JP2013045650A - 異方性導電性ペースト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の異方性導電性ペーストは、240℃以下の融点を有する鉛フリーはんだ粉末10質量%以上50質量%以下と、熱硬化性樹脂および硬化剤を含有する熱硬化性樹脂組成物50質量%以上90質量%以下とを含有し、前記硬化剤は、カルボン酸系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、および、アミン系硬化剤を含有することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
すなわち、本発明の異方性導電性ペーストは、240℃以下の融点を有する鉛フリーはんだ粉末10質量%以上50質量%以下と、熱硬化性樹脂および硬化剤を含有する熱硬化性樹脂組成物50質量%以上90質量%以下とを含有し、前記硬化剤は、カルボン酸系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、および、アミン系硬化剤を含有することを特徴とするものである。
本発明の異方性導電性ペーストにおいては、前記鉛フリーはんだ粉末が、スズ、銅、銀、ビスマス、アンチモン、インジウムおよび亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含むことが好ましい。
また、本発明の異方性導電性ペーストが、接続部分の接着強度を十分に確保することができ、高い接続信頼性を有する理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。
一方で、所定値以上の熱および所定値以上の圧力にて熱圧着がされない箇所(電子部品の電極同士の間隙や配線基板の電極同士の間隙など)については、上記のようにはんだ接合がされることがなく、熱硬化性樹脂組成物内に鉛フリーはんだ粉末が埋設されたような状態となる。そのため、所定値以上の熱および所定値以上の圧力にて熱圧着がされない箇所については、絶縁性が確保される。
この鉛フリーはんだ粉末の含有量が10質量%未満の場合(熱硬化性樹脂組成物の含有量が90質量%を超える場合)には、得られる異方性導電性ペーストを熱圧着した場合に、電子部品および配線基板の間に十分なはんだ接合を形成できず、電子部品および配線基板の間の導電性が不十分となり、他方、鉛フリーはんだ粉末の含有量が50質量%を超える場合(熱硬化性樹脂組成物の含有量が50質量%未満の場合)には、得られる異方性導電性ペーストにおける絶縁性、特に加湿状態に放置した場合の湿中絶縁性が不十分となり、結果として、はんだブリッジにより、異方性を示さなくなる。また、得られる異方性導電性ペーストにおいて、絶縁性と熱圧着した場合の導電性とのバランスをとるという観点から、この鉛フリーはんだ粉末の含有量は、20質量%以上45質量%以下であることが好ましく、30質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。
ここで、鉛フリーはんだ粉末とは、鉛を添加しないはんだ金属または合金の粉末のことをいう。ただし、鉛フリーはんだ粉末中に、不可避的不純物として鉛が存在することは許容されるが、この場合に、鉛の量は、100質量ppm以下であることが好ましい。
また、前記鉛フリーはんだ粉末における具体的なはんだ組成(質量比率)としては、以下のようなものを例示できる。
2元系合金としては、例えば、95.3Ag/4.7BiなどのAg−Bi系、66Ag/34LiなどのAg−Li系、3Ag/97InなどのAg−In系、67Ag/33TeなどのAg−Te系、97.2Ag/2.8TlなどのAg−Tl系、45.6Ag/54.4ZnなどのAg−Zn系、80Au/20SnなどのAu−Sn系、52.7Bi/47.3InなどのBi−In系、35In/65Sn、51In/49Sn、52In/48SnなどのIn−Sn系、8.1Bi/91.9ZnなどのBi−Zn系、43Sn/57Bi、42Sn/58BiなどのSn−Bi系、98Sn/2Ag、96.5Sn/3.5Ag、96Sn/4Ag、95Sn/5AgなどのSn−Ag系、91Sn/9Zn、30Sn/70ZnなどのSn−Zn系、99.3Sn/0.7CuなどのSn−Cu系、95Sn/5SbなどのSn−Sb系が挙げられる。
3元系合金としては、例えば、95.5Sn/3.5Ag/1InなどのSn−Ag−In系、86Sn/9Zn/5In、81Sn/9Zn/10InなどのSn−Zn−In系、95.5Sn/0.5Ag/4Cu、96.5Sn/3.0Ag/0.5CuなどのSn−Ag−Cu系、90.5Sn/7.5Bi/2Ag、41.0Sn/58Bi/1,0AgなどのSn−Bi−Ag系、89.0Sn/8.0Zn/3.0BiなどのSn−Zn−Bi系が挙げられる。
その他の合金としては、Sn/Ag/Cu/Bi系などが挙げられる。
なお、本発明において、フラックス作用を有するとは、通常のロジン系フラックスのように、その塗布膜は被はんだ付け体の金属面を覆って大気を遮断し、はんだ付け時にはその金属面の金属酸化物を還元し、この塗布膜が溶融はんだに押し退けられてその溶融はんだと金属面との接触が可能となり、その残渣は回路間を絶縁する機能を有するものである。
前記エポキシ樹脂の含有量としては、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、65質量%以上92質量%以下であることが好ましく、70質量%以上85質量%以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂の含有量が前記下限未満では、電子部品を固着させるために十分な強度が得られないため、落下衝撃に対する耐性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、熱硬化性樹脂組成物中の硬化剤の含有量が減少し、エポキシ樹脂を硬化せしめる速度が遅延しやすい傾向にある。
前記カルボン酸系硬化剤の含有量としては、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、2質量%以上10質量%以下であることが好ましく、3質量%以上8質量%以下であることがより好ましい。カルボン酸系硬化剤の含有量が前記下限未満では、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を硬化せしめる速度が遅延することで硬化不良となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、得られる異方性導電性ペーストにおける絶縁性が低下する傾向にある。
前記イミダゾール系硬化剤の含有量としては、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、3質量%以上20質量%以下であることが好ましく、6質量%以上12質量%以下であることがより好ましい。イミダゾール系硬化剤の含有量が前記下限未満では、電子部品と配線基板との接続部分の接着強度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、電子部品を固着させるために十分な強度が得られないため、落下衝撃に対する耐性が低下する傾向にある。
前記ポリアミン系硬化剤としては、例えば、フジキュアFXR−1020、FXR−1030、FXR−1050、FXR−1080(富士化成工業社製、商品名)が挙げられる。
前記アミンアダクト系硬化剤としては、例えば、アミキュアPN−23、PN−F、MY−24 、VDH、UDH、PN−31、PN−40(味の素ファインテクノ製、商品名)、EH−3615S、EH−3293S、EH−3366S、EH−3842、EH−3670S、EH−3636AS、EH−4346S(旭電化工業社製、商品名)が挙げられる。
前記アミン系硬化剤の含有量としては、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、3質量%以上15質量%以下であることが好ましく、6質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。アミン系硬化剤の含有量が前記下限未満では、電子部品と配線基板との接続部分の接着強度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、電子部品を固着させるために十分な強度が得られないため、落下衝撃に対する耐性が低下する傾向にある。
酸無水物系硬化剤としては、例えば、ノバキュアHX−3721(旭化成イーマテリアルズ社製、商品名)が挙げられる。
潜在性硬化剤としては、例えば、ノバキュアHX−3722、HX−3748、HX−3088、HX−3613、HX−3921HP、HX−3941HP(旭化成イーマテリアルズ社製、商品名)が挙げられる。
本発明に用いるチクソ剤としては、公知のチクソ剤を適宜用いることができる。このようなチクソ剤としては、例えば、ソルビトール誘導体、脂肪酸アマイド、水添ヒマシ油が挙げられる。これらの中でも、ソルビトール誘導体、脂肪酸アマイドが好ましい。
前記チクソ剤の含有量としては、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、0.5質量%以上10質量%以下であることが好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。チクソ剤の含有量が前記下限未満では、チクソ性が得られず、配線基板の電極上でダレが生じやすくなり、配線基板の電極上に電子部品を搭載した際の付着力が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、チクソ性が高すぎてシリンジニードルの詰まりにより塗布不良となりやすい傾向にある。
本発明の異方性導電性ペーストを用いて、電子部品および配線基板の接続を図ることができる。ここで、電子部品としては、チップ、パッケージ部品などの他に、配線基板を用いてもよい。配線基板としては、フレキシブル性を有するフレキ基板、フレキシブル性を有しないリジット基板のいずれも用いることができる。さらに、電子部品としてフレキ基板を用いる場合には、2つの配線基板(リジット基板)とそれぞれ接続を図ることで、リジット基板同士をフレキ基板を介して電気的に接続することもできる。また、フレキ基板同士をフレキ基板を介して電気的に接続しても構わない。
このような電子部品の接続方法は、前記配線基板上に前記異方性導電性ペーストを塗布する塗布工程と、前記異方性導電性ペースト上に前記電子部品を配置し、前記鉛フリーはんだ粉末の融点よりも高い温度(好ましくは、20℃以上高い温度)で、前記電子部品を前記配線基板に熱圧着する熱圧着工程と、を備えればよい。
ここで用いる塗布装置としては、例えば、ディスペンサー、スクリーン印刷機、ジェットディスペンスメタルマスク印刷機が挙げられる。
また、塗布膜の厚みは、特に限定されないが、50μm以上500μm以下であることが好ましく、100μm以上300μm以下であることがより好ましい。厚みが前記下限未満では、配線基板の電極上に電子部品を搭載した際の付着力が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、接続部分以外にもペーストがはみ出しやすくなる傾向にある。
熱圧着時の温度が、前記鉛フリーはんだ粉末の融点よりも高いという条件を満たさない場合には、鉛フリーはんだを十分に溶融させることができず、電子部品および配線基板の間に十分なはんだ接合を形成できず、電子部品および配線基板の間の導電性が不十分となる傾向にある。
熱圧着時の圧力は、特に限定されないが、0.1MPa以上2MPa以下とすることが好ましく、0.2MPa以上1.0MPa以下とすることがより好ましい。圧力が前記上限未満では、電子部品および配線基板の間に十分なはんだ接合を形成できず、電子部品および配線基板の間の導電性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると配線基板にストレスがかかり、デッドスペースを広くとらなければならなくなる傾向にある。
なお、本発明においては、上記のように、熱圧着時の圧力を、従来の方法による場合と比較して、低い圧力範囲に設定することができる。そのため、熱圧着工程に用いる装置の低コスト化を達成することもできる。
熱圧着時の時間は、特に限定されないが、通常、5秒以上60秒以下であり、7秒以上20秒以下であることが好ましい。
熱硬化性樹脂:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、商品名「EPICLON 860」、DIC社製
チクソ剤:商品名「ゲルオールD」、新日本理化社製
カルボン酸系硬化剤:アジピン酸、関東電化工業社製
イミダゾール系硬化剤:商品名「キュアゾール2MZA−PW」、四国化成工業社製
アミン系硬化剤:商品名「PN−F」、味の素ファインテクノ社製
酸無水物系硬化剤:商品名「ノバキュア HX−3721」、旭化成イーマテリアルズ社製
界面活性剤:商品名「BYK361N」、ビックケミージャパン社製
消泡剤:商品名「KS−66」、信越シリコーン社製
鉛フリーはんだ粉末A:平均粒子径は5μm、はんだの融点は139℃、はんだの組成は42Sn/58Bi
鉛フリーはんだ粉末B:平均粒子径は5μm、はんだの融点は217℃、はんだの組成は96.5Sn/3Ag/0.5Cu
[実施例1]
熱硬化性樹脂76質量%、チクソ剤2質量%、カルボン酸系硬化剤3質量%、イミダゾール系硬化剤12質量%、アミン系硬化剤6質量%、界面活性剤0.5質量%および消泡剤0.5質量%を容器に投入し、らいかい機を用いて混合して熱硬化性樹脂組成物を得た。
その後、得られた熱硬化性樹脂組成物62.5質量%、および鉛フリーはんだ粉末A37.5質量%を容器に投入し、混練機にて2時間混合することで異方性導電性ペーストを調製した。
次に、配線基板(電極:銅電極に金メッキ処理(Cu/Ni/Au))上に、得られた異方性導電性ペーストを塗布した(厚み:0.2mm)。そして、塗布後の異方性導電性ペースト上に、電子部品(電極:銅電極に金メッキ処理(Cu/Ni/Au))を配置し、熱圧着装置(アドバンセル社製)を用いて、以下の(i)および(ii)の条件で、電子部品を配線基板に熱圧着した。
(i)温度240℃、圧力1MPa、圧着時間5秒
(ii)温度150℃、圧力1MPa、圧着時間15秒
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物および異方性導電性ペーストを得た。
実施例1で用いた異方性導電性ペーストに代えて上記のようにして得られた異方性導電性ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして、電子部品を配線基板に熱圧着した。
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物および異方性導電性ペーストを得た。
実施例1で用いた異方性導電性ペーストに代えて上記のようにして得られた異方性導電性ペーストを用いた以外は実施例1と同様にして、電子部品を配線基板に熱圧着した。
電子部品の接続状態の評価(初期抵抗値、ピール強度、絶縁抵抗値)を以下のような方法で評価または測定した。得られた結果を表1および表2に示す。
(1)初期抵抗値
回路パターンとして0.2mmピッチランド(ライン/スペース=100μm/100μm)を有する配線基板を準備した。そして、この配線基板のランド上に、それぞれ前記の実施例および比較例に記載の方法で、0.2mmピッチランド(ライン/スペース=100μm/100μm)を有する電子部品を熱圧着した。そして、デジタルマルチメーター(Agilent社製、商品名「34401A」)を用いて、接続したランドの端子同士の間の抵抗値を測定した。なお、抵抗値が高すぎて(100MΩ以上)、導通できなかった場合には、「導通不可」と判定した。
(2)ピール強度(接着強度)
前記(1)において初期抵抗値を測定した基板を用いて評価する。配線基板と電子部品をそれぞれ治具に固定して、電子部品を配線基板の基板面に対して90°の角度をなす方向に引張り速度50mm/minで引張り、そのときのピール強度を測定した。なお、配線基板と電子部品との接続部分で剥離せずに、電子部品が破壊された場合には、「破壊」と判定した。「破壊」という判定は、配線基板と電子部品との接続部分の接着強度が十分であることを示す。
(3)絶縁抵抗値
回路パターンとして0.2mmピッチランド(ライン/スペース=100μm/100μm)を有する配線基板を準備した。そして、この配線基板のランド上に、それぞれ前記の実施例および比較例に記載の方法で、0.2mmピッチランド(ライン/スペース=100μm/100μm)を有する電子部品を熱圧着して試験片を得た。この試験片を85℃、85%RH(相対湿度)中、15V電圧を印加して、168時間後の絶縁抵抗値を測定した。
これに対し、カルボン酸系硬化剤を含有しない異方性導電性ペーストを用いた場合(比較例1)には、配線基板と電子部品との導通を図ることができず、また、熱圧着温度が低い場合に接着強度が確保できなかった。
また、イミダゾール系硬化剤を含有しない異方性導電性ペーストを用いた場合(比較例2、4)、および、アミン系硬化剤を含有しない異方性導電性ペーストを用いた場合(比較例3)には、特に、熱圧着温度が低い場合に接着強度が確保できなかった。
さらに、本発明の異方性導電性ペーストの中でも、カルボン酸系硬化剤の含有量が、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、2質量%以上10質量%以下である場合(実施例1〜4)には、絶縁抵抗値がより高くでき、より高度の絶縁性が確保できることが確認された。
Claims (3)
- 240℃以下の融点を有する鉛フリーはんだ粉末10質量%以上50質量%以下と、熱硬化性樹脂および硬化剤を含有する熱硬化性樹脂組成物50質量%以上90質量%以下とを含有し、
前記硬化剤は、カルボン酸系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、および、アミン系硬化剤を含有する
ことを特徴とする異方性導電性ペースト。 - 請求項1に記載の異方性導電性ペーストにおいて、
前記カルボン酸系硬化剤の含有量が、熱硬化性樹脂組成物100質量%に対して、2質量%以上10質量%以下である
ことを特徴とする異方性導電性ペースト。 - 請求項1または請求項2に記載の異方性導電性ペーストにおいて、
前記鉛フリーはんだ粉末が、スズ、銅、銀、ビスマス、アンチモン、インジウムおよび亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む
ことを特徴とする異方性導電性ペースト。
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