(57)【要約】【課題】本発明の課題は、導電性接合体の微細化や接合部の変形等に対応し、接合体が受ける衝撃や応力等を緩和若しくは耐える機能を有る導電性接合体の提供を目的とすることである。【解決手段】導電性接合体を構成する導電性接合材が使用領域に於いて液状状態を維持することによって、また、導電性接合材が接合箇所より漏れだすことや接合強度を向上させる保護材を用いることにより、当該導電性接合体が受ける衝撃等の負荷や当該導電性接合体に発生する応力等の負荷を緩和することが可能となることに加え、接合部が変形した場合に於いても導電性接合体を形成する両被接合部と導電性接合材が接合界面を安定的に維持することが可能となる。 【選択図】 無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性接合材と保護材からなる導電性接合体であって、導電性接合材の成分が常温で液体金属からなり、接合時に当該液体金属が微細化構造を保持し、被接合物に接着させた後、当該導電性接合材の微細化構造を解除して液状状態を確保したまま接合物を接合することを特徴とする導電性接合体。
【請求項２】
導電性接合体を構成する導電性接合材の微細化構造の維持方法として、微細化した液体金属をカプセル状の被膜で被覆する方法を用いることを特徴とする請求項１記載の導電性接合体。
【請求項３】
導電性接合体を構成する導電性接合材の成分が、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乃至請求項２の導電性接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性接合材を用いた接合体に関し、詳しくは応力緩和機能に優れた液状金属を主成分とする導電性接合材を用いた接合体に関する。
【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と硬化性樹脂を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、ダウンサイジングが加速され、携帯端末等がますます小型化している。
一方、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】
そして、導電性接合材を用いた接合体も、多様化する接合対象に応じた形状やサイズ、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、多様化する用途やサイズに応じて使い分けられている。
また、はんだ合金を主成分とする接合材や多くの導電性接合材の場合、かなりの高温度に加熱して接合するため、被接合物に耐熱性が必要であり、また、加熱することによって発生する熱膨張も接合物が小さい場合には位置ずれなどが無視できないうえに、接合が終了して接合体となったときには、固体状態になっているので応力が残る場合があるため、壊れたり、反ったり、外れる等の不具合が発生する。
しかし、接合体が固体状態の場合には、接合体自体の接合強度を室温等の使用領域で確保されていることが多いが、接合体が微細化されて当該接合体を含んだ最終製品が落下等の外的衝撃を受けたとき、接合体にも製品同様の衝撃が発生し、発生した衝撃負荷に接合体が耐えきれない場合には接合体の破壊が生じる可能性が十分に考えられる。
【０００４】
このように、従来の導電性を要する接合体が固体状態の場合、接合体が微細化されると接合体の有する強度自体が弱くなるため、衝撃等に対する負荷に耐えられなくなり、接合体が破損して、製品の機能不全を発生させることも考えられる。
従って、接合体が微細化されても、衝撃等の負荷に耐え得る接合体や、薄く形状を変化させることができる構造を有する製品用途に対応した特性を有した接合体が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３７３００号公報
【特許文献２】特開２００６−２０３１５９号公報
【特許文献３】特開２００７−２６６１３８号公報
【特許文献４】特開２００７−２４２９００号公報
【特許文献５】特開平９−２６７４８９号公報
【特許文献６】特開２００８−８４８８９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、導電性接合体の微細化や接合部の変形等に対応し、接合体が受ける衝撃や応力等を緩和若しくは耐える機能を有る導電性接合体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、接合部の性状に着目し、導電性接合体が常温で液状を有することにより、外的衝撃や外的環境等から発生する接合体に発生する応力を緩和し、耐衝撃・耐応力緩和機能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、導電性接合体を構成する導電性接合材が使用領域に於いて液状状態を維持することによって、当該導電性接合体が受ける衝撃等の負荷や当該導電性接合体に発生する応力等の負荷を緩和することが可能となる。
また、本発明は、導電性接合体を形成する導電性接合材が使用領域に於いて液状状態を維持することによって、接合部が変形した場合に於いても導電性接合体を形成する両被接合部と導電性接合材が接合界面を安定的に維持することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、導電性接合体に衝撃等の負荷や当該導電性接合体に発生する応力等の負荷を緩和する効果を有するため、落下等の衝撃や外的環境変化による製品の耐久性が向上することに加え、接合体自体が形状を任意に変化させることも可能となるため、当該接合体を含む製品の形態や使用時の形状変化に自在に対応することが可能となり、電子機器等に広く応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の導電性接合体の構成成分である導電性接合材が基板に接着し接合体となるまでの状態を表したイメージ図。
【図２】図１に示す本発明の導電性接合材が処理され、微細化してカプセル状の被膜に被覆された状態から被膜が破壊され、液状金属が一体化する状況を表したイメージ図。
【図３】スポンジ状の支持体を表したイメージ図。
【図４】本発明の導電性接合体の構成成分である導電性接合材が基板に接着し被接合物と接合し、接合体を形成するまでの状態を表したイメージ図。
【図５】本発明の導電性接合体を表すイメージ図。
【図６】本発明の導電性接合体を用いた接合箇所を表したイメージ図。
【図７】本発明の導電性接合体を用いた接合箇所を稼働させて状態を表したイメージ図。
【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。
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と硬化性樹脂を含有させた導電性ペースト等が用いられ、接合後の接合部は固体となる。
一方、接合体が液状若しくは液状を経過して固体となる接合体の技術も開示されており、特許文献１では、電導特性を向上させるため接合材として液体金属を用いた技術が開示されている。
また、特許文献２には熱伝導を向上させるために熱インターフェースとして液体金属を用いる技術が開示されている。
そして、特許文献３及び４では、接合部に液体金属が基板の熱膨張差に起因する熱応力緩和目的で用いる技術が開示されている。
更に、特許文献５では、ガリウムを主成分とする液体金属接着剤に関する技術が開示されている。
一方、特許文献６では、液状接合材料の供給に関する技術が開示されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜特許文献６で開示されている技術では、本発明の課題である微細な接合体を形成することが困難であるという問題が存在する。
例えば、特許文献1〜特許文献５では、使用する液状金属を微細化して使用する必要もないことから、微細化して用いるという記載がなく、勿論のこと示唆もない。
また、特許文献６では、液状接合材に関する技術ではあるが、液体金属ではなく固体状の金属微粒子に絶縁性樹脂材料をコートして帯電させて絶縁性溶剤に分散した液状接合材の技術を開示したものであり、本発明が示唆される内容ではない。
【００１３】
本発明の導電性接合体に関して図を用いて以下に説明する。
本発明の導電性接合体は、図５に示す導電性接合材（３）及び導電性接合材を保護する保護材（６）よりなる。
また、図１等で示す本発明の導電性接合体を構成する導電性接合材（３）は、液状金属からなり、本発明の効果を有する範囲に於いて特に制限はないが、当該液状金属の組成としては、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、及び当該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、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組成が好ましい。
そして、本発明の液状金属の液状とはＪＩＳ−８７０３で定められている常温、即ち２０℃±１５℃（５℃〜３５℃）に加え、本発明の導電性接合体が用いられる製品の使用温度域に於いて液状を示す場合も含む。
【００１４】
本発明の導電性接合体に使用する液状金属の量は、本発明の効果を有する範囲に於いて特に制限はなく、接合対象物のサイズに応じて任意に設定が可能であり、段落００１３に示す液状金属接合材組成に他の成分を添加しても構わないが、段落００１３に記載の成分を１００％〜９０％含有することが好ましい。
また、当該液状金属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。
【００１５】
本発明の導電性接合体を構成する導電性接合材（３）を保護する保護材（６）は、導電性接合材の効果を有する範囲に於いて特に制限はなく、本発明の導電性接合体が用いられる製品の使用温度域に於いて、フレキシブルに形状を変化させても品質の劣化が発生しない材質が好ましく、ナイロンや塩ビ、ＡＳ、ＡＢＳ、ＥＶＡ、シリコーン等の樹脂が例示でき、更には微細接合体を形成するために薄く、細く、加工しても密封性や耐久性、柔軟性等の品質変化を発生しない樹脂がより好ましい。
【００１６】
次に本発明の導電性接合体を構成する導電性接合材（３）を基板等の被接合物（４）へ接着する方法について説明する。
図１に示すように、本発明の導電性接合体を構成する導電性接合材（１）は液体金属からなるため、保存時や使用前状態では、当該導電性接合材に示すように液体金属（１）は一体化している。
そして、一体となった液体金属（１）は表面張力等の影響もあり、未処理のままでは基板等の被接合物（４）へ接着する場合に細かく分かれて接着させることが困難で、微細化した接合体を形成することが出来ない。
そこで、基板等の被接合物（４）へ接着させる前に液体金属に超音波等を照射して液体金属を微細化するのと同時に図２に示すように、再凝集や一体化を防止するために微細化した液体金属（２−１）の周囲をカプセル等の被膜（２−２）等で覆う処理を施し、微細化状態を維持したまま基板等の被接合物（４）へ接着させることによって、微細化した接合体の形成が可能となる。
更に、液体金属（１）を微細化し、再凝集や一体化を防止する方法として、上述の通り、微細化と同時又は直後に、微細化した液状金属を被覆する被膜組成に分散させる、又は当該被膜組成を微細化した液状金属に噴霧等の処理を行う等して、当該微細化した液状金属をカプセル状に被覆することが可能である。
また、本発明の導電性接合材を微細化する際に用いられるカプセル状の被膜は、本発明の効果を有する範囲に於いて、特に成分や強度、厚み等の制限はなく、材質としてゼラチンやポリオルガノシルセキオキサン等の高分子、シリコーンや炭化水素等のオイル等が例示できる。
一方、微細化液状金属からなる導電性接合材の集合体（３）が崩れないようにする方法として、微細化した液状金属そのまま、又はカプセル化した微細液状金属を図３に示すスポンジ状の支持体（７）に組み込んでも構わない。
【００１７】
更に、図４に示すように基板等の被接合物（４）上に形成された微細な導電性接合材の集合体（３）に加圧等の処理を行い、微細化した液体金属（２−１）に被覆したカプセル状の被膜（２−２）等を瞬時に除去して液状金属を一体化（１−２）させるか、スポンジ状の支持体内部に液状金属を充満させ、半導体素子等の電子部品である被接合物（５）を接合した後、導電性接合材を保護する保護材（６）を一体化した導電性接合材（３）を覆うように、装着させることにより本発明の導電性接合体が完成する。
また、微細化した液状金属を覆うカプセル状の被膜（２−２）は、本発明の効果を有する範囲に於いて、加圧等の処理によって、（２−２−１）に示すように瞬時に被膜が破れるか消滅する材質がよく、破れた際に一体化した液状金属（１−２）内に残存しても導電性に影響を与えないものがより好ましい。
なお、当該保護材（６）は、導電性接合材が接合している被接合物（５）と接する接着面に接着機能を有して、本発明の導電性接合材（３）と保護材から構成される導電性接合体を用いた製品に衝撃や応力が発生した場合に於いても、保護する導電性接合材（３）が接合箇所より漏れないものが好ましく、保護材と被接合体の接着面が強固且つ衝撃や応力等の外的負荷を緩和する接着方式がより好ましい。
そして、前述の微細化し液状金属の集合体（３）の崩壊を防ぐためのスポンジ状の支持体（７）が保護材（６）と相乗的に製品及び本発明の接合体に対する衝撃や発生する応力に対して、外的負荷を緩和する効果を有する材質や構造を選択することも可能である。
【００１８】
更に、本発明である液状金属接合材（３）と保護材（６）からなる導電性接合体の接合強度を向上させるために、保護材に接着機能を強化する機能を付加することも可能であり、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等で導電性接合材を広く覆い接合体を強化する方法も例示できる。
そして、図６に示すように、保護材（６-１）をチューブ状に細く加工することにより、微細化した被接合体（４−１及び４−２）を自在に接合することも可能となる。
勿論、本発明の導電性接合体を用いた接合工程に於いて、当該接合体の構成物である導電性接合材（３）及び保護材（６）は、加熱することなく作業を行うことが可能であるため、はんだ合金等を用いた従来接合のように細胞等を損傷しないため、生体や加熱よって被接合物が破損する恐れがある接合等にも応用が可能となる。
また、フレキシブルに変形と復元が可能な材質の保護材（６-１）を用いることにより、例えば、図７に示すように、被接合物（４−１）を矢印のように稼働させても導電性を維持した接合体を得ることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の導電性接合体を用いることによって、接合部は自在に変形させることも可能になり、しかも、当該接合体を含む製品に落下等の衝撃や真夏の車中等に放置した状態等の外的環境による負荷や応力等の発生から生じる接合体に発生する種々のストレスを緩和することが可能となるため、広く産業に応用が期待できる。
【符号の説明】
【００２０】
１          液状金属
１−２      一体化した液状金属
２          微細化された液状金属
２−１      微細化された液状金属
２−２      液状金属を被覆する被膜
２−２−１  破損した液状金属を被覆する被膜
３          液状金属集合体
４          被接合物
４−１      被接合物
４−２      被接合物
５          電子部品
６          保護材
６−１      保護材
７          支持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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