JP2006514144A - 導電性接着性組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
不幸なことに、公知技術の導電性接着性組成物の多くは、加工性に関する付随的な問題を発生し、また他の重大な限界をこうむっている。
まず、鉛を主成分とする半田を組込んだPCBの典型的な加工は、約200-205℃なる加工温度を必要とする。公知技術の導電性接着性組成物を包含する、鉛を含まない多くの系は、250-265℃までの範囲に及ぶ、より高い加工温度を必要とする。このレベルにおける高い加工温度は、しばしば他の部品に有害であって、溶融及びその他の損傷を引起す。従って、この高い加工温度に対して抵抗性の、他の材料を使用する必要があり、またこれらの材料は、通常より高価であり、その使用は望ましくない。
第二に、最良の導電性接着性組成物であっても、その抵抗性は、PCBに対する電気部品の電気的接続のための、他の形態、例えば鉛を主成分とする半田の持つ抵抗性程良好なものではない。例えば、工業界全体に渡り入手可能な、一般に普及している銀及び金は、硬化後に、約50 mΩ/□(milliohm per square)なる抵抗を持ち、これに対して、鉛を主成分とする半田は、硬化後に約2.5 mΩ/□なる抵抗を持つ。
別の方法では、酸が、該公知技術の該導電性接着性組成物に配合されている。これらの酸は、初めは清浄で、金属酸化物を除去するが、該酸が様々な成分と反応して、該組成物の樹脂状の成分となり、該酸が中和され、結果的には、最早該金属粒子からその酸化物を溶融する、融剤として有効では無くなる。更に、過剰の酸の使用は、その型又は量によって、硬化を阻害する恐れがあり、またそうでなくても、該導電性接着性組成物が、水分による攻撃及び劣化を受け易くなってしまう。
上に列挙した技術を含む、従来技術の該導電性接着性組成物と関連する上記所欠点のために、溶融によって、該導電性接着性組成物自体において、又は該組成物を使用している、電気又は電子部品間の界面において生じるあらゆる金属酸化物を、継続的に除去する能力を持つことによって、改善された導電性を示す、導電性接着性組成物を提供することが望ましい。
該融剤は、1〜20質量部なる範囲の量で存在し、かつ該導電性金属の上記表面における、該金属酸化物と反応性のフェノールを含む。この反応は、少なくとも部分的に、該導電性金属の上記表面から該金属酸化物を除去する。それ故、該導電性接着性組成物の導電率は、増大する。
本発明は、低い初期接触抵抗を達成するように、導電性接着性組成物内に融剤を配置することのみを意図するものではなく、該導電性接着性組成物が組込まれている、電気又は電子アセンブリーの寿命全体に渡り、継続して溶融を行うのに適した環境を維持することをも意図している。換言すれば、該導電性接着性組成物は、溶融作用の長期に渡る持続を可能とし、その硬化段階全体でさえ持続する。本発明の導電性接着性組成物は、電気又は電子アセンブリー内の、電気又は電子部品(リード線、パッド等)を、金属酸化物のない状態に保って、抵抗率を下げ、結果的に導電率を高める。
従って、本発明は、導電性接着性組成物を提供するものであり、この導電性接着性組成物は、溶融によって、該組成物自体において、又は該組成物を使用している電気又は電子部品間の界面において生じる、あらゆる金属酸化物を持続的に除去する能力を持つことによって、改善された導電率を呈する。
本発明のその他の利点は、添付した図面を考慮して、以下の詳細な説明を参照することによって、本発明を更に良く理解した場合に、容易に理解されるであろう。該添付図面及び詳細な説明は、例示のみの目的で与えられるものであり、何等本発明の範囲を限定するものではない。
本発明は、導電性接着性組成物26、又は単に組成物26を開示する。好ましくは、本発明の組成物26は、電気又は電子部品20を、非-導電性印刷回路基板(PCB)等の基板16に、物理的に固定し、かつ電気的に接続して、電気又は電子アセンブリー24を製造するために使用される。PCB16は、特に極端に高い加工温度にて加熱するには理想的とは言えない、ポリスチレン等の低融点プラスチック製であり得る。
特に図1を参照すると、従来技術の電子アセンブリー10が示されている。図1は、従来技術の導電性接着性組成物12の、電気的接続を行う際の、一般的な利用に焦点を合わせてある。そこでは、電子アセンブリー10が、老化されておらず、即ち図2を参照しつつ以下に記載されるように、金属酸化物22は、まだ形成されていない。より具体的には、電気的に伝導性のパッド14は、PCB16等の基板の表面にある特徴として形成される。外部の電気又は電子部品20に対するリード線18は、従来技術の硬化された導電性接着性組成物12の作用によって、該パッド14に永続的に接着されている。図2においては、図1の従来技術の電子アセンブリー10が老化されて、金属酸化物22が、全面に形成されている。より具体的には、該金属酸化物22は、該組成物12と該パッド14との界面に、また該組成物12と該リード線18との間にも形成されている。この金属酸化物22は、該パッド14又は該リード線18の何れかを形成する金属よりも、高い抵抗を持つものである。
該組成物26は、導電性金属、架橋性で接着性の成分、及び融剤を含む。典型的には導電性金属粒子である、該導電性金属は、50〜90質量部なる範囲の量、好ましくは70〜85質量部なる範囲の量で、該組成物26中に存在する。ここで使用する用語「粒子」とは、導電性金属粉末、導電性金属フレーク等を包含するものとする。
好ましくは、この導電性金属は、銅、銀、アルミニウム、金、プラチナ、パラジウム、ベリリウム、ロジウム、ニッケル、亜鉛、コバルト、鉄、モリブデン、イリジウム、レニウム、水銀、ルテニウム、オスミウム、及びこれらの組合わせからなる群から選択される。より好ましくは、この導電性金属は、貴金属を含む。本発明の最も好ましい態様では、該貴金属は、粒子状態にある、特にフレーク状の銀である。本発明の組成物26において使用するのに適した2種の銀フレークは、フェロメット(FerroMet)から市販品として入手できる、シルバーフレーク(Silver Flake) 1及びシルバーフレーク(Silver Flake) 26 LVである。単に説明の目的で、残りの説明は、該導電性金属として、銀のフレークについて行われる。この説明の形態は、便宜的なものであって、限定的なものと理解すべきではない。
この銀フレークが、またその表面に潤滑剤を含むこともできることは、述べておく価値がある。この潤滑剤、典型的にはステアリン酸銀は、銀粉末からの該銀フレークの圧延による製造中に、ステアリン酸が、該銀フレークの表面と反応した際に形成される。以下において更に詳しく説明する、本発明の融剤は、該銀フレークの表面から、あらゆる潤滑剤を除去する機能をも併せ持ち、これにより該組成物26の導電性は、更に増大する。ここで使用する用語「潤滑剤」とは、一般に該ステアリン酸銀を意味するが、銀粉末の銀フレークへの圧延処理の結果として残された、あらゆるステアリン酸をも意味する。
本明細書において接着性成分という、該架橋性で接着性の成分は、7〜24質量部なる範囲、好ましくは11〜19質量部なる範囲の量で存在する。この接着性成分は硬化性であって、該電気又は電子部品20を、該リード線18及び該パッド14を介して、該基板16に物理的に接着することができる。
本発明の最も好ましい態様においては、このエポキシ樹脂は、p-アミノフェノールのトリグリシジル及びエポキシフェノールノボラック樹脂の少なくとも一方を含む。即ち、最も好ましい態様においては、該エポキシ樹脂は、p-アミノフェノールのトリグリシジル、エポキシフェノールノボラック樹脂、又はこれらエポキシ樹脂両者のブレンドを含むことができる。適当な一種のp-アミノフェノールのトリグリシジルは、現在ユタ州ソルトレークシティー、ハンツマン(Huntsman)の一部門である、バンチコ社(Vantico, Inc.)から市販品として入手できる、アラルダイト(AralditeTM) MY 0510エポキシレジン(Epoxy Resin)である。適当な一種のエポキシフェノールノボラック樹脂は、同様にハンツマン社から市販品として入手できるアラルダイト(AralditeTM) EPN 9850エポキシレジン(Epoxy Resin)である。
該接着性成分は、場合により反応性の希釈剤及び触媒を含むことができる。事実、必須ではないが、本発明の好ましい態様は、該エポキシ樹脂と共に、該接着性成分に、これら反応性の希釈剤及び触媒両者を配合する。
ここで使用する用語「反応性希釈剤」とは、活性物質の相対的な濃度を減じて、所定の有利な効果を達成するのに使用する成分を意味する。この特別な反応性希釈剤は、本発明の接着性成分において、上記のエポキシ樹脂と共に使用して、エポキシ反応の相対的濃度を減じ、かつこのエポキシ反応の作用を和らげる(例えば、エポキシ架橋の際の粘度を調節する)。更に、このエポキシ反応からの発熱は、該反応性希釈剤、即ち好ましい態様における該エトキシル化(4)ペンタエリスリトールテトラアクリレートを活性化して、自身と補足的に架橋を行うものと考えられる。換言すれば、第二の架橋反応が起こるものと考えられる。この第二の架橋反応は、該接着性成分のエポキシ樹脂と関連する一次架橋とは、相互作用しない。
該反応性希釈剤及び該触媒両者に関連して、広範な化学的代替品が、該エポキシ樹脂と共に使用するのに適したものである限りにおいて、これら代替品を、この接着性成分に配合することが可能であるものと理解すべきである。
本発明の組成物26は、また融剤をも含む。この融剤は1〜20質量部なる範囲、好ましくは1〜10質量部なる範囲内の量で存在する。この融剤は、該導電性金属の表面上の、金属酸化物と反応性のフェノールを含む。当業者には理解されるように、1又はそれ以上のヒドロキシル基が、直接ベンゼンリングに結合している、大きな1群の芳香族有機化合物の任意の一種である。1〜20質量部において、この融剤、特にフェノールは、該接着性成分、即ち該組成物26の化学的骨格を、如何なる様式においても劣化することはない。その代わりに、このフェノールは該エポキシ樹脂を可塑化する機能を持ち、結果的に該組成物26の加工を容易にし、かつ該硬化された組成物26の可撓性及び靭性を高めるものと考えられている。
以下の表を参照すると、該導電性接着性組成物26は、以下に規定する質量部(pbw)にて、各成分を添加し、かつ反応させることにより製造された。ここに概説した各成分のpbw、特に該導電性金属、該接着性成分、及び該融剤のpbwは、硬化のための最適の反応、及びより低い抵抗率、即ち高い導電性を得るために重要である。
上記実施例1〜3の組成物は、基板16、特にFR4上に堆積し、オーブン内で150℃にて30分間加熱することにより、硬化した。
明らかに、上記の教示に照らせば、本発明の多数の改良並びに変更が可能である。本発明は、添付した特許請求の範囲に具体的に記載されたもの以外で、実施することも可能である。
16・・・基板
18・・・リード線
20・・・電気又は電子部品
24・・・電気又は電子アセンブリー
26・・・導電性接着性組成物
Claims (34)
- 導電性接着性組成物であって、
50〜90質量部なる範囲の量で存在し、かつ金属酸化物が存在する表面を持つ導電性金属と、
7〜24質量部なる範囲の量で存在し、かつエポキシ樹脂を含む、架橋性で接着性の成分と、
1〜20質量部なる範囲の量で存在し、かつ該導電性金属の上記表面における、該金属酸化物と反応性であって、少なくとも部分的に該金属酸化物を、該導電性金属の上記表面から除去して、該導電性接着性組成物の導電率を増大させる融剤と、
を含有し、上記全ての質量部が、該導電性接着性組成物100質量部を基準とするものであることを特徴とする、導電性接着性組成物。 - 該導電性金属が、銅、銀、アルミニウム、金、プラチナ、パラジウム、ベリリウム、ロジウム、ニッケル、亜鉛、コバルト、鉄、モリブデン、イリジウム、レニウム、水銀、ルテニウム、オスミウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該導電性金属が、貴金属を含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該貴金属が、粒子状態にある銀を含む、請求項3記載の導電性接着性組成物。
- 該導電性金属が、70〜85質量部なる範囲の量で存在する、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該エポキシ樹脂が、少なくとも2.5なる平均エポキシ官能価を持つ、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該エポキシ樹脂が、少なくとも3.0なる平均エポキシ官能価を持つ、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該エポキシ樹脂が、60〜200 g/eqなる範囲のエポキシ当量を持つ、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該エポキシ樹脂が、90〜180 g/eqなる範囲のエポキシ当量を持つ、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該エポキシ樹脂が、p-アミノフェノールのトリグリシジル及びエポキシフェノールノボラック樹脂の少なくとも一方を含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該接着性成分が、11〜19質量部なる範囲の量で存在する、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該架橋性で接着性の成分が、更に反応性の稀釈剤を含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該反応性の稀釈剤が、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12記載の導電性接着性組成物。
- 該反応性の稀釈剤が、アクリレートを主成分とし、かつ少なくとも2-官能性のモノマーを含む、請求項12記載の導電性接着性組成物。
- 該モノマーが、エトキシル化(4)ペンタエリスリトールテトラアクリレートを含む、請求項14記載の導電性接着性組成物。
- 該架橋性、接着性成分が、更に触媒をも含む請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該触媒が、イミダゾールを含む、請求項16記載の導電性接着性組成物。
- 該フェノールが、ノニルフェノールを含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該フェノールが、ビスフェノールを含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該フェノールが、レゾルシノールを含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該フェノールが、更に式:CxHyC6H4OHで表されるフェノールとして定義され、該式においてxは3〜12であり、かつyは該フェノールを飽和するように選択される、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該フェノールが、酸性である、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該融剤が、1〜10質量部なる範囲の量で存在する、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 更に、該架橋性、接着性成分及び該融剤を溶解するために、1〜20質量部なる範囲の量で存在する、溶媒をも含む、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 該溶媒が、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項24記載の導電性接着性組成物。
- 15mΩ/□以下の抵抗を持つ、請求項1記載の導電性接着性組成物。
- 請求項1記載の該導電性接着性組成物から製造した、電気的接続を持つことを特徴とする、基板。
- 導電性接着性組成物であって、本質的に、
50〜90質量部なる範囲の量で存在し、かつ金属酸化物が存在する表面を持つ導電性金属と、
7〜24質量部なる範囲の量で存在し、かつエポキシ樹脂、反応性の稀釈剤、及び触媒を含む、架橋性で接着性の成分と、
1〜20質量部なる範囲の量で存在し、かつ該導電性金属の上記表面における、該金属酸化物と反応性であって、少なくとも部分的に該金属酸化物を、該導電性金属の上記表面から除去して、該導電性接着性組成物の導電率を増大させる融剤と、
からなり、上記質量部の全ては、該導電性接着性組成物100質量部を基準とするものであることを特徴とする、導電性接着性組成物。 - 該エポキシ樹脂が、p-アミノフェノールのトリグリシジル及びエポキシフェノールノボラック樹脂の少なくとも一方を含む、請求項28記載の導電性接着性組成物。
- 該反応性の稀釈剤が、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項28記載の導電性接着性組成物。
- 該反応性の稀釈剤が、アクリレートを主成分とし、かつ少なくとも2-官能性のモノマーを含む、請求項28記載の導電性接着性組成物。
- 該触媒が、イミダゾールを含む、請求項28記載の導電性接着性組成物。
- 該フェノールが、ノニルフェノールを含む、請求項28記載の導電性接着性組成物。
- 更に、該架橋性、接着性成分及び該融剤を溶解するために、1〜20質量部なる範囲の量で存在する、溶媒をも含む、請求項28記載の導電性接着性組成物。
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