KR20200098485A - 땜납 입자, 도전 재료, 땜납 입자의 보관 방법, 도전 재료의 보관 방법, 도전 재료의 제조 방법, 접속 구조체 및 접속 구조체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있는 땜납 입자를 제공한다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 산화 피막을 표면에 갖는 땜납 입자이며, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하이다.
Description
본 발명은 예를 들어, 전극 간의 전기적인 접속에 사용할 수 있는 땜납 입자 및 땜납 입자의 보관 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 땜납 입자를 포함하는 도전 재료, 도전 재료의 보관 방법 및 도전 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 땜납 입자 또는 상기 도전 재료를 사용한 접속 구조체 및 접속 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
이방성 도전 페이스트 및 이방성 도전 필름 등의 이방성 도전 재료가 널리 알려져 있다. 상기 이방성 도전 재료에서는, 결합제 중에 도전성 입자가 분산되어 있다. 상기 도전성 입자로서, 땜납 입자가 널리 사용되고 있다.
상기 이방성 도전 재료는, 각종 접속 구조체를 얻기 위하여 사용되고 있다. 상기 이방성 도전 재료에 의한 접속으로서는, 예를 들어, 플렉시블 프린트 기판과 유리 기판의 접속(FOG(Film on Glass)), 반도체 칩과 플렉시블 프린트 기판의 접속(COF(Chip on Film)), 반도체 칩과 유리 기판의 접속(COG(Chip on Glass)), 그리고 플렉시블 프린트 기판과 유리 에폭시 기판의 접속(FOB(Film on Board)) 등을 들 수 있다.
상기 이방성 도전 재료에 의해, 예를 들어, 플렉시블 프린트 기판의 전극과 유리 에폭시 기판의 전극을 전기적으로 접속할 때에는, 유리 에폭시 기판 상에 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료를 배치한다. 이어서, 플렉시블 프린트 기판을 적층하고, 가열 및 가압한다. 이에 의해, 이방성 도전 재료를 경화시켜서, 도전성 입자를 통하여 전극 간을 전기적으로 접속하여 접속 구조체를 얻는다.
상기 이방성 도전 재료의 일례로서, 하기의 특허문헌 1에는, 도전성 입자와, 상기 도전성 입자의 융점에서 경화가 완료되지 않는 수지 성분을 포함하는 이방성 도전 재료가 기재되어 있다. 상기 도전성 입자로서는, 구체적으로는, 주석(Sn), 인듐(In), 비스무트(Bi), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga) 및 탈륨(Tl) 등의 금속이나, 이들 금속의 합금이 예시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 상기 도전성 입자의 융점보다도 높고, 또한 상기 수지 성분의 경화가 완료되지 않는 온도로 이방성 도전 수지를 가열하는 수지 가열 스텝과, 상기 수지 성분을 경화시키는 수지 성분 경화 스텝을 거쳐서, 전극 간을 전기적으로 접속하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 특허문헌 1의 도 8에 도시된 온도 프로파일로 실장을 행하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1에서는, 이방성 도전 수지가 가열되는 온도에서 경화가 완료되지 않는 수지 성분 내에서, 도전성 입자가 용융된다.
하기의 특허문헌 2에는, 땜납층과, 상기 땜납층의 표면을 피복하는 피복층을 구비하는 땜납 재료가 개시되어 있다. 상기 땜납층은, Sn의 함유량이 40％ 이상인 합금으로 구성되어 있는 금속 재료 또는 Sn의 함유량이 100％인 금속 재료로 구성되어 있다. 상기 피복층은, SnO막과 SnO2막으로 구성되어 있다. 상기 SnO막은, 상기 땜납층의 외표면측에 형성되어 있다. 상기 SnO2막은, 상기 SnO막의 외표면측에 형성되어 있다. 상기 피복층의 두께는, 0㎚보다 크고 4.5㎚ 이하이다.
근년, 프린트 배선판 등에 있어서의 배선의 파인 피치화가 진행하고 있다. 이에 수반하여 땜납 입자 또는 땜납을 표면에 갖는 도전성 입자를 포함하는 도전 재료에서는, 땜납 입자 또는 땜납을 표면에 갖는 도전성 입자의 미소화 및 소입자경화가 진행하고 있다.
땜납 입자 등을 소입자경화한 경우에는, 도전 재료를 사용한 도전 접속 시에, 접속되어야 할 상하의 전극 사이에 땜납 입자 등을 효율적으로 응집시키는 것이 곤란한 경우가 있다. 특히, 도전 재료를 가열 경화시킬 때에, 땜납 입자 등이 전극 상으로 충분히 이동하기 전에, 도전 재료의 점도가 상승하여, 땜납 입자 등이 전극이 없는 영역에 존재하는 경우가 있다. 그 결과, 접속되어야 할 전극 간의 도통 신뢰성 및 접속되어서는 안되는 인접하는 전극 간의 절연 신뢰성을 충분히 높일 수 없는 경우가 있다.
또한, 땜납 입자 등의 소입자경화에 수반하여, 땜납 입자 등의 표면적이 증가하기 때문에, 땜납 입자 등의 표면의 산화 피막의 함유량도 증가한다. 땜납 입자 등의 표면에 산화 피막이 존재하면, 땜납 입자 등을 전극 상에 효율적으로 응집시킬 수 없기 때문에, 종래의 도전 재료에서는, 도전 재료 중의 플럭스의 함유량을 증가시키는 등의 대책이 필요해진다. 그러나, 도전 재료 중의 플럭스의 함유량을 증가시키면, 플럭스와 도전 재료 중의 열경화성 성분이 반응하여, 도전 재료의 보존 안정성이 저하되거나, 도전 재료의 경화물의 내열성이 저하되거나 하는 경우가 있다. 또한, 도전 재료 중의 플럭스의 함유량을 증가시키면, 도전 재료의 경화물 중에 보이드가 발생하거나, 도전 재료의 경화 불량이 발생하거나 하는 경우가 있다.
종래의 도전 재료에서는, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 높이는 것과, 도전 재료의 보존 안정성을 높이는 것과, 도전 재료의 경화물의 내열성을 높이는 것의, 이들 모두의 요구를 충족시키는 것은 곤란하다.
본 발명의 목적은, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있는 땜납 입자 및 땜납 입자의 보관 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 상기 땜납 입자를 포함하는 도전 재료, 도전 재료의 보관 방법 및 도전 재료의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 상기 땜납 입자 또는 상기 도전 재료를 사용한 접속 구조체 및 접속 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는 땜납 입자이며, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인, 땜납 입자가 제공된다.
본 발명에 관계되는 땜납 입자의 어떤 특정한 국면에서는, 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값이 100mJ/mg 이상이다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 포함하고, 상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖고, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인, 도전 재료가 제공된다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 어떤 특정한 국면에서는, 25℃에서의 점도가 10Pa·s 이상 600Pa·s 이하이다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 어떤 특정한 국면에서는, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건에서 측정한 점도를, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정한 점도로 나눈 틱소트로픽 인덱스가 1.1 이상, 5 이하이다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 어떤 특정한 국면에서는, 상기 땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값이 100mJ/mg 이상이다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 어떤 특정한 국면에서는, 상기 도전 재료가 도전 페이스트이다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 상술한 땜납 입자의 보관 방법이며, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하거나, 또는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 1×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는, 땜납 입자의 보관 방법이 제공된다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 상술한 도전 재료의 보관 방법이며, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣고, -40℃ 이상 10℃ 이하의 조건에서 보관하거나, 또는, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣고, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는, 도전 재료의 보관 방법이 제공된다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 혼합하여 도전 재료를 얻는 혼합 공정을 구비하고, 상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖고, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인 도전 재료를 얻는, 도전 재료의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법의 어떤 특정한 국면에서는, 상기 땜납 입자를 보관하는 보관 공정을 더 구비하고, 상기 보관 공정이, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는 공정이거나, 또는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 1×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 공정이며, 상기 땜납 입자가, 상기 보관 공정에 의해 보관된 땜납 입자이다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1 접속 대상 부재와, 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고, 상기 접속부의 재료가 상술한 땜납 입자를 포함하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 접속 구조체가 제공된다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1 접속 대상 부재와, 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고, 상기 접속부의 재료가 상술한 도전 재료이며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 접속 구조체가 제공된다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 상술한 땜납 입자를 포함하는 도전 재료를 사용하여, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재의 표면 상에 상기 도전 재료를 배치하는 공정과, 상기 도전 재료의 상기 제1 접속 대상 부재측과는 반대인 표면 상에, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재를, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하도록 배치하는 공정과, 상기 땜납 입자의 융점 이상으로 상기 도전 재료를 가열함으로써, 상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를, 상기 도전 재료에 의해 형성하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는, 접속 구조체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 상술한 도전 재료를 사용하여, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재의 표면 상에 상기 도전 재료를 배치하는 공정과, 상기 도전 재료의 상기 제1 접속 대상 부재측과는 반대인 표면 상에, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재를, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하도록 배치하는 공정과, 상기 땜납 입자의 융점 이상으로 상기 도전 재료를 가열함으로써, 상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를, 상기 도전 재료에 의해 형성하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는, 접속 구조체의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하이다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 관계되는 도전 재료는, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 포함한다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하이다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법은, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 혼합하여 도전 재료를 얻는 혼합 공정을 구비한다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인 도전 재료를 얻는다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 도전 재료를 사용하여 얻어지는 접속 구조체를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 도전 재료를 사용하여, 접속 구조체를 제조하는 방법의 일례의 각 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은, 접속 구조체의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 4는, 도전 재료에 사용 가능한 땜납 입자의 예를 도시하는 단면도이다.
도 5는, 땜납 입자의 응집성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 도전 재료를 사용하여, 접속 구조체를 제조하는 방법의 일례의 각 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은, 접속 구조체의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 4는, 도전 재료에 사용 가능한 땜납 입자의 예를 도시하는 단면도이다.
도 5는, 땜납 입자의 응집성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 상세를 설명한다.
(땜납 입자)
본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하이다.
본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있다.
땜납 입자의 입자경이 35㎛ 정도인 땜납 입자를 포함하는 종래의 도전 재료와 비교하여, 땜납 입자의 입자경이 10㎛ 이하인 땜납 입자를 포함하는 도전 재료에서는, 도전 접속 시에, 접속되어야 할 상하의 전극 사이에 땜납 입자를 효율적으로 응집시킬 수 없다는 과제가 있었다. 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 땜납 입자의 소입자경화에 수반하여, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막이 상대적으로 두꺼워지는 것, 및 땜납 입자의 표면적의 증가에 의해, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막의 함유량이 증가하는 것이, 상기 과제의 원인임을 알아냈다. 또한, 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아냈다. 본 발명에서는, 땜납 입자를 소입자경화하고 있음에도 불구하고, 상기 땜납 입자의 전극 상으로의 이동이 충분히 진행하여, 접속되어야 할 전극 사이에 땜납을 효율적으로 응집시킬 수 있어, 도통 신뢰성 및 절연 신뢰성을 높일 수 있다.
도 5는, 땜납 입자의 응집성을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 각 조건(4종류의 입자경 및 산화 피막의 두께 제어 유무)의 땜납 입자를 가열하고, 땜납 입자가 응집하는지 여부를 확인했을 때의 도면이다.
도 5의 산화 피막의 두께를 제어하고 있지 않은 땜납 입자에 대해서는, 땜납 입자의 입자경이 작아질수록, 땜납 입자가 응집하고 있지 않은 것을 이해할 수 있다. 이것은, 땜납 입자의 소입자경화에 수반하여, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막이 상대적으로 두꺼워지기 때문, 및 땜납 입자의 표면적의 증가에 의해, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막의 함유량이 증가하기 때문이다.
산화 피막의 두께를 제어하고 있지 않은 땜납 입자에 대해서, 땜납 입자의 입자경이 35㎛인 땜납 입자에서는, 땜납 입자가 응집하여, 하나의 큰 땜납의 응집물을 형성하고 있음을 확인할 수 있다. 땜납 입자의 입자경이 10㎛인 땜납 입자에서는, 땜납 입자가 응집하여, 땜납의 응집물을 형성하고 있지만, 땜납의 응집물의 주위에 응집하고 있지 않은 땜납 입자를 확인할 수 있다. 땜납 입자의 입자경이 2㎛ 및 5㎛인 땜납 입자에서는, 땜납 입자가 전혀 응집하고 있지 않아, 땜납의 응집물이 형성되어 있지 않음을 확인할 수 있다.
한편, 도 5의 산화 피막의 두께를 제어하고 있는 땜납 입자에 대해서는, 땜납 입자의 입자경에 관계 없이, 땜납 입자가 응집하여, 하나의 큰 땜납의 응집물을 형성하고 있음을 확인할 수 있다. 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어하는 것은, 땜납 입자의 응집성을 높이기 위하여 중요함을 이해할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어함으로써, 땜납 입자를 전극 상에 효율적으로 응집시킬 수 있으므로, 도전 재료 중의 플럭스의 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 없다. 그 결과, 도전 재료 중에 있어서의 열경화성 성분과 플럭스의 반응을 효과적으로 억제할 수 있어, 도전 재료의 보존 안정성을 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 융점(활성 온도)은 도전 재료 중에 있어서의 열경화성 성분의 Tg보다도 낮은 경우가 많고, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 함유량이 많아질수록, 도전 재료의 경화물의 내열성이 저하되는 경향이 있다. 본 발명에서는, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 없으므로, 도전 재료의 경화물의 내열성을 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 없으므로, 도전 재료의 경화물 중의 보이드의 발생을 효과적으로 억제할 수 있어, 도전 재료의 경화 불량의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 높이는 것과, 도전 재료의 보존 안정성을 높이는 것과, 도전 재료의 경화물의 내열성을 높이는 것의, 이들 모두의 요구를 충족시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기와 같은 효과를 얻기 위해서, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어하는 것은 크게 기여한다.
상기 땜납 입자는, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 상기 땜납 입자 본체는, 중심 부분 및 외표면의 모두가 땜납에 의해 형성되어 있다. 상기 땜납 입자 본체는, 중심 부분 및 외표면의 모두가 땜납인 입자이다. 상기 산화 피막은, 상기 땜납 입자 본체의 외표면이 공기 중의 산소에 의해 산화됨으로써 형성된다. 상기 산화 피막은, 산화주석 등에 의해 구성된다. 일반적으로, 시판하고 있는 땜납 입자는, 외표면이 공기 중의 산소에 의해 산화되어 있어, 산화 피막을 갖는다.
상기 땜납 입자 대신에 땜납 이외의 재료로 형성된 기재 입자와 해당 기재 입자의 표면 상에 배치된 땜납부를 구비하는 도전성 입자를 사용한 경우에는, 전극 상에 도전성 입자가 모이기 어려워진다. 또한, 상기 도전성 입자에서는, 도전성 입자끼리의 땜납 접합성이 낮기 때문에, 전극 상으로 이동한 도전성 입자가 전극 외로 이동하기 쉬워지는 경향이 있고, 전극 간의 위치 어긋남의 억제 효과도 낮아지는 경향이 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서, 크기, 두께, 및 형상 등은, 도시의 편의상, 실제의 크기, 두께, 및 형상 등과 상이한 경우가 있다.
도 4는, 도전 재료에 사용 가능한 땜납 입자의 예를 도시하는 단면도이다.
도 4에 도시하는 땜납 입자(21)는 땜납 입자 본체(22)와, 땜납 입자 본체(22)의 외표면 상에 배치된 산화 피막(23)을 갖는다. 땜납 입자 본체(22)와 산화 피막(23)은 접하고 있다. 땜납 입자 본체(22)는 전체가 땜납에 의해 형성되어 있다. 땜납 입자 본체(22)는 기재 입자를 코어에 갖지 않고, 코어 셸 입자가 아니다. 땜납 입자 본체(22)는 중심 부분 및 외표면 모두, 땜납에 의해 형성되어 있다.
상기 땜납은, 융점이 450℃ 이하인 금속(저융점 금속)인 것이 바람직하다. 상기 땜납 입자는, 융점이 450℃ 이하인 금속 입자(저융점 금속 입자)인 것이 바람직하다. 상기 저융점 금속 입자는, 저융점 금속을 포함하는 입자이다. 해당 저융점 금속이란, 융점이 450℃ 이하인 금속을 나타낸다. 저융점 금속의 융점은 바람직하게는 300℃ 이하, 보다 바람직하게는 160℃ 이하이다. 상기 땜납 입자는, 융점이 150℃ 미만의 저융점 땜납인 것이 바람직하다.
상기 땜납 입자의 융점은, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 구할 수 있다. 시차 주사 열량 측정(DSC) 장치로서는, SII사제 「EXSTAR DSC7020」 등을 들 수 있다.
또한, 상기 땜납 입자는 주석을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 땜납 입자에 포함되는 금속 100중량％ 중, 주석의 함유량은, 바람직하게는 30중량％ 이상, 보다 바람직하게는 40중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 70중량％ 이상, 특히 바람직하게는 90중량％ 이상이다. 상기 땜납 입자에 있어서의 주석의 함유량이 상기 하한 이상이면 땜납부와 전극의 접속 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
또한, 상기 주석의 함유량은, 고주파 유도 결합 플라스마 발광 분광 분석 장치(호리바 세이사꾸쇼사제 「ICP-AES」), 또는 형광 X선 분석 장치(시마즈 세이사쿠쇼사제 「EDX-800HS」) 등을 사용하여 측정할 수 있다.
상기 땜납 입자를 사용함으로써 땜납이 용융되어 전극에 접합하고, 땜납이 고화하여 땜납부가 형성되고, 해당 땜납부가 전극 간을 도통시킨다. 예를 들어, 땜납부와 전극이 점접촉이 아니라 면접촉하기 쉽기 때문에, 접속 저항이 낮아진다. 또한, 상기 땜납 입자의 사용에 의해, 땜납부와 전극의 접합 강도가 높아지는 결과, 땜납부와 전극의 박리가 보다 한층 발생하기 어려워져, 도통 신뢰성 및 접속 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
상기 땜납 입자를 구성하는 금속은 특별히 한정되지 않는다. 해당 금속은, 주석, 또는 주석을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 해당 합금은, 주석-은 합금, 주석-구리 합금, 주석-은-구리 합금, 주석-비스무트 합금, 주석-아연 합금, 주석-인듐 합금 등을 들 수 있다. 전극에 대한 습윤성이 우수한 점에서, 상기 금속은, 주석, 주석-은 합금, 주석-은-구리 합금, 주석-비스무트 합금, 주석-인듐 합금인 것이 바람직하다. 주석-비스무트 합금, 주석-인듐 합금인 것이 보다 바람직하다.
상기 땜납 입자는, JIS Z3001:용접 용어에 기초하여, 액상선이 450℃ 이하인 용가재인 것이 바람직하다. 상기 땜납 입자의 조성으로서는, 예를 들어 아연, 금, 은, 납, 구리, 주석, 비스무트, 인듐 등을 포함하는 금속 조성을 들 수 있다. 저융점이며 납 프리인 주석-인듐계(117℃공정), 또는 주석-비스무트계(139℃공정)가 바람직하다. 즉, 상기 땜납 입자는, 납을 포함하지 않는 것이 바람직하고, 주석과 인듐을 포함하거나, 또는 주석과 비스무트를 포함하는 것이 바람직하다.
땜납부와 전극의 접합 강도를 보다 한층 높이기 위해서, 상기 땜납 입자는, 니켈, 구리, 안티몬, 알루미늄, 아연, 철, 금, 티타늄, 인, 게르마늄, 텔루륨, 코발트, 비스무트, 망간, 크롬, 몰리브덴, 팔라듐 등의 금속을 포함하고 있어도 된다. 또한, 땜납부와 전극의 접합 강도를 더한층 높이는 관점에서는, 상기 땜납 입자는, 니켈, 구리, 안티몬, 알루미늄 또는 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 땜납부와 전극의 접합 강도를 보다 한층 높이는 관점에서는, 접합 강도를 높이기 위한 이들 금속의 함유량은, 땜납 입자 100중량％ 중, 바람직하게는 0.0001중량％ 이상, 바람직하게는 1중량％ 이하이다.
본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 땜납 입자의 입자경은, 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 상기 땜납 입자의 입자경은, 바람직하게는 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 2㎛ 이상이며, 바람직하게는 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이다. 상기 땜납 입자의 입자경이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 상기 땜납 입자의 입자경은, 2㎛ 이상 5㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다.
상기 땜납 입자의 입자경은, 평균 입자경인 것이 바람직하고, 수 평균 입자경인 것이 바람직하다. 땜납 입자의 입자경은, 예를 들어, 임의의 땜납 입자 50개를 전자 현미경 또는 광학 현미경으로 관찰하고, 각 땜납 입자의 입자경의 평균값을 산출하는 것이나, 레이저 회절식 입도 분포 측정을 행함으로써 구해진다. 전자 현미경 또는 광학 현미경에 의한 관찰에서는, 1개당의 땜납 입자의 입자경은, 원 상당 직경에서의 입자경으로서 구해진다. 전자 현미경 또는 광학 현미경에 의한 관찰에 있어서, 임의의 땜납 입자 50개의 원 상당 직경에서의 평균 입자경은, 구 상당 직경에서의 평균 입자경과 거의 동등하게 된다. 레이저 회절식 입도 분포 측정에서는, 1개당의 땜납 입자의 입자경은, 구 상당 직경에서의 입자경으로서 구해진다. 상기 땜납 입자의 평균 입자경은, 레이저 회절식 입도 분포 측정에 의해 산출하는 것이 바람직하다.
상기 땜납 입자의 입자경의 변동 계수(CV값)는 바람직하게는 5％ 이상, 보다 바람직하게는 10％ 이상이며, 바람직하게는 40％ 이하, 보다 바람직하게는 30％ 이하이다. 상기 땜납 입자의 입자경의 변동 계수가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 전극 상에 땜납을 보다 한층 균일하게 배치할 수 있다. 단, 상기 땜납 입자의 입자경의 CV값은, 5％ 미만이어도 된다.
상기 변동 계수(CV값)는 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
CV값(％)=(ρ/Dn)×100
ρ: 땜납 입자의 입자경 표준 편차
Dn: 땜납 입자의 입자경의 평균값
상기 땜납 입자의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 상기 땜납 입자의 형상은, 구상이어도 되고, 편평상 등의 구형상 이외의 형상이어도 된다.
본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 B)에 대한 비(평균 두께 A/평균 두께 B)가 2/3 이하이다. 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)는 바람직하게는 1/2 이하이다. 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)는 1/100 이상이어도 되고, 1/50 이상이어도 되고, 1/10 이상이어도 된다. 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)가 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)가 상기 상한 이하이면, 도전 재료의 보존 안정성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, 또한, 도전 재료의 경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)가 상기 상한 이하이면, 도전 재료의 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)가 상기 하한 이상이면 상기 땜납 입자를 포함하는 도전 재료의 핸들링성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)를 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하로 함으로써, 가열 시의 땜납 입자의 표면에 있어서의 용융성을 적절하게 제어할 수 있기 때문에, 도전 접속 시의 땜납의 응집성이 보다 한층 효과적으로 높아질 것으로 생각된다.
본 발명에 관계되는 땜납 입자에서는, 가열 전의 산화 피막을 특정한 두께로 제어하고 있기(산화 피막이 비교적 얇기) 때문에, 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열함으로써, 산화 피막의 두께가 증가하여 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)를 충족할 수 있다. 종래의 땜납 입자에서는, 가열 전의 산화 피막이 비교적 두껍기 때문에, 산화될 여지가 부족하여, 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열해도, 산화 피막의 두께가 그다지 증가하지 않아, 상기 비(평균 두께 A/평균 두께 B)를 충족하지 않는다.
가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)는 바람직하게는 1㎚ 이상, 보다 바람직하게는 2㎚ 이상이며, 바람직하게는 5㎚ 이하, 보다 바람직하게는 4㎚ 이하이다. 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 재료의 보존 안정성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, 또한, 도전 재료의 경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)가 상기 하한 이상이면 도전 재료의 용도에 적합하게 사용할 수 있다.
가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)는 예를 들어, 투과형 전자 현미경을 사용하여, 땜납 입자의 단면을 관찰함으로써 구할 수 있다. 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)는 예를 들어, 임의로 선택한 10군데의 산화 피막의 두께 평균값으로부터 산출할 수 있다.
가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)의, 상기 땜납 입자의 입자경에 대한 비(평균 두께 A/땜납 입자의 입자경)는 바람직하게는 0.0001 이상, 보다 바람직하게는 0.0005 이상, 더욱 바람직하게는 0.001 이상이며, 바람직하게는 0.01 이하, 보다 바람직하게는 0.008 이하, 더욱 바람직하게는 0.005 이하이다. 상기 비(평균 두께 A/땜납 입자의 입자경)가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 상기 비(평균 두께 A/땜납 입자의 입자경)가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 재료의 보존 안정성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, 또한, 도전 재료의 경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다.
상기 땜납 입자 100체적％ 중, 상기 산화 피막의 함유량은, 바람직하게는 0.1체적％ 이상, 보다 바람직하게는 0.5체적％ 이상이며, 바람직하게는 10체적％ 이하, 보다 바람직하게는 8체적％ 이하, 더욱 바람직하게는 5체적％ 이하이다. 상기 산화 피막의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 상기 산화 피막의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 재료의 보존 안정성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, 또한, 도전 재료의 경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다.
상기 산화 피막의 함유량은, 산화 피막 제거 전후의 땜납 입자의 중량으로부터 산출할 수 있다.
상기 땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값은, 바람직하게는 100mJ/mg 이상, 보다 바람직하게는 200mJ/mg 이상이며, 바람직하게는 400mJ/mg 이하, 보다 바람직하게는 300mJ/mg 이하이다. 상기 땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값은, 땜납 입자 표면의 산화 피막의 두께 등에 따라 변화할 것으로 생각된다. 상기 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다.
상기 땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량은, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 구할 수 있다. 시차 주사 열량 측정(DSC) 장치로서는, SII사제 「EXSTAR DSC7020」 등을 들 수 있다.
상기 땜납 입자는, 예를 들어, 시판하고 있는 땜납 입자를 산 처리함으로써 얻을 수 있다. 상기 산 처리에 의해, 상기 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막의 두께를 제어하는 것이 바람직하다. 시판하고 있는 땜납 입자로서는, 미츠이 긴조쿠 고교사제 「DS10」, 미츠이 긴조쿠 고교사제 「ST-5」 및 미츠이 긴조쿠 고교사제 「ST-2」 등을 들 수 있다. 상기 산 처리에서 사용하는 산으로서는, 유기산 등을 들 수 있다.
(땜납 입자의 보관 방법)
본 발명에 관계되는 땜납 입자의 보관 방법은, 상술한 땜납 입자를 보관하기 위한 방법인 것이 바람직하다. 상술한 땜납 입자는, 본 발명에 관계되는 땜납 입자의 보관 방법에 의해 보관되는 것이 바람직하다. 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하거나, 또는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 1×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 땜납 입자의 보관 방법은, 냉장 보관이어도 되고, 냉동 보관이어도 된다.
단, 본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 예를 들어, 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 10℃ 이상 50℃ 이하의 조건에서 보관해도 된다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 10℃ 이상 45℃ 이하에서 보관해도 되고, 20℃ 이상에서 보관해도 되고, 25℃ 이상에서 보관해도 되고, 40℃ 이하에서 보관해도 되고, 30℃ 이하에서 보관해도 된다. 상기 땜납 입자의 보관 방법은, 상온 이하에서의 보관인 것이 바람직하고, 상온 미만에서의 보관인 것이 바람직하다.
상기 땜납 입자를, 상기 온도 조건에서 보관하기 위해서, 항온조 등을 사용할 수 있다. 상기 땜납 입자를 넣은 보관 용기를, 상기 바람직한 온도 조건으로 설정한 항온조 내에서 보관하는 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 땜납 입자의 보관 방법에 대해서는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는 것이 바람직하다.
상기 불활성 가스로서는, 아르곤 가스 및 질소 가스 등을 들 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 땜납 입자의 보관 방법에 대해서는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 0.8×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 것이 바람직하고, 0.5×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 것이 보다 바람직하다.
상기 땜납 입자를, 상기 진공 조건에서 보관하기 위해서, 진공 펌프 등을 사용하여 상기 보관 용기 내를 감압하여 보관하는 것이 바람직하다.
상기 보관 용기는, 냉장 보관, 냉동 보관, 및 진공 보관에 견딜 수 있는 용기이면 특별히 한정되지 않는다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 보관 용기는, 산소의 침입을 방지할 수 있는 용기인 것이 바람직하고, 밀폐성이 좋은 용기인 것이 바람직하다. 상기 보관 용기로서는, 알루미늄 팩 등을 들 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 보관 용기 내의 산소 농도가 제어되어 있는 것이 바람직하다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 보관 용기 내의 산소 농도는, 200ppm 이하인 것이 바람직하고, 100ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 보관 용기 내의 산소 농도를 제어하는 방법으로서는, 상기 보관 용기 내를 질소 치환하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 보관 용기 내의 산소 농도는, 산소 농도계를 사용하여 구할 수 있다. 산소 농도계로서는, 신코스모스 덴키사제 「XO-326IIsA」 등을 들 수 있다.
(도전 재료 및 도전 재료의 제조 방법)
본 발명에 관계되는 도전 재료는, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 포함한다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 본 발명에 관계되는 도전 재료에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하이다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법은, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 혼합하여 도전 재료를 얻는 혼합 공정을 구비한다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인 도전 재료를 얻는다.
본 발명에 관계되는 도전 재료 및 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 땜납 입자가 사용된다. 상기 땜납 입자는, 상술한 땜납 입자인 것이 바람직하다. 본 발명에 관계되는 도전 재료 및 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상술한 땜납 입자가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 관계되는 도전 재료 및 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 효과적으로 높일 수 있다.
땜납 입자의 입자경이 35㎛ 정도인 땜납 입자를 포함하는 종래의 도전 재료와 비교하여, 땜납 입자의 입자경이 10㎛ 이하인 땜납 입자를 포함하는 도전 재료에서는, 도전 접속 시에, 접속되어야 할 상하의 전극 사이에 땜납 입자를 효율적으로 응집시킬 수 없다는 과제가 있었다. 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 땜납 입자의 소입자경화에 수반하여, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막이 상대적으로 두꺼워지는 것, 및 땜납 입자의 표면적의 증가에 따른 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막의 함유량이 증가하는 것이, 상기 과제의 원인임을 알아냈다. 또한, 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어함으로써 상기 과제를 해결할 수 있음을 알아냈다. 본 발명에서는, 땜납 입자를 소입자경화하고 있음에도 불구하고, 상기 땜납 입자의 전극 상으로의 이동이 충분히 진행하여, 접속되어야 할 전극 사이에 땜납을 효율적으로 응집시킬 수 있어, 도통 신뢰성 및 절연 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어함으로써, 땜납 입자를 전극 상에 효율적으로 응집시킬 수 있으므로, 도전 재료 중의 플럭스의 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 없다. 그 결과, 도전 재료 중에 있어서의 열경화성 성분과 플럭스의 반응을 효과적으로 억제할 수 있어, 도전 재료의 보존 안정성을 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 융점(활성 온도)은 도전 재료 중에 있어서의 열경화성 성분의 Tg보다도 낮은 경우가 많고, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 함유량이 많아질수록, 도전 재료의 경화물의 내열성이 저하되는 경향이 있다. 본 발명에서는, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 없으므로, 도전 재료의 경화물의 내열성을 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 도전 재료 중에 있어서의 플럭스의 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 없으므로, 도전 재료의 경화물 중의 보이드의 발생을 효과적으로 억제할 수 있어, 도전 재료의 경화 불량의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 구성이 구비되어 있으므로, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 높이는 것과, 도전 재료의 보존 안정성을 높이는 것과, 도전 재료의 경화물의 내열성을 높이는 것의, 이들 모두의 요구를 충족시킬 수 있다.
본 발명에서는, 상기와 같은 효과를 얻기 위해서, 땜납 입자의 표면에 존재하는 산화 피막을 특정한 두께로 제어하는 것은 크게 기여한다.
또한, 본 발명에서는, 전극 간의 위치 어긋남을 방지할 수 있다. 본 발명에서는, 도전 재료를 상면에 배치한 제1 접속 대상 부재에, 제2 접속 대상 부재를 중첩하는 때에, 제1 접속 대상 부재의 전극과 제2 접속 대상 부재의 전극의 얼라인먼트가 어긋난 상태에서도, 그 어긋남을 보정하여 전극끼리를 접속시킬 수 있다(셀프 얼라인먼트 효과).
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료는, 25℃에서 액상인 것이 바람직하고, 도전 페이스트인 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 25℃ 및 5rpm에서의 점도(η25(5rpm))는 바람직하게는 10Pa·s 이상, 보다 바람직하게는 30Pa·s 이상, 더욱 바람직하게는 50Pa·s 이상, 특히 바람직하게는 100Pa·s 이상이다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 25℃, 5rpm에서의 점도(η25(5rpm))는 바람직하게는 600Pa·s 이하, 보다 바람직하게는 400Pa·s 이하, 더욱 바람직하게는 300Pa·s 이하, 더한층 바람직하게는 250Pa·s 이하, 특히 바람직하게 200Pa·s 이하이다. 상기 점도(η25(5rpm))는 배합 성분의 종류 및 배합량에 의해 적절히 조정할 수 있다.
상기 점도(η25(5rpm))는 예를 들어, E형 점도계(도끼 산교사제 「TVE22L」) 등을 사용하여, 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정할 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 20℃ 및 5rpm에서의 점도(η20(5rpm))는 바람직하게는 10Pa·s 이상, 보다 바람직하게는 30Pa·s 이상이며, 바람직하게는 600Pa·s 이하, 보다 바람직하게는 400Pa·s 이하이다. 상기 점도(η20(5rpm))는 배합 성분의 종류 및 배합량에 의해 적절히 조정할 수 있다.
상기 점도(η20(5rpm))는 예를 들어, E형 점도계(도끼 산교사제 「TVE22L」) 등을 사용하여, 20℃ 및 5rpm의 조건에서 측정할 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건에서 측정한 상기 도전 재료의 점도(η25(0.5rpm))는 바람직하게는 50Pa·s 이상, 보다 바람직하게는 100Pa·s 이상이며, 바람직하게는 400Pa·s 이하, 보다 바람직하게는 300Pa·s 이하이다. 상기 점도(η25(0.5rpm))는 배합 성분의 종류 및 배합량에 의해 적절히 조정할 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정한 상기 도전 재료의 점도(η25(5rpm))는 바람직하게는 50Pa·s 이상, 보다 바람직하게는 100Pa·s 이상이며, 바람직하게는 250Pa·s 이하, 보다 바람직하게는 200Pa·s 이하이다. 상기 점도(η25(5rpm))는 배합 성분의 종류 및 배합량에 의해 적절히 조정할 수 있다.
상기 E형 점도계로서는, 도끼 산교사제 「TVE22L」 등을 들 수 있다.
E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건에서 측정한 상기 도전 재료의 점도를, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정한 상기 도전 재료의 점도로 나눈 틱소트로픽 인덱스(η25(0.5rpm)/η25(5rpm))는 바람직하게는 1.1 이상, 보다 바람직하게는 1.5 이상이다. E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건에서 측정한 상기 도전 재료의 점도를, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정한 상기 도전 재료의 점도로 나눈 틱소트로픽 인덱스(η25(0.5rpm)/η25(5rpm))는 바람직하게는 5 이하, 보다 바람직하게는 4 이하, 더욱 바람직하게는 3 이하이다. 상기 틱소트로픽 인덱스(η25(0.5rpm)/η25(5rpm))가 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다.
상기 도전 재료는, 도전 페이스트 및 도전 필름 등으로서 사용될 수 있다. 상기 도전 페이스트는 이방성 도전 페이스트인 것이 바람직하고, 상기 도전 필름은 이방성 도전 필름인 것이 바람직하다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료는, 도전 페이스트인 것이 바람직하다. 상기 도전 재료는, 전극의 전기적인 접속에 적합하게 사용된다. 상기 도전 재료는, 회로 접속 재료인 것이 바람직하다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법은, 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 혼합하여 도전 재료를 얻는 혼합 공정을 구비한다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법은, 상기 땜납 입자를 보관하는 보관 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 보관 공정은, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는 공정인 것이 바람직하다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 보관 공정은, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 1×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 공정인 것이 바람직하다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자는, 상기 보관 공정에 의해 보관된 땜납 입자인 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 땜납 입자의 보관 방법은, 냉장 보관이어도 되고, 냉동 보관이어도 된다.
단, 본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 예를 들어, 땜납 입자를 보관 용기에 넣어서, 10℃ 이상 50℃ 이하의 조건에서 보관해도 된다. 본 발명에 관계되는 땜납 입자는, 10℃ 이상 45℃ 이하에서 보관해도 되고, 20℃ 이상에서 보관해도 되고, 25℃ 이상에서 보관해도 되고, 40℃ 이하에서 보관해도 되고, 30℃ 이하에서 보관해도 된다. 상기 땜납 입자의 보관 방법은, 상온 이하에서의 보관인 것이 바람직하고, 상온 미만에서의 보관인 것이 바람직하다.
본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자는, 상술한 땜납 입자인 것이 바람직하다. 본 발명에 관계되는 도전 재료의 제조 방법에서는, 상기 땜납 입자는, 상술한 땜납 입자의 보관 방법에 의해 보관된 땜납 입자여도 된다.
상기 혼합 공정에 있어서, 상기 열경화성 성분과, 상기 땜납 입자를 혼합하는 방법은, 종래 공지된 분산 방법을 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 상기 열경화성 성분에 상기 땜납 입자를 분산시키는 방법으로서는, 이하의 방법을 들 수 있다. 상기 열경화성 성분 중에 상기 땜납 입자를 첨가한 후, 플라네터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법. 상기 땜납 입자를 물 또는 유기 용제 중에 균질기 등을 사용하여 균일하게 분산시킨 후, 상기 열경화성 성분 중에 첨가하고, 플라네터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법. 상기 열경화성 성분을 물 또는 유기 용제 등으로 희석한 후, 상기 땜납 입자를 첨가하고, 플라네터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 혼합 공정에서는, 상기 땜납 입자가 과도하게 산화되지 않도록, 산소 농도가 제어되어 있는 것이 바람직하다. 상기 산소 농도를 제어하는 방법으로서는, 상기 혼합 공정을 질소 분위기 중에서 실시하는 방법 등을 들 수 있다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 혼합 공정에서의 산소 농도는, 200ppm 이하인 것이 바람직하고, 100ppm 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 혼합 공정에서의 산소 농도는, 산소 농도계를 사용하여 구할 수 있다. 산소 농도계로서는, 신코스모스 덴키사제 「XO-326IIsA」 등을 들 수 있다.
도전 재료 100중량％ 중, 상기 땜납 입자의 함유량은, 바람직하게는 30중량％ 이상, 보다 바람직하게는 50중량％ 이상이며, 바람직하게는 80중량％ 이하, 보다 바람직하게는 70중량％ 이하이다. 상기 땜납 입자의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 전극 상에 땜납을 보다 한층 효율적으로 배치하는 것이 용이해서, 도통 신뢰성이 보다 한층 효과적으로 높아진다. 도통 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 땜납 입자의 함유량은 많은 편이 바람직하다.
(도전 재료의 보관 방법)
본 발명에 관계되는 도전 재료의 보관 방법은, 상술한 도전 재료를 보관하기 위한 방법인 것이 바람직하다. 상술한 도전 재료는, 본 발명에 관계되는 도전 재료의 보관 방법에 의해 보관되는 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 보관 방법에 대해서는, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣어서, -40℃ 이상 10℃ 이하의 조건에서 보관하거나, 또는, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣어서, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 보관 방법은, 냉장 보관이어도 되고, 냉동 보관이어도 된다.
단, 본 발명에 관계되는 도전 재료는, 10℃ 이상 45℃ 이하에서 보관해도 되고, 20℃ 이상에서 보관해도 되고, 25℃ 이상에서 보관해도 되고, 40℃ 이하에서 보관해도 되고, 30℃ 이하에서 보관해도 된다. 본 발명에 관계되는 도전 재료는, -20℃ 이상에서 보관해도 되고, -10℃ 이상에서 보관해도 되고, 50℃ 이하에서 보관해도 되고, 10℃ 이하에서 보관해도 된다. 상기 도전 재료의 보관 방법은, 상온 이하에서의 보관인 것이 바람직하고, 상온 미만에서의 보관인 것이 바람직하다.
상기 도전 재료를 상기 온도 조건에서 보관하기 위해서, 냉장고, 냉동고, 및 항온조 등을 사용할 수 있다. 상기 도전 재료를 넣은 보관 용기를, 상기 바람직한 온도 조건으로 설정한 항온조 내에서 보관하는 것이 바람직하다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 보관 방법에 대해서는, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣어서, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는 것이 바람직하다.
상기 불활성 가스로서는, 아르곤 가스 및 질소 가스 등을 들 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 도전 재료의 보관 방법에 대해서는, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣어서, 0.8×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 것이 바람직하고, 0.5×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 것이 보다 바람직하다.
상기 도전 재료를, 상기 진공 조건에서 보관하기 위해서, 진공 펌프 등을 사용하여 상기 보관 용기 내를 감압하여 보관하는 것이 바람직하다.
상기 보관 용기는, 냉장 보관, 및 냉동 보관에 견딜 수 있는 용기이면 특별히 한정되지 않는다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 보관 용기는, 산소의 침입을 방지할 수 있는 용기인 것이 바람직하고, 밀폐성이 좋은 용기인 것이 바람직하다. 상기 보관 용기로서는, 알루미늄 팩 등을 들 수 있다.
도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 보관 용기 내의 산소 농도가 제어되어 있는 것이 바람직하다. 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 보관 용기 내의 산소 농도는, 200ppm 이하인 것이 바람직하고, 100ppm 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 보관 용기 내의 산소 농도를 제어하는 방법으로서는, 상기 보관 용기 내를 질소 치환하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 보관 용기 내의 산소 농도는, 산소 농도계를 사용하여 구할 수 있다. 산소 농도계로서는, 신코스모스 덴키사제 「XO-326IIsA」 등을 들 수 있다.
이하, 도전 재료의 다른 상세를 설명한다.
(열경화성 성분)
상기 열경화성 성분은 특별히 한정되지 않는다. 상기 열경화성 성분은, 가열에 의해 경화 가능한 열경화성 화합물과, 열경화제를 포함하고 있어도 된다.
(열경화성 성분: 열경화성 화합물)
상기 열경화성 화합물로서는, 옥세탄 화합물, 에폭시 화합물, 에피술피드 화합물, (메트)아크릴 화합물, 페놀 화합물, 아미노 화합물, 불포화 폴리에스테르 화합물, 폴리우레탄 화합물, 실리콘 화합물 및 폴리이미드 화합물 등을 들 수 있다. 도전 재료의 경화성 및 점도를 보다 한층 양호하게 하는 관점, 도통 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점, 및 절연 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 에폭시 화합물 또는 에피술피드 화합물이 바람직하고, 에폭시 화합물이 보다 바람직하다. 상기 열경화성 성분은, 에폭시 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 열경화성 성분은, 에폭시 화합물과, 경화제를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 열경화성 성분은, 1종만이 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다.
상기 에폭시 화합물은, 적어도 1개의 에폭시기를 갖는 화합물이다. 상기 에폭시 화합물로서는, 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 비스페놀 F형 에폭시 화합물, 비스페놀 S형 에폭시 화합물, 페놀노볼락형 에폭시 화합물, 비페닐형 에폭시 화합물, 비페닐노볼락형 에폭시 화합물, 비페놀형 에폭시 화합물, 레조르시놀형 에폭시 화합물, 나프탈렌형 에폭시 화합물, 플루오렌형 에폭시 화합물, 벤조페논형 에폭시 화합물, 페놀아르알킬형 에폭시 화합물, 나프톨아르알킬형 에폭시 화합물, 디시클로펜타디엔형 에폭시 화합물, 안트라센형 에폭시 화합물, 아다만탄 골격을 갖는 에폭시 화합물, 트리시클로데칸 골격을 갖는 에폭시 화합물, 나프틸렌에테르형 에폭시 화합물, 및 트리아진핵을 골격에 갖는 에폭시 화합물 등을 들 수 있다. 상기 에폭시 화합물은 1종만이 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다.
상기 에폭시 화합물로서는, 레조르시놀형 에폭시 화합물, 나프탈렌형 에폭시 화합물, 비페닐형 에폭시 화합물, 벤조페논형 에폭시 화합물, 및 페놀노볼락형 에폭시 화합물 등의 방향족 에폭시 화합물이 바람직하다. 상기 에폭시 화합물의 용융 온도는, 땜납의 융점 이하인 것이 바람직하다. 상기 에폭시 화합물의 용융 온도는, 바람직하게는 100℃ 이하, 보다 바람직하게는 80℃ 이하, 더욱 바람직하게는 40℃ 이하이다. 상기 바람직한 에폭시 화합물을 사용함으로써 접속 대상 부재를 접합한 단계에서는, 점도가 높고, 반송 등의 충격에 의해 가속도가 부여되었을 때에, 제1 접속 대상 부재와, 제2 접속 대상 부재의 위치 어긋남을 억제할 수 있다. 또한, 경화 시의 열에 의해 점도를 크게 저하시킬 수 있어, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다.
경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 열경화성 성분은, 이소시아누르 골격을 갖는 열경화성 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 이소시아누르 골격을 갖는 열경화성 화합물로서는 트리이소시아누레이트형 에폭시 화합물 등을 들 수 있고, 닛산 가가쿠 고교사제 TEPIC 시리즈(TEPIC-G, TEPIC-S, TEPIC-SS, TEPIC-HP, TEPIC-L, TEPIC-PAS, TEPIC-VL, TEPIC-UC) 등을 들 수 있다.
도전 재료 100중량％ 중, 상기 열경화성 화합물의 함유량은, 바람직하게는 20중량％ 이상, 보다 바람직하게는 40중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 50중량％ 이상이며, 바람직하게는 99중량％ 이하, 보다 바람직하게는 98중량％ 이하, 더욱 바람직하게는 90중량％ 이하, 특히 바람직하게는 80중량％ 이하이다. 상기 열경화성 화합물의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, 도전 재료의 경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 내충격성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 열경화성 화합물의 함유량은 많은 편이 바람직하다.
도전 재료 100중량％ 중, 상기 에폭시 화합물의 함유량은, 바람직하게는 20중량％ 이상, 보다 바람직하게는 40중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 50중량％ 이상이며, 바람직하게는 99중량％ 이하, 보다 바람직하게는 98중량％ 이하, 더욱 바람직하게는 90중량％ 이하, 특히 바람직하게는 80중량％ 이하이다. 상기 에폭시 화합물의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 도전 접속 시의 땜납의 응집성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있고, 도전 재료의 경화물의 내열성을 보다 한층 효과적으로 높일 수 있다. 내충격성을 보다 한층 높이는 관점에서는, 상기 에폭시 화합물의 함유량은 많은 편이 바람직하다.
(열경화성 성분: 열경화제)
상기 열경화제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 열경화제는, 상기 열경화성 화합물을 열경화시킨다. 상기 열경화제로서는, 이미다졸 경화제, 아민 경화제, 페놀 경화제, 폴리티올 경화제 등의 티올 경화제, 포스포늄염, 산 무수물 경화제, 열 양이온 개시제(열 양이온 경화제) 및 열 라디칼 발생제 등을 들 수 있다. 상기 열경화제는, 1종만이 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다.
도전 재료를 저온에서 보다 한층 빠르게 경화 가능하게 하는 관점에서는, 상기 열경화제는, 이미다졸 경화제, 티올 경화제, 또는 아민 경화제인 것이 바람직하다. 또한, 상기 열경화성 화합물과 상기 열경화제를 혼합했을 때의 보존 안정성을 높이는 관점에서는, 상기 열경화제는, 잠재성의 열경화제인 것이 바람직하다. 잠재성의 열경화제는, 잠재성 이미다졸 경화제, 잠재성 티올 경화제 또는 잠재성 아민 경화제인 것이 바람직하다. 또한, 상기 열경화제는, 폴리우레탄 수지 또는 폴리에스테르 수지 등의 고분자 물질로 피복되어 있어도 된다.
상기 이미다졸 경화제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 이미다졸 경화제로서는, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸륨트리멜리테이트, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진 및 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진이소시아누르산 부가물, 2-페닐-4,5-디히드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-벤질-5-히드록시메틸이미다졸, 2-파라톨루일-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 2-메타톨루일-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 2-메타톨루일-4,5-디히드록시메틸이미다졸, 2-파라톨루일-4,5-디히드록시메틸이미다졸 등에 있어서의 1H-이미다졸의 5위치의 수소를 히드록시메틸기로, 또한, 2위치의 수소를 페닐기 또는 톨루일기로 치환한 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다.
상기 티올 경화제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 티올 경화제로서는, 트리메틸올프로판트리스-3-머캅토프로피오네이트, 펜타에리트리톨테트라키스-3-머캅토프로피오네이트 및 디펜타에리트리톨헥사-3-머캅토프로피오네이트 등을 들 수 있다.
상기 아민 경화제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 아민 경화제로서는, 헥사메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 3,9-비스(3-아미노프로필)-2,4,8,10-테트라스피로[5.5]운데칸, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 메타페닐렌디아민 및 디아미노디페닐술폰 등을 들 수 있다.
상기 포스포늄염은 특별히 한정되지 않는다. 상기 포스포늄염으로서는, 테트라노르말부틸포스포늄브로마이드, 테트라노르말부틸포스포늄O-O디에틸디티오인산, 메틸트리부틸포스포늄디메틸인산염, 테트라노르말부틸포스포늄벤조트리아졸, 테트라노르말부틸포스포늄테트라플루오로보레이트, 및 테트라노르말부틸포스포늄테트라페닐보레이트 등을 들 수 있다.
상기 산 무수물 경화제는 특별히 한정되지 않고 에폭시 화합물 등의 열경화성 화합물의 경화제로서 사용되는 산 무수물이면 널리 사용할 수 있다. 상기 산 무수물 경화제로서는, 무수 프탈산, 테트라히드로 무수 프탈산, 트리알킬테트라히드로 무수 프탈산, 헥사히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 메틸부테닐테트라히드로 무수 프탈산, 프탈산 유도체의 무수물, 무수 말레산, 무수 나드산, 무수 메틸나드산, 무수 글루타르산, 무수 숙신산, 글리세린비스 무수 트리멜리트산모노아세테이트, 및 에틸렌글리콜비스 무수 트리멜리트산 등의 2관능의 산 무수물 경화제, 무수 트리멜리트산 등의 3관능의 산 무수물 경화제, 그리고, 무수 피로멜리트산, 무수 벤조페논테트라카르복실산, 메틸시클로헥센테트라카르복실산 무수물, 및 폴리아젤라산 무수물 등의 4관능 이상의 산 무수물 경화제 등을 들 수 있다.
상기 열 양이온 개시제(열 양이온 경화제)는 특별히 한정되지 않는다. 상기 열 양이온 개시제(열 양이온 경화제)로서는, 요오도늄계 양이온 경화제, 옥소늄계 양이온 경화제 및 술포늄계 양이온 경화제 등을 들 수 있다. 상기 요오도늄계 양이온 경화제로서는, 비스(4-tert-부틸페닐)요오도늄헥사플루오로포스페이트 등을 들 수 있다. 상기 옥소늄계 양이온 경화제로서는, 트리메틸옥소늄테트라플루오로보레이트 등을 들 수 있다. 상기 술포늄계 양이온 경화제로서는, 트리-p-톨릴술포늄헥사플루오로포스페이트 등을 들 수 있다.
상기 열 라디칼 발생제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 열 라디칼 발생제로서는, 아조 화합물 및 유기 과산화물 등을 들 수 있다. 상기 아조 화합물로서는, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 등을 들 수 있다. 상기 유기 과산화물로서는, 디-tert-부틸퍼옥시드 및 메틸에틸케톤퍼옥시드 등을 들 수 있다.
상기 열경화제의 반응 개시 온도는, 바람직하게는 50℃ 이상, 보다 바람직하게는 70℃ 이상, 더욱 바람직하게는 80℃ 이상이며, 바람직하게는 250℃ 이하, 보다 바람직하게는 200℃ 이하, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하, 특히 바람직하게는 140℃ 이하이다. 상기 열경화제의 반응 개시 온도가, 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 땜납이 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치된다. 상기 열경화제의 반응 개시 온도는, 80℃ 이상 140℃ 이하인 것이 특히 바람직하다.
땜납을 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치하는 관점에서는, 상기 열경화제의 반응 개시 온도는, 상기 땜납 입자에 있어서의 땜납의 융점보다도 높은 것이 바람직하고, 5℃ 이상 높은 것이 보다 바람직하고, 10℃ 이상 높은 것이 더욱 바람직하다.
상기 열경화제의 반응 개시 온도는, DSC에서의 발열 피크의 상승 개시의 온도를 의미한다.
상기 열경화제의 함유량은 특별히 한정되지 않는다. 상기 열경화성 화합물 100중량부에 대하여 상기 열경화제의 함유량은, 바람직하게는 0.01중량부 이상, 보다 바람직하게는 1중량부 이상이며, 바람직하게는 200 중량부 이하, 보다 바람직하게는 100 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 75 중량부 이하이다. 열경화제의 함유량이 상기 하한 이상이면 도전 재료를 충분히 경화시키는 것이 용이하다. 열경화제의 함유량이, 상기 상한 이하이면, 경화 후에 경화에 관여하지 않은 잉여의 열경화제가 잔존하기 어려워지고, 또한 경화물의 내열성이 보다 한층 높아진다.
(플럭스)
상기 도전 재료는, 플럭스를 포함하고 있어도 된다. 플럭스를 사용함으로써 땜납을 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치할 수 있다. 상기 플럭스는 특별히 한정되지 않는다. 상기 플럭스로서, 땜납 접합 등에 일반적으로 사용되고 있는 플럭스를 사용할 수 있다.
상기 플럭스로서는, 염화아연, 염화아연과 무기 할로겐화물의 혼합물, 염화아연과 무기산의 혼합물, 용융염, 인산, 인산의 유도체, 유기 할로겐화물, 히드라진, 아민 화합물, 유기산 및 송지 등을 들 수 있다. 상기 플럭스는, 1종만이 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다.
상기 용융염으로서는, 염화암모늄 등을 들 수 있다. 상기 유기산으로서는, 락트산, 시트르산, 스테아르산, 글루탐산 및 글루타르산 등을 들 수 있다. 상기 송지로서는, 활성화 송지 및 비활성화 송지 등을 들 수 있다. 상기 플럭스는, 카르복실기를 2개 이상 갖는 유기산, 또는 송지인 것이 바람직하다. 상기 플럭스는, 카르복실기를 2개 이상 갖는 유기산이어도 되고, 송지여도 된다. 카르복실기를 2개 이상 갖는 유기산, 송지의 사용에 의해, 전극 간의 도통 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
상기 카르복실기를 2개 이상 갖는 유기산으로서는, 예를 들어, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 및 세바스산 등을 들 수 있다.
상기 아민 화합물로서는, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, 벤질아민, 벤즈히드릴아민, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 페닐이미다졸, 카르복시벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 및 카르복시벤조트리아졸 등을 들 수 있다.
상기 송지는 아비에트산을 주성분으로 하는 로진류이다. 상기 로진류로서는, 아비에트산, 및 아크릴 변성 로진 등을 들 수 있다. 플럭스는 로진류인 것이 바람직하고, 아비에트산인 것이 보다 바람직하다. 이 바람직한 플럭스의 사용에 의해, 전극 간의 도통 신뢰성이 보다 한층 높아진다.
상기 플럭스의 활성 온도(융점)는 바람직하게는 50℃ 이상, 보다 바람직하게는 70℃ 이상, 더욱 바람직하게는 80℃ 이상이며, 바람직하게는 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 190℃ 이하, 보다 한층 바람직하게는 160℃ 이하, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하, 더한층 바람직하게는 140℃ 이하이다. 상기 플럭스의 활성 온도가, 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 플럭스 효과가 보다 한층 효과적으로 발휘되어, 땜납이 전극 상에 보다 한층 균일하게 배치된다. 상기 플럭스의 활성 온도(융점)는 80℃ 이상 190℃ 이하인 것이 바람직하다. 상기 플럭스의 활성 온도(융점)는 80℃ 이상 140℃ 이하인 것이 특히 바람직하다.
플럭스의 활성 온도(융점)가 80℃ 이상 190℃ 이하인 상기 플럭스로서는, 숙신산(융점 186℃), 글루타르산(융점 96℃), 아디프산(융점 152℃), 피멜산(융점 104℃), 수베르산(융점 142℃) 등의 디카르복실산, 벤조산(융점 122℃), 말산(융점 130℃) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 플럭스의 비점은 200℃ 이하인 것이 바람직하다.
땜납을 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치하는 관점에서는, 상기 플럭스의 융점은, 상기 땜납 입자에 있어서의 땜납의 융점보다도 높은 것이 바람직하고, 5℃ 이상 높은 것이 보다 바람직하고, 10℃ 이상 높은 것이 더욱 바람직하다.
땜납을 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치하는 관점에서는, 상기 플럭스의 융점은, 상기 열경화제의 반응 개시 온도보다도 높은 것이 바람직하고, 5℃ 이상 높은 것이 보다 바람직하고, 10℃ 이상 높은 것이 더욱 바람직하다.
상기 플럭스는, 도전 재료 중에 분산되어 있어도 되고, 상기 땜납 입자의 표면 상에 부착되어 있어도 된다.
플럭스의 융점이 땜납의 융점보다 높은 것에 의해, 전극 부분에 땜납 입자를 효율적으로 응집시킬 수 있다. 이것은, 접합 시에 열을 부여한 경우, 접속 대상 부재 상에 형성된 전극과, 전극 주변의 접속 대상 부재의 부분을 비교하면, 전극 부분의 열전도율이 전극 주변의 접속 대상 부재 부분의 열전도율보다도 높은 것에 의해, 전극 부분의 승온이 빠른 것에 기인한다. 땜납 입자의 융점을 초과한 단계에서는, 땜납 입자의 내부는 용해되지만, 표면에 형성된 산화 피막은, 플럭스의 융점(활성 온도)에 달해 있지 않으므로, 제거되지 않는다. 이 상태에서, 전극 부분의 온도가 먼저, 플럭스의 융점(활성 온도)에 달하기 때문에, 우선적으로 전극 상으로 이동한 땜납 입자의 표면의 산화 피막이 제거되어, 땜납 입자가 전극의 표면 상으로 번질 수 있다. 이에 의해, 전극 상에 효율적으로 땜납 입자를 응집시킬 수 있다.
상기 플럭스는, 가열에 의해 양이온을 방출하는 플럭스인 것이 바람직하다. 가열에 의해 양이온을 방출하는 플럭스의 사용에 의해, 땜납을 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치할 수 있다.
상기 가열에 의해 양이온을 방출하는 플럭스로서는, 상기 열 양이온 개시제(열 양이온 경화제)를 들 수 있다.
전극 상에 땜납을 보다 한층 효율적으로 배치하는 관점, 절연 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점, 및 도통 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 플럭스는, 산 화합물과 염기 화합물의 염인 것이 바람직하다.
상기 산 화합물은, 카르복실기를 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 상기 산 화합물로서는, 지방족계 카르복실산인 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 시트르산, 말산, 환상 지방족 카르복실산인 시클로헥실카르복실산, 1,4-시클로헥실디카르복실산, 방향족 카르복실산인 이소프탈산, 테레프탈산, 트리멜리트산, 및 에틸렌디아민4아세트산 등을 들 수 있다. 전극 상에 땜납을 보다 한층 효율적으로 배치하는 관점, 절연 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점, 및 도통 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 산 화합물은, 글루타르산, 시클로헥실카르복실산, 또는 아디프산인 것이 바람직하다.
상기 염기 화합물은, 아미노기를 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 상기 염기 화합물로서는, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 에틸디에탄올아민, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, 벤질아민, 벤즈히드릴아민, 2-메틸벤질아민, 3-메틸벤질아민, 4-tert-부틸벤질아민, N-메틸벤질아민, N-에틸벤질아민, N-페닐벤질아민, N-tert-부틸벤질아민, N-이소프로필벤질아민, N,N-디메틸벤질아민, 이미다졸 화합물, 및 트리아졸 화합물을 들 수 있다. 전극 상에 땜납을 보다 한층 효율적으로 배치하는 관점, 절연 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점, 및 도통 신뢰성을 보다 한층 효과적으로 높이는 관점에서는, 상기 염기 화합물은 벤질아민인 것이 바람직하다.
도전 재료 100중량％ 중, 상기 플럭스의 함유량은, 바람직하게는 0.5중량％ 이상이며, 바람직하게는 30중량％ 이하, 보다 바람직하게는 25중량％ 이하이다. 상기 도전 재료는, 플럭스를 포함하고 있지 않아도 된다. 상기 플럭스의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 땜납 및 전극의 표면에 산화 피막이 보다 한층 형성되기 어려워지고, 또한, 땜납 및 전극의 표면에 형성된 산화 피막을 보다 한층 효과적으로 제거할 수 있다.
(필러)
본 발명에 관계되는 도전 재료는 필러를 포함하고 있어도 된다. 필러는, 유기 필러여도 되고, 무기 필러여도 된다. 상기 도전 재료가 필러를 포함함으로써, 기판의 전체 전극 상에 대하여 땜납을 균일하게 응집시킬 수 있다.
상기 도전 재료는, 상기 필러를 포함하지 않거나, 또는 상기 필러를 5중량％ 이하로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 열경화성 화합물을 사용하고 있는 경우에는, 필러의 함유량이 적을수록, 전극 상에는 땜납이 이동하기 쉬워진다.
도전 재료 100중량％ 중, 상기 필러의 함유량은, 바람직하게는 0중량％(미 함유) 이상이며, 바람직하게는 5중량％ 이하, 보다 바람직하게는 2중량％ 이하, 더욱 바람직하게는 1중량％ 이하이다. 상기 필러의 함유량이 상기 하한 이상 및 상기 상한 이하이면, 땜납이 전극 상에 보다 한층 효율적으로 배치된다.
(다른 성분)
상기 도전 재료는, 필요에 따라, 예를 들어, 충전제, 증량제, 연화제, 가소제, 틱소제, 레벨링제, 중합 촉매, 경화 촉매, 착색제, 산화 방지제, 열 안정제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 활제, 대전 방지제 및 난연제 등의 각종 첨가제를 포함하고 있어도 된다.
(접속 구조체 및 접속 구조체의 제조 방법)
본 발명에 관계되는 접속 구조체는, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1 접속 대상 부재와, 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비한다. 본 발명에 관계되는 접속 구조체에서는, 상기 접속부의 재료가 상술한 땜납 입자를 포함한다. 본 발명에 관계되는 접속 구조체에서는, 상기 접속부의 재료가 상술한 도전 재료이다. 본 발명에 관계되는 접속 구조체에서는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
본 발명에 관계되는 접속 구조체의 제조 방법은, 상술한 땜납 입자를 포함하는 도전 재료 또는 상술한 도전 재료를 사용하여, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재의 표면 상에 상기 도전 재료를 배치하는 공정을 구비한다. 본 발명에 관계되는 접속 구조체의 제조 방법은, 상기 도전 재료의 상기 제1 접속 대상 부재측과는 반대인 표면 상에, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재를, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하도록 배치하는 공정을 구비한다. 본 발명에 관계되는 접속 구조체의 제조 방법은, 상기 땜납 입자의 융점 이상으로 상기 도전 재료를 가열함으로써, 상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 상기 도전 재료에 의해 형성하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속하는 공정을 구비한다.
본 발명에 관계되는 접속 구조체 및 접속 구조체의 제조 방법에서는, 특정한 땜납 입자 또는 특정한 도전 재료를 사용하고 있으므로, 땜납 입자를 전극 상에 효율적으로 배치할 수 있어, 제1 전극과 제2 전극 사이에 모이기 쉬워, 땜납 입자를 전극(라인) 상에 효율적으로 응집시킬 수 있다. 또한, 땜납 입자의 일부가, 전극이 형성되어 있지 않은 영역(스페이스)에 배치되기 어려워, 전극이 형성되어 있지 않은 영역에 배치되는 땜납 입자의 양을 상당히 적게 할 수 있다. 따라서, 제1 전극과 제2 전극 간의 도통 신뢰성을 높일 수 있다. 게다가, 접속되어서는 안되는 가로 방향으로 인접하는 전극 간의 전기적인 접속을 방지할 수 있어, 절연 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 전극 상에 땜납을 효율적으로 배치하고, 또한 전극이 형성되어 있지 않은 영역에 배치되는 땜납의 양을 상당히 적게 하기 위해서는, 상기 도전 재료는, 도전 필름이 아니라, 도전 페이스트를 사용하는 것이 바람직하다.
전극 사이에서의 땜납부의 두께는, 바람직하게는 10㎛ 이상, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상이며, 바람직하게는 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 80㎛ 이하이다. 전극의 표면 상의 땜납 습윤 면적(전극이 노출된 면적 100％ 중의 땜납이 접하고 있는 면적)은 바람직하게는 50％ 이상, 보다 바람직하게는 70％ 이상이며, 바람직하게는 100％ 이하이다.
본 발명에 관계되는 접속 구조체의 제조 방법에서는, 상기 제2 접속 대상 부재를 배치하는 공정 및 상기 접속부를 형성하는 공정에 있어서, 가압을 행하지 않고, 상기 도전 재료에는, 상기 제2 접속 대상 부재의 중량이 가해지는 것이 바람직하다. 본 발명에 관계되는 접속 구조체의 제조 방법에서는, 상기 제2 접속 대상 부재를 배치하는 공정 및 상기 접속부를 형성하는 공정에 있어서, 상기 도전 재료에는, 상기 제2 접속 대상 부재의 중량의 힘을 초과하는 가압 압력은 가해지지 않는 것이 바람직하다. 이들 경우에는, 복수의 땜납부에 있어서, 땜납량의 균일성을 보다 한층 높일 수 있다. 또한, 땜납부의 두께를 보다 한층 효과적으로 두껍게 할 수 있고, 복수의 땜납 입자가 전극 사이에 많이 모이기 쉬워져, 복수의 땜납 입자를 전극(라인) 상에 보다 한층 효율적으로 배치할 수 있다. 또한, 복수의 땜납 입자의 일부가, 전극이 형성되어 있지 않은 영역(스페이스)에 배치되기 어려워, 전극이 형성되어 있지 않은 영역에 배치되는 땜납 입자에 있어서의 땜납의 양을 보다 한층 적게 할 수 있다. 따라서, 전극 간의 도통 신뢰성을 보다 한층 높일 수 있다. 게다가, 접속되어서는 안되는 가로 방향으로 인접하는 전극 간의 전기적인 접속을 보다 한층 방지할 수 있어, 절연 신뢰성을 보다 한층 높일 수 있다.
또한, 도전 필름이 아니라, 도전 페이스트를 사용하면, 도전 페이스트의 도포량에 의해, 접속부 및 땜납부의 두께를 조정하는 것이 용이해진다. 한편, 도전 필름에서는, 접속부의 두께를 변경하거나, 조정하거나 하기 위해서는, 상이한 두께의 도전 필름을 준비하거나, 소정의 두께의 도전 필름을 준비하거나 해야 한다는 문제가 있다. 또한, 도전 필름에서는, 도전 페이스트와 비교하여, 땜납의 용융 온도에서, 도전 필름의 용융 점도를 충분히 낮출 수 없어, 땜납 입자의 응집이 저해되기 쉬운 경향이 있다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 도전 재료를 사용하여 얻어지는 접속 구조체를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시하는 접속 구조체(1)는 제1 접속 대상 부재(2)와, 제2 접속 대상 부재(3)와, 제1 접속 대상 부재(2)와 제2 접속 대상 부재(3)를 접속하고 있는 접속부(4)를 구비한다. 접속부(4)는 상술한 도전 재료에 의해 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 상기 도전 재료는, 열경화성 화합물과, 열경화제와, 땜납 입자를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 도전 재료로서 도전 페이스트가 사용되고 있다.
접속부(4)는 복수의 땜납 입자가 모여 서로 접합된 땜납부(4A)와, 열경화성 화합물이 열경화된 경화물부(4B)를 갖는다.
제1 접속 대상 부재(2)는 표면(상면)에 복수의 제1 전극(2a)을 갖는다. 제2 접속 대상 부재(3)는 표면(하면)에 복수의 제2 전극(3a)을 갖는다. 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a)이 땜납부(4A)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 제1 접속 대상 부재(2)와 제2 접속 대상 부재(3)가 땜납부(4A)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 접속부(4)에 있어서, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 모인 땜납부(4A)와는 상이한 영역(경화물부(4B) 부분)에서는, 땜납 입자는 존재하지 않는다. 땜납부(4A)와는 상이한 영역(경화물부(4B) 부분)에서는, 땜납부(4A)와 이격된 땜납 입자는 존재하지 않는다. 또한, 소량이면, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 모인 땜납부(4A)와는 상이한 영역(경화물부(4B) 부분)에 땜납 입자가 존재하고 있어도 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 접속 구조체(1)에서는, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 복수의 땜납 입자가 모이고, 복수의 땜납 입자가 용융된 후, 땜납 입자의 용융물이 전극의 표면을 번진 후에 고화하여, 땜납부(4A)가 형성되어 있다. 이 때문에, 땜납부(4A)와 제1 전극(2a), 그리고 땜납부(4A)와 제2 전극(3a)의 접속 면적이 커진다. 즉, 땜납 입자를 사용함으로써, 도전성의 외표면이 니켈, 금 또는 구리 등의 금속인 도전성 입자를 사용한 경우와 비교하여, 땜납부(4A)와 제1 전극(2a), 그리고 땜납부(4A)와 제2 전극(3a)의 접촉 면적이 커진다. 이에 의해서도, 접속 구조체(1)에 있어서의 도통 신뢰성 및 접속 신뢰성이 높아진다. 또한, 도전 재료에 플럭스가 포함되는 경우에, 플럭스는, 일반적으로, 가열에 의해 점차 실활한다.
또한, 도 1에 도시하는 접속 구조체(1)에서는, 땜납부(4A)의 모두가, 제1, 제2 전극(2a, 3a) 사이의 대향하고 있는 영역에 위치하고 있다. 도 3에 도시하는 변형예의 접속 구조체(1X)는, 접속부(4X)만이, 도 1에 도시하는 접속 구조체(1)와 상이하다. 접속부(4X)는, 땜납부(4XA)와 경화물부(4XB)를 갖는다. 접속 구조체(1X)와 같이, 땜납부(4XA)의 대부분이, 제1, 제2 전극(2a, 3a)이 대향하고 있는 영역에 위치하고 있고, 땜납부(4XA)의 일부가 제1, 제2 전극(2a, 3a)이 대향하고 있는 영역으로부터 측방으로 비어져 나와 있어도 된다. 제1, 제2 전극(2a, 3a)이 대향하고 있는 영역으로부터 측방으로 비어져 나와 있는 땜납부(4XA)는, 땜납부(4XA)의 일부이며, 땜납부(4XA)로부터 이격된 땜납 입자가 아니다. 또한, 본 실시 형태에서는, 땜납부로부터 이격된 땜납 입자의 양을 적게 할 수 있지만, 땜납부로부터 이격된 땜납 입자가 경화물부 중에 존재하고 있어도 된다.
땜납 입자의 사용량을 적게 하면, 접속 구조체(1)를 얻는 것이 용이해진다. 땜납 입자의 사용량을 많게 하면, 접속 구조체(1X)를 얻는 것이 용이해진다.
접속 구조체(1, 1X)에서는, 제1 전극(2a)과 접속부(4, 4X)와 제2 전극(3a)의 적층 방향으로 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a)의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a)의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의 50％ 이상에, 접속부(4, 4X) 중의 땜납부(4A, 4XA)가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 접속부(4, 4X) 중의 땜납부(4A, 4XA)가 상기 바람직한 형태를 충족함으로써, 도통 신뢰성을 보다 한층 높일 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의 50％ 이상에, 상기 접속부 중의 땜납부가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의 60％ 이상에, 상기 접속부 중의 땜납부가 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의 70％ 이상에, 상기 접속부 중의 땜납부가 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의 80％ 이상에, 상기 접속부 중의 땜납부가 배치되어 있는 것이 특히 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의 90％ 이상에, 상기 접속부 중의 땜납부가 배치되어 있는 것이 가장 바람직하다. 상기 접속부 중의 땜납부가 상기 바람직한 형태를 충족함으로써, 도통 신뢰성을 보다 한층 높일 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분에, 상기 접속부 중의 땜납부의 60％ 이상이 배치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분에, 상기 접속부 중의 땜납부의 70％ 이상이 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분에, 상기 접속부 중의 땜납부의 90％ 이상이 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분에, 상기 접속부 중의 땜납부의 95％ 이상이 배치되어 있는 것이 특히 바람직하다. 상기 제1 전극과 상기 접속부와 상기 제2 전극의 적층 방향과 직교하는 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 서로 대향하는 부분에, 상기 접속부 중의 땜납부의 99％ 이상이 배치되어 있는 것이 가장 바람직하다. 상기 접속부 중의 땜납부가 상기 바람직한 형태를 충족함으로써, 도통 신뢰성을 보다 한층 높일 수 있다.
이어서, 도 2에서는, 본 발명의 일 실시 형태에 관계되는 도전 재료를 사용하여, 접속 구조체(1)를 제조하는 방법의 일례를 설명한다.
우선, 제1 전극(2a)을 표면(상면)에 갖는 제1 접속 대상 부재(2)를 준비한다. 이어서, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 접속 대상 부재(2)의 표면 상에, 열경화성 성분(11B)과, 복수의 땜납 입자(11A)를 포함하는 도전 재료(11)를 배치한다(제1 공정). 사용한 도전 재료(11)는 열경화성 성분(11B)으로서, 열경화성 화합물과 열경화제를 포함한다.
제1 접속 대상 부재(2)의 제1 전극(2a)이 마련된 표면 상에 도전 재료(11)를 배치한다. 도전 재료(11)의 배치 후에, 땜납 입자(11A)는 제1 전극(2a)(라인) 상과, 제1 전극(2a)이 형성되어 있지 않은 영역(스페이스) 상의 양쪽에 배치되어 있다.
도전 재료(11)의 배치 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 디스펜서에 의한 도포, 스크린 인쇄, 및 잉크젯 장치에 의한 토출 등을 들 수 있다.
또한, 제2 전극(3a)을 표면(하면)에 갖는 제2 접속 대상 부재(3)를 준비한다. 이어서, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 접속 대상 부재(2)의 표면 상의 도전 재료(11)에 있어서, 도전 재료(11)의 제1 접속 대상 부재(2)측과는 반대측의 표면 상에 제2 접속 대상 부재(3)를 배치한다(제2 공정). 도전 재료(11)의 표면 상에, 제2 전극(3a) 측부터 제2 접속 대상 부재(3)를 배치한다. 이때, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a)을 대향시킨다.
이어서, 땜납 입자(11A)의 융점 이상으로 도전 재료(11)를 가열한다(제3 공정). 바람직하게는, 열경화성 성분(11B)(열경화성 화합물)의 경화 온도 이상으로 도전 재료(11)를 가열한다. 이 가열 시에는, 전극이 형성되어 있지 않은 영역에 존재하고 있었던 땜납 입자(11A)는 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 모인다(자기 응집 효과). 도전 필름이 아니라, 도전 페이스트를 사용한 경우에는, 땜납 입자(11A)가 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 보다 한층 효과적으로 모인다. 또한, 땜납 입자(11A)는 용융되고, 서로 접합된다. 또한, 열경화성 성분(11B)은 열경화한다. 이 결과, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 접속 대상 부재(2)와 제2 접속 대상 부재(3)를 접속하고 있는 접속부(4)가 도전 재료(11)에 의해 형성된다. 도전 재료(11)에 의해 접속부(4)가 형성되고, 복수의 땜납 입자(11A)가 접합함으로써 땜납부(4A)가 형성되고, 열경화성 성분(11B)이 열 경화함으로써 경화물부(4B)가 형성된다. 땜납 입자(11A)가 충분히 이동하면, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 위치하고 있지 않는 땜납 입자(11A)의 이동이 개시하고 나서, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 땜납 입자(11A)의 이동이 완료될 때까지 온도를 일정하게 유지하지 않아도 된다.
본 실시 형태에서는, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정에 있어서, 가압을 행하지 않는 편이 바람직하다. 이 경우에는, 도전 재료(11)에는, 제2 접속 대상 부재(3)의 중량이 가해진다. 이 때문에, 접속부(4)의 형성 시에, 땜납 입자(11A)가 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 보다 한층 효과적으로 모인다. 또한, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정 중 적어도 한 쪽에 있어서, 가압을 행하면, 땜납 입자(11A)가 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 모이려고 하는 작용이 저해되는 경향이 높아진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 가압을 행하고 있지 않기 때문에, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a)의 얼라인먼트가 어긋난 상태에서, 제1 접속 대상 부재(2)와 제2 접속 대상 부재(3)가 중첩된 경우에도, 그 어긋남을 보정하여, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a)을 접속시킬 수 있다(셀프 얼라인먼트 효과). 이것은, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이에 자기 응집하고 있는 용융된 땜납이, 제1 전극(2a)과 제2 전극(3a) 사이의 땜납과 도전 재료의 그 밖의 성분이 접하는 면적이 최소가 되는 쪽이 에너지적으로 안정적으로 되기 때문에, 그 최소의 면적이 되는 접속 구조인 얼라인먼트가 있었던 접속 구조로 하는 힘이 작용하기 때문이다. 이때, 도전 재료가 경화하고 있지 않은 것, 및 그 온도, 시간에서, 도전 재료의 땜납 입자 이외의 성분의 점도가 충분히 낮은 것이 바람직하다.
땜납 입자의 융점에서의 도전 재료의 점도(ηmp)는 바람직하게는 50Pa·s 이하, 보다 바람직하게는 10Pa·s 이하, 더욱 바람직하게는 1Pa·s 이하이고, 바람직하게는 0.1Pa·s 이상, 보다 바람직하게는 0.2Pa·s 이상이다. 상기 점도(ηmp)가 상기 상한 이하이면 땜납 입자를 효율적으로 응집시킬 수 있다. 상기 점도(ηmp)가 상기 하한 이상이면, 접속부에서의 보이드를 억제하여, 접속부 이외에의 도전 재료의 비어져 나옴을 억제할 수 있다.
상기 땜납 입자의 융점에서의 도전 재료의 점도(ηmp)는 STRESSTECH(REOLOGICA사제) 등을 사용하여, 변형 제어 1rad, 주파수 1Hz, 승온 속도 20℃/분, 측정 온도 범위 25 내지 200℃(단, 땜납 입자의 융점이 200℃를 초과하는 경우에는 온도 상한을 땜납 입자의 융점으로 한다)의 조건에서 측정 가능하다. 측정 결과로부터, 땜납 입자의 융점(℃)에서의 점도가 평가된다.
이와 같이 하여, 도 1에 도시하는 접속 구조체(1)가 얻어진다. 또한, 상기 제2 공정과 상기 제3 공정은 연속하여 행하여져도 된다. 또한, 상기 제2 공정을 행한 후에, 얻어지는 제1 접속 대상 부재(2)와 도전 재료(11)와 제2 접속 대상 부재(3)의 적층체를 가열부로 이동시키고, 상기 제3 공정을 행해도 된다. 상기 가열을 행하기 위해서, 가열 부재 상에 상기 적층체를 배치해도 되고, 가열된 공간 내에 상기 적층체를 배치해도 된다.
상기 제3 공정에서의 상기 가열 온도는, 바람직하게는 140℃ 이상, 보다 바람직하게는 160℃ 이상이며, 바람직하게는 450℃ 이하, 보다 바람직하게는 250℃ 이하, 더욱 바람직하게는 200℃ 이하이다.
상기 제3 공정에서의 가열 방법으로서는, 땜납 입자의 융점 이상 및 열경화성 성분의 경화 온도 이상으로, 접속 구조체 전체를, 리플로우로를 사용하거나 또는 오븐을 사용하여 가열하는 방법이나, 접속 구조체의 접속부만을 국소적으로 가열하는 방법을 들 수 있다.
국소적으로 가열하는 방법에 사용하는 기구로서는, 핫 플레이트, 열풍을 부여하는 히트 건, 납땜 인두, 및 적외선 히터 등을 들 수 있다.
또한, 핫 플레이트로 국소적으로 가열할 때, 접속부 바로 아래는 열전도성이 높은 금속으로, 기타의 가열하는 것이 바람직하지 않은 개소는 불소 수지 등의 열전도성이 낮은 재질로, 핫 플레이트 상면을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1, 제2 접속 대상 부재는, 특별히 한정되지 않는다. 상기 제1, 제2 접속 대상 부재로서는, 구체적으로는, 반도체 칩, 반도체 패키지, LED 칩, LED 패키지, 콘덴서 및 다이오드 등의 전자 부품, 그리고 수지 필름, 프린트 기판, 플렉시블 프린트 기판, 플렉시블 플랫 케이블, 리지드 플렉시블 기판, 유리 에폭시 기판 및 유리 기판 등의 회로 기판 등의 전자 부품 등을 들 수 있다. 상기 제1, 제2 접속 대상 부재는, 전자 부품인 것이 바람직하다.
상기 제1 접속 대상 부재 및 상기 제2 접속 대상 부재 중 적어도 한 쪽이, 수지 필름, 플렉시블 프린트 기판, 플렉시블 플랫 케이블 또는 리지드 플렉시블 기판인 것이 바람직하다. 상기 제2 접속 대상 부재가, 수지 필름, 플렉시블 프린트 기판, 플렉시블 플랫 케이블 또는 리지드 플렉시블 기판인 것이 바람직하다. 수지 필름, 플렉시블 프린트 기판, 플렉시블 플랫 케이블 및 리지드 플렉시블 기판은, 유연성이 높고, 비교적 경량이라고 하는 성질을 갖는다. 이러한 접속 대상 부재의 접속에 도전 필름을 사용한 경우에는, 땜납 입자가 전극 상에 모이기 어려운 경향이 있다. 이에 반해, 도전 페이스트를 사용함으로써 수지 필름, 플렉시블 프린트 기판, 플렉시블 플랫 케이블 또는 리지드 플렉시블 기판을 사용했다고 해도, 땜납 입자를 전극 상에 효율적으로 모음으로써, 전극 간의 도통 신뢰성을 충분히 높일 수 있다. 수지 필름, 플렉시블 프린트 기판, 플렉시블 플랫 케이블 또는 리지드 플렉시블 기판을 사용하는 경우에, 반도체 칩 등의 다른 접속 대상 부재를 사용한 경우에 비하여, 가압을 행하지 않는 것에 의한 전극 간의 도통 신뢰성의 향상 효과가 보다 한층 효과적으로 얻어진다.
상기 접속 대상 부재에 마련되어 있는 전극으로서는, 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극, 알루미늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극, 은 전극, SUS 전극, 및 텅스텐 전극 등의 금속 전극을 들 수 있다. 상기 접속 대상 부재가 플렉시블 프린트 기판일 경우에는, 상기 전극은 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극, 은 전극 또는 구리 전극인 것이 바람직하다. 상기 접속 대상 부재가 유리 기판일 경우에는, 상기 전극은 알루미늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극, 은 전극 또는 텅스텐 전극인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전극이 알루미늄 전극일 경우에는, 알루미늄만으로 형성된 전극이어도 되고, 금속 산화물층의 표면에 알루미늄층이 적층된 전극이어도 된다. 상기 금속 산화물층의 재료로서는, 3가의 금속 원소가 도핑된 산화인듐 및 3가의 금속 원소가 도핑된 산화아연 등을 들 수 있다. 상기 3가의 금속 원소로서는, Sn, Al 및 Ga 등을 들 수 있다.
본 발명에 관계되는 접속 구조체에서는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 에어리어 어레이 또는 페리페랄로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이, 에어리어 어레이 또는 페리페랄로 배치되어 있는 경우에 있어서, 본 발명의 효과가 보다 한층 효과적으로 발휘된다. 상기 에어리어 어레이란, 접속 대상 부재의 전극이 배치되어 있는 면에서, 격자상으로 전극이 배치되어 있는 구조이다. 상기 페리페랄이란, 접속 대상 부재의 외주부에 전극이 배치되어 있는 구조이다. 전극이 빗살형으로 배열되어 있는 구조의 경우에는, 빗에 수직인 방향을 따라서 땜납 입자가 응집되면 되는 데 반해서, 상기 에어리어 어레이 또는 페리페랄 구조에서는 전극이 배치되어 있는 면에 있어서, 전체면에서 균일하게 땜납 입자가 응집할 필요가 있다. 그 때문에, 종래의 방법에서는, 땜납량이 불균일해지기 쉬운 데 반해서, 본 발명의 방법에서는, 본 발명의 효과가 보다 한층 효과적으로 발휘된다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되지 않는다.
열경화성 성분(열경화성 화합물):
열경화성 화합물 1: 다우·케미컬사제 「D.E.N-431」, 에폭시 수지
열경화성 화합물 2: 미쓰비시 케미컬사제 「jER152」, 에폭시 수지
열경화성 성분(열경화제):
열경화제 1: 도꾜 가세이 고교사제 「BF3-MEA」, 3불화붕소-모노에틸아민 착체
열경화제 2: 시꼬꾸 가세이 고교사제 「2PZ-CN」, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸
땜납 입자:
땜납 입자 1: Sn42Bi58 땜납 입자, 융점 138℃, 입자경: 10㎛, 산화 피막의 평균 두께: 3㎚
땜납 입자 2: Sn42Bi58 땜납 입자, 융점 138℃, 입자경: 5㎛, 산화 피막의 평균 두께: 5㎚
땜납 입자 3: Sn42Bi58 땜납 입자, 융점 138℃, 입자경: 2㎛, 산화 피막의 평균 두께: 2㎚
땜납 입자 4: Sn42Bi58 땜납 입자, 융점 138℃, 입자경: 10㎛, 산화 피막의 평균 두께: 6㎚
땜납 입자 5: Sn42Bi58 땜납 입자, 융점 138℃, 입자경: 5㎛, 산화 피막의 평균 두께: 12㎚
땜납 입자 6: Sn42Bi58 땜납 입자, 융점 138℃, 입자경: 2㎛, 산화 피막의 평균 두께: 4㎚
플럭스:
플럭스 1: 「글루타르산벤질아민염」, 융점 108℃
플럭스 1의 제작 방법:
유리병에, 반응 용매인 물(24g)과, 글루타르산(와코 쥰야꾸 고교사제) 13.212g을 넣고, 실온에서 균일해질 때까지 용해시켰다. 그 후, 벤질아민(와코 쥰야꾸 고교사제) 10.715g를 넣고, 약 5분간 교반하여, 혼합액을 얻었다. 얻어진 혼합액을 5 내지 10℃의 냉장고에 넣어서, 밤새 방치하였다. 석출된 결정을 여과에 의해 분취하고, 물로 세정하고, 진공 건조하여, 플럭스 1을 얻었다.
(실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6)
(1) 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 제작
하기의 표 1, 2에 나타내는 성분을 하기의 표 1, 2에 나타내는 배합량으로 배합하여, 도전 재료(이방성 도전 페이스트)를 얻었다.
(2) 접속 구조체(L/S=100㎛/100㎛)의 제작
제작 직후의 도전 재료(이방성 도전 페이스트)를 사용하여, 이하와 같이 하여, 접속 구조체를 제작하였다.
L/S가 100㎛/100㎛, 전극 길이 3㎜의 구리 전극 패턴(구리 전극의 두께 12㎛)을 상면에 갖는 유리 에폭시 기판(FR-4 기판)(제1 접속 대상 부재)을 준비하였다. 또한, L/S가 100㎛/100㎛, 전극 길이 3㎜의 구리 전극 패턴(구리 전극의 두께 12㎛)을 하면에 갖는 플렉시블 프린트 기판(제2 접속 대상 부재)을 준비하였다.
상기 유리 에폭시 기판과 상기 플렉시블 프린트 기판의 중첩 면적은, 1.5㎝×3㎜로 하고, 접속한 전극수는 75쌍으로 하였다.
상기 유리 에폭시 기판의 상면에, 제작 직후의 도전 재료(이방성 도전 페이스트)를 유리 에폭시 기판의 전극 상에서 두께 100㎛가 되도록, 메탈 마스크를 사용하여, 스크린 인쇄로 도공하여, 도전 재료(이방성 도전 페이스트)층을 형성하였다. 이어서, 도전 재료(이방성 도전 페이스트)층의 상면에 상기 플렉시블 프린트 기판을, 전극끼리가 대향하도록 적층하였다. 이때, 가압을 행하지 않았다. 도전 재료(이방성 도전 페이스트)층에는, 상기 플렉시블 프린트 기판의 중량은 가해진다. 그 상태로부터, 도전 재료(이방성 도전 페이스트)층의 온도가, 승온 개시부터 5초 후에 땜납의 융점이 되도록 가열하였다. 또한, 승온 개시부터 15초 후에, 도전 재료(이방성 도전 페이스트)층의 온도가 160℃로 되도록 가열하여, 도전 재료(이방성 도전 페이스트)층을 경화시켜, 접속 구조체를 얻었다. 가열 시에는 가압을 행하지 않았다.
(평가)
(1) 땜납 입자의 입자경 및 산화 피막의 평균 두께
땜납 입자의 입자경을, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(호리바 세이사꾸쇼사제 「LA-920」)를 사용하여 측정하였다.
또한, 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열하였다. 가열 전의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A) 및 가열 후의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 B)를 투과형 전자 현미경을 사용하여, 가열 전의 땜납 입자 또는 가열 후의 땜납 입자 단면을 관찰하고, 임의로 선택한 10군데의 산화 피막의 두께 평균값으로부터 산출하였다.
땜납 입자의 입자경 및 가열 전의 땜납 입자의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)의 측정 결과로부터, 가열 전의 땜납 입자의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)의, 땜납 입자의 입자경에 대한 비(평균 두께 A/땜납 입자의 입자경)를 산출하였다. 또한, 가열 전후의 땜납 입자의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A 및 평균 두께 B)의 측정 결과로부터, 가열 전의 땜납 입자의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 A)의, 가열 후의 땜납 입자의 산화 피막의 평균 두께(평균 두께 B)에 대한 비(평균 두께 A/평균 두께 B)를 산출하였다.
(2) 땜납 입자 100체적％ 중의 산화 피막의 함유량
땜납 입자 100체적％ 중의 산화 피막의 함유량을, 산화 피막 제거 전후의 땜납 입자의 중량으로부터 산출하였다.
(3) 땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값
땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량을, 시차 주사 열량 측정(DSC) 장치(SII사제 「EXSTAR DSC7020」)를 사용하여 측정하였다.
(4) 25℃에서의 도전 재료의 점도(η25(5rpm))
얻어진 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 25℃에서의 도전 재료의 점도(η25(5rpm))를 E형 점도계(도끼 산교사제 「TVE22L」)를 사용하여, 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정하였다.
(5) 틱소트로픽 인덱스
얻어진 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 점도(η25(0.5rpm))를 E형 점도계(도끼 산교사제 「TVE22L」)를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건에서 측정하였다. 얻어진 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 점도(η25(5rpm))를 E형 점도계(도끼 산교사제 「TVE22L」)를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정하였다.
측정 결과로부터, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건으로 측정한 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 점도를, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건으로 측정한 도전 재료(이방성 도전 페이스트)의 점도로 나눈 틱소트로픽 인덱스(η25(0.5rpm)/η25(5rpm))를 산출하였다.
(6) 전극 상의 땜납의 배치 정밀도(땜납의 응집성)
얻어진 접속 구조체에 있어서, 제1 전극과 접속부와 제2 전극의 적층 방향으로 제1 전극과 제2 전극의 서로 대향하는 부분을 보았을 때에, 제1 전극과 제2 전극의 서로 대향하는 부분의 면적 100％ 중의, 접속부 중의 땜납부가 배치되어 있는 면적의 비율 X를 평가하였다. 전극 상의 땜납의 배치 정밀도(땜납의 응집성)를 하기의 기준으로 판정하였다.
[전극 상의 땜납의 배치 정밀도(땜납의 응집성)의 판정 기준]
○○: 비율 X가 70％ 이상
○: 비율 X가 60％ 이상 70％ 미만
△: 비율 X가 50％ 이상 60％ 미만
×: 비율 X가 50％ 미만
(7) 상하의 전극 간의 도통 신뢰성
얻어진 접속 구조체(n=15개)에 있어서, 상하의 전극 간의 1 접속 개소당의 접속 저항을 각각, 4 단자법에 의해 측정하였다. 접속 저항의 평균값을 산출하였다. 또한, 전압=전류×저항의 관계로부터, 일정한 전류를 흘렸을 때의 전압을 측정함으로써 접속 저항을 구할 수 있다. 도통 신뢰성을 하기의 기준으로 판정하였다.
[도통 신뢰성의 판정 기준]
○○: 접속 저항의 평균값이 50mΩ 이하
○: 접속 저항의 평균값이 50mΩ을 초과하고 70mΩ 이하
△: 접속 저항의 평균값이 70mΩ을 초과하고 100mΩ 이하
×: 접속 저항의 평균값이 100mΩ을 초과하거나, 또는 접속 불량이 발생하였다
(8) 가로 방향으로 인접하는 전극 간의 절연 신뢰성
얻어진 접속 구조체(n=15개)에 있어서, 85℃, 습도 85％의 분위기 중에 100시간 방치 후, 가로 방향으로 인접하는 전극 간에 5V를 인가하고, 저항값을 25군데에서 측정하였다. 절연 신뢰성을 하기의 기준으로 판정하였다.
[절연 신뢰성의 판정 기준]
○○: 접속 저항의 평균값이 107Ω 이상
○: 접속 저항의 평균값이 106Ω 이상 107Ω 미만
△: 접속 저항의 평균값이 105Ω 이상 106Ω 미만
×: 접속 저항의 평균값이 105Ω 미만
결과를 하기의 표 1, 2에 나타내었다.
플렉시블 프린트 기판, 수지 필름, 플렉시블 플랫 케이블 및 리지드 플렉시블 기판을 사용한 경우에도, 동일한 경향이 보였다.
1, 1X: 접속 구조체
2: 제1 접속 대상 부재
2a: 제1 전극
3: 제2 접속 대상 부재
3a: 제2 전극
4, 4X: 접속부
4A, 4XA: 땜납부
4B, 4XB: 경화물부
11: 도전 재료
11A: 땜납 입자
11B: 열경화성 성분
21: 땜납 입자
22: 땜납 입자 본체
23: 산화 피막
2: 제1 접속 대상 부재
2a: 제1 전극
3: 제2 접속 대상 부재
3a: 제2 전극
4, 4X: 접속부
4A, 4XA: 땜납부
4B, 4XB: 경화물부
11: 도전 재료
11A: 땜납 입자
11B: 열경화성 성분
21: 땜납 입자
22: 땜납 입자 본체
23: 산화 피막
Claims (15)
- 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖는 땜납 입자이며,
상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고,
상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인, 땜납 입자. - 제1항에 있어서, 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값이 100mJ/mg 이상인, 땜납 입자.
- 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 포함하고,
상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖고,
상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고,
상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인, 도전 재료. - 제3항에 있어서, 25℃에서의 점도가 10Pa·s 이상 600Pa·s 이하인, 도전 재료.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 0.5rpm의 조건에서 측정한 점도를, E형 점도계를 사용하여 25℃ 및 5rpm의 조건에서 측정한 점도로 나눈 틱소트로픽 인덱스가 1.1 이상 5 이하인, 도전 재료.
- 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 입자의 200℃ 이상에 있어서의 발열량의 절댓값이 100mJ/mg 이상인, 도전 재료.
- 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 도전 페이스트인, 도전 재료.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 입자의 보관 방법이며,
상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하거나, 또는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 1×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는, 땜납 입자의 보관 방법. - 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 도전 재료의 보관 방법이며,
상기 도전 재료를 보관 용기에 넣고, -40℃ 이상 10℃ 이하의 조건에서 보관하거나, 또는, 상기 도전 재료를 보관 용기에 넣고, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는, 도전 재료의 보관 방법. - 열경화성 성분과, 복수의 땜납 입자를 혼합하여, 도전 재료를 얻는 혼합 공정을 구비하고,
상기 땜납 입자가, 땜납 입자 본체와, 상기 땜납 입자 본체의 외표면 상에 배치된 산화 피막을 갖고, 상기 땜납 입자의 입자경이 1㎛ 이상 15㎛ 이하이고, 상기 땜납 입자를 공기 분위기 하에서 120℃에서 10시간 가열했을 때에, 가열 전의 상기 산화 피막의 평균 두께의, 가열 후의 산화 피막의 평균 두께에 대한 비가 2/3 이하인 도전 재료를 얻는, 도전 재료의 제조 방법. - 제10항에 있어서, 상기 땜납 입자를 보관하는 보관 공정을 더 구비하고,
상기 보관 공정이, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 불활성 가스 분위기 하에서 보관하는 공정이거나, 또는, 상기 땜납 입자를 보관 용기에 넣고, 1×102Pa 이하의 조건에서 진공 보관하는 공정이며,
상기 땜납 입자가, 상기 보관 공정에 의해 보관된 땜납 입자인, 도전 재료의 제조 방법. - 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와,
제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와,
상기 제1 접속 대상 부재와, 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고,
상기 접속부의 재료가, 제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 입자를 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 접속 구조체. - 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재와,
제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재와,
상기 제1 접속 대상 부재와, 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고,
상기 접속부의 재료가, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 도전 재료이며,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극이, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 접속 구조체. - 제1항 또는 제2항에 기재된 땜납 입자를 포함하는 도전 재료를 사용하여, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재의 표면 상에 상기 도전 재료를 배치하는 공정과,
상기 도전 재료의 상기 제1 접속 대상 부재측과는 반대인 표면 상에, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재를, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하도록 배치하는 공정과,
상기 땜납 입자의 융점 이상으로 상기 도전 재료를 가열함으로써, 상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를, 상기 도전 재료에 의해 형성하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는, 접속 구조체의 제조 방법. - 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 도전 재료를 사용하여, 제1 전극을 표면에 갖는 제1 접속 대상 부재의 표면 상에 상기 도전 재료를 배치하는 공정과,
상기 도전 재료의 상기 제1 접속 대상 부재측과는 반대인 표면 상에, 제2 전극을 표면에 갖는 제2 접속 대상 부재를, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하도록 배치하는 공정과,
상기 땜납 입자의 융점 이상으로 상기 도전 재료를 가열함으로써, 상기 제1 접속 대상 부재와 상기 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를, 상기 도전 재료에 의해 형성하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을, 상기 접속부 중의 땜납부에 의해 전기적으로 접속하는 공정을 구비하는, 접속 구조체의 제조 방법.
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