導電性粘接劑、接合體和接頭的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及包含將有機酸金屬鹽用作固化促進劑的熱固性樹脂的導電性粘接劑、 接合體和接頭。
【背景技術】
[0002] 導電性接合材料是導電性粘接劑和導電性接合劑的統(tǒng)稱。即，導電性粘接劑是指 用于在低于導電性金屬粉末的熔點的溫度下使金屬彼此粘接的物質，導電性接合劑是指用 于使導電性金屬粉末熔融而使金屬彼此接合的物質。
[0003] 作為將各種電子電路接合在電路基板上的導電性接合劑，大多采用軟釬料，通過 軟釬料熔融而將各種電子電路接合在電路基板上。作為軟釬焊材料，考慮到對環(huán)境的影響， 使用了 Sn-Ag-Cu等無鉛軟釬料，但該軟釬料與以往的有鉛軟釬料相比液相溫度高30°C以 上。回流焊爐的爐內溫度與液相溫度相比進一步提高，因此，會對需要接合的電子部件、電 路基板賦予較高的熱沖擊(熱應力）。
[0004] 為了減輕熱應力，對使用導電性粘接劑的部件接合材料進行了研究。該導電性粘 接劑包含導電性金屬粉末、熱固性樹脂、固化劑、固化促進劑等，隨著由加熱導致的樹脂固 化，導電性金屬粉末彼此密切接觸，由此將電路基板和各種電子電路接合而不會使導電性 金屬粉末熔融(參見專利文獻1、2)。
[0005] 現(xiàn)有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1:日本特開2011-061241號公報 [0008] 專利文獻2:日本特開2012-067274號公報 [0009] 專利文獻3:日本特開2001-219294號公報 [0010] 專利文獻4:日本特開2010-144150號公報
[0011] 非專利文獻
[0012] 非專利文獻l:Panasonic Technical Journal，Vol.59No.l,72-77

【發(fā)明內容】

[0013] 發(fā)明要解決的問題
[0014] 在使用胺系固化劑作為固化劑的情況下，能夠在短時間內使熱固性樹脂固化。另 一方面，例如，必須以在_l〇°C下冷凍保存而使其不產(chǎn)生固化反應的方式進行管理。
[0015] 在使用酸酐作為固化劑的情況下，為了使樹脂固化而需要的時間長，從制造工藝 方面來看，不易使用。為了縮短固化時間，需要添加最佳的固化促進劑。
[0016] 此外，在通過軟釬料熔融而將各種電子電路接合在電路基板上的情況下，為了確 保電路基板與各種電子電路的更牢固的接合強度，提出了添加有熱固性樹脂、用于使該熱 固性樹脂固化的固化劑等的接合材料(參見專利文獻3、4參照）。但是，包含與上述導電性粘 接劑相同的問題。
[0017] 非專利文獻1中，公開了將由Sn-3. OAg-0.5Cu(各數(shù)值為重量％，以下軟釬料組成 中在沒有特別說明的情況下為重量％ )的軟釬料、環(huán)氧樹脂、戊二酸形成的助焊劑進行加 熱，生成有機酸金屬鹽，有機酸金屬鹽使環(huán)氧基開環(huán)。但是，固化時間需要7小時左右。
[0018] 專利文獻2中，使用Ag作為填料，但是Ag昂貴，因此，對于軟釬料也正在推進Ag的低 含量化，在導電性粘接劑中期望采用代替Ag的填料。
[0019] 本發(fā)明解決了上述問題，其目的在于，提供能夠在短時間內使熱固性樹脂固化的 導電性粘接劑、接合體和接頭，該導電性粘接劑將用于在低于導電性金屬粉末的熔點的溫 度下使金屬彼此粘接的導電性粘接劑作為前提，使用酸酐系固化劑而使熱固性樹脂固化。
[0020] 用于解決問題的方案
[0021] 本申請的發(fā)明人等著眼于在加熱處理中導電性金屬粉末與有機酸反應而生成的 有機酸金屬鹽作為固化促進劑發(fā)揮作用，發(fā)現(xiàn)能在短時間內、例如在與一般的回流焊處理 所需的時間相同的時間內使熱固性樹脂固化。
[0022] 本發(fā)明包含:含有Sn的導電性金屬粉末、熱固性樹脂、酸酐系固化劑和有機酸，且 將在加熱過程中導電性金屬粉末與有機酸反應而生成的有機酸金屬鹽作為固化促進劑使 用。
[0023] 作為熱固性樹脂，優(yōu)選使用賦予了脂肪族骨架的雙酚A型環(huán)氧樹脂等具有撓性的 樹脂。通過該樹脂，能夠兼具柔軟性和強韌性。
[0024] 作為固化劑，優(yōu)選為酸酐，優(yōu)選將具有撓性的樹脂與固化劑以1:2的摩爾比進行配 混。進而，優(yōu)選添加2~6重量％的用于生成有機酸金屬鹽的有機酸。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 本發(fā)明中，通過金屬粉末與有機酸在加熱過程中反應而生成的有機酸金屬鹽作為 固化促進劑發(fā)揮作用，因此能夠在短時間內使熱固性樹脂固化。此外，由于通過加熱而生成 固化促進劑，因此在保存時固化不會急劇進行，而能夠在2~10°C下冷藏保存，能夠提高保 存穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0027] 圖1為示出填料含量與體積電阻率的關系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0028] 〈本實施方式的導電性粘接劑的組成例〉
[0029]本發(fā)明的導電性粘接劑包含:含有Sn的導電性金屬粉末、熱固性樹脂、固化劑和有 機酸。
[0030] 作為固化樹脂，有利用熱、光、紫外線等而固化的樹脂。作為固化樹脂，可考慮:環(huán) 氧類樹脂、酚醛類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、有機硅類樹脂、聚氨酯類樹脂、不飽和聚酯樹脂 等，但利用光、紫外線而固化的樹脂在搭載電子部件時無法使部件下部的樹脂固化，因此使 用熱固性樹脂。作為熱固性樹脂，環(huán)氧樹脂為最佳的樹脂。
[0031] 作為環(huán)氧樹脂，選擇雙酚型環(huán)氧樹脂，作為雙酚型，可以舉出：雙酚A型、雙酚AP型、 雙酚AF型、雙酚B型、雙酚BP型、雙酚C型、雙酚E型、雙酚F型、雙酚G型、雙酸Μ型、雙酚S型、雙 酚Ρ型、雙酚ΡΗ型、雙酚TMC型、雙酚Ζ型等，優(yōu)選為雙酸Α型。
[0032] 一般認為，環(huán)氧樹脂的電接合特性、機械接合特性良好，另一方面，因脆弱而導致 落下沖擊特性較差。這是由于，使環(huán)氧樹脂固化時，在電極界面會發(fā)生剝離，從而產(chǎn)生裂紋。 將產(chǎn)生該現(xiàn)象的環(huán)氧樹脂作為標準樹脂。
[0033] 對于環(huán)氧樹脂，使用例如賦予了脂肪族骨架的撓性樹脂時，柔軟性和強韌性這兩 者均增強，從而能夠防止由表面剝離導致的裂紋的產(chǎn)生。
[0034]為了使環(huán)氧樹脂固化而使用固化劑。作為固化劑，可以使用胺、酸酐等。使用胺時， 即使進行冷藏保存，反應也會進行而發(fā)生固化。因此，選擇能夠進行冷藏保存那樣的酸酐。
[0035] 作為酸酐，可舉出：乙酸酐、丙酸酐、琥珀酸酐、馬來酸酐等，本實施例中使用琥珀 酸酐。
[0036] 僅將環(huán)氧樹脂與酸酐加熱的情況下，直至固化為止所需要的時間較長。因此，需要 固化促進劑。作為固化促進劑，例如可舉出：酚化合物、叔胺、季銨鹽、季鱗鹽、咪唑、有機酸 金屬鹽、路易斯酸等，本實施例中使用有機酸金屬鹽。
[0037] 對于構成有機酸金屬鹽的金屬粉末，可以用接合用的樹脂中所添加的接合用的導 電性金屬粉末自身代替。此時，不需要為了生成有機酸金屬鹽而另行添加。當然，也可以為 了生成有機酸金屬鹽而另行添加導電性金屬粉末。
[0038] 將加熱時金屬粉末與有機酸反應所生成的有機酸金屬鹽作為固化促進劑而有效 利用。如利用該方法，則在保存時不存在固化促進劑，換言之，固化促進功能未發(fā)揮作用，因 此能夠進彳丁冷減保存，保存穩(wěn)定性也提尚。
[0039] 作為導電性金屬粉末，可舉出：311^8、8丨、〇1^11、附、313、？(1單質或由選自這些金屬 粉末組中的金屬形成的合金中的、1種或2種以上單質或/和合金。優(yōu)選使用Sn單質、或者包 含Sn的混合物或合金。
[0040]作為有機酸，只要是一般的有機酸即可。優(yōu)選為低分子的有機酸，本實施例中使用 戊二酸。
[0041 ] 實施例
[0042]以下，通過實施例示出本發(fā)明適用于導電性粘接劑時的具體例，但本發(fā)明并不限 定于以下具體例。
[0043]圖1為示出導電性金屬粉末的含量與體積電阻率的關系的特性圖。體積電阻率由 (電阻值X截面積/長度)求出。單位為Ω cm。該例中，使用包含Sn粉末、環(huán)氧樹脂、固化劑和 有機酸的導電性粘接劑，在陶瓷基板上以長度成為11.5mm、寬度成為1.5mm、厚度成為 0.12mm的方式印刷、固化后，求出電阻值和體積電阻率。
[0044]由圖1明顯可知，相對于粘接劑的總量100重量％以導電性金屬粉末的含量占88~ 90重量％的方式含有時，粘接劑的體積電阻率急劇下降。含量達到90重量％時，體積電阻率 會降低至1 X 10-4 Ω cm，因此能夠充分確保軟釬料所需要的導電性。
[0045] 為了確認生成有機酸金屬鹽時，導電性金屬粉末(金屬填料)和有機酸的組合與其 配混量，進行了以下試驗。實施例、比較例中，均包含導電性粉末、環(huán)氧樹脂、固化劑和有機 酸。
[0046] 環(huán)氧樹脂的固化時伴隨著放熱反應。因此，利用