(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子およびＣ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０KJ／mol以下の炭化水素化合物を含有してなり、該炭化水素化合物がシクロオクタン、テトラメチルペンタデカン、トリフェニルメタン、ジシクロペンタジエンおよびジヒドロアントラセンからなる群から選ばれる金属接合用組成物。
【請求項２】
ペースト状であることを特徴とする請求項１記載の金属接合用組成物。
【請求項３】
前記金属粒子が、銀、銅、錫、鉛、亜鉛、ニッケル、インジウム、金およびゲルマニウムからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１記載の金属接合用組成物。
【請求項４】
請求項１記載の金属接合用組成物を、第１の回路基板の金属端子と第２の回路基板の金属端子との間に介在させて、両回路基板の接続部を加熱することにより、前記金属接合用組成物を介して第１の回路基板の金属端子と第２の回路基板の金属端子とを接続することを特徴とする基板接続方法。
【請求項５】
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とは相互に独立したプリント配線基板であり、それぞれの基板の端部に金属端子が形成され、両基板の端部同士を重ね合わせて第１の回路基板の金属端子と第２の回路基板の金属端子とを接続することを特徴とする請求項４記載の基板接続方法。
【請求項６】
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とは、相互に積層されて積層基板を構成するものであり、前記金属用組成物によって積層される第１の回路基板と第２の回路基板との層間接続を行うことを特徴とする請求項４記載の基板接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属接合用組成物、ならびにそれを用いた回路基板の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
はんだを用いる金属の接合においては、従来、はんだのぬれ性を良好にするために、活性化合物であるフラックスが表面酸化物の除去に用いられている。使用されたフラックスは接続後に洗浄されてきたが、環境問題から洗浄が困難となり、フラックス残渣は、金属を溶かしてイオンにする性質を有するために、絶縁性の低下を引き起こすという問題を生じさせる。しかし、フラックスを用いないと、酸化膜の影響により接続信頼性が十分でないという問題がある。そこで、この問題を解決するために、炭化水素の沸騰による体積膨張エネルギーを利用して、フラックスを用いないではんだ表面の酸化膜を破壊して、はんだを介して基板電極を接合する方法が特開平８−３３０７２６号公報に開示されている。しかしながら、この方法では、接合時に溶融するはんだの金属表面の酸化膜は破壊できても、基板電極を構成する母材金属は溶融されないので、その母材金属表面の酸化膜は破壊できないため、用途が限定されるという難点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決し、フラックスを用いないで母材表面の酸化膜を除去して接続し、高い接続信頼性を有する部品実装や基板間の接続を可能とする金属接続用組成物を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、金属粒子およびＣ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０KJ／mol 以下の炭化水素化合物を含有してなり、該炭化水素化合物がシクロオクタン、テトラメチルペンタデカン、トリフェニルメタン、ジシクロペンタジエンおよびジヒドロアントラセンからなる群から選ばれる金属接合用組成物にある。このような金属接合用組成物を、接合すべき金属間に介在させて加熱すると、炭化水素化合物が熱分解され、炭化水素化合物は水素が分離されたラジカルな状態となる。このラジカルな状態となった炭化水素化合物が、接合すべき金属表面に形成された酸化膜を還元するので、金属粒子を介して接合すべき金属間が接合される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の金属接合用組成物において用いられる炭化水素化合物は、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０KJ／mol 以下のものである。
ここで、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーΔＨとは、炭化水素化合物がそれぞれ電子を保有しつつアルキル基と水素とに解離するために必要なエネルギーであり、それぞれの物質の分子軌道計算から算出されるものである。換言すれば、それぞれの物質のＣ−Ｈ結合解離エネルギーΔＨは、炭化水素化合物のアルキル基と水素とへの解離のしやすさを示しており、このエネルギーの小さい物質ほど、アルキル基と水素とに解離しやすい。
【０００６】
そして、それぞれ電子を保有しつつアルキル基と水素に解離すると、そのアルキル基がラジカルな状態となり、酸化銅等から酸素を奪って、すなわち酸化銅を還元して、自身はアルカン酸化物となって安定する。
このように、炭化水素化合物として、熱分解により還元作用を発揮するものを用いることにより、十分な接合強度が得られる。
【０００７】
このような炭化水素化合物としては、シクロオクタン、テトラメチルペンタデカン、トリフェニルメタン、ジシクロペンタジエンおよびジヒドロアントラセンが挙げられる。
一方、本発明組成物の第２の成分である金属粒子は、好適には銀、銅、錫、鉛、亜鉛、ニッケル、インジウム、金およびゲルマニウムからなる群から選択される。好ましくは、これらの金属粒子は複数種組合せて用いられ、たとえば、Ａｇ−Ｓｎ，Ａｇ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ，Ｓｂ−Ｓｎ等が挙げらるが、酸化しにくいことと拡散しやすさからＡｇとＳｎの混合物が好適である。
【０００８】
これらの金属粒子は、その粒径が好適には０．１〜１μｍ程度である。
さらに、本発明に係る組成物においては、上記の金属粒子および炭化水素化合物以外に、金属をイオン化する性質を実質的に有さないものであれば、目的に応じて他の種々の成分を配合しうる。
本発明組成物は、ペースト状、粉末状等のいずれであってもよいが、好ましくはペースト状である。炭化水素化合物が液状の場合には、炭化水素化合物と金属粒子を混合することによりペースト状となるが、その炭化水素化合物の使用量が少ない場合、または炭化水素化合物が固体状である場合には、上記のように金属をイオン化しないような液状物、たとえば各種の炭化水素（Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０KJ／mol 超）等を用いて、ペースト状とすることができる。
【０００９】
本発明の組成物における炭化水素化合物と金属粒子の量比は、通常２０：８０〜０．５：１００、好適には１０：９０〜１：１００程度から選択される。
本発明に係る金属接合用組成物は、たとえば基板の接続端子間を接続するに際し、端子部分に塗布しておき、ついで加熱を行うと、炭化水素化合物が熱分解されて、水素とアルキル基に解離しアルキル基がラジカル状態となる。接続端子間の接合を阻害する接続端子表面の酸化膜、および金属粒子の酸化膜を還元する。そして、加熱により金属粒子が溶融し、酸化膜が除去された接続端子に強固に密着するので良好な接合が得られる。さらに、本発明に用いられる炭化水素は金属をイオン化する性質を有さないので、絶縁信頼性を低下させることがない。
【００１０】
本発明に係る金属接合用組成物は、たとえば部品実装または回路基板の配線接続等に好適に使用される。以下に、プリント配線基板の接続に適用する場合の一実施態様について、図面とともに説明する。
図１（ａ）は、プリント配線基板の平面図、図１（ｂ）は２枚の基板の端部同士を重ねて接続した接続構造を示す断面図である。
【００１１】
第１の基板１および第２の基板２の上に導体パターン（銅）３および導体パターン（銅）４がそれぞれ設けられている。そして導体パターン３および４は、接続端子部分を除いて、保護膜としてのソルダーレジスト５および６によって被覆されている。さらに、上記接続端子部分には、本発明に係る金属接合用ペースト状組成物７（Ａｇ／Ｓｎ／シクロオクタンを５０：５０：１（質量比）で混合。Ａｇ，Ｓｎの粒径は０．１〜１μｍ）が予め塗布されている。
【００１２】
導体パターン３，４の接続端子の接合に際しては、接合部間を加圧した状態で、接合界面の温度が約２９０〜３１０℃となるように１〜１０秒間程度加熱する。このときの加圧とは、例えば０．０５〜２MPである。
上記の加熱温度は、金属接合用組成物に含まれる金属粒子であるＡｇ−Ｓｎの溶融温度よりも高いため、Ａｇ−Ｓｎは溶融される。それによって、導体パターン３，４の接続端子同士が溶融したＡｇ−Ｓｎを介して接合される。
【００１３】
なお、プリント配線基板の基板材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミック等のいずれであっても良い。さらに、プリント配線基板としてメタルベース基板を用いても良い。
金属端子として、融点が比較的高いものを用いる場合には、少なくとも一方の接続端子にはんだを供給しておくことにより、金属粒子の融点まで加熱することなく、両接続端子を接合することができる。
【００１４】
図２は、本発明に係わる金属接合用組成物を積層基板の層間接続を行うための導体ペーストとして適用した例を示す。
すなわち、積層される絶縁基板８上にそれぞれ、導体（Ｃｕ等）による回路パターン９が形成され、これら回路パターン９間が金属接合用ペースト状組成物１０を介して接続される。なお、上下の絶縁基板８間には、絶縁層１１が設けられている。
【００１５】
この積層基板の回路パターン９同士の接続に際しても、接続部を加圧・加熱することにより、金属接合用ペースト状組成物１０に含まれる炭化水素化合物がアルキル基と水素に分離し、回路パターン９に形成された酸化膜を還元するので、溶融される金属粒子が回路パターン９に強固に密着して、良好な層間接続を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様におけるプリント配線基板の平面図および断面図（側面）である。
【図２】本発明のもう一つの実施態様における積層基板の断面図である。
【符号の説明】
１…基板
２…基板
３…導体パターン
４…導体パターン
５…ソルダーレジスト
６…ソルダーレジスト
７…金属接合用ペースト状組成物
８…絶縁基板
９…導体パターン
１０…金属接合用ペースト状組成物
１１…絶縁層
【図１】
0004366844.tif 000002
【図２】
0004366844.tif 000003