(57)【要約】【課題】本発明の課題は、熱負荷によるストレスを嫌う電子部品や生体等、加熱ができない環境下での導電性を必要とする接合に用いることのできる接合材及び接合方法の提供することである。【解決手段】ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びスズ（Ｓｎ）の共晶合金であるガリンスタン、及び当該組成に特定の金属を含有させて、接合界面に金属化合物層を形成する液状合金を接合材として用いた液状金属接合材、並びに当該液状金属接合材を用いた接合方法である。 【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性接合材であって、接合界面に金属化合物を形成することを特徴とする液状金属接合材。
【請求項２】
ガリンスタン、及びガリンスタンにＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｃｕ、Ｐ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｔｉ、及びＳｂより選ばれる１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の液状金属接合材。
【請求項３】
請求項１及び請求項２記載の液状金属接合材を用いた接合方法並びに接合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、常温に於いて液体状態となる金属又は金属化合物を主成分とする導電性接合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子部品等の通電性を要する接合には、はんだ合金を主成分とする接合材や導電性物質を硬化性樹脂に含有させた導電性ペースト等が用いられている。
また、最近では電子機器の発達が目覚ましく、スマートフォン向けのフレキシブルＯＬＥＤパネルに代表されるように、薄く形状を変化させることができる構造を取るものもみられ、それら電子機器の接合に求められる形状や特性も多様化している。
【０００３】
一方、導電性接合に於いても、多様化する接合対象に応じた形状や用途の提案がなされている。
例えば、はんだ合金を主成分とする接合材の場合、従来のディップはんだ付けの他、ペーストタイプ、ボールタイプ、並びにリボンタイプ等の形状に加工され、多様化する用途に応じて使い分けられている。
しかし、はんだ合金を主成分とする接合材の場合、はんだ合金を溶融する温度に加熱することが接合の必須条件となっている。
また、導電性物質を硬化性樹脂に含有させた導電性ペーストの場合も、樹脂が硬化する温度に加熱する必要が接合の条件となっている。
【０００４】
このように、従来の導電性を要する接合材の場合、接合時に加熱することが必要となり、接合する対象物に負荷をかけているのが現状である。
一方では、今後益々電子機器の多様化が予想される中、それに対応した導電性を必要とする接合材も求められており、当然のことながら、熱負荷によるストレスを嫌う電子部品や導電性を必要とする部材の接合材が必要となっている。
また、生体等加熱ができない環境下での導電性を必要とする接合に用いることができる接合材も求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２２８８４７号公報
【特許文献２】特表２０１１−５１７０１０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４９７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、熱負荷によるストレスを嫌う電子部品や生体等、加熱ができない環境下での導電性を必要とする接合に用いることのできる接合材及び接合方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、液状金属に着目し、加熱を必要としない条件で接合界面層に金属間化合物層を形成する組成を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びスズ（Ｓｎ）の共晶合金であるガリンスタン、及び当該組成に特定の金属であるＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｐ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｔｉ、及びＳｂから選ばれる１種又は２種以上を含有させて、接合界面に金属化合物である金属間化合物層を形成させることにより、高い接合信頼性と接合界面の浸食を防ぐ優れた接合特性を有する液状金属接合材、並びに当該液状金属接合材を用いた接合方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接合時に加熱を必要としない接合材であるため、熱負荷によるストレスを嫌う電子部品や導電性を必要とする部材、生体等加熱ができない環境下での導電性を必要とする接合が可能になり、接合界面では金属間化合物層を形成するために従来のはんだ接合と同様の信頼性の高い効果も期待でき、多様化する電子機器の接合等に広く応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】接合界面の拡大図。
【図２】本発明の接合イメージ図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明について詳細に説明する。
従来、加熱を必要としない接着には、特許文献１で開示されているように硬化タイプの樹脂が使用されている。
また、水銀やガリンスタン等の液状金属に代表される導電性を有する材質は、特許文献２で開示されているように単なる導電材として、また、特許文献３で開示されているようにスイッチ装置の導電性流体として使用されている。
しかし、特許文献１の技術は導電性を有したものではなく、特許文献２及び特許文献３では、確かに液状金属が導電材として用いられていることが例示されているが、電子部品等への接合を目的としたものではない。
【００１２】
本発明は、接合界面に金属化合物層を形成すること並びに接合界面の腐食を防止する効果を有した液状金属接合材、及び当該接合材を用いた接合方法である。
なお、本発明の液状金属接合材の性状に関して、液状とはＪＩＳ−８７０３で定められている常温、即ち２０℃±１５℃（５℃〜３５℃）で、流動性を有した状態のことを言う。
【００１３】
本発明に使用できる液状金属接合材は、接合界面に金属化合物層を形成する液状金属であれば特に制限はない。
図１を用いて説明すると、本発明の液状金属接合材を用いて電子部品等を接合した場合、液状金属接合材３と電子部品４の接合界面５には、金属化合物層６が形成される。
通常、はんだ等の金属接合材を用いて接合した場合、接合界面には金属化合物が形成されることにより、接合強度が向上することが知られている。
本発明の液状金属接合材を用いた場合も、はんだ接合時の接合界面に形成される金属化合物と同様の作用を有し、接合信頼性が向上すると考えられる。
そして、本発明の液状金属接合材の組成としては、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、及びスズ（Ｓｎ）の共晶合金であるガリンスタン、及び液状組成を有する範囲に於いてガリンスタンにＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｐ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｔｉ、及びＳｂから選ばれる１種又は２種以上を適量添加した合金が例示できる。
すなわち、本発明の液状金属接合材がガリンスタン、及び液状組成を有する範囲に於いてガリンスタンにＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｐ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂｉ、Ｔｉ、及びＳｂから選ばれる１種又は２種以上を適量添加した合金組成であるため、一般的な電子基板材質のＣｕ及び一般的な電子部品接合部表面であるＣｕ、Ｎｉ及びＡｕ等と接合界面に於いて金属化合物である金属間化合物の層を形成し、形成した金属間化合物層が接合部に存在する液状金属接合材となじみ、導電性が高く、接合信頼特性に優れた接合を生じると考えられる。
また、本発明の液状金属接合材の組成であるＳｎ、Ｉｎ、Ｃｕ等と接合界面に於いて化合物を形成する成分を添加した場合に形成する金属化合物である金属間化合物は、接合対象の浸食を防止する効果も有すると考えられ、接合材としてより高い接合特性が期待できる。
【００１４】
本発明の液状金属接合材の接合に於ける使用量は、本発明の効果を有する範囲に於いて特に制限はなく、使用する液状金属接合材自体も段落００１３に示す液状金属接合材組成のみでなくても本発明の効果を有する量を配合すればよく、１００％〜９０％が好ましい。
また、当該液状金属接合材以外に配合する物質に関しても、本発明の効果を有する範囲に於いて特に制限はない。
そして、本発明の液状金属接合材は、接合対象に対するヌレ性にも優れている。
【００１５】
次に、本発明の液状金属接合材を用いた接合方法について説明する。
本発明の液状金属化合物は、常温に於いて流動性を有する性状であるため、はんだ合金等の接合材のように、単独で接合対象を固定することは困難である。
そこで、接合時には液状金属接合材の移動を制限する封止材が必要となる。
図２に本発明の液状金属接合材を用いた接合のイメージを示す。
【００１６】
図２に示すように、基板１上に本発明の液状金属接合材３をディスペンサー等で塗布し、接合対象の電子部品４を接着させ、封止材２で、当該液状金属接合材３と基板１並びに電子部品４を接着させて、液状金属接合材が移動しないようにする。
また、接合方法に関して、基板１と電子部品４を封止材２で固着した後、液状金属接合材を接合部にディスペンサー等で注入した後、注入口を塞ぐ方法でも構わない。
【００１７】
本発明の液状金属接合材を用いた接合方法に使用する封止材としては、常温にて固化して当該液状金属接合材３が接合部からの移動が防止でき、しかも、基板１や電子部品４、及び液状金属接合材３に腐食等の悪影響を与えない素材であれば、特に制限はなく、ＥＶＡ、ＰＥ及びナイロン等の高分子、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等が例示できる。
【００１８】
そして、本発明の液状金属接合材を用いた接合方法に於いて、使用する封止材を固化する条件は、常温にて行う範囲に於いて、本発明の効果を有する条件であれば特に制限はない。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の液状金属接合材並びに液状金属接合材を用いた接合方法によれば、常温にて導電性を有する接合が可能となり、しかも、接合部に外力がかかり編傾倒した場合に於いても、液状である特性を有することで、接合部の形状が変化することで応力を緩和しながら接合特性を維持することが可能となり、接合対象の特性や形状や適応した高い信頼性を有する接合が可能となるため、広く産業に応用が期待できる。
【符号の説明】
【００２０】
１    基板
２    封止材
３    液状金属接合材
４    電子部品
５    接合界面
６    金属化合物層
【図１】
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【図２】
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