CN102119427A - 导电性粘合剂以及使用了该导电性粘合剂的led基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能够确保导电性和粘合性这两者的导电性粘合剂、以及使用了该导电性粘合剂的LED基板。所述导电性粘合剂包含导电性填料、粘合剂树脂和溶剂作为其主要成分，并且所述导电性填料包含平均粒度为2μm至30μm的金属粉末作为其主要成分、并且包含平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及用于粘合(例如)半导体器件和芯片部件的导电性粘合剂，还涉及使用该导电性粘合剂制得的LED基板。
背景技术
近年来电子设备朝着更小型化和多功能化的方向发展，从而引起组成部件(例如，诸如LED器件之类的半导体器件和诸如芯片电阻器之类的芯片部件)的微型化。因此，在电子封装领域中，导电性粘合剂被广泛用作这样的粘合剂，使用该粘合剂，可以(例如)将半导体器件容易地粘合到金属基板上。
通常使用的导电性粘合剂包含导电性填料、粘合剂树脂和溶剂作为其主要成分。更具体地说，例如，公开了一种导电性粘合剂，其包含以下成分作为其主要成分：由诸如银粉、金粉、铜粉或碳粉之类的导电性金属粉末形成的导电性填料；包含环氧树脂作为其主要成分的粘合剂树脂；以及与所述环氧树脂具有相容性的溶剂。该导电性粘合剂中，导电性填料的含量设定为组合物总量的70质量％至90质量％，并且所用的环氧树脂是在室温下为液体的环氧树脂与平均分子量为500至10,000并且室温下为固体的环氧树脂的组合。在这种情况下，公开了这样一种导电性粘合剂，其对柔性印刷电路板具有应力松弛效应，并具有优良的导电性和粘合性(例如，参见专利文献1)。
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2007-277384
发明内容
本发明要解决的问题
尽管导电性粘合剂需要既具有高的导电性又具有高的粘合性，但通常难以确保兼具这两者。即，上述专利文献1中所公开的导电性粘合剂具有下列问题：当导电性粘合剂中导电性填料的比例提高时，导电性提高，但是由于粘合剂树脂的比例降低，所以粘合性降低；当导电性粘合剂中粘合剂树脂的比例提高时，粘合性提高，但是由于导电性填料的比例降低，所以导电性降低。
因此，鉴于上述问题而进行本发明，本发明的目的是提供一种能够确保导电性和粘合性这两者的导电性粘合剂。
解决问题的手段
为了实现上述目的，根据本申请的第一发明，导电性粘合剂包含导电性填料、粘合剂树脂和溶剂作为其主要成分，并且所述导电性填料包含平均粒度为2μm至30μm的金属粉末作为其主要成分、并包含平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒。
在这种情况下，粒度为100nm或更小的超细金属颗粒填充在被用作导电性填料并具有相对较大粒度的金属粉末的间隙中，从而提高导电性填料中金属的堆积密度，从而提高了低烧结温度(200℃或更低)下的导电性。另外，平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒在低温(200℃或更低)下烧结，从而与要被粘合的金属基板形成金属键。由此，可以提高导电性粘合剂的粘合性。
根据本申请的第二发明，在本申请的第一发明的导电性粘合剂中，相对于所述导电性填料的总量，所述超细金属颗粒的含量为0.1质量％至10质量％。
在这种情况下，超细金属颗粒能够在基本上不增加成本的情况下充分发挥提高导电性和粘合性的效果。
根据本申请的第三发明，在本申请的第一或第二发明的导电性粘合剂中，相对于所述导电性粘合剂的总量，所述导电性填料的含量为50质量％至90质量％。在这种情况下，可以可靠地提高导电性粘合剂的导电性和粘合性。
根据本申请的第四发明，在本申请的第一至第三发明中的任意一种导电性粘合剂中，所述金属粉末是银粉。在这种情况下，因为银粉具有低的比电阻，所以可以提供具有优良导电性的导电性粘合剂。另外，可以提供成本低的、抗氧化的导电性粘合剂。
另外，本申请的第一至第四发明中的任意一种导电性粘合剂具有可以使导电性和粘合性得以提高的优良性质。因而，根据本申请的第五发明，本申请的第一至第四发明中的任意一种导电性粘合剂可适用于具有金属基板和LED器件的LED基板，并且使用本申请的第一至第五发明中的任意一种导电性粘合剂将所述金属基板和LED器件粘合。
发明效果
本发明提供能够确保导电性和粘合性这两者的导电性粘合剂以及使用了该导电性粘合剂的LED基板。
本发明的最佳实施方案
下面将描述本发明的优选实施方案。通过将诸如金属粉末之类的导电性填料分散在粘合剂树脂中来制成糊状的本发明导电性粘合剂，并且本发明的导电性粘合剂用于将组成部件(例如，诸如LED器件之类的半导体器件和诸如芯片电阻器之类的芯片部件)粘合到金属基板上。
用作导电性填料的金属粉末可以是金属粉末(如银粉、铜粉、铂粉、金粉、镍粉或钯粉)或碳粉(如炭黑或石墨粉)。在这些粉末中，优选使用银粉。这是因为银粉的比电阻低因而导电性优良、具有抗氧化性、并且成本低廉。
本发明中使用的金属粉末是鳞片状金属粉末。所述鳞片状金属粉末可以是如下制备的平板状(鳞片状)金属粉末：在鳞片状金属粉末的三个垂直方向(长度、宽度和厚度方向)上的尺寸中，一个方向(厚度方向)上的尺寸为其他两个方向(长度和宽度方向)上的最大尺寸的约1/2或更小，特别是1/50至1/5，并且平均粒度为2μm至30μm。如果平均粒度不足2μm，因为鳞片状金属粉末不提供使接触电阻降低的效果，所以导电性可能会降低。另一方面，如果平均粒度超过30μm，例如，当导电性粘合剂被用于丝网印刷时，鳞片状金属粉末可能会阻塞网的开孔直径小的丝网掩模，从而引起诸如飞白(thin spot)和中断之类的印刷缺陷。本文所用的术语“平均粒度”是指50％粒度(D50)，其可以利用(例如)根据激光多普勒方法的粒度分布测量仪(Microtrac(注册商标)粒度分布测量仪MT3000Ⅱ，由日机装株式会社制造)进行测量。
为了降低接触电阻从而提高导电性并防止(例如)丝网掩模的阻塞从而防止印刷缺陷(诸如飞白和中断)，在上述范围内，特别地鳞片状金属粉末的平均粒度优选为3μm至20μm。可以使用通过多种已知方法(如液相还原法和气相生长法)制得的鳞片状金属粉末。
另外，为了确保导电性和粘合性，相对于导电性粘合剂的总量，导电性填料的含量优选为50质量％至90质量％。如果导电性填料的含量低于50质量％，虽然粘合性得以提高，但导电性可能降低。另一方面，如果导电性填料的含量超过90质量％，虽然导电性得以提高，但粘合性可能降低。
所用的粘合剂树脂是有机绝缘树脂，该有机绝缘树脂优选为耐热树脂，因为该有机绝缘树脂在热处理后仍然存在于导电膜中。这种耐热树脂的例子包括氟树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酯-酰亚胺树脂、聚酯树脂、聚醚砜树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚苯并咪唑树脂、聚苯并
唑树脂、聚苯硫醚树脂、双马来酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂、苯氧树脂。这些耐热树脂可以单独用作粘合剂树脂，或者两种或多种组合用作粘合剂树脂。
在这些树脂中，从提高导电性粘合剂的耐热性考虑，优选的是环氧树脂。环氧树脂的例子包括但不限于双酚型环氧树脂(如双酚A、F、S和AD-型环氧树脂)、萘型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、联苯型环氧树脂和双环戊二烯型环氧树脂。还可以使用作为高分子量环氧树脂的苯氧型环氧树脂。
另外，相对于导电性粘合剂的总量，粘合剂树脂的含量优选为8质量％至40质量％。如果粘合剂树脂的含量低于8质量％，则粘合性可能降低。另一方面，如果粘合剂树脂的含量超过40质量％，则导电性可能降低。
除了上述组分外，本发明的导电性粘合剂还可以包含(例如)用于固化粘合剂树脂的潜伏性固化剂、溶剂以及其他添加剂。用于环氧树脂的潜伏性固化剂的例子包括咪唑型潜伏性固化剂、酰肼型潜伏性固化剂、胺型潜伏性固化剂(例如三氟化硼胺络合物、胺酰亚胺、多胺、叔胺和烷基脲)、双氰胺型潜伏性固化剂、酸酐型潜伏性固化剂、酚型潜伏性固化剂和它们的改性材料，并且它们可以单独使用或作为两种或多种的混合物使用。
在这些潜伏性固化剂中，从低温下优良的存储稳定性以及快速固化考虑，优选使用咪唑型潜伏性固化剂。所用的咪唑型潜伏性固化剂可以是已知的咪唑型潜伏性固化剂。更具体地说，一个例子为咪唑化合物与环氧树脂的加合物。咪唑化合物的例子包括咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-十二烷基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑和4-甲基咪唑。
特别是，潜伏性固化剂优选被微胶囊化在高分子物质(如聚氨酯或聚酯)或无机物(如镍或铜等金属薄膜或硅酸钙)中，以确保长期存储稳定性和快速固化性，而长期存储稳定性和快速固化性这两者是相互矛盾的特性。因此，微胶囊化的咪唑型潜伏性固化剂是特别优选的。
因为导电性粘合剂与(例如)由耐热性低的多用途材料形成的基材组合使用，所以导电性粘合剂优选在200℃以下的温度范围内固化；因此，优选的是适当地选择并使用能够在200℃以下范围内的预定温度下引发粘合剂树脂的固化反应的固化剂。固化剂的添加量可以等于粘合剂树脂的理论当量。
另外，相对于导电性粘合剂的总量，潜伏性固化剂的含量优选为0.2质量％至5质量％。如果潜伏性固化剂的含量低于0.2质量％，则因为环氧树脂固化不充分，所以粘合性可能不足。另一方面，如果潜伏性固化剂的含量超过5质量％，则因为在储存期间固化剂发生反应，所以稳定性可能降低。
另外，用来溶解粘合剂树脂的溶剂优选为粘合剂树脂可溶于其中的溶剂，该溶剂对于要被导电性粘合剂涂覆的基板而言具有非腐蚀性，并且因为要通过诸如丝网印刷或冲压之类的方法将导电性粘合剂施加到基板上，所以该溶剂具有高沸点和低挥发性，从而可以提高耐干燥性，以提高印刷工序的容易程度。因此，为了保持这些性质，优选使用有机溶剂，如丁基卡必醇、二甘醇丁醚醋酸酯、卡必醇醋酸酯、松油醇或邻苯二甲酸二乙酯。还可以组合使用若干类型的这些溶剂。
另外，相对于导电性粘合剂的总量，溶剂的含量优选为30质量％或更小。如果溶剂的含量超过30质量％，则由于导电性粘合剂的粘度过低，导电性粘合剂可能(例如)在丝网印刷中会滑落，从而使导电性粘合剂的涂布性和印刷工序的容易程度降低，并且因为其在干燥过程中大量脱气，因此还不利地影响其他部件。
除了上述成分外，本发明的导电性粘合剂还可以包含添加剂，如固化促进剂、硅烷偶联剂、阻燃剂、增稠剂、触变剂、流平剂和增塑剂。例如，可以加入增塑剂以提高耐干燥性，而耐干燥性是利用(例如)丝网印刷或冲压的连续印刷中的重要性质。优选的增塑剂的例子包括邻苯二甲酸衍生物、间苯二甲酸衍生物、四氢化邻苯二甲酸衍生物、己二酸衍生物、马来酸衍生物、富马酸衍生物、偏苯三酸衍生物、均苯四甲酸衍生物、硬脂酸衍生物、油酸衍生物、衣康酸衍生物、蓖麻油酸衍生物和氢化的蓖麻油及其衍生物。
本发明的导电性粘合剂的特征在于导电性填料中包含平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒。在这种情况下，平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒填充在被用作导电性填料并具有相对较大粒度的金属粉末的间隙中，以提高导电性填料中金属的堆积密度，从而提高低的烧结温度(200℃或更小)下的导电性。另外，平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒在低温(200℃或更小)下烧结以与要被粘合的金属基板形成金属键。这样，可以提高导电性粘合剂的粘合性。
所用的超细金属颗粒可以是银、铜、金、铂、钯、铱、铑、钌、镍、锡或锌的超细颗粒。在这些超细颗粒中，从导电性、抗氧化性和成本考虑，优选使用银的超细颗粒。
另外，超细金属颗粒的平均粒度是100nm或更小。如果平均粒度超过100nm，则虽然可以提高导电性，但是难以与金属基板形成金属键，因此不能充分提高粘合性。
另外，如果所用的导电性填料是具有相对较大粒度的金属粉末与平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒以预定的混合比率形成的混合物，则相对于导电性填料的总量(即，相对于100质量％的总的导电性填料)，超细金属颗粒的含量优选为0.1质量％至10质量％。如果超细金属颗粒的含量低于0.1质量％，则超细金属颗粒不能充分地提供上面所述的提高导电性和粘合性的效果。另一方面，如果超细金属颗粒的含量超过10质量％，则超细金属颗粒的比例高于鳞片状填料的比例，因此鳞片状填料之间的接触降低，从而降低了导电性。另外，因为超细金属颗粒的用量增加，所以成本增加。
通过(例如)将粘合剂树脂(如环氧树脂)溶解于溶剂(如二甘醇丁醚醋酸酯)中，加入金属粉末和超细金属颗粒作为导电性填料，加入潜伏性固化剂和其他添加剂并混合，并且使用三辊将该混合物混炼，以制备导电性粘合剂。
另外，如上所述，本发明的导电性粘合剂在提高导电性和粘合性方面具有优良的特性。因此，本发明的导电性粘合剂适用作将LED器件粘合到金属基板上以形成LED基板(其具有金属基板以及粘合在金属基板上的LED器件)的粘合剂。
上述实施方案提供下列优点：
(1)在该实施方案中，导电性填料包含平均粒度为2μm至30μm的金属粉末作为其主要成分，并且还包含平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒。因此，粒度为100nm或更小的超细金属颗粒填充在被用作导电性填料并具有相对较大粒度的金属粉末的间隙中，以提高导电性填料中金属的堆积密度，从而提高导电性粘合剂在低烧结温度(200℃或更小)下的导电性。另外，平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒在低温(200℃或更小)下烧结，以与要被粘合的金属基板形成金属键。因此，可以提高导电性粘合剂的粘合性。
(2)在该实施方案中，相对于导电性填料的总量，超细金属颗粒的含量被设定为0.1质量％至10质量％。因此，超细金属颗粒能够在基本上不增加成本的情况下充分地提供使导电性和粘合性得以提高的效果。
(3)在该实施方案中，相对于导电性粘合剂的总量，导电性填料的含量被设定为50质量％至90质量％。因此，可以可靠地提高导电性粘合剂的导电性和粘合性。
(4)在该实施方案中，所用的金属粉末是银粉。因为银粉具有低的比电阻，所以可以提供具有优良导电性的导电性粘合剂。另外，可以提供成本低的、抗氧化的导电性粘合剂。
实施例
下面将描述本发明的实施例和比较例。本发明并不局限于这些实施例。在基于本发明的精神并且不脱离本发明的范围内，可以对这些实施例进行修改和变更。
实施例1至6以及比较例1和2
使用旋转搅拌脱气机，将表Ⅰ中所示的银粉(商品名AgC-L，由福田金属箔粉工业株式会社制造)或铜粉(商品名MA-CJF，由三井金属矿业株式会社制造)、银的超细颗粒(商品名AGIN-W4A，由住友电气工业株式会社制造)、环氧树脂(商品名EPICRON 830，由DIC株式会社制造(是指表Ⅰ中的“环氧树脂1”)；以及商品名YDCN-704，由东都化成株式会社制造(是指表Ⅰ中的“环氧树脂2”))、以及起到环氧树脂的固化剂作用的双氰胺(商品名DICY7，由Japan Epoxy Resins株式会社制造)，按照表Ⅰ中示出的量进行混合，并且在观察到混合物均匀之后，使用三辊进行混炼。然后按照表Ⅰ中示出的量加入二甘醇丁醚醋酸酯，从而制得实施例1至6以及比较例1和2的导电性粘合剂。所制得的导电性粘合剂在通常状态下外观无异常。
体积电阻率评价
接下来，使用刮刀将制得的实施例1至6以及比较例1和2的导电性粘合剂施加到聚酰亚胺基板(商品名Kapton，由Du Pont-Toray株式会社制造)，以形成宽度为50mm、长度为80mm的薄膜，并将其干燥，置于恒温室中，然后将其在表Ⅰ所示的温度下加热固化表Ⅰ所示的一段时间，从而形成导电膜。然后使用电阻率仪(商品名Loresta，由Dia Instruments株式会社制造)测量导电膜的体积电阻率。结果示于表Ⅰ。作为评价标准，使用900μΩ·cm的体积电阻率作为参考值，如果体积电阻率低于该参考值，则确定该导电膜在导电性方面令人满意，如果体积电阻率不低于该参考值，则确定该导电膜在导电性方面不令人满意。
粘合性评价
接下来，在将台架温度(stage temperature)设定为室温并将制得的实施例1至6以及比较例1和2的导电性粘合剂通过冲压而施加到2cm见方的金属基板(镀银的铜基板)上之后，将3mm见方的硅芯片放置于导电性粘合剂上，并通过在表Ⅰ示出的固化条件下将位于硅芯片和金属基板之间的导电性粘合剂固化以将硅芯片粘合到金属基板上。然后，使用胶接检验仪(商品名Series 400，由Dage Arctek株式会社制造)确定在水平方向上向硅芯片施加力，硅芯片被剥离时的强度。结果示于表I。作为评价标准，使用15N/mm2的粘合强度作为参考值，如果粘合强度不低于该参考值，则确定该导电性粘合剂在粘合性方面是令人满意的，如果粘合强度低于该参考值，则确定该导电性粘合剂在粘合性方面不是令人满意的。另外，在台架温度被设定为150℃的情况下与此相类似地测量粘合强度。作为评价标准，使用10N/mm2的粘合强度作为参考值，如果粘合强度不低于该参考值，则确定该导电性粘合剂在粘合性方面是令人满意的，如果粘合强度低于该参考值，则确定该导电性粘合剂在粘合性方面不是令人满意的。结果在表Ⅰ中示出。
表Ⅰ
*1：平均粒度7μm *2：平均粒度19μm
如表Ⅰ所示，实施例1至6以及比较例1的导电性粘合剂的体积电阻率低于用于评价的参考值(即，900μΩ·cm)，从而具有令人满意的导电性。另一方面，比较例2的导电性粘合剂的体积电阻率不低于用于评价的参考值(即，900μΩ·cm)，从而具有不令人满意的导电性。这是因为，对于比较例2的导电性粘合剂而言，导电性填料中不包含超细金属颗粒。
另外，如表Ⅰ所示，实施例1至6的导电性粘合剂的粘合强度不低于用于评价的参考值(即，15N/mm2和10N/mm2)，从而具有令人满意的粘合性。另一方面，比较例1和2的导电性粘合剂的粘合强度低于用于评价的参考值(即，15N/mm2和10N/mm2)，从而具有不令人满意的粘合性。这是因为，对于比较例1的导电性粘合剂而言，因为导电性填料中所包含的超细金属颗粒具有大的平均粒度(即，200nm)，所以它们不与要被粘合的金属基板形成金属键，并且对于比较例2的导电性粘合剂而言，导电性填料中不包含超细金属颗粒。
工业实用性
本发明的应用实例是用于粘合(例如)半导体器件和芯片部件的导电性粘合剂。
Claims (5)
1.一种导电性粘合剂，其包含导电性填料、粘合剂树脂和溶剂作为其主要成分，其中所述导电性填料包含平均粒度为2μm至30μm的金属粉末作为其主要成分、并且包含平均粒度为100nm或更小的超细金属颗粒。
2.根据权利要求1所述的导电性粘合剂，其中，相对于所述导电性填料的总量，所述超细金属颗粒的含量为0.1质量％至10质量％。
3.根据权利要求1或2所述的导电性粘合剂，其中，相对于所述导电性粘合剂的总量，所述导电性填料的含量为50质量％至90质量％。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的导电性粘合剂，其中所述金属粉末是银粉。
5.一种LED基板，其具有金属基板和LED器件，其中所述金属基板和所述LED器件通过使用权利要求1至4中任意一项所述的导电性粘合剂而粘合。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110706 |