JP5373464B2 - 導電性ペーストおよびこれを用いた実装構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、それぞれ融点の異なる複数の導電性フィラーおよびそれぞれ融点の異なる複数のフラックスを含む導電性ペーストおよびこれを用いた実装構造体に関する。
電気機器もしくは電子機器の回路形成技術の分野では、電子部品を基板に実装する際に、様々な導電性ペーストが用いられている。導電性ペーストは、導電性フィラーおよび樹脂成分を含む組成物であり、樹脂成分には一般的に絶縁性樹脂が用いられている。樹脂成分は導電性を示さないが、樹脂成分を硬化収縮させることにより、導電性フィラー同士が接触もしくは接近し、組成物全体としては導電性を示すようになる。
導電性ペースト中の導電性フィラーの含有量を増やし、導電性フィラー同士の接触面積もしくは接触確率を上昇させることで、導電性ペーストの抵抗を低減することができる。しかし、導電性フィラーの接触状態の改善だけでは、抵抗の低減に限界がある。また、電子部品と基板との接合を導電性ペーストで行い、熱サイクル信頼性試験を行うと、試験後の接合部の抵抗値は初期と比べて上昇する。
そこで、高融点の導電性フィラーと低融点の導電性フィラーとを併用することが提案されている。低融点の導電性フィラーは、その融点以上で、高融点の導電性フィラーに付着し、鎖状連結構造体を形成する。その結果、接合部の機械的強度が高められ、電気的接続の信頼性もある程度高められる(特許文献1)。
また、導電性ペーストを硬化させる加熱時に、導電性フィラーの表面を溶融させ、導電性フィラーの表面同士を溶着させることが提案されている。導電性フィラーの表面同士を溶着させることにより、接合部の電気的接続の信頼性がある程度高められる(特許文献2)。
一方、熱硬化性樹脂と導電性フィラーとを含み、導電性フィラーが融点230℃以下の低融点金属粒子からなる導電性ペーストを、回路基板のビアホール用充填剤として用いることが提案されている。低融点金属粒子は半田と同様の電気的接合を担い、熱硬化性樹脂は接合部を補強する(特許文献3)。
特開平10−279903号公報 特開2005−89559号公報 特開2005−71825号公報
導電性ペーストを用いて電子部品を基板に接合する場合、半田付けの際に半田ボールが発生することがある。発明者らが行った様々な実験結果によると、導電性ペーストが2種以上の金属粒子を含む場合、半田ボールの発生量が多くなる傾向があり、この傾向はフラックスの影響を受ける。特に、熱硬化性樹脂を含み、導電性フィラーとして金属粒子を含む導電性ペーストは、一般的な半田ペーストとは異なり、熱硬化性樹脂の熱ダレが起こりやすい。よって、半田ボールが基板と部品電極との間から流出しやすい。また、低融点のフラックス成分を含む導電性ペーストは、保存性が低く、室温での粘度変化が大きいため、取り扱いが煩雑である。そこで、半田付けを行う際に、半田ボールが発生しにくく、保存性が良好であり、かつ、優れた電気的接続を確保できる導電性ペーストに対する要望が高まっている。
本発明は、導電性ペーストを用いて半田付けを行う際に、半田ボールの発生を抑制することを1つの目的とする。本発明は、また、導電性ペーストの室温での保存性を向上させることを目的とする。
上記課題に鑑み、本発明は、フィラー成分およびフラックス成分を含む導電性ペーストであって、フィラー成分は、それぞれ融点の異なる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーを含み、第1導電性フィラーの融点は、第2導電性フィラーの融点よりも20℃以上高く、フラックス成分は、それぞれ融点の異なる第1フラックスおよび第2フラックスを含み、第1フラックスの融点は、第2フラックスの融点よりも高く、第2フラックスの融点は、第2導電性フィラーの融点以下である導電性ペーストに関する。ここで、第1フラックスの融点は、第2導電性フィラーの融点よりも15℃〜45℃高い。
第1フラックスの融点は、第1導電性フィラーの融点以下であることが好ましい。
第1導電性フィラーの融点が、120〜140℃である場合、第2導電性フィラーの融点は、120℃以下であることが好ましい。
第1導電性フィラーの融点が、190〜230℃である場合、第2導電性フィラーの融点は、100〜140℃であることが好ましい。
本発明において、第1フラックスおよび第2フラックスの合計に占める第2フラックスの割合は、50質量%以下であり、かつ、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第2導電性フィラーの質量%の1.5倍以上である。また、第1フラックスおよび第2フラックスは、有機酸、アミンのハロゲン塩およびアミン有機酸塩よりなる群から選択される少なくとも1種であり、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーは、Sn、Bi、In、AgおよびCuよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属粒子である。
本発明の好ましい態様において、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第1導電性フィラーの割合は、75〜90質量%であり、80〜90質量%が好ましく、85〜90質量%が特に好ましい。
本発明の好ましい態様において、導電性ペーストに含まれる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計量は、75〜90質量%である。
第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの少なくとも一方は、SnおよびBiを含むことが好ましく、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの両方が、SnおよびBiを含むことが更に好ましい。
第1導電性フィラーが、SnおよびBiを含む場合、第1導電性フィラーにおけるBiの含有量は0.5〜60mol%であることが好ましい。
第2導電性フィラーが、SnおよびBiを含む場合、第2導電性フィラーにおけるBiの含有量は55〜70mol%であることが好ましい。
本発明の好ましい態様において、導電性ペーストは、更に、熱硬化性樹脂成分と、硬化剤成分とを含む。
本発明は、また、基板と、基板に実装された電子部品と、基板に電子部品を接合する上記の導電性ペーストとを含む実装構造体に関する。
本発明の導電性ペーストを用いることにより、リフロー炉などで半田付けを行う際に、半田ボールの発生を従来よりも低減することができ、加えて優れた電気的接合を確保することができる。本発明の導電性ペーストは、室温での保存性にも優れている。
本発明の導電性ペーストを含む実装構造体の一例を示す概略断面図である。
本発明の導電性ペーストは、フィラー成分およびフラックス成分を含み、フィラー成分は、それぞれ融点の異なる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーを含み、フラックス成分は、それぞれ融点の異なる第1フラックスおよび第2フラックスを含む。ここで、第1導電性フィラーの融点は、第2導電性フィラーの融点よりも20℃以上高く、第2フラックスの融点は、第2導電性フィラーの融点以下である。第1フラックスの融点は、第2フラックスの融点よりも高く、第2導電性フィラーの融点よりも15℃〜45℃高いものとしている。
半田付けの際、第2導電性フィラーの融点以下では、第2フラックスによる第2導電性フィラーの還元が進行する。ある程度還元された第2導電性フィラーは、その融点に達すると、素早く溶融し、電子部品や基板に設けられた電極に濡れ広がる。その際、溶融した第2導電性フィラーは、より高い融点を有する第1導電性フィラーの粒子表面にも濡れ広がる。これにより、第1導電性フィラーの一部が第2導電性フィラーに溶け込み、電気的接合の信頼性が高められる。次に、第1フラックスがその融点に達すると、第1フラックスにより、第1導電性フィラーと第2導電性フィラーとの溶融および複合化が促進される。その結果、フィラー成分全体の電極に対する濡れ広がりが促進され、半田ボールの流出が抑制される。
第2フラックスの融点が、第2導電性フィラーの融点よりも高くなると、第2導電性フィラーがその融点に達するまでに、第2導電性フィラーの還元がほとんど進行しない。よって、第2導電性フィラーは、素早く溶融して電極や第1導電性フィラーの粒子表面に濡れ広がることができない。
第1導電性フィラーの融点は、第2導電性フィラーの融点よりも20℃以上高くする必要がある。第1導電性フィラーと第2導電性フィラーの融点の差が20℃未満では、それぞれ融点の異なる複数の導電性フィラーを用いる意味が薄れ、電気的接合の信頼性を高める効果が十分に得られず、接合部にボイドが発生する場合がある。
第1フラックスの融点は、第2フィラーの融点よりも15℃〜45℃高いことが好ましく、30℃〜44℃高いことが更に好ましい。第1フラックスの融点が第2導電性フィラーの融点+15℃以内では、第2導電性フィラーの融点付近で、ほとんどのフラックス成分が消費されてしまう場合がある。よって、第1導電性フィラーを還元するためのフラックス成分を十分に確保することができず、半田ボールの発生を低減する効果が小さくなる。一方、第1フラックスの融点が第2導電性フィラーの融点+45℃より高い場合、溶融した第2導電性フィラーと第1導電性フィラーとの複合化が十分に進行しない場合がある。
第1フラックスおよび第2フラックスの合計に占める第2フラックスの割合は、50質量%以下である。第2フラックスの割合が、50質量%を超えると、第1フラックスの量が相対的に少なくなる。よって、第1導電性フィラーの溶融の際に、第1導電性フィラーを還元する第1フラックスを十分に確保できず、半田ボールの発生量を低減する効果が小さくなる。
また、第1フラックスおよび第2フラックスの合計に占める第2フラックスの割合は、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第2導電性フィラーの質量%の1.5倍以上である。すなわち、第1フラックスおよび第2フラックスの合計に占める第2フラックスの割合がX質量%であり、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第2導電性フィラーの割合がY質量%であるとき、1.5Y≦Xが満たされる。
1.5Y≦Xが満たされることにより、第2導電性フィラーがその融点以上で溶融し、隣接する第1導電性フィラーの表面に濡れ広がる際に、フィラー間で金属原子の拡散が起こる。よって、第2導電性フィラーと第1導電性フィラーとの複合化が促進される。一方、X<1.5Yになると、第1導電性フィラーの還元が十分に進まない場合があり、半田ボールの発生量を低減する効果が小さくなる。
導電性ペーストに含まれる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計量は、75〜90質量%が好適である。導電性ペーストに含まれる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計量が75質量%より少なくなると、導電性フィラー同士の接触確率が小さくなり、半田ボールの発生量が著しく増加する場合がある。なお、導電性ペーストに含まれる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計量が90質量%以下になると、特に半田ボールが発生しやすくなる。よって、本発明は、導電性ペーストに含まれる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計量が90質量%以下の場合に特に有効である。
第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第1導電性フィラーの割合は、75〜90質量%であることが好ましい。第1導電性フィラーの割合が90質量%より多いと、第2導電性フィラーがその融点で溶融した際、隣接する第1導電性フィラーに濡れ広がる第2導電性フィラーの量が少なくなる。よって、半田ボールの発生量を低減する効果が小さくなる。一方、第1導電性フィラーの割合が75質量%より少ないと、第2導電性フィラーがその融点で溶融した際、隣接する第1導電性フィラーと複合化する第2導電性フィラーの量が多くなる。よって、第2導電性フィラーの融点近くで、多くのフィラー成分が溶融してしまい、複数種の導電性フィラーを用いることによる効果が小さくなる。第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第1導電性フィラーの割合は、80〜90質量%であることが更に好ましく、85〜90質量%であることが特に好ましい。
本発明の導電性ペーストは、それぞれ融点の異なる複数のフラックスを含む。このような導電性ペーストは、単独のフラックスを含む導電性ペーストに比べて、室温における保存性が向上する。フラックスは、室温でも、導電性フィラーとある程度反応する。ただし、融点の高いフラックスは、導電性フィラーとの反応性も低くなる。よって、複数のフラックスを含む導電性ペーストの場合、室温で導電性フィラーと反応するフラックスの割合が減少するため、ライフが長くなる。
第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの少なくとも一方は、Snを含む合金粒子であることが好ましい。合金粒子は、Snの他に、Bi、In、AgおよびCuよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、半田材料が特に好ましい。半田材料としては、具体的には、Sn−Bi系合金、Sn−In系合金、Sn−Bi−In系合金、Sn−Ag系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Ag−Cu系合金、Sn−Ag−Bi系合金、Sn−Cu−Bi系合金、Sn−Ag−Cu−Bi系合金、Sn−Ag−In系合金、Sn−Cu−In系合金、Sn−Ag−Cu−In系合金、Sn−Ag−Cu−Bi−In系合金などを挙げることができる。なかでも、フィラー同士の濡れ性に優れた導電性ペーストを得る観点から、SnとBiを含む半田材料が特に好ましい。第1導電性フィラーがSnとBiを含む場合、Biの含有量は0.5〜60mol%であることが好ましい。また、第2導電性フィラーがSnとBiを含む場合、Biの含有量は55〜70mol%であることが好ましい。
合金粒子は、球状粒子であることが好ましい。球状粒子は、所定組成の合金を調製した後、その合金をアトマイズ法、転動造粒法等で粒状化することにより得られる。球状粒子の平均粒径(体積基準の粒度分布におけるメディアン径)は、一般に20〜40μmである。
上記のような合金粒子から、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーとして、融点の異なる2種以上の合金粒子を選択する。
第1導電性フィラーとしては、導電性ペーストを加熱硬化させる温度以下の融点を持つ合金粒子が選択される。第1導電性フィラーは、導電性ペーストを加熱硬化させる温度よりも約10℃〜20℃低い融点を持つ合金粒子がよい。
第2導電性フィラーとしては、第1導電性フィラーよりも融点の低い合金粒子が選択される。導電性ペーストの加熱時の昇温速度に揺らぎがある場合でも、第1導電性フィラーと第2導電性フィラーの溶融開始のタイミングに差ができるように、第1導電性フィラーと第2導電性フィラーの融点は、互いに20℃以上の差を有することが必要である。
例えば、第1導電性フィラーの融点が120〜140℃である場合、第2導電性フィラーの融点は120℃以下であることが好ましく、70〜120℃であることが特に好ましい。また、第1導電性フィラーの融点が190〜230℃である場合、第2導電性フィラーの融点は100〜140℃であることが好ましい。
第1フラックスおよび第2フラックスとしては、導電性ペーストを加熱硬化させる温度域で、被着体である電極や合金粒子表面の酸化膜を除去する還元力を有する有機酸、アミンのハロゲン塩、アミン有機酸塩などが用いられる。例えばJIS Z3283に記載されているようなロジンまたは変性ロジンを主剤とし、所望により活性化成分としてアミンのハロゲン塩、有機酸、アミン有機酸塩などを含むフラックスを用いることができる。
有機酸としては、例えば飽和脂肪族モノカルボン酸であるラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸;不飽和脂肪族モノカルボン酸であるクロトン酸;飽和脂肪族ジカルボン酸であるシュウ酸、L(-)-リンゴ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸;不飽和脂肪族ジカルボン酸であるマレイン酸、フマル酸;芳香族系カルボン酸であるフタルアルデヒド酸、フェニル酪酸、フェノキシ酢酸、フェニルプロピオン酸;エーテル系ジカルボン酸であるジグリコール酸、その他の有機酸であるアビエチン酸、アスコルビン酸などが挙げられる。
アミンのハロゲン塩としては、アミン塩酸塩であるエチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、トリエタノールアミン塩酸塩、グルタミン酸塩酸塩;アミン臭化水素酸塩であるジエチルアミン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩などが挙げられる。
上記の材料から、第1フラックスおよび第2フラックスとして、融点の異なる2種以上の材料を選択する。
第1フラックスとしては、第2導電性フィラーの融点よりも15℃〜45℃高い融点を有するものを選択することが重要である。
第2フラックスとしては、第2導電性フィラーの融点以下の融点を有するものを選択することが重要である。
本発明の導電性ペーストは、更に、熱硬化性樹脂成分と、硬化剤成分とを含むことができる。
熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オキセタン樹脂などを含むことができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特にエポキシ樹脂が好適である。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂などを用いることができる。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが好適に用いられる。これらを変性させたエポキシ樹脂も用いられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のような熱硬化性樹脂と組み合わせて用いる硬化剤としては、チオール系化合物、変性アミン系化合物、多官能フェノール系化合物、イミダゾール系化合物、酸無水物系化合物などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。硬化剤は、導電性ペーストの使用環境や用途に応じて、好適なものが選択される。
本発明の導電性ペーストは、更に、粘度調整のため、もしくはチクソ性を付与するための添加剤を含むことができる。添加剤としては、様々な無機系あるいは有機系の材料を用いることができる。無機系材料としては、例えばシリカ、アルミナなどが用いられる。有機系材料としては、例えば低分子量のアミド化合物、ポリエステル系樹脂、ヒマシ油の有機誘導体などが用いられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の好ましい一態様において、導電性ペーストに含まれる材料の配合は、熱硬化性樹脂成分100重量部あたり、第1導電性フィラーと第2導電性フィラーの合計量が400〜700重量部、硬化剤成分が1〜100重量部、第1フラックスおよび第2フラックスの合計量が1〜20重量部、粘度調整/チクソ性付与添加剤が1〜20重量部である。ただし、本発明はこの配合に限定されない。
本発明において、実装構造体は、基板と、基板に実装された電子部品と、基板に電子部品を接合する導電性ペーストとを含む。図1に、実装構造体の一例を示す。実装構造体1は、基板2および電子部品3を具備し、基板2および電子部品3は、それぞれ電極2aおよび電極3aを有する。導電性ペースト4は、これら電極間の電気的接合を担う。電子部品としては、例えば、CCD素子、フォログラム素子、チップ部品等が挙げられるが、特に限定はない。このような実装構造体は、例えばDVD、携帯電話、ポータブルAV機器、デジタルカメラ等の機器に内蔵されている。
以下の実施例および比較例では、表1に示す配合で材料を混合して、導電性ペーストを調製し、半田付け時の半田ボールの発生量と保存性を評価した。
以下に材料の詳細を示す。
(1)第1導電性フィラー:各表に記載の合金粒子A
(2)第2導電性フィラー:各表に記載の合金粒子B
ただし、
SnBi:Sn42Bi58
SnAgCu:Sn96.5Ag3Cu0.5
SnIn:Sn48In52
SnCu:Sn99.25Cu0.75
SnBiIn:Sn20Bi65In15
(3)第1フラックス:各表に記載のフラックスA
(4)第2フラックス:各表に記載のフラックスB
(5)熱硬化性樹脂:ビスフェノールF型エポキシ樹脂、商品名「エピコート806」、ジャパンエポキシレジン株式会社製
(6)硬化剤:イミダゾール系硬化剤、商品名「キュアゾール2P4MZ」、四国化成工業株式会社製
(7)添加剤:ヒマシ油系添加剤、商品名「THIXCIN R」、エレメンティス・ジャパン社製
Figure 0005373464
導電性ペーストの評価は、以下の要領で行った。
(半田ボール発生量)
セラミック基板上に、φ3mmの開口部を有する厚さ0.2mmのメタルマスクを用いて、導電性ペーストを印刷した。印刷された導電性ペーストを、基板とともに、160℃の加熱オーブン内に導入し、10分間加熱し、導電性ペーストを硬化させた。その後、導電性ペーストの硬化物を、基板とともに、常温まで冷却した。その後、硬化物を顕微鏡で観察し、半田ボール発生量を評価した。
半田ボール発生量は、比較例2の結果を「中(medium)」とし、これを基準に相対的に比較した。
(保存性)
セラミック基板上に導電性ペーストを印刷後、大気中、25℃で1時間放置した。その後、印刷された導電性ペーストを、基板とともに、160℃の加熱オーブン内に導入し、10分間加熱し、導電性ペーストを硬化させ、サンプルXを得た。一方、セラミック基板上に導電性ペーストを印刷後、直ちに、160℃の加熱オーブン内に導入し、10分間加熱し、導電性ペーストを硬化させ、サンプルYを得た。
サンプルXとサンプルYの半田ボールの発生量を比較した。発生量の差が小さい場合ほど、導電性ペーストの保存性は良好である。保存性(ライフ)は、比較例2の結果を「△(medium)」とし、これを基準に相対的に比較した。○:long、×:short
《実施例1〜2および比較例1〜6》
第1フラックスの融点と第2フラックスの融点の差が評価結果に与える影響について調べた。表2Aに示す重量割合で合金粒子Aおよび合金粒子Bをそれぞれ用い、同じく表2Aに示す重量割合でフラックスAおよびフラックスBをそれぞれ用いた。評価結果を表2Bに示す。
Figure 0005373464
Figure 0005373464
実施例1〜2および比較例1〜6の全てにおいて、融点138℃の合金粒子Aおよび融点100℃の合金粒子Bを用いた。よって、実施例1〜2および比較例1〜6は、第1導電性フィラーの融点が第2導電性フィラーの融点よりも20℃以上高いという条件(条件1)を満たす。
実施例1〜2および比較例6では、フラックスBの融点(98℃)は、合金粒子Bの融点(100℃)よりも低くなっている。よって、実施例1〜2および比較例6は、第2フラックスの融点が第2導電性フィラーの融点以下であるという条件(条件2)を満たす。一方、比較例1では、フラックスBの融点(105℃)は、合金粒子Bの融点(100℃)よりも高くなっており、条件2を満たさない。
実施例1〜2では、フラックスAの融点は、合金粒子Bの融点(100℃)よりも35℃もしくは42℃高くなっている。よって、第1フラックスの融点が第2導電性フィラーの融点よりも15℃〜45℃高いという条件(条件3)を満たす。一方、比較例6では、フラックスAの融点(105℃)は、合金粒子Bの融点(100℃)よりも5℃だけ高くなっており、条件3を満たさない。
実施例1〜2および比較例6では、フラックスAおよびフラックスBを1:1の重量比で併用した。よって、実施例1〜2および比較例6は、第1フラックスおよび第2フラックスの合計に占める第2フラックスの割合が50質量%以下であるという条件(条件4)を満たす。また、この値は、合金粒子Aおよび合金粒子Bの合計に占める合金粒子Bの質量%の約4倍に相当する。よって、実施例1〜2および比較例6は、第1フラックスおよび第2フラックスの合計に占める第2フラックスの割合が第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第2導電性フィラーの質量%の1.5倍以上であるという条件(条件5)も満たす。
なお、実施例1〜2および比較例1〜6の全てにおいて、合金粒子Aおよび合金粒子Bの合計に占める合金粒子Bの割合は、12.6質量%である。よって、実施例1〜2および比較例1〜6は、第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める第1導電性フィラーの割合が75〜90質量%であるという条件(条件6)を満たす。
条件1〜6の全てを満たす実施例1、2の導電性ペーストは、半田ボールの発生量が少なく、保存性も優れていた。これは、フラックスAおよびBが、それぞれ合金粒子AおよびBの還元に有効に作用したためと考えられる。なお、導電性ペーストが1種のみのフラックスを含む場合、フラックスは第1および第2導電性フィラーの一方だけに作用し、他方の導電性フィラーは未還元状態となるか、もしくは再酸化されるものと考えられる。よって、半田ボールの発生量は多くなると考えられる。
また、条件2を満たさない導電性ペースト(比較例1)は、合金粒子Bがその融点に達するまでに、合金粒子Bの還元がほとんど進行しないため、半田ボールの発生量を低減しにくくなると考えられる。
保存性は、融点の異なる複数のフラックスを含む導電性ペーストでは、比較的良好であった。融点の異なる複数のフラックスを含む導電性ペーストでは、室温で反応するフラックスの量が低減されるため、保存性が向上すると考えられる。一方、1種のフラックスだけしか含まない導電性ペーストはライフが短くなった。
《実施例3〜5および比較例7〜17》
第1導電性フィラーの融点と第2導電性フィラーの融点との差が評価結果に与える影響を調べた。表3Aに示す重量割合で合金粒子Aおよび合金粒子Bをそれぞれ用い、同じく表3Aに示す重量割合でフラックスAおよびフラックスBをそれぞれ用いた。評価結果を表3Bに示す。
Figure 0005373464
Figure 0005373464
比較例7〜17と実施例3〜5との対比より、第1導電性フィラーの融点と第2導電性フィラーの融点が20℃、81℃または89℃離れている場合でも、条件1〜6を満たす場合には、半田ボールの発生量が低減し、保存性も良好となることが判明した。
また、比較例13より、第2フラックスの融点は第2導電性フィラーの融点以下である必要があることが確認できた。
更に、比較例12、15より、第1フラックスの融点は第2導電性フィラーの融点
+15℃〜+45℃の範囲内とすることが有効であることも確認できた。
《実施例6、参考例7〜9》
第1フラックスおよび第2フラックスの合計に対する第2フラックスの割合が評価結果に与える影響を調べた。表4Aに示す重量割合で合金粒子Aおよび合金粒子Bをそれぞれ用い、同じく表4Aに示す重量割合でフラックスAおよびフラックスBをそれぞれ用いた。評価結果を表4Bに示す。
Figure 0005373464
Figure 0005373464
実施例1、6、参考例7と参考例8、9との対比より、フラックスAおよびフラックスBの合計に占めるフラックスBの割合(X質量%)と、合金粒子Aおよび合金粒子Bの合計に占める合金粒子Bの割合(Y質量%)とが、1.5Y≦Xを満たす場合に良好な結果が得られることがわかる。また、フラックスAおよびフラックスBの合計に占めるフラックスBの割合(X質量%)が50質量%以下である場合に、良好な結果が得られることがわかる。また、実施例1および6より、20質量%≦X≦50質量%および2Y≦Xを満たすことが最も好ましいことがわかる。
フラックスBの割合が上記の範囲より少ないと、合金粒子Bの溶融時に、溶融した合金粒子Bに合金粒子Aが溶け込む際に、フラックスBの量が不足する場合があり、半田ボールが多くなると考えられる。一方、フラックスBの割合が上記の範囲より多いと、合金粒子Aの融点時に合金粒子Aを還元するフラックスAの量が不足する場合があり、半田ボールが多くなると考えられる。
本発明の導電性ペーストは、広範な用途に適用できるが、特に電気機器もしくは電子機器が備える実装構造体を構成する際に有用である。例えば、CCD素子、フォログラム素子、チップ部品等の電子部品を基板に接合して実装構造体を構成する際に、本発明の導電性ペーストが用いられる。このような実装構造体を内蔵した電気機器もしくは電子機器としては、例えばDVD、携帯電話、ポータブルAV機器、デジタルカメラ等が挙げられる。
1 実装構造体
2 基板
3 電子部品
4 導電性ペースト

Claims (14)

  1. フィラー成分およびフラックス成分を含む導電性ペーストであって、
    前記フィラー成分は、それぞれ融点の異なる第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーを含み、
    前記第1導電性フィラーの融点は、前記第2導電性フィラーの融点よりも20℃以上高く、
    前記フラックス成分は、それぞれ融点の異なる第1フラックスおよび第2フラックスを含み、
    前記第1フラックスの融点は、前記第2フラックスの融点よりも高く、
    前記第1フラックスの融点は、前記第2導電性フィラーの融点よりも15℃〜45℃高く、
    前記第2フラックスの融点は、前記第2導電性フィラーの融点以下であり、
    前記第1フラックスおよび前記第2フラックスの合計に占める前記第2フラックスの割合が、50質量%以下であり、かつ、前記第1導電性フィラーおよび第2導電性フィラーの合計に占める前記第2導電性フィラーの質量%の1.5倍以上であり、
    前記第1フラックスおよび前記第2フラックスが、有機酸、アミンのハロゲン塩およびアミン有機酸塩よりなる群から選択される少なくとも1種であり、
    前記第1導電性フィラーおよび前記第2導電性フィラーが、Sn、Bi、In、AgおよびCuよりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属粒子である、導電性ペースト。
  2. 前記第1フラックスの融点は、前記第1導電性フィラーの融点以下である、請求項1記載の導電性ペースト。
  3. 前記第1導電性フィラーの融点が、120〜140℃であり、
    前記第2導電性フィラーの融点が、120℃以下である、請求項1または2記載の導電性ペースト。
  4. 前記第1導電性フィラーの融点が、190〜230℃であり、
    前記第2導電性フィラーの融点が、100〜140℃である、請求項1または2記載の導電性ペースト。
  5. 前記第1導電性フィラーおよび前記第2導電性フィラーの合計に占める前記第1導電性フィラーの割合が、75〜90質量%である、請求項1〜のいずれかに記載の導電性ペースト。
  6. 前記第1導電性フィラーおよび前記第2導電性フィラーの合計に占める前記第1導電性フィラーの割合が、80〜90質量%である、請求項記載の導電性ペースト。
  7. 前記第1導電性フィラーおよび前記第2導電性フィラーの合計に占める前記第1導電性フィラーの割合が、85〜90質量%である、請求項記載の導電性ペースト。
  8. 前記第1導電性フィラーが、SnおよびBiを含む、請求項1〜のいずれかに記載の導電性ペースト。
  9. 前記第1導電性フィラーにおけるBiの含有量が0.5〜60mol%である、請求項記載の導電性ペースト。
  10. 前記第2導電性フィラーが、SnおよびBiを含む、請求項1〜のいずれかに記載の導電性ペースト。
  11. 前記第2導電性フィラーにおけるBiの含有量が55〜70mol%である、請求項10記載の導電性ペースト。
  12. 前記第1導電性フィラーおよび前記第2導電性フィラーの両方が、SnおよびBiを含む、請求項1〜11のいずれかに記載の導電性ペースト。
  13. 更に、熱硬化性樹脂成分と、硬化剤成分とを含む、請求項1〜12のいずれかに記載の導電性ペースト。
  14. 基板と、前記基板に実装された電子部品と、前記基板に前記電子部品を接合する請求項1〜13のいずれかに記載の導電性ペーストとを含む、実装構造体。
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