JP3459012B2 - 表面実装導電性接着剤 - Google Patents

表面実装導電性接着剤

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JP3459012B2 JP52427194A JP52427194A JP3459012B2 JP 3459012 B2 JP3459012 B2 JP 3459012B2 JP 52427194 A JP52427194 A JP 52427194A JP 52427194 A JP52427194 A JP 52427194A JP 3459012 B2 JP3459012 B2 JP 3459012B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は表面実装導電性接着剤組成物（surface mou
nt conductive adhesive composition）に関する。
特に本発明は、膜スイッチのような可撓性回路上に電気
部品を結合するための表面実装導電性接着剤組成物とし
て有用な、微粉砕銀粒子、アクリル化ウレタン樹脂また
はアクリル樹脂、アクリレート単量体および遊離基開始
剤の、特定の混合物に関する。
存在する市販の表面実装導電性接着剤は典型的には、
エポキシ樹脂、エポキシ硬化剤、溶媒および銀の混合物
から形成されている。硬化された場合、これらの材料は
非常に脆いかまたは高いモジュラスの弾性を示す傾向が
ある。印刷配線板（PWB）適用のために、基板が剛性で
あるので、そのような高いモジュラスの接着剤は電気部
品と基板との間の許容出来る結合を生ずる。しかしなが
ら膜スイッチのような可撓性の回路のために高いモジュ
ラスの表面実装導電性接着剤は、曲げ中の亀裂または接
着剤損失の故に適当でない可能性がある。
また、エポキシをベースとする接着剤は、硬化工程
中、エポキシシステムがビニル樹脂と反応して極度の変
色および接着剤損失を生ずる点で、ビニル樹脂に基づく
厚い重合体フイルム基材との貧弱な適合性を示すことが
観察された。
1993年１月発行のCircuit AssemblyのG.P.Nguyen、
J.R.WilliamsおよびFredrick W.Gibsonによる“Conduc
tive Adhesives"第36頁〜第38頁および第41頁は、幾つ
かの適用用途のための表面実装導電性接着剤の一般的に
期待される性質を論じている。
したがって、本発明の一面は、 （ａ）アクリル化ウレタン樹脂、アクリル樹脂およびそ
れらの混合物からなる群から選ばれた結合剤樹脂の約２
〜約15重量部、 （ｂ）アクリレート単量体の約２〜約15重量部、 （ｃ）遊離基開始剤（radical initiator,ラジカル開始
剤）の約0.01〜約３重量部、および （ｄ）微粉砕銀粒子の約72〜約95重量部、 を含む表面実装導電性接着剤（ａ surface mount co
nductive adhesive）に向けられている。
本発明の他の面は、上記導電性接着剤により基材の上
の表面に実装された（surface mounted）電気部品に向
けられている。
上記のとおりに、本発明の方法において使用される未
硬化導電性接着剤組成物は、４種の重要な成分、即ち少
なくとも一種の選択された結合剤樹脂、少なくとも一種
のアクリル系単量体、少なくとも一種の遊離基開始剤お
よび微粉砕銀粒子を有する。
本発明の第１の重要な成分はアクリル化ウレタン樹
脂、アクリル樹脂およびそれらの混合物からなる群から
選ばれる結合剤樹脂である。好ましいアクリル化ウレタ
ン樹脂はミズリー州ベルセイリズ（Versailles）のEcho
Resins and Laboratoryから市販のEcho Resin AL
U−350アクリル化脂肪族ウレタンオリゴマーである、好
ましいアクリル樹脂は、ペンシルバニア州フィラデルフ
ィアのロームアンドハース社から市販のACRYLOID Ｂ−
72アクリル樹脂である。
結合剤樹脂の好ましい量は硬化可能な接着剤組成物に
おいて約２〜約12重量部である。
本発明の第２の重要な成分はアクリレート単量体であ
る。一般に、アクリレート単量体は、その単量体にイオ
ン性不純物を導入しない方法で造られる。さらにアクリ
レート単量体は一般に迅速に重合しそして可撓性基材上
に取り付けられた電気部品上への小さい応力に導く一層
柔軟性の硬化された接着剤組成物を生成する事が信じら
れてる。適当なアクリレート単量体はメタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル
酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘ
キシル、メタクリル酸ヘキシル、アクリル酸２−エチル
ヘキシル、アクリル酸ラウリル、メタクリレート酸（me
thacrylate acid）、アクリル酸グリシジルメタクリレ
ート（acrylic acid glycidyl methacrylate）、メ
タクリル酸イソボルノイル（isobornoyl methacrylat
e）、アクリル酸エチレングリコール、アクリル酸高級
グリコール類、メタクリル酸エチレングリコールおよび
メタクリル酸高級グリコール類およびヘキサメチレンジ
アクリレートを包含する。ジアクリレート類が好ましい
アクリレート単量体である。最も好ましいアクリレート
単量体はジアクリル酸1,6−ヘキサンジオールおよびジ
アクリル酸トリプロピレングリコールである。
アクリレート単量体の好ましい量は、硬化可能な接着
剤組成物の、約３〜約13重量部である。
硬化可能な導電性接着剤システムの第３の重要な成分
は遊離基開始剤である。遊離基開始剤（即ち、遊離基発
生剤）は、当業者に周知であり、そして例えば1957年ニ
ューヨークのJ.Wiley ＆ Sons社発行のC.Wellingによ
る“Free Radical in Solution"中にそして1967年ニ
ューヨークのJ.Wiley ＆ Sons社発行のD.H.Solomonに
よる“The Chemistry of Organic Film Foamers"
中に記載されている。好ましいクラスの遊離基開始剤は
有機過酸化物類および有機ヒドロペルオキシド類であ
る。好ましい遊離基開始剤は過安息香酸ｔ−ブチル、1,
1−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサンおよび
２、５−ジメチル−２、５−ビス（２−エチルヘキサノ
イルペルオキシ）ヘキサンである。遊離基開始剤はアク
リレート単量体および樹脂オリゴマーを重合するために
用いられる。
最も好ましい遊離基開始剤は、２、５−ジメチル−
２、５−ビス（２−エチルヘキサノイルペルオキシ）ヘ
キサンである。これはテキサス州マーシャルのWitco C
orporationの、Argus DivisionからUSP−245として市
販されている。
遊離基開始剤の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成
物において、約0.1〜約１重量部である。
第４の重要な成分は微粉砕銀粒子である。銀粒子は、
結合剤樹脂およびアクリレート単量体と緊密に混合する
のに適当な微細に粉砕された形になくてはならない。
好ましい微粉砕銀粒子は50ミクロン以下の平均粒子直
径（average particle diameter,平均粒径）を有するの
が好ましい。銀フレーク類、特に低い量の不純物（たと
えばCl-、Na+、K+およびNH+4の100ppmより低い量）を含
有する銀フレークは、それらの電気導電性の利点の故に
特に好ましい。そのような好ましい高純度の銀フレーク
はニュージャージー州のサウスプレーンフィールドのMe
tz Metallurgical Corporation;コネチカット州フェ
アフィールドのHandy ＆ Harmon Inc.;およびマサチ
ューセッツ州のアトルボローのChemet Corporationか
ら市販されている銀フレークである。
導電性充てん剤として通常使用される任意の銀フレー
クは本接着剤組成物のために適当であろう。使用される
好ましい銀フレークは使用される特定の結合剤樹脂およ
びアクリレート単量体によりならびに接着剤組成物が使
用される特定の適用用途により左右されるだろう。用語
“銀フレーク”とは、主要な形状が走査電子顕微鏡によ
り測定されたとき、フレーク類“flakes"である銀粉末
を本明細書において意味する。そのような銀フレーク類
は典型的には約0.8〜1.40m2/gの表面積および99重量％
以上の純度を有する。これらの銀フレークは一般に約0.
1〜約10ミクロンの平均粒子直径（average particle si
ze,平均粒径）を有する。
微粉砕銀粒子の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成
物に加えられて、約75〜約88重量部である。
本発明の硬化可能な接着剤組成物は、また、他の少量
の成分を好ましくは含有してもよい。そのような任意成
分は他の導電性充てん剤、溶媒およびレオロジー改質剤
（rheology modifier）を包含する。
他の任意の導電性充てん剤は他の金属の粉末およびフ
レーク、グラファイトおよびカーボンブラックを包含す
る。もし使用されるならば、そのような他の充てん剤
は、全体の硬化可能な接着剤組成物において0.05〜20重
量部の量で使用されるのが好ましいだろう。
任意の溶媒は、カルビトール、カルビトールアセテー
ト、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテー
ト、ブチロラクトン、アセトン、メチルエチルケトン、
シクロヘキサノン、二塩基エステル溶媒、ジグリム、お
よび高沸点アルコール類およびアルコールエステル類の
ような非炭化水素の極性有機溶媒を包含する。これらの
および他の溶媒の種々の組み合わせが各々の適用用途の
ための所望の粘度および揮発性要件を得るために配合さ
れる。スクリーンプリント適用のために、選ばれた単独
の溶媒または複数の溶媒は約150℃〜約240℃の沸点を有
するのが好ましいだろう。好ましい任意の溶媒は、ブチ
ロラクトンである。
溶媒の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成物に加え
られて、約20〜40重量部、最も好ましくは約25〜35重量
部である。
任意のレオロジー改質剤は親有機性クレー（organoph
ilic clay,親有機性粘土および疎水性シリカを包含す
る。好ましい親有機性クレーはニュージャージー州High
tstownのNL Chemicalsから市販のBENTONE SD−２親有
機性クレーレオロジー添加剤である。好ましい疎水性シ
リカはニュージャージー州、TeterboroのDeGussa Corp
orationから市販のAEROSIL R202疎水性シリカである。
本導電性接着剤の成分は、任意の慣用の手段により一
緒に混合されてよい。好ましくは、慣用の混合装置にお
いて、結合剤樹脂、アクリル系単量体および遊離基開始
剤を、まず一緒に混合するのが望ましい。任意の溶媒お
よび任意のレオロジー改質剤等は、その時点でまた混合
されてよい。次ぎに銀フレークが、任意の慣用の手段に
より混合されてよい。（銀フレークの添加まえかまたは
その後に）混合物は、約30ミクロン以下の本組成物の微
細な粉砕物を得るために、３−ロール粉砕機または他の
適当な粉砕用機械中に置かれるのが好ましい。未硬化の
導電性接着剤組成物は25℃で約10,000〜約700,000セン
チポアズの粘度及び約１オーム−cm（Ω・cm）より小さ
い表面抵抗を有するのが好ましい。
この発明の接着剤組成物は、スクリーンプリンティン
グ（screenprinting）、ドットトランスファー（dot t
ransferring）、刷毛塗り（brushing）、またはシリン
ジディスペンスイング（syringe dispensing）のよう
な種々の技術により基材上に適用されることができる。
いったん導電性接着剤組成物が基材または電気部品また
はその両方のいずれかに適用されたならば、電気部品お
よび基材は一緒に接触される。次ぎに、本発明の導電性
接着剤は乾燥されそして一回またはそれ以上の回数、高
温にそれおよび基材を曝露することにより熱的に硬化さ
れる。慣用のオーブン中での、好ましい硬化は約30秒〜
約60分間、約100℃〜約200℃の温度である。任意の慣用
の導電性接着剤硬化用手段及び装置が使用されてよい。
本発明の導電性接着剤組成物は慣用の剛性または可撓
性の基材に適用されることが出来る。基材は種類におい
て可撓性であろうと剛性であろうといずれにせよ、基材
は、本硬化可能な接着剤組成物を適用する前に、任意の
他の物質を用いて予備処理または予備被覆を行ってもよ
いしまたは行わなくてもよい。
本発明の導電性組成物は可撓性でありそしてそれだけ
で、それらは例えばポリエステルフイルムのような可撓
性基材に適用されることが出来る。本発明の導電性組成
物で被覆されてよい可撓性基材の例は、イー・アイ・デ
ュポン・ド・ネモラス・カンパニーにより造られそして
商標MYLARRの元で販売されているポリエステル基材のよ
うな基材である。勿論、ポリカーボネートフイルムまた
はポリフッ化ビニル（PVF）フイルムのような他の物質
も基材として使用されることが出来る。
この明細書および請求の範囲において現在使用されて
いるとおりの用語“可撓性”は、本発明の組成物が変形
力（例えばねじれまたは曲げ）に付されることができそ
して基材から剥離しないかまたは亀裂を生じないかまた
は破壊されない場合を意味するために使用される。その
変形された状態で本組成物はその変形されていない状態
の本組成物と同様な機能を果たすであろう。変形の最も
過酷な形態により組成物中にしわが生ずるだろう。これ
は組成物と基材との180度角度の折りたたみにより起こ
る可能性がある。本発明の組成物のような可撓性組成物
はこの条件下に十分な機能を果たすであろう。もし組成
物が変形された結果として亀裂を生ずるかまたは破壊す
るならば、その組成物は可撓性とは考えられなく、その
組成物の亀裂は導電率および他の電気的および機械的性
質においての重大な減少を生じさせる。
好ましい基材は膜タッチスィッチが造られる基材であ
る。フェノール性ペーパーPWB類は剛性基材の例であ
る。
本発明の、次ぎの例によりさらに詳細に記載される。
全ての部およびパーセンテージは重量によるそして全て
の温度は、特に他のように述べない限り、摂氏の度であ
る。
例 1: 次ぎの成分が５分間コウレス（Cowles）混合機中で一
緒に混合された。この混合物を次ぎに一度でニーシット
（Niescht）３−ロール粉砕機中に通過させた。
この銀をベースとする接着剤システムの小さなパター
ンは、ICI Melinex 505ポリエステルフイルム上に予
かじめプリントされ且つ硬化されたビニルベースの厚い
銀重合体フイルム（カリフォルニア州オンタリオのOlin
Hunt Conductive Materialsから市販の、725A PT
F）の１平方インチパターン上に型紙プリントされた（s
tencil printed）。小さなチップコンデンサを接着剤
上に置きそして次ぎに全体の組み立て体を６分間130℃
で硬化させた。３つのサンプル上の剪断接着強度は、An
za Die剪断試験機（Model 560）を用いて、1.3、1.
6、および2.2キログラムであると測定された。硬化され
た下にある725A PTF材料の変色は観察されなかった。9
0゜の角度で曲げたとき、その接着剤は亀裂を示さずそ
して結合強度における損失を示さなかった。
例 2: 次ぎの成分を５分間コウレス混合機（Cowles mixe
r）で一緒に混合した。その混合物は次ぎに３−ロール
粉砕機に一回通過させて、粉砕した。
この銀をベースとする接着剤システムの小さいパター
ンは、ポリエステルフイルム上に予かじめプリントされ
且つ硬化されたビニルをベースとする銀重合体の厚いフ
イルム（カリフォルニア州オンタリオのOlin Hunt Co
nductor Materialsから市販の725A PTF）の１平方イ
ンチパターン上に型紙プリントされた（stencil print
ed）。100平方ミル半導体ダイス型を接着剤上に置きそ
して次ぎに130℃で６分間硬化した。５つのサンプル上
の剪断接着強度はAnza Die剪断試験機（Model 560）
を用いて4.4、4.3、5.8、6.1および5.0キログラムであ
ると測定された。上記の通りにして造られた追加の５つ
のサンプルを６時間100゜Fの水中に置きそして次ぎに65
℃および65％相対湿度で16時間湿度室中に置いた。これ
らの追加の５つのサンプルの剪断接着強度は、3.7、4.
0、5.9、5.8および5.0キログラムであると測定された。
湿度試験に付されなかった５つのサンプルについての平
均剪断強度は5.1であった。湿度試験に付された５つの
異なるサンプルについての平均剪断強度は、4.9であっ
た。これらの平均値はこの表面実装接着剤組成物が極度
の湿度と熱曝露に付された場合に重大に劣化しないこと
を示している。
本発明はその特定の態様に関して上に記載したけれど
も、本明細書に開示された本発明の概念から離れること
なしに、多くの変更、修正および変化をなすことが出来
ることは明らかである。したがって本発明は請求の範囲
の精神および広い範囲内に入るそのような変更、修正お
よび変化のすべてを包含することが意図される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレン，スコット アメリカ合衆国 91706 カリフォルニ ア州ボールドウィン パーク ミルベリ ー アベニュー 3791 (56)参考文献 特開 昭59−29302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−196280（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09J 4/06 C09J 175/14

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表面実装の導電性接着剤組成物において、 （ａ）アクリル樹脂からなる結合剤樹脂２〜15重量部、 （ｂ）アクリレート単量体２〜15重量部、 （ｃ）遊離基開始剤0.01〜３重量部、並びに （ｄ）微粉砕銀粒子72〜95重量部、 を特徴とし、しかも、未硬化の前記導電性接着剤組成物
    が、25℃で10,000〜700,000センチポアズの粘度と１Ω
    ・cmより小さい表面抵抗とを有することを特徴とする、
    上記接着剤組成物。
  2. 【請求項２】表面実装の導電性接着剤組成物において、 （ａ）アクリル樹脂からなる結合剤樹脂２〜15重量部、 （ｂ）アクリレート単量体２〜15重量部、 （ｃ）２、５−ジメチル−２、５−ビス（２−エチルヘ
    キサノイルペルオキシ）ヘキサンからなる遊離基開始剤
    0.01〜３重量部、並びに （ｄ）微粉砕銀粒子72〜95重量部、 を特徴とする、上記接着剤組成物。
  3. 【請求項３】（ｅ）レオロジー改質剤0.1〜10重量部を
    更に含む、請求項１または２に記載の接着剤組成物。
  4. 【請求項４】前記（ｂ）成分であるアクリレート単量体
    がジアクリレート単量体である、請求項１または２に記
    載の接着剤組成物。
  5. 【請求項５】スクリーンプリント可能な表面実装導電性
    接着剤組成物において、 （ａ）アクリル化ウレタン樹脂、アクリル樹脂及びそれ
    らの混合物からなる群から選ばれた結合剤樹脂４〜12重
    量部、 （ｂ）ジアクリレート単量体３〜13重量部、 （ｃ）２、５−ジメチル−２、５−ビス（２−エチルヘ
    キサノイルペルオキシ）ヘキサン0.1〜１重量部、並び
    に （ｄ）0.1〜10ミクロンの平均粒径を有する銀フレーク7
    5〜88重量部、を特徴とし、しかも未硬化の前記導電性
    接着剤組成物は、25℃で10,000〜700,000センチポアズ
    の粘度と１Ω・cmより小さい表面抵抗とを有することを
    特徴とする、上記接着剤組成物。
  6. 【請求項６】前記（ａ）成分がアクリル樹脂からなる結
    合剤樹脂である、請求項５に記載の接着剤組成物。
  7. 【請求項７】硬化前に、表面実装導電性接着剤組成物に
    より基材上に表面実装された電気部品において、該接着
    剤組成物は、 （ａ）アクリル樹脂からなる結合剤樹脂２〜15重量部、 （ｂ）アクリレート単量体２〜15重量部、 （ｃ）遊離基開始剤0.01〜３重量部、並びに （ｄ）微粉砕銀粒子72〜95重量部、 を特徴とし、しかも、未硬化の前記導電性接着剤組成物
    が、25℃で10,000〜700,000センチポアズの粘度と１Ω
    ・cmより小さい表面抵抗とを有することを特徴とする、
    上記電気部品。
JP52427194A 1993-04-19 1994-04-01 表面実装導電性接着剤 Expired - Fee Related JP3459012B2 (ja)

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US08/047,518 US5395876A (en) 1993-04-19 1993-04-19 Surface mount conductive adhesives
US047,518 1993-04-19
PCT/US1994/003631 WO1994025518A1 (en) 1993-04-19 1994-04-01 Surface mount conductive adhesives

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