JP5673444B2 - 熱圧着用シリコーンゴムシート及び電気・電子機器部品の接合方法 - Google Patents
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Description
しかし、アクリル導電フィルムは反応性が高いために、シリコーンゴムシートの同じ場所で熱圧着を繰り返すとアクリル樹脂の成分がシート内に多く移行し、膨潤してシートが大きく変形したり、導電フィルムに強く貼り付いて破断したりするために、エポキシ導電フィルムと比較して圧着回数が著しく低下することが問題となっている。
また、現在の市場を見渡しても、アクリル導電フィルムに対する離型性を著しく向上させた異方性導電接着剤圧着用シートは存在しない。
[1]太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線との間にアクリル樹脂内に導電粒子を分散させた異方性導電接着剤を介在させ、加熱加圧ツールによりハンダ銅線側から太陽電池セルの集電電極に向けて加熱加圧し、太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線とを上記接着剤を介して電気的に接合するに際し、上記加熱加圧ツールとハンダ銅線との間に介装されるシリコーンゴムシートであって、
i.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、基材クロスの他方の面にシリコーン保護層を積層した構造、
ii.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、更にその熱伝導性シリコーンゴム層上にシリコーン保護層を積層した構造、
iii.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、更にその上にシリコーン保護層を積層し、また基材クロスの他方の面にもシリコーン保護層を積層した構造、
iv.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの両方の面にそれぞれ熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、その一方の熱伝導性シリコーンゴム層上にシリコーン保護層を積層した構造、又は、
v.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの両方の面にそれぞれ熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、更に各熱伝導性シリコーンゴム層上にそれぞれシリコーン保護層を積層した構造
を有し、上記シリコーン保護層が、
(A)下記一般式(1)
で示され、1分子中に少なくとも2個のビニル基を有し、回転粘度計による25℃の粘度が10〜10,000mPa・sであるビニル基含有オルガノポリシロキサン、
(B)ケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を1分子中の分子鎖側鎖に少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)白金系触媒:(A)成分に対する白金族金属元素の質量換算で0.1〜1,000ppm、
(E)金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選択される少なくとも1種の無機粉末:シリコーン保護層中0.1質量%以上30質量%以下となる量
を含有し、(B)成分のSiH基が(A)成分中のアルケニル基1モルに対して0.5〜5.0モルとなる量を含有すると共に、(A)成分と(B)成分が硬化後、その硬化物中のジメチルシロキサン単位[(CH 3 ) 2 SiO 2/2 ]100モルに対して付加反応部であるシルエチレン基(Si−CH 2 −CH 2 −Si)を3〜5モル含有するシリコーン組成物の硬化物であり、
ガラスクロスを目止めするシリコーン樹脂が補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物の硬化物であり、
熱伝導性シリコーンゴム層が、下記平均組成式(i)
R a SiO (4-a)/2 (i)
(式中、aは1.95〜2.05の正数である。)
で示されるオルガノポリシロキサン100質量部にカーボン、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選択される1種を10〜1,600質量部含有してなる熱伝導シリコーンゴム組成物の硬化物であって、熱伝導率が0.3W/mK以上5W/mK以下で、タイプAデュロメーター硬度30以上90以下であることを特徴とする熱圧着用シリコーンゴムシート。
[2]上記シリコーン保護層が、厚さ0.1μm以上30μm以下であることを特徴とする[1]記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
[3]上記無機粉末が、球状微粉末シリカであることを特徴とする[2]記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
[4]上記微粉末シリカが、平均粒径1μm以上30μm以下の球状粉であり、更に35μm以上の粗粒をメッシュカットしたものであることを特徴とする[3]記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
[5]上記ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの厚さが、0.03mm以上0.20mm以下であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
[6]上記ガラスクロスがシランカップリング剤で処理されていることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
[7]全体の厚さが、0.1mm以上1mm以下であることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
[8]太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線との間にアクリル樹脂内に導電粒子を分散させた異方性導電接着剤を介在させ、加熱加圧ツールによりハンダ銅線側から集電電極に向けて加熱加圧し、集電電極とハンダ銅線とを上記接着剤を介して電気的に接合するに際し、上記加熱加圧ツールとハンダ銅線との間に[1]〜[7]のいずれかに記載の熱圧着用シリコーンゴムシートを介装して加熱加圧することを特徴とする太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線との接合方法。
また、本シートは従来の保護層を有する多層シリコーンゴムシートと同様に、エポキシ導電接着剤に対しても高い離型耐久性を有し、更にガラスや透明リード電極、COFといった周辺部材に対する離型性も持ち合わせている。
よって、液晶パネル製造工程の合理化やコストダウンに大きな効果をもたらすことができる。
i.図1に示したように、ガラスクロス11aをシリコーン樹脂11bで目止めしてなる基材クロス11の一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層12を積層し、基材クロス11の他方の面にシリコーン保護層13を積層する、
ii.図2に示したように、上記基材クロス11の一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層12を積層し、更にその熱伝導性シリコーンゴム層12上にシリコーン保護層13を積層する、
iii.図3に示したように、上記基材クロス11の一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層12を積層し、更にその上にシリコーン保護層13を積層し、また基材クロス11の他方の面にもシリコーン保護層13を積層する、
iv.図4に示したように、上記基材クロス11の両方の面にそれぞれ熱伝導性シリコーンゴム層12,12を積層し、その一方の熱伝導性シリコーンゴム層12上にシリコーン保護層13を積層する、又は、
v.図5に示したように、上記基材クロス11の両方の面にそれぞれ熱伝導性シリコーンゴム層12,12を積層し、更に各熱伝導性シリコーンゴム層12,12上にそれぞれシリコーン保護層13を積層する
ものである。
この場合、この熱圧着用シリコーンゴムシートは、加圧・加熱金属ツールとCOFとの間に介在させるが、シリコーン保護層をCOF側に配置して使用するものである。
(A)アルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、
(B)ケイ素原子に直接結合した水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)白金系触媒:有効量、
(D)必要により反応制御剤:有効量、
(E)金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選択される少なくとも1種
を含むシリコーン組成物の硬化物であることが好ましい。
(式中、R2は、メチル基又は水素原子であり、分子鎖側鎖に少なくとも2個の水素原子が結合している。分子鎖末端にも水素原子が結合していてもよい。zは、2以上の整数である。)
で表される。この場合、SiH基は側鎖に存在しているものであり、側鎖のみにSiH基を有するものであってもよいが、側鎖に加えて分子鎖末端にもSiH基が存在してもよい。
(B)成分の添加量は、(B)成分のSiH基が(A)成分中のアルケニル基1モルに対して0.5〜5.0モルとなる量、望ましくは0.8〜3.0モルとなる量である。(B)成分のSiH基の量が(A)成分中のアルケニル基1モルに対して0.5モル未満では硬化物の硬度が十分に得られない。また、5.0モルを超える量では、SiH基が多く残存するために異方性導電接着剤に対する離型性が低下してしまう。
RaSiO(4-a)/2 (i)
(式中、aは1.95〜2.05の正数である。)
で示されるもので、Rは非置換又は置換の一価炭化水素基を表し、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、あるいはこれらの水素原子が部分的に塩素原子、フッ素原子等で置換されたハロゲン化炭化水素基などが例示されるが、一般的にはオルガノポリシロキサンの主鎖がジメチルシロキサン単位からなるもの、あるいはこのオルガノポリシロキサンの主鎖にビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基等を導入したものが好ましい。また分子鎖末端がトリオルガノシリル基又は水酸基で封鎖されたものとすればよいが、このトリオルガノシリル基としては、トリメチルシリル基、ジメチルビニルシリル基、トリビニルシリル基などが例示される。なお、この成分の平均重合度は200以上、回転粘度計による25℃における粘度が0.3Pa・s以上のものが好ましく、平均重合度が200未満では硬化後の機械的強度が劣り、脆くなるおそれがある。なお、平均重合度の上限は特に制限されないが、10,000以下であることが好ましい。
また、このオルガノポリシロキサンは、1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合するアルケニル基を有することが好ましく、Rのうち0.001〜5モル%、特に0.01〜1モル%のビニル基を含有することが好ましい。
この補強性シリカの添加量は、特に制限されるものではないが、オルガノポリシロキサン100質量部に対して5質量部未満では十分な補強効果が得られないおそれがあり、100質量部より多くすると成形加工性が悪くなる場合があるので、5〜100質量部の範囲、好ましくは20〜80質量部の範囲である。
補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物を硬化させてゴム弾性体とする硬化剤としては、通常シリコーンゴムの硬化に使用されている従来公知のものでよく、これはラジカル反応に使用されるジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物、付加反応硬化剤としてオルガノポリシロキサンがアルケニル基を有する場合、ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金族金属系触媒とからなるもの、縮合反応硬化剤としてオルガノポリシロキサンがシラノール基を含有する場合、アルコキシ基、アセトキシ基、ケトオキシム基、プロペノキシ基等の加水分解性基を2個以上有する有機ケイ素化合物などが例示されるが、この添加量は通常のシリコーンゴムと同様にすればよい。
補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物としては、ミラブルタイプシリコーンゴム組成物及び液状タイプシリコーンゴム組成物のいずれを用いてもよい。作業性、成形加工性の点から有機過酸化物硬化型又は付加反応硬化型の補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物が好ましい。
熱伝導性シリコーンゴム組成物を硬化させゴム弾性体とする硬化剤としては、通常シリコーンゴムの硬化に使用されている従来公知のものでよく、これはラジカル反応に使用されるジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物、付加反応硬化剤としてオルガノポリシロキサンがアルケニル基を有する場合、ケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと白金族金属系触媒とからなるもの、縮合反応硬化剤としてオルガノポリシロキサンがシラノール基を含有する場合、アルコキシ基、アセトキシ基、ケトオキシム基、プロペノキシ基等の加水分解性基を2個以上有する有機ケイ素化合物などが例示されるが、この添加量は通常のシリコーンゴムと同様にすればよい。
熱伝導性シリコーンゴム組成物としては、ミラブルタイプシリコーンゴム組成物及び液状タイプシリコーンゴム組成物のいずれを用いてもよい。作業性、成形加工性の点から有機過酸化物硬化型又は付加反応硬化型の熱伝導性シリコーンゴム組成物が好ましい。
(ガラスクロス)
平織ガラスクロス(厚さ0.06mm、質量48g/m2−JIS R 3414 EP06相当品)にビニルトリメトキシシランを用いてビニルシラン処理を施した市販品を用いた。
メチルビニルシロキサン(ジメチルシロキサン単位100モルに対して、側鎖に0.15モルのビニル基を有するもの、平均重合度は約5,000)100質量部、ジメトキシジメチルシラン3質量部、塩酸水(pH3.5)1質量部、ニップシールVN3(日本シリカ工業社製湿式シリカ商品名)40質量部をニーダーにて180℃、1時間加熱混合した。得られたゴムコンパウンド100質量部をキシレン300質量部によく溶解させた後に、1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.2質量部、塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金含有量0.5質量%)0.2質量部、下記一般式(3)で示されるケイ素原子に直接結合した水素原子を有するジメチルポリシロキサン1.0質量部を順次加えて塗工液を得た。
この塗工液をビニルシラン処理ガラスクロスに連続的にディップコートし、150℃の加熱炉の中を5分間通して硬化させ、厚さ0.07mmの基材クロスを得た。
メチルビニルシロキサン(ジメチルシロキサン単位100モルに対して、末端に0.03モル、側鎖に0.12モルのビニル基を有するもの、平均重合度は約5,000)、アセチレンブラック(平均粒径35nm、BET比表面積が130m2/g)、疎水性シリカ(BET比表面積が120m2/g)、酸化セリウム(BET比表面積が140m2/g)を二本ロールで配合し、混練りしてゴムコンパウンドを得た。各成分の配合量は、仕上がり硬度が60、熱伝導率が0.5W/mKとなるように調整した。
得られたコンパウンドに1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.2質量部、塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金含有量0.5質量%)0.2質量部、上記式(3)で示されるケイ素原子に直接結合した水素原子を有するジメチルポリシロキサン1.0質量部を順次加えて均一に混練した。
次にカレンダー成型機を用いて、基材クロスと合わせた厚さが0.25mmとなるように上記組成物を転写し、160℃の加熱炉の中を5分間通して硬化させた。
また、比較用にカレンダー成型機を用いて、PETシートで上記組成物を同様に硬化させ、厚さ0.25mmの単層ゴムシートを得た。
ビニル基を有するジメチルポリシロキサン100質量部((A)成分)に、1−エチニル−1−シクロヘキサノール0.2質量部((C)成分)、塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金含有量0.5質量%)0.2質量部((D)成分)を加えて混練後に、ケイ素原子に直接結合した水素原子を有するジメチルポリシロキサン((B)成分)及び平均粒径15μmかつ35μm以上の粗粒をメッシュカットした高純度真球状シリカフィラー15質量部((E)成分)を添加した。
ガラスクロスと熱伝導性シリコーンゴムの積層シートのガラスクロス面及びPET付き単層熱伝導性ゴムシートに塗工液をコンマコートで塗工し、160℃の加熱炉の中で5分間硬化させた。
また、積層シートはそのまま、PET付き単層シートはPETフィルム剥離後に、更に200℃、4時間加熱処理して評価用サンプルを得た。保護層の膜厚は約5μmとなるように調整した。
250℃に加熱した加圧・加熱金属ツール加圧の下にシートを固定し(シリコーン保護層を下に向け、圧着時以外はツールとガラスから離れるようにシートを張る)、更にその下にアクリル導電フィルムを転写したガラス基板を挿入し、5MPa、10秒間圧着する。シートはそのままで次に新しいアクリル導電フィルムを転写したガラス基板を挿入し圧着する。これを繰り返しながら、シートとアクリル導電フィルムの貼り付きが重くなるまでの回数を上限30回として確認を行った。
評価結果を表1に示す。
ガラスクロスを含まない比較例2は離型性には優れるが、回数を重ねるごとにアクリル樹脂成分が浸透し、シートが変形し、均一な圧着が不可となった。それに対して、ガラスクロスを含有する各実施例では、圧着に伴うシートの変形はほとんどなかった。
11 基材クロス
11a ガラスクロス
11b シリコーン樹脂
12 熱伝導性シリコーンゴム層
13 シリコーン保護層
21 液晶パネル
22 リード電極
23 フレキシブルプリント基板
24 リード電極
25 異方性導電接着剤
25a 導電粒子
26 加熱加圧ツール
27 太陽電池セル
28 集電電極
29 ハンダ銅線
Claims (8)
- 太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線との間にアクリル樹脂内に導電粒子を分散させた異方性導電接着剤を介在させ、加熱加圧ツールによりハンダ銅線側から太陽電池セルの集電電極に向けて加熱加圧し、太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線とを上記接着剤を介して電気的に接合するに際し、上記加熱加圧ツールとハンダ銅線との間に介装されるシリコーンゴムシートであって、
i.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、基材クロスの他方の面にシリコーン保護層を積層した構造、
ii.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、更にその熱伝導性シリコーンゴム層上にシリコーン保護層を積層した構造、
iii.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの一方の面に熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、更にその上にシリコーン保護層を積層し、また基材クロスの他方の面にもシリコーン保護層を積層した構造、
iv.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの両方の面にそれぞれ熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、その一方の熱伝導性シリコーンゴム層上にシリコーン保護層を積層した構造、又は、
v.ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの両方の面にそれぞれ熱伝導性シリコーンゴム層を積層し、更に各熱伝導性シリコーンゴム層上にそれぞれシリコーン保護層を積層した構造
を有し、上記シリコーン保護層が、
(A)下記一般式(1)
で示され、1分子中に少なくとも2個のビニル基を有し、回転粘度計による25℃の粘度が10〜10,000mPa・sであるビニル基含有オルガノポリシロキサン、
(B)ケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を1分子中の分子鎖側鎖に少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(C)白金系触媒:(A)成分に対する白金族金属元素の質量換算で0.1〜1,000ppm、
(E)金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選択される少なくとも1種の無機粉末:シリコーン保護層中0.1質量%以上30質量%以下となる量
を含有し、(B)成分のSiH基が(A)成分中のアルケニル基1モルに対して0.5〜5.0モルとなる量を含有すると共に、(A)成分と(B)成分が硬化後、その硬化物中のジメチルシロキサン単位[(CH 3 ) 2 SiO 2/2 ]100モルに対して付加反応部であるシルエチレン基(Si−CH 2 −CH 2 −Si)を3〜5モル含有するシリコーン組成物の硬化物であり、
ガラスクロスを目止めするシリコーン樹脂が補強性シリカ配合シリコーンゴム組成物の硬化物であり、
熱伝導性シリコーンゴム層が、下記平均組成式(i)
R a SiO (4-a)/2 (i)
(式中、aは1.95〜2.05の正数である。)
で示されるオルガノポリシロキサン100質量部にカーボン、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選択される1種を10〜1,600質量部含有してなる熱伝導シリコーンゴム組成物の硬化物であって、熱伝導率が0.3W/mK以上5W/mK以下で、タイプAデュロメーター硬度30以上90以下であることを特徴とする熱圧着用シリコーンゴムシート。 - 上記シリコーン保護層が、厚さ0.1μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
- 上記無機粉末が、球状微粉末シリカであることを特徴とする請求項2記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
- 上記微粉末シリカが、平均粒径1μm以上30μm以下の球状粉であり、更に35μm以上の粗粒をメッシュカットしたものであることを特徴とする請求項3記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
- 上記ガラスクロスをシリコーン樹脂で目止めしてなる基材クロスの厚さが、0.03mm以上0.20mm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
- 上記ガラスクロスがシランカップリング剤で処理されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
- 全体の厚さが、0.1mm以上1mm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の熱圧着用シリコーンゴムシート。
- 太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線との間にアクリル樹脂内に導電粒子を分散させた異方性導電接着剤を介在させ、加熱加圧ツールによりハンダ銅線側から集電電極に向けて加熱加圧し、集電電極とハンダ銅線とを上記接着剤を介して電気的に接合するに際し、上記加熱加圧ツールとハンダ銅線との間に請求項1乃至7のいずれか1項記載の熱圧着用シリコーンゴムシートを介装して加熱加圧することを特徴とする太陽電池セルの集電電極とハンダ銅線との接合方法。
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