－新製品紹介－●紫外線硬化型絶縁コート剤の開発

アロニックス UVX-5800─────────────────────────────────────────────────────

機能樹脂研究所

１

はじめに

２

加藤 久雄

マイグレーションのメカニズム

電気機器の小型軽量化や高機能化に伴う高密度実装化によマイグレーションは、図２のように「銀金属の溶解」、「銀り、実装回路基板の導体間距離(電極間隔)が狭くなる傾向にイオンの移動」、「銀金属として析出」の３つの現象に分けら

1)れる3),5)。

ある 。そのため、湿気や埃などで絶縁不良がより発生し易くなることから、絶縁信頼性を高める目的で、基板上にアクリル系樹脂やシリコーン系樹脂等の絶縁コート剤が塗布され吸湿した絶縁層ている。
例えば薄型大画面テレビの場合、FPD(Flat Panel Display)

デンドライト状析出物Ag+e-

パネルとFPC(Flexible Printed Circuit)の接続部(図１)に、絶Ag+2)

縁コート剤が使用されている 。

Ag+A)銀金属の溶解

ポリイミドフィルム
（FPC）

図２

eカソード(-)

アノード(+)

絶縁コート剤
前面ガラス基板

Ag+Ag+B)銀イオンの移動C)銀金属として析出

マイグレーションのメカニズム

Ａ）銀金属の溶解

Cu 配線
（FPC）
背面ガラス基板
図１

電極間に直流電圧が印加され且つ電極間に介在する絶縁層が吸湿した状態にある場合、アノード界面において、電子を異方性導電膜パネルAg電極 （ACF）放出する酸化反応(アノード反応)が起こる。つまり銀金属の自己酸化によるイオン化溶解反応が起こると考えられる。

絶縁コート剤の使用方法(一例)

Ag→ Ag＋ ＋ e－(1)0銀の標準電極電位E は、0.799V(vs. SHE)と大きく、イオ高精細化が進む薄型テレビでは、パネル電極の狭ピッチ化

ン化列でも知られるように銀は陽イオンになり難いにもかか2)や高電圧化の傾向があり 、それによりイオンマイグレーシわらず、銀はマイグレーションが発生し易い金属と言われてョン(以下マイグレーション；電極と絶縁材料が接する系にいる。

おいて、電圧が印加された電極金属が絶縁材料の内部や表面を移動・析出する現象 3),4))が起こり易くなるため、絶縁コ水溶液系の標準電極電位E0(V)／25℃6)

表１ート剤にはその対応が求められる。

標準電極電位E0(V)-0.44

上記コート剤の場合、絶縁信頼性だけでなく基材であるガラスやポリイミドフィルムとの密着性が必須である。また、

Fe2+
Ni2+マイグレーションの状態を観察する上で、コート剤越しに目視で電極観測が可能なことも重要な条件となるケースがあっ+-0.2570.000

2H
Cu2+ + 2e- ＝ Cu
Ag+ + e- ＝ Ag
Au+ + e- ＝ Au

た。
従来の絶縁コート剤では、上記特性を満足することができなかったので、本製品の開発を行なった。
本稿では、マイグレーションが発生し易いと一般に知られている銀を電極に用いたケースで、そのメカニズムについて紹介し、開発した紫外線硬化型絶縁コート剤 アロニックス
UVX-5800の特性についてまとめた。

東亞合成グループ研究年報+ 2e- ＝ Fe+ 2e- ＝ Ni+ 2e- ＝ H228Ag+ + eAgCl + eAgBr + e-＝

TREND 2010

第13号＝＝+0.340+0.799+1.83Ag+0.799-

Ag + Cl
Ag + Br-+0.222+0.071

１）吸水率や透湿度の低減：

その理由の１つにハロゲン化イオンの存在が挙げられる。
電極電位の低いハロゲン化物生成反応が平衡的に優先して起銀電極の溶解や銀イオンの移動を防ぐためこるため、ハロゲン化イオンの存在により銀金属は溶解しや

２）ハロゲン化イオン濃度の低減：

すくなる(表１)。

銀電極の溶解を防ぐため

Ｂ）銀イオンの移動

３）基材に対する密着性向上：＋アノードから溶出した銀イオン(Ag )は、水酸化物イオン

基材とコート剤の界面に隙間をつくらないため(OH － )と反応して、酸化銀(Ag2O)となってコロイド状に分３散する。その一方で、酸化銀のコロイドは水和反応によってアロニックス UVX-5800の特性銀イオンになる。

３.１ 一般特性

つまり、アノードで溶解した銀は、吸湿した絶縁層中で酸化銀や銀イオンとして存在する。
2Ag＋＋ 2OH－

アロニックス UVX-5800は、従来両立が難しかった防湿←→ Ag2O ＋ H2O

性能とポリイミドに対する密着性を合わせ持つ紫外線硬化型(2)絶縁コート剤である。UVX-5800とその硬化物の一般的な特銀イオンは電気泳動現象や物質の濃度差による拡散現象に性を表２に示す。

より、酸化銀は拡散現象により電極間を移動する。

また銀電極付ガラス基板(櫛型、L/S＝50μm/50μm)上に、マイグレーション現象においては、拡散現象より電気泳動
3)現象の影響が大きいと言われている 。

UVX-5800をコートした画像を写真２に示す(コート剤厚＝２Ｃ）銀金属として析出mm)。
高純度配合原料や特殊アクリレートの使用により、UVX-電極間を移動してカソードに到達した銀イオンは、カソー5800はイオン性不純物が非常に少なく、その硬化物は一般のドから電子を受け取り、銀金属として析出する。

アクリルポリマーより透湿度が低い特徴がある。

カソード界面に到達した銀イオンは、順次電子を受け取りなお、ガラスとポリイミドに対して密着性が高い既存の接銀金属として析出することで析出物が成長する。

着剤を比較例とした。

銀イオン濃度はカソード界面から遠いほど高いので、一端銀金属が析出した凸部の先端は、平坦なカソード界面に比べ表２て銀イオン濃度が高く、銀イオンとの接触頻度が高くなるた

アロニックスUVX-5800とその硬化物の一般特性

め、析出物は枝状に成長する。
枝がある程度成長すると、枝の隙間に入り込んだ銀イオン

溶液粘度/25℃ (mPa･s)

UVX-5800
比較例
3,000-6,000 3,000-6,000

硬化物Tg (℃) a)
硬化物の吸水率 (%) b)
硬化物の透湿度 (g/m2･24h) c)

が、枝の内部から析出するので分岐を形成する。これを繰り返すことで枝分かれが幾重にも重なったデンドライト状の析出物がカソードからアノードに向って成長する。

d)
イオン性不純物
塩化物イオン濃度(ppm)
Na及びそのイオン e)

これがアノードに到達することで短絡現象が発生する。
写真１には、デンドライト状析出物の一例を示す。

241.813.5
1.8153.627.0
2.00.50.5・ UV 硬 化 条 件 ： メ タ ル ハ ラ イ ド ラ ン プ 、 照 射 光 強 度 ＝0.2W/cm2(UV-A)、照射エネルギー＝１J/cm2(UV-A)ａ）tanδmaxにおける温度／周波数＝１Hzｂ）浸漬条件：40℃、24時間ｃ）評価方法：JIS Z 0208に準ずる(40℃、90％RH、膜厚＝２mm)ｄ）評価方法：イオンクロマト法ｅ）評価方法：ICP質量分析法

UVX-5800＋ － ＋－ ＋－銀電極
L/S＝50μm/50μm＋

絶縁信頼性試験後のカソード先端部
写真１

デンドライト状析出物の一例(透過光法)
ガラス基板

絶縁コート剤の改良でマイグレーションを抑制する方法と写真２

して、以下の３点が特に重要と考えられる。

東亞合成グループ研究年報

29

櫛型銀電極付ガラス基板上にコートしたUVX-5800

TREND 2010第13号

３.２ 基材に対する密着性

３.３ 絶縁信頼性

３.２.１

40℃、80％RHの環境下、写真２に示したサンプルに80Vのポリイミドに対する密着性コート剤厚が２mmになるように、ポリイミド(カプトン電圧を印加して測定した抵抗値の経時変化を図５に、左記試100H：東レ・デュポン(株)製)と易接着PET(A4300：東洋紡

験後の銀電極の状態を写真３に示す。

績(株)製)の間にUVX-5800を注入し、A4300越しにUV硬化

UVX-5800は1000時間後も良好な抵抗値を維持した(図５)。

した硬化物と、それに冷熱衝撃(液槽、-40℃ ←→ +85℃、浸漬また、絶縁信頼性試験後の電極基板からデンドライト状の時間＝各30分、サイクル数＝20回)を付与した硬化物の180°

析出物や電極幅の変化は観測されず(写真３)、UVX-5800の剥離強度を図３に示す。

絶縁信頼性が高いことがわかる。

冷熱衝撃試験前後のUVX-5800の180°剥離強度は9.0N/cm、14.6N/cmと高く(両者ともコート剤とポリイミドの界面で剥1.E+11離)、冷熱衝撃付与後に剥離強度が低下しない。冷熱衝撃付

40℃、80%RH
印加電圧=80V

抵抗値(Ω)

与後に剥離強度が増加した理由は、硬化収縮に伴って発生した内部応力が冷熱衝撃試験時の熱により緩和されたためと推測される。
UVX-5800はFPCが使用される携帯電話やデジタルカメラ等の精密機器に好適と期待される。

180°剥離強度(N/cm)

20■：UVX-5800■：比較例

16UVX-5800

1.E+10

比較例

1.E+09

1.E+08012200400600800

計測時間(h)8

図５

絶縁信頼性の試験結果

40

冷熱衝撃
試験前
図３３.２.２

冷熱衝撃
試験後

ポリイミドに対する密着性

ガラスに対する密着性

コート剤厚が２mmになるように、２枚のガラス基板の間にUVX-5800を注入してUV硬化した硬化物と、それに冷熱衝撃を付与した硬化物の平面引張り強度を図4に示す。

－＋

冷 熱 衝 撃 試 験 前 後 の UVX-5800 の 平 面 引 張 り 強 度 は－＋－＋－ａ）試験後のアノード先端部

279N/cm2、293N/cm2と高く(両者ともコート剤とガラスの界面で剥離)、冷熱衝撃を付与してもその剥離強度は低下しないことから、UVX-5800はガラス基板が使用されているディスプレイ等の用途にも応用が期待される。

平面引張り強度(N/cm2)

500■：UVX-5800■：比較例

400300＋200－＋－＋－＋ｂ）試験後のカソード先端部
100

写真３0

冷熱衝撃
試験前
図４

絶縁信頼性試験後の銀電極(透過光法、L/S＝50μm/50μm)

冷熱衝撃
試験後

ガラスに対する密着性東亞合成グループ研究年報

30

TREND 2010第13号

1000

４まとめ

我々が開発したUVX-5800は、ポリイミドやガラスに対する密着性が良好で且つ絶縁信頼性に優れることから、携帯電話やデジタルカメラなどの精密機器やディスプレイなどの絶縁コートに有用と期待される。
＃特徴：・透湿度が低い
・イオン性不純物が少ない
・ポリイミドやガラスに対する密着性が良好
・優れた絶縁信頼性

５

引用文献

１) 津久井勤, 横須賀洋児, サーキットテクノロジ, 9, 190(1994).
２) 北村賢次, 松川容三, 松下電工技報, 54, 53 (2006).
３) 電気学会・イオンマイグレーションの発生特性と防止方法調査専門委員会編，“プリント基板の試験と評価”，第１版, オーム社 (2007) pp.11～120.
４) 大鳥利行, 回路実装学会誌, 10, 80 (1995).
５) (社)エレクトロニクス実装学会編，“エレクトロケミカ
ルマイグレーション評価方法”，エレクトロニクス実装学会, (2007) p.3.
６) 日本化学会編，“化学便覧(基礎編)”，改訂４版, 丸善(1993) pp.464～468.

東亞合成グループ研究年報

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