TWI599636B - 導電性接著劑組成物及使用其之電子元件 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種導電性接著劑組成物及使用其之電子元件,詳細而言,係關於一種作為固體電解電容器之內部電極用,具有低含銀率及低電阻,且耐熱性及耐濕性優良的導電性接著劑組成物,以及使用其之電子元件。
以往,導電性接著劑組成物係作為焊接的替代品,使電子元件等的晶片零件接著於導線架或各種基板,並作為導電或導熱的材料使用,或作為電子元件內部及端面的電極使用。
電子元件等的晶片零件,越來越朝向小型化、高性能化邁進,而從成本優勢的觀點來看,使用於內部的導電性接著劑組成物必須低銀化(降低含銀率)。因此要求一種糊劑,其含銀率低,且在硬化後具有低電阻,及高耐熱性、高耐濕性。
作為一般低銀化的方法,係選自僅使用在卑金屬(base metal)上塗布銀的金屬粉,或將其與銀粉末併用的方法。例如,專利文獻1中,將在銅粉上塗布銀的金屬粉與銀粉末併用,藉此謀求體積電阻率的降低。
亦即,該專利文獻1中,記載一種導電性樹脂糊劑,其將平均粒徑為5~60μm的塗銀之銅粉、平均粒徑為0.5~15μm的銀粉末及在室溫下為液狀的環氧樹脂作為必要成分,此成分中,包含塗銀之銅粉10~90重量%,銀粉末5~85重量%,且塗銀之銅粉與銀粉末的總重量為75~97重量%。
然而,在使用塗銀之金屬粉的情況中,在以三根滾筒進行揉合時,若壓力太高,則塗銀部分剝落而產生裂縫。在應用於電子元件之後,裂縫隨著時間變化而惡化,導致內部的金屬露出,而可能因此導致電阻值改變,故難以應用。另外,若壓力太低,則因為分散狀態並不充分,偏差容易變大。即使使用自公轉混合器或附攪拌棒的混合器,亦會分散不充分而無法發揮其性能。
另一方面,如專利文獻2~4中討論,藉由僅使用銀粉末,來維持體積電阻率及熱時強度等的各種特性。
亦即,專利文獻2中提出一種導電性接著劑,其係以金屬粉末、環氧樹脂,雙烯基取代的納特醯亞胺(bisalkenyl-substituted nadimide)及硬化劑構成,且上述金屬粉末係在60~90重量%的範圍內摻合,同時摻合選自二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁的粉體、硬化促進劑、及環氧樹脂與作為上述雙烯基取代的納特醯亞胺的稀釋劑作用且在硬化時不以液體存在的有機化合物之至少1種作為添加成分。
另外,專利文獻3中提出一種導電性接著劑,其中含有相對於總量為80~95重量%的銀粉末,然而此時,敲緊密度(tab density)為3.5g/ml以上8.0g/ml以下的銀粉末(a)相對於總量為40~95重量%,更進一步,敲緊密度為0.1g/ml以上小於3.5g/ml的銀粉末(b)為50重量%以下。
另外,專利文獻4中提出一種導電性樹脂組成物,其係包含導電性填充劑95重量%~50重量%、樹脂接著劑5重量%~50重量%及導電性填充劑與特定稀釋劑;樹脂接著劑包含環氧樹脂、二氰二胺、硬化促進劑及特定的硬化劑;作為硬化促進劑,使用將環氧化合物與二烷基胺反應所得,並以酸性物質處理分子中具有特定官能基之化合物的粉末表面而得者。
該等雖可維持體積電阻率及熱時強度等的各種特性,但因為含銀率在50重量%以上,而與導電性接著劑組成物的成本提升有所關連。
相對於此,為了以低含銀率實現低體積電阻率,專利文獻5中提出一種電漿顯示器用導電糊劑,其係以平均粒徑為0.5~2μm、且敲緊密度為3~7g/cm3,更進一步比表面積為0.4~1.5m2/g的導電性粉末與特定的有機成分作為必要成分,並且含有玻璃料(frit)。
根據專利文獻5,可為低含銀率並實現低成本化,而藉由以590℃保持15分鐘而使玻璃料熔融,並藉由再凝固而使其具有接著力。另外,此時玻璃料作為銀的燒結添加劑作用,進行低體積電阻率化。然而,一般而言,在590℃的高溫,樹脂等的有機物會分解、蒸發。
這樣的導電糊劑,雖適合用於「即使在如電漿顯示器的高溫進行熱處理,亦不會影響周邊構件」的情況,但亦有考慮到周邊構件因高溫熱處理劣化而不得不以300℃以下進行熱處理的情況。
即「在鉭電容器或鋁固體電解電容器等各種電子元件中,將其內部電極或端面電極接著」的情況。在該熱處理之後存在有樹脂等的有機物,因為該樹脂而具有接著力。
然而,如專利文獻5之燒結型銀糊劑,因為必須在高溫下進行熱處理,故若在300℃以下進行熱處理,雖殘留有樹脂,卻無法進行硬化反應,且玻璃料亦未熔融,故接著力弱而不具實用性。
另外,作為從樹脂組成的方面來改善導電性的方法,混合苯氧樹脂的例子已為人所知。專利文獻6及專利文獻7中,藉由在環氧樹脂中,摻合具有優良成膜性的苯氧樹脂,可藉由硬化時的硬化收縮,使導電粉彼此接觸,而得到優良的導電性。
專利文獻6中記載一種導電性樹脂組成物,其包含導電粉末、環氧樹脂、苯氧樹脂、可以60℃~130℃活化的潛在性硬化劑以及溶劑,而專利文獻7中記載一種導電糊劑,其包含具有導電性的金屬粉、成為該金屬粉之接著劑的環氧樹脂,及相對於含有環氧樹脂3~10重量%的苯氧樹脂。
然而,該等的例子中,苯氧樹脂較多的情況,因為並不包含與苯氧樹脂的羥基反應的硬化劑,故產生耐熱
性、耐濕性拙劣的問題。另外,環氧樹脂含量較多的情況,與苯氧樹脂較多的情況相比,導電性差,在含銀率為50重量%以下的情況,無法得到充分的導電性。
在這樣的狀況下,迫切期望一種導電性接著劑組成物,其可在將半導體等的晶片零件及用於晶片零件內之材料接著時,以低溫進行硬化,且可實現低含銀率、低電阻、高接著性及高溫耐濕性。
專利文獻1 日本特開平11-92739號公報
專利文獻2 日本特開平11-140417號公報
專利文獻3 日本特開2003-147279號公報
專利文獻4 日本特開2001-192437號公報
專利文獻5 日本特開平11-339554號公報
專利文獻6 日本特開2009-269976號公報
專利文獻7 日本特開平9-92029號公報
本發明之課題係鑒於前述之以往技術的問題點,提供一種導電性接著劑組成物及使用其之電子元件,其可以低溫進行硬化,並可實現低含銀率且低電阻、高接著性及高溫耐濕性。
本案發明人等,為解決上述課題而詳盡研究的結果,發現在以銀粉末、比重為4以上的無機粉末填充劑、樹脂、硬化劑成分及溶劑作為必要成分的導電性樹脂組成物中,使用苯氧樹脂、嵌段異氰酸酯作為樹脂成分,並以特定量摻合各成分,藉此可得到能夠實現低含銀率且低電阻、高接著性、高溫耐濕性的導電性接著劑組成物,進而完成本發明。
亦即,根據本發明的第1發明,提供一種導電性接著劑組成物,其係含有作為導電性粉末之銀粉末(A)與比重為4以上之無機粉末填充劑(B)、作為接著劑成分之苯氧樹脂(C)與嵌段異氰酸酯(D)、及溶劑(E)之導電性接著劑組成物;其特徵為銀粉末(A)以相對於總重量為20~50重量%摻合,無機粉末填充劑(B)以相對於總重量為60重量%以下摻合,嵌段異氰酸酯(D)的量相對於苯氧樹脂(C)100重量份為5~90重量份,且相對於總重量含有5~14重量%之接著劑成分(C+D)。
另外,根據本發明的第2發明,係提供一種如第1發明之導電性接著劑組成物,其中該銀粉末(A)為薄片狀的銀粉末。
另外,根據本發明的第3發明,係提供一種如第1發明之導電性接著劑組成物,其中該無機粉末填充劑(B)為選自Ni、Cu、Bi、Co、Mn、Sn、Fe、Cr或Ti、Zr之1種以上的金屬粉,或是選自WO3、SnO2、ZnO2、ZrO2或TiO2之1種以上的氧化物粉。
另外,根據本發明的第4發明,係提供一種如第1或3發明之導電性接著劑組成物,其中該無機粉末填充劑(B)之平均粒徑為1μm以下。
另外,根據本發明的第5發明,係提供一種如第1發明之導電性接著劑組成物,其中該苯氧樹脂(C)之數量平均分子量為5,000以上。
另外,根據本發明的第6發明,係提供一種如第1發明之導電性接著劑組成物,其中該接著劑成分含有數量平均分子量5,000以下的環氧樹脂(F)。
另外,根據本發明的第7發明,係提供一種如第1或第6發明之導電性接著劑組成物,其中該接著劑成分進一步含有酚樹脂(G)。
另一方面,根據本發明的第8發明,係提供一種電子元件,其係使用如第1至7中任一發明之導電性接著劑組成物而成。
本發明的導電性接著劑組成物,因為以特定量摻合銀粉末,並以特定量摻合特定比重的材料以作為無機粉末填充劑,更以特定量摻合高分子樹脂之苯氧樹脂,故可在低含銀率的情況下實現低電阻率,而能夠實現低成本化。另外,作為苯氧樹脂的硬化劑,對於苯氧樹脂摻合特定量的嵌段異氰酸酯,以提升交聯密度,而可實現高接著性、高溫耐濕性。
因此,在將本發明之導電性接著劑組成物應用於鉭電容器或鋁固體電解電容器等各種電子元件之內部電極
或端面電極時,可實現低電阻且高接著強度、高溫耐濕性。更進一步,藉由混合環氧樹脂或酚樹脂作為樹脂成分,可使被接著面的耐濕性(以下亦稱為被接著耐濕性)更加優良,且可成為在低含銀率的情況下維持低電阻率的導電性接著劑。
以下,首先詳細說明本發明之導電性接著劑組成物。
本發明之導電性接著劑組成物具有下述第一特徵:不僅含有銀粉末,且含有比重為4以上的無機粉末填充劑作為導電性粉末。該無機粉末填充劑只要比重為4以上,則不限於如金屬粉般具有導電性的粉末,即便使用金屬氧化物等,亦可維持充分的導電性。
另外,本發明的導電性接著劑組成物具有下述第2特徵:以特定量摻合苯氧樹脂與嵌段異氰酸酯。
銀粉末係導電性接著劑組成物的導電性成分。粒徑的大小雖未特別限制,但其平均粒徑期望為30μm以下,宜為20μm以下,較宜為10μm以下。宜在該範圍中,使粒徑大者與粒徑小者混合。
形狀雖未特別限制,但在考慮價格、處理性、保存性、所得之特性等的情況,期望使用薄片狀的銀粉末或
球狀的銀粉末,宜使用薄片狀的銀粉末。惟配合導電性接著劑的使用方法及所要求之特性,亦可應用球狀的粉末或針狀的粉末。
通常銀粉末係使用不含鉛的純銀,但在不損及本發明目的之範圍內,亦可使用Sn、Bi、In、Pd、Ni、Cu等的金屬及合金,或是混合粉末。
另外,銀粉末的摻合比例,設定於20~50重量%的範圍內。只要在50重量%以下即可具有成本優勢,但若摻合比例小於20重量%,則導電性變差,故為不佳。宜在20~45重量%的範圍內,較宜為20~40重量%。
本發明中,使用比重為4以上的無機粉末作為無機粉末填充劑(B)。
無機粉末填充劑雖未特別限定,但可列舉:Ni、Cu、Bi、Co、Mn、Sn、Fe、Cr、Ti、Zr等作為金屬粉;WO3、SnO2、ZnO2、ZrO2、TiO2等作為氧化物粉;其它可列舉氮化物、碳化物、氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽等。該等化合物,皆為比重在4以上的無機粉末,可單獨使用,亦可多種併用。若為比重小於4的無機粉末,例如Al、Mg、MgO,則導電性接著劑的體積電阻率變高,故為不佳。
無機粉末填充劑的粒徑,雖並未特別限制,但其平均粒徑宜在1μm以下。平均粒徑若超過1μm,則妨礙導電性大的銀粉末彼此接觸,故具有導電性變差的
情況。若使用細微者作為無機粉末,則可避免妨礙銀粉末彼此間的導電。
無機粉末填充劑(B)的摻合比例,係相對於總重量設定為60重量%以下。無機粉末填充劑(B)若超過60重量%,則塗布性變差,故為不佳。另一方面,無機粉末填充劑(B)若小於1重量%,則有導電性不佳的情況。摻合量宜為3~55重量%,較宜為5~50重量%,更宜為10~40重量%。
本發明中,使用苯氧樹脂作為主要的接著劑成分。苯氧樹脂在骨架中具有富反應性的環氧基及羥基,例如可列舉具有雙酚骨架的苯氧樹脂、具有酚醛樹脂骨架的苯氧樹脂、具有萘骨架的苯氧樹脂、具有聯苯骨架的苯氧樹脂等。該等之中,宜為雙酚A型苯氧樹脂。
苯氧樹脂的分子量雖未特別限制,但從硬化後之塗膜中的銀濃度相對增加、導電性提升的觀點來看,溶劑必要量增加的數量平均分子量,期望在5,000以上。苯氧樹脂的數量平均分子量宜為7,000以上,較宜為8,000以上。在常溫下為固態的情況中,係使其溶解於溶劑(E)中以使用。
作為上述苯氧樹脂的市售商品,可列舉例如:三菱化學股份有限公司製的jER1256、jER4250、jER4275,新日鐵化學股份有限公司製的YP-50、YP-50S、YP-70、ZX-1356-2、FX-316、YPB-43C、YPB-43M等。該等可單獨使用,亦可多種併用。
苯氧樹脂如前所述,具有優良的成膜性,藉由硬化時的硬化收縮,而具有使導電性粒子彼此密合的效果,故對於導電性的提升有所貢獻。
苯氧樹脂的含量與嵌段異氰酸酯合計的量(C+D),相對於總量為5~14重量%。苯氧樹脂宜以5~13重量%摻合,較宜以5~12重量%摻合。若苯氧樹脂少於5重量%,則接著性變差,若多於14重量%,則導電性變差。
苯氧樹脂(C)因為在骨架中具有富反應性的環氧基及羥基,故要求硬化劑必須具有與該等官能基反應而形成交聯構造的功能。
因此,本發明中使用嵌段異氰酸酯作為硬化劑。嵌段異氰酸酯係以封端劑保護異氰酸酯化合物的異氰酸酯基者。
嵌段異氰酸酯一般在常溫下為穩定,但若加熱至其封端劑之解離溫度以上的溫度,則產生游離的異氰酸酯基。因此,在使用未以封端劑保護之異氰酸酯化合物的情況中,於常溫下的穩定性惡化。封端劑的解離溫度雖未特別限制,但宜為50~200℃,較宜為100~180℃。
作為上述嵌段異氰酸酯的市售品,可列舉例如:日本聚胺基甲酸酯工業股份有限公司製的MILLIONATE MS-50、CORONATE AP stable、CORONATE 2503、CORONATE 2512、CORONATE 2507、CORONATE 2527等。該等可單獨使用,亦可多種併用。
另外,對於上述嵌段異氰酸酯之封端劑的解離觸媒,亦可混合促進苯氧樹脂與異氰酸酯之反應的硬化促進劑。解離觸媒、硬化促進劑未特別限制其種類,但例如可列舉:二月桂酸二丁基錫(dibutyltin dilaurate)、二月桂酸二辛基錫(dioctyltin dilaurate)等的有機錫化合物、四伸乙二胺(TEDA;tetra ethylene diamine)等的三級胺化合物等。該等可單獨使用,亦可多種併用。
本發明中,藉由使用嵌段異氰酸酯,可提升與苯氧樹脂的交聯密度,並提升接著性、耐熱性及耐濕性。
嵌段異氰酸酯的含量,期望以相對於苯氧樹脂100重量份為5~90重量份混合,宜以10~80重量份摻合,較宜以15~50重量份摻合。若含量少於5重量份,則交聯密度降低,接著性變差。另一方面,若含量多於90重量份,則導電性變差。
本發明中,接著劑成分(C+D)的摻合比例,相對於總量期望為5~14重量%。接著劑成分,宜以5~12重量%摻合,較宜以6~11重量%摻合。若摻合比例小於5重量%,則有接著強度與熱時強度低落的情形,另外,若超過14重量%,則會產生導電性變差的缺點。
本發明中,係將樹脂接著劑成分溶解於溶劑(E)中以使用。特別是當苯氧樹脂(C)、嵌段異氰酸酯(D)、環氧樹脂(F)及酚樹脂(G)為固態的情況,使其溶解至溶劑(E)而成為液狀。因此,選擇可溶解摻合之樹脂者,或
是,溶劑成分在接著劑組成物硬化時揮發、蒸發或分解而飛散的有機化合物,以作為溶劑(E)。
作為上述溶劑,例如,可列舉:乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯等的酯類、N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺等的極性溶劑、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等的酮類、己烷、庚烷、苯、甲苯、二甲苯等的烴化合物等。該等可單獨使用,亦可多種併用。惟因為封端劑解離而從嵌段異氰酸酯(D)產生的異氰酸酯基,與一級胺、二級胺、羥基的反應性高,若使用具有該等官能基的溶劑,對於樹脂硬化系統有所影響,故為不佳。
一般而言,在藉由摻合特定量以上之高分子樹脂的苯氧樹脂,以維持黏度的情況,若與低分子樹脂,例如環氧樹脂的情況相比,則需要大量的溶劑。因為溶劑在硬化時會蒸發,故即使含銀率相同,溶劑量越多,則硬化後的塗膜中所含有的銀濃度越增加,使得導電性提升。
因此,溶劑宜以5~45重量%摻合,較宜以10~40重量%摻合。若溶劑的量小於5重量%,則有導電性接著劑的黏度變高而使得塗布性變差的情況,相反的,若摻合超過45重量%,則有黏度過低而使得塗布性惡化的情形,對於接著性有不良的影響。
本發明中,可更進一步在上述接著劑成分中,追加使用環氧樹脂。環氧樹脂之數量平均分子量宜為5,000以下。數量平均分子量較宜為4,000以下,更宜為3,000以下。只要是數量平均分子量為5,000以下的環氧樹脂,即可改善被接著耐濕性,而即使是混合數量平均分子量大於5,000的環氧樹脂,亦有無法改善被接著耐濕性的情況。
作為數量平均分子量為5,000以下的環氧樹脂,例如,可列舉:三菱化學股份有限公司製的環氧樹脂jER827、jER828、jER828EL、jER828XA、jER834、jER801N、jER801PN、jER802、jER813、jER816A、jER816C、jER819、jER1001、jER1002、jER1003、jER1055、jER1004、jER1004AF、jER1007、jER1009等。該等可單獨使用,亦可多種併用。
上述環氧樹脂的含量,雖與接著劑成分的總重量相關,但宜為0.1~7重量%,較宜為0.1~5重量%。雖然環氧樹脂的摻合量越多導電性越差,但另一方面,可提升接著強度、被接著耐濕性。
另外,上述用於環氧樹脂的硬化劑,可併用硬化促進劑。硬化劑、硬化促進劑只要是用於環氧樹脂,則未特別限定。
作為硬化劑,例如,可列舉:二胺基二苯甲烷、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二胺基苯碸、異佛爾酮二胺、二氰二胺等的胺系化合物,鄰苯二甲酐、偏苯三酸酐、
苯均四酸酐、馬來酸酐、四氫酞酐、甲基四氫酞酐、甲基納迪克酸酐(methyl nadic anhydride)、六氫苯酐、甲基六氫苯酐等的酸酐,多酚類、聚醯胺等。
作為硬化促進劑,例如,可列舉:2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羥甲基咪唑等的咪唑類,參(二甲胺基甲基)苯酚、苄基二甲胺、十一烯-7等的三級胺系化合物等。
該等可單獨使用,亦可混合多種使用。在使用硬化劑及硬化促進劑的情況中,不僅是被接著耐濕性提升,接著強度亦提升。
更可在本發明之上述接著劑成分追加使用酚樹脂。酚樹脂只要是溶解於溶劑(E)者即可,並未特別限定,宜使用酚醛樹脂型酚樹脂或可溶酚醛樹脂型酚樹脂。本發明中,從保存穩定性的觀點來看,較宜使用酚醛樹脂型酚樹脂。
另外,亦可併用上述酚樹脂用的硬化劑。作為硬化劑,可舉例如六亞甲四胺等的胺系化合物。使用硬化劑的情況下,不僅是被接著耐濕性提升,接著強度亦提升。
酚樹脂的含量,雖與接著劑成分(C+D)的總重量相關,但宜為0.1~7重量%,較宜為0.1~5重量%。含有環氧樹脂(F)與酚樹脂(G)的情況,接著劑成分(C+D)、環氧樹脂(F)與酚樹脂(G)的總和,相對於總重量,必須為5~14重量%。酚樹脂的摻合量雖然在變多
的同時,導電性變差,但另一方面,接著強度、熱強度及被接著耐濕性提升。
在含有環氧樹脂(F)與酚樹脂(G)的情況中,亦可在併用與該等相對之硬化劑、硬化促進劑的情況下使用。
如上所述,吾人認為在本發明中,藉由摻合數量平均分子量為5,000以下的環氧樹脂或酚樹脂,或是摻合上述兩者,使露出於硬化後之塗膜表面的環氧基及羥基等的反應性高的官能基的量增加,藉此,使得與塗布於塗膜上之導電性接著劑的被接著性提升,並且更提升連接面的高溫耐濕性。
本發明的導電性接著劑組成物,可使用作為固體電解電容器等的電子元件的內部電極、端面電極,或是接著劑等。此外,亦可使用於積層陶瓷電容器或晶片電阻器等的電子元件等的接著。在使用時,藉由於接合面浸漬及網版印刷等,塗布導電性接著劑組成物之後,使其加熱硬化。
一般而言,固體電解電容器係依序形成介電體氧化膜層、固體電解質層、碳層、銀層;該介電體氧化膜層係使燒結體所形成的陽極體表面氧化所形成,而該燒結體係對鉭等的閥金屬(valve metal)進行加壓成形並燒結而成;該固體電解質層係包含由二氧化錳及導電性高分子等的導電性材料。之後,以電阻熔接的方式連接陽極導線架與陽極導線,並使用導電性接著劑連接陰極導線架與銀層,再以包覆樹脂包覆,藉此製作。
近年來,伴隨貴金屬的銀的價格上升,固體電解電容器不僅要求等價串聯電阻(ESR)低,亦要求低價格的糊劑。至今,若為了降低價格,而使用銀粉末以外的金屬粉,則使得電阻值變大,而無法作為等價串聯電阻使用。
然而,本發明中,如上所述,藉由以特定量摻合銀粉末、比重為4以上的無機粉末填充劑、苯氧樹脂、嵌段異氰酸酯、溶劑,可在使銀粉末的含有率下降至20~50重量%之範圍的同時,一併實現成本優勢及低等價串聯電阻。
以下根據實施例,具體說明本發明,但本發明,並不因為該等實施例而有任何限定。又,所使用的原材料如下所述。
銀粉末係使用:銀粉末A,薄片狀銀粉末;銀粉末B,球狀銀粉末。
另外,無機粉末係使用:Ni粉A:比重為8.9,平均粒徑為0.5μm的Ni粉;Ni粉B:比重為8.9,平均粒徑為2μm的Ni粉;Al粉:比重為2.7,平均粒徑為0.5μm的Al粉;WO3粉:比重為7.2,平均粒徑為0.3μm的三氧化鎢粉。
作為樹脂成分,苯氧樹脂係使用:苯氧樹脂A,數量平均分子量約10,000的雙酚A型固態苯氧樹脂(三菱化學股份有限公司:jER1256)。
另外,環氧樹脂係使用:環氧樹脂A,數量平均分子量約370的雙酚A型液狀環氧樹脂(三菱化學股份有限公司:jER828);環氧樹脂B,數量平均分子量約1,650的雙酚A型固態環氧樹脂(三菱化學股份有限公司:jER1004AF);環氧樹脂C,數量平均分子量約5,500的雙酚A型固態環氧樹脂(三菱化學股份有限公司:jER1010)。
酚樹脂係使用苯酚‧苯二甲基(Phenol‧Xylylene)樹脂(明和化成股份有限公司:MEHC-7800H)。
作為苯氧樹脂用的硬化劑,係使用嵌段異氰酸酯:嵌段異氰酸酯化合物(日本聚胺基甲酸酯工業股份有限公司:MILLIONATE MS-50,解離溫度180℃),非嵌段型異氰酸酯化合物(日本聚胺基甲酸酯工業股份有限公司:CORONATE HX)。
另外,作為環氧樹脂用的硬化劑,係使用:硬化劑A,二氰二胺(三菱化學股份有限公司:DICY-7);硬化劑B,六亞甲四胺(三菱氣體化學股份有限公司:Hexamine)硬化促進劑,2-苯基-4-甲基-5-羥甲基咪唑(四國化成股份有限公司:CUREZOL2P4MHZ-PW)。
溶劑係使用:溶劑A,乙二醇單丁醚乙酸酯(協和發酵化學股份有限公司:Butycel Acetate)溶劑B,苯基去水甘油基醚(阪本藥品工業股份有限公司:PGE)。
另外,在實施例1~23及比較例1~11的各試樣揉合後,進行下列所示的評價。
以成為寬度0.6mm、長度60mm之長方形的方式,將試樣(導電性接著劑)印刷於氧化鋁基板上,並放置於200℃的烘箱中60分鐘,在硬化之後,冷卻至室溫,並在導電性接著劑上的兩端測定電阻值。接著,測定印刷且硬化後的熱導電性接著劑的膜厚,以從電阻值與膜厚求得體積電阻率[Ω‧cm]。
使用試樣(導電性接著劑),以400網孔的網版印刷10條寬度100μm、長度20mm的直線,於印刷面具有龜裂、擦傷、磨損等者為不合格(×),確認無上述情形者則為良好(○)。
於氧化鋁基板上滴下試樣(導電性接著劑),並載置1.5mm×1.5mm的矽晶片,在200℃的烘箱中放置60分鐘後使其硬化。在冷卻至室溫之後,對於該基板,
從水平方向施加力量至矽晶片,測定該矽晶片剝離時的力量,以作為接著強度[N]。
於銅基板上滴下試樣(導電性接著劑),並載置1.5mm×1.5mm的矽晶片,在200℃的烘箱中放置60分鐘後使其硬化。在冷卻至室溫之後,將該銅基板放置於加熱至350℃的加熱板上20秒,之後,在加熱的狀態下,對於銅基板,從水平方向施加力量於矽晶片,並測定將該矽晶片剝離時的力量,以作為熱接著強度[N]。
在氧化鋁基板的一面上塗布試樣(導電性接著劑),於200℃的烘箱中放置60分鐘使其硬化,以產生塗膜。在冷卻至室溫之後,將由下述成分所調製而成的被接著性測定用的導電性接著劑,滴在該塗膜上,並載置1.5mm×1.5mm的矽晶片,再於200℃的烘箱中保持60分鐘使其硬化。之後冷卻至室溫,作為被接著強度的測定試樣。對於該測定試樣的塗膜,從水平方向施加力量至矽晶片,並測定在該矽晶片剝離時的力量,以作為被接著強度[N]。
被接著性測定用的導電性接著劑:薄片狀銀粉末72重量份,苯氧樹脂(三菱化學股份有限公司:JER1256)4.2重量份,嵌段異氰酸酯(日本聚胺基甲酸酯工業股份有限公司:MILLIONATE MS-50)2.5重量份,
苯酚‧苯二甲基樹脂(明和化成股份有限公司:MEHC-7800H)3.3重量份,六亞甲四胺(三菱化學股份有限公司:Hexamine)0.33重量份,乙二醇丁醚(協和發酵化學股份有限公司:Ethylene Glycol Monobutyl Ether Acetate)17.76重量份。
將上述(5)中所製作的被接著強度的測定試樣,放入壓力鍋試驗(PCT;Pressure Cooker Test)裝置,並在溫度121℃、濕度100%RH、2.1atm的條件下保持48小時(耐濕試驗)。在冷卻至室溫之後,與上述(5)相同地求得被接著強度。將該被接著強度,與上述(5)中所測定的被接著強度比較,以將耐濕試驗前後之被接著強度的減少率[%],作為評價被接著耐濕性的指標。
在銀粉末含量相對於總重量多於50重量%的情況評價為不具成本優勢(×),在50重量%以下的情況則評價為具有成本優勢(○)。
將試樣(導電性接著劑)置入軟膏瓶並且將其密閉,於10℃之下放置30天。以BROOKFIELD公司製的HBT黏度計測定50rpm時的黏度,藉此測定放置前後的黏度。保存穩定性,係將放置後的黏度與放置前的黏度相比,若在2倍以內則為優良(○),若超過2倍的情況則為不合格(×)。
上述的評價項目中,僅將滿足下述所有條件者評價為優良(○):體積電阻值為1×10-3Ω‧cm以下、接著強度40N以上、熱接著強度4N以上、被接著性在30N以上、而被接著耐濕性係被接著強度的減少率在50%以下;只要有1個條件不滿足的情況,即為不合格(×)。
將表1、2中所記載的銀粉末、無機粉末成分、接著劑樹脂、溶劑成分作為原料,調製接著劑組成物,使用3根滾筒型的揉合機以進行揉合,而得到本發明的導電性接著劑。表1、2中以重量%表示各成分的濃度。
使用該導電性接著劑,進行上述(1)~(7)的測定,對於體積電阻率、塗布性、接著強度、熱強度、被接著性、被接著耐濕性、成本優勢進行評價。該結果一併記載於表1、2。
將表3中所記載的銀粉末、無機粉末成分、接著劑樹脂、溶劑成分作為原料,調整接著劑組成物,並使用3根滾筒型的揉合機以進行揉合,而得到比較用的導電性接著劑。使用該導電性接著劑,藉由上述(1)~(7),測定並評價體積電阻率、塗布性、接著強度、熱強度、被接著性、被接著耐濕性、成本優勢。該結果一併記載於表3。
如表1、2清楚顯示,可得知實施例1~23的導電性接著劑,其導電性、塗布性、接著性、耐熱性及被接著耐濕性之任一性質皆為優良。另外可得知,在該等的實施例中,含有數量平均分子量5,000以下的環氧樹脂或酚樹脂的實施例13~16、18~23的導電性接著劑,其被接著耐濕性更為優良。又,實施例12中,因為Ni粉B係比重為8.9且平均粒徑為2μm的較大的Ni粉,故體積電阻率、被接著性、被接著耐濕性的方面稍微降低,但係在實用上不具有問題的等級。
另一方面,從表3可清楚得知,比較例1~11的導電性接著劑,其導電性、塗布性、接著性、耐熱性、被接著耐濕性、成本優勢的任一性質皆為低劣。亦即,比較例1中,因為使用比重為4以下的無機粉末填充劑,而具有高體積電阻率,故不合格。比較例2中,因為銀粉末的含量小於20重量%,而具有高體積電阻率,故不合格。比較例3中,因為銀粉末的含量大於50重量%,不具成本優勢,故不合格。比較例4、5中,銀粉末與無機粉末填充劑合計的量並不在50~80重量%的範圍中,導致塗布性不佳,故不合格。比較例6中,因為嵌段異氰酸酯的含量相對於苯氧樹脂小於5重量份,使得接著性、耐熱性不佳,故不合格。比較例7中,因為嵌段異氰酸酯的含量相對於苯氧樹脂大於90重量份,而具有高體積電阻率,故不合格。比較例8因為苯氧樹脂的含量大於10重量%,而具有高體積電阻率,故
不合格。比較例9中,因為苯氧樹脂的含量小於3重量%,使得體積電阻率、塗布性、接著強度等不佳,故不合格。另外,比較例10中,因為使用非嵌段異氰酸酯,故保存穩定性並不合格。比較例11中,雖參考專利第3484957號進行評價,但並無成本優勢,且保存穩定性亦不合格。
根據本發明,可提供一種導電性接著劑,其係以銀粉末、比重為4以上的無機粉末填充劑、苯氧樹脂、嵌段異氰酸酯及溶劑作為必要成分,並調整該等的摻合比例,藉此使銀粉末的含量相對於總重量即使在20~50重量%之較少的範圍中,亦可維持良好的導電性,且接著性、塗布性、耐熱性、被接著性、被接著耐濕性皆為優良。
本發明的導電性樹脂糊劑,可應用於鉭電容器、鋁固體電解電容器及晶片電阻器等的各種電子元件的內部電極或端面電極,另外,亦可應用於該等的接著。另外,因為可在低溫下硬化,對於觸控面板等的配線電極,及使用該等的電子元件等為處理性佳,且可實現低電阻值,故其工業價值極大。
Claims (8)
- 一種導電性接著劑組成物,其係含有作為導電性粉末之銀粉末(A)與比重為4以上之無機粉末填充劑(B)、作為接著劑成分之苯氧樹脂(C)與嵌段異氰酸酯(D)、及溶劑(E)之導電性接著劑組成物,其特徵為:銀粉末(A)以相對於總重量為20~50重量%摻合,無機粉末填充劑(B)以相對於總重量為60重量%以下摻合,嵌段異氰酸酯(D)的量相對於苯氧樹脂(C)100重量份為5~90重量份,且相對於總重量含有5~14重量%之接著劑成分(C+D),銀粉末(A)與無機粉末填充劑(B)的合計量相對於總重量為50~80重量%。
- 如請求項1之導電性接著劑組成物,其中該銀粉末(A)為薄片狀之銀粉末。
- 如請求項1之導電性接著劑組成物,其中該無機粉末填充劑(B)為選自Ni、Cu、Bi、Co、Mn、Sn、Fe、Cr或Ti、Zr之1種以上的金屬粉,或是選自WO3、SnO2、ZnO2、ZrO2或TiO2之1種以上的氧化物粉。
- 如請求項1或3之導電性接著劑組成物,其中該無機粉末填充劑(B)之平均粒徑為1μm以下。
- 如請求項1之導電性接著劑組成物,其中該苯氧樹脂(C)之數量平均分子量為5000以上。
- 如請求項1之導電性接著劑組成物,其中該接著劑成分含有數量平均分子量為5000以下之環氧樹脂(F)。
- 如請求項1或6之導電性接著劑組成物,其中該接著劑成分進一步含有酚樹脂(G)。
- 一種電子元件,其係使用如請求項1至7中任一項之導電性接著劑組成物而成。
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