JP2018001707A - Composite comprising thermosetting resin layer, metallic component, and silane coupling agent layer - Google Patents
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本明細書に開示の技術は、熱硬化性樹脂層と金属部材とシランカップリング剤層を有する複合体に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a composite having a thermosetting resin layer, a metal member, and a silane coupling agent layer.
特許文献1に、熱硬化性樹脂層と、金属部材と、シランカップリング剤層を有する複合体(電子部品)が開示されている。シランカップリング剤層は、熱硬化性樹脂層と金属部材とを接続している。この複合体では、シランカップリング剤層と金属部材との間に金属酸化物等によって構成された中間層が設けられている。このような中間層を設けることで、熱硬化性樹脂層が金属部材から剥離することを抑制することができる。
特許文献1の技術では、シランカップリング剤層と金属部材との間に中間層を設ける必要があり、複合体を製造するために必要な製造工程が増加する。したがって、本明細書では、熱硬化性樹脂層の金属部材からの剥離を抑制することができるとともに、より効率的に製造可能な複合体を提供する。
In the technique of
本明細書が開示する複合体は、熱硬化性樹脂層と、金属部材と、前記熱硬化性樹脂層と前記金属部材を接続するシランカップリング剤層を有する。前記熱硬化性樹脂層の抽出水のpH値をN、前記熱硬化性樹脂層の厚みをt(mm)、前記熱硬化性樹脂層の密度をd(g/cm3)としたときに、前記シランカップリング剤層が、5×10−(N+6)×t/d(mol/mm2)以上の面密度でアミノ基を含有している。 The composite disclosed in this specification includes a thermosetting resin layer, a metal member, and a silane coupling agent layer that connects the thermosetting resin layer and the metal member. When the pH value of the extraction water of the thermosetting resin layer is N, the thickness of the thermosetting resin layer is t (mm), and the density of the thermosetting resin layer is d (g / cm 3 ), The silane coupling agent layer contains an amino group with a surface density of 5 × 10 − (N + 6) × t / d (mol / mm 2 ) or more.
なお、上記の熱硬化性樹脂層の抽出水のpH値は、以下の方法により測定された値を意味する。まず、厚さ3mmのアフタキュア後試料を粉砕する。次に、試料約10gに純水50mlを加えて密封した後、125±3℃の温度に20時間維持する。この間に、試料から純水中にH+が溶け出し、抽出水が得られる。次に、試料を室温(18℃〜28℃)まで冷却し、試料と抽出水を分離する。その後、抽出水のpH値を測定する。 In addition, pH value of the extraction water of said thermosetting resin layer means the value measured by the following method. First, the after-cure sample having a thickness of 3 mm is pulverized. Next, after adding 50 ml of pure water to about 10 g of the sample and sealing it, the temperature is maintained at 125 ± 3 ° C. for 20 hours. During this time, H + is dissolved from the sample into pure water, and extracted water is obtained. Next, the sample is cooled to room temperature (18 ° C. to 28 ° C.), and the sample and the extracted water are separated. Thereafter, the pH value of the extracted water is measured.
また、上記のシランカップリング剤層のアミノ基の面密度は、シランカップリング剤層と熱硬化性樹脂層の界面に対して垂直に平面視したときに、シランカップリング剤層に含まれるアミノ基の単位面積あたりの量である。 In addition, the surface density of the amino group of the silane coupling agent layer described above is the amino group contained in the silane coupling agent layer when viewed in a plane perpendicular to the interface between the silane coupling agent layer and the thermosetting resin layer. The amount per unit area of the group.
熱硬化性樹脂層は、吸湿時に酸性を示すことが知られている。熱硬化性樹脂層が吸湿することで金属部材が酸性の環境に曝されると、金属部材の表面が腐食し、熱硬化性樹脂層が金属部材から剥離する。これに対し、本明細書が開示する複合体では、シランカップリング剤層がアミノ基を含有している。アミノ基はアルカリ性の官能基であり、酸(すなわち、プロトン(H+))を中和する性質を有する。このため、熱硬化性樹脂層が吸湿しても、シランカップリング剤層中のアミノ基によってプロトンが中和される。5×10−(N+6)×t/d(mol/mm2)以上の面密度でシランカップリング剤層がアミノ基を有すると、プロトンが金属部材に到達することができず、金属部材の腐食を実質的に防止することが可能できる。したがって、この複合体によれば、熱硬化性樹脂層の金属部材からの剥離を効果的に抑制することができる。また、この複合体の構造は、シランカップリング剤層の材料を調整するだけで得られる。複合体の製造時に中間層を作成する等の追加の工程が不要であるので、複合体を効率的に製造することができる。 It is known that the thermosetting resin layer exhibits acidity when absorbing moisture. When the thermosetting resin layer absorbs moisture and the metal member is exposed to an acidic environment, the surface of the metal member is corroded and the thermosetting resin layer is peeled off from the metal member. In contrast, in the composite disclosed in the present specification, the silane coupling agent layer contains an amino group. The amino group is an alkaline functional group and has a property of neutralizing an acid (that is, proton (H + )). For this reason, even if the thermosetting resin layer absorbs moisture, the protons are neutralized by the amino groups in the silane coupling agent layer. When the silane coupling agent layer has an amino group at an area density of 5 × 10 − (N + 6) × t / d (mol / mm 2 ) or more, protons cannot reach the metal member, and the metal member is corroded. Can be substantially prevented. Therefore, according to this composite, peeling of the thermosetting resin layer from the metal member can be effectively suppressed. Moreover, the structure of this composite body is obtained only by adjusting the material of the silane coupling agent layer. Since an additional step such as creating an intermediate layer is not required at the time of manufacturing the composite, the composite can be manufactured efficiently.
図1は、実施形態の複合体として、パワーカードと称される電子部品10を示している。電子部品10は、電流が流れる導電部12と、シランカップリング剤層60と、熱硬化性樹脂層70を有している。導電部12は、リードフレーム14、銅ブロック18、半導体素子22、リードフレーム26及び端子30を有している。
FIG. 1 shows an
リードフレーム14は、ニッケルメッキ処理された銅によって構成されている。銅ブロック18は、銅によって構成されている。銅ブロック18の上面は、はんだ層16によってリードフレーム14の下面に接合されている。半導体素子22は、主に半導体基板によって構成されている。半導体素子22の上面の主電極は、はんだ層20によって銅ブロック18の下面に接合されている。リードフレーム26は、ニッケルメッキ処理された銅によって構成されている。リードフレーム26の上面は、はんだ層24によって半導体素子22の下面の電極に接合されている。端子30は、ニッケルメッキ処理された銅によって構成されている。端子30は、リードフレーム26から横方向に離れた位置に配置されている。端子30は、ボンディングワイヤ28によって半導体素子22の上面の信号電極に接続されている。
The
リードフレーム14の上面、リードフレーム26の下面及び端子30の端部を除いて、導電部12の表面はシランカップリング剤層60によって覆われている。シランカップリング剤層60の表面は、熱硬化性樹脂層70によって覆われている。言い換えると、導電部12と熱硬化性樹脂層70の間に、シランカップリング剤層60が配置されている。熱硬化性樹脂層70はシランカップリング剤層60を介して導電部12に接続されている。シランカップリング剤層60は、金属部材(すなわち、リードフレーム14、銅ブロック18、リードフレーム26、端子30、はんだ層16、20、24)と熱硬化性樹脂層70とを高い接着力で接続している。熱硬化性樹脂層70は、本実施形態ではエポキシ樹脂である。
Except for the upper surface of the
電子部品10を製造する際には、まず、はんだ付け工程及びワイヤーボンディング工程等を実施することによって、導電部12が組み立てられる。次に、リードフレーム14の上面、リードフレーム26の下面及び端子30の端部を除いて、導電部12の表面にシランカップリング剤を含むプライマーが塗布される。これによって、シランカップリング剤層60が形成される。その後、樹脂成形工程によって、シランカップリング剤層60の表面を覆うように熱硬化性樹脂層70が形成される。以上の工程によって、電子部品10が完成する。
When the
シランカップリング剤層60は、アミノ基を含有している。図2、3は、シランカップリング剤層60の内部構造を模式的に示している。図2に示すように、シランカップリング剤層60は、熱硬化性樹脂層70に対してアミノ基(NH、NH2)を介して結合している。また、シランカップリング剤層60は、金属部材に対して酸素(O)を介して結合している。熱硬化性樹脂層70が吸湿すると、プロトン(H+)が発生する。プロトンは、熱硬化性樹脂層70からシランカップリング剤層60へ拡散する。すると、N原子の方がO原子よりも求核性が高い(プロトンを引き付け易い)ので、図3に示すようにプロトンがアミノ基と結合する。すなわち、シランカップリング剤層60内で−NH2+H3O+→−NH3 ++H2Oの反応等が起こる。このため、熱硬化性樹脂層70で発生したプロトンが金属部材へ到達し難く、金属部材の腐食が抑制される。
The silane
プロトンを金属部材に到達させないためには、理論上、シランカップリング剤層60内のアミノ基の面密度y(mol/mm2)が、y≧5×10−(N+6)×t/dの関係を満たす必要がある。ここで、面密度yは、シランカップリング剤層60と熱硬化性樹脂層70との界面に対して垂直に平面視した場合に、シランカップリング剤層60に含まれるアミノ基の単位面積あたりの量を意味する。すなわち、上記界面に対して垂直に平面視した場合に特定の範囲内のシランカップリング剤層60に含まれるアミノ基の量(mol)を、前記特定の範囲の面積(mm2)で除算した値を意味する。シランカップリング剤層60中のアミノ基の密度(mol/mm3)をシランカップリング剤層60の厚み方向に積分した値ともいえる。
In order to prevent protons from reaching the metal member, the surface density y (mol / mm 2 ) of amino groups in the silane
また、上記の符号Nは、熱硬化性樹脂層70の抽出水のpH値を意味する。本実施形態において、熱硬化性樹脂の抽出水のpH値は、JIS Z 8802に規定の測定方法により測定される。より具体的には、厚さ3mmのアフタキュア後の試料(すなわち、熱硬化性樹脂)を粉砕する。次に、試料約10gを容器にとり、さらに容器内に純水50mlを加えて密封する。その状態で、試料を125±3℃の温度に20時間維持する。この間に、試料から純水中にH+が溶け出し、抽出水が得られる。次に、試料を室温(18℃〜28℃)まで冷却し、No.5濾紙にて濾過することによって試料と抽出水を分離する。その後、抽出水のpH値を測定する。
Further, the symbol N means a pH value of the extracted water of the
また、上記の符号tは、熱硬化性樹脂層70の厚み(mm)を意味する。熱硬化性樹脂層70の厚みは、熱硬化性樹脂層70とシランカップリング剤層60との界面に対して垂直方向に測定した熱硬化性樹脂層70の寸法を意味する。
In addition, the symbol t means the thickness (mm) of the
また、上記の符号dは、熱硬化性樹脂層70の密度(g/cm3)を意味する。
Moreover, said code | symbol d means the density (g / cm < 3 >) of the
本願発明者らは、図4に示すサンプル1〜8に対して試験を施し、熱硬化性樹脂の剥離を調査した。なお、サンプル1〜8は、いずれも、金属板と熱硬化性樹脂層の間にシランカップリング剤層が設けられたものである。サンプル1〜8において、金属板としてニッケルメッキされた銅を用い、シランカップリング剤としてN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランを用い、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた。また、サンプル1〜8において、熱硬化性樹脂層の抽出水のpH値Nが4.3であり、熱硬化性樹脂層の厚みtが0.8(mm)であり、熱硬化性樹脂層の密度dが1.9(g/cm3)である。なお、この条件において、上述した関係式(y≧5×10−(N+6)×t/d)によれば、熱硬化性樹脂層の剥離を防止するために必要な面密度yは、1.06×10−10(mol/mm2)である。サンプル1〜8の間で、シランカップリング剤層のアミノ基の面密度yが異なっており、その他の条件は同一である。サンプル8では面密度yが1.06×10−10(mol/mm2)よりも低く、サンプル1〜7では面密度yが1.06×10−10(mol/mm2)よりも高い。このようなサンプル1〜8に対して温度85℃、湿度85%の環境に1000時間曝す高温高湿試験を実施し、その前後で熱硬化性樹脂層の剥離の有無を評価した。その結果、図4に示すように、サンプル8でのみ試験後に熱硬化性樹脂層の剥離が発生し、サンプル1〜7では熱硬化性樹脂層の剥離が発生しなかった。
The inventors of the present application tested the
図5は、図4の実験のように熱硬化性樹脂層の厚みtが0.8(mm)であり、熱硬化性樹脂層の密度dが1.9(g/cm3)である場合に熱硬化性樹脂層の剥離を防止するために必要な面密度yの範囲(y≧5×10−(N+6)×t/dの範囲(但し、t=0.8、d=1.9))を示している。図5においてハッチングされた範囲が、剥離を防止できる範囲を示している。また、図5には、上述したサンプル1〜8の値がプロットされている。図5から明らかなように、剥離が発生したサンプル8のみが適正範囲を外れている。y≧5×10−(N+6)×t/dの関係を満たすことで剥離を防止できることが、実験結果によって実証された。
FIG. 5 shows a case where the thickness t of the thermosetting resin layer is 0.8 (mm) and the density d of the thermosetting resin layer is 1.9 (g / cm 3 ) as in the experiment of FIG. The range of the surface density y necessary for preventing the thermosetting resin layer from peeling (y ≧ 5 × 10 − (N + 6) × t / d (where t = 0.8, d = 1.9). )). A hatched range in FIG. 5 indicates a range in which peeling can be prevented. Moreover, the value of the samples 1-8 mentioned above is plotted in FIG. As is clear from FIG. 5, only the
以上に説明したように、アミノ基の面密度yがy≧5×10−(N+6)×t/dの関係を満たすことで、熱硬化樹脂層が金属部材から剥離することを防止することができる。この技術によれば、熱硬化樹脂として適切な材料を選択するだけで、熱硬化性樹脂層が金属部材から剥離することを防止することができる。このため、複合体を容易に製造することができる。 As described above, when the surface density y of the amino group satisfies the relationship of y ≧ 5 × 10 − (N + 6) × t / d, the thermosetting resin layer can be prevented from peeling from the metal member. it can. According to this technique, it is possible to prevent the thermosetting resin layer from being peeled off from the metal member only by selecting an appropriate material as the thermosetting resin. For this reason, a composite_body | complex can be manufactured easily.
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
The embodiments have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of them.
10:電子部品
12:導電部
14:リードフレーム
16:はんだ層
18:銅ブロック
20:はんだ層
22:半導体素子
24:はんだ層
26:リードフレーム
28:ボンディングワイヤ
30:端子
60:シランカップリング剤層
70:熱硬化性樹脂層
10: Electronic component 12: Conductive portion 14: Lead frame 16: Solder layer 18: Copper block 20: Solder layer 22: Semiconductor element 24: Solder layer 26: Lead frame 28: Bonding wire 30: Terminal 60: Silane coupling agent layer 70: Thermosetting resin layer
Claims (1)
金属部材と、
前記熱硬化性樹脂層と前記金属部材を接続するシランカップリング剤層、
を有する複合体であって、
前記熱硬化性樹脂層の抽出水のpH値をN、
前記熱硬化性樹脂層の厚みをt(mm)、
前記熱硬化性樹脂層の密度をd(g/cm3)、
としたときに、
前記シランカップリング剤層が、5×10−(N+6)×t/d(mol/mm2)以上の面密度でアミノ基を含有している、
複合体。 A thermosetting resin layer;
A metal member;
A silane coupling agent layer connecting the thermosetting resin layer and the metal member;
A complex having
The pH value of the extraction water of the thermosetting resin layer is N,
The thickness of the thermosetting resin layer is t (mm),
The density of the thermosetting resin layer is d (g / cm 3 ),
And when
The silane coupling agent layer contains an amino group at a surface density of 5 × 10 − (N + 6) × t / d (mol / mm 2 ) or more,
Complex.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016135389A JP2018001707A (en) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | Composite comprising thermosetting resin layer, metallic component, and silane coupling agent layer |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=60947320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2016135389A Pending JP2018001707A (en) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | Composite comprising thermosetting resin layer, metallic component, and silane coupling agent layer |
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Country | Link |
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2016
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