JP5048031B2 - 導電性接着剤およびそれを用いた回路 - Google Patents
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Description
本発明の導電性接着剤は、導電粒子および樹脂を含む導電性接着剤において、該導電粒子の30重量%以上が銀と錫から実質的になり、該導電接着剤の金属成分の銀:錫のモル比が77.5:22.5〜0:100の範囲にあることを特徴とするものであり、本発明の回路は、上記の導電性接着剤を用いて、半導体素子、チップ部品、ディスクリート部品またはそれらの組合せを接合させた回路である。
表1に示すモル比になるように、銀粉と錫粉を混合して得た混合粉を、ノズルを設けた溶融装置内で溶融し、ノズルから合金の融点よりも低い温度のアルゴン雰囲気中に噴出することにより、微粉末を得た。これを分級して、表1に示す平均粒径を有する球状の銀−錫合金粉を作製した。
銀粉、フレーク状、平均粒径10μm;
ビスマス粉、球状、平均粒径15μm;
銀−ビスマス粉、Ag:Biのモル比5:1の合金粉、球状、平均粒径15μm;
銀−インジウム粉、Ag:Inのモル比5:1の合金粉、球状、平均粒径20μm;
錫粉、球状、平均粒径15μm
三本ロールを用いて、表2に示す導電粒子、平均分子量900のビスフェノールA型エポキシ樹脂およびレゾール型アルキルフェノール樹脂を配合し、均一になるまで混合した後、2−エチル−4−メチルイミダゾールを加えて混合した。混合物をニーダーに移し、混合しながらジエチレングリコールモノブチルエーテルを、25℃における系の見掛粘度が150Pa・sになるように加え、混合を続けることにより、導電性接着剤を調製した。いずれも、導電粒子の合計配合量が85部、樹脂の配合量が15部である。ただし、導電粒子として、比較例1の接着剤は、銀粉のみを用いたものである。
上記のようにして得られた導電性接着剤を、厚さ75μmのメタルマスクを用いて、銅張ガラスエポキシ回路基板の銅面に孔版印刷した。これに錫メッキされた2012サイズのチップ抵抗器を圧着し、150℃で30分加熱して、該接着剤を硬化させることにより、回路基板にチップ抵抗器を接続させて、回路試料を作製した。
回路試料の接続抵抗を測定した。
回路試料の接着部を横からプッシュプルゲージ(丸菱科学機械製作所製、PGD II型)で突いて、数値を読みとることにより剥離に要する力を測定して、接着強度(初期値)とした。
150℃に30分放置
85℃、85%RHに30分放置
−40℃に30分放置
を1サイクルとするヒートサイクル試験に1,000サイクルかけた後、同様に接着強度を測定した。
前記のようにして調製した接着性組成物を、セラミックス基板上にスクリーン印刷し、150℃で30分加熱して硬化させて、線間2mmの対向電極を作成した。電極間に電圧10Vを印加して、イオン交換水を1滴、電極間に滴下し、電流が100mA流れた時間をマイグレーション時間とした。
表3に示すモル比になるように、銀粉と錫粉を混合して得た混合粉を、ノズルを設けた溶融装置内で溶融し、ノズルから合金の融点よりも低い温度のアルゴン雰囲気中に噴出することにより、微粉末を得た。これを分級して、表3に示す平均粒径を有する球状の銀−錫合金粉を作製した。
アルゴン雰囲気下でプラズマ放電する中を金属粉末が通過する際、蒸発し、補修タンクで超微粒子の粉末とさせた。合金粉はあらかじめ溶融噴霧し50μm近辺の粉末を準備した。この粉末をアルゴン雰囲気下でプラズマ気化させた。
三本ロールを用いて、表3に示す導電粒子、平均分子量900のビスフェノールA型エポキシ樹脂(平均分子量:380)およびレゾール型アルキルフェノール樹脂(平均分子量:3400)をエポキシ樹脂:フェノール樹脂=10:5(重量比)の割合で配合し、均一になるまで混合した後、2−エチル−4−メチルイミダゾールを加えて混合した。混合物をニーダーに移し、混合しながらジエチレングリコールモノブチルエーテルを、25℃における系の見掛粘度が150Pa・sになるように加え、混合を続けることにより、導電性接着剤を調製した。いずれも、導電粒子の合計配合量が85重量部、樹脂の配合量が15重量部である。ただし、導電粒子として、比較例2の接着剤は、銀粉のみを用いたものであり、比較例3の接着剤は、銀粉の一部を10nmの微粉に置き換えたものである。接続抵抗は低下するがマイグレーションは悪い。比較例4は銀錫合金粉末を使った例だが、粒子径が大きく、金属融着がないので接続抵抗が高い。また、比較例5は従来の鉛錫共晶はんだを用いたものである。
上記のようにして得られた導電性接着剤を、実施例1〜8と同様にして、回路試料を作製した。
回路試料の接続抵抗を測定した。
実施例1〜8と同様にして、接着強度を測定した。
実施例1〜8と同様にして、マイグレーション時間を測定した。
Claims (9)
- 導電粒子及び樹脂を含む導電性接着剤において、
導電粒子が、(1)銀−錫合金粉と銀粉の混合粉、又は銀−錫合金粉と錫粉の混合粉である、銀と錫からなり、平均粒径0.1〜10μmの球状粉及び/又は扁平面の平均直径が2〜20μmのリン片状粉、並びに(2)平均直径が5〜60nmの銀、錫、銀−錫合金、ビスマス、インジウム、銅又はこれらの2種以上の合金粉からなる群より選択される少なくとも一種の金属粉を含み、
導電粒子の30〜95重量%が、成分(1)であり、
成分(1)に対して、成分(2)が2〜40重量%であり、かつ、
導電性接着剤の金属成分の銀:錫のモル比が77.5:22.5〜20:80の範囲にあることを特徴とする、導電性接着剤。 - 成分(1)に対して、成分(2)が25重量%以下である、請求項1に記載の導電性接着剤。
- 導電粒子の40重量%以上が、成分(1)である、請求項1又は2に記載の導電性接着剤。
- 導電性接着剤の金属成分の銀:錫のモル比が77.5:22.5〜62.5:37.5の範囲にある、請求項1〜3のいずれか一項に記載の導電性接着剤。
- 成分(2)が、成分(1)に対して4〜12重量%の銀粉を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性接着剤。
- 成分(2)が、成分(1)に対して0.1〜20重量%のビスマス粉及び/又は銀−ビスマス粉を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性接着剤。
- 請求項1〜6のいずれか一項記載の導電性接着剤を用いて、半導体素子、チップ部品、ディスクリート部品又はそれらの組合せを接合させた回路。
- 請求項1〜6のいずれか一項記載の導電接着剤で接続した接着剤の組成が半導体素子、チップ部品、デイスクリート部品の端子電極、基板のランド部の金属と合金化している接続を持つ回路。
- 請求項8記載の合金化した接続構造部に銀−錫合金が金属中に含有される回路。
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