JPH07508555A - 表面実装導電性接着剤 - Google Patents

表面実装導電性接着剤

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 表面実装導電性接着剤 本発明は表面実装導電性接着M組成物(SτJrface mountcond uctive adhesive composition)に関する。
特に本発明は、膜スィッチのような可撓性回路上に電気部品を結合するための表 面実装導電性接着剤組成物として有用な、微粉砕銀粒子、アクリル化ウレタン樹 脂またはアクリル樹脂、アクリレート単量体および遊離基開始剤の、特定の混合 物に関する。
存在する市販の表面実装導電性接着剤は典型的には、エポキシ樹脂、エポキシ硬 化剤、溶媒および銀の混合物から形成されている。硬化された場合、これらの材 料は非常に脆いかまたは高いモジュラスの弾性を示す傾向がある。印刷配線板( PWB)適用のために、基板が剛性であるので、そのような高いモジュラスの接 着剤は電気部品と基板との間の許容出来る結合を生ずる。しかしながら膜スィッ チのような可撓性の回路のために高いモジュラスの表面実装導電性接着剤は、曲 げ中の亀裂または接着剤損失の故に適当てない可能性かある。
また、エポキシをヘースとする接着剤は、硬化工程中、エポキシシステムがビニ ル樹脂と反応して極度の変色および接着剤損失を生ずる点て、ビニル樹脂に基づ く厚い重合体フィルム基材との貧弱な適合性を示すことが観察された。
1993年1月発行のC1rcuit AssemblyのG、 P。
Nguyen、J、R,Wi ] I iamsおよびFredrick WG ibsonによる“Conductive Adhesives”第36頁〜第 38頁および第41頁は、幾つかの適用用途のための表面実装導電性接着剤の一 般的に期待される性質を諭している。
したかって、本発明の一面は、 (a)アクリル化ウレタン樹脂、アクリル樹脂およびそれらのl昆合物からなる 群から選は第1た結合剤樹脂の約2〜約15重量部、(b)アクリレ−) di 量体の約2〜約15重量部、(C)遊離基開始剤の約0.01〜約3重量部、お よび(d)微粉砕銀粒子の約72〜約95重量部、を含む表面実装導電性接着剤 (a 5urface mountconductive adhesive) に向けられている。
本発明の他の面は、上記導電性接着剤により基材の上の表面に実装された(su rface mounted)を気部品に向けられている。
−F記のどおりに、本発明の方法において使用される未硬化導電性接着剤組成物 は、4種の重要な成分、即ち少なくとも一種の選択された結合剤樹脂、少なくと も一種のアクリル系単量体、少なくとも一種の遊離基開始剤および微粉砕銀粒子 を存する。
本発明の第1の重要な成分はアクリル化つレタンmrtrr、アクリル樹庸およ びそれらの混合物からなる群から選ばれる結合剤樹脂である。好ましいアクリル 化ウレタン樹脂はミズリー州へルセイリズ(Versailles)のEch。
Re5ins and Laboratoryから市販のEcho Re5in ALU−350アクリル化脂肪族ウレタンオリゴマーである。好ましいアクリル 樹脂は、ペンシルバニア州フィラデルフィアのロームアンドハース社から市販の ACRYLOID B−72アクリル樹脂である。
結合剤樹脂の好ましい量は硬化可能な接着剤組成物において約2〜約12重量部 である。
本発明の第2の重要な成分はアクリレ−1−単量体である。一般に、アクリレ− 1〜単量体は、その単量体にイオン性不純物を導入しない方法で造られる。さら にアクリレート単量体は一般に迅速に重合しそして可撓性基材」二に取り付けら れた電気部品上への小さい応力に導く一層柔軟性の硬化された接着剤組成物を生 成する事か信しられてる。適当なアクリレ−]・単量体はメタクリル酸メチル、 メタクリル酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸ブチ ル、メタクリル酸ノクロヘキシル、メタクリル酸ヘキシル、アクリル酸2−エチ ルヘキシル、アクリル酸ラウリル、メタクリレート酸(methacrylat eacicl)、アクリル酸グリノノルメタクリレー11acrylic ac idglycidyl methacrylate)、メタクリル酸イソポルノ イル(isobornoyl methacrylate)、アクリル酸エチレ ングリコール、アクリル酸高級グリコール類、メタクリル酸エチレングリコール およびメタクリル酸高級グリコール類およびヘキサメチレンジアクリレートを包 含する。ジアクリレート類が好ましいアクリレート単量体である。最も好ましい アクリレート単量体はジアクリル酸1. 6−ヘキサンジオールおよびジアクリ ル酸トリプロピレングリコールである。
アクリレート単量体の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成物の、約3〜約13 重量部である。
硬化可能な導電性接着剤システムの第3の重要な成分は遊離基開始剤である。
遊離基開始剤(即ち、遊離基発生剤)は、当業者に周知であり、そして例えば1 957年ニューヨークのJ、Wiley & 5ons社発行のClWelli ngによる+Free Radical in 5olution”中にそして 1967年ニューヨークのJ、Wiley & 5ons社発行のり、H,So lomonによる“The Chemistry ofOrganic Fil m Foamers”中に記載されている。好ましいクラスの遊離基開始剤は有 機過酸化物類および有機ヒドロペルオキシド類である。
好ましい遊離基開始剤は過安息香酸t−ブチル、I、I−ジ(t−ブチルペルオ キシ)シクロヘキサンおよび2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキ サノイルペルオキシ)である。遊離基開始剤はアクリレート単量体および樹脂オ リゴマーを重合するために用いられる。
最も好ましい遊離基開始剤は、2.5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘ キサノイルペルオキシ)である。これはテキサス州マーシャルのWitc。
Corporat ionの、Argus DivisionからUSP−24 5として市販されている。
遊離基開始剤の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成物において、約0. 1〜 約1重量部である。
第4の重要な成分は微粉砕銀粒子である。銀粒子は、結合剤樹脂およびアクリレ ート単量体と緊密に混合するのに適当な微細に粉砕された形になくてはならない 。
好ましい微粉砕銀粒子は50ミクロン以下の平均粒子直径を有するのが好ましい 。銀フレーク類、特に低い量の不純物(たとえばCV、Na“、K“およびNH ”の+00ppmより低い量)を含有する銀フレークは、それらの電気導電性の 利点の故に特に好ましい。そのような好ましい高純度の銀フレークはニューシャ ーシー州のサウスブレーンフィールドのMetzMetallurgical  Corporation;コネッチカット州フェアフィールドの Handy  & Harmon Inc、;およびマサチューセッツ州のアトルボローのCh emet Corporationから市販されている銀フレークである。
導電性光てん剤として通常使用される任意の銀フレークは本接着剤組成物のため に適当てあろう。使用される好ましい銀フレークは使用される特定の結合剤樹脂 およびアクリレート単量体によりならびに接着剤組成物が使用される特定の適用 用途により左右されるだろう。用語“銀フレーク”とは、主要な形状が走査電子 顕微鏡により測定されたとき、フレーク類”flakes”である銀粉末を本明 細書において意味する。そのような銀フレーク類は典型的には約0.8〜1゜4 0m”/gの表面積および99重量%以上の純度を有する。これらの銀フレーク は一般に約0. 1〜約lOミクロンの平均粒子寸法を有する。
微粉砕銀粒子の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成物に加えられて、約75〜 約88重量部である。
本発明の硬化可能な接着剤組成物は、また、他の少量の成分を好ましくは含有し てもよい。そのような任意成分は他の導電性光てん剤、溶媒およびしオロジー改 質剤(rheology modifier)を包含する。
他の任意の導電性光てん剤は他の金属の粉末およびフレーク、グラファイトおよ びカーボンブラックを包含する。もし使用されるならば、そのような他の充てん 剤は、全体の硬化可能な接着剤組成物において0.05〜20重量部の量で使用 されるのが好ましいだろう。
任意の溶媒は、カルヒ斗−ル、カルピトールアセテート、ブチルカルピトール、 フ゛チルカルピl−−ルアセテート、ブチロラクトン、アセトン、メチルエチル ケトン、シクロヘキサノン、二基基エステル溶媒、ジグリム、および高沸点アル コール類およびアルコールエステル類のような非炭化水素の極性有機溶媒を包含 する。
これらのおよび他の溶媒の種々の組み合わせが各々の適用用途のための所望の粘 度および揮発性要件を得るために配合される。スクリーンプリント適用のために 、選ばれた単独の溶媒または複数の溶媒は約150°C〜約240°Cの沸点を 有するのが好ましいだろう。好ましい任意の溶媒は、プチロラク)・ンである。
溶媒の好ましい量は、硬化可能な接着剤組成物に加えられて、約20〜40重量 部、最も好ましくは約25〜35重量部である。
任意のしオロジー改質剤は親有機性クレー(organophil 1ccla y)および疎水性シリカを包含する。好ましい親有機性クレーはニューシャーシ ー州Hightstown の NLChemicalsから市販のBENTO NE 5D−2親有機性クレーレオロジー添加剤である。好ましい疎水性シリカ はニューシャーシー州、Teterboro の DeGussa Corpo rationから市販のAERO3IL R202疎水性シリカである。
本導電性接着剤の成分は、任意の慣用の手段により一緒に混合されてよい。好ま しくは、慣用の混合装置において、結合剤樹脂、アクリル系単量体および遊離基 開始剤を、まず−緒に混合するのか望ましい。任意の溶媒および任意のレオロジ ー改質剤等は、その時点でまた混合されてよい。次ぎに銀フレークが、任意の慣 用の手段により混合されてよい。(銀フレークの添加まえかまたはその後に)混 合物は、約30ミクロン以下の本組成物の微細な粉砕物を得るために、3−ロー ル粉砕機または他の適当な粉砕用機械中に置かれるのか好ましい。未硬化の導電 性接着剤組成物は25°Cて約10,000〜約700,000センチポアズの 粘度及び約lオーム−cmより小さい表面抵抗を有するのが好ましい。
この発明の接着剤組成物は、スクリーンプリンティング(screenprin ting)、1゛ット1゛ランスフy−(dattransferring)、 刷毛塗り(brushing)、またはソリンノディスペンスイング(syri nge dispensing)のような種々の技術により基H上に適用される ことができる。いったん導電性接着剤組成物が基Fオまたは電気部品またはその 両方のいずれかに適用されたならば、電気部品および基材は一緒に接触される。
次ぎに、本発明の導電性接着剤は乾燥されそして一回またはそれ以上の回数、高 温にそれおよび基材を曝露することにより熱的に硬化される。慣用のオーブン中 ての、好ましい硬化は約30秒〜約60分間、約100°C〜約200°Cの温 度である。任意の慣用の導電性接着剤硬化用手段及び装置が使用されてよい。
本発明の導電性接着剤組成物は慣用の剛性または可撓性の基材に適用されること が出来る。基材は種類において可撓性てあろうと剛性であろうといずれにせよ、 基材は、本硬化可能な接着剤組成物を適用する前に、任意の他の物質を用いて予 備処理または予備被覆を行ってもよいしまたは行わなくてもよい。
本発明の導電性組成物は可撓性でありそしてそれだけて、それらは例えばポリエ ステルフィルムのような可撓性基材に適用されることか出来る。本発明の導電性 組成物で被覆されてよい可撓性基材の例は、イー・アイ・デュポン・ド・ネモラ ス・カンパニーにより造られそして商1!MYLAR″の元で販売されているポ リエステル基材のような基材である。勿論、ポリカーホネートフイルムまたはポ リフッ化ビニル(PVF)フィルムのような他の物質も基材として使用されるこ とが出来る。
この明細書および請求の範囲において現在使用されているとおりの用語“可撓性 ”は、本発明の組成物が変形力(例えばねじれまたは曲げ)に付されることがて きそして基材から剥離しないかまたは亀裂を生しないかまたは破壊されない場合 を意味するために使用される。その変形された状態で本組成物はその変形されて いない状態の本組成物と同様な機能を果たすてあろう。変形の最も過酷な形態に より組成物中にしわか生ずるだろう。これは組成物と基材との180度角度の折 りたたみにより起こる可能性がある。本発明の組成物のような可撓性組成物はこ の条件下に十分な機能を果たすであろう。もし組成物か変形された結果として亀 裂を生ずるかまたは破壊するならば、その組成物は可撓性とは考えられなく、そ の組成物の亀裂は導電率および他の電気的および機械的性質においての重大な減 少を生じさせる。
好ましい基材は膜タッチスイッチか造られる基材である。フェノール性ペーパー PWB類は剛性基材の例である。
本発明は、次ぎの例によりさらに詳細に記載される。全ての部およびパーセンテ ージは重量によるそして全ての温度は、特に他のように述べない限り、摂氏の度 である。
例1 次ぎの成分が5分間コラレス(Cowles)混合機中で一緒に混合された。
この混合物を次ぎに一度で二一シソト(Niescht)3−ロール粉砕機中に 通過させた。
100部当たりの部 成分 (重量による) アクリル化ウレタン樹脂1 72.67ジアクリル酸1.6−ヘキサンジオール ” 23.25過酸化物遊離基開始剤21. 45 しオロジー改質剤4 188 結晶性シリカ’ 0.73 99.98 1、 ミズリー州、ベルセイリズ(Versa i I I es)のEch。
Re5ins and Laboratoryから市販のEch。
Re5in ALU−350アクリル化脂肪族ウレタンオリゴマー(CAS # 82339−25−1)。
2 ケンタラキー州ルイビルのRadcureSpecialities、 I nc、から市販のジアクリル酸1.6−へ牛サンジオール(HDODA)アクリ レートエステル単量体(CAS #013048−33−4)。
3、 テキサス州マーシャルのWitco CorporationのArgu s Divisionから市販のUSP−2452,5−ジメチル−2,5−ビ ス(2−エチルヘキサノイルペルオキシ)であるヘキサンベルオキシドタイプの 遊離基開始剤(CAS#l3052−09−0)。
4、ニューシャーシー州(Hightstown)のNLChemicalsか ら市販のBENTONE 5D−2親有機性クレーレオロジー添加剤。
5、ニューシャーシー州TeterboroのDeGussaCorporta tionから市販のAEROSIL R202疎水性シリカ(CAS #677 62−90−7)。
84グラムの銀フレーク6を、上記粉砕混合物の16gに加えた。
得られた接着剤システムは2分以上の期間のあいだにコラレス(Cowles) 混合機中でこれらの成分を混合することにより形成された。この銀をベースとす る接着剤システムの粘度および電気的特性は次のとおりであると測定された:粘 度・ 676.000cps (ブルックフィールド Cp51. 0.5回転/分、25°C)電気抵抗7  : 0.06オ一ムーcm6 ニューシャーシー州すウスブレーンフィールドの DeGussa(:orpora t ionから市販の銀フレークNo、82 ゜7、 を気抵抗は、2インチの長さて約0.25インチ離した2片のテープ間 に接着剤を引き伸ばすことにより測定された。硬化スケジュールは130°C1 5分であった。
この銀をベースとする接着剤システムの小さなパターンは、TCIMeline x 505ポリエステルフイルム上に予かしめプリントされ且つ硬化されたビニ ルベースの厚い銀型合体フィルム(カリフォルニア州オンタリオの01in H unt Conductive Materialsがら市販の、725A P TF)の1平方インチパターン上に型紙プリントされた(stencil pr inted)。小さなチップコンデンサを接着剤上に置きそして次ぎに全体の組 み立て体を6分間130″Cて硬化させた。3つのサンプル上の剪断接着強度は 、Anza Dje剪断試験機(Model 560)を用いて、1. 3、■ 、6、および2.2キログラムであると測定された。硬化された下にある725 A PTF材料の変色は観察されなかった。9000角度で曲げたとき、その接 着剤は亀裂を示さずそして結合強度における損失を示さな次ぎの成分を5分間コ ラレス混合機(Cowl es m1xer)で−緒に混合した。その混合物は 次ぎに3−ロール粉砕機に一回通過させて、粉砕した。
100部当たりの部 成分 (重量による) 銀フレーク+ 83.0 ジアクリル酸トリプロピレングリコール2 99アクリル樹脂26.6 過酸化物遊離基開始剤40.5 100.00 ■、 ニューシャーシー州すウスブレーンフィールドのDeGu s s aC orporat ionから市販の82銀フレーク(CASNo、7440−2 2−4)。
2、 ペンシルバニア州エキストン(Exton)のSartomerから市販 のジアクリル酸トリプロピI/ングリコール(CAS N。
4297 B−66−5)。
3 ペンシルバニア州フィラデルフィアのロームアントハースから市販のアクリ ロイドB−72(Acryloid B−72)アクリル樹脂(CAS No、 専売品)。
4、 テキサス州マーシャルのWitco CorporationのArgu s Divisionから市販のUSP245 2.5−ジメチル−2,5−ヒ ス(2−エチルヘキサノイルペルオキシ)であるヘキサンペルオキソタイプの遊 離基開始剤(CAS No。
13052−09−0)。
この銀をベースとする接着剤システムの粘度および電気抵抗特性は下記の通りで あると測定された。
粘度: 315,000cps (ブルックフィールド CF3I、0.5回転/分、25℃)電気抵抗S :  0.00068オーム−cm5、 電気抵抗は2インチの長さて約0.15イン チ離した2片のテープ間に接着剤を引き伸ばすことにより測定された。硬化スケ ジュールは+30°C6分間であった。
この銀をベースとする接着剤システムの小さいパターンは、ポリエステルフィル ム上に予かしめプリントされ且つ硬化されたビニルをベースとする銀型合体の厚 いフィルム(カリフォルニア州オンタリオの01in HuntConduct or Materialsから市販の725A PTF)の1平方インチパター ン上に型紙プリントされた(stencil printed)。
100平方ミル半導体ダイス型を接着剤上に置きそして次ぎに!30”Cて6分 間硬化した。5つのサンプル上の剪断接着強度はAnza Die剪断試験機( Model 560)を用いて4.4.4.3.5.8.6. 1および5.0 キログラムであると測定された。上記の通りにして造られた追加の5つのサンプ ルを6時間100’Fの水中に置きそして次ぎに65°Cおよび65%相対湿度 で16時時間間室中に置いた。これらの追加の5つのサンプルの剪断接着強度は 、3.7.4.0.5.9.5.8および5. 0キログラムであると測定され た。
湿度試験に付されなかった5つのサンプルについての平均剪断強度は5. 1で あった。湿度試験に付された5つの異なるサンプルについての平均剪断強度は、 4゜9であった。これらの平均値はこの表面実装接着剤組成物か極度の湿度と熱 曝露に付された場合に重大に劣化しないことを示している。
本発明はその特定の態様に関して上に記載したけれとも、本明細書に開示された 本発明の概念から離れることなしに、多くの変更、修正および変化をなすことが 出来ることは明らかである。したがって本発明は請求の範囲の精神および広い範 囲内に入るそのような変更、修正および変化のすへてを包含することか意図され る。
フロントページの続き (81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、 ES、PR,GB、 GR,IE、IT、LU、〜1C,NL、PT、 SE)、0A(BF、BJ、CF、CG、CI、CM、 GA、 GN、 ML 、 MR,NE、SN。
TD、TG)、AU、BB、BG、BR,BY、CA。
CN、 CZ、FI、 HU、JP、 KP、 KR,KZ、 LK、 LV、  NiG、 MN、 MW、 No、 NZ、PL、 RO、RU、SD、SK 、UA、UZ、VN(72)発明者 アレン、スコツト アメリカ合衆国 91706 カリフォルニア州ボールドウィン パーク ミル ベリーアベニュー 3791

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.(a)アクリル化ウレタン樹脂、アクリル樹脂およびそれらの混合物からな る群から選ばれた結合剤樹脂の約2〜約15重量部、(b)アクリレート単量体 の約2〜約15重量部、(c)遊離基開始剤の約0.0l〜約3重量部、および (d)微粉砕銀粒子の約72〜約95重量部、を特徴とする表面実装導電性接着 剤組成物。
  2. 2.(e)約0.1〜約10重量部のレオロジー改質剤をさらに含むことを特徴 とする請求の範囲第1項の導電性接着剤。
  3. 3.前記結合剤樹脂がアクリル樹脂であることを特徴とする請求の範囲第1項の 導電性接着剤。
  4. 4.前記結合剤樹脂がアクリル化ウレタン樹脂であることを特徴とする請求の範 囲第1項の導電性接着剤。
  5. 5.前記アクリレート単量体がジアクリレート単量体であることを特徴とする請 求の範囲第1項の導電性接着剤。
  6. 6.前記ジアクリレート単量体がジアクリル酸トリプロピレングリコールである ことを特徴とする請求の範囲第5項の導電性接着剤。
  7. 7.前記遊離基開始荊が2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノ イルベルオキシ)およびその混合物であることを特徴とする請求の範囲第1項の 導電性接着剤。
  8. 8.前記銀粒子が約0.1〜約10ミクロンの平均粒子直径を有する銀フレーク であることを特徴とする請求の範囲第1項の導電性接着剤。
  9. 9.未硬化導電性接着剤組成物が25℃で約10,000〜約700,000セ ンチポアズの粘度および約1オームーcmより小さい表面抵抗を有することを特 徴とする請求の範囲第1項の導電性接着剤。
  10. 10.(a)アクリル化ウレタン樹脂、アクリル樹脂およびそれらの混合物から なる群から選ばれた結合剤樹脂の約4〜約12重量部、(b)ジアクリレート単 量体の約3〜約13重量部、(c)2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチ ルヘキサノイルペルオキシ)の約0.1〜約1重量部、および (d)約0.1〜約10ミクロンの平均粒子直径を有する銀フレークの約75〜 約88重量部、 を特徴とし、しかも前記未硬化導電性接着剤組成物が25℃で約10,000〜 約700,000の粘度および約1オームーcmより小さい表面抵抗を有するこ とを特徴とする、スクリーンプリント可能な表面実装導電性接着剤。
  11. 11.さらに(e)約0.1〜約10重量部のレオロジー改質剤を含むことを特 徴とする請求の範囲第10項の導電性接着剤。
  12. 12.硬化前に、 (a)アクリル化ウレタン樹脂、アクリル樹脂、およびそれらの混合物からなる 群から選ばれた結合剤樹脂の約2〜約15重量部、(b)アクリレート単量体の 約2〜約15重量部、(c)遊離基開始剤の約0.01〜約3重量部、および( d)微粉砕銀粒子の約72〜約95重両部、を特徴とする表面実装導電性接着剤 組成物により基材上に表面実装された電気部
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