JP2005317491A - 導電ペーストおよびそれを用いた電子部品搭載基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性、接着強度及び耐マイグレーション性に優れる導電ペーストを提供すること。
【解決手段】 導電粉及びバインダ成分を含有する導電ペーストであって、前記導電粉は、銅粉又は銅合金粉の表面が部分的に銀で被覆された金属粉からなるものであり、且つ、略球状の前記金属粉と扁平状の前記金属粉との混合粉、又は、略球状若しくは扁平状の前記金属粉の単独粉からなるものであり、前記バインダ成分は、エポキシ樹脂とカルボキシル基を有するイミダゾール化合物との混合物を含むものであることを特徴とする導電ペースト。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子部品、回路配線材料、電極材料、導電性接合材料、又は導電性接着剤等として使用される導電ペーストおよびそれを用いた電子部品搭載基板に関する。

電子部品を回路基板などへ実装するには、鉛を含むはんだを用いた接合法が広く知られている。しかし近年、環境問題への認識の高まりから、はんだに代わって鉛を含まない鉛フリーはんだや導電ペーストが注目されるようになってきた。

導電ペーストは、貴金属を含むため鉛フリーはんだより高価ではあるが、実装温度の低温化、接合部の柔軟性等の多くの利点が兼ね備えられている。従来の導電ペーストは、非特許文献１に記載されているように、金、銀、銅、カーボン等の導電性粉末を用い、それにバインダ、有機溶剤及び必要に応じて添加剤を加えてペースト状に混合して作製していた。特に高導電性が要求される分野では、金粉又は銀粉を用いることが一般的に知られていた。

最近導電ペーストは、価格、実績及び導電性の観点から導電性粉末として銀又は銅を用いるのが一般的である。銀粉を含有する導電ペーストは、導電性が良好なことから印刷配線板、電子部品等の電気回路や電極の形成に使用されているが、これらは高温多湿の雰囲気下で電界が印可されると、電気回路や電極にマイグレーションと称する銀の電析が生じ電極間又は配線間が短絡するという欠点が生じる。このマイグレーションを防止するための方策はいくつか行われており、導体の表面に防湿塗料を塗布するか又は導電ペーストに含窒素化合物などの腐食抑制剤を添加するなどの方策が検討されているが、十分な効果の得られるものではなかった。また、導通抵抗の良好な導体を得るには銀粉の配合量を増加しなければならず、銀粉が高価であることから導電ペーストも高価になるという欠点があった。

マイグレーションを改善でき、安価な導電ペーストを得るために、銀被覆銅粉を使用した導電ペーストが提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかし銀を均一に、かつ厚く被覆すると、マイグレーションの改善効果が十分に得られない。逆に、薄く被覆すると、良好な導電性確保のために導電粉の充填量を増加させる必要があり、その結果バインダ成分の減少に伴う接着力（接着強度）の低下が起こるという問題があった。

また、導電性粉末として銅粉を使用した導電ペーストも提案されている（例えば、特許文献６参照）。しかし銅粉を使用した導電ペーストは、加熱硬化後の銅の被酸化性が大きいため、空気中及びバインダ中に含まれる酸素と銅粉が反応し、その表面に酸化膜を形成し、導電性を著しく低下させる。そのため、各種添加剤を加えて、銅粉の酸化を防止し、導電性の安定した銅ペーストが開示されているが、その導電性は銀ペーストには及ばず、また保存安定性にも欠点があった。

また、導電性を向上させる目的でフェノール樹脂を使用した導電ペーストも提案されている（例えば、特許文献７参照）。この導電ペーストは、エポキシ樹脂を使用した導電ペーストよりも高い導電性が得られるものの、フェノール樹脂の重合時に発生する副生成物がボイドを形成するため接着力が低くなる傾向がある。一方、エポキシ樹脂を使用した導電ペーストはフェノール樹脂を使用した導電ペーストより高い接着強度が得られるが、導電性が低くなる傾向があるため、導電性を確保するためには導電粉の充填量を増加させる必要があった。すなわち、現在使用している導電ペーストでは、導電性、接着強度、作業性及び耐マイグレーション性に優れ、かつ価格の観点から鉛はんだに対抗できる導電ペーストが見あたらないのが現状である。

また、これまでに開示されたマイグレーション防止策としては、以下のものが挙げられる。特許文献１、特許文献２ではマイグレーション防止剤を添加あるいは導電粒子へ前処理した導電ペーストが開示されている。銀被覆銅粉の例として、特許文献３、特許文献４が挙げられる。

特開２００１−１８９１０７号公報 特開２００２−１６１２５９号公報 特公平６−７２２４２号公報 特開平１０−１３４６３６号公報 特開平７−１３８５４９号公報 特開平５−２１２５７９号公報 特開平６−１５７９４６号公報 電子材料，１９９４年１０月号，４２〜４６頁

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、導電性、接着強度及び耐マイグレーション性に優れた導電ペーストを提供することを目的とする。また、本発明は、良好な導電性を有する電子部品搭載基板を提供することを目的とする。

請求項１〜４に記載の発明は、導電性、接着強度、耐マイグレーション性に優れる導電ペーストを提供するものである。

請求項５に記載の発明は、良好な導電性を有する電子部品搭載基板を提供するものである。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、所定の導電粉を用いるとともに、バインダ成分としてエポキシ樹脂と所定構造のイミダゾール化合物とを組み合わせて用いることにより、導電性と接着強度とを両立することができ、且つ、耐マイグレーション性に優れた導電ペーストが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、導電粉及びバインダ成分を含有する導電ペーストであって、上記導電粉は、銅粉又は銅合金粉の表面が部分的に銀で被覆された金属粉からなるものであり、且つ、略球状の上記金属粉と扁平状の上記金属粉との混合粉、又は、略球状若しくは扁平状の上記金属粉の単独粉からなるものであり、上記バインダ成分は、エポキシ樹脂とカルボキシル基を有するイミダゾール化合物との混合物を含むものであることを特徴とする導電ペーストを提供する。

これにより、導電性、接着強度及び耐マイグレーション性の全てにおいて優れた導電ペーストを提供することができる。

また、上記導電ペーストにおける上記導電粉と上記バインダ成分との配合比（導電粉：バインダ成分）が、体積比で２０：８０〜６０：４０であることが好ましい。

また、上記導電ペーストにおける上記イミダゾール化合物の配合割合が、上記バインダ成分全量を基準として２〜１８重量％であることが好ましい。

さらに、上記導電ペーストにおける上記イミダゾール化合物が、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、又は、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイトであることが好ましい。

本発明はまた、基板と電子部品とが導電部材により接続された構造を有する電子部品搭載基板であって、前記導電部材が、上記本発明の導電ペーストを、最高温度へ到達するまでの昇温速度が２〜２０℃／ｍｉｎであり、且つ、酸素濃度が２０〜５００００ｐｐｍである熱硬化プロセスにより硬化してなるものであることを特徴とする電子部品搭載基板を提供する。

これにより、良好な導電性を有する電子部品搭載基板を提供することができる。

本発明によれば、所定の接着強度を維持しつつ、導電性、耐マイグレーション性に優れる導電ペーストが提供される。また、本発明の導電ペーストを用いることで良好な導電性を有する電子部品搭載基板を提供することができる。

以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本発明の導電ペーストは、はんだと同程度の導電性を有し、かつ接着力（固定力）に優れるので、従来はんだが用いられていた部分の代替材として広く使用することができる。また、もちろん接着性があまり必要とされない分野にも使用することができる。すなわち、受動部品やＬＳＩパッケージなどの電子部品と、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等のプラスチックフィルム、ガラス不織布等の基材にポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジン等のプラスチックを含浸・硬化させたもの、アルミナ等のセラミックス等の基板との接合に用いることができる。

具体的には、本発明の導電ペーストは、図１〜２に示すように、従来はんだで接続していた受動部品の接続や、はんだあるいは異方導電性フィルムで接続していた半導体素子等の電子部品の接続にも適用できる。特に、本発明の導電ペーストは、はんだと比較して低温での接続が可能であるため、ＣＣＤモジュールなどの耐熱性が劣る部品を接続する場合に好適に用いられる。また、はんだにより半導体素子と基板とを接続する場合は、半導体素子と基板との熱膨張係数の差により発生する応力を緩和するために、素子と基板との間にアンダーフィル材を注入する必要があった。これに対して、本発明の導電ペーストで接続を行う場合は、樹脂成分が応力緩和作用を有するため、アンダーフィル材を必要とせず、またプロセス面の簡略化も可能である。

また、本発明の導電ペーストは、図３に示すように、はんだと組み合わせて用いて半導体素子と基板との接続を行うことができる。更に、本発明の導電ペーストは、図４に示すように、図１や図２に示す受動部品を搭載したインターポーザとしての基板を、マザーボードのような別の基板に実装する際にも使用することが出来る。

このような用途に用いられる本発明の導電ペーストは、（Ａ）導電粉及び（Ｂ）バインダ成分を含有しており、上記（Ｂ）バインダ成分は、（ｂ１）エポキシ樹脂と（ｂ２）カルボキシル基を有するイミダゾール化合物との混合物を含むものである。以下、それぞれの成分について詳細に説明する。

［（Ａ）導電粉］
本発明に用いられる（Ａ）導電粉は、銅粉又は銅合金粉の一部を露出して、表面が大略銀で被覆された状態の金属粉（銀被覆銅粉又は銀被覆銅合金粉）からなるものである。言い換えれば、銅粉又は銅合金粉の表面が部分的に銀で被覆された金属粉からなるものである。（Ａ）導電粉として、銅粉又は銅合金粉の一部を露出させないで全面に銀を被覆したものを用いるとマイグレーション性が悪くなる傾向がある。なお、銅粉又は銅合金粉の表面の露出面積が大きすぎると、銅粉の酸化により導電性が低下する傾向がある。そのため、銅粉又は銅合金粉の表面の露出面積は、マイグレーション性、露出部の酸化、導電性等の点から１〜７０％の範囲が好ましく、１０〜６０％の範囲がより好ましく、１０〜５５％の範囲がさらに好ましい。

銅粉又は銅合金粉としては、アトマイズ法で作製された粉体を用いることが好ましく、その粒径は小さいほど（Ａ）導電粉の接触確率が高くなり高導電性が得られるために好ましい。例えば、平均粒径が１〜２０μｍの範囲の粉体を用いることが好ましく、１〜１０μｍの範囲の粉体を用いることがさらに好ましい。

銅粉又は銅合金粉の表面に銀を被覆するには、置換めっき、電気めっき、無電解めっき等の方法があり、銅粉又は銅合金粉と銀との付着力が高いこと及びランニングコストが安価であることから、置換めっきで被覆することが好ましい。

銅粉又は銅合金粉の表面への銀の被覆量が多すぎるとコストが高くなるとともに、耐マイグレーション性が低下し、少なすぎると導電性が低下する傾向がある。そのため、銀の被覆量は、銅粉又は銅合金粉に対して（銅粉又は銅合金粉と銀との合計重量を基準としたときの銀の重量として）５〜２５重量％の範囲が好ましく、１０〜２３重量％の範囲がさらに好ましい。

本発明に用いられる（Ａ）導電粉は、略球状の上記金属粉と扁平状の上記金属粉との混合粉、又は、略球状若しくは扁平状の上記金属粉の単独粉からなるものである。ここで、「略球状の金属粉」とは、「球状（真球状）の金属粉」も含む概念である。これらの金属粉は導電ペーストの粘度、塗布面積、膜厚、接合部材等の接合の仕様や要求特性により、組み合わせや比率が異なってくる。

例えば、平面方向の導電性を良好なものとするためには、導電粉同士の接触面積、配向等の点から、（Ａ）導電粉としては扁平状の金属粉を用いることが好ましい。一方、断面方向の導電性を良好なものとするためには、断面方向に対する単一粒子が占める体積が増えるので、（Ａ）導電粉としては略球状の金属粉を用いることが好ましい。

また、接着強度についても、接合の仕様によって異なるが、一般的に基材に対して平滑に塗布した導電ペーストでは、（Ａ）導電粉として扁平状の金属粉を用いた場合の方が、略球状の金属粉を用いた場合よりも高い値を示す傾向がある。

例えば、導電ペーストを用いて銅箔にリードフレームを接合する場合、導電性、接着強度、作業性、信頼性等の点から、（Ａ）導電粉として、略球状の金属粉と扁平状の金属粉との比率が、重量比で略球状の金属粉：扁平状の金属粉が４０：６０〜９８：２の範囲となるように混合した混合粉を用いることが好ましい。このような混合粉を用いることで、良好な結果が得られている。

なお、（Ａ）導電粉として扁平状の金属粉を主として用いた場合、導電ペーストの粘度は高くなり、反面、略球状の金属粉を主として用いた場合、扁平状の金属粉を主として用いた場合より粘度が低くなり作業性がよくなる。

また、（Ａ）導電粉として略球状の金属粉を主として用いた場合と扁平状の金属粉を主として用いた場合の導電ペーストの粘度を同一にする場合は、略球状の金属粉の比率を扁平状の金属粉の比率より高くすることができる。すなわち、所定の粘度の導電ペーストを作製する際に、（Ａ）導電粉として略球状の金属粉を主として用いた場合には、扁平状の金属粉を主として用いた場合よりも、導電ペースト中の（Ａ）導電粉の比率を高くすることができる。

さらに、（Ａ）導電粉として用いられる略球状の金属粉は、長径の平均粒径が１〜２０μｍ、アスペクト比が１〜１．５、タップ密度が４．５〜６．２ｇ／ｃｍ^３、相対密度が５０〜６８％及び比表面積が０．１〜１．０ｍ^２／ｇの範囲のものであることが好ましい。一方、扁平状の金属粉は、長径の平均粒径が５〜３０μｍ、アスペクト比が３〜２０、タップ密度が２．５〜５．８ｇ／ｃｍ^３、相対密度が２７〜６３％及び比表面積が０．４〜１．３ｍ^２／ｇの範囲のものであることが好ましい。

ここで、略球状の金属粉及び扁平状の金属粉のそれぞれについて、平均粒径が上記範囲の上限値を超えると、（Ａ）導電粉の接触確率が低下するため導電性が低下する傾向がある。一方、平均粒径が上記範囲の下限値未満であると、粘度が高くなり、接着力が低下する傾向がある。また、アスペクト比が上記範囲の上限値を超えると、粘度が高くなり、接着力が低下する傾向がある。一方、アスペクト比が上記範囲の下限値未満であると、導電性が低下する傾向がある。さらに、比表面積が上記範囲の上限値を超えると、接着力が低下する傾向がある。一方、比表面積が上記範囲の下限値未満であると、導電性が低下する傾向がある。また、タップ密度が上記範囲の上限値を超えると、導電性が低下する傾向がある。一方、タップ密度が上記範囲の下限値未満であると、粘度が高くなり、接着力が低下する傾向がある。

なお、本発明において、金属粉のアスペクト比とは、金属粉の粒子の長径（μｍ）と短径（μｍ）との比（長径／短径）をいう。このアスペクト比は以下の手順で測定することができる。まず、粘度の低い硬化性樹脂中に金属粉の粒子を入れてよく混合した後、静置して粒子を沈降させるとともにそのまま樹脂を硬化させて硬化物を作製する。次いで、得られた硬化物を垂直方向に切断し、その切断面に現れる粒子の形状を電子顕微鏡で拡大して観察する。そして、少なくとも１００の粒子について一つ一つの粒子の長径／短径を求め、それらの平均値をもってアスペクト比とする。

ここで、短径とは、上記切断面に現れる粒子について、その粒子の外側に接する二つの平行線の組合せを粒子を挾むように選択し、これらの組合せのうち最短間隔になる二つの平行線の距離である。一方、長径とは、上記短径を決する平行線に直角方向の二つの平行線であって、粒子の外側に接する二つの平行線の組合せのうち、最長間隔になる二つの平行線の距離である。これらの四つの線で形成される長方形は、粒子がちょうどその中に納まる大きさとなる。

［（Ｂ）バインダ成分］
本発明における、（Ｂ）バインダ成分の主成分は（ｂ１）エポキシ樹脂及び（ｂ２）カルボキシル基を含むイミダゾール化合物である。また、（Ａ）導電粉と（Ｂ）バインダ成分との配合比が、導電ペーストの固形分に対して体積比で（Ａ）導電粉：（Ｂ）バインダ成分が２０：８０〜６０：４０であることが好ましい。さらに、接着性、導電性、作業性の面から（Ａ）導電粉：（Ｂ）バインダ成分は３０：７０〜５０：５０であることがより好ましい。配合割合において、（Ａ）導電粉の体積比率が（Ａ）導電粉及び（Ｂ）バインダ成分の合計体積を基準として２０体積％未満の場合は、導電性が悪くなる傾向があり、また６０体積％を超えると、バインダ成分の減少に伴って接着力が低下する傾向がある。なお、本発明において、（Ｂ）バインダ成分とは上記（ｂ１）エポキシ樹脂及び上記（ｂ２）イミダゾール化合物、並びに、必要に応じて含有される（ｂ３）硬化促進剤及び必要に応じて含有される（ｂ４）硬化剤の混合物を意味するものとする。これら（Ｂ）バインダ成分の構成材料について順に説明する。

（（ｂ１）エポキシ樹脂）
上記（ｂ１）エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物が好ましく、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ＡＤなどとエピクロルヒドリンとから誘導されるエポキシ樹脂等が挙げられる。

このような化合物としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であるＡＥＲ−Ｘ８５０１（旭化成工業株式会社製、商品名）、Ｒ−３０１（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）、ＹＬ−９８０（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であるＹＤＦ−１７０（東都化成株式会社製、商品名）、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂であるＲ−１７１０（三井石油化学工業株式会社製、商品名）、フェノールノボラック型エポキシ樹脂（Ｎ−７３０Ｓ（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名）、Ｑｕａｔｒｅｘ−２０１０（ダウ・ケミカル社製、商品名）、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂であるＹＤＣＮ−７０２Ｓ（東都化成株式会社製、商品名）、ＥＯＣＮ−１００（日本化薬株式会社製、商品名）、多官能エポキシ樹脂であるＥＰＰＮ−５０１（日本化薬株式会社製、商品名）、ＴＡＣＴＩＸ−７４２（ダウ・ケミカル社製、商品名）、ＶＧ−３０１０（三井石油化学工業株式会社製、商品名）、１０３２Ｓ（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂であるＨＰ−４０３２（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名）、脂環式エポキシ樹脂であるＥＨＰＥ−３１５０、ＣＥＬー３０００（共にダイセル化学工業株式会社製、商品名）、ＤＭＥ−１００（新日本理化株式会社製、商品名）、ＥＸ−２１６Ｌ（ナガセ化成工業株式会社製、商品名）、脂肪族エポキシ樹脂であるＷ−１００（新日本理化株式会社、商品名）、アミン型エポキシ樹脂であるＥＬＭ−１００（住友化学工業株式会社製、商品名）、ＹＨ−４３４Ｌ（東都化成株式会社製、商品名）、ＴＥＴＲＡＤ−Ｘ、ＴＥＴＲＡＣ−Ｃ（共に三菱瓦斯化学株式会社製、商品名）、レゾルシン型エポキシ樹脂であるデナコールＥＸ−２０１（ナガセ化成工業株式会社製、商品名）、ネオペンチルグリコール型エポキシ樹脂であるデナコールＥＸ−２１１（ナガセ化成工業株式会社製、商品名）、ヘキサンディネルグリコール型エポキシ樹脂であるデナコールＥＸ−２１２（ナガセ化成工業株式会社製、商品名）、エチレン・プロピレングリコール型エポキシ樹脂であるデナコールＥＸシリーズ（ＥＸ−８１０、８１１、８５０、８５１、８２１、８３０、８３２、８４１、８６１（いずれもナガセ化成工業株式会社製、商品名））、下記一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂Ｅ−ＸＬ−２４、Ｅ−ＸＬ−３Ｌ（共に三井東圧化学株式会社製、商品名））等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。

また、エポキシ樹脂として、１分子中にエポキシ基を１個だけ有するエポキシ化合物（反応性希釈剤）を含んでもよい。このようなエポキシ化合物は、本発明の導電ペーストの特性を阻害しない範囲で使用されるが、エポキシ樹脂全量に対して０〜３０重量％の範囲で使用することが好ましい。このようなエポキシ化合物の市販品としては、ＰＧＥ（日本化薬株式会社製、商品名）、ＰＰ−１０１（東都化成株式会社製、商品名）、ＥＤ−５０２、ＥＤ−５０９、ＥＤ−５０９Ｓ（旭電化工業株式会社製、商品名）、ＹＥＤ−１２２（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）、ＫＢＭ−４０３（信越化学工業株式会社製、商品名）、ＴＳＬ−８３５０、ＴＳＬ−８３５５、ＴＳＬ−９９０５（東芝シリコーン株式会社製、商品名）等が挙げられる。

（（ｂ２）イミダゾール化合物）
本発明で使用される（ｂ２）イミダゾール化合物は、置換基としてカルボキシル基を有するものである。このような（ｂ２）イミダゾール化合物を上記（ｂ１）エポキシ樹脂と組み合わせて使用することで、接着性及び導電性の両方の特性に優れた導電ペーストを得ることができる。上記（ｂ２）イミダゾール化合物の具体例としては、カルボキシル基を有していれば特に制限はないが、例えば、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト（２ＰＺ−ＣＮＳ、四国化成株式会社製）、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト（Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、四国化成株式会社製）、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾリウムトリメリテイト（２ＭＺ−ＣＮＳ、四国化成株式会社製）、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト（２Ｅ４ＭＺ−ＣＮＳ、四国化成株式会社製）、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト（１Ｂ２ＰＺ−Ｓ、四国化成株式会社製）等が挙げられる。これらは単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

（ｂ２）イミダゾール化合物の配合割合は、導電ペーストの（Ｂ）バインダ成分全量を基準として２〜１８重量％であることが好ましい。（ｂ２）イミダゾール化合物の配合割合が２重量％未満の場合は、十分な硬化が得られず接着力が低下する傾向があり、また１８重量％を超える場合は、粘度上昇により作業性が悪くなる、あるいは未反応の（ｂ２）イミダゾール化合物により導電性が悪くなる傾向がある。

（（ｂ３）硬化促進剤）
上記（ｂ２）イミダゾール化合物は、いわゆるエポキシ樹脂の硬化促進剤として作用するが、これ以外の（ｂ３）硬化促進剤を併用してもよい。例えば、イミダゾール類であるキュアゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＨＺ）、２−ウンデシルイミダゾール（Ｃ１７Ｚ）、２−フェニルイミダゾール イソシアヌル酸付加物（２ＰＺ−ＯＫ）、２，４−ジアミノ−６−（２’−メチルイミダゾリルー（１’））−エチル−ｓ−トリアジン（２ＭＺ−Ａ）、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール（１Ｂ２ＰＺ、いずれも四国化成株式会社製、商品名）、有機ボロン塩化合物であるＥＭＺ・Ｋ、ＴＰＰＫ（共に北興化学工業株式会社製、商品名）、三級アミン類又はその塩であるＤＢＵ、Ｕ−ＣＡＴ１０２、１０６、８３０、８４０、５００２（いずれもサンアプロ社製、商品名）、ジシアンジアミド、下記一般式（ＩＶ）で表される二塩基酸ジヒドラジドであるＡＤＨ、ＰＤＨ、ＳＤＨ（いずれも日本ヒドラジン工業株式会社製、商品名）、エポキシ樹脂とアミン化合物の反応物からなるマイクロカプセル型硬化剤であるノバキュア（旭化成工業株式会社製、商品名）等が挙げられる。

［式中、Ｒ^３はｍ−フェニレン基、ｐ−フェニレン基等の２価の芳香族基、或いは炭素数１〜１２の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基を示す。］

（（ｂ４）硬化剤）
さらに（ｂ４）硬化剤を併用することもできる。このような硬化剤としては、総説エポキシ樹脂(エポキシ樹脂技術協会)のｐ１１７〜２０９に例示されるようなものを広く使用することができる。具体的には、例えば、フェノールノボラック樹脂であるＨ−１（明和化成株式会社製、商品名）、ＶＲ−９３００（三井東圧化学株式会社製、商品名）、フェノールアラルキル樹脂であるＸＬ−２２５（三井東圧化学株式会社製、商品名）、下記一般式（ＩＩ）で表されるｐ−クレゾールノボラック樹脂ＭＴＰＣ（本州化学工業株式会社製、商品名）、又はアリル化フェノールノボラック樹脂であるＡＬ−ＶＲ−９３００（三井東圧化学株式会社製、商品名）、下記一般式（ＩＩＩ）で表される特殊フェノール樹脂ＰＰ−７００−３００（日本石油化学株式会社製、商品名）等が挙げられる。これらは単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

［ただし、式（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）中、Ｒはメチル基、アリル基などの炭化水素基を示し、ｍは１〜５の整数を示し、Ｒ¹はメチル基、エチル基等のアルキル基を示し、Ｒ^２は水素又は炭化水素基を示し、ｐは２〜４の整数を示す。］

（ｂ４）硬化剤の使用量は、（ｂ１）エポキシ樹脂のエポキシ基１．０当量に対して、（ｂ４）硬化剤中の反応活性基の総量が０．３〜１．２当量となる量であることが好ましく、０．４〜１．０当量となる量であることがより好ましく、０．５〜１．０当量となる量であることが特に好ましい。上記反応活性基の総量が０．３当量未満であると、接着力が低下する傾向があり、１．２当量を超えるとペーストの粘度が上昇し、作業性が低下する傾向がある。上記反応活性基は、エポキシ樹脂と反応活性を有する置換基のことであり、例えば、フェノール性水酸基等が挙げられる。

［（Ｃ）添加剤］
本発明の導電ペーストには、必要に応じて、可撓剤、カップリング剤、界面活性剤、消泡剤、靭性改良剤及びイオントラップ剤等の（Ｃ）添加剤を適宜添加することができる。以下、これらの（Ｃ）添加剤について説明する。

本発明の導電ペーストには応力緩和の目的で可撓剤を使用することができる。可撓剤の例としては、液状ポリブタジエン（宇部興産株式会社製「ＣＴＢＮ−１３００×３１」、「ＣＴＢＮ−１３００×９」、日本曹達株式会社製「ＮＩＳＳＯ−ＰＢ−Ｃ−２０００」）などが挙げられる。可撓剤は、受動部品と基板上の電極とを接着したことによって発生する応力を緩和する効果がある。可撓剤は、通常、有機高分子化合物（エポキシ樹脂等）及びその前駆体の総量を１００重量部とするとき、０〜５００重量部添加するのが好ましい。

本発明の導電ペーストには、接着力向上の目的で、シランカップリング剤（信越化学工業株式会社製「ＫＢＭ−５７３」等）や、チタンカップリング剤等を使用することができる。また、濡れ性を向上する目的で、アニオン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤等を使用することができる。さらに、消泡剤としてシリコーン油等を使用することができる。上記接着力向上剤、濡れ性向上剤、消泡剤は、それぞれ単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができ、その使用量としては、（Ａ）導電粉１００重量部に対して０〜１０重量部が好ましい。

また、目的に応じて（ｂ１）エポキシ樹脂を上述の反応性希釈剤に溶解して用いてもよい。本発明の導電ペーストには、ペースト組成物の作製時の作業性及び使用時の塗布作業性をより良好ならしめるため、必要に応じて希釈剤を添加することができる。これらの希釈剤としては、ブチルセロソルブ、カルビトール、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸カルビトール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、α−テルピネオール等の比較的沸点の高い有機溶剤が好ましい。その使用量は導電ペースト全量を基準として０〜３０重量％の範囲で使用することが好ましい。

本発明の導電ペーストには、さらに必要に応じてウレタンアクリレート等の靭性改良剤、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の吸湿剤、酸無水物等の接着力向上剤、ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等の濡れ向上剤、シリコーン油等の消泡剤、無機イオン交換体等のイオントラップ剤等を適宜添加することができる。

本発明の導電ペーストは、（Ａ）導電粉、（Ｂ）バインダ成分（（ｂ１）エポキシ樹脂、（ｂ２）イミダゾール化合物、必要に応じて添加される（ｂ３）硬化促進剤、及び、必要に応じて添加される（ｂ４）硬化剤）、並びに、必要に応じて添加される希釈剤等の（Ｃ）添加剤等とともに、一括又は分割して撹拌器、らいかい器、３本ロール、プラネタリーミキサー等の分散・溶解装置を適宜組み合わせ、必要に応じて加熱して混合、溶解、解粒混練又は分散する等して均一なペースト状として得ることができる。

次に、本発明の電子部品搭載基板について、図１〜４を用いて説明する。

図１は、本発明の電子部品搭載基板の好適な一実施形態を示す模式断面図である。図１に示すように、電子部品搭載基板１は、基板１２上に形成された基板接続端子１４と、電子部品１６に接続されている電子部品接続端子１８とが、導電部材１０により電気的に接続された構造を有している。そして、導電部材１０は、上述した本発明の導電ペーストを硬化させたものとなっている。

本発明の導電ペーストを用いて電子部品１６と基板１２とを接着させるには、まず基板１２の基板接続端子１４上に導電ペーストをディスペンス法、スクリーン印刷法、スタンピング法等により塗布する。次いで、電子部品接続端子１８を有する電子部品１６を、電子部品接続端子１８と基板接続端子１４とが導電ペーストを介して電気的に接続されるように基板１２に圧着し、その後オーブン又はリフロー炉等の加熱装置を用いて導電ペーストを加熱硬化することにより行うことができる。

図５は、導電ペーストを加熱硬化させるための熱硬化プロセスの一例を示すグラフである。ここで、加熱温度Ｔは１００〜３００℃であることが好ましく、加熱時間ｔは１００〜５０００秒間であることが好ましい。そして、導電ペーストを用いて電子部品搭載基板１を形成するためには、加熱温度Ｔへ到達するまでの昇温速度ｒ（加熱温度Ｔへ到達するまでの昇温時間をｘとした場合、ｒはＴ／ｘで表される）を２〜２０℃／ｍｉｎとし、かつ、酸素濃度を２０〜５００００ｐｐｍとすることが必要である。このような熱硬化プロセスにより、導電部材１０により基板１２と電子部品１６とが接続された構造の電子部品搭載基板１を得ることができる。かかる電子部品搭載基板１は、本発明の導電ペーストを用いるとともに、上記熱硬化プロセスにより導電ペーストの硬化を行うことで形成されているため、良好な導電性を得ることができる。

上記熱硬化プロセスにおいて、昇温速度ｒが２℃／ｍｉｎ未満の場合は、熱硬化プロセスの時間が長くなるため電子部品搭載基板１を製造する上で適用が困難となる。一方、２０℃／ｍｉｎを超える場合は、導電ペースト中の（Ｂ）バインダ成分から揮発成分が発生しボイドが形成されるために接着力が低下する傾向がある。なお、昇温速度ｒは、必ずしも一定の昇温速度である必要はなく、上記範囲内において適宜変動させてもよい。また、酸素濃度については、汎用の加熱装置で酸素濃度２０ｐｐｍ未満にするためには多大な時間を要するために現実的ではなく、酸素濃度が５００００ｐｐｍを超える場合は、（Ａ）導電粉の酸化の影響で導電性が低下する傾向がある。

また、本発明の電子部品搭載基板は、図１に示した構造に限定されず、例えば、図２〜４に示す構造を有していてもよい。図２に示す電子部品搭載基板２は、基板１２上に形成された基板接続端子１４と、電子部品１６に接続されているリード２０とが、本発明の導電ペーストを硬化させてなる導電部材１０により電気的に接続された構造を有している。

また、図３に示す電子部品搭載基板３は、本発明の導電ペーストとはんだとを組み合わせて基板１２と電子部品１６とを接続した構造を有している。電子部品搭載基板３において、電子部品１６上には電子部品接続端子１８が形成され、更に電子部品接続端子１８上に、はんだボール２２が形成されている。そして、このはんだボール２２と基板１２上に形成された基板接続端子１４とが、本発明の導電ペーストを硬化させてなる導電部材１０により電気的に接続され、電子部品搭載基板３が形成されている。

さらに、図４に示す電子部品搭載基板４は、図２及び図３に示した電子部品１６を搭載した基板１２を、さらに他の基板２４に実装した構造を有している。ここでも、電子部品１６と基板１２との接続、及び基板１２と基板２４との接続が、本発明の導電ペーストを硬化させてなる導電部材１０により行われている。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。

実施例、比較例及び参考例で用いた材料は、下記の方法で作製したもの、あるいは入手したものである。作製方法を実施例１を一例として示すが、その他の実施例、比較例及び参考例の樹脂組成、配合比は表１〜３に示すとおりであり、作製方法に関しては実施例１と同様である。

［実施例１］
ＹＤＦ−１７０（東都化成株式会社製、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の商品名、エポキシ当量＝１７０）７０重量部と、ＰＰ−１０１（東都化成株式会社製、アルキルフェニルグリシジルエーテルの商品名、エポキシ当量＝２３０）２０重量部と、２ＰＺ−ＣＮＳ（四国化成株式会社製、カルボキシル基を有するイミダゾール化合物の商品名）１０重量部とを混合し、３本ロールを３回通してバインダ成分を調製した。

次に、アトマイズ法で作製した平均粒径が５．１μｍの球状銅粉（日本アトマイズ加工株式会社製、商品名ＳＦＲ−Ｃｕ）を希塩酸及び純水で洗浄した後、水１リットルあたりＡｇＣＮ８０ｇ及びＮａＣＮ７５ｇを含むめっき溶液で球状銅粉に対して銀の被覆量が１８重量％（球状銅粉及び銀の合計重量を基準としたときの銀の重量が１８重量％）になるように置換めっきを行い、水洗、乾燥して銀めっき銅粉を得た。

この後、２リットルのボールミル容器内に上記で得た銀めっき銅粉７５０ｇ及び直径が５ｍｍのジルコニアボール３ｋｇを投入し、４０分間回転させて、１０００回のタッピングによるタップ密度が５．９３ｇ／ｃｍ^３、相対密度が９３％、比表面積が０．２６ｍ^２／ｇ、アスペクト比が平均１．３及び長径の平均粒径が５．５μｍの、球状銅粉の表面が部分的に銀で被覆された（球状銅粉の表面の一部が露出した）略球状銀被覆銅粉（金属粉）である導電粉Ａを得た。なお、このときの球状銅粉の表面の露出面積の割合を、走査型オージェ電子分光分析装置により測定したところ、銀めっき銅粉の表面の全面積を基準として２０％であった。

次に、上記で得たバインダ成分１００重量部に対し、略球状銀被覆銅粉（導電粉Ａ）３３０重量部（導電粉Ａ及びバインダ成分の合計体積を基準とした導電粉Ａの体積比率：３０体積％）を加えて混合し、三本ロールを３回通した後、真空撹拌らいかい機を用いて５００Ｐａ以下で１０分間脱泡処理を行うことにより導電ペーストを得た。

［実施例２〜８、比較例１〜３及び参考例１〜４］
上述したように、表１〜３に示す組成とした以外は実施例１と同様にして、実施例２〜８、比較例１〜３及び参考例１〜４の導電ペーストを得た。なお、表１〜３に示した材料の詳細は以下の通りである。また、表１〜３中の各材料の配合量の単位は重量部である（但し、導電粉Ａ及び銀粉の括弧内の数値は、導電粉Ａ又は銀粉とバインダ成分との合計体積を基準としたときの導電粉Ａ又は銀粉の体積比率（単位：体積％）を示す）。

ＹＬ−９８０：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の商品名、油化シェルエポキシ株式会社製；
ＥＸ−２１２：ネオペンチルグリコール型エポキシ樹脂の商品名、ナガセ化成工業株式会社製；
Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ：カルボキシル基を有するイミダゾール化合物である１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイトの商品名、四国化成株式会社製；
Ｃ１７Ｚ：カルボキシル基非含有イミダゾール化合物である２−ウンデシルイミダゾールの商品名、四国化成株式会社製；
２ＭＺＡ：カルボキシル基非含有イミダゾール化合物である２，４−ジアミノ−６−（２’−メチルイミダゾリルー（１’））−エチル−ｓ−トリアジンの商品名、四国化成株式会社製；
１Ｂ２ＰＺ：カルボキシル基非含有イミダゾール化合物である１−ベンジル−２−フェニルイミダゾールの商品名、四国化成株式会社製；
銀粉（ＴＣＧ−１）：商品名、株式会社徳力化学研究所製。

（体積抵抗率、接着強度及び耐マイグレーション性の評価）
前記実施例１〜８、比較例１〜３及び参考例１〜４に係る導電ペーストの特性を下記の方法で測定した。その結果を表１から表３にまとめて示した。
（１）体積抵抗率：１×５０×０．０３ｍｍに形成した上記導電ペーストを酸素濃度１０００ｐｐｍにおいて、４℃／ｍｉｎの昇温速度で１８０℃まで昇温し、さらに１８０℃で１時間加熱処理して試験片を作製し、四端子法で体積抵抗率を測定した。
（２）接着強度（接着力）：導電ペーストをＳｎめっき付き銅板上に約０．５ｍｇ塗布し、この上に２×２×０．２５ｍｍのＡｇめっき付き銅チップを圧着し、さらに上記（１）の加熱プロセスで加熱硬化し接着した。これをシェア速度５００μｍ／ｓｅｃ、クリアランス１００μｍでボンドテスター（ＤＡＧＥ社製、２４００）により２５℃におけるシェア強度を測定した。
（３）耐マイグレーション性：厚み１００μｍのメタルマスクを用いて上記導電ペーストをガラス板上にスクリーン印刷し、酸素濃度１０００ｐｐｍにおいて、４℃／ｍｉｎの昇温速度で１８０℃まで昇温し、さらに１８０℃で１時間加熱処理して硬化させることで、図６に示す電極３０（１２ｍｍ×２ｍｍ、電極間の間隔２ｍｍ）を作製した。次に、図７に示すように、ガラス板３２上に形成された電極３０間に濾紙３４を配置し、濾紙３４（Ｎｏ．５Ａ）上にイオン交換水３６を滴下した。その後、図８に示すように電極３０、電源３８、抵抗４０及びレコーダー４２が接続された回路において１０Ｖを印加し、電圧印加後の電極間漏洩電流が、初期値（電圧印加直後）に対して１０％変化するまでの時間を測定した。なお、イオン交換水３６の形状を一定に保つために、電極３０間には濾紙３４を配置しており、乾燥防止のために１０分ごとにイオン交換水３６を補充した。このようにして測定した漏洩電流変化時間（分）が長いほど、耐マイグレーション性に優れていることを意味する。

（導電部材の作製例１〜５及びその評価）
以下の手順で作製した作製例１〜５の導電部材（導電ペーストの硬化物）の特性を下記の方法で測定した。その結果を表４にまとめて示した。
（１）体積抵抗率：１×５０×０．０３ｍｍに形成した実施例１の導電ペーストを表４（作製例１〜５）に示す酸素濃度および昇温速度で１８０℃まで昇温し、さらに１８０℃で１時間加熱処理して試験片を作製し、四端子法で体積抵抗率を測定した。
（２）接着強度（接着力）：実施例１の導電ペーストをＳｎめっき付き銅板上に約０．５ｍｇ塗布し、この上に２×２×０．２５ｍｍのＡｇめっき付き銅チップを圧着し、さらに表４（作製例１〜５）に示した酸素濃度および昇温速度で１８０℃まで昇温し、さらに１８０℃で１時間加熱処理して接着した。これをシェア速度５００μｍ／ｓｅｃ、クリアランス１００μｍでボンドテスター（ＤＡＧＥ社製、２４００）により２５℃におけるシェア強度を測定した。

以上、本発明について説明してきたが、本発明に係る導電ペーストによれば、所定の接着強度を維持しつつ、導電性の向上を図ることが可能となる。そのため、電子部品を表面実装するための導電性接着剤として本発明に係る導電ペーストを使用した場合、従来品より少ない導電粉含有量で良好な導電性が得られる。さらに、本発明に係る導電ペーストは、従来品より少ない導電粉含有量で、バランスよく良好な導電性と接着強度を得ることが可能となるため、製品の信頼性を高めることができる。また、本発明の導電ペーストによれば、マイグレーションの発生を十分に抑制することができる。

さらに、表４に示した結果から明らかなように、本発明の導電ペーストを熱硬化させる熱硬化プロセスにおいて、昇温速度を２〜２０℃／ｍｉｎ、酸素濃度を２０〜５００００ｐｐｍとすることにより、その硬化物である導電部材は特に優れた導電性及び接着強度を得ることができる（作製例１〜３）。したがって、電子部品搭載基板を作製する際に、本発明の導電ペーストを用いるとともに、上記の条件で熱硬化プロセスを行うことにより、良好な導電性を有する電子部品搭載基板を得ることができる。

本発明の電子部品搭載基板の好適な一実施形態を示す模式断面図である。 本発明の電子部品搭載基板の他の好適な一実施形態を示す模式断面図である。 本発明の電子部品搭載基板の他の好適な一実施形態を示す模式断面図である。 本発明の電子部品搭載基板の他の好適な一実施形態を示す模式断面図である。 本発明の導電ペーストを加熱硬化させるための熱硬化プロセスの一例を示すグラフである。 耐マイグレーション性を評価するための電極を示す模式平面図である。 耐マイグレーション性を評価するための電極を示す模式断面図である。 耐マイグレーション性を評価するための電気回路を示す図である。

符号の説明

１，２，３，４…電子部品搭載基板、１０…導電部材、１２，２４…基板、１４…基板接続端子、１６…電子部品、１８…電子部品接続端子、２０…リード、２２…はんだボール。

Claims (5)

1. 導電粉及びバインダ成分を含有する導電ペーストであって、
   前記導電粉は、銅粉又は銅合金粉の表面が部分的に銀で被覆された金属粉からなるものであり、且つ、略球状の前記金属粉と扁平状の前記金属粉との混合粉、又は、略球状若しくは扁平状の前記金属粉の単独粉からなるものであり、
   前記バインダ成分は、エポキシ樹脂とカルボキシル基を有するイミダゾール化合物との混合物を含むものであることを特徴とする導電ペースト。
2. 前記導電粉と前記バインダ成分との配合比が、体積比で２０：８０〜６０：４０であることを特徴とする請求項１に記載の導電ペースト。
3. 前記イミダゾール化合物の配合割合が、前記バインダ成分全量を基準として２〜１８重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電ペースト。
4. 前記イミダゾール化合物が、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、又は、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の導電ペースト。
5. 基板と電子部品とが導電部材により接続された構造を有する電子部品搭載基板であって、
   前記導電部材が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電ペーストを、最高温度へ到達するまでの昇温速度が２〜２０℃／ｍｉｎであり、且つ、酸素濃度が２０〜５００００ｐｐｍである熱硬化プロセスにより硬化してなるものであることを特徴とする電子部品搭載基板。
   

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