JP2021050329A - リサイクル可能なｌｅｄパッケージング導電性接着剤組成物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高コストの導電性銀粉末をリサイクルできるだけでなく、廃棄された集積回路内の有用な電子部品のリサイクルにも役立つ、リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物、及びその製造方法の提供。【解決手段】組成物は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂希釈剤、イミン結合含有硬化剤、アミン系硬化剤、硬化促進剤、湿潤分散剤、カップリング剤、消泡剤及び導電性銀粉末により構成される。本発明では、イミン結合を含むエポキシ硬化剤を採用し、硬化反応により導電性接着剤エポキシ樹脂マトリックスにイミン動的化学結合を導入し、加熱条件下でイミン結合とアミン系溶媒の動的交換反応が可能であるという特性を利用して、エポキシ樹脂マトリックスに分解性機能を付与する。それにより、導電性接着剤における導電性銀粉末のリサイクルと再利用を実現することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、マイクロエレクトロニクスパッケージングング材料技術の分野に関し、具体的には、リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物及びその製造方法に関する。

マイクロエレクトロニクスパッケージングの分野において、従来の鉛スズ合金はんだは、人体と自然環境に害を及ぼすことがあるため、ヨーロッパ、アメリカ、日本などの先進国では日常の電子製品での使用が徐々に禁止されている。特に、欧州連合は２０００年６月に廃電気電子機器指令（Ｗａｓｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ（ＷＥＥＥ））及び有害物質規制（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ（ＲｏＨＳ））を公布し、鉛含有はんだの使用を明確に制限した。現在、導電性接着剤による接続は、従来の金属溶接に代わる新たな鉛フリー接続技術であり、低い動作温度、鉛フリーの環境保護、及び簡単なプロセスなどの特性を備えている。導電性接着剤による接続技術を採用すると、ファインピッチの相互接続の要件を満たすだけでなく、温度に敏感で低コストの回路基板を適用できるため、製造コストを削減できる。

導電性接着剤は、主にポリマー樹脂マトリックス、導電性フィラー、及び機能性添加剤で構成される。銀粉末充填エポキシ樹脂は、現在、マイクロエレクトロニクスパッケージングングの分野で広く使用されている。これは主に、エポキシ樹脂が優れた接着性能、プロセス性能、耐化学腐食性を備え、導電性銀フィラーが低い電気抵抗率、高い熱伝導率、及び空気中で容易に酸化されないという特性を有するためである。良好な導電性能を得るために、市販の銀充填エポキシ樹脂導電性接着剤に添加される導電性銀粉末の量は通常約８０％であり、これは導電性接着剤の製造コストの主要な部分を占める。従来のエポキシ樹脂は、架橋度の高い化学構造を持ち、不溶性かつ不融性であるため、導電性接着剤が塗布され硬化すると、導電性銀粉末のリサイクルが難しくなり、貴金属が無駄になるだけでなく、発生した廃棄物も自然環境を破壊する。リサイクル可能な機能を備えた導電性接着剤の開発は、高コストの導電性銀粉末をリサイクルできるだけでなく、廃棄された集積回路内の有用な電子部品のリサイクルにも役立つ。これは、重要な経済的価値と環境保護の重要性を有し、研究に値する。

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物及びその製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物のリサイクル方法を提供することである。

本発明は次の技術的手段を採用している。
リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物は、次の重量パーセントの成分から構成され、
エポキシ樹脂 ８〜１２％
エポキシ樹脂希釈剤 ２〜４％
イミン結合含有硬化剤 ３〜６％
アミン系硬化剤 １〜３％
硬化促進剤 ０．１〜０．３％
湿潤分散剤 ０．１〜０．３％
カップリング剤 ０．１〜０．３％
消泡剤 ０．１〜０．３％
導電性銀粉末 ７８〜８２％、
エポキシ樹脂は、電子グレードのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、電子グレードのビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、及びナフトール２官能性エポキシ樹脂の少なくとも２つによって配合され、
イミン結合含有硬化剤の構造式は

であり、Ｒ_１は水素又はメトキシ基であり、Ｒ_２は水素又はメトキシ基であり、
アミン系硬化剤は、低粘度のポリエーテルアミン系硬化剤及び／又は脂環式アミン系硬化剤であり、
導電性銀粉末の平均フレーク径は５〜２０μｍである。

本発明の好ましい実施形態では、前記エポキシ希釈剤は、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、及びネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルの１つである。

本発明の好ましい実施形態では、前記ポリエーテルアミン系硬化剤は、Ｄ−２０５、Ｄ−２３０及びＤ−４００の少なくとも１つであり、前記脂環式アミン硬化剤は、イソホロンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１−メチル−２，４−シクロヘキサンジアミン、及び４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタンの少なくとも１つである。

本発明の好ましい実施形態では、前記硬化促進剤は、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、及びＤＭＰ−３０の１つである。

本発明の好ましい実施形態では、前記湿潤分散剤は、ＢＹＫ−Ｗ９８０、ＢＹＫ９９６、ＶＡＴＩＸ ２０１７又はＶＡＴＩＸ ２０１８である。

本発明の好ましい実施形態では、前記カップリング剤は、Ａ−１８７、ＳＣＡ−Ｅ８７Ｍ、ＳＣＡ−Ｅ８７Ｅ、Ｓｉｌｏｋ ６６３４Ｅ又はＳｉｌｏｋ ６６３４Ｍである。

本発明の好ましい実施形態では、前記消泡剤は、ＢＹＫ−Ａ５３０、ＢＹＫ−３２０、ＶＡＴＩＸ １０３０又はＡＣＰ−０００１である。

本発明の好ましい実施形態では、前記導電性銀粉末の平均フレーク径は１０〜１５μｍである。

本発明の別の技術的手段は以下のとおりである。
上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の製造方法は、
（１）重量パーセントに従って各成分を量り取るステップと、
（２）前記エポキシ樹脂、エポキシ樹脂希釈剤、イミン結合含有硬化剤、アミン系硬化剤、硬化促進剤、湿潤分散剤、カップリング剤及び消泡剤をプラネタリー分散機に投入し、液体混合物を取得するために２〜４分間分散するステップと、
（３）前記液体混合物に導電性銀粉末を添加し、プラネタリー分散機で２〜４分間分散し、次に真空条件下で３０〜６０分間脱泡して、前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を得るステップを含む。

本発明は他の技術的手段は以下のとおりである。
上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物のリサイクル方法は、
（１）硬化後の前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を５〜１０重量のアミン系溶媒に入れ、５０〜８０℃で２〜４時間加熱し、エポキシ樹脂成分を分解し、混合物を取得するステップであって、このアミン系溶媒は、ブチルアミン、ヘキシルアミン、エチレンジアミン、イソホロンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１−メチル−２，４−シクロヘキサンジアミン、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタンの少なくとも１つを含むステップと、
（２）ステップ（１）で得られた混合物を濾過し分離して、濾過ケーキを取得するステップと、
（３）前記濾過ケーキを無水エタノールで洗浄し、真空乾燥後、リサイクルされた導電性銀粉末を取得するステップと含む。

本発明の有益な効果は以下のとおりである。本発明では、イミン結合を含むエポキシ硬化剤を採用し、硬化反応により導電性接着剤エポキシ樹脂マトリックスにイミン動的化学結合を導入し、加熱条件下でイミン結合とアミン系溶媒の動的交換反応が可能であるという特性を利用して、エポキシ樹脂マトリックスに分解性機能を付与する。それにより、導電性接着剤における導電性銀粉末のリサイクルと再利用を実現することができる。

本発明の技術的解決策は、具体的な実施形態によって、以下にさらに説明される。
実施例１

電子グレードのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（上海華誼）７重量部、ナフトール２官能性エポキシ樹脂（大日本インキ）１．８重量部、希釈剤ブタンジオールジグリシジルエーテル３．４重量部、イミン結合含有硬化剤３重量部、イソホロンジアミン２重量部、２−エチル−４−メチルイミダゾール０．２重量部、湿潤分散剤ＢＹＫ９９６（ドイツのＢＹＫ社）０．２重量部、カップリング剤Ａ−１８７（米国のモメンティブ社）０．２重量部、及び消泡剤ＶＡＴＩＸ １０３０（北京のＡＤＶ社）０．２重量部を正確に量り取り、プラネタリー分散機に投入し、２分間混合し撹拌した。得られた液体混合物に平均フレーク径１２μｍのフレーク状導電性銀粉末（西北有色金属研究院）８２重量部を添加し、再度プラネタリー分散機に投入し、２分間分散した。得られた混合物を真空条件下で４０分間脱泡し、前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を取得した。使用したイミン結合含有硬化剤の化学構造は次のとおりである。

上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の硬化条件は、１７５℃で１５分間硬化することである。硬化後の導電性接着剤を８重量部のエチレンジアミン溶媒に入れ、６０℃で２時間加熱し、エポキシ樹脂成分を完全に分解し、得られた混合物を濾過し分離して濾過ケーキを取得した。この濾過ケーキを無水エタノールで３回洗浄し、真空乾燥した後、リサイクルされた導電性銀粉末を取得した。本実施例で製造したリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の性能を表１に示す。
実施例２

電子グレードのビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（上海華誼）９重量部、ナフトール２官能性エポキシ樹脂（大日本インキ）３重量部、希釈剤エチレングリコールジグリシジルエーテル３．１重量部、イミン結合含有硬化剤５重量部、１−メチル−２，４−シクロヘキサンジアミン１重量部、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール０．３重量部、湿潤分散剤ＶＡＴＩＸ ２０１８（北京のＡＤＶ社）０．２重量部、カップリング剤Ｓｉｌｏｋ ６６３４Ｅ（広州のＳＩＬＯＫ社）０．２重量部、及び消泡剤ＢＹＫ−３２０（ドイツのＢＹＫ社）０．２重量部を正確に量り取り、プラネタリー分散機に投入し、３分間混合し撹拌した。得られた液体混合物に平均フレーク径８μｍのフレーク状導電性銀粉末（西北有色金属研究院）７８重量部を添加し、再度プラネタリー分散機に投入し、３分間分散した。得られた混合物を真空条件下で６０分間脱泡し、前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を取得した。使用したイミン結合含有硬化剤の化学構造は次のとおりである。

上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の硬化条件は、１７０℃で２０分間硬化することである。硬化後の導電性接着剤を５重量部のブチルアミン溶媒に入れ、５０℃で４時間加熱し、エポキシ樹脂成分を完全に分解し、得られた混合物を濾過し分離して濾過ケーキを取得した。この濾過ケーキを無水エタノールで３回洗浄し、真空乾燥した後、リサイクルされた導電性銀粉末を取得した。本実施例で製造したリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の性能を表１に示す。
施例３

電子グレードのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（上海華誼）４重量部、電子グレードのビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（上海華誼）５重量部、ナフトール２官能性エポキシ樹脂（大日本インキ）２重量部、希釈剤ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル２．２重量部、イミン結合含有硬化剤４重量部、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン２重量部、ＤＭＰ−３０ ０．２重量部、湿潤分散剤ＢＹＫ−Ｗ９８０（ドイツのＢＹＫ社）０．２重量部、カップリング剤ＳＣＡ−Ｅ８７Ｍ（南京能徳新材料）０．２重量部、及び消泡剤ＢＹＫ−Ａ５３０（ドイツのＢＹＫ社）０．２重量部を正確に量り取り、プラネタリー分散機に投入し、２分間混合し撹拌した。得られた液体混合物に平均フレーク径１０μｍのフレーク状導電性銀粉末（西北有色金属研究院）８０重量部を添加し、再度プラネタリー分散機に投入し、２分間分散した。得られた混合物を真空条件下で６０分間脱泡し、前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を取得した。使用したイミン結合含有硬化剤の化学構造は次のとおりである。

上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の硬化条件は、１９０℃で２０分間硬化することである。硬化後の導電性接着剤を１０重量部のイソホロンジアミン溶媒に入れ、８０℃で６時間加熱し、エポキシ樹脂成分を完全に分解し、得られた混合物を濾過し分離して濾過ケーキを取得した。この濾過ケーキを無水エタノールで３回洗浄し、真空乾燥した後、リサイクルされた導電性銀粉末を取得した。本実施例で製造したリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の性能を表１に示す。
比較例１

電子グレードのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（上海華誼）８重量部、ナフトール２官能性エポキシ樹脂（大日本インキ）２重量部、希釈剤ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル３重量部、１−メチル−２，４−シクロヘキサンジアミン２重量部、湿潤分散剤ＢＹＫ−Ｗ９８０（ドイツのＢＹＫ社）０．２重量部、カップリング剤Ａ−１８７（米国のモメンティブ）０．２重量部、及び消泡剤ＢＹＫ−Ａ５３０（ドイツのＢＹＫ社）０．２重量部を正確に量り取り、プラネタリー分散機に投入し、２分間混合し撹拌した。得られた液体混合物に平均フレーク径１２μｍのフレーク状導電性銀粉末（西北有色金属研究院）８２重量部を添加し、再度プラネタリー分散機に投入し、２分間分散した。得られた混合物を真空条件下で６０分間脱泡し、ＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を取得した。

上記のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の硬化条件は、１７０℃で１５分間硬化することである。硬化後の導電性接着剤を１０重量部のエチレンジアミン溶媒に入れ、８０℃で６時間加熱した。本実施例で製造したリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の性能を表１に示す。
試験例

実験試験１ 粘度試験
コーンプレート型回転粘度計を使用して、上記の実施例及び比較例で得られたサンプルの室温での粘度を試験した。

実験試験２ 体積抵抗率試験
四探針法を使用し、ＡＳＴＭ Ｄ２５７−２００７試験基準に従って、上記の実施例及び比較例で得られたサンプルの体積抵抗率を試験した。

実験試験４ せん断強度試験
万能機械試験機を使用し、ＡＳＴＭ Ｄ１００２試験基準に従って、上記の実施例及び比較例で得られたサンプルのせん断強度を試験した。

上記の実施例と比較例の実験試験結果を、表１に示す。

上記は、本発明のより好ましい実施例に過ぎないため、本発明の実施の範囲は、それに従って限定することはできない。すなわち、本発明の特許の範囲及び明細書の内容に従ってなされた同等の変更及び修正は、依然として本発明の範囲に含まれるべきである。

Claims (10)

1. リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物であって、次の重量パーセントの成分から構成され、
   エポキシ樹脂 ８〜１２％
   エポキシ樹脂希釈剤 ２〜４％
   イミン結合含有硬化剤 ３〜６％
   アミン系硬化剤 １〜３％
   硬化促進剤 ０．１〜０．３％
   湿潤分散剤 ０．１〜０．３％
   カップリング剤 ０．１〜０．３％
   消泡剤 ０．１〜０．３％
   導電性銀粉末 ７８〜８２％、
   エポキシ樹脂は、電子グレードのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、電子グレードのビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、及びナフトール２官能性エポキシ樹脂の少なくとも２つによって配合され、
   イミン結合含有硬化剤の構造式は
   

   

   であり、Ｒ_１は水素又はメトキシ基であり、Ｒ_２は水素又はメトキシ基であり、
   アミン系硬化剤は、低粘度のポリエーテルアミン系硬化剤及び／又は脂環式アミン系硬化剤であり、
   導電性銀粉末の平均フレーク径は５〜２０μｍである、ことを特徴とするリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
2. 前記エポキシ希釈剤は、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、及びネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルの１つである、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
3. 前記ポリエーテルアミン系硬化剤は、Ｄ−２０５、Ｄ−２３０及びＤ−４００の少なくとも１つであり、前記脂環式アミン硬化剤は、イソホロンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１−メチル−２，４−シクロヘキサンジアミン、及び４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタンの少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
4. 前記硬化促進剤は、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４メチルイミダゾール、及びＤＭＰ−３０の１つである、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
5. 前記湿潤分散剤は、ＢＹＫ−Ｗ９８０、ＢＹＫ９９６、ＶＡＴＩＸ ２０１７又はＶＡＴＩＸ ２０１８である、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
6. 前記カップリング剤は、Ａ−１８７、ＳＣＡ−Ｅ８７Ｍ、ＳＣＡ−Ｅ８７Ｅ、Ｓｉｌｏｋ ６６３４Ｅ又はＳｉｌｏｋ ６６３４Ｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
7. 前記消泡剤は、ＢＹＫ−Ａ５３０、ＢＹＫ−３２０、ＶＡＴＩＸ １０３０又はＡＣＰ−０００１である、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
8. 前記導電性銀粉末の平均フレーク径は１０〜１５μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物の製造方法であって、
   （１）重量パーセントに従って各成分を量り取るステップと、
   （２）前記エポキシ樹脂、エポキシ樹脂希釈剤、イミン結合含有硬化剤、アミン系硬化剤、硬化促進剤、湿潤分散剤、カップリング剤及び消泡剤をプラネタリー分散機に投入し、液体混合物を取得するために２〜４分間分散するステップと、
   （３）前記液体混合物に導電性銀粉末を添加し、プラネタリー分散機で２〜４分間分散し、次に真空条件下で３０〜６０分間脱泡して、前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を得るステップを含む、ことを特徴とする方法。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のリサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物のリサイクル方法であって、
    （１）硬化後の前記リサイクル可能なＬＥＤパッケージング導電性接着剤組成物を５〜１０重量のアミン系溶媒に入れ、５０〜８０℃で２〜４時間加熱し、エポキシ樹脂成分を分解し、混合物を取得するステップであって、このアミン系溶媒は、ブチルアミン、ヘキシルアミン、エチレンジアミン、イソホロンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、１−メチル−２，４−シクロヘキサンジアミン、４，４’−ジアミノジシクロヘキシルメタンの少なくとも１つを含むステップと、
    （２）ステップ（１）で得られた混合物を濾過し分離して、濾過ケーキを取得するステップと、
    （３）前記濾過ケーキを無水エタノールで洗浄し、真空乾燥後、リサイクルされた導電性銀粉末を取得するステップと含む、ことを特徴とする方法。