の構造を示
す模式断面図である。

【符号の説明】

１０ 実装体、１１ 回路基板、１２ 回路基板の電
極、１３ 接合部、１４チップ抵抗の電極、１５ チッ
プ抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹沢 弘輝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北江 孝史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西山 東作 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4J040 CA001 DF021 EB051 EC001 EG001 HA026 HA066 HA136 HC11 HC12 KA03 KA16 KA32 KA42 LA06 LA09 MA02 NA19 NA20 PA10 PA30 5E319 AA03 AA07 AB06 AC02 BB11 CC61 GG15 5F044 NN06 5G301 DA01 DA03 DA04 DA06 DA07 DA10 DA11 DA18 DA29 DA33 DA42 DA51 DA55 DA57 DD03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂と、導電性粒子と、自己発
   熱可能な物質とを含み、前記自己発熱可能な物質を発熱
   させて前記熱硬化性樹脂の硬化を促進させる導電性接着
   剤。
2. 【請求項２】 前記自己発熱可能な物質が、酸化されて
   発熱する物質である請求項１記載の導電性接着剤。
3. 【請求項３】 前記酸化されて発熱する物質が、金属粉
   体あるいは金属酸化物粉体である請求項２記載の導電性
   接着剤。
4. 【請求項４】 前記導電性接着剤が２つの電極の接合に
   使用されるものであって、前記金属粉体あるいは前記金
   属酸化物粉体が、接合される少なくとも一方の前記電極
   の電極金属よりも電気化学的に卑である請求項３記載の
   導電性接着剤。
5. 【請求項５】 前記電極金属が、はんだあるいは銅であ
   る請求項４記載の導電性接着剤。
6. 【請求項６】 前記金属粉体と前記金属酸化物粉体が、
   それぞれ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ及びＮｉから選択さ
   れる少なくとも１種の金属と、該少なくとも１種の金属
   の酸化物である請求項５記載の導電性接着剤。
7. 【請求項７】 前記金属粉体あるいは前記金属酸化物粉
   体の平均粒径が１０μｍ以下である請求項３から６のい
   ずれか一つに記載の導電性接着剤。
8. 【請求項８】 前記金属粉体あるいは前記金属酸化物粉
   体を、０．５〜３０重量％含む請求項３から７のいずれ
   か一つに記載の導電性接着剤。