(57)【要約】【課題】１Ａ以上、特に１０〜３０Ａ以上の直流電流を印加する場合に、導電性フィラーが酸化したり、樹脂分が炭化したりせず、発熱を最小限に押さえ、抵抗の上昇を押さえた導電性接着剤とその接着方法およびそれを用いた自動車用窓ガラスを提供する。【解決手段】有機系樹脂と導電性フィラーとからなる導電性接着剤において、導電性フィラーは、鉛フリーハンダをメッキした主導電性フィラーと、主導電性フィラーの体積よりも小さくかつ鉛フリーハンダをメッキした補助フィラーと、主導電性フィラーの体積よりも小さい鉛フリーハンダボールとからなり、有機系樹脂が１０〜２５重量％、主導電性フィラーが５０〜８５重量％、補助フィラーと鉛フリーハンダボールとの合計が５〜４０重量％である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機系樹脂と導電性フィラーとからなる導電性接着剤において、前記導電性フィラーは、鉛フリーハンダをメッキした主導電性フィラーと、該主導電性フィラーの体積よりも小さくかつ鉛フリーハンダをメッキした補助フィラーと、該主導電性フィラーの体積よりも小さい鉛フリーハンダボールとからなり、
前記有機系樹脂が１０〜２５重量％、前記主導電性フィラーが５０〜８５重量％、前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとの合計が５〜４０重量％であることを特徴とする導電性接着剤。
【請求項２】
前記主導電性フィラーは、鱗片形状または楕円球形状をなし、その短径が１〜１０μｍであり、前記補助フィラーおよび前記鉛フリーハンダボールは、球状をなし、その粒径が０．１〜１μｍである請求項１に記載の導電性接着剤。
【請求項３】
前記主導電性フィラーおよび前記補助フィラーは、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上である材料に鉛フリーハンダをメッキをしたものである請求項１または２に記載の導電性接着剤。
【請求項４】
前記主導電性フィラーと前記補助フィラーの鉛フリーハンダメッキおよび前記鉛フリーハンダボールは、融点が２３０℃以下であり、主成分がＢｉ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕから選ばれる鉛フリーハンダである前記請求項１から３のいずれかに記載の導電性接着剤。
【請求項５】
前記有機系樹脂と前記主導電性フィラーと前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとの合計１００重量部に対して、酸化防止剤、酸性物質またはロジン（松脂）からなるフラックスを３〜５重量％の割合で含む請求項１から４のいずれかに記載の導電性接着剤。
【請求項６】
前記有機系樹脂と前記主導電性フィラーと前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとの合計１００重量部に対して、分散剤を１〜５重量％の割合で含む前記請求項１から５のいずれかに記載の導電性接着剤。
【請求項７】
前記有機系樹脂は、エポキシ樹脂である請求項１から６のいずれかに記載の導電性接着剤。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の導電性接着剤を用いて、導体と電子部品とを接続後、瞬間的に１００Ａ以上の大電流を流し、前記主導電性フィラーと前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとを融着させることを特徴とする導電性接着剤の接着方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載の導電性接着剤を用いて、ガラス表面に形成されたＡｇペーストの焼成体と電子部品とを電気的に接続して構成したことを特徴とする自動車用窓ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性接着剤とその接着方法およびそれを使用した自動車用窓ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車用窓ガラスには、導電性プリントを利用した様々な機能が付加されている。例えば、後部窓ガラスにおいては、ガラス面に銀ペーストを焼成させた導電体を形成することでＡＭ、ＦＭ、ＴＶ等の受信を行うアンテナ機能や、１〜３０Ａの電流を流し、ガラス面上の導電体を発熱させて窓ガラスの曇りを取り除く防曇機能が付与されている。これらの導電体には、外部電源から給電を受けるためのバスバー部が設けられ、バスバー部に端子をハンダ付けし、リード線に接続されたコネクタをこの端子に接続することで外部電源と電気的に接続される。
【０００３】
しかし、自動車用窓ガラスに用いられるハンダは鉛を含んでいるため、廃棄処分時に鉛を含むはんだを処理することに手間がかかることや、欧州でのＥＬＶ（廃棄自動車）指令やＷＨＥＥ＆ＲｏＨＳ（廃棄電気電子機器）指令など各国で鉛を含んだハンダの使用に対する規制が検討され始めており、鉛を含有するハンダを使用できない状況になりつつある。
【０００４】
一方、電子機器業界では鉛フリー化が進み、半導体やその他の電子部品の基板への実装に導電性接着剤が使用されている。この導電性接着剤は、金、銀、カーボン等の導電性材料をフィラーとして、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂等をバインダーとして、硬化剤や溶剤と共に適当に配合したものである。
【０００５】
その一例として有機系樹脂よりなるバインダ−と、錫および／または錫合金の導電性フィラ−と、金および／または銀、またはそれらの合金の粉体、またはそれらのメッキをした粉体フィラーからなる導電性接着着剤が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この導電性接着剤は、熱硬化性樹脂を配合することにより、１５０〜２５０℃に加熱することで樹脂成分が収縮するのに伴い、樹脂中の導電性フィラ−が接触し導電性を生じ、鉛フリー化のためのハンダの代替用として安価に適用することができるというものである。
【０００７】
また、鉛フリーハンダを主導体材料として、熱可塑性樹脂と金属粉末および金属繊維とを配合した導電性樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この導電性樹脂組成物は、鉛フリーハンダの粉末同士が融着して接合するため、接触よりも強固に接続することになり、導電性に優れているというものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３０９７７３号公報
【特許文献２】特開２０００−３５７４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の導電性接着剤は、電子機器やＡＭ、ＦＭ、ＴＶ等のアンテナ用の自動車用窓ガラスに設けられた導電体に用いる比較的小さい電流を流す場合に、ある程度効果を発揮するが、１Ａ以上、特に１０〜３０Ａの直流電流を印加する場合は、導電性フィラー同士の接触部が発熱して高温となるため、導電性フィラー表面の酸化が促進されて抵抗値が高くなり、さらに導電性フィラーが高温となる悪循環に陥り、最後は短絡する。また、導電性フィラーが高温になることにより、介在する熱硬化性樹脂が燃えて炭化し、接着能力が低下する問題もある。
【００１０】
また、特許文献２は、熱可塑性樹脂が３５〜７５重量％と樹脂組成物全体に対して重量が多く、導電性フィラーの量が少量となって抵抗が大きくなるため、１Ａ以上の電流が印加された場合、発熱量が大きくなり、上記特許文献１の場合と同様の現象が起きる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、１Ａ以上、特に１０〜３０Ａ以上の直流電流を印加する場合に、導電性フィラーが酸化したり、樹脂分が炭化したりせず、発熱を最小限に押さえ、抵抗の上昇を押さえた導電性接着剤とその接着方法およびそれを用いた自動車用窓ガラスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するために、有機系樹脂と導電性フィラーとからなる導電性接着剤において、前記導電性フィラーは、鉛フリーハンダをメッキした主導電性フィラーと、該主導電性フィラーの体積よりも小さくかつ鉛フリーハンダをメッキした補助フィラーと、該主導電性フィラーの体積よりも小さい鉛フリーハンダボールとからなり、前記有機系樹脂が１０〜２５重量％、前記主導電性フィラーが５０〜８５重量％、前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとの合計が５〜４０重量％であることを特徴とする導電性接着剤を提供する。
【００１３】
また、前記主導電性フィラーは、鱗片形状または楕円球形状をなし、その短径が１〜１０μｍであり、前記補助フィラーおよび前記鉛フリーハンダボールは、球状をなし、その粒径が０．１〜１μｍであることが好ましい。
【００１４】
また、前記主導電性フィラーおよび前記補助フィラーは、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上である材料に鉛フリーハンダをメッキをしたものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記主導電性フィラーと前記補助フィラーの鉛フリーハンダメッキおよび前記鉛フリーハンダボールは、融点が２３０℃以下であり、主成分がＢｉ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕから選ばれる鉛フリーハンダであることが好ましい。
【００１６】
また、前記有機系樹脂と前記主導電性フィラーと前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとの合計１００重量部に対して、酸化防止剤、酸性物質またはロジン（松脂）からなるフラックスを３〜５重量％の割合で含むことが好ましい。
【００１７】
また、前記有機系樹脂と前記主導電性フィラーと前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとの合計１００重量部に対して、分散剤を１〜５重量％の割合で含むことが好ましい。
【００１８】
また、前記有機系樹脂は、エポキシ樹脂であることが好ましい。
【００１９】
本発明は、前述の本発明の導電性接着剤を用いて、導体と電子部品とを接続後、瞬間的に１００Ａ以上の大電流を流し、前記主導電性フィラーと前記補助フィラーと前記鉛フリーハンダボールとを融着させることを特徴とする導電性接着剤の接着方法を提供する。
【００２０】
また、本発明は、前述の本発明の導電性接着剤を用いて、ガラス表面に形成されたＡｇペーストの焼成体と電子部品とを電気的に接続して構成したことを特徴とする自動車用窓ガラスを提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、有機系樹脂のバインダー、主導電性フィラーと補助フィラーおよび鉛フリーハンダボールからなり、主導電性フィラーおよび補助フィラーに鉛フリーハンダをメッキすることにより、互いが融着し、抵抗を小さくでき、電気的に安定な接続を実現できる。
【００２２】
また補助フィラーおよび鉛フリーハンダボールを主導電性フィラーの体積よりも小さくすることにより、主導電性フィラー間に入り込み、接着時の加熱により、主導電性フィラーの鉛レスハンダメッキ同士が融着しやすくなる。
また、主導電性フィラー、補助フィラーの材料を熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上のものにすることにより、電流の印加によって発生する熱を充分に放熱することができ、酸化し難くなる。
【００２３】
さらに、主導電性フィラーの形状を鱗片形状（フレーク状）または楕円球形状にすることにより、主導電性フィラー同士が接触しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について以下に説明する。
【００２５】
本発明の導電接着剤は、表面に低融点の鉛フリーハンダがメッキされている熱伝導率の高い材料からなる短径が１〜１０μｍ、好ましくは３〜７μｍである楕円球形状の主導電性フィラーと、表面に低融点の鉛フリーハンダがメッキされている熱伝導率の高い材料からなる粒径が０．１〜１μｍの球状の補助フィラーと、低融点の鉛フリーハンダからなる粒径が０．１〜１μｍの球状の鉛フリーハンダボールと、有機系樹脂のバインダーとからなる。主導電性フィラーの鉛フリーハンダメッキと補助フィラーの鉛フリーハンダおよび鉛フリーハンダボールの材料は、融点がほぼ同じで、互いの親和力がある程度強ければ、同じでなくともよい。
【００２６】
本発明の導電性接着剤は、接着時に加熱することにより、主導電性フィラーの鉛レスハンダメッキと補助フィラーの鉛レスハンダメッキおよび鉛レスハンダボールを溶融し、互いに融着させることにより、抵抗を小さくし、電気的に安定な接続を可能とする。
【００２７】
配合割合については、抵抗を小さくするため、主導電性フィラーは５０重量％以上、８５重量％以下とする。主導電性フィラーが５０重量％未満となると、主導電性フィラー同士が接触し難くなり、主導電性フィラー同士の融着が起こり難くなるため、抵抗が大きくなる。また、主導電性フィラーが８５重量％より多くなると、有機系樹脂成分が少量となり、接着強度が低下する。
【００２８】
また、主導電性フィラーの鉛フリーハンダメッキの厚さは、０．１〜２μｍであることが好ましい。０．１μｍ以下であると主導電性フィラー同士が融着し難くなり、抵抗が大きくなる。また、２μｍ以上となると、主導電性フィラーの熱伝導率が低くなり、大電流が印加されたときに放熱効果が小さいため、導電性フィラーの酸化したり、有機系樹脂が炭化したりする。
【００２９】
また、主導電性フィラーの形状は、鱗片形状または楕円球形状が好ましい。鱗片形状および楕円球形状とすることにより、球状よりも主導電性フィラー同士の接触面積を大きくすることができ、融着を促進し、抵抗を小さくできる。
【００３０】
主導電性フィラー同士の融着を補助するため、補助フィラーと鉛レスハンダボールとの合計は５重量％以上、２５重量％以下とする。補助フィラーと鉛レスハンダボールが５重量％以下であると主導電性フィラー同士の間に補助フィラーが充分に入り込まないため、主導電性フィラー同士が充分に融着することができない。また、補助フィラーと鉛レスハンダボールとの合計が２５重量％以上となると、導電接着剤の熱伝導率が小さくなるため、充分な放熱ができず酸化してしまうおそれがある。
【００３１】
また、補助フィラーの鉛フリーハンダメッキの厚さは、０．１〜０．５μｍであることが好ましい。０．１μｍ以下であると主導電性フィラーと融着し難くなる。また、０．５μｍ以上となると、熱伝導率が低くなる。
【００３２】
接着強度を保つため、有機系樹脂からなるバインダーは１０重量％以上、２５重量％以下とする。バインダーが１０重量％未満であると、主導電性フィラー対して有機系樹脂の割合が小さいため、充分な接着強度が得られない。また、バインダーが２５重量％より多くなると、主導電性フィラー間に有機系樹脂が過剰に入り込み、主導電性フィラー同士が融着し難くなり、抵抗が大きくなってしまう。
【００３３】
主導電性フィラーおよび補助フィラーの材料としては、熱伝導率が高い材料である銀、金、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属材料やＳｉＣあるいはＡｌＮ等が挙げられる。これらの材料は熱伝導率が２００Ｗ／ｍ℃以上であり、１Ａ以上の電流が印加された場合であっても、充分に放熱ができるため、主導電性フィラーの酸化を抑制できる。
【００３４】
また、主導電性フィラーの鉛フリーハンダメッキと補助フィラーの鉛フリーハンダメッキおよび鉛フリーハンダボールの材料としては、融点が２３０℃以下で酸化し難いＢｉ−Ｓｎ系、Ｉｎ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系の鉛フリーハンダが挙げられる。主導電性フィラーおよび補助フィラーの表面のメッキは、上記鉛フリーハンダをバレル法によりコ−テングする。
【００３５】
バインダーの材料としては、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂が利用できる。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。また熱可塑性樹脂としてはポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
【００３６】
また、鉛フリーハンダが比較的強固な酸化膜を有する場合があるため、表面を化学的活性化し、ハンダの濡れ性を助長する必要がある。そのため、バインダーと主導電性フィラーと補助フィラーと鉛フリーハンダボールとの合計１００重量部に対して、酸化防止剤、酸性物質またはロジン（松脂）からなるフラックスを３〜５重量％の割合で添加することにより、酸化膜を除去して酸化防止効果を付加することができ、さらにハンダのぬれ性も良好となる。
【００３７】
特にロジンは、１２７℃で溶融し、その活性は約３１５℃まで持続し、ロジンの活性成分であるアビエチン酸が、固体では不活性であるがそれが加熱されて溶融状態になると活性を呈し、それが冷却されると再び不活性となるため、フラックスとして好ましい。
【００３８】
また、短径が小さい主導電性フィラーを選択した場合は、主導電性フィラーが凝集しやすい。そのため、バインダーと主導電性フィラーと補助フィラーと鉛フリーハンダボールとの合計１００重量部に対して、分散剤を１〜５重量％添加することにより、主導電性フィラーを良好に分散させ、凝集を防止する。
【００３９】
バインダーの材料に熱硬化性樹脂を使用した場合、樹脂の硬化温度よりも２０〜３０℃融点の低い鉛フリーハンダを選択することが好ましい。接着剤を塗布し硬化させるための加熱によって、鉛フリーハンダが溶融し、主導電性フィラー同士を融着できる。熱硬化性樹脂の硬化温度より高い熱硬化性樹脂を使用すると、主導電性フィラー同士を融着させるために、硬化温度以上の加熱が必要となり、樹脂を劣化させてしまう。また、融点の低すぎる鉛フリーハンダを選択すると、電流を流した際にある程度まで温度が上昇するが、低い温度でも鉛フリーハンダが溶融してしまうため、電気的な接続が不安定となる。
【００４０】
本発明の導電性接着剤を用いて導体と電子部品とを接続する場合、バインダーの材料が熱可塑性樹脂であれば樹脂の溶融熱を用いて、熱硬化性樹脂であれば硬化させる際の加熱を利用して、主導電性フィラーの鉛フリーハンダメッキを溶融し、主導電性フィラー同士を融着させる。
【００４１】
また、導体と電子部品とを本発明の導電性接着剤で接続した後に、１００Ａ以上の大電流を短時間印加することにより、電流によるジュール熱、および主導電性フィラー同士の接触部が溶融し、飛散した後に発生するアーク熱によって主導電性フィラーを融着させてもよい。
【００４２】
本発明の自動車用窓ガラスは、例えば曇りを取り除くデフォッガやＡＭ、ＦＭ、ＴＶ等のガラスアンテナ等のＡｇを主成分とするＡｇペーストの焼成体からなる導体を窓ガラス表面に形成し、このガラス面上の導体と電子部品とを本発明の導電性接着剤を用いて接着し、この電子部品を介して電源やラジオ、テレビの増幅器等に接続される。特に本発明は比較的大きな電流を印加するデフォッガに適用することが好ましい。
【実施例】
【００４３】
以下に本発明の実施例について説明する。なお本発明はこれらの実施例に限定するものではない。
【００４４】
本発明の実施例を表１に示す。表１中の１〜８が本発明の導電性接着剤であり、９、１０が有機系樹脂が多い場合と少ない場合を示す比較例である。
【００４５】
【表１】
2005026187.tif 000002
【００４６】
主導電性フィラーの短径は、３〜５μｍであり、鉛フリーハンダメッキの厚さが０．５μｍである。バインダーとしてはエポキシ樹脂を用いている。補助フィラーの粒径は、０．８〜１μｍであり、鉛フリーハンダメッキの厚さが０．１μｍである。ハンダボールの粒径は、０．８〜１μｍである。表１中の導電性接着剤は、主導電性フィラー、エポキシ樹脂、補助フィラー、ハンダボールからなる主成分に、ロジン系フラックスを添加している。
【００４７】
これらの導電性接着剤をガラス面上に形成された導電体に塗布し、接続端子を接着剤上に搭載し、表１中の硬化温度で２０分間加熱処理をする。その後、大気中に充分な時間放置し冷却する。
【００４８】
接着強度の確認として、端子部分の引張強度試験を行い、３０Ｎ／ｃｍ以上であれば合格として、表１中に○をつけている。
【００４９】
また、導電性接着剤の接続部分に直流電流３０Ａを印加して、１０分後の端子部分での樹脂の温度を測定し、７０℃以下であれば合格とする。抵抗値は、１．０ｍΩ以下を合格とする。総合の合否判定は、接着強度、抵抗値、発熱温度すべてを合格したものを合格として表１中に○をつけている。
【００５０】
その結果、本発明の実施例である表１中の１〜８の接着剤は、温度が７０℃以下と低く、抵抗値も１．０ｍΩと低く、１０時間電流を印加しても短絡しない。破壊試験と材料分析結果からエポキシ樹脂系バインダーも適当な量でハンダの溶融も完全である。
【００５１】
一方、比較例である表１中の９の導電性接着剤は、エポキシ樹脂のバインダーの量が多すぎるため、主導電性フィラーが充分に融着せず、抵抗が大きくなってしまい、長時間の電流の印加で接着剤の外観色は茶色から印加後黒色に変色し短絡する。表１中の１０の導電性接着剤は、エポキシ樹脂のバインダーの量が少なすぎるため、充分な接着強度が得られず、また接続が不安定となるため、９の接着剤と同様に長時間の電流の印加で短絡する。
【００５２】
上記実施例の結果から、本発明の導電性接着剤は、１Ａ以上、特に１０〜３０Ａの直流電流を印加する場合に有効であることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明により、鉛フリーハンダ代替用導電性接着剤として、特に１０〜３０Ａの直流電流を印加する用途で、安価でかつ導電性の優れ、従来の導電性接着剤の欠点を十分に解決した導電性接着剤が得られる。