JPH07192527A - 導電性樹脂ペースト - Google Patents

導電性樹脂ペースト

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JPH07192527A
JPH07192527A JP32782593A JP32782593A JPH07192527A JP H07192527 A JPH07192527 A JP H07192527A JP 32782593 A JP32782593 A JP 32782593A JP 32782593 A JP32782593 A JP 32782593A JP H07192527 A JPH07192527 A JP H07192527A
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JP
Japan
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weight
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silver powder
powder
ruthenium oxide
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JP32782593A
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English (en)
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Masafumi Tanaka
政史 田中
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/321Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by conductive adhesives

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非反射性に優れた硬化物を与える導電性樹脂
ペーストを提供する。 【構成】 微粒の銀粉と導電性の着色材料を用い、樹脂
材料と銀粉及び着色材料の配合割合を一定範囲とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非反射性に優れた半導
体素子接合用の導電性樹脂ペーストに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、LEDやフォトダイオード等の半
導体素子を金属製のリード、基板等に接合する場合、金
−錫共晶はんだが用いられてきたが、今日では安価な導
電性樹脂ペーストが多く使われるようになっている。該
導電性樹脂ペーストは一般に銀粉と熱硬化性樹脂と硬化
剤と溶剤を混合した組成となっている。
【0003】このような導電性樹脂ペーストの銀粉には
主としてフレーク状銀粉を使用している。これはフレー
ク状銀粉の場合、球状銀粉を用いた場合に比べてペース
ト硬化の際に銀粉同士の接触が得られ易く、低抵抗の硬
化物が得られるためである。また熱硬化性樹脂としては
エポキシ樹脂を主成分にしたものが広く使われている。
これはエポキシ樹脂が接着性、熱膨張性、耐久性、価格
面等で優れているからである。
【0004】ペーストの樹脂成分としてエポキシ樹脂を
用いた場合、樹脂を硬化するためには硬化剤が必要であ
る。エポキシ樹脂は硬化剤と反応し、硬化物を生成す
る。硬化剤には適正硬化温度域が存在し、例えば30〜
50℃で硬化反応が進行するものや200〜250℃で
硬化反応が進行するものがある。一般に本発明における
用途では100〜200℃で加熱したときに硬化反応が
進行する様な硬化剤が広く使用されている。また、この
ような硬化剤には加熱時の硬化反応速度が遅いものもあ
り、導電性樹脂ペーストの硬化時間を短くするために硬
化促進効果を示す硬化剤を混合して用いているものもあ
る。
【0005】これらの他に作業し易い粘度にするために
溶剤も用いる。溶剤には反応性溶剤と非反応性溶剤があ
る。反応性溶剤は希釈効果もあるが、エポキシ樹脂と反
応して結合ネットワークの一部に取り込まれる。一方、
非反応性溶剤はエポキシ樹脂とは反応せず、希釈のため
のみに使用され、硬化時には蒸発してしまうものを言
う。
【0006】さて、上記の半導体素子を金属製のリー
ド、基板等に接合する際に、まず半導体素子を接合する
べき箇所に導電性樹脂ペーストを滴下し、ついで滴下し
たペースト上に該半導体素子を押し付けてのせ、これを
加熱してペーストを硬化させる。硬化終了後、半導体素
子を接合した金属リード、基板等にワイヤーボンディン
グを施し、樹脂モールドもしくはキャップシールをして
完成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年、LED等の半導
体素子はリモートコントローラー、フォトカプラー等の
光変換スイッチにも利用されている。光変換スイッチ
は、発光素子と受光素子からなり、発光素子にはLED
が、受光素子にはフォトダイオードやフォトトランジス
ター等が使われている。LEDには可視光波長のものと
赤外波長のものがある。
【0008】光変換スイッチにLEDやフォトダイオー
ド等を使用する場合も、金属製のリード、基板等への接
合に導電性樹脂ペーストを用いている。該導電性樹脂ペ
ーストのほとんどは導電性充填剤として主にフレーク状
銀粉を使用しており、導電性樹脂ペーストの硬化物は銀
色を呈している。そのため、特に受光素子が複数個から
なり、発光素子に可視光波長のLEDを用いたフォトカ
プラー等において、フォトダイオード等の受光素子や可
視光波長のLEDを接合した銀色の導電性樹脂ペースト
硬化物がLEDからの光を乱反射してしまい、本来作動
すべき受光素子以外の受光素子も作動してしまうという
問題があった。このためペースト硬化後においても光を
反射しない導電性樹脂ペーストが望まれていた。
【0009】本発明の目的は、前記の欠点を解消し、非
反射性に優れ、かつ導電性、接着性、耐湿耐熱性に優れ
た硬化物を与える導電性樹脂ペーストを提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第一の導電性樹脂ペーストは、平均粒径が
0.01〜0.5μmである球状銀粉と、一次粒子の平
均粒径が100〜50000Åの酸化ルテニウム粉と、
エポキシ樹脂と、硬化剤と、炭素数6以下の一塩基酸と
炭素数6以下の1級または2級アルコールとのエステル
およびグリシジルエーテルの少なくとも1種からなる溶
剤を含有し、エポキシ樹脂と、硬化剤と、前記溶剤から
なる樹脂系材料100重量部当り、前記銀粉が350〜
750重量部、酸化ルテニウム粉が30〜75重量部で
ある点に特徴がある。
【0011】また本発明の第二の導電性樹脂ペースト
は、平均粒径が0.01〜0.5μmである球状銀粉と
フレーク状銀粉の混合物であって球状銀粉100重量部
当りフレーク状銀粉0.1〜25重量部である銀粉混合
物と、一次粒子の平均粒径が100〜5000Åの酸化
ルテニウム粉と、エポキシ樹脂と、硬化剤と、炭素数6
以下の一塩基酸と炭素数6以下の1級または2級アルコ
ールとのエステルおよびグリシジルエーテルの少なくと
も1種からなる溶剤を含有し、エポキシ樹脂と、硬化剤
と、前記溶剤からなる樹脂系材料100重量部当り、前
記銀粉混合物が350〜750重量部、酸化ルテニウム
粉が30〜75重量部である点に特徴がある。
【0012】
【作用】本発明において、導電性フィラーとして平均粒
径が0.01〜0.5μmの銀粉を用いる。これは銀粉
の粒径が小さい程黒色になるためである。本発明ではフ
レーク状銀粉を一定限度で併用できる。フレーク状銀粉
の平均粒径は特に限定されないが、印刷性などを考慮す
ると3μm以下が好ましい。
【0013】本発明に用いる酸化ルテニウム粉は一次粒
子の平均粒径が100〜5000Åであればよい。この
ような酸化ルテニウム粉は一般に、金属ルテニウムを水
酸化ナトリウムと硝酸ナトリウムとともに溶融し、得ら
れたルテニウム酸ナトリウムを加水分解し、得られた水
酸化物を600〜1000℃で焼成すれば容易に得ら
れ、粒径は焼成温度と時間で調整できる。銀粉及び酸化
ルテニウム粉はハロゲンイオン、アルカリ金属イオンな
どのイオン性不純物の含量が100ppm以下であるこ
とが望ましい。
【0014】本発明に用いるエポキシ樹脂としては、常
温で液状であり1分子当りのエポキシ基の数が2.0以
上のものが適しており、このようなエポキシ樹脂として
は、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノ
ールAD、フェノールノボラックエポキシ、エポキシ化
ポリビニルフェノール等が挙げられる。これらは単独ま
たは2種以上を混合して用いてもよい。またこれらのエ
ポキシ樹脂は塩素イオンをはじめとするイオン性不純物
などが800ppm以下であることが望ましい。
【0015】本発明に用いる硬化剤は、加熱時にエポキ
シ樹脂と速やかに硬化反応を生じ、かつ室温で長期間の
貯蔵安定性を満足できるものであれば特に制限はない。
硬化剤としては、アミン化合物、尿素化合物、フェノー
ルノボラック化合物、ピロメリット酸無水物、トリメリ
ット酸無水物等の多塩基酸無水物があるが、貯蔵安定
性、硬化物の耐湿性、接着性を考慮すると、アミン化合
物、尿素化合物、フェノール化合物等が適当である。ま
たアミン塩、イミダゾール類、ブロックイソシアネート
類等は前記の樹脂、硬化剤と熱化学反応を起こし、硬化
促進効果があり、併用するのが望ましい。
【0016】本発明に用いる溶剤は、炭素数6以下の一
塩基酸と炭素数6以下の1級または2級アルコールとの
エステルまたはグリシジルエーテルであるが、前記エス
テルの例として、2,2,4−トリメチル3−ヒドロキ
シペンタンイソブチレート、2,2,4−トリメルチル
ペンタン1,3−イソブチレート、2,2,4−トリメ
チル1−ヒドロキシ3−イソブチレートのほか、n−ブ
チルn−ブチレート、イソブチルイソブチレート、n−
ブチルアセテート、イソブチルアセテート等を挙げるこ
とが出来る。
【0017】前記グリシジルエーテルとしては、エポキ
シ当量150〜300のものが好ましい。エポキシ当量
が150以下であると、硬化物の耐湿性が低下し、30
0以上であると硬化反応性がやや劣る傾向があり好まし
くない。更に少ない希釈剤量でより粘度を低くすること
を考慮すると、粘度は20cps以下が望ましい。ま
た、ペーストの粘度があまり変化せずにより長い時間、
連続で使用出来ることを考えると沸点が150℃以上の
ものが好ましい。このような例としては、エチレングリ
コールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコー
ルジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグ
リシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、エチ
ルヘキシルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシ
ジルエーテル等を挙げることが出来る。
【0018】本発明においてフレーク状銀粉を併用する
場合、球状銀粉100重量部当りフレーク状銀粉0.1
〜25重量部とするのは、これはフレーク状銀粉が25
重量部を超えると導電性樹脂ペーストを硬化したときに
光の反射率が高くなり不都合があるからである。また、
樹脂系材料100重量部当り、前記銀粉または銀粉混合
物を350〜750重量部とするのは、750重量部を
超えると粘度が増大し、接着力の低下を招き350重量
部より少ないと本来の特性である導電性が低下し好まし
くないからである。更に、樹脂系材料100重量部当り
酸化ルテニウム粉を30〜75重量部とするのは、75
重量部を超えると抵抗値が高くなって実用範囲ではなく
なり、30重量部より少ないと非反射性が劣り好ましく
ないからである。
【0019】樹脂系材料の配合割合については樹脂、硬
化剤、溶剤の種類によって接着性、耐熱耐湿性が大きく
異なるのでメーカーの仕様に従い、又適宜実験により最
適配合を決める。1例として、フェノールノボラックエ
ポキシ樹脂100重量部当り、硬化剤としてジアミノジ
フェニルメタンやジクロルジメチル尿素を25〜50重
量部、溶剤としてイソブチルブチレート等の炭素数6以
下の一塩基酸と炭素数6以下の1級または2級アルコー
ルとのエステル、またはブチルフェニルグリシジルエー
テル等のグリシジルエーテルを30〜200重量部宛使
用すると良い。
【0020】
【実施例】表1に示した各成分について、樹脂系材料は
エポキシ樹脂にフェノールノボラックエポキシ樹脂、硬
化剤にジクロルジメチル尿素、硬化促進効果のある硬化
剤にジシアンジアミドを使用し、重量比で100:2
5:10の配合割合とした。溶剤には、ブチルフェニル
グリシジルエーテルを使用した。銀粉には粒径分布が
0.01〜0.3μmの超微粒で球状の銀粉、フレーク
状の銀粉、粒径分布が0.8〜1.5μmの球状の粗粒
銀粉を使用した。着色材料として酸化ルテニウム、黒色
顔料、炭素粒子を使用した。これらの各材料を3本ロー
ルで混練し、導電性樹脂ペーストを作製した。得られた
導電性樹脂ペーストの評価として、シート抵抗値、接着
強度、耐湿耐熱性、非反射性について調べた。
【0021】シート抵抗値は、基板上の2.5mm離れ
た電極間に該電極に重ねて幅2.5mm、長さ5mmの
長方形状に導電性樹脂ペーストを印刷し、150℃のオ
ーブン中に60分間放置し、硬化させた後室温まで冷却
し、電極間の抵抗値を測定した。
【0022】接着強度については、銀メッキを施した
2.5cm角の銅基板上に導電性樹脂ペーストを滴下
し、1.5mm角シリコンチップをのせ、150℃のオ
ーブン中に60分間放置して硬化させた。室温まで冷却
した後、銅基板に対し水平方向から1.5mm角チップ
に力を加え、チップが剥がれたときの力を接着強度とし
て測定した。
【0023】耐湿耐熱性の評価方法としては、前記シー
ト抵抗値の測定方法と同様に導電性樹脂ペーストを印
刷、硬化し、湿度65%、温度65℃で500時間保持
した。このとき耐湿耐熱試験を行う前と行った後の抵抗
値を測定し、耐湿耐熱試験を行った後の抵抗値が行う前
の抵抗値の1.5倍以内であれば良(○)とし、それを
超えた場合は不可(×)とした。
【0024】非反射性の評価には、光沢度測定装置を使
用して測定した。まず基板に導電性樹脂ペーストを1c
m角の正方形に印刷し、150℃のオーブン中に60分
間放置して硬化させた。ペーストを硬化させた基板を光
沢度測定装置にセットし、基板に対し垂直方向から光を
ペースト硬化物に照射し、光に対し45度方向の反射率
を測定した。反射率が20%以下であれば良(○)とし
20%を超えたときは不可(×)とした。
【0025】
【表1】
【0026】表1から明らかなように、実施例である試
験No.1〜4では非反射性に優れ、かつ高導電性、高
接着性、高耐熱耐湿性を有している。
【0027】比較例を試験No.5〜12に示す。試験
No.5および6は本発明の組成範囲で着色材料に他の
材料を使用した例である。試験No.5では着色材料に
は導電性があるが抵抗値が高くなってしまった。試験N
o.6では着色材料に全く導電性がないため抵抗値が高
くなっている。試験No.7は粒径が大きい球状銀粉を
使用した例であるが、非反射性は低下し、更に抵抗値も
高くなってしまった。試験No.8は黒色をしている微
粒子銀粉のみを使用した例であるが、接着強度が低下
し、非反射性も低下している。
【0028】試験No.9、10はそれぞれ酸化ルテニ
ウムの重量割合が30重量部より少ないときと75重量
部より多いときであるが、試験No.9の場合非反射性
が低下し、試験No.10の場合は抵抗値が上昇してし
まう。試験No.11では銀粉末の重量割合が750重
量部を超える時であるが接着強度が著しく減少し、耐湿
耐熱性も低下し、更に抵抗値も上昇した。試験No.1
2はフレーク状銀粉の重量割合が球状銀粉の100重量
部に対し25重量部を超えたときの例である。この例で
は、非反射性が低下してしまった。
【0029】
【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストによれば、
フォトカプラー等の光変換スイッチの誤動作を防ぎ、か
つ導通の安定性を確保することが出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 3/32 B 7128−4E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径が0.01〜0.5μmである
    球状銀粉と、一次粒子の平均粒径が100〜5000Å
    の酸化ルテニウム粉と、エポキシ樹脂と、硬化剤と、炭
    素数6以下の一塩基酸と炭素数6以下の1級または2級
    アルコールとのエステルおよびグリシジルエーテルの少
    なくとも1種からなる溶剤を含有し、エポキシ樹脂と硬
    化剤と前記溶剤とからなる樹脂系材料100重量部当り
    前記銀粉が350〜750重量部、酸化ルテニウム粉が
    30〜75重量部であることを特徴とする導電性樹脂ペ
    ースト。
  2. 【請求項2】 平均粒径が0.01〜0.5μmである
    球状銀粉と、フレーク状銀粉の混合物であって球状銀粉
    100重量部当りフレーク状銀粉0.1〜25重量部で
    ある銀粉混合物と、一次粒子の平均粒径が100〜50
    00Åの酸化ルテニウム粉と、エポキシ樹脂と、硬化剤
    と、炭素数6以下の一塩基酸と炭素数6以下の1級また
    は2級アルコールとのエステルおよびグリシジルエーテ
    ルの少なくとも1種からなる溶剤を含有し、エポキシ樹
    脂と硬化剤と前記溶剤とからなる樹脂系材料100重量
    部当り前記銀粉が350〜750重量部、酸化ルテニウ
    ム粉が30〜75重量部であることを特徴とする導電性
    樹脂ペースト。
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