JP2015221875A - 接着剤及び接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱する電子部品に対して優れた接着性と放熱性を有する接着剤及びこれを用いた接続構造体を提供する。【解決手段】 接着剤が、エポキシ化合物と、カチオン触媒と、アクリル酸とヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含むアクリル樹脂とを含有する。アクリル樹脂中のアクリル酸が、エポキシ化合物と反応し、アクリル樹脂の島１３とエポキシ化合物の海１２との繋がりを生じさせるとともに、酸化膜１１ａの表面を荒らしてエポキシ化合物の海１２とのアンカー効果を強めるとともに、含有した半田粒子１１を融解することで電極１０との間で金属結合を形成し、接着剤と電極１０の接着力を高め、金属結合面からの放熱特性を更に向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品同士を電気的に接続する接着剤に関し、特に発熱する電子部品と配線基板とを接続するとともに電子部品の熱を放熱する接着剤、及び電子部品と配線基板とが接続された接続構造体に関する。

ＬＥＤ等のチップ部品を回路基板に実装する手法として、エポキシ系接着剤に導電性粒子を分散させ、フィルム状に成形した異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）を使用し、フリップチップ実装する方法が広く採用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この方法によれば、チップ部品と回路基板との間の電気的接続が、異方性導電フィルムの導電性粒子で達成されるため、接続プロセスを短くすることができ、生産効率を向上させることができる。

特開２０１０−２４３０１号公報 特開２０１２−１８６３２２号公報

近年のＬＥＤ製品の中には、低コスト化のため、回路基板の配線の金属をＡｕ、ＡｇからＡｌ、Ｃｕに変更したものや、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）基材上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）配線が形成された透明基板を用いたものがある。

しかしながら、Ａｌ、Ｃｕ等の金属配線やＩＴＯ配線の表面には、不動態、酸化被膜などの酸化物が形成されているため、従来のエポキシ系接着剤では、接着が困難であった。

また、接着が困難であるうえに、ＬＥＤ製品等の発熱する電子部品から十分に放熱をするためには、放熱用材料を接着剤に含有させなければならず、放熱用材料の含有により接着剤成分が少なくなり接着力を十分に保持することが困難であった。

また、放熱用材料として用いられる無機フィラーや金属フィラーを接着剤に含有させると、これらがスペーサーとなり、接着剤層を薄くすることができなくなってしまう。

本発明は、上述した従来技術における課題を解決するものであり、酸化膜に対して優れた接着性と、放熱する電子部品から外部への優れた放熱性とを有する接着剤及びこれを用いた接続構造体を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る接着剤は、発熱する電子部品と配線パターンを有する基板とを接着する接着剤であって、半田粒子を含む樹脂バインダーからなることを特徴とする。

また、本発明に係る接続構造体は、配線パターンを有する基板と、配線パターンの電極上に形成された異方性導電膜と、異方性導電膜上に実装された発熱する電子部品とを備え、異方性導電膜が、樹脂バインダーと半田粒子とを含有し、前記半田粒子と前記電子部品の端子部分が金属結合していることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂バインダー内の半田粒子が電子部品の端子部分と金属結合することで、接着剤層と電子部品との間で優れた接着力を得るとともに、電子部品内で発生した熱を金属結合した半田粒子に拡散させ、より効率的に放熱することができる。

エポキシ化合物を海、及びアクリル樹脂を島としたときの海島モデルを示す断面図である。 半田粒子を説明する断面図である。 発光装置の一例を示す断面図である。 ９０度剥離強度試験の概要を示す断面図である。 ＬＥＤ実装サンプルの作製工程を説明するための図である。 ダイシェア強度試験の概要を示す断面図である。 放熱用材料としてダイヤモンド粒子を用いた場合を説明する図である。 放熱用材料として銅粉を用いた場合を説明する図である。 放熱用材料として窒化アルミ粉を用いた場合を説明する図である。 樹脂バインダーの放熱特性を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、本実施の形態と称する。）について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
１．接着剤
２．接続構造体
３．実施例

＜１．接着剤＞
本発明が適用された接着剤は、脂環式エポキシ化合物又は水素添加エポキシ化合物と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂と、半田粒子とを含有し、アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含むものである。

図１は、接着剤と酸化膜との界面において、エポキシ化合物を海、アクリル樹脂を島としたときの海島モデルを示す断面図である。この海島モデルは、エポキシ化合物の海１２に分散したアクリル樹脂の島１３が、配線１１の酸化膜１１ａ上に接した状態を示す硬化物モデルである。

この硬化物モデルにおいて、アクリル樹脂中のアクリル酸は、エポキシ化合物と反応し、アクリル樹脂の島１３とエポキシ化合物の海１２との繋がりを生じさせるとともに、酸化膜１１ａの表面を荒らしてエポキシ化合物の海１２とのアンカー効果を強める。また、アクリル樹脂中のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルは、ヒドロキシル基の極性により配線１１に対して静電気的な接着力を得る。このように酸化膜１１ａに対してアクリル樹脂の島１３及びエポキシ化合物の海１２の硬化物全体で接着することにより、優れた接着力を得ることができる。

次に、半田粒子について説明する。具体的に、接着剤が、ＬＥＤ素子と、表面が酸化物とされた配線パターンを有するアルミニウム配線基板とを接着する例を用いて説明する。図２は、接着剤に含有する半田粒子の働きを説明する断面図である。

半田粒子１は、図２に示すように、上述の構成の樹脂バインダー３に、後述する導電性粒子２とともに添加される。半田粒子１は、導電性粒子２とともにＬＥＤ素子の電極１０とアルミ配線基板の配線１１との間に分散配置され、圧着工程において融解され融解半田１ａとなる。

ここで、ＬＥＤ素子の電極１０は、Ａｕ又はＡｕ−Ｓｎで構成されている。半田粒子１は、融点以上まで加熱されると融解し、凝固点以下まで冷却されると略柱状に凝固し、一方の端面１ｂが電極１０と金属結合する。一方、半田粒子１は、配線１１とは金属結合できない。これは、配線１１上に酸化アルミによる酸化膜１１ａが存在するためであり、一般的な圧着工程では、融解半田１ａとアルミ配線基板の配線１１とは金属結合はできない。従って、融解半田１ａがＬＥＤ素子の電極１０と、配線１１との間で電気導通に寄与することはない。

しかし、融解半田１ａは、端面１ｂにおいて電極１０と金属結合をするため、電極１０と融解半田１ａとは一つの構造体を形成することとなる。この結果、ＬＥＤ素子と接着剤の間で接着力が高まる。具体的には、融解粒子１ａが存在しない場合、ＬＥＤ素子の電極１０と接着剤は２次元的な面で接触するのみであるが、ＬＥＤ素子の電極１０と融解半田１ａとによる構造体が３次元的な構造を有するため、結果的に電極１０と接着剤との間で接着面積が増えることとなる。つまり、融解半田１ａが電極１０の一部と金属結合することにより接着剤に対して杭（アンカー）として機能するため、電極１０と接着剤の間で接着強度を向上することができる。

また、融解半田１ａは、電極１０と金属結合することから、放熱用材料として用いられる他の粒子のように点接触ではなく、面接触となり、ＬＥＤ素子側から溶融半田１ａを介して放熱を行うことができ、飛躍的に放熱特性を向上することができる。また、配線１１との接触面も酸化膜１１ａを介してではあるが、面接触となり熱を伝達しやすくなり、この点においても放熱特性を向上することができる。なお、他の放熱用材料との比較は比較例中においても詳細に説明する。

半田粒子１は、例えばＪＩＳ Ｚ ３２８２−１９９９に規定されている、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ａｇ系などから、電極材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。また、半田粒子１の形状は、粒状、燐片状などから適宜選択することができる。

なお、半田粒子１の平均粒径（Ｄ５０）は、３μｍ以上、３０μｍ未満とすることが好ましく、半田粒子１の添加量は、５０質量部以上、１５０質量部未満とすることが好ましい。添加量が少なすぎると、上述のようなアンカー効果が期待できず、また、添加量を増やしすぎると、樹脂バインダー３が相対的に少なくなり、接着剤としての接着力が低下してしまうためである。

また、半田粒子１の融点は、実装温度以下のものを用いることが好ましい。このような融点の半田粒子１を用いると、実装（圧着工程）における加熱により半田粒子１を融解できるため、半田粒子１を融解するためだけの加熱工程を追加する必要がなくなる。すなわち、接着剤を硬化させるとともに半田粒子１ａを融解することができる。また、融解半田１ａを形成するためにＬＥＤ素子や基板に過度な加熱ストレスを与えないためである。例えば、アルミ配線を用いた樹脂基板にＬＥＤ素子を接着する場合では、樹脂基板の耐熱性を考慮して、１８０℃にて実装するため、この場合には、１８０℃以下であることが好ましい。

次に、脂環式エポキシ化合物としては、分子内に２つ以上のエポキシ基を有するものが好ましく挙げられる。これらは液状であっても、固体状であってもよい。具体的には、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、グリシジルヘキサヒドロビスフェノールＡ等を挙げることができる。これらの中でも、硬化物にＬＥＤ素子の実装等に適した光透過性を確保でき、速硬化性にも優れている点から、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートが好ましく使用される。

水素添加エポキシ化合物としては、先述の脂環式エポキシ化合物の水素添加物や、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型等の公知の水素添加エポキシ化合物を使用することができる。

脂環式エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物は、単独で使用してもよいが、２種以上を併用することができる。また、これらのエポキシ化合物に加えて本発明の効果を損なわない限り、他のエポキシ化合物を併用してもよい。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、テトラメチルビスフェノールＡ、ジアリールビスフェノールＡ、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、クレゾール、テトラブロモビスフェノールＡ、トリヒドロキシビフェニル、ベンゾフェノン、ビスレゾルシノール、ビスフェノールヘキサフルオロアセトン、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＦ、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、ビキシレノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどの多価フェノールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテル； グリセリン、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、チレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどの脂肪族多価アルコールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル； ｐ−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル； フタル酸、メチルフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラハイドロフタル酸、エンドメチレンテトラハイドロフタル酸、エンドメチレンヘキサハイドロフタル酸、トリメリット酸、重合脂肪酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルエステル； アミノフェノール、アミノアルキルフェノールから得られるグリシジルアミノグリシジルエーテル； アミノ安息香酸から得られるグリシジルアミノグリシジルエステル； アニリン、トルイジン、トリブロムアニリン、キシリレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、 ビスアミノメチルシクロヘキサン、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホンなどから得られるグリシジルアミン； エポキシ化ポリオレフィン等の公知のエポキシ樹脂類が挙げられる。

カチオン触媒としては、例えば、アルミニウムキレート系潜在性硬化剤、イミダゾール系潜在性硬化剤、スルホニウム系潜在性硬化剤などの潜在性カチオン硬化剤を挙げることができる。これらの中でも、速硬化性に優れるアルミニウムキレート系潜在性硬化剤が好ましく使用される。

カチオン触媒の含有量は、少なすぎると反応性が無くなり、多すぎると接着剤の製品ライフが低下する傾向があるため、エポキシ化合物１００重量部に対し、好ましくは０．１〜３０質量部、より好ましくは０．５〜２０質量部である。

アクリル樹脂は、重量平均分子量が５００００〜９０００００である。図１に示す硬化物モデルにおいて、アクリル樹脂の重量平均分子量は、アクリル樹脂の島１３の大きさに相関を示し、アクリル樹脂の重量平均分子量が５００００〜９０００００であることにより、適度な大きさのアクリル樹脂の島１３を酸化膜１１ａに接触させることが可能となる。アクリル樹脂の重量平均分子量が５００００未満の場合、アクリル樹脂の島１３と酸化膜１１ａの接触面積が小さくなり、接着力向上の効果が得られない。また、アクリル樹脂の重量平均分子量が９０００００超の場合、アクリル樹脂の島１３が大きくなり、酸化膜１１ａに対してアクリル樹脂の島１３及びエポキシ化合物の海１２の硬化物全体で接着している状態とはいえず、接着力が低下する。

また、アクリル樹脂は、アクリル酸を０．５〜１０ｗｔ％含み、より好ましくは１〜５ｗｔ％含む。アクリル樹脂中にアクリル酸が０．５〜１０ｗｔ％含まれることにより、エポキシ化合物との反応によりアクリル樹脂の島１３とエポキシ化合物の海１２との繋がりが生じるとともに、酸化膜１１ａの表面が荒れてエポキシ化合物の海１２とのアンカー効果が強まる。

また、アクリル樹脂は、ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルを０．５〜１０ｗｔ％含み、より好ましくは１〜５ｗｔ％含む。アクリル樹脂中にヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルが０．５〜１０ｗｔ％含まれることにより、ヒドロキシル基の極性により配線１１に対して静電気的な接着力が得られる。

ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとしては、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル等を挙げることができる。これらの中でも、酸化膜に対する接着性に優れるメタクリル酸２−ヒドロキシエチルが好ましく使用される。

また、アクリル樹脂は、アクリル酸及びヒドロキシル基を有するアクリル酸エステル以外に、ヒドロキシ基を有さないアクリル酸エステルを含む。ヒドロキシ基を有さないアクリル酸エステルとしては、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ニトリル等を挙げることができる。

また、アクリル樹脂の含有量は、エポキシ化合物１００質量部に対して１〜１０質量部であることが好ましく、１〜５質量部であることがより好ましい。アクリル樹脂の含有量がエポキシ化合物１００質量部に対して１〜１０質量部であることにより、アクリル樹脂１２の島が、エポキシ樹脂１３の海に良好な密度で分散した硬化物を得ることが可能となる。

また、本発明が適用された接着剤は、他の成分として、無機材料との界面における接着性を向上させるため、シランカップリング剤をさらに含有してもよい。シランカップリング剤としては、エポキシ系、メタクリロキシ系、アミノ系、ビニル系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、２種類以上を込み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく用いられる。

また、接着剤は、流動性を制御し、粒子捕捉率を向上させるため、無機フィラーを含有してもよい。無機フィラーとしては、特に限定されないが、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を用いることができる。このような無機フィラーは、接着剤によって接続される接続構造体の応力を緩和させる目的によって適宜用いることができる。また、熱可塑性樹脂、ゴム成分等の柔軟剤等を配合してもよい。

このような接着剤によれば、アルミニウム等の難接着金属に対し、高い接着力を得ることができる。

また、接着剤は、導電性粒子を含有する異方性導電接着剤であってもよい。導電性粒子としては、公知の導電性粒子を用いることができる。例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金等の各種金属や金属合金の粒子、金属酸化物、カーボン、グラファイト、ガラス、セラミック、プラスチック等の粒子の表面に金属をコートしたもの、これらの粒子の表面に更に絶縁薄膜をコートしたもの等が挙げられる。樹脂粒子の表面に金属をコートしたものである場合、樹脂粒子としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を用いることができる。

導電性粒子の平均粒径としては、通常１〜１０μｍ、より好ましくは２〜６μｍである。また、接着剤成分中の導電性粒子の平均粒子密度は、接続信頼性及び絶縁信頼性の観点から、好ましくは１０００〜１０００００個／ｍｍ²、より好ましくは３００００〜８００００個／ｍｍ²である。ここで、導電性粒子の含有量は、１〜２０質量部とすることが好ましい。

このような異方性導電接着剤によれば、酸化膜を有するアルミニウム配線やＩＴＯ配線に対し、優れた接続信頼性を得ることができる。

＜２．接続構造体＞
次に、本発明を適用した接続構造体について説明する。図３は、接続構造体の一例として、発熱する電子部品であるＬＥＤ素子を示す断面図である。接続構造体は、配線パターン２２を有する基板２１と、配線パターン２２の電極上に形成された異方性導電膜３０と、異方性導電膜３０上に実装された発光素子２３とを備え、異方性導電膜３０が、前述した異方性導電接着剤の硬化物からなる。この発光装置は、基板２１上の配線パターン２２と、発光素子２３としてＬＥＤ素子のｎ電極２４とｐ電極２５とのそれぞれに形成された接続用のバンプ２６との間に、前述の異方性導電接着剤を塗布し、基板２１と発光素子２３とをフリップチップ実装することにより得られる。

なお、ここで説明したバンプ２６は、ＡｕやＡｕ−Ｓｎの合金メッキを施したものを用いている。従って、バンプ２６は、図２において説明した電極１０に相当し、半田粒子１ｂは、バンプ２６との間で金属結合することとなる。

本実施の形態では、前述した異方性導電接着剤を用いることにより、アルミニウムからなる配線パターンを有する基板を好適に用いることができる。これにより、ＬＥＤ製品の低コスト化を図ることができる。

また、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる配線パターンを有する透明基板を好適に用いることができる。これにより、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）基材上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）配線が形成された透明樹脂基板にＬＥＤ素子を実装することができる。

なお、必要に応じて、ＬＥＤ素子２３の全体を覆うように放熱特性のよい透明モールド樹脂で封止してもよい。また、ＬＥＤ素子２３に光反射層を設けてもよい。また、発光素子としては、ＬＥＤ素子の他、本発明の効果を損なわない範囲で公知の発熱する電子部品を使用することができる。
＜３．実施例＞

以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、各種の異方性導電接着剤を作製し、これら異方性導電接着剤を用いて基板上にＬＥＤ素子を搭載させてＬＥＤ実装サンプルを作製し、ＬＥＤ素子の端子部分と半田粒子の合金形成の有無、熱抵抗値、及び対アルミ接着力について評価した。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

［ピール強度の測定］
異方性導電接着剤をセラミックからなる白色板上に厚さ１００μｍとなるように塗布し、１．５ｍｍ×１０ｍｍのアルミ片を１８０℃−１．５Ｎ−３０ｓｅｃの条件で熱圧着し、接合体を作製した。

図４に示すように、テンシロンを用いて、接合体のアルミ片を引っ張り速度５０ｍｍ／ｓｅｃで９０°Ｙ軸方向に引き剥がし、その引き剥がしに要したピール強度の最大値を測定した。

［ＬＥＤ実装サンプルの作製］
図５に示すように、ＬＥＤ実装サンプルを作製した。５０μｍピッチの配線基板（５０μｍＡｌ配線−２５μｍＰＩ（ポリイミド）層−５０μｍＡｌ土台）５１をステージ上に複数配列し、各配線基板５１上に異方性導電接着剤５０を約１０μｇ塗布した。異方性導電接着剤５０上に、Ｃｒｅｅ社製ＬＥＤチップ（商品名：ＤＡ３５４７、最大定格：１５０ｍＡ、サイズ：０．３５ｍｍ×０．４６ｍｍ）５２を搭載し、熱加圧ツール５３を用いてフリップチップ実装し、ＬＥＤ実装サンプルを得た。

［ダイシェア強度の測定］
図６に示すように、ダイシェアテスターを用いて、ツール５４のせん断速度２０μｍ／ｓｅｃ、２５℃の条件で各ＬＥＤ実装サンプルの接合強度を測定した。

［合金形成の有無の評価］
各ＬＥＤ実装サンプルの外観を顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）等を用いてＬＥＤ素子の電極部分と半田粒子との間で合金形成がなされているかを確認した。具体的に、合金形成がなされると、電極部分と半田粒子との間は融解半田により面接触をすることとなる。このため、溶融半田の広がり面積を見ることにより合金が形成されているか否か、すなわち金属結合しているか否かを判断することができる。

［熱抵抗値の評価］
過渡熱抵抗測定装置（ＣＡＴＳ電子設計社製）を用いて、ＬＥＤ実装体の熱抵抗値（℃／Ｗ）を測定した。測定条件はＩｆ＝２００ｍＡ（定電流制御）で行った。

［総合評価］
ＬＥＤ素子の端子部分と半田粒子の合金形成の有無、熱抵抗値がすべて「〇」であり、ピール強度が２．０Ｎ以上、ダイシェア強度が５．０Ｎ以上であるものを「ＯＫ」と評価し、それ以外を「ＮＧ」と評価した。

［実施例１］
脂環式エポキシ化合物（品名：セロキサイド２０２１Ｐ、ダイセル化学社製）１００質量部、潜在性カチオン硬化剤（アルミニウムキレート系潜在性硬化剤）５質量部、アクリル樹脂（アクリル酸ブチル（ＢＡ）：１５％、アクリル酸エチル（ＥＡ）：６３％、アクリル酸ニトリル（ＡＮ）：２０％、アクリル酸（ＡＡ）：１ｗ％、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）：１ｗｔ％、重量平均分子量Ｍｗ：７０万）３質量部で構成された接着剤中に、半田融点１５０℃の半田粒子３０質量部及び導電性粒子（品名：ＡＵＬ７０４、積水化学工業社製）１０質量部を分散させ、異方性導電接着剤を作製した。また、ＬＥＤ実装サンプルの作製における硬化条件は、１８０℃−１．５Ｎ−３０ｓｅｃとした。

なお、半田粒子の平均粒子径は、５μｍ、７μｍ、１０μｍ、１２μｍ、２５μｍのものを実施例毎に用いた。上記範囲における粒子径では優位な差異は見いだせなかったため、粒子径毎の試験結果は割愛するが、少なくとも上記範囲の粒子径のものを用いることで本願実施例の結果を得ることができる。以下の実施例及び半田粒子を配合した比較例においても同様とする。

表１に、実施例１の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１７（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＯＫであった。

［実施例２］
半田粒子の融点を１５０℃、配合を４０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、実施例２の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＯＫであった。

［実施例３］
半田粒子の融点を１５０℃、配合を６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、実施例３の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＯＫであった。

［実施例４］
半田粒子の融点を１５０℃、配合を８０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、実施例４の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１５（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＯＫであった。

［実施例５］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を３０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、実施例５の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＯＫであった。

［実施例６］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を８０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、実施例６の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＯＫであった。

［比較例１］
半田粒子を配合しなかった以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、比較例１の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２９（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例２］
半田粒子の融点を１５０℃、配合を１６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、比較例２の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は１．２Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は２．０Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例３］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を１６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、比較例３の各評価結果を示す。合金形成が確認され、熱抵抗値は１６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は１．２Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は２．０Ｎであっ４。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例４］
半田粒子の融点を２００℃、配合を３０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、比較例４の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２６（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例５］
半田粒子の融点を２００℃、配合を８０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、比較例５の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２３（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例６］
半田粒子の融点を２００℃、配合を１６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表１に、比較例６の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２３（Ｋ／Ｗ）、ピール強度は１．２Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は２．０Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例７］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表２に、比較例７の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２５（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．５Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例８］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表２に、比較例８の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２３（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は５．３Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例９］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径３μｍのアルミナ粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表２に、比較例９の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２９（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．８Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１０］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径３μｍのアルミナ粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表２に、比較例１０の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２８（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は６．２Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１１］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径１０μｍのアルミナ粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表２に、比較例１１の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は３５（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は６．１Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１２］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径１０μｍのアルミナ粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表２に、比較例１２の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は３３（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は５．５Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１３］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径１．５μｍの窒化アルミ粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１３の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２２（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．１Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１４］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径１．５μｍの窒化アルミ粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１４の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は１９（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は５．９Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１５］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径３μｍのＮｉ粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１３の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２８（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は７．９Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１６］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径３μｍのＮｉ粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１６の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値２７（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は６．０Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１７］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径１０μｍのＣｕ粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１７の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は４１（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．１２Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１８］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径１０μｍのＣｕ粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１８の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値３８（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は６．２Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例１９］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径０．３μｍのダイヤモンド粉末６０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例１９の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値は２１（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．３Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

［比較例２０］
半田粒子に替えて放熱材料である平均粒径０．３μｍのダイヤモンド粉末１５０質量部を樹脂バインダーに配合した以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。

表３に、比較例２０の各評価結果を示す。合金形成は確認できず、熱抵抗値２２（Ｋ／Ｗ）であった。また、ＬＥＤ実装サンプルのダイシェア強度は８．１Ｎであった。よって、総合評価はＮＧであった。

比較例１は、半田粒子を配合しなかったため、融解半田による金属結合が生じず、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。

また、比較例２、３は、半田粒子を多く配合してしまったため、融解半田は形成されたものの、アルミ配線基板と異方性導電接着剤との間で接着力を低下させてしまい、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下してしまった。

また、比較例４，５，６は、半田粒子の融点が２００℃とされているため、圧着工程において十分に半田が融解せず、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、また、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。

また、比較例７，８，９，１０，１１，１２では、放熱材料としてアルミナ粉末を用いているため、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、また、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。アルミナ粉末の熱伝導率は４０Ｗ／ｍＫであるが、本願実施例との比較により半田粒子に替えて接着剤に含有しても所望の特性を得ることができなかった。

また、比較例１３，１４では、放熱材料として窒化アルミ粉末を用いているため、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、また、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。窒化アルミ粉末の熱伝導率は１８０Ｗ／ｍＫであるが、本願実施例との比較により半田粒子に替えて接着剤に含有しても所望の特性を得ることができなかった。

ここで、放熱材料として窒化アルミを添加した場合について考察する。図７に示すように、樹脂バインダー３に窒化アルミ粒子６１を添加した場合、半田粒子のように簡単に融解することがないため、粒形状が保持され、電極１０と窒化アルミ粒子６１とは点接触となる。従ってＬＥＤ素子からの熱を伝える面積が非常に少なくなり、半田粒子を用いた場合と比較して放熱特性が悪くなってしまう。また、窒化アルミ粒子６１と配線１１の間における接触も点接触となる。従って、窒化アルミ粒子６１から配線基板側への放熱特性も悪くなってしまう。

また、比較例１５，１６では、放熱材料としてＮｉ粉末を用いているため、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、また、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。Ｎｉ粉末の熱伝導率は９５Ｗ／ｍＫであるが、本願実施例との比較により半田粒子に替えて接着剤に含有しても所望の特性を得ることができなかった。

また、比較例１７，１８では、放熱材料としてＣｕ粉末を用いているため、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、また、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。Ｃｕ粉末の熱伝導率は４００Ｗ／ｍＫであるが、本願実施例との比較により半田粒子に替えて接着剤に含有しても所望の特性を得ることができなかった。

ここで、放熱材料としてＣｕ粒子を添加した場合について考察する。図８に示すように、樹脂バインダー３にＣｕ粒子６２を添加した場合、半田粒子のように簡単に融解することがないため、粒形状が保持され、電極１０とＣｕ粒子６２とは点接触となる点は、窒化アルミ粒子６１の場合と同様である。また、Ｃｕ粒子６２は、粒径が非常に大きいため、接着剤厚さが厚くなってしまう。高熱伝導率であるＣｕ粒子を用いたとしても、接着剤層の厚さが接着剤層全体として放熱特性を妨げることとなり、所望の放熱特性を得ることができなかった。

また、比較例１９，２０では、放熱材料としてダイヤモンド粉末を用いているため、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、また、熱抵抗値が大きくなりすぎてしまい、放熱特性が悪くなってしまった。ダイヤモンド粉末の熱伝導率は１５００Ｗ／ｍＫであるが、本願実施例との比較により半田粒子に替えて接着剤に含有しても所望の特性を得ることができなかった。

ここで、放熱材料としてダイヤモンド粒子を添加した場合について考察する。図９に示すように、樹脂バインダー３にダイヤモンド粒子６３を添加した場合、接着剤層の厚みに比べダイヤモンド粒子が６３が小さいため、ＬＥＤ素子の電極部分や、基板側の配線と接触できない。すなわち、ＬＥＤ素子から配線基板側へ熱伝達経路が形成されないため、高熱伝導率であるダイヤモンド粒子を用いたとしても、所望の放熱特性を得ることができなかった。

一方、実施例１〜６は、脂環式エポキシ化合物と、潜在性カチオン硬化剤と、アクリル酸（ＡＡ）とメタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）を有するアクリル樹脂とを配合しているため、光学用途の特性を有し、さらに、酸化膜を有するアルミニウム配線に対し、高い接着力及び優れた導通信頼性を得ることができ、また、半田粒子の融点が実装温度以下とされているため、圧着工程において半田粒子が融解し融解半田がＬＥＤ素子の電極と金属結合し、高い接着力と優れた放熱特性を得ることができた。

なお、図１０に、樹脂バインダーの放熱特性を参考に示す。樹脂Ａは熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ、樹脂Ｂは熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ、樹脂Ｃは熱伝導率５０Ｗ／ｍＫ、樹脂Ｄは熱伝導率７０Ｗ／ｍＫのものをそれぞれ調整した例である。一般的に、接着剤層中の放熱樹脂の体積率（ｖｏｌ％）が高くならなければ、放熱特性が得られないことがわかる。熱抵抗は、層厚／（接着面積×熱伝導率）で定義されるため、層厚を大きくしすぎると熱抵抗は高くなってしまうため、粒径の大きな放熱材料は層厚を大きくしてしまうため好ましくないことがわかる。

１ 半田粒子、１ａ 融解半田、１ｂ 端面（金属結合面）、２ 導電性粒子、３ 樹脂バインダー、１０電極、１１ 配線、１１ａ 酸化膜、１２ エポキシ化合物の海、１３ アクリル樹脂の島、２１ 基板、２２ 配線パターン、２３ 発光素子、２４ ｎ電極、２５ ｐ電極、２６ バンプ、３０ 異方性導電膜、５０ 異方性導電接着剤、５１ 配線基板、５２ ＬＥＤチップ、５３ 加熱ツール、５４ ツール、６０ 窒化アルミ粒子、６１ Ｃｕ粒子、６２ ダイヤモンド粒子

Claims (10)

1. 発熱する電子部品と基板とを接着する接着剤であって、
   半田粒子を含む樹脂バインダーとからなる接着剤。
2. 前記樹脂バインダーは、脂環式エポキシ化合物又は水素添加エポキシ化合物と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂とを含有し、
   前記アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含む請求項１記載の接着剤。
3. 前記半田粒子は、５０質量部以上、１５０質量部未満の配合量である請求項１又は２記載の接着剤。
4. 前記半田粒子は、平均粒径が３μｍ以上、３０μｍ未満である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接着剤。
5. 前記アクリル樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して１〜１０質量部である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接着剤。
6. 前記ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルが、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピルからなる群から選択される１種以上である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接着剤。
7. 前記アクリル樹脂が、アクリル酸ブチルと、アクリル酸エチルと、アクリル酸エチルとを含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接着剤。
8. 前記カチオン触媒が、アルミニウムキレート系潜在性硬化剤である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接着剤。
9. 導電性粒子を含有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の接着剤。
10. 配線パターンを有する基板と、
    前記配線パターンの電極上に形成された異方性導電膜と、
    前記異方性導電膜上に実装された発熱する電子部品とを備え、
    前記異方性導電膜が、樹脂バインダーと半田粒子とを含有し、前記半田粒子と前記電子部品の端子部分が金属結合している接続構造体。

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