(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波の電磁誘導による加熱によって硬化し、被接着部材間を接着する高周波硬化型の接着剤を使用する際に、高周波電流の誘導加熱により効率良く導電性物質を加熱させることができるとともに、被接着部材間の接続信頼性を向上することができる接着剤を提供することを目的とする。【解決手段】熱硬化性樹脂と、高周波加熱処理における誘導加熱によって加熱する導電性物質とを含有するとともに、前記導電性物質の発熱によって、前記熱硬化性樹脂が硬化することにより、被接着部材間を接着する接着剤において、前記導電性物質が、微細な粒子が、多数、直鎖状に繋がった形状、あるいは針形状を有することを特徴とする接着剤。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂と、高周波加熱処理における誘導加熱によって発熱する導電性物質とを含有するとともに、前記導電性物質の発熱によって、前記熱硬化性樹脂が硬化することにより、被接着部材間を接着する接着剤において、
前記導電性物質が、微細な粒子が、多数、直鎖状に繋がった形状、あるいは針形状を有することを特徴とする接着剤。
【請求項２】
前記導電性物質のアスペクト比が１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の接着剤。
【請求項３】
前記導電性物質が、強磁性を有する金属単体、強磁性を有する２種類以上の合金、強磁性を有する金属と他の金属との合金、および強磁性を有する金属を含む複合体のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接着剤。
【請求項４】
前記導電性物質が、ニッケル、鉄、コバルトおよびこれらのうちの２種類以上の合金のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の接着剤。
【請求項５】
前記導電性物質を接着剤の厚み方向に配向させたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の接着剤。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であるとともに、前記導電性物質が前記エポキシ樹脂中に分散されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の接着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波の電磁場によって加熱されることにより、例えば、電極、回路等を設けた基板や電子部品等の被接着部材を接着するための接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多くの産業分野において、部材間を接合する際に、接着剤を用いて接合する方法が使用されている。例えば、エレクトロニクス実装分野においては、近年の電子機器の小型化、高機能化の流れの中で、構成部品内の接続端子の微小化が進んでいるため、そのような端子間の接続を容易に行える種々の回路接続用の接着剤が広く使用されている。
【０００３】
ここで、近年、高周波の電磁誘導による加熱によって硬化し、被接着部材間を接着する高周波硬化型の接着剤が提案されている。より具体的には、例えば、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主成分とするとともに、鉄粉等の導電性物質を含有し、高周波電流の誘導加熱による導電性物質の発熱により、接着剤が加熱され、被接着部材間を接着する高周波硬化型の接着剤が開示されている。このような接着剤を使用することにより、迅速に被接着部材間を接着することができると記載されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、高周波硬化型の接着剤として、強磁性、フェリ磁性、超常磁性を有するナノスケールの粒子を含有する接着剤が開示されている。より具体的には、平均粒子径が１〜５００ｎｍである、アルミニウム等の粒子を導電性物質として含有する接着剤が開示されている。このような接着剤を使用することにより、接着剤の耐熱性や剪断強度等の特性に悪影響を及ぼすことなく、被接着部材への熱拡散が防止でき、接着剤の硬化時間を顕著に減少することができると記載されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−７３８１８号公報
【特許文献２】特表２００４−５０６０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の高周波硬化型接着剤においては、鉄粉やアルミニウム等の導電性物質が略球形状を有しているものと考えられるため、高周波電流による誘導加熱により、導電性物質を効率良く加熱することができず、導電性物質の発熱による接着剤の加熱を効率良く行うことができないという問題があった。また、導電性物質を効率良く加熱しようとすると、当該導電性物質の配合割合を増加する必要があるため、接着剤の主成分である樹脂の配合割合が減少し、結果として、被接着部材間の接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高周波電流の誘導加熱により導電性物質を効率良く加熱させることができるとともに、被接着部材間の接続信頼性を向上することができる接着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、熱硬化性樹脂と、高周波加熱処理における誘導加熱によって発熱する導電性物質とを含有するとともに、導電性物質の発熱によって、熱硬化性樹脂が硬化することにより、被接着部材間を接着する接着剤において、導電性物質が、微細な粒子が、多数、直鎖状に繋がった形状、あるいは針形状を有することを特徴とする。
【０００８】
同構成によれば、導電性物質が、微細な粒子が、多数、直鎖状に繋がった形状、あるいは針形状を有するため、略球形状を有する導電性物質に比し、単位体積あたりの表面積が大きくなる。従って、高周波電流による誘導加熱により、導電性物質を効率良く加熱することが可能になるため、導電性物質の発熱による接着剤の加熱を効率良く行うことが可能になる。また、導電性物質を効率良く加熱できるため、接着剤における導電性物質の配合割合を減少することができるとともに、当該接着剤における熱硬化性樹脂の配合割合を増加することが可能になる。その結果、被接着部材間の接続信頼性が向上することになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接着剤であって、導電性物質のアスペクト比が１０以上であることを特徴とする。同構成によれば、高周波電流による誘導加熱により、より一層効率良く導電性物質を加熱することが可能になる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の接着剤であって、導電性物質が、強磁性を有する金属単体、強磁性を有する２種類以上の合金、強磁性を有する金属と他の金属との合金、および強磁性を有する金属を含む複合体のいずれかであることを特徴とする。同構成によれば、金属自体が有する磁性により、磁場を用いて導電性物質を所望の方向に配向させることが可能になる。
【００１１】
なお、本発明の導電性物質としては、導電性の向上と入手容易性の観点から、請求項４に記載のように、ニッケル、鉄、コバルトおよびこれらのうちの２種以上の合金のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の接着剤であって、導電性物質を接着剤の厚み方向に配向させたことを特徴とする。同構成によれば、例えば、電子部品に形成された突起電極と回路基板に形成された配線電極を接着する場合に、接着剤の面方向における高い導電抵抗によって隣り合う電極間の絶縁を維持して短絡を防止しつつ、接着剤の厚み方向における低い導電抵抗によって多数の電極−電極間を一度に、かつ各々を独立して導電接続することが可能になる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の接着剤であって、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であるとともに、前記導電性物質が前記エポキシ樹脂中に分散されていることを特徴とする。同構成によれば、フィルム形成性、耐熱性、および接着力に優れた接着剤を作製することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高周波の電磁誘導による加熱によって硬化し、被接着部材間を接着する高周波硬化型の接着剤を使用する際に、高周波電流による誘導加熱により、導電性物質を効率良く加熱することが可能になるとともに、被接着部材間の接続信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る接着剤により接合された接着構造物を示す断面図であり、高周波発振器により接着剤を加熱している状態を示す図である。また、図２は、本発明に係る接着剤により、電極間を接続した状態を示す断面図である。なお、本実施形態においては、接着構造物として、電子部品を実装した回路基板を例に挙げて説明する。
【００１６】
本実施形態に係る接着剤を用いることにより、ＩＣチップ等の電子部品を回路基板に実装する方法としては、上述の高周波加熱方式が採用される。即ち、熱硬化性樹脂を主成分とし、導電性物質を含有する接着剤に対して、高周波加熱処理による誘導加熱を行うことにより、導電性物質を発熱させるとともに、当該導電性物質の発熱により、熱硬化性樹脂を硬化させ、電子部品の突起電極を回路基板の配線電極に接続する。
【００１７】
より具体的には、図１、図２に示すように、ガラス基板等の回路基板１上に、熱硬化性樹脂を主成分とし、導電性物質２を含有する接着剤３を載置する。次いで、高周波発振器４が有する金属製のコイル５を、接着剤３が載置された回路基板１の下方に配置する。なお、当該コイル５は、図１に示すように、金属製の芯材１０に巻回されている。次いで、電子部品６を下向き（フェースダウン）にした状態で、回路基板１の表面に形成された被接着部材である配線電極７と、電子部品６の表面に形成された被接着部材である突起電極８との位置合わせをしながら、電子部品６を接着剤３上に載置することにより、回路基板１と電子部品６との間に接着剤３を介在させる。そして、高周波発振器４が有する高周波電源９から所定の周波数を有する高周波電流を、当該高周波電源９に接続されたコイル５に流して、高周波の誘導磁界を発生させると、導電性物質２に渦電流が発生し、当該渦電流により導電性物質２が発熱して接着剤３が加熱され、当該接着剤３が加熱溶融する。そうすると、上述のごとく、接着剤３は、熱硬化性樹脂を主成分としているため、当該接着剤３は、硬化温度にて加熱をすると、一旦、軟化するが、当該加熱を継続することにより、硬化することになる。そして、予め設定した接着剤３の硬化時間が経過すると、接着剤３の加熱状態を開放し、冷却を開始することにより、接着剤３を介して配線電極７と突起電極８を接続し、電子部品６を回路基板１上に実装する。
【００１８】
また、本発明に使用される接着剤３としては、従来、回路基板１と電子部品６の接続に使用されてきた、熱硬化性樹脂を主成分とし、潜在性硬化剤を含有する接着剤が使用できる。この熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。このうち、特に、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用することにより、接着剤３のフィルム形成性、耐熱性、および接着力を向上させることが可能になる。
【００１９】
なお、使用するエポキシ樹脂は、特に制限はないが、例えば、ビスフェノールＡ型、Ｆ型、Ｓ型、またはＡＤ型のエポキシ樹脂や、ナフタレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を使用することができる。また、高分子量エポキシ樹脂であるフェノキシ樹脂を用いることもできる。
【００２０】
エポキシ樹脂の分子量は、被接着部材の種類等を考慮して、適宜選択することができる。高分子量のエポキシ樹脂を使用すると、フィルム形成性が高く、また、接続温度における樹脂の溶解粘度を高くでき、後述の導電性物質の配向を乱すことなく接続できる効果がある。一方、低分子量のエポキシ樹脂を使用すると、架橋密度が高まって耐熱性が向上するとともに、樹脂の凝集力が高まるため、接着力が高くなるという効果が得られる。従って、分子量が１５０００以上の高分子量エポキシ樹脂と分子量が２０００以下の低分子量エポキシ樹脂とを組み合わせて使用することにより、性能のバランスが取れるため、好ましい。なお、高分子量エポキシ樹脂と低分子量エポキシ樹脂の配合量は、適宜、選択することができる。
【００２１】
また、本発明に使用される潜在性硬化剤は、低温での貯蔵安定性に優れ、室温では殆ど効果反応を起こさないが、加熱等により、所定の条件とすることにより、速やかに硬化反応を行う硬化剤である。この潜在性硬化剤としては、イミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、アミンイミド、ポリアミン系、第３級アミン、アルキル尿素系等のアミン系、ジシアンジアミド系、酸および酸無水物系硬化剤、塩基性活性水素化化合物、および、これらの変性物が例示され、これらは単独または２種以上の混合物として使用できる。
【００２２】
また、特に、これらの潜在性硬化剤を、ポリウレタン系、ポリエステル系等の高分子物質や、ニッケル、銅等の金属薄膜およびケイ酸カルシウム等の無機物で被覆してマイクロカプセル化したものは、長期保存性と速硬化性という矛盾した特性の両立を図ることができるため、好ましい。従って、マイクロカプセル型イミダゾール系潜在性硬化剤が、特に好ましい。
【００２３】
本発明の配線電極７としては、例えば、回路基板１上に形成されたＩＴＯ電極が使用される。また、突起電極８は、例えば、電子部品６上にバリアメタル（不図示）を形成するとともに、当該バリアメタル上に、所定の開口パターンを有するフォトレジスト（不図示）を形成し、当該フォトレジストをマスクとして、金をメッキ（例えば、電解メッキ）することにより形成される。
【００２４】
また、高周波発振器４としては、所望の周波数を有する高周波を発生できるものであれば、どのような発振器を使用しても良く、例えば、所定の周波数を有するマイクロ波を発生させるマイクロ波発振器等の加熱装置が使用できる。また、使用する高周波の周波数は、被接着部材の種類や使用目的等を考慮して、適宜、選択することができる。例えば、電子部品６を回路基板１に実装する場合は、１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの範囲のものが使用できる。なお、コイル５には、例えば、ステンレス、チタン、タングステン等の導体を使用することができる。
【００２５】
ここで、本発明においては、接着剤３の導電性物質２が、微細な粒子が、多数、直鎖状に繋がった形状、または針形状を有する点に特徴がある。このような構成とすることにより、導電性物質２の単位体積あたりの表面積を、略球形状を有する導電性物質に比し、大きくすることができる。従って、高周波電流による誘導加熱により、導電性物質２を効率良く加熱することが可能になるため、当該導電性物質２の発熱による接着剤３の加熱を効率良く行うことが可能になる。また、導電性物質２を効率良く加熱できるため、接着剤３における導電性物質２の配合割合を減少することができるとともに、接着剤３における熱硬化性樹脂の配合割合を増加することが可能になる。その結果、被接着部材間（即ち、配線電極４と突起電極５の間）の接続信頼性が向上することになる。
【００２６】
また、導電性物質２が、微細な粒子が、多数、直鎖状に繋がった形状、あるいは針形状を有しており、優れたクッション性を有するため、被接着部材である配線電極７と突起電極８を、導電性物質２を有する接着剤３を介して接続する場合に、配線電極７と突起電極８に損傷を与えることなく、接続することが可能になる。
【００２７】
なお、本発明に使用される導電性物質２は、その一部に強磁性体が含まれるものが良く、強磁性を有する金属単体、強磁性を有する２種類以上の合金、強磁性を有する金属と他の金属との合金、および強磁性を有する金属を含む複合体のいずれかであることが好ましい。これは、強磁性を有する金属を使用することにより、金属自体が有する磁性により、磁場を用いて導電性物質２を所望の方向に配向させることが可能になるからである。例えば、導電性の向上と入手容易性の観点から、直鎖状に繋がったニッケル、鉄、コバルトおよびこれらのうち２種類以上の合金等を挙げることができる。
【００２８】
また、導電性物質２を、接着剤３を形成する時点で当該接着剤３の厚み方向にかけた磁場の中を通過させることにより、厚み方向（磁場方向であって、図２の矢印Ｘの方向）に配向させて用いるのが好ましい。このような配向にすることにより、接着剤３の面方向（厚み方向に直交する方向であって、図２の矢印Ｙの方向）における高い導電抵抗によって隣り合う電極間の絶縁を維持して短絡を防止しつつ、接着剤３の厚み方向における低い導電抵抗によって多数の電極−電極間を一度に、かつ各々を独立して導電接続することが可能になる。
【００２９】
また、導電性物質２として、所謂アスペクト比が大きい形状を有しているものを使用することが好ましい。なお、ここで言うアスペクト比とは、導電性物質２の短径（導電性物質２の断面の長さ）と長径（導電性物質２の長さ）の比のことを言う。より具体的には、導電性物質２のアスペクト比が１０以上であることが好ましい。このような導電性物質２を使用することにより、高周波電流による誘導加熱により、より一層効率良く導電性物質２を加熱することが可能になる。
【００３０】
導電性物質２のアスペクト比は、ＣＣＤ顕微鏡観察等の方法により直接測定するが、断面が円でない導電性物質２の場合は、断面の最大長さを短径としてアスペクト比を求める。また、導電性物質２は、必ずしもまっすぐな形状を有している必要はなく、多少の曲がりや枝分かれがあっても、問題なく使用できる。この場合、導電性物質２の最大長さを長径としてアスペクト比を求める。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００３２】
例えば、上記実施形態においては、接着構造物として、電子部品６を実装した回路基板１を例に挙げて説明したが、本発明の接着剤は、その他の被接着部材に対しても好適に使用することができる。例えば、建築産業における木製や樹脂製の被接着部材や、自動車産業等の金属加工産業における金属製の被接着部材に対して使用することができる。また、例えば、複数のフレキシブルプリント配線板の各々に形成された電極を被接着部材として使用し、当該電極間を、本発明の接着剤で接着する構成としても良い。いずれの場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態においては、接着剤３の樹脂成分として、熱硬化性樹脂を使用したが、例えば、エチレンビニルアルコール、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エチレンー酢酸ビニル重合体等の熱可塑性樹脂を、接着剤３の樹脂成分として使用することもできる。この場合、高周波発振器４が有する高周波電源９から所定の周波数を有する高周波電流を、当該高周波電源９に接続されたコイル５に流して、高周波の誘導磁界を発生させると、導電性物質２に渦電流が発生し、当該渦電流により導電性物質２が発熱して接着剤３が加熱され、当該接着剤３が加熱溶融する。次いで、接着剤３の加熱状態を開放し、冷却を開始することにより、熱可塑性樹脂を主成分とする接着剤３が硬化し、当該接着剤３を介して配線電極７と突起電極８を接続され、電子部品６が回路基板１上に実装されることになる。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
また、上記実施形態においては、金属製のコイル５を、接着剤３が載置された回路基板１の下方に配置する構成としたが、当該コイル５を略円形状または略楕円形状に形成し、当該コイル５の内部に、回路基板１と電子部品６との間に接着剤３を介在させた接着構造物を配置する構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例としては、高周波の電磁場によって加熱されることにより、例えば、電極、回路等を設けた基板や電子部品等の被接着部材を接着するための接着剤が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る接着剤により接合された接着構造物を示す断面図であり、高周波発振器により接着剤を加熱している状態を示す図である。
【図２】本発明に係る接着剤により、電極間を接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…回路基板、２…導電性物質、３…接着剤、４…高周波発振器、５…コイル、６…電子部品、７…配線電極（被接着部材）、８…突起電極（被接着部材）、９…高周波電源
【図１】
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【図２】
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