热传导性导电性粘接剂组合物的制作方法

文档序号:9251972阅读:498来源:国知局
热传导性导电性粘接剂组合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热传导性导电性粘接剂组合物。更具体而言,本发明涉及散热性优异 的热传导性导电性粘接剂组合物,其用作将半导体元件粘接于引线框、基板等的接合材料 (芯片接合材料)。
【背景技术】
[0002] 近年来,对于尺寸更小、功能增强的电子部件(例如功率器件或发光二极管 (LED))的需求正急速地增大。作为减小电力损失、高效转换电力的半导体器件,功率器件在 电动汽车、混合动力汽车、快速充电器等领域中正在得到普及应用,而且,可以期待的是,在 太阳能发电系统、百万瓦级太阳能系统等新能源领域中需求的升高。
[0003] 与白炽灯泡相比,LED元件具有长寿命、小尺寸、低耗电的优点,因此在照明、手机、 液晶面板、汽车、信号灯、街灯、图像显示装置等各种领域中LED元件的使用正在得到迅速 普及。
[0004] 随着电子部件的小型化、高功能化的这种趋势,半导体器件的发热水平正在增大。 当电子部件在高温环境下长时间放置时,其将丧失其内在功能并且寿命降低。因此,芯片接 合用的接合材料(芯片接合材料)通常具有优异的散热性能,从而有效地散发由半导体器 件产生的热。通常,取决于用途的不同,接合材料需要具有将使由半导体器件产生的热高效 地转移到基板或框体的功能,并且因而需要具有优异的散热性。
[0005] 由于如此需要优异的散热性,通常广泛使用含有高比例的铅的高温铅焊料或含有 高比例的金的金锡焊料作为电子部件所用的接合材料。但是,高温铅焊料存在含有据认为 对人体有害的铅的问题。因此,最近,无铅技术正在得到开发,并且正在进行与向无铅焊料 的转换有关的活跃的研宄。另一方面,金锡焊料含有昂贵的金,所以存在关于成本的问题。
[0006] 基于上述情况,近年来,作为代替高温铅焊料和金锡焊料的有希望的替代材料,各 向同性导电性粘接剂(以下,简称为"导电性粘接剂")正在受到关注。导电性粘接剂是具 有导电性等功能的金属颗粒(例如银、镍、铜、铝、或金)和充当粘接剂的有机粘接剂(例如 环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、或氨基甲酸酯树脂)的复合物,其中,金属颗粒的种类及有 机粘接剂的种类可以变化。由于导电性粘接剂在室温下为液体,所以便于使用,且由于无铅 且价格低,所以是替代高温铅焊料和金锡焊料的有希望的替代材料。因此,据预测导电性粘 接剂的市场将大幅扩大。
[0007] 如上所述,作为焊料的替代材料的导电性粘接剂需要具有导电性及优异的散热 性。用于形成导电性粘接剂的有机粘接剂的热传导率基本上比金属低,因此通过向其中添 加热传导性填料从而赋予其散热性。减小导电性粘接剂的热阻,使产生的热有效地散发是 关于导电性粘接剂的技术开发的焦点。
[0008] 作为常规热传导性提高了的导电性粘接剂,例如专利文献1公开了一种具有高热 传导性和导电性的组合物,作为该组合物中的固体成分,该组合物至少包含平均纤维直径 为0. 1ym至30ym、长径比为2至100、平均纤维长度为0. 2ym至200ym、真密度为2. 0g/ cc至2. 5g/cc的沥青石墨化碳纤维填料5重量%至80重量%,平均粒径为0. 001 ym至 30 ym的微粒金属填料15重量%至90重量%,以及粘合剂树脂5重量%至50重量%。
[0009] 另外,专利文献2公开了一种导电性组合物,其包含作为基体树脂的环氧树脂、作 为固化剂的酚类固化剂、作为挠性赋予剂的氨基甲酸酯改性的环氧树脂、以及作为热传导 性填料的(例如)金、银、铜、铁、铝、氮化铝、氧化铝、和/或结晶二氧化硅的粉末。
[0010] 此外,专利文献3报道了一种粘接剂,其为含有树脂成分、高热传导性纤维填料、 及由高热传导性球状填料的粘接剂,该高热传导性球状填料包含选自由银、金、铂、氮化铝、 氧化硅、氧化铝及碳黑构成的组中的至少一种,其中,相对于上述树脂成分100体积份,所 述高热传导性纤维状填料的含量为0. 1至20体积份,上述高热传导性球状填料的含量为10 至200体积份。
[0011] 引用列表
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :日本专利申请公开2008-186590号(JP 2008-186590A)
[0014] 专利文献2 :日本专利申请公开H6-322350号(JP H6-322350A)
[0015] 专利文献3 :日本专利申请公开2009-84510号(JP 2009-84510A)

【发明内容】

[0016] 技术问题
[0017] 如上所述,随着电子元件的小型化、高功能化的趋势,关于散热,采取适当的对策 是重要的,并且仍需要开发兼具散热性和导电性的导电性粘接剂。
[0018] 此处,本发明的目的在于,提供一种热传导性导电性粘接剂组合物,其作为芯片接 合材料使用,并且具有高的热传导性和稳定的导电性。
[0019] 问题的解决方案
[0020] 本发明人为了实现上述目的,进行了研宄。在构成导电性粘接剂组合物的成分中, 他们特别关注于固化剂,结果发现特定的固化剂的使用,能够带来高的热传导性。由此,完 成了本发明。
[0021] 即,本发明提供一种热传导性导电性粘接剂组合物,其含有:
[0022] ⑷导电性填料、
[0023] ⑶环氧树脂、以及
[0024] (C)固化剂,
[0025] 该导电性填料(A)为亚微米微细银粉,且该微细银粉的含量为所述热传导性导电 性粘接剂组合物的总量的75质量%至94质量%,
[0026] 该环氧树脂(B)的含量为所述热传导性导电性粘接剂组合物的总量的5质量%至 20质量%,
[0027]该固化剂(C)为式子(I)、(II)或(III)的化合物,且相对于环氧树脂(B)中1摩 尔当量的环氧基,该化合物的含量以活性氢当量计为〇. 4摩尔当量至2. 4摩尔当量,并且
[0028]在热固化过程中并且在导电性填料(A)开始烧结前,所述热传导性导电性粘接剂 组合物处于未固化状态或半固化状态:
[0029]
[0030](其中,X为-S02-、-CH2-或-0-,并且R1至R4独立地为氢原子或低级烷基),
[0032](其中,X为-S02-、-CH 2-或-0-,R5至R8独立地为氢原子或低级烷基),并且
[0034] (其中,X为-S02-、-CH2-或-0-,R9至R12独立地为氢原子或低级烷基)。
[0035] 发明的有益效果
[0036] 本发明以低成本提供具有优异的散热性以及稳定的导电性的热传导性导电性粘 接剂组合物。
【具体实施方式】
[0037] 本发明的热传导性导电性粘接剂组合物(以下简称为"粘接剂组合物")含有上述 的导电性填料(A)、环氧树脂(B)及固化剂(C)作为必要成分。本发明的粘接剂组合物具有 优异的散热性的理由不必明确,但据推测,由于该粘接剂组合物较低的固化速度,所以导电 性填料在作为粘合剂树脂的环氧树脂中的分散度比通常更高,其结果促进了导电性填料的 缩颈,以使得在加热固化过程中,分散的导电性填料彼此融合,因而形成传递热的导电性填 料的充足的网络。
[0038] 以下,详细说明各成分,即导电性填料(A)、环氧树脂(B)、固化剂(C)。
[0039] 作为导电性填料(A),使用亚微米尺寸(即,低于1 y m)的微细银粉。该微细银粉 的平均粒径优选为300nm至900nm,更优选为400nm至800nm。该平均粒径低于300nm时, 微细银粉的凝聚力变强,从而显著降低分散性,因此,在制备了粘接剂组合物后微细银粉可 能易于凝聚、或热固化过程中由烧结导致的晶体生长过度进行。因而,可能得不到充分的导 电性或充分的热传导性。另一方面,若平均粒径超过900nm,则不仅环氧树脂中的微细银粉 数量变少,而且由烧结导致的结晶成长不能适度进行,因此,可能得不到充分的导电性或充 分的热传导性。
[0040] 本发明中,作为导电性填料(A)的微细银粉的平均粒径通过以下的方法确定。取 出一部分粘接剂组合物,并用场放射扫描电子显微镜(JMS-6700F,由JEOL Datum,Ltd.制 造)进行拍摄,随后对该照片进行投影。从该照片中的粘接剂组合物之中随机选择100个 银颗粒,并计算它们的投影面积直径(外径),并将这些投影面积直径的平均值定义为微细 银粉的平均粒径。
[0041] 对微细银粉的形状没有特别限定。所述形状的例子包括球状、鳞片状、叶状、和枝 状,通常选择鳞片状或球状。微细银粉可以是纯银粉、用银在表面上进行被覆的金属颗粒、 或它们的混合物。微细银粉可以是市售可得的产品,或通过公知的方法来制作。对制作该 微细银粉的方法没有特别限制,可采用任何方法,例如机械粉碎法、还原法、电解法、或气相 法。
[0042] 作为导电性填料(A)的亚微米微细银粉在表面上以涂布剂被覆,并且该涂布剂优 选含有羧酸。通过使用含羧酸的涂布剂,可以进一步提高粘接剂组合物的散热性。这可能 是因为,本发明中使用的固化剂(C)有使涂布剂从微细银粉的表面脱离的作用,与本发明 的粘接剂组合物的降低了的固化速度相结合,进一步促进导电性填料彼此融合。
[0043] 对涂布剂中所含的羧酸没有特别限定,其例子包括一元羧酸、多元羧酸、和羟基羧 酸。
[0044] -元羧酸的例子包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、辛酸、己酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、 棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、和木蜡酸等碳原子数为1至24的脂肪族单羧酸。也可以 使用油酸、亚油酸、a -亚麻酸、Y -亚麻酸、二高-
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