JP5827461B2 - 導電性接合材とそれを用いた接合体、及びその接合体の製造方法 - Google Patents

導電性接合材とそれを用いた接合体、及びその接合体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、導電性接合材とそれを用いた接合体、及びその接合体の製造方法に関する。
近年、各種の電子機器の実装において、回路配線と電子部品とを接続する導電性接合材として半田が用いられてきたが、銀（Ａｇ）が主体の導電性接合材を用いられるようになってきている。
銀（Ａｇ）が主体の導電性接合材は、導電性媒体である銀粉又は銀粉と他の金属粉と、バインダーであるエポキシ系熱硬化性樹脂を含んで構成されている。そして、電子部品を実装する際には、基板の金属表面上に導電性接合部材を所定の膜厚で塗布した後、更にその上面に電子部品の金属面を配置して圧接し、加熱処理を行って接合を行っている。
特開２００５−２２５９８０号公報
しかし、従来の導電性接合材では、例えば発光する半導体素子を実装してから時間があまり経過していない場合、発光する半導体素子から出射される光は、導電性接合材中に含まれる銀（Ａｇ）により、高い反射率で光を反射することが可能であるが、長期間経過すると、銀（Ａｇ）は大気中の硫黄（Ｓ）との反応により、黒色に変色してしまい、光の反射率が低下してしまう。
そこで本発明では、反射率の低下を低減する導電性接合材とそれを用いた接合体、及びその接合体の製造方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、実施形態の導電性接合材は、第１の接合材と、第１の接合
材上に設けられている第２の接合材とを有し、
前記第１の接合材は、導電性を有し、第１の粒子であるＡｇと、第１のバインダーとを
含み、第２の接合材は、導電性を有する第２の粒子と第２のバインダーとを含んで構成さ
れ、第２の粒子は、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ ２ Ｓ ３ 、ＭｇＳから選ばれる少なくとも１種を含ん
でいることを特徴としている。

また、実施形態の導電性接合材を用いた接合体は、被接合部材と、被接合部材上に設け
られた請求項１に記載の導電性接合材と、導電性接合材上に配置された電子部品とを有す
ることを特徴としている。

また、実施形態の導電性接合材を用いた接合体の製造方法は、請求項１に記載の導電性
接合材を用いた接合体の製造方法であって、被接合部材上に第１の接合材を設ける工程と
、第１の接合材上に第２の接合材を設ける工程と、第２の接合材上に電子部品を、前記第
２の接合材が平面視で前記電子部品からはみ出るようにマウントする工程と、導電性接合
材を硬化させる工程とを含むことを特徴としている。
本発明の実施形態に係る導電性接合材を用いた接合体の断面図。 本発明の実施形態に係る導電性接合材の概略図。 本発明の実施形態に係る導電性接合材を用いた接合体の工程断面図。
以下、本発明の実施形態に係る反射率の低下を低減する導電性接合材とそれを用いた接合体、及びその接合体の製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施形態に係る導電性接合材と導電性接合材を用いた接合体について図１、図２を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態における接合体１は、被接続部材２上に、導電性接合材３である第１の接合材４と第２の接合材５を順に積層して設け、更にその上に電子部品６を設けた構造となっている。
被接続部材２は、フレーム７にめっき層８が形成されているものであり、本実施形態では銅のフレーム上に、銀（Ａｇ）をめっきしたものを用いている。なお、本実施形態ではフレーム７に銅のフレームを用いているがこれに限られることは無く、例えば、４２Ａｌｌｏｙ等のＦｅ系合金等の金属フレーム、ＦＲ−４等の樹脂配線基板やセラミック配線基板等を用いてもよい。また、めっき層８も同様に、本実施形態では銀（Ａｇ）によりめっきしているが、これに限られることはなく、例えばＮｉ／Ｐｄ／Ａｕのように複数のめっき層８を設けても良く、導電性の材料から形成されていればよい。また、所望の導電性と接続信頼性が得られれば、被接続部材表面にめっき層を設けなくてもよい。
図２に示すように、導電性接合材３である第１の接合材４は、第１の粒子９と第１のバインダー１０とを含んで構成され、第２の接合材５は、第１の接合材４の接合部分以外の領域Ａを少なくとも覆うように設けられ、第２の粒子１１と第２のバインダー１２とを含んで構成されている。
第１の粒子９は、導電性の高い材質である銀（Ａｇ）粒子を用いており、１〜１０μｍ程度の大きさのフレーク状であり、第１のバインダー１０内に分散して設けられている。なお、本実施形態に示した大きさや形状に限られることはなく、例えば、大きさとしては任意の大きさのものを用いてよく、形状としては球状等どの様な形状でもよく、併用してもよい。また、本実施形態では銀（Ａｇ）粒子だけを用いているが、これに限られることはなく、銀（Ａｇ）粒子と他の導電性の金属を分散させたものを用いても良い。
第１のバインダー１０は、エポキシ樹脂と、硬化剤とを含んで構成されている。なお、本実施形態ではエポキシ樹脂を用いているが、これに限られることはなく、熱硬化性樹脂であればどの様な材質のものを用いても良い。
第２の粒子１１は、導電性の金属を用いており、金属単体を用いる場合は、銀（Ａｇ）よりも硫化物及び酸化物の生成自由エネルギーが低く、また硫化物及び酸化物を形成すると、反射率が硫化銀（Ａｇ２Ｓ）の反射率（１０〜２０％）よりも高いもの、あるいは光の透過率が高く、銀（Ａｇ）による反射が可能なものを用いている。また、第２の粒子１１は第２のバインダー１２内に分散して設けられており、大きさとしては、０．１〜１μｍ程度で、球状の形状のものを用いている。なお、第２の粒子の形状は球状に限られることはなく、どの様な形状であっても良い。
本実施形態では、第２の粒子１１として亜鉛（Ｚｎ）を用いている。亜鉛（Ｚｎ）は、第１の粒子９より電気伝導率が低いが、銀（Ａｇ）よりも硫化物及び酸化物の生成自由エネルギーが低く、第１の粒子９である銀（Ａｇ）よりも早く硫化又は酸化することから、銀（Ａｇ）の反射率の低下を低減することが出来る。また、硫化物である硫化亜鉛（ＺｎＳ）の光透過率は５０〜６０％程度で、酸化物である酸化亜鉛（ＺｎＯ）の光透過率は７０〜８０％程度であることから、亜鉛（Ｚｎ）の化合物が光透過性であることがわかり、第１の粒子９による光の反射が可能となるため、反射率の低下を低減することが可能となる。
なお、本実施形態では亜鉛（Ｚｎ）を用いているが、これに限られることはなく、例えばアルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）でもよく、また亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）のうち少なくとも１種類以上を選択してもよい。
アルミニウム（Ａｌ）の場合、硫化物である硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）の反射率は９０％程度、また酸化物である酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の反射率は８０〜８５％程度となっている。そして、マグネシウム（Ｍｇ）の場合、硫化物である硫化マグネシウム（ＭｇＳ）の反射率は７５％程度、また酸化物である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の反射率は９９％程度となっている。そのため、第１の粒子９である銀（Ａｇ）よりも早く硫化又は酸化することにより、銀（Ａｇ）の変色を低減することが出来、更に化合物の反射率が高いため、反射率の低下を低減することが可能となる。
また、第２の粒子１１として導電性の化合物を用いる事も可能である。例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）から少なくとも１種類以上を選択してもよく、更に金属単体と化合物の組み合わせを選択してもよい。このように、あらかじめ第２の粒子１１に化合物を用いることにより、安定した反射率を確保することが可能となるため、反射率の低下を低減することが可能となる。
第２のバインダー１２は、第１のバインダー１０と同様に、エポキシ樹脂と、硬化剤とを含んで構成されている。なお、本実施形態ではエポキシ樹脂を用いているが、これに限られることはなく、熱硬化性樹脂であればどの様な材質のものを用いても良い。また、第２の粒子１１に亜鉛（Ｚｎ）を含むものを用いる場合、酸素を透過し難い材質のものを用いるとよい。これにより、銀（Ａｇ）の変色を防ぐことが可能となり、光の反射率の低下を低減することが可能となる。
電子部品６としては、図１に示すように半導体素子を用いており、具体的にはＬＥＤ素子を用いている。
次に、導電性接合材を用いた接合体の製造方法について図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、被接続部材２上へ、スタンパ１３を用いて第１の接合材４を供給する。本実施形態では、スタンパ１３を用いて第１の接合材４を設けているが、被接続部材２上へ第１の接合材４を設けることが可能であればこれに限られることはなく、例えばディスペンサ等を用いて設けても良い。
そして、図３（ｂ）に示すように、第１の接合材４を覆うように、第２の接合材５をディスペンサ１４により滴下して設ける。この時、第２の接合材５は、第１の接合材４の粘度より低いものを用いて設ける。これは、次の工程である図３（ｃ）に示すように、電子部品６をマウンタ１５により第２の接合材５上にマウントする際に、第２の接合材５を押し出し、第１の接合材４の接合部分以外の領域Ａへと多く設けるためである。
これにより、第１の粒子９である銀（Ａｇ）の硫化又は酸化を低減することができ、そして第２の粒子１１である亜鉛（Ｚｎ）が化合物となった際に、銀（Ａｇ）により光を反射することが出来るため、反射率の低下を低減することが可能となる。
更に、電子部品６と第１の接合材４との間の第２の接合材５を押し出すことにより、非導電物質である第２のバインダー１２と、第１の粒子９よりも電気伝導率の低い第２の粒子１１を減らす事が可能となるので、被接続部材２と電子部品６の電気伝導率の低下を低減することも可能となる。
その後、図３（ｄ）に示すように、導電性接合材３により接合された接合体１は加熱装置１６により加熱され、導電性接合材３を硬化させる。
以上、本発明の実施形態によれば、導電性接合材３は、第１の粒子９と第１のバインダー１０とを含む第１の接合材４上に、第１の粒子９より化学反応がしやすいもの、又は反射率が第１の粒子９の化合物の反射率より高い化合物、あるいは光の透過率が高い化合物である第２の粒子１１と第２のバインダー１２とを含む第２の接合材５を積層して構成されている。また、導電性接合材３を用いた接合体１を製造する際には、被接続部材２上に、導電性接合材３である第１の接合材４と、第１の接合材４より粘度の低い第２の接合材５とを積層して設け、更にその上に電子部品６をマウントし、押し出された第２の接合材５を、第１の接合材４の接合部分以外の領域Ａへと多く設けるようにして製造をおこなっている。これにより、長期経過しても第１の粒子９の化学反応を低減しながら光の反射率の低下を低減することが可能となる。更に、導電率の低下を低減することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…接合体
２…被接続部材
３…導電性接合材
４…第１の接合材
５…第２の接合材
６…電子部品
７…フレーム
８…めっき層
９…第１の粒子
１０…第１のバインダー
１１…第２の粒子
１２…第２のバインダー
１３…スタンパ
１４…ディスペンサ
１５…マウンタ
１６…加熱装置
Ａ…領域

Claims (9)

  1. 第１の接合材と、前記第１の接合材上に設けられている第２の接合材とを有し、
    前記第１の接合材は、導電性を有し、第１の粒子であるＡｇと、第１のバインダーとを
    含み、
    前記第２の接合材は、導電性を有する第２の粒子と第２のバインダーとを含んで構成さ
    れ、
    前記第２の粒子は、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｌ ２ Ｓ ３ 、ＭｇＳから選ばれる少なくとも１種を含
    んでいることを特徴とする導電性接合材。
  2. 請求項１に記載の導電性接合材を用いた接合体の製造方法であって、
    被接合部材上に前記第１の接合材を設ける工程と、
    前記第１の接合材上に前記第２の接合材を設ける工程と、
    前記第２の接合材上に電子部品を、前記第２の接合材が平面視で前記電子部品からはみ
    出るようにマウントする工程と、
    前記導電性接合材を硬化させる工程と、
    を含むことを特徴とする導電性接合材を用いた接合体の製造方法。
  3. 前記導電性接合材を硬化する前の前記第２の接合材は、前記第１の接合材より粘度が低
    いことを特徴とする請求項２記載の導電性接合材を用いた接合体の製造方法。
  4. 前記電子部品は、前記第１の接合材が平面視で前記電子部品からはみ出るようにマウン
    トされることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の導電性接合材を用いた接合体の製
    造方法。
  5. 前記電子部品はＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の導電
    性接合材を用いた接合体の製造方法。
  6. 被接合部材と、
    前記被接合部材上に設けられた請求項１に記載の導電性接合材と、
    前記導電性接合材上に配置された電子部品と、
    を有することを特徴とする導電性接合材を用いた接合体。
  7. 前記導電性接合材は、前記第２の接合材が平面視で前記電子部品からはみ出るように設
    けられていることを特徴とする請求項６に記載の導電性接合材を用いた接合体。
  8. 前記導電性接合材は、前記第１の接合材が平面視で前記電子部品からはみ出るように設
    けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の導電性接合材を用いた接合
    体。
  9. 前記電子部品はＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項６乃至請求項８に記載の導電
    性接合材を用いた接合体。
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