导电性粘接剂、接合体和接头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包含将有机酸金属盐用作固化促进剂的热固性树脂的导电性粘接剂、 接合体和接头。
【背景技术】
[0002] 导电性接合材料是导电性粘接剂和导电性接合剂的统称。即，导电性粘接剂是指 用于在低于导电性金属粉末的熔点的温度下使金属彼此粘接的物质，导电性接合剂是指用 于使导电性金属粉末熔融而使金属彼此接合的物质。
[0003] 作为将各种电子电路接合在电路基板上的导电性接合剂，大多采用软钎料，通过 软钎料熔融而将各种电子电路接合在电路基板上。作为软钎焊材料，考虑到对环境的影响， 使用了 Sn-Ag-Cu等无铅软钎料，但该软钎料与以往的有铅软钎料相比液相温度高30°C以 上。回流焊炉的炉内温度与液相温度相比进一步提高，因此，会对需要接合的电子部件、电 路基板赋予较高的热冲击(热应力）。
[0004] 为了减轻热应力，对使用导电性粘接剂的部件接合材料进行了研究。该导电性粘 接剂包含导电性金属粉末、热固性树脂、固化剂、固化促进剂等，随着由加热导致的树脂固 化，导电性金属粉末彼此密切接触，由此将电路基板和各种电子电路接合而不会使导电性 金属粉末熔融(参见专利文献1、2)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开2011-061241号公报 [0008] 专利文献2:日本特开2012-067274号公报 [0009] 专利文献3:日本特开2001-219294号公报 [0010] 专利文献4:日本特开2010-144150号公报
[0011] 非专利文献
[0012] 非专利文献l:Panasonic Technical Journal，Vol.59No.l,72-77
【发明内容】
[0013] 发明要解决的问题
[0014] 在使用胺系固化剂作为固化剂的情况下，能够在短时间内使热固性树脂固化。另 一方面，例如，必须以在_l〇°C下冷冻保存而使其不产生固化反应的方式进行管理。
[0015] 在使用酸酐作为固化剂的情况下，为了使树脂固化而需要的时间长，从制造工艺 方面来看，不易使用。为了缩短固化时间，需要添加最佳的固化促进剂。
[0016] 此外，在通过软钎料熔融而将各种电子电路接合在电路基板上的情况下，为了确 保电路基板与各种电子电路的更牢固的接合强度，提出了添加有热固性树脂、用于使该热 固性树脂固化的固化剂等的接合材料(参见专利文献3、4参照）。但是，包含与上述导电性粘 接剂相同的问题。
[0017] 非专利文献1中，公开了将由Sn-3. OAg-0.5Cu(各数值为重量％，以下软钎料组成 中在没有特别说明的情况下为重量％ )的软钎料、环氧树脂、戊二酸形成的助焊剂进行加 热，生成有机酸金属盐，有机酸金属盐使环氧基开环。但是，固化时间需要7小时左右。
[0018] 专利文献2中，使用Ag作为填料，但是Ag昂贵，因此，对于软钎料也正在推进Ag的低 含量化，在导电性粘接剂中期望采用代替Ag的填料。
[0019] 本发明解决了上述问题，其目的在于，提供能够在短时间内使热固性树脂固化的 导电性粘接剂、接合体和接头，该导电性粘接剂将用于在低于导电性金属粉末的熔点的温 度下使金属彼此粘接的导电性粘接剂作为前提，使用酸酐系固化剂而使热固性树脂固化。
[0020] 用于解决问题的方案
[0021] 本申请的发明人等着眼于在加热处理中导电性金属粉末与有机酸反应而生成的 有机酸金属盐作为固化促进剂发挥作用，发现能在短时间内、例如在与一般的回流焊处理 所需的时间相同的时间内使热固性树脂固化。
[0022] 本发明包含:含有Sn的导电性金属粉末、热固性树脂、酸酐系固化剂和有机酸，且 将在加热过程中导电性金属粉末与有机酸反应而生成的有机酸金属盐作为固化促进剂使 用。
[0023] 作为热固性树脂，优选使用赋予了脂肪族骨架的双酚A型环氧树脂等具有挠性的 树脂。通过该树脂，能够兼具柔软性和强韧性。
[0024] 作为固化剂，优选为酸酐，优选将具有挠性的树脂与固化剂以1:2的摩尔比进行配 混。进而，优选添加2~6重量％的用于生成有机酸金属盐的有机酸。
[0025] 发明的效果
[0026] 本发明中，通过金属粉末与有机酸在加热过程中反应而生成的有机酸金属盐作为 固化促进剂发挥作用，因此能够在短时间内使热固性树脂固化。此外，由于通过加热而生成 固化促进剂，因此在保存时固化不会急剧进行，而能够在2~10°C下冷藏保存，能够提高保 存稳定性。
【附图说明】
[0027] 图1为示出填料含量与体积电阻率的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0028] 〈本实施方式的导电性粘接剂的组成例〉
[0029]本发明的导电性粘接剂包含:含有Sn的导电性金属粉末、热固性树脂、固化剂和有 机酸。
[0030] 作为固化树脂，有利用热、光、紫外线等而固化的树脂。作为固化树脂，可考虑:环 氧类树脂、酚醛类树脂、聚酰亚胺类树脂、有机硅类树脂、聚氨酯类树脂、不饱和聚酯树脂 等，但利用光、紫外线而固化的树脂在搭载电子部件时无法使部件下部的树脂固化，因此使 用热固性树脂。作为热固性树脂，环氧树脂为最佳的树脂。
[0031] 作为环氧树脂，选择双酚型环氧树脂，作为双酚型，可以举出：双酚A型、双酚AP型、 双酚AF型、双酚B型、双酚BP型、双酚C型、双酚E型、双酚F型、双酚G型、双酸Μ型、双酚S型、双 酚Ρ型、双酚ΡΗ型、双酚TMC型、双酚Ζ型等，优选为双酸Α型。
[0032] 一般认为，环氧树脂的电接合特性、机械接合特性良好，另一方面，因脆弱而导致 落下冲击特性较差。这是由于，使环氧树脂固化时，在电极界面会发生剥离，从而产生裂纹。 将产生该现象的环氧树脂作为标准树脂。
[0033] 对于环氧树脂，使用例如赋予了脂肪族骨架的挠性树脂时，柔软性和强韧性这两 者均增强，从而能够防止由表面剥离导致的裂纹的产生。
[0034]为了使环氧树脂固化而使用固化剂。作为固化剂，可以使用胺、酸酐等。使用胺时， 即使进行冷藏保存，反应也会进行而发生固化。因此，选择能够进行冷藏保存那样的酸酐。
[0035] 作为酸酐，可举出：乙酸酐、丙酸酐、琥珀酸酐、马来酸酐等，本实施例中使用琥珀 酸酐。
[0036] 仅将环氧树脂与酸酐加热的情况下，直至固化为止所需要的时间较长。因此，需要 固化促进剂。作为固化促进剂，例如可举出：酚化合物、叔胺、季铵盐、季鱗盐、咪唑、有机酸 金属盐、路易斯酸等，本实施例中使用有机酸金属盐。
[0037] 对于构成有机酸金属盐的金属粉末，可以用接合用的树脂中所添加的接合用的导 电性金属粉末自身代替。此时，不需要为了生成有机酸金属盐而另行添加。当然，也可以为 了生成有机酸金属盐而另行添加导电性金属粉末。
[0038] 将加热时金属粉末与有机酸反应所生成的有机酸金属盐作为固化促进剂而有效 利用。如利用该方法，则在保存时不存在固化促进剂，换言之，固化促进功能未发挥作用，因 此能够进彳丁冷减保存，保存稳定性也提尚。
[0039] 作为导电性金属粉末，可举出：311^8、8丨、〇1^11、附、313、？(1单质或由选自这些金属 粉末组中的金属形成的合金中的、1种或2种以上单质或/和合金。优选使用Sn单质、或者包 含Sn的混合物或合金。
[0040]作为有机酸，只要是一般的有机酸即可。优选为低分子的有机酸，本实施例中使用 戊二酸。
[0041 ] 实施例
[0042]以下，通过实施例示出本发明适用于导电性粘接剂时的具体例，但本发明并不限 定于以下具体例。
[0043]图1为示出导电性金属粉末的含量与体积电阻率的关系的特性图。体积电阻率由 (电阻值X截面积/长度)求出。单位为Ω cm。该例中，使用包含Sn粉末、环氧树脂、固化剂和 有机酸的导电性粘接剂，在陶瓷基板上以长度成为11.5mm、宽度成为1.5mm、厚度成为 0.12mm的方式印刷、固化后，求出电阻值和体积电阻率。
[0044]由图1明显可知，相对于粘接剂的总量100重量％以导电性金属粉末的含量占88~ 90重量％的方式含有时，粘接剂的体积电阻率急剧下降。含量达到90重量％时，体积电阻率 会降低至1 X 10-4 Ω cm，因此能够充分确保软钎料所需要的导电性。
[0045] 为了确认生成有机酸金属盐时，导电性金属粉末(金属填料)和有机酸的组合与其 配混量，进行了以下试验。实施例、比较例中，均包含导电性粉末、环氧树脂、固化剂和有机 酸。
[0046] 环氧树脂的固化时伴随着放热反应。因此，利用