JP4254700B2

JP4254700B2 - 実装用導電性接着剤

Info

Publication number: JP4254700B2
Application number: JP2004351133A
Authority: JP
Inventors: 祐司大谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: JP2005126726A

Description

本発明は、電子部品を回路基板に実装する際に用いる実装用導電性接着剤に関する。

従来、電子部品の実装において、実装材料としてはんだペーストが用いられている。図３（ａ）に電子部品２５を基板２１に実装した後における模式図を示し、この図に基づきはんだペースト２３を用いた実装工程について説明する。基板２１に備えられたランド電極２２上にはんだペースト２３を印刷する。このとき、ランド電極２２の表面に形成された酸化膜によって、はんだペースト２３のランド電極２２に対する塗れ性が悪くならないように、酸化膜を還元するためのロジン（松やに）、ハロゲン化物又は有機酸を中心とするフラックスをはんだペースト２３中に含有させている。

そして、このはんだペースト２３上に電極２４が備えられた電子部品２５を位置決め搭載したのち、リフロ工程にてはんだペースト２３を溶融させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、はんだペースト２３とランド電極２２及び電極２４における金属の相互拡散が起こり、電子部品２５とランド電極２２とが金属接合される。このようにして、はんだペースト２３を用いた電子部品２５の実装が成されていた。

しかしながら、環境汚染の観点から、Ｐｂ（鉛）を含有しない実装材料が要望されるようになり、近年では、上記はんだペースト２３に代えてＡｇ（銀）ペースト等の導電性接着剤が実装材料として用いられるようになっている。この導電性接着剤は、樹脂と金属の混合体であるため、完全な金属であるはんだに比して母材抵抗が大きいという欠点があるが、実装に際して残渣が発生しないため、無洗浄で済むという利点を有している。

図４（ａ）に、導電性接着剤としてＡｇペースト３３を用いて実装を行った場合の模式図を示す。また、図４（ａ）の拡大図を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、Ａｇペースト３３中に含まれているＡｇフィラ３３ａが基板３１上のランド電極３２や電子部品３０における電極３４と点接触して、ランド電極３２と電極３４が電気的に導通する。このとき、被接合体であるランド電極３２や電極３４の表面に形成された酸化膜３２ａ、３４ａによって、被接合体−実装材料間における界面抵抗が高くなるという問題がある。

上記したように、はんだペースト２３を用いる場合には、フラックスによって酸化膜が還元されるため、界面抵抗を低くすることができ、上記問題は生じない。このため、Ａｇペースト３３を用いた場合においても、上記と同様にＡｇペースト３３中にフラックスを添加することによって、界面抵抗を低くすることが考えられる。

しかしながら、Ａｇペースト３３にロジン等を中心としたフラックスを添加する場合には、Ａｇペースト３３によって電子部品３０とランド電極３２を電気的に接合したのちにロジン等を洗浄しなければならなくなるため、Ａｇペースト３３を用いる場合における無洗浄という利点を生かすことができなくなってしまう。

本発明は上記問題に鑑みたもので、無洗浄のままで被接合体と実装材料との界面抵抗を低くすることができる実装用導電性接着剤を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発明においては、導電性接着剤（１）に、樹脂（５）とＡｇフィラ（６）からなる混合体に、１分子に−ＯＨ官能基（水酸基）を３個含有するアルコール物質（７）を添加させたものであり、前記アルコール物質（７）は常温で固体であるとともに硬化工程にて蒸発することを特徴とする。

このように、導電性接着剤（１）に、１分子に−ＯＨ官能基（水酸基）を３個含有するアルコール物質（７）を含ませると、このアルコール物質（７）中の−ＯＨ官能基（水酸基）によって、電子部品（２）や基板（４）における第１、第２電極（２ａ、３）の表面の酸化膜（２ｂ、３ａ）を還元することができる。

さらに、導電性接着剤（１）の含ませているものがアルコール物質（７）であることから、蒸発させることによって導電性接着剤（１）内にアルコール物質（７）が略残留しないようにすることができる。これにより、各電極（２ａ、３）と導電性接着剤（１）における界面抵抗を低くすることができ、さらに導電性接着剤（１）からアルコール物質（７）を除去するための洗浄をなくすことができる。

また、アルコール物質（７）として常温で固体のものを用いているので、導電性接着剤（１）を塗ったままの形状を保持することができる。請求項２に示すように、導電性接着剤としてＡｇペースト（１）を用いる場合には、Ａｇフィラ（６）が７５〜８５ｗｔ％、アルコール物質（７）が０．１〜５ｗｔ％（より好ましくは０．２〜３ｗｔ％）及び樹脂（５）が残部とするのが好ましい。

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）に、導電性接着剤としてＡｇペースト１を用いて、電子部品２を基板４上に実装するときの模式図を示す。なお、図１（ａ）は後述する熱処理前における状態を示し、図１（ｂ）は熱処理後における状態を示す。以下、図１（ａ）、（ｂ）に基づき、電子部品２の実装方法について説明する。

先ず、図１（ａ）に示すように、Ｓｎ等の金属からなる所望のランド電極３が備えられた基板４を用意し、このランド電極３上に本実施形態におけるＡｇペースト１を塗布する。このとき、ランド電極３の表面には酸化膜３ａができた状態になっている。また、Ａｇペースト１の塗布は、スクリーン印刷手法による印刷によって行っており、所望の厚さ（例えば、６０μｍ）のメタルマスクを用いて印刷を行っている。

そして、Ａｇペースト１をランド電極３上に印刷したのちに、ランド電極３上にコンデンサ等の電子部品２を位置決め搭載して電子部品２に備えられた電極２ａをＡｇペースト１に付着させる。これにより、図１（ａ）に示すように電子部品２が基板４上に接着された状態となる。なお、このときに電子部品２の電極２ａの表面にも酸化膜２ｂができた状態になっている。

ここで、本実施形態に用いられるＡｇペースト１の詳細について説明する。Ａｇペースト１は、エポキシ樹脂５とＡｇフィラ６からなる混合体に、酸化膜２ｂ、３ａを還元させるためのアルコール物質であって１分子に−ＯＨ基を少なくとも２つ有しているものを添加させたものであり、実施形態では、アルコール物質としてトリメチロールプロパン７を用いている。

このトリメチロールプロパン７を用いた場合には、Ａｇペースト１の組成比を、Ａｇフィラ６が７５〜８５ｗｔ％、トリメチロールプロパン７が０．１〜５ｗｔ％（より好ましくは０．２〜３ｗｔ％）及びエポキシ樹脂５が残部とするのが好ましく、本実施形態では、Ａｇフィラ６が８０％、エポキシ樹脂５が２０％の組成比で構成されたＡｇペースト１にトリメチロールプロパン７を５％添加したものを用いている。

ここで、トリメチロールプロパン７の組成比は０．１〜５ｗｔ％にしているが、１％未満であると還元力を発揮するために不十分であり、また１０％を超えると熱処理時に軟化して印刷形状を保持できなくなる為である。また、上述したように、アルコール物質としてトリメチロールプロパン７を選定したのは、−ＯＨ基を３個含有しており、かつ常温で固体だからである。すなわち、−ＯＨ基が２個未満の場合には、Ａｇペースト１の還元性が悪いためであり、また常温固体でない場合には印刷形状（塗ったときの形状）を保持することが困難だからである。

このトリメチロールプロパン７は、略１７０℃の温度のときに最も還元力を発揮することができることが実験により明らかになっており、この温度を略１分間以上保持することにより酸化膜２ｂ、３ａを還元させることができる。さらに、本実施形態で使用されるＡｇペースト１のエポキシ樹脂５は、略１７０℃の温度の時が硬化最適条件であることが分かっている。

また、トリメチロールプロパン７は、略２４０℃の温度を１分間程度保持すると蒸発する物質であり、この条件を満たすような熱処理を施すことによって洗浄の必要性を排除することができる。次に、図１（ａ）に示すように電子部品２を基板４に搭載した後、基板４を恒温槽に入れて熱処理を行って、酸化膜２ｂ、３ａを還元させると共に、Ａｇペースト１を硬化させ、さらには洗浄の必要性を排除すべくトリメチロールプロパン７を蒸発させる。

このとき、上述したように、還元力を十分に発揮する条件、Ａｇペースト１を硬化させる条件及びトリメチロールプロパン７を蒸発させる条件を全て満たすように上記熱処理を行う。すなわち、本実施形態では、第１の熱処理としてＡｇペースト１の硬化最適条件となる略１７０℃の温度を６０分間程度保持し、さらに第２の熱処理として略２４０℃の温度を１分間程度保持するような処理を施している。

次に、熱処理中における電子部品２の実装状態を説明する。第１の熱処理の略１７０℃の温度において、最初の１分間程度でトリメチロールプロパン７における−ＯＨ基によって酸化膜２ｂ、３ａが還元される。すなわち、Ａｇペースト１の硬化最適条件の温度にて酸化膜２ｂ、３ａの還元も同時に行われる。これにより、Ａｇペースト１と電子部品２の電極２ａ又はランド電極３の間における界面に酸化膜２ｂ、３ａがなくなり、Ａｇペースト１内のＡｇフィラ６が電子部品２に設けられた電極２ａ及びランド電極３と点接触し易くなる。なお、この最初の１分間という短時間においてはまだＡｇペースト１は硬化途中であり、この後さらに続けられる熱処理によってＡｇペースト１が硬化する。

そして、第２の熱処理における略２４０℃の温度において、Ａｇペースト１内に含まれているトリメチロールプロパン７が蒸発される。これにより、トリメチロールプロパン７が略残留しないようにすることができるため、トリメチロールプロパン７を洗浄する必要がなくなる。このように、電子部品２の電極２ａやランド電極３の表面の酸化膜２ｂ、３ａを還元する還元剤をＡｇペースト１内に含ませることによって、電子部品２の電極２ａやランド電極３とＡｇペースト１との界面抵抗を低くすることができ、さらにこの還元剤として所定の条件で蒸発するようなアルコール物質を採用することによって、還元剤をＡｇペースト１内から排除するための洗浄を行う必要もなくなる。

これにより、洗浄を必要としなくても電子部品２の電極２ａやランド電極３とＡｇペースト１との界面抵抗を低くすることができる。また、Ａｇペースト１の硬化最適条件にて酸化膜２ｂ、３ａの還元を行っているため、酸化膜２ｂ、３ａの還元のためだけに必要な工程を排除することができる。

なお、本実施形態に示したＡｇペースト１はランド電極３や電子部品２の電極２ａの材質に係わらず適用することができ、これらの電極がＳｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、はんだ又はこれらの合金で構成されているか、若しくは導体電極として通常用いられいる材料で構成されていれば、全てに適用することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、Ａｇフィラ６とエポキシ樹脂５及びアルコール物質によって構成されるＡｇペースト１を用いていたが、本実施形態においてはこのＡｇペースト１にさらにハンダ粉１０を添加したものを適用した実施形態を示す。本実施形態において、Ａｇペースト１の構成及びＡｇペースト１の硬化の条件以外は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分のみ説明する。

Ａｇペースト１中に添加されたハンダ粉１０の溶融温度は約１８０℃であるため、第１実施形態でＡｇペースト１の硬化の条件として行っていた略１７０℃程度、６０分間程度の熱処理を、本実施形態では略２００℃程度、５分間の熱処理に代える。このようにＡｇペースト１内にハンダ粉１０を添加した場合において、電子部品２を実装したときの模式図を図２に示す。この図に示されるように、ハンダ粉１０が各電極と接合されるため、各電極の比表面積が上がる。これにより、接合部材における抵抗値を下げることができる。このように、Ａｇペースト１中にハンダ粉１０を添加してもよい。

なお、このようにハンダ粉１０を用いた場合においても、ハンダ粉１０の量は極めて少ないため、Ｐｂによる環境汚染を守ることができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態においては、アルコール物質として、トリメチロールプロパン７を用いているが、トリメチロールプロパン７を代表する構造体を有するその他のもの、例えばトリメチロールエタンを用いてもよい。

また、Ａｇペースト１を上述したような組成比で形成しているが、必要に応じて溶剤や反応性希釈剤を加えてもよい。さらに、上記実施形態では、略１７０℃の熱処理を６０分間程度行った後に略２４０℃の熱処理を１分間程度行っているが、２４０℃の熱処理を略１７０℃、６０分間程度の熱処理の途中で行ってもよい。

第１実施形態におけるＡｇペーストによって電子部品を基板に接着したときの説明図である。第２実施形態におけるＡｇペーストの説明図である。従来におけるはんだペーストを用いて電子部品を基板に接合したときの説明図である。はんだペーストに代えて、Ａｇペーストを実装材料に用いたときの説明図である。

符号の説明

１Ａｇペースト
２電子部品
２ａ、３電極
２ｂ、３ａ酸化膜
４基板
５エポキシ樹脂
６Ａｇフィラ
７トリメチロールプロパン

Claims

電子部品（２）に設けられた電極（２ａ）と基板（４）に設けられた電極（３）との電気的な接合を行う導電性接着剤（１）であって、
樹脂（５）とＡｇフィラ（６）からなる混合体に、１分子に−ＯＨ官能基（水酸基）を３個含有するアルコール物質（７）を添加させたものであり、
前記アルコール物質（７）は、常温で固体であるとともに硬化工程にて蒸発することを特徴とする実装用導電性接着剤。
前記Ａｇフィラ（６）が７５〜８５ｗｔ％、前記アルコール物質（７）が０．１〜５ｗｔ％及び前記樹脂（５）が残部の割合となるＡｇペーストで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の実装用導電性接着剤。
電子部品（２）に設けられた電極（２ａ）と基板（４）に設けられた電極（３）との電気的な接合を行う導電性接着剤（１）であって、
樹脂（５）とＡｇフィラ（６）からなる混合体に、１分子に−ＯＨ官能基（水酸基）を３個含有するアルコール物質（７）を添加させたものであり、
前記アルコール物質（７）として、常温で固体であるトリメチロールプロパンまたはトリメチロールエタンを用いることを特徴とする実装用導電性接着剤。