JP4872220B2 - 導電性接着剤 - Google Patents
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Description
しかし、導電性接着剤において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いた場合、FPC基板に対応できる応力緩和性が無く、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いた場合、応力緩和性はあるが耐熱性が弱い等の欠点がある。
本発明の導電性接着剤は、導電性フィラー(A)と、樹脂バインダー(B)と、有機溶剤(C)とを含む導電性接着剤において、導電性フィラー(A)は、銀粉であり、その含有量が組成物全体に対して75〜85重量%であり、樹脂バインダー(B)は、20℃で液状であるエポキシ樹脂(b1)を主成分とし、エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体(b2)を樹脂バインダー(B)に対して25重量%以下含有し、さらに、加熱時(60〜300℃)にエポキシ樹脂と速やかに硬化反応を起こし、かつ室温で長期間の貯蔵安定性を満足できる硬化剤(硬化促進剤)を含んでいることを特徴とする。
導電性フィラーは、本発明において必須成分であり、例えば銀、金、銅、カーボンなど導電性を有する金属粉末などである。これらの形状は特に制限されず、フレーク状、球状、あるいは不定形状でよい。
銀粉は、通常、鉛を含まない純粋な銀を用いるが、スズ、ビスマス、インジウム、パラジウムなどとの合金を採用してもよい。ただし、これらスズなどの第二成分は5重量%以下であることが望ましい。
樹脂バインダーは、本発明において上記導電性フィラーを分散して基板などに接着し、硬化物を形成するために用いられる必須成分である。本発明においては、エポキシ樹脂(b1)を主成分として、これにエポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体(b2)が含有される。
本発明においてエポキシ樹脂には、公知のエポキシ樹脂全てが使用でき、特に制限はない。エポキシ樹脂としては、例えば、主に電子材料の注型や接着に使用されているビスフェノールAジグリシジルエーテルをはじめ、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテル、エポキシ化大豆油、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチルカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン等の構造を有するエポキシ樹脂が挙げられる。形状は常温で固体のものでも使用できるが、導電性接着剤であるために20℃で液状のものが望ましい。また、これらのエポキシ樹脂は、単独でも複数種を混合して用いても差し支えない。
一般的には、イミダゾール類の2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾールや、フェノールノボラック化合物、ジシアンジアミド、酸無水物系のテトラヒドロメチル無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸、ルイス酸錯体のBF3塩等を用いることができる。これらは単独でも複数種混合して用いても良い。これらの硬化剤(硬化促進剤)は、種類によって性能が異なるので、添加量を規定できないが、エポキシ樹脂と化学量論組成を勘案して適宜決定される。
本発明に用いるエポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体(以下、単に共重合体ともいう)は、ハードセグメントがビニル芳香族化合物の重合体ブロックで、ソフトセグメントがジエン成分の重合体ブロックであるスチレン系熱可塑性エラストマーであり、ソフトセグメントのジエン成分に含まれる不飽和二重結合をエポキシ化したものである。
共重合体の分子構造は、通常、直鎖状であるが、分岐状、放射状であってもよい。ビニル芳香族化合物を主体とするハードセグメントを重合体ブロック(X)とし、ジエン化合物(ブタジエン)を主体とするソフトセグメントを重合体ブロック(Y)とすれば、直鎖状のエポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体の基本骨格は、X−Y−Xの構造で示すことができる。
また、共重合体の数平均分子量は、5,000〜500,000、好ましくは10,000〜300,000の範囲であり、分子量分布[重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)]は10以下である。
このためには共重合体のエポキシ当量は、200〜10,000であり、好ましくは300〜5,000の範囲であることが望ましい。この範囲は、共重合体中のエポキシ基の量が、共重合体を構成するジエン分子に対して、2〜90%、好ましくは5〜70%となる量である。エポキシ基の量が2%未満では、エポキシ樹脂と相溶せず相分離が起こることがあり、しかもソフトセグメントとしての機能が期待できなくなる。一方、エポキシ基の量が90%を超えるものは、共重合体の合成時にゲル化などの副反応を起こすことがあり好ましくない。
本発明において有機溶剤は、希釈剤として機能する成分であり、導電性接着剤の印刷性、塗布性を向上させるために樹脂バインダーに配合される。
この有機溶剤は、エポキシ樹脂とエポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体との双方に相溶性があるものが好ましいが、エポキシ樹脂又はエポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体のいずれかと相溶性があり、しかも互いの溶剤同士に相溶性があるものの混合物でもよい。例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル(別名ブチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−ヒドロオキシプロパン酸エチル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。そのほかに、エポキシ樹脂の溶剤として使われるモノエポキシ化合物も使用できる。
本発明の導電性接着剤は、導電性フィラー(A)、エポキシ樹脂(b1)とエポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体(b2)とを混合した樹脂バインダー(B)、及び有機溶剤(C)を用意し、これを混合し均一に混練することで製造される。
[材料]
(A)導電性フィラー(銀粉)
鱗粉状銀粉(商品名:TC−25A、株式会社徳力化学研究所製、平均粒径:1.45μm)
(B)樹脂バインダー
(b1)エポキシ樹脂
ビスフェノ−ルAジグリシジルエ−テル型エポキシ樹脂(商品名:エピコート828、ジャパンエポキシレジン株式会社製)
(b2)エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体
(商品名:エポフレンドAT501、ダイセル化学工業株式会社製、エポキシ当量約1000)
(C)有機溶剤
(c1)トリエチレングリコールジメチルエーテル(鹿特級、関東化学株式会社製)、 (c2)2−n−ブトキシエタノール(鹿特級、関東化学株式会社製)
(c3)グリシジルフェニルエーテル(鹿1級、関東化学株式会社製)
(1)シ−ト抵抗値の測定
アルミナ基板上の2mm離れた電極間に、該電極に重ねて幅2mm、長さ5mmの長方形状に導電性接着剤をスクリーン印刷で塗布した。150℃のオ−ブン中に30分間放置して試料(導電性接着剤)を硬化させ、室温まで冷却し電極間の抵抗値を測定した。10点測定した平均値が、500mΩ未満であれば良(○)とし、500mΩ以外であれば不可(×)とした。
(2)接着強度の測定
2.5cm角の銅基板上に試料(導電性接着剤)をスクリーン印刷で塗布した。1.5mm角のシリコンチップを載せ、150℃のオ−ブン中に30分間放置して導電性接着剤を硬化させ、室温まで冷却した。その後、基板に対し、水平方向からシリコンチップに力を加え、シリコンチップがはがれたときの力を接着強度として測定した。10点測定した平均値が25N(ニュートン)以上であれば良(○)とし、25N未満であれば不可(×)とした。
(3)耐熱強度の測定
2.5cm角の銅基板上に試料(導電性接着剤)をスクリーン印刷で塗布した。1.5mm角のシリコンチップを載せ、150℃のオ−ブン中に30分間放置して導電性接着剤を硬化させ、室温まで冷却した。その後、260℃に加熱してあるホットプレ−ト上に上記基板を30秒間放置し、加熱しながら基板に対し、水平方向からシリコンチップに力を加え、シリコンチップが剥がれたときの力を耐熱強度として測定した。10点測定した平均値が5N以上であれば良(○)とし、5N未満であれば不可(×)とした。
(4)応力緩和性
5cm角のポリエステル製のフレキシブル基板上に試料(導電性接着剤)を2.5mm離して2カ所塗布し、その上にチップ抵抗を接着し、180℃のオーブン中に60分間放置し、硬化した。その後室温に戻し、断面の円の半径が10mmの円筒上に上記ポリエステル基板を徐々に巻き付け、その際にチップ抵抗が該ポリエステル基板から全く剥がれなかったら良(○)、1カ所でも剥がれたら不可(×)とした。
(5)総合評価
上記の4項目がすべて良(○)であれば合格(○)とし、1つでも条件が満たさないものは不合格(×)とした。
前記の銀粉成分、エポキシ樹脂成分、エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体成分及び有機溶剤成分を原料として用い、表1中の重量割合に従って配合し、接着剤組成物を調製し、3本ロール型混練機を使用して混練し、本発明の導電性接着剤を得た。なお、エポキシ樹脂には、硬化剤として、ノボラック型フェノール樹脂、その他に硬化促進剤として2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾ−ルを配合した。
得られた接着剤組成物を試料として、前記の方法で、シート抵抗値、接着強度、耐熱強度を測定し、応力緩和性を判定し総合評価を行った。結果を表3に示す。
エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体成分を用いないか増量し、あるいは銀粉成分の配合量を実施例よりも減らすか増やした以外は上記実施例と同様にして、表2中の重量割合に従って各成分を配合し、比較用の導電性接着剤を得た。
得られた接着剤組成物を試料として、前記の方法で、シート抵抗値、接着強度、耐熱強度を測定し、応力緩和性を判定し総合評価を行った。結果を表4に示す。
比較例1は、銀粉の配合量が70重量%と少なかったためにシート抵抗値が大きくなってしまい、比較例4は、銀粉の配合量が90重量%と多すぎたためにシート抵抗値は小さくなったが、接着強度、耐熱強度が低下してしまい、いずれも導電性接着剤として使用できないものとなった。
また、比較例2は、エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体成分を配合しなかったために、応力緩和性が不合格となり、比較例3は、エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体成分の量を多くしすぎたために、接着強度、耐熱強度が低下してしまい、いずれも導電性接着剤として使用できないものとなった。
これに対して、実施例1〜8は、銀粉、エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体成分はじめ、各成分の配合量が本発明の範囲であるため、シート抵抗値、接着強度、耐熱強度、応力緩和性のいずれも良好であり、総合評価も優れた導電性接着剤となった。
Claims (4)
- 導電性フィラー(A)と、樹脂バインダー(B)と、有機溶剤(C)とを含む導電性接着剤において、
導電性フィラー(A)は、銀粉であり、その含有量が組成物全体に対して75〜85重量%であり、樹脂バインダー(B)は、20℃で液状であるエポキシ樹脂(b1)を主成分とし、エポキシ化ブタジエン−スチレン共重合体(b2)を樹脂バインダー(B)に対して25重量%以下含有し、
さらに、加熱時(60〜300℃)にエポキシ樹脂と速やかに硬化反応を起こし、かつ室温で長期間の貯蔵安定性を満足できる硬化剤(硬化促進剤)を含んでいることを特徴とする導電性接着剤。 - 樹脂バインダー(B)の含有量が、組成物全体に対して4〜30重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の導電性接着剤。
- 有機溶剤(C)の含有量が、組成物全体に対して1〜20重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の導電性接着剤。
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