TWI509630B - A method of manufacturing a conductive material, a conductive material obtained by the method, an electronic device containing the conductive material, and a light-emitting device - Google Patents
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Description
本發明係關於一種導電性材料之製造方法、藉由該方法所得之導電性材料、含有該導電性材料之電子機器、及發光裝置。
一般而言,導電性膏係由液狀之環氧樹脂或酚樹脂等黏合劑、與以銀粉等為主體之導電性粉末(金屬粒子)所構成。關於以環氧樹脂作為黏合劑之導電性膏,為了加快或減緩硬化速度而使用聚醯胺樹脂、胺類等硬化劑。於採用此種導電性膏之情形時,藉由使導電性膏中之黏合劑硬化,導電性膏內之金屬粒子之間隔縮小,結果金屬粒子密集而使電流通過,可製造配線(導電性材料)。但是,如此而得之導電性材料中之金屬粒子並未熔融,亦未進行金屬接合。因此,該方法係所得之電阻值超過5×10-5
Ωcm者,而於實用方面業界期待更低之電阻值。又,於採用含有環氧樹脂系之一液性硬化劑的導電性膏之情形時,含有硬化速度較快之硬化劑的導電性膏缺乏穩定性,而含有穩定性良好之硬化劑的導電性膏存在硬化速度較慢,密著性亦差之缺點。又,含有酚樹脂作為黏合劑之導電性膏,雖具有適度之密著性與穩定性,但存在可撓性差之缺點,於印刷導電性膏之被黏附體具有可撓性之情形時,存在藉由彎折或彎曲等而印刷之電路產生裂痕或剝離的缺點。
又,作為導電性膏,已知有:含有代替環氧樹脂之胺基甲酸酯聚合物(液狀之熱固性樹脂)、多元醇、具有羥基之石油系樹脂、及導電性粉末者(例如參照專利文獻1)。該導電性膏具有如下特徵:與電路基板之密著性及可撓性優異,硬化速度較快。但是,由於使胺基甲酸酯聚合物硬化,導電性粉末之間隔縮小,藉此導電性粉末密集而使電流通過,故而由此種導電性膏所得之導電性材料之電阻值高達3.0×10-4
Ωcm~7.0×10-4
Ωcm左右。該導電性材料中之導電性粉末亦未熔融,且未進行金屬接合。
又,作為導電性樹脂膏,已知有包含樹脂混合物、溶劑、及單分散微粒子銀粉末者,該樹脂混合物含有包含環氧樹脂、酚樹脂、環氧樹脂與醯亞胺樹脂之混合物中之至少1種的熱固性樹脂、硬化劑、及硬化促進劑,該溶劑包含低級一元酸與低級一級醇或二級醇之酯、及縮水甘油醚(例如參照專利文獻2)。用作溶劑之酯係用於調整膏之黏度,抑制與密封劑之相溶性,提昇儲藏穩定性、銀粒子之分散性。於導電性樹脂膏中之熱固性樹脂進行硬化時,該酯之大部分揮發。但是,由於該導電性樹脂膏亦藉由單分散微粒子銀粉末之間隔縮小,使金屬粒子密集而使電流通過者,故而所得之導電性材料之導電性較差。又,該導電性樹脂材料中之銀粉末亦未熔融,且未進行金屬接合。
此外,作為安裝用導電性接著劑,已知有:由銀填料、醇物質、及環氧樹脂所構成,且含有1分子中具有至少兩個-OH官能基(羥基)之醇物質的銀膏,該醇物質於常溫下為固體(例如參照專利文獻3)。藉由將該銀膏塗佈於基板之電極上,使電子零件之電極附著,從而使電子零件接著於基板上。若使用該安裝用導電性接著劑,則醇物質會使基板之電極上之氧化膜、電子零件之電極上之氧化膜消失,而使基板之電極與電子零件之電極變得容易進行點接觸。又,藉由對該安裝用導電性接著劑進行熱處理,銀膏中之環氧樹脂會發生硬化。但是,由於該安裝用導電性接著劑亦藉由銀填料之間隔縮小,使金屬粒子密集而使電流通過者,故而所得之導電性較差。又,由該安裝用導電性接著劑所得之導電性材料中之銀填料亦未熔融,且未進行金屬接合。
[專利文獻1]日本專利特公平6-4790號公報
[專利文獻2]日本專利特開平6-302213號公報
[專利文獻3]日本專利特開2005-126726號公報
如上所述,利用該等導電性膏等,難以下低所得之導電性材料之電阻值。
鑒於以上之問題,本發明之目的在於提供一種電阻值較低之導電性材料,及廉價且簡易之製造導電性材料之方法。
本發明者等人基於藉由將銀粒子加熱至規定溫度而使銀粒子熔融之知識見解,而完成本發明。
本發明關於一種導電性材料之製造方法,其包含將導電性材料用組合物加熱之步驟,該導電性材料用組合物包含硬化或半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者、與銀粒子。藉此可提供一種廉價且簡易之導電性材料之製造方法。由於本發明並非如先前般,隨著環氧樹脂等熱固性樹脂之硬化,使銀粒子密集而通過電流,而是藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可降低電阻值。再者,本說明書中,明確記載為「銀粒子」之處,並非限定於「未氧化之銀粒子」,亦包括「經氧化之銀粒子」與「銀合金」。上述所謂「經氧化之銀」,例如為AgO、Ag2
O、Ag2
O3
等。
又,根據先前之方法,由於電子零件之電極與基板之電極係藉由導電性膏所含環氧樹脂等之硬化而接合,故而接合強度較低。相對於此,根據本發明,由於藉由銀粒子之熔融而進行金屬接合,故而可提供接合強度較高之導電性材料。再者,本發明之導電性材料可有效地用於將配線基板、引線框等與導電性材料接合。又,本發明之導電性材料可有效地用於將發光元件與導電性材料接合。該配線基板、引線框等、及發光元件之表面亦可具有銀鍍層(銀反射膜)。若於配線基板、引線框等、及發光元件之表面上配置銀鍍層,則導電性材料可與銀鍍層熔融,因而可提高配線基板、引線框等、及發光元件與導電性材料之接合強度,故而較佳。本說明書中之「接合強度」,有時表示導電性材料與配線基板、引線框、發光元件等被黏附體之接合強度,如上述般於配線基板、引線框、發光元件等之表面上配置有銀鍍層之情形時,有時亦表示導電性材料與該銀鍍層之接合強度。
此外,先前方法由於隨著近年來發光元件之高功率化要求而投入高電流,故而接著劑會因熱或光等而發生變色,或者因樹脂隨時間經過發生劣化而使銀粒子之密著狀態亦變差,因而存在電阻值隨時間經過發生變化之問題。特別是,完全依靠環氧樹脂等接著劑之接著力進行接合的方法,必須提高導電性膏中之環氧樹脂之調配量,結果使樹脂成分廣泛存在於導電性材料表面,因而所得之導電性材料中之環氧樹脂之變色成為問題。相對於此,根據本發明,由於係藉由銀粒子之熔融而進行金屬接合,不會受到樹脂隨時間經過發生劣化之不良影響,故而可抑制電阻值隨時間經過之變化。又,根據本發明,由於可減低導電性材料用組合物中之樹脂之調配量,故而亦可抑制所得之導電性材料隨時間經過之變色。
本發明中之上述硬化或者半硬化之熱固性樹脂或上述熱塑性樹脂,較佳為平均粒徑為0.1 μm以上、10 μm以下。藉此,可提供彈力性及柔軟性優異之導電性材料。又,藉由增加上述熱固性樹脂或上述熱塑性樹脂之添加量,可減低施加於被黏附體上之銀反射膜之剝離。
於本發明中,上述硬化之熱固性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量,較佳為大於0重量%且為5重量%以下。藉此,可減低施加於被黏附體上之銀反射膜之剝離。
於本發明中,上述半硬化之熱固性樹脂或上述熱塑性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量,較佳為大於0重量%且為10重量%以下。藉此,可減低施加於被黏附體(例如發光元件或引線框)上之銀反射膜(銀鍍層)之剝離。
本發明中之上述硬化或者半硬化之熱固性樹脂或上述熱塑性樹脂之玻璃轉移點(Tg)較佳為低於銀粒子之熔融溫度。藉由使用此種樹脂,於本發明之製造方法中,於對使用粒子狀之硬化之熱固性樹脂的導電性材料用組合物進行加熱時,保持粒子狀態之熱固性樹脂處於散佈在熔融之銀粒子間之狀態下。相對於此,於對使用粒子狀之半硬化之熱固性樹脂或者熱塑性樹脂之導電性材料用組合物進行加熱時,熱固性樹脂與熱塑性樹脂均熔融,處於附著於熔融之銀粒子間之狀態。又,由於本發明之製造方法係藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可使上述熱固性樹脂及上述熱塑性樹脂之使用量成為與銀粒子相比非常少之量,其結果為,抑制銀粒子彼此之熔融的情況更少。
於本發明中,上述硬化之熱固性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)較佳為-40℃以下或者100℃以上。由於此種上述熱固性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)不在電子機器之驅動溫度區域內,故而所得之導電性材料之體積變化不會成為非線形,且為低應力化,因而可減低由金屬疲勞引起之施加於被黏附體、特別是發光元件上之銀反射膜的剝離。上述半硬化之熱固性樹脂,其玻璃轉移溫度(Tg)較佳為100℃以上,熔融開始溫度亦較佳為100℃以上。又,此種上述半硬化之熱固性樹脂,可防止銀粒子間以及銀粒子與反射膜之間的熔融不良。
於本發明中,上述熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)或者熔點較佳為100℃以上。由於此種上述熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)在電子機器之驅動溫度區域內,故而所得之導電性材料之體積收縮減小且低應力化,因而可減低由金屬疲勞引起之施加於被黏附體、特別是發光元件上之銀反射膜的剝離。又,此種上述熱塑性樹脂可防止銀粒子間以及銀粒子與銀反射膜之間的熔融不良。
於本發明中,上述導電性材料用組合物含有上述銀粒子、與上述熱固性樹脂或者上述熱塑性樹脂,此外進而包含沸點為300℃以下之有機溶劑或水,上述銀粒子、與上述熱固性樹脂或者上述熱塑性樹脂亦可浸漬於上述有機溶劑或水之中。於該情形時,可無損作業性,而將上述銀粒子高度地填充於上述有機溶劑或水之中,結果可減小加熱後所得之導電性材料之體積收縮。又,上述有機溶劑或水可使銀粒子間之融合變得良好,促進銀粒子之熔融反應。
上述有機溶劑較佳為含有低級醇,或具有選自由低級烷氧基、經低級烷氧基取代之低級烷氧基、胺基、及鹵素所組成群中之1種以上取代基的低級醇中之至少任一者。藉此,可無損作業性,且不對加熱後所得之導電性材料產生影響,而減小加熱後之導電性材料之體積收縮。
上述導電性材料用組合物較佳為進而含有金屬氧化物。上述金屬氧化物較佳為選自由AgO、Ag2
O、及Ag2
O3
所組成群中之1種以上。其原因在於:利用該等金屬氧化物,可促進導電性材料用組合物中之銀粒子與氧之接觸,結果銀粒子可於相對較低之溫度下進行金屬接合。
又,本發明係關於一種於熔融之銀粒子中分散有平均粒徑為0.1 μm以上、10 μm以下之上述熱固性樹脂粉體的導電性材料。由於此種導電性材料並非如先前般,隨著環氧樹脂等熱固性樹脂之硬化,使銀粒子密集而通過電流,而是藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。又,由於此種導電性材料富於彈力性及柔軟性,故而可減低銀反射膜之剝離。進而,此種導電性材料亦可較高地維持晶片剪力強度。上述導電性材料之電阻值較佳為4.0×10-5
Ω‧cm以下。由於上述導電性材料係藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。
又,本發明係關於一種於熔融之銀粒子中熔接有硬化半硬化之熱固性樹脂的導電性材料。由於此種導電性材料並非如先前般,隨著環氧樹脂等熱固性樹脂之硬化,使銀粒子密集而通過電流,而是藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。又,由於此種導電性材料富於彈力性及柔軟性,可減低銀反射膜之剝離。進而,此種導電性材料亦可較高地維持晶片剪力強度。上述導電性材料之電阻值較佳為4.0×10-5
Ω‧cm以下。由於上述導電性材料係藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。
又,本發明係關於一種於熔融之銀粒子中熔接有熱塑性樹脂的導電性材料。由於此種導電性材料並非如先前般,隨著環氧樹脂等熱固性樹脂之硬化,使銀粒子密集而通過電流,而是藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。又,由於此種導電性材料富於彈力性及柔軟性,故而可減低銀反射膜之剝離。進而,此種導電性材料亦可較高地維持晶片剪力強度。上述導電性材料之電阻值較佳為4.0×10-5
Ω‧cm以下。由於上述導電性材料係藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。
本發明係關於一種於熔融之銀粒子中分散有平均粒徑為0.1 μm以上、10 μm以下之硬化之熱固性樹脂粉體,且於熔融之銀粒子中熔接有半硬化之熱固性樹脂及/或熱塑性樹脂的導電性材料。由於此種導電性材料並非如先前般,隨著環氧樹脂等熱固性樹脂之硬化,使銀粒子密集而通過電流,而是藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。又,由於此種導電性材料富於彈力性及柔軟性,故而可減低銀反射膜之剝離。進而,此種導電性材料亦可較高地維持晶片剪力強度。
上述導電性材料之電阻值較佳為4.0×10-5
Ω‧cm以下。由於上述導電性材料係藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而可減低電阻值。
又,本發明係關於一種將上述導電性材料用作電氣配線、零件電極、晶粒黏著接合材、或微細凸塊之材料的電子機器。特別是,藉由使用在熔融之銀粒子中熔接藉由加熱而熔融之熱塑性樹脂或半硬化之熱固性樹脂的本發明之導電性材料,可於如玻璃環氧樹脂基板或BT樹脂(Bismaleimide-trazine resin,雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂)基板之基板上直接配置該導電性材料而製成電氣配線。藉由於具有該電氣配線之基板上安裝半導體元件,並加熱至150℃以上,可提供金屬接合之半導體裝置。具有該電氣配線之基板與具有銀反射膜之半導體元件的金屬接合,不同於如先前般利用環氧樹脂之樹脂接合,係藉由銀粒子之熔融進行金屬接合,故而電阻值較低。
又,本發明係關於一種將上述導電性材料用作配線基板或引線框、與發光元件之接合材料的發光裝置。於上述發光裝置中,上述配線基板較佳為選自由包含氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化鋯、氧化鈦、氮化鈦、或該等之混合物的陶瓷基板,包含Cu、Fe、Ni、Cr、Al、Ag、Au、Ti、或該等之合金的金屬基板,玻璃環氧樹脂基板,及BT樹脂基板所組成群中之至少一種。
本發明之導電性材料之製造方法具有可製造電阻值較低之導電性材料的優點。又,根據本發明之導電性材料之製造方法,具有可使用廉價且穩定之導電性材料用組合物而廉價且簡便地製造導電性材料的優點。
參照圖式,對本發明之發光裝置之一例進行說明。圖1係表示發光裝置之概略立體圖,圖2係表示發光裝置之概略剖面圖。
發光裝置具有:發光元件10、載置發光元件10之外殼20、包覆發光元件10之密封構件30、及用於安裝發光元件10之導電性材料40。外殼20上一體成形有具有導電性之一對導電片21。外殼20具備具有底面與側面之杯形狀之凹部,底面露出導電性導電片21之表面。導電片21係以鐵或銅等作為母材,於表面施加有銀鍍層。發光元件10經由導電性材料40而與一個導電片21接合,又,發光元件10經由導線50而與另一導電片21接合。亦可於另一導電片21上載置曾納二極體等保護元件11。亦可經由導電性材料40而安裝保護元件11。密封構件30亦可含有吸收自發光元件10發出之光且可進行波長變換的螢光物質60。
作為發光元件10,可使用:包含氮化鎵(GaN)系半導體之發藍色光之LED晶片、或發紫外光之LED晶片、雷射二極體等。此外,例如亦可使用:藉由MOCVD法(metalorganic chemical vapor deposition method,有機金屬化學氣相沈積法)等,於基板上形成InN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等氮化物半導體作為發光層而成者。發光元件10係經由導電性材料40而安裝於導電片21上。發光元件係於藍寶石等之基板上按照n型半導體層、活性層、p型半導體層之順序積層有半導體。與積層有該半導體之側為相反側之藍寶石基板之表面上敷有銀。藍寶石基板上所設置之銀的厚度並無特別限定,銀之厚度較厚時不易剝離,接合強度優異。銀之厚度較佳為至少250 nm以上,更佳為360 nm以上,最佳為500 nm以上。發光元件或半導體元件所使用之基板並不僅為藍寶石基板,亦可使用:SiO2
基板、GaN基板、ZnO基板、GaP基板等。發光元件10可使用同一平面上具有n側電極與p側電極之發光元件,亦可使用一面上具有n側電極且相反面上具有p側電極之發光元件。
作為外殼20,可為將導電片21一體成型而成者,亦可為將外殼成型後藉由鍍敷等設置電路配線而成者。外殼20之凹部之形狀可採用:開口方向為廣口之圓錐台形或圓筒狀、側面設置有凹凸之近圓筒狀等各種形態。作為構成外殼20之樹脂,可適宜地使用耐光性、耐熱性優異之電氣絕緣性者,例如可使用:聚鄰苯二甲醯胺等熱塑性樹脂,或環氧樹脂、聚矽氧樹脂等熱固性樹脂,玻璃環氧樹脂,陶瓷等。又,為了使自發光元件10發出之光效率良好地反射,可向該等樹脂中混合氧化鈦等白色顏料等。作為外殼20之成形法,可使用:預先於模具內設置導電片而進行之嵌入成形、射出成形、擠出成形、轉移成形等。
導電片21係與發光元件10電性連接,例如可為:嵌入外殼20之板狀導電片、或玻璃環氧樹脂或陶瓷等基板上所形成之導電圖案。
導電片21係於以銅作為主成分之母材上鍍敷銀。母材之材質除可使用銅以外,亦可使用鐵、鋁、金、該等之合金等。又,母材與銀之間,亦可使用鎳、銠等作為基底。該導電片21上所設置之銀的厚度並無特別限定,銀之厚度較厚時不易剝離,接合強度優異。銀之厚度較佳為至少500 nm以上,更佳為1 μm以上,最佳為3 μm以上。
藍寶石基板上所設置之銀鍍層之銀與導電性材料之銀係進行金屬接合。又,導電性材料之各粒子彼此相互熔融而進行金屬接合。藉此,可減低電阻值。
密封構件30係使自發光元件10發出之光效率良好地透射至外部,並且保護發光元件10或導線50等不受外力、塵埃等影響。密封構件30亦可含有螢光物質60及光擴散構件等。作為螢光物質60,若為吸收自發光元件10發出之光且發出與波長與自發光元件發出之光不同之螢光者,則較佳為選自主要由Eu、Ce等鑭系元素活化之氮化物系螢光體或氧氮化物系螢光體,主要由Eu等鑭系、Mn等過渡金屬系元素活化之鹼土類鹵素磷灰石螢光體,鹼土金屬硼酸鹵素螢光體,鹼土金屬鋁酸鹽螢光體,鹼土類矽酸鹽螢光體,鹼土類硫化物螢光體,鹼土類硫代鎵酸鹽螢光體,鹼土類氮化矽螢光體,鍺酸鹽螢光體,主要由Ce等鑭系元素活化之稀土類鋁酸鹽螢光體,稀土類矽酸鹽螢光體,或主要由Eu等鑭系元素活化之有機及有機錯合物等中之至少1種以上。更佳為使用(Y,Gd)3
(Al,Ga)5
O12
:Ce、(Ca,Sr,Ba)2
SiO4
:Eu、(Ca,Sr)2
Si5
N8
:Eu、CaAlSiN3
:Eu等。
除如上述之發光裝置以外,於不伴有發光之電子機器之領域之製品中亦安裝半導體元件時,可應用本發明之導電性材料及其製造方法。
又,若對玻璃環氧樹脂基板或BT樹脂基板使用製造本發明之導電性材料的方法,則可藉由加熱使熱塑性樹脂或半硬化之熱固性樹脂熔融,施加熔接或熔接硬化之導電性材料而製成配線基板。例如,可藉由於玻璃環氧樹脂基板上網版印刷導電性材料用組合物,使之加熱熔融,而簡單地形成銀電路圖案。
以下,為了便於說明,使用圖式及照片,對使用不含樹脂之導電性材料用組合物,且銀粒子熔融之導電性材料之接合狀態進行說明。圖3係表示導電性材料(不含樹脂)之接合狀態的模式圖。圖3中,發光元件10之藍寶石基板71上敷有銀72。以銅作為主成分之引線框75上施加有銀鍍層74。藍寶石基板71係經由導電性材料73而接合於引線框75上。銀72與導電性材料73係熔融而進行金屬接合,又,導電性材料73與銀鍍層74係熔融而進行金屬接合。
圖4係表示導電性材料之接合狀態的剖面照片。圖5係表示放大圖4之A1部的剖面照片。圖6係放大圖5之A2部的剖面照片。圖7係放大圖6之B1部的剖面照片。圖8係放大圖7之B2部的剖面照片。圖9係放大圖7之B3部的剖面照片。圖10係放大圖6之C部的剖面照片。圖11係放大圖6之D部的剖面照片。圖12係放大圖6之E部的剖面照片。圖13係放大圖4之F1部的剖面照片。圖14係放大圖13之F2部的剖面照片。圖15係放大圖14之F3部的剖面照片。圖16係表示導電性材料之接合狀態的另一剖面照片。
圖4之A1部及圖5之A2部係表示藍寶石基板中敷有銀之部分及未敷有銀之部分與導電性材料之接合狀態。圖6之B1部、圖7之B2部及B3部、圖8以及圖9係表示藍寶石基板71中敷有銀之部分72與導電性材料73之接合狀態。圖6之C部及圖10係表示藍寶石基板71之敷有銀之部分72與導電性材料73之接合狀態。圖6之D部及圖11係表示藍寶石基板71之未敷有銀之部分與導電性材料73之接合狀態。圖6之E部及圖12係表示引線框75之敷有銀之部分74與導電性材料73之接合狀態。圖4之F1部、圖13之F2部、圖14之F3部及圖15係表示藍寶石基板71中敷有銀之部分72與導電性材料73之接合狀態。如此,藍寶石基板71上所敷有之銀72與導電性材料73之銀粒子、引線框75所敷有之銀74與導電性材料73之銀粒子、導電性材料73之銀粒子彼此,各自相互熔融而進行金屬接合。
圖16係表示含有硬化之熱固性樹脂的銀粒子熔融之導電性材料之接合狀態。圖16中,係於熔融之銀粒子102中分散有平均粒徑為0.1 μm以上、10 μm以下之熱固性樹脂粉體101。
本發明之導電性材料係用於將發光元件或保護元件等半導體元件安裝至施加有銀或者銀合金之導電片上等。以下,平均粒徑(中位粒徑)係藉由雷射方法測定之值,比表面積係藉由BET法(Brunauer-Emmett-Tellern method,布厄特法)測定之值。
本發明者等人發現:藉由對含有硬化或者半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者、以及銀粒子的導電性材料用組合物進行加熱,使銀粒子熔融,可獲得導電性材料。藉由該本發明之導電性材料之製造方法,可提供電阻值較低之導電性材料。又,根據製造該導電性材料之方法,不存在由激烈之反應熱導致產生分解氣體的問題,可製造導電性材料。進而,藉由本發明之導電性材料之製造方法,可提供富於彈力性、柔軟性之導電性材料。
本發明之導電性材料之製造方法包括將導電性材料用組合物加熱之步驟,該導電性材料用組合物包含硬化或半硬化之熱固性樹脂或熱塑性樹脂、及銀粒子。於本發明中,若於空氣環境中等對導電性材料用組合物進行加熱,則隨著銀粒子熔融,導電性材料會收縮。為了抑制該導電性材料之收縮,而將硬化或者半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者與銀粒子一併混在。藉由使此種樹脂混在,於加熱導電性材料用組合物時,導電性材料之收縮受到抑制,結果可減低導電性材料自半導體元件剝離的情況。再者,於本發明中,該熱固性樹脂及熱塑性樹脂幾乎無助於金屬接合,而是發揮應力緩和材之功能,又,部分發揮導電性材料與被黏附體間之接著劑的功能。
又,製造本發明之發光裝置的方法包括如下步驟:將包含硬化或者半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者、與銀粒子的導電性材料用組合物塗佈於配線基板或引線框上;將發光元件配置於導電性材料用組合物上,而獲得發光裝置前驅體;於氧氣、臭氧或空氣環境下且於150℃~400℃下,加熱發光裝置前驅體,而獲得上述配線基板或引線框與上述發光元件之間具有導電性材料作為接合材料的發光裝置。
又,製造本發明之發光裝置之另一方法包括如下步驟:將包含硬化或者半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者、與銀粒子的導電性材料組合物塗佈於配線基板或引線框上;將發光元件配置於導電性材料用組合物上,而獲得發光裝置前驅體;於非氧化氣體環境下且於150℃~400℃下,加熱發光裝置前驅體,而獲得上述配線基板或引線框與上述發光元件之間具有導電性材料作為接合材料的發光裝置。此處之銀粒子係至少含有氧化銀者。
[銀粒子]
於本發明中,銀粒子可使用平均粒徑(中位粒徑)為1種者,亦可將平均粒徑(中位粒徑)為2種以上者混合使用。銀粒子為1種時,平均粒徑(中位粒徑)例如為0.1 μm~15 μm,較佳為0.1 μm~10 μm,更佳為0.3 μm~5 μm。混合2種以上銀粒子時,宜為平均粒徑(中位粒徑)例如為0.1 μm~15 μm者與0.1 μm~15 μm者之組合,較佳為0.1 μm~15 μm者與0.1 μm~10 μm者之組合,更佳為0.1 μm~15 μm者與0.3 μm~5 μm者之組合。混合2種以上銀粒子時,平均粒徑(中位粒徑)為0.1 μm~15 μm者之含有率例如為70重量%以上,較佳為80重量%以上,更佳為90重量%以上。可減低藉此所得之導電性材料之電阻值。銀粒子之平均粒徑(中位粒徑)可藉由雷射方法進行測定。
又,銀粒子之比表面積例如為0.5 m2
/g~3 m2
/g,較佳為0.6 m2
/g~2.8 m2
/g,更佳為0.6 m2
/g~2.7 m2
/g。可增大藉此所得之導電性材料中之鄰接銀粒子之接合面積。銀粒子之比表面積可藉由BET之方法進行測定。
銀粒子之形態並無限定,例如可列舉:球狀、扁平形狀、多面體等。關於平均粒徑(中位粒徑)在規定範圍內之銀粒子,銀粒子之形態較佳為均等。銀粒子係將平均粒徑(中位粒徑)為2種以上者混合時,各平均粒徑(中位粒徑)之銀粒子之形態可相同亦可不同。例如,於將平均粒徑(中位粒徑)為3 μm之銀粒子與平均粒徑(中位粒徑)為0.3 μm之銀粒子之2種進行混合時,亦可為:平均粒徑(中位粒徑)為0.3 μm之銀粒子為球狀,平均粒徑(中位粒徑)為3 μm之銀粒子為扁平形狀。
[硬化或者半硬化之熱固性樹脂]
熱固性樹脂並無特別限定,可自以下樹脂中選擇至少一種以上:環氧樹脂、聚矽氧樹脂、聚矽氧改質樹脂、聚矽氧改質樹脂、甲醛樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、苯并胍胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、與熱固性聚醯亞胺等實施高度交聯之交聯型丙烯酸系樹脂(例如交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂)、交聯型聚苯乙烯樹脂等。於期待晶片剪力強度或與被黏附體之接著性的用途中,作為熱固性樹脂,較佳為環氧樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂,若為需要長期耐熱性之用途,則熱固性樹脂較佳為熱固性聚醯亞胺。於需要耐光性之用途中,作為熱固性樹脂,較佳為聚矽氧樹脂、交聯型丙烯酸系樹脂。再者,所謂「硬化之熱固性樹脂」,係指對上述熱固性樹脂加熱使其完全硬化而成者。作為其硬化方法,可使用先前公知之任意硬化方法。又,所謂「半硬化之」,使熱固性樹脂之硬化於中間階段停止,且進而可進行硬化之狀態。再者,所謂「半硬化之熱固性樹脂」,係指於其硬化過程中可藉由加熱而熔融之熱固性樹脂。
上述熱固性樹脂亦可由氧化鈦、硫酸鋇等白色顏料,氧化鋁、氧化矽等無機填料等所被覆。由於此種經被覆之半硬化或者硬化之熱固性樹脂可維持接合強度,故而較佳。
上述熱固性樹脂之平均粒徑較佳為0.1 μm以上、10 μm以下,更佳為1 μm以上、8 μm以下。上述熱固性樹脂之平均粒徑(中位粒徑)可藉由雷射方法進行測定。
又,上述硬化之熱固性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)較佳為-40℃以下、或者100℃以上,更佳為110℃以上,更佳為150℃以上。
又,上述硬化之熱固性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量,較佳為大於0重量%且為5重量%以下。藉此,可減低施加於被黏附體上之銀反射膜之剝離。上述添加量更佳為大於0重量%且為3重量%以下。上述半硬化之熱固性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量,較佳為大於0重量%且為10重量%以下。藉此,可減低施加於被黏附體上之銀反射膜之剝離,且賦予與被黏附體之接著性。上述添加量較佳為大於0重量%且為6重量%以下。
[熱塑性樹脂]
熱塑性樹脂並無特別限定,可自以下樹脂中選擇至少一種以上:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、鐵氟龍、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、ABS樹脂、AS樹脂、丙烯酸系樹脂、聚醯胺、尼龍、聚縮醛、聚碳酸酯、改質聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、玻璃纖維強化聚對苯二甲酸乙二酯、環狀聚烯烴、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚碸、聚醚碸、非晶聚芳酯、液晶聚合物、聚醚醚酮、熱塑性聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺等之均聚物及共聚物。作為上述熱塑性樹脂,特別是丙烯酸系樹脂由於可製作藉由自由基聚合而容易地賦予各種物性的微粒子,故而較佳。
具體而言,作為上述熱塑性樹脂,可列舉:含有甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂基十三烷基酯、甲基丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、甲基丙烯酸鯨蠟基硬脂酯、甲基丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸2-羥基丙酯、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯、甲基丙烯酸二乙基胺基乙酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸二環戊酯、甲基丙烯酸二環戊烯基氧基乙酯、甲基丙烯酸四氫糠酯、甲基丙烯酸異癸酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸第三丁酯胺基乙酯、甲基丙烯醯胺、二甲基丙烯酸乙二酯、聚乙二醇(150)二甲基丙烯酸酯(pentacontahecta ethylene glycol dimethacrylate)、二甲基丙烯酸1,3-丁二酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯、十乙二醇二甲基丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、十五乙二醇二甲基丙烯酸酯、鄰苯二甲酸二乙二醇二甲基丙烯酸酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯二聚物、二乙烯基苯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸鹽類單體、丙烯酸異辛酯、丙烯酸異壬酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸N,N-二甲基胺基乙酯、丙烯酸4-羥基丁酯、丙烯酸第三丁酯、丙烯酸二環戊烯基氧基乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯醯胺、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基胺、二烯丙基胺、三烯丙基胺、烯丙醇、烯丙基氯、烯丙基磺酸鈉、甲基丙烯酸烯丙酯、1,4-環己二甲醇單丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、丙烯酸硬脂酯、四乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸四氫糠酯、三丙二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯、丙烯酸酯2-羥基乙酯、丙烯酸4-羥基丁酯縮水甘油醚、丙烯酸2-羥基丙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、2-丙烯酸[2-[1,1-二甲基-2-[(1-側氧基-2-丙烯基)氧基]乙基]-5-乙基-1,3-二噁烷-5-基]甲酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、鄰苯二甲酸酐-丙烯酸2-羥基丙酯加成物、3-甲氧基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、甲基乙烯基酮、異丙烯基酮、丁二烯、異戊二烯、乙基乙烯基醚、異丁基乙烯基醚、衣康酸、衣康酸酯、反丁烯二酸、反丁烯二酸酯、及乙烯中之至少一種以上的樹脂之均聚物、共聚物、或者部分交聯之交聯聚合物等。其中較佳為丙烯酸系樹脂之均聚物、共聚物或者部分交聯之交聯聚合物。
上述熱塑性樹脂之平均粒徑較佳為0.1 μm以上、10 μm以下,更佳為1 μm以上、8 μm以下。上述熱塑性樹脂之平均粒徑(中位粒徑)可藉由雷射方法進行測定。
又,上述熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)或者熔點較佳為100℃以上,更佳為110℃以上。
又,上述熱塑性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量,較佳為大於0重量%且為10重量%以下。藉此,可減低施加於被黏附體上之銀反射膜之剝離,且可賦予與被黏附體之接著性。上述添加量更佳為大於0重量%且為6重量%以下。
[無機物填料]
導電性材料組合物中亦可進而添加無機物填料。無機物填料相對於銀粒子之重量,可添加大於0重量%且為80重量%以下。特別是,作為上述無機物填料,其添加量相對於銀粒子之重量,較佳為20重量%以上、80重量%以下。於添加無機物填料之情形時,所得之導電性材料之電阻性亦較低,而為5.0×10-5
Ω‧cm以下,此外亦可使線膨脹係數小於銀。例如,於添加無機物填料之情形時,可提供電阻值成為4.0×10-6
~5.0×10-5
Ω‧cm之導電性材料。上述無機物填料較佳為塗佈有銀塗層。上述銀塗層之膜厚若可使上述無機物填料之粒子整體之粒徑成為0.1 μm~15 μm,則無特別限制,較佳為可容易地製備之0.01 μm~1 μm。
又,根據本發明之製造方法,特別是可藉由加熱使無需加工之微米級銀粒子直接熔融,因而可簡便地製造導電性材料。又,根據本發明之製造方法,可使用容易獲得且廉價之銀粒子來製造導電性材料。又,根據本發明之製造方法,具有無需將液狀接著劑、及不穩定之奈米級銀化合物之微粒子等用作原料的優點。又,根據本發明之製造方法,由於銀粒子藉由加熱僅鄰接部分相互熔融,故而會產生空隙,而具有可形成富於柔軟性之膜狀導電性材料的優點。再者,該空隙部分中分散進入有熱固性樹脂或熱塑性樹脂。又,根據本發明之製造方法,由於可將如銀、熱固性樹脂、及熱塑性樹脂之廉價材料用作原料,故而可藉由簡便方法提供更加廉價之導電性材料。
作為無機物填料,較佳為線膨脹係數小於銀之無機物填料,例如較佳為選自由鐵及其合金、鈷及其合金、鎳及其合金所組成群中之1種以上,除該等以外,可使用:鎢及其合金、鈦及其合金、鉬及其合金、矽及其合金、鋁及其合金、銅及其合金、氧化鋁、氧化矽、氧化錫、氧化鋅、氧化鈦、氧化鎂、氮化矽、氮化硼、氮化鋁、鈦酸鉀、雲母、矽酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋇、硼酸鋁、玻璃鱗片、以及纖維。較佳為電阻較小之無機物填料,線膨脹係數傾向於較大,為了使導電性材料成為規定線膨脹係數,需要增加上述無機物填料之添加量。藉由添加少量之線膨脹係數較小之無機物填料,可使導電性材料成為規定線膨脹係數。但是,於此種無機物填料為氧化矽等本來絕緣體之情形時,此時所得之導電性材料之電阻會上升。又,線膨脹係數與銀極端不同之無機物填料,不會於導電性材料中產生熱應力,導電性材料之凝集強度不會降低。就電阻與線膨脹係數之較小程度之平衡性的觀點而言,作為上述無機填料,較佳為鐵及其合金、鈷及其合金、鎳及其合金、鎢及其合金、鈦及其合金。單純就低成本化之觀點而言,作為上述無機填料,較佳為鋁及其合金、銅及其合金。
無機物填料較佳為含有具有0.1 μm~15 μm之平均粒徑(中位粒徑)的粒子狀者、或者纖維徑為0.1 μm~15 μm之纖維狀者。上述無機物填料之平均粒徑(中位粒徑)可藉由雷射方法進行測定。
無機物填料可為平均粒徑(中位粒徑)為1種者,亦可將2種以上者混合使用。於無機物填料為1種之情形時,無機物填料較佳為具有0.1 μm~15 μm之平均粒徑(中位粒徑)。其原因在於:為上述平均粒徑時富於作業性,可廉價地製造。又,於無機物填料為1種之情形時,平均粒徑(中位粒徑)較佳為0.1 μm~10 μm。於將2種以上無機物填料混合之情形時,宜為平均粒徑(中位粒徑)例如為0.1 μm~15 μm者與0.1 μm~15 μm者之組合,較佳為0.1 μm~15 μm者與0.1 μm~10 μm者之組合,更佳為0.1 μm~15 μm者與0.3 μm~5 μm者之組合。於將2種以上無機物填料混合之情形時,平均粒徑(中位粒徑)為0.1 μm~15 μm者之含有率例如為70重量%以上,較佳為80重量%以上,更佳為90重量%以上。
[有機溶劑]
於導電性材料之製造方法中,導電性材料用組合物進而含有沸點為300℃以下之有機溶劑或水,較佳為將上述銀粒子、與上述熱固性樹脂或者上述熱塑性樹脂浸漬於上述有機溶劑或水中。上述有機溶劑之沸點更佳為150℃~250℃。於使用具有此種沸點之有機溶劑之情形時,可抑制由有機溶劑揮發引起之導電性材料用組合物於室溫下之黏度變化,作業性良好,進而可藉由加熱使上述有機溶劑或水完全揮發。上述有機溶劑或水可使銀粒子、熱固性樹脂、熱塑性樹脂及、任意無機物填料(較佳為塗佈銀塗層而成之線膨脹係數小於銀者)間之融合變得良好,促進銀粒子與銀之反應。於本發明之導電性材料之製造方法中,將銀粒子浸漬於有機溶劑或水中,可無損作業性而高度地填充銀粒子,因而加熱後之導電性材料之體積收縮較小,故而較佳。因此,可容易地預測所得之導電性材料之尺寸。又,上述有機溶劑較佳為含有低級醇、或、具有選自由低級烷氧基、經低級烷氧基取代之低級烷氧基、胺基、及鹵素所組成群中之1種以上取代基的低級醇。其原因在於:此種有機溶劑由於揮發性較高,故而於加熱導電性材料用組合物後,可減少所得之導電性材料中之有機溶劑之殘留。
低級醇例如可列舉:含有具有1~6個碳原子之低級烷基,與1~3個、較佳為1~2個羥基者。
作為上述低級烷基,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、異戊基、第二戊基、第三戊基、2-甲基丁基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1,1-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、及1-乙基-1-甲基丙基等直鏈狀或支鏈狀之烷基。
作為含有具有1~6個碳原子之低級烷基與1~3個羥基的低級醇,例如可列舉:甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、異丙醇、三乙二醇、正丁醇、異丁醇、第二丁醇、第三丁醇、正戊醇、異戊醇、第二戊醇、第三戊醇、2-甲基丁醇、正己醇、1-甲基戊醇、2-甲基戊醇、3-甲基戊醇、4-甲基戊醇、1-乙基丁醇、2-乙基丁醇、1,1-二甲基丁醇、2,2-二甲基丁醇、3,3-二甲基丁醇、及1-乙基-1-甲基丙醇等。
於具有選自由低級烷氧基、經低級烷氧基取代之低級烷氧基、胺基及鹵素所組成群中之1種以上取代基的低級醇中,其取代基如下。
作為低級烷氧基,可列舉:於低級烷基上取代-O-之基。作為低級烷氧基,例如可列舉:甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、正戊氧基等。
作為經低級烷氧基取代之低級烷氧基,例如可列舉:甲氧基乙氧基、正丁氧基乙氧基等。
作為鹵素,可列舉:氟、氯、溴、及碘。
作為具有選自由低級烷氧基、經低級烷氧基取代之低級烷氧基、胺基及鹵素所組成群中之1種以上取代基的低級醇,例如可列舉:甲氧基甲醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-氯乙醇、乙醇胺、二乙二醇單丁基醚(沸點為230℃)等。
由於根據導電性材料用組合物之塗佈方法,所需黏度有所變化,故而上述有機溶劑之添加量並無特別限定,為了抑制導電性材料之空隙率,上述有機溶劑之添加量之上限相對於銀粒子之重量,較佳為30重量%。
[金屬氧化物]
如上所述,上述導電性材料用組合物較佳為進而含有金屬氧化物。作為上述金屬氧化物,例如較佳為使用氧化銀(例如AgO、Ag2
O、Ag2
O3
等),亦可使用:亞氯酸鹽類(例如亞氯酸鉀、亞氯酸鈉、亞氯酸銅等)、氯酸鹽類(例如氯酸鉀、氯酸鋇、氯酸鈣、氯酸鈉、氯酸銨等)、過氯酸鹽類(例如過氯酸鉀、過氯酸鈉、過氯酸銨等)、溴酸鹽類(例如溴酸鉀、溴酸鈉、溴酸鎂等)、碘酸鹽類(例如碘酸鉀、碘酸鈉、碘酸銨等)、無機過氧化物(例如過氧化鉀、過氧化鈉、過氧化鈣、過氧化鎂、過氧化鋇、過氧化鋰等)、硝酸鹽類(例如硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸銨、硝酸鈾、硝酸鈣、硝酸銀、硝酸鐵(II)、硝酸鐵(III)、硝酸銅(II)、硝酸鉛(II)、硝酸鋇等)、過錳酸鹽類(例如過錳酸鉀、過錳酸銨、過錳酸鈉、過錳酸鋅、過錳酸鎂、過錳酸鈣、過錳酸鋇等)、重鉻酸鹽類(例如重鉻酸銨、重鉻酸鉀等)、過碘酸鹽類(例如過碘酸鈉等)、過碘酸類(例如偏過碘酸等)、氧化鉻類(例如三氧化鉻等)、氧化鉛類(例如二氧化鉛等)、碘之氧化物類、亞硝酸鹽類(例如亞硝酸鉀、亞硝酸鈉、亞硝酸鈣等)、次氯酸鹽類(例如次氯酸鈣等)、過氧二硫酸鹽類(例如過氧二硫酸鉀、過氧二硫酸鈉等)、過氧硼酸鹽類(例如過氧硼酸鉀、過氧硼酸鈉、過氧硼酸銨等)等。
其中,作為上述金屬氧化物,較佳為選自由AgO、Ag2
O及Ag2
O3
所組成群中之1種以上。其原因在於:利用該等金屬氧化物,可促進上述導電性材料用組合物中之銀粒子之氧化反應,結果可於相對較低之溫度下進行金屬接合。又,該等金屬氧化物藉由加熱進行熱分解,其後形成銀,故而較佳。又,作為金屬氧化物,AgO之氧化力較強,因此可抑制金屬氧化物之添加量。其原因在於:結果可進一步減低所得之導電性材料之電阻值,且提高導電性材料之機械強度。
上述金屬氧化物可為平均粒徑(中位粒徑)為1種者,亦可將2種以上者混合使用。於金屬氧化物為1種之情形時,金屬氧化物較佳為具有0.1 μm~15 μm之平均粒徑(中位粒徑)。其原因在於:藉此富於作業性,可廉價地製造。又,於金屬氧化物為1種之情形時,平均粒徑(中位粒徑)較佳為0.1 μm~10 μm,更佳為0.3 μm~5 μm。於將2種以上金屬氧化物混合之情形時,宜為平均粒徑(中位粒徑)例如為0.1 μm~15 μm者與0.1 μm~15 μm者之組合,較佳為0.1 μm~15 μm者與0.1 μm~10 μm者之組合,更佳為0.1 μm~15 μm者與0.3 μm~5 μm者之組合。於將2種以上金屬氧化物混合之情形時,平均粒徑(中位粒徑)為0.1 μm~15 μm者之含有率例如為70重量%以上,較佳為80重量%以上,更佳為90重量%以上。上述金屬氧化物之平均粒徑(中位粒徑)可藉由雷射方法進行測定。
上述金屬氧化物之含量相對於銀粒子之重量,較佳為5重量%~40重量%,更佳為5重量%~30重量%,更佳為10重量%左右。其原因在於:於為此種含量之情形時,所得之導電性材料之剪切強度會提高。
[加熱條件]
於本發明之導電性材料之製造方法中,加熱較佳為於氧氣、臭氧、空氣環境下進行,於使用進而含有金屬氧化物之導電性材料用組合物之情形時,除上述以外,亦可於真空環境下、非氧氣環境下進行。上述加熱於空氣環境下進行時在製造成本面較佳。其中,於欲安裝引線框、半導體元件等的樹脂外殼以外之周邊構件容易引起氧化劣化之情形時,亦可將加熱時之氧濃度限制為可使周邊構件之氧化劣化最小之水平。於使用不含金屬氧化物之導電性材料用組合物之情形時,若於氧氣、臭氧、空氣環境下進行加熱,則加熱時會促進銀粒子之熔融,故而較佳。
上述加熱亦可於150℃~400℃之範圍之溫度下進行,較佳為於150℃~320℃之範圍之溫度下進行。其原因在於:可於低於欲安裝半導體元件等的樹脂外殼之熔點的溫度下進行金屬接合。又,上述加熱更佳為於160℃~260℃之範圍之溫度下進行,更佳為於180℃~220℃之範圍之溫度下進行。
[導電性材料]
藉由本發明之方法所得之導電性材料,其銀粒子相互熔融,空隙率為2體積%~80體積%。上述空隙率可藉由比重法進行定量。此種導電性材料具有接合強度較高之優點。
又,藉由本發明之方法所得之導電性材料之電阻值較佳為4.0×10-5
Ω‧cm以下。上述電阻值更佳為1.6×10-5
Ω‧cm以下,更佳為8.5×10-6
Ω‧cm以下。
亦可使用如下所述之發光元件來代替上述發光元件。圖17係表示不同之實施方式之發光裝置的概略剖面圖。圖18係表示不同之實施方式之發光裝置的概略剖面圖。
作為不同之實施方式之發光元件,於藍寶石等之透光性之基板80上,按照n型半導體層、活性層、p型半導體層之順序而積層有半導體81。對p型半導體層進行蝕刻,使n型半導體層露出,於n型半導體層上形成n側電極82,於p型半導體層上形成p側電極83。於與積層有該半導體81之側為相反側之基板80之表面上,敷有作為反射膜之銀84。亦可使用:進而於所敷有之銀84之表面上設置樹脂或無機構件、金屬構件等緩衝構件85,再於此緩衝構件85之表面敷有銀86者。若於發光元件之安裝面側之最表面具有銀膜,則亦可積層複數個緩衝構件。最表面所設置之銀86之厚度並無特別限定,銀86之厚度較厚時不易剝離,接合強度優異。引線框87係以銅作為主成分者,且具有銀鍍層88。於引線框87上經由導電性材料89而安裝有該發光元件。發光元件之銀86與導電性材料89係藉由熔融而進行金屬接合,又,引線框87之銀鍍層88與導電性材料89係藉由熔融而進行金屬接合。如下所述,由於藍寶石基板與銀之導電性材料之接合強度低於ZnO基板或者GaP基板與銀之導電性材料的接合強度,故而藉由設置緩衝構件85,可提高發光元件與導電性材料之接合強度,可減小剝離。
作為不同之實施方式之發光元件,不僅可如上述般於同一面側設置p側電極、n側電極,亦可於不同之面上設置p側電極93、n側電極(相當於96)。於透光性之基板90上,按照n型半導體層、活性層、p型半導體層之順序而積層有半導體91。於p型半導體層側形成p側電極93,於基板90之下面側形成n側電極(相當於96)。於基板90之下面側敷有作為反射膜之銀94。亦可使用:進而於所敷有之銀94之表面上設置金屬構件等導電性之緩衝構件95,再於此緩衝構件95之表面敷有銀96者。若於發光元件之安裝面側之最表面具有銀膜,則亦可積層複數個緩衝構件。最表面所設置之銀96之厚度並無特別限定,銀96之厚度較厚時易於剝離,接合強度優異。引線框97係以銅作為主成分者,具有銀鍍層98。於引線框97上經由導電性材料99而安裝有該發光元件。發光元件之銀96與導電性材料99係藉由熔融而進行金屬接合,又,引線框97之銀鍍層98與導電性材料99係藉由熔融而進行金屬接合。
再者,發光元件較佳為與其導電性材料熔融之面係由銀、銀之合金所被覆,亦可由Pt、Pt之合金、Sn、Sn之合金、金、金之合金、銅、銅之合金、Rh、Rh之合金等所被覆。其原因在於:由於塗佈導電性材料部分之表面係以銀作為主體,故而若利用銀進行被覆,則與塗佈導電性材料部分之表面之熔融性良好。又,該等之被覆可藉由鍍敷、蒸鍍、濺鍍、塗佈等而進行。
作為可用於發光裝置或電子機器之配線基板,只要可於其表面塗佈導電性材料用組合物,則並無特別限定。例如可列舉:含有氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化鋯、氧化鈦、氮化鈦、或該等之混合物的陶瓷基板,含有Cu、Fe、Ni、Cr、Al、Ag、Au、Ti、或該等之合金的金屬基板,玻璃環氧樹脂基板,BT樹脂基板,玻璃基板,樹脂基板,紙等。其原因在於:藉由使用此種配線基板,耐熱性優異。又,根據該製造方法,加熱溫度為低溫亦可,因而亦可使用如熱固性樹脂或熱塑性樹脂之不耐受加熱之配線基板。
若配線基板為陶瓷基板,則於發光元件為線膨脹係數較小之單晶之情形時,可抑制對配線基板與發光元件之接合部施加熱應力。又,對於陶瓷基板,較佳為含有氧化鋁者。其原因在於:可抑制發光裝置之成本。
作為可用於發光裝置或電子機器的引線框,例如可列舉由銅、鐵、鎳、鉻、鋁、銀、金、鈦、或該等之合金所形成之金屬框,較佳為銅、鐵、或該等之合金。作為引線框,對於需要放熱性之發光裝置,更佳為銅合金;對於需要與半導體元件之接合可靠性的發光裝置,更佳為鐵合金。
關於配線基板或引線框,其塗佈導電性材料部分之表面較佳為由銀、銀之氧化物、銀合金、銀合金之氧化物所被覆,亦可由Pt、Pt合金、Sn、Sn合金、金、金合金、Cu、Cu合金、Rh、Rh合金等所被覆。其原因在於:由於塗佈導電性材料部分之表面係以銀作為主體,故而若由氧化銀所被覆,則與塗佈導電性材料部分之表面的熔融性良好。又,該等被覆可藉由鍍敷、蒸鍍、濺鍍、塗佈等而進行。
又,本發明之電子機器,其係含有藉由本發明之製造方法所得之導電性材料者,且該導電性材料可用作電氣配線、零件電極、晶粒黏著接合材、或微細凸塊之材料。藉由使用導電性材料,所得之電子機器具有電阻值充分小且隨時間經過之變化較小的優點。又,所得之電子機器具有如下優點:與作為半導體元件之矽、化合物半導體的熱整合性良好,無需擔憂熱衝擊引起之接合部剝離而可靠性較高。
又,本發明之發光裝置係將本發明之導電性材料用作接合材料,將配線基板或者導電片與發光元件金屬接合而成之發光裝置。將發光元件與配線基板等接合之方法,一般採用如下方法:使用絕緣接著劑、分散有導電性金屬填料之導電性接著劑等有機接合材料,或高溫鉛焊錫、AuSn共晶等金屬接合材料的方法。使用此種有機接合材料之方法存在如下使發光裝置之壽命降低的問題:有機接合材料中之有機成分因光及熱而發生劣化,結果導致著色及強度降低。又,使用金屬接合材料之方法存在如下問題:由於接合時係曝露於超過300℃之高溫下,故而發光裝置之塑膠構件之熱劣化嚴重。相對於此,本發明之導電性材料之製造方法,無需較多之導電性材料用組合物以作為金屬之銀粒子作為主成分而可使電阻上升的接著劑,結果所得之導電性材料之表面幾乎不存在樹脂成分。因此,所得之導電性材料幾乎不受光及熱所影響。又,由於使用導電性材料之情形時之接合時溫度可為150℃~400℃、較佳為150℃~320℃之範圍,故而可防止發光裝置中之塑膠構件之熱劣化。又,根據製造本發明之導電性材料的方法,並無由激烈之反應熱引起之分解氣體之產生的問題,因此,對於所得之導電性材料,可抑制不規則空隙之形成,可良好地用作接合材料。
藉由使用本發明之導電性材料,所得之發光裝置具有電阻值充分小,隨時間經過之變化較小的優點。又,藉由使用本發明之導電性材料,所得之發光裝置具有可抑制配線基板或引線框之劣化、變色的優點。進而,本發明之發光裝置具有如下優點:即使長時間之驅動,光輸出隨時間經過之減少亦較少而為長壽命。
如上所述,製造發光裝置之方法包括如下步驟:將含有硬化或者半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者、以及銀粒子的導電性材料用組合物塗佈於配線基板或引線框上;將發光元件配置於導電性材料用組合物上,而獲得發光裝置前驅體;將發光裝置前驅體於氧氣、臭氧、或空氣環境下且於150℃~400℃下進行加熱,而獲得於上述配線基板或引線框與上述發光元件之間具有導電性材料作為接合材料的發光裝置。
又,如上所述,製造發光裝置之另一方法包括如下步驟:將含有硬化或者半硬化之熱固性樹脂及熱塑性樹脂中之至少任一者、以及銀粒子的導電性材料組合物塗佈於配線基板或引線框上;將發光元件配置於導電性材料用組合物上,而獲得發光裝置前驅體;將發光裝置前驅體於非氧化氣體環境下且於150℃~400℃下進行加熱,而獲得於上述配線基板或引線框與上述發光元件之間具有導電性材料作為接合材料的發光裝置。此處之銀粒子係至少含有氧化銀者。
於製造上述發光裝置之方法中,將導電性材料用組合物塗佈於基板上的步驟,只要可於基板表面塗佈導電性材料用組合物,則並無特別限定,例如亦可藉由印刷法、塗佈法等而進行。作為印刷法,可列舉:網版印刷法、套版印刷法、噴墨印刷法、軟板印刷法、分注器印刷法、凹版印刷法、戳印、點膠、擠壓印刷、絲網印刷、噴霧、毛刷塗佈等,較佳為網版印刷法、戳印、及點膠。所塗佈之導電性材料用組合物之厚度例如為3 μm~100 μm,較佳為3 μm~50 μm,更佳為5 μm~20 μm。特別是,對於發光元件之尺寸不超過0.5 mm見方者,較佳為戳印、點膠,更佳為戳印。其原因在於:藉由戳印,可於微小區域準確地進行塗佈,並且可使作業速度較快。
製造上述發光裝置之方法,進而可包括:利用金屬導線,於發光元件之電極與配線基板或引線框之配線部進行配線的步驟。此時,作為金屬導線,較佳為金、銀、銅、鋁,更佳為金。其原因在於:於金屬導線為金之情形時,可獲得穩定之接合性,對腐蝕之擔憂較少。
又,製造上述發光裝置之方法,進而亦可包括:利用樹脂或氣密蓋或非氣密蓋進行密封或封蓋的步驟。密封步驟所使用之樹脂,例如可列舉:環氧系、酚系、丙烯酸系、聚醯亞胺系、聚矽氧系、胺基甲酸酯系、熱塑性系等。其中,聚矽氧系由於耐熱、耐光性優異而可製作長壽命之發光裝置,故而較佳。作為氣密蓋或非氣密蓋,可列舉:無機玻璃、聚丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚烯烴樹脂、聚降冰片烯樹脂等。其中,無機玻璃由於耐熱、耐光性優異而可製作長壽命之發光裝置,故而較佳。
以下,基於實施例、比較例、參考例,對本發明之導電性材料、導電性材料之製造方法進行說明。圖1係表示實施例之發光裝置的概略立體圖。圖2係表示實施例之發光裝置的概略剖面圖。圖19係表示實施例18之導電性材料之接合狀態的照片。圖20係表示實施例23之導電性材料之接合狀態的照片。針對與實施方式所說明之事項大致相同之事項,省略說明。
於參考例1~6中,測定由銀粒子所得之導電性材料之剪切強度,求得剪切強度優異之銀粒子之粒子組成。所使用之銀粒子如下。製品名「AgC-239」(福田金屬箔粉工業股份有限公司製造)。「AgC-239」之平均粒徑(中位粒徑)為2.0~3.2 μm,比表面積為0.6~0.9 m2
/g。製品名「FHD」(三井金屬礦業股份有限公司製造)。「FHD」之平均粒徑(中位粒徑)為0.3 μm,比表面積為2.54 m2
/g。
剪切強度之測定法如下。
於25℃下,將混合有規定量之平均粒徑不同之銀粒子的銀粉2 g混合至二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。將所得之導電性材料用組合物戳印於氧化鋁基板上之銀鍍層面,並將於藍寶石基板之單面敷有銀之600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件安裝於氧化鋁基板上。將其於200℃之空氣環境下進行加熱。於室溫下,對自氧化鋁基板剝離發光元件之方向施加剪切力,將剝離時之強度作為剪切強度(晶片剪力強度)而進行測定。將銀粒子組成與晶片剪力強度之測定結果示於表1。
由該測定結果可確認,由含有具有參考例3之銀粉組成之銀粒子的導電性材料材料用組合物所得之導電性材料,具有晶片剪力強度之最大值。又,藉由觀察參考例1~6之導電性材料之表面,可確認參考例3之導電性材料中緊密地填充有銀粉。即,推測剪切強度係表示熔融之銀粉之凝集強度者。
參考例7~9係使用具有InGaN藍色發光層且具有600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件。對於發光元件,係於藍寶石基板上形成有半導體層,且於藍寶石基板之背面以膜厚成為250 nm、360 nm、500 nm之方式濺鍍有銀反射膜。外殼係使用將由含有氧化鈦之白色環氧樹脂組成的引線框一體成形而成者。外殼形成有凹部,凹部之側壁發揮作為反射器之功能,係由白色環氧樹脂所形成,凹部之底面露出有引線框。引線框係於銅合金之母材施加有銀鍍層。以下,實施例、參考例、比較例均使用與參考例7相同之外殼。於25℃下,將剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粉2 g,混合於二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。將該導電性材料用組合物戳印於引線框之銀鍍層上,並安裝發光元件。將其於200℃之空氣環境下進行加熱。將安裝有發光元件之外殼恢復至室溫後,利用顯微鏡,自發光元件側目測確認銀反射膜之部分剝離(以下稱為剝離)。進而,利用金導線對發光元件之電極與引線框之電極進行配線,利用聚矽氧樹脂進行密封而製成發光裝置。於該狀態下進行通電,測定各發光裝置之光輸出。將剝離發生率與光輸出比示於表2。
如表2所示,可確認:剛藉由銀粒子之低溫熔融進行接合後的銀反射膜、與發光元件之藍寶石基板之敷銀面的界面之剝離,取決於銀反射膜厚度,越為薄膜越容易發生剝離。由於認為銀粒子低溫熔融膜之熔融時收縮行為並無差異,故而推測該現象為:使銀反射膜成為厚膜,容易發生塑性變形而發生剝離。又,即使使銀反射膜成為厚膜,亦存在電子零件之製造製程上所承受之熱應力、或完成後之各種環境條件下之剝離即接合可靠性之擔憂。進而,由於發生剝離會使發光裝置之光輸出降低,故而剝離抑制不僅需要接合可靠性,亦需要發光裝置之高功率化及其之維持。
於600 μm×600 μm×厚度100 μm之二氧化矽(SiO2
)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)之4種發光元件基板之背面,以膜厚成為250 nm之方式濺鍍銀反射膜。於25℃下,將剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粉2 g混合於二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。將該導電性材料用組合物戳印於銅合金引線框上之銀鍍層面,並安裝各4種之發光元件。將其於200℃之空氣環境下進行加熱。將安裝有發光元件之外殼恢復至室溫後,利用顯微鏡,自發光元件側目測確認銀反射膜之部分剝離。進而,利用金導線對發光元件之電極與引線框之電極進行配線,利用聚矽氧樹脂進行密封而製成發光裝置。於該狀態下進行通電,測定各發光裝置之光輸出。將剝離發生率示於表3。
如表3所示,可確認如下傾向:銀反射膜與各透明基板之密著力順序為磷化鎵、氧化鋅、氮化鎵、二氧化矽、藍寶石,在用於發光元件所使用之透明基板中,藍寶石與銀之密著力最低。因此,藉由利用藍寶石進行銀反射膜之剝離評價,可對可應用於發光元件之全透明基板的條件進行驗證。
使用具有InGaN藍色發光層且具有600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件。關於發光元件,係於藍寶石基板上形成有半導體層,於藍寶石基板之背面以膜厚成為250 nm之方式濺鍍有銀反射膜。將含有剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粉2 g、二乙二醇單丁基醚0.16 g、及熱固性樹脂粒子(相對於銀粒子重量而添加規定重量%)的導電性材料用組合物,戳印於引線框之銀鍍層上,並安裝發光元件。
所使用之熱固性樹脂粒子如下。再者,熱固性樹脂粒子係由藉由熱進行硬化之熱固性樹脂所成形。
實施例1~3係使用聚矽氧樹脂粒子(Dow Corning Toray股份有限公司製造,製品名「Dow Corning EP-9215」,平均粒徑為2~7 μm,JIS-A硬度為60,Tg為-120℃),實施例4~6係使用利用氧化鈦被覆聚矽氧樹脂粒子而成者(Dow Corning Toray股份有限公司製造,製品名「Dow Corning EP-9261TI」平均粒徑為2~3 μm,JIS-A硬度為40,Tg為-120℃),實施例7~9係使用利用氧化鋁被覆聚矽氧樹脂粒子而成者(Dow Corning Toray股份有限公司製造,製品名「Dow Corning EP-9293AL」平均粒徑為2~3 μm,JIS-A硬度為40,聚矽氧樹脂之Tg為-120℃),實施例10~13係使用聚矽氧樹脂粒子(Momentive Performance Materials製造,製品名「Tospearl 120」平均粒徑為2 μm,蕭氏D為70~80),實施例14~18係使用交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子(綜研化學股份有限公司製造,製品名「MX-180TA」平均粒徑為1.9 μm,Tg為130℃)。
將安裝有上述發光元件之外殼於200℃之空氣環境下進行加熱。將其恢復至室溫後,利用顯微鏡,自發光元件側目測確認銀反射膜之部分剝離。進而,將對自引線框剝離模具之方向施加剪切力而剝離時之強度作為晶片剪力強度進行測定。將各熱固性樹脂粒子之添加量與晶片剪力強度值以及銀反射膜之剝離發生狀況、藉由下述方法所測定之電阻值示於表4。
如表4所示,可確認:於實施例1~3、實施例4~6、實施例7~9、實施例10~13、實施例14~18中,隨著熱固性樹脂粒子之添加量增加,銀反射膜之剝離變得不再發生。為了防止剝離,最低需要添加0.5重量%之熱固性樹脂粒子。
如表4所示,於實施例1~3、實施例4~6、實施例10~13、實施例14~18中,熱固性樹脂之添加量越少,顯示出越高之晶片剪力強度。推測實施例7~9以進一步低於驗證範圍之添加量顯示出相同傾向。為了藉由超音波打線接合實施穩定之電氣配線,晶片剪力強度必須為500 gf左右。
因此,可防止剝離且可確保晶片剪力強度的添加量係各粒子之最佳值。彈性率較低之聚矽氧樹脂粒子存在藉由增加添加量會使晶片剪力強度極端降低之傾向,而實施例4~6由於可以熱固性樹脂之較小添加量而防止剝離,故而有用。由該結果可推測,樹脂粒子表面狀態對銀粒子熔融膜之收縮應力緩和有影響。
確認實施例1~18所使用之導電性材料之電阻。
電阻之測定法如下。
於25℃下,將含有銀粒子、與相對於銀粒子重量而為規定重量%之熱固性樹脂粒子的混合銀粉2 g混合於二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。藉由網版印刷法,以厚度成為200 μm之方式將所得之導電性材料用組合物塗佈於玻璃基板(厚度為1 mm)上。於200℃之空氣環境下,對塗佈有導電性材料用組合物之玻璃基板進行加熱。使用製品名「MCP-T600」(三菱化學股份有限公司製造)藉由四端子法,測定所得之配線(導電性材料)之電阻。
如表4所示,可確認:實施例1~18中之電阻值存在隨著熱固性樹脂粒子之添加量增加而增加的傾向,具實用性之晶片剪力強度的區域維持在10-6
數量級。再者,參考例3之電阻值為4.512×10-6
Ω‧cm。若考慮到由將薄片狀銀填料分散於環氧樹脂等中而成之一般導電性接著劑所得之導電性材料的電阻值超過5×10-5
Ω‧cm,則明確藉由本發明之製造方法所得之導電性材料之優勢。
圖19係表示實施例18之導電性材料之接合狀態的照片。如該照片所示,充分交聯之熱固性樹脂粒子105不發生熔融,於熔融之銀粒子106中,保持初期粒子形狀直至熱分解溫度為止。
使用具有InGaN藍色發光層且具有600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件。關於發光元件,係於藍寶石基板上形成有半導體層,於藍寶石基板之背面,以膜厚成為250 nm之方式濺鍍有銀反射膜。將含有剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粉2 g、二乙二醇單丁基醚0.16 g、及熱塑性樹脂粒子(相對於銀粒子重量而添加規定重量%)的導電性材料用組合物戳印於引線框之銀鍍層上,並安裝發光元件。
所使用之熱塑性樹脂粒子之製備法如下。實施例19~28所使用之熱塑性樹脂粒子為交聯型聚苯乙烯樹脂粒子(綜研化學股份有限公司製造,製品名「KSR-3」平均粒徑為3.3 μm,玻璃轉移點為108℃)。實施例29~34係使用藉由以下方法所製造之聚苯乙烯粒子。將蒸餾精製苯乙烯單體100 g、十二烷基硫酸鈉3 g、純水120 g添加至具備回流冷卻管及溫度計、附攪拌翼之馬達的三口燒瓶中,於70℃下進行攪拌。向燒瓶內導入氮氣後,將過硫酸銨0.2 g溶解於純水中,並將其投入至燒瓶內。攪拌3小時而進行反應後,以100目之篩對燒瓶內之凝集物進行過濾分離。將經過濾之聚合分散液投入至大量乙醇中,使聚苯乙烯粒子沈澱。藉由吸濾對聚苯乙烯粒子進行過濾分離,進而利用乙醇進行沖洗,於常溫減壓下將聚苯乙烯粒子乾燥。所得之聚苯乙烯粒子之平均粒徑為13 μm,玻璃轉移溫度為103℃(DSC法)。
實施例35~42係使用藉由以下方法所製造之聚甲基丙烯酸甲酯粒子。將蒸餾精製甲基丙烯酸甲酯單體100 g、十二烷基硫酸鈉3 g、純水120 g添加至具備回流冷卻管及溫度計、及附攪拌翼之馬達的三口燒瓶中,於70℃下進行攪拌。向燒瓶內導入氮氣後,將過硫酸銨0.2 g溶解於純水中,將其投入至燒瓶內。攪拌3小時而進行反應後,以100目之篩對燒瓶內之凝集物進行過濾分離。將經過濾之聚合分散液投入至大量乙醇中,使聚甲基丙烯酸甲酯粒子沈澱。藉由吸濾對聚甲基丙烯酸甲酯粒子進行過濾分離,進而利用乙醇進行沖洗,於常溫減壓下將聚甲基丙烯酸甲酯粒子乾燥。所得之聚甲基丙烯酸甲酯粒子之平均粒徑為8.0 μm,玻璃轉移溫度為127℃(DSC法)。
將安裝有發光元件之外殼於200℃之空氣環境下進行加熱。將其恢復至室溫後,利用顯微鏡,自發光元件側目測確認銀反射膜之部分剝離。進而,將對自引線框剝離模具之方向施加剪切力而剝離時之強度作為晶片剪力強度進行測定。將各可塑性樹脂粒子之添加量與晶片剪力強度值、銀反射膜之剝離發生狀況、及藉由下述方法所測定之電阻值示於表5。
如表5所示,實施例19~28中,熱塑性樹脂粒子之添加量與晶片剪力強度之關係顯示出特異性傾向。因此,對導電性材料中之熱塑性樹脂之存在狀態進行觀察,結果判明:如圖20之照片所見,於銀粒子熔融膜中未見熱塑性樹脂之初期粒子形狀。即,可推測為:顯示出作為在一定溫度下熔接之熱塑性樹脂之行為者。因此,若為於銀粒子熔融條件下可進行熔接之熱塑性樹脂,則可不使晶片剪力強度大幅度降低,而於較廣之添加量範圍內防止銀反射膜之剝離。熱塑性樹脂之熔融溫度可根據已知之熔點、玻璃轉移溫度而容易地推測。電子零件通常於至100℃左右為止之可靠性、穩定性方面存在問題,因而難以使用於90℃以下反覆熔融、固化或者具有較大機械物性變化點之熱塑性樹脂。又,於低溫下熔融之熱塑性樹脂,存在會損害銀粒子之熔融現象本身之危險性。因此,需要使用在100℃附近具有機械物性變化點之熱塑性樹脂粒子來驗證下限溫度之妥當性。
如表5之實施例19~42所示,藉由添加0.5重量%以上之熱塑性樹脂,可抑制銀反射膜之剝離。如表5之實施例29~32所示,若添加大於0重量且未達1.8重量%之熱塑性樹脂,則可進一步較高地維持晶片剪力強度。又,實施例31及32亦未發生銀反射膜之剝離。另一方面,如實施例29~32所示,若添加1.1重量%以下之熱塑性樹脂,則可促進銀粒子之熔融現象而保持晶片剪力強度。推測其原因為:由於熱塑性樹脂之熔融溫度較低,故而藉由控制其量,於銀粒子開始熔融後使熱塑性樹脂熔融,結果可防止上述熱塑性樹脂塗佈於銀粒子表面。
如表5之實施例35~42所示,若添加大於0重量%且為5.0重量%以下之熱塑性樹脂,則可較高地維持晶片剪力強度。又,如表5之實施例36~42所示,若添加0.5重量%以上之熱塑性樹脂,則可消除銀反射膜之剝離。其係受到如下情況所影響:由於實施例35~42之聚甲基丙烯酸甲酯之玻璃轉移溫度高於實施例29~34之聚苯乙烯而為116℃,故而熔融溫度較高。因此,可增加聚甲基丙烯酸甲酯之添加量。由該結果可判明:於為非晶聚合物之情形時,成為熔融溫度之指標的玻璃轉移溫度較高者可確保較大之添加量範圍。又,推測玻璃轉移溫度為100℃之聚苯乙烯係實用上之界限,藉此,於為非晶聚合物粒子之情形時,需要使玻璃轉移溫度成為100℃以上。
實施例19~28之交聯聚苯乙烯粒子之玻璃轉移溫度為113℃(DSC法),即使玻璃轉移溫度低於實施例35~42之聚甲基丙烯酸甲酯,亦可進一步增加添加量。其原因可推測為:藉由導入部分交聯結構,可使玻璃轉移溫度與熔融溫度之ΔT較大,而使熔融溫度實質上高於聚甲基丙烯酸甲酯。又,已知對於結晶性聚合物,玻璃轉移溫度並非熔融溫度以及機械物性變化點之指標,而是取決於熔點。因此,於為結晶性聚合物之情形時,需要熔點為100℃以上。半硬化之熱固性樹脂亦藉由加熱而熔融。由於熔融後至硬化為止可視為熱塑性樹脂,故而其熔融開始溫度之指標即凝固點同樣需要為100℃以上。
確認實施例19~42所使用之導電性材料之電阻。
電阻之測定法如下。
於25℃下,將含有銀粒子、與相對於銀粒子重量而為規定重量%之熱塑性樹脂粒子的混合銀粉2 g混合於二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。藉由網版印刷法以厚度成為200 μm之方式,將所得之導電性材料用組合物塗佈於玻璃基板(厚度為1 mm)上。將塗佈有導電性材料用組合物之玻璃基板於200℃之空氣環境下進行加熱。使用製品名「MCP-T600」(三菱化學股份有限公司製造)藉由四端子法,測定所得之配線(導電性材料)之電阻。
如表5所示,可確認:實施例19~42中之電阻值存在隨著熱塑性樹脂粒子之添加量增加而增加的傾向,具實用性之晶片剪力強度之區域維持在10-6
數量級。若考慮到將薄片狀銀填料分散於環氧樹脂等中而成之一般導電性接著劑係電阻值超過5×10-5
Ω‧cm者,則可明確藉由本發明之製造方法所得之導電性材料之優勢。
再者,如圖20之照片所示,熱塑性樹脂粒子係進行熔接,而配置於熔融之銀粒子之空隙中。此係由如下情況明確:熱塑性樹脂粒子107之初期形狀完全消失而完全未見。
使用具有InGaN藍色發光層且具有600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件。關於發光元件,係於藍寶石基板上形成有半導體層,於藍寶石基板之背面,以膜厚成為250 nm之方式濺鍍有銀反射膜。將含有剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粉2 g、二乙二醇單丁基醚0.16 g、及調整為具有部分交聯結構之熱塑性樹脂粒子(相對於銀粒子重量而添加規定重量%)的導電性材料用組合物,戳印於引線框之銀鍍層上,並安裝發光元件。
所使用之熱塑性樹脂粒子之製備法如下。
實施例43~48係使用藉由以下方法所製造之部分交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子。
將蒸餾精製甲基丙烯酸甲酯單體95 g、蒸餾精製二乙烯基苯5 g、十二烷基硫酸鈉3 g、純水120 g添加至具備回流冷卻管及溫度計、附攪拌翼之馬達的三口燒瓶中,於70℃下進行攪拌。向燒瓶內導入氮氣後,將過硫酸銨0.2 g溶解於純水中,再將其投入至燒瓶內。攪拌3小時而進行反應後,以100目之篩對燒瓶內之凝集物進行過濾分離。將經過濾之聚合分散液投入至大量乙醇中,使部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯粒子沈澱。藉由吸濾對部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯粒子進行過濾分離,進而利用乙醇進行沖洗,於常溫減壓下將部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯粒子。所得之部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯粒子之平均粒徑為8 μm,玻璃轉移溫度為130℃(DSC法)。
將安裝有發光元件之外殼於200℃之空氣環境下進行加熱。將其恢復至室溫後,利用顯微鏡,自發光元件側目測確認銀反射膜之部分剝離。進而,將對自引線框剝離模具之方向施加剪切力而剝離時之強度作為晶片剪力強度進行測定。將各可塑性樹脂粒子之添加量與晶片剪力強度值以及銀反射膜之剝離發生狀況、藉由下述方法所測定之電阻值示於表6。
如表6所示,可確認:於實施例43~48中,藉由對聚甲基丙烯酸甲酯實施部分交聯,可在保持所得之導電性材料之實用性晶片剪力強度的狀態下,大幅度地增加樹脂之添加量。推測其係由如下情況引起:藉由部分交聯使樹脂之熔融溫度上升。因此,玻璃轉移溫度為100℃左右之非晶聚合物亦可藉由導入部分交聯結構,而在不損害銀粒子之熔融現象的情況下確保較廣之添加量範圍。
確認實施例43~48所使用之導電性材料之電阻。
電阻之測定法如下。
於25℃下,將含有銀粒子、與相對於銀粒子重量而為規定重量%之部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯的混合銀粉2 g混合於二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。藉由網版印刷法,以厚度成為200 μm之方式,將所得之導電性材料用組合物塗佈於玻璃基板(厚度為1 mm)上。將塗佈有導電性材料用組合物之玻璃基板於200℃之空氣環境下進行加熱。使用製品名「MCP-T600」(三菱化學股份有限公司製造)藉由四端子法,測定所得之配線(導電性材料)之電阻。
如表6所示,可確認:實施例43~48中之電阻值存在隨著部分交聯熱塑性樹脂粒子之添加量增加而增加的傾向,於具實用性之晶片剪力強度之區域維持在10-6
數量級。若考慮到將薄片狀銀填料分散於環氧樹脂等中而成之一般導電性接著劑係電阻值超過5×10-5
Ω‧cm者,則可明確藉由本發明之製造方法所得之導電性材料之優勢。
使用具有InGaN藍色發光層且具有600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件。關於發光元件,係於藍寶石基板上形成有半導體層,於藍寶石基板之背面,以膜厚成為250 nm之方式濺鍍有銀反射膜。將含有剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粉2 g、二乙二醇單丁基醚0.16 g、及熱固性樹脂粒子與熱塑性樹脂粒子(相對於銀粒子重量而添加規定重量%)的導電性材料用組合物,戳印於引線框之銀鍍層上,並安裝發光元件。實施例49~54係使用表面安裝型之外殼(日亞化學工業股份有限公司製造,製品名「NS3W183」)。
所使用之熱固性樹脂粒子與熱塑性樹脂粒子如下。
實施例49~51所使用之熱固性樹脂粒子為交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子(綜研化學股份有限公司製造,製品名「MX-180TA」平均粒徑為1.9 μm,Tg為130℃),熱塑性樹脂為交聯型聚苯乙烯樹脂粒子(綜研化學股份有限公司製造,製品名「KSR-3」平均粒徑為3.3 μm,Tg為108℃)。
實施例52~54所使用之熱固性樹脂粒子為交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子(綜研化學股份有限公司製造,製品名「MX-180TA」平均粒徑為1.9 μm,Tg為130℃),熱塑性樹脂為平均粒徑為8 μm且Tg為113℃(DSC法)之部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯粒子。
將安裝有發光元件之外殼於200℃之空氣環境下進行加熱。將其恢復至室溫後,利用顯微鏡,自發光元件側目測確認銀反射膜之部分剝離。進而,將對自引線框剝離模具之方向施加剪切力而進行剝離時之強度作為晶片剪力強度進行測定。將各熱固性樹脂粒子之添加量、熱塑性樹脂之添加量與晶片剪力強度值以及銀反射膜之剝離發生狀況、藉由下述方法所測定之電阻值示於表7。
如表7之實施例49、52所示,可確認:若將熱固性樹脂粒子與熱塑性樹脂粒子各添加0.5重量%,則可抑制銀反射膜之剝離。根據表7之實施例49~54之晶片剪力強度之傾向,未見藉由使熱固性樹脂粒子與熱塑性樹脂粒子共存,晶片剪力強度會極端降低之傾向,推測晶片剪力強度取決於添加量較多側之樹脂粒子之性質。
確認實施例49~54所使用之導電性材料之電阻。
電阻之測定法如下。
於25℃下,將含有銀粒子、與相對於銀粒子重量而為規定重量%之熱固性樹脂粒子與熱塑性樹脂粒子的混合銀粉2 g混合於二乙二醇單丁基醚0.16 g中,而獲得導電性材料用組合物。藉由網版印刷法,以厚度成為200 μm之方式,將所得之導電性材料用組合物塗佈於玻璃基板(厚度為1 mm)上。將塗佈有導電性材料用組合物之玻璃基板於200℃之空氣環境下進行加熱。使用製品名「MCP-T600」(三菱化學股份有限公司製造)藉由四端子法,測定所得之配線(導電性材料)之電阻。
如表7所示,可確認:實施例49~54中之電阻值存在隨著樹脂粒子之添加量增加而增加之傾向,具實用性之晶片剪力強度的區域維持在10-6
數量級。若考慮到將薄片狀銀填料分散於環氧樹脂等中而成的一般導電性接著劑係電阻值超過5×10-5
Ω‧cm者,則可明確藉由本發明之製造方法所得之導電性材料之優勢。
實施例55係於安裝有於與實施例15相同之條件下所製作之發光元件的外殼上,利用金導線對發光元件之電極與引線框之電極進行配線,並利用聚矽氧樹脂進行密封而製成發光裝置。
實施例56係於安裝有於與實施例31相同之條件下所製作之發光元件的外殼上,利用金導線對發光元件之電極與引線框之電極進行配線,並利用聚矽氧樹脂進行密封而製成發光裝置。
比較例1除了使用絕緣性透明環氧樹脂作為安裝發光元件之導電性材料以外,藉由與實施例55相同之構成製成發光裝置。
比較例2除了使用薄片狀銀填料80 wt%-環氧樹脂20 wt%之銀膏作為安裝發光元件之導電性材料以外,藉由與實施例55相同之構成製成發光裝置。
實施例55、56,比較例1、2之發光裝置係於該狀態下進行通電試驗與-40℃至100℃之熱衝擊試驗,並確認通電1000小時後之光輸出衰減與熱衝擊1000次(cycle)後之銀反射膜之剝離發生。將其結果示於表8。
如表8所示,可確認:實施例55及實施例56之發光裝置經過1000小時後亦可維持較高之輸出。另一方面可確認,比較例1及2所得之發光裝置於經過1000小時後,輸出顯著降低。
又,如表8所示,可確認:經過1000小時後,發光元件與引線框之間之實施例55、實施例56之導電性材料未見變色。相對於此,如表8所示,可確認:經過1000小時後,於發光元件與引線框之間的比較例1之絕緣性透明環氧樹脂之固定構件之填縫部,絕緣性透明環氧樹脂稍有黃變。又,如表8所示,可確認:經過1000小時後,發光元件與引線框之間的比較例2之薄片狀銀填料80 wt%-環氧樹脂20 wt%之銀膏於固定構件之填縫部變色為黑茶褐色。
如表8所示,可確認:實施例55、實施例56所得之發光裝置中之發光元件背面銀反射膜即使經過1000次熱亦未發生衝擊剝離。
使用圖式對實施例57之照明裝置進行說明。圖21係表示照明裝置之概略立體圖。圖22係表示照明裝置之概略剖面圖。
使用金屬掩模,將實施例47所使用之導電性材料用組合物,於利用絕緣性高反射白色遮蔽油墨進行單面塗佈之鋁基板110之遮蔽油墨面直接印刷電路圖案。將其於200℃之空氣環境下進行加熱,而獲得銀熔融膜之電路圖案120。在此,藉由焊接安裝實施例50所得之發光裝置100。為了利用以苯基聚矽氧作為主成分之透光性聚矽氧清漆而對含有銀熔融膜之電路圖案的鋁基板之單側整面進行保護,以厚度成為300 μm之方式進行塗佈而形成保護膜130。繼而,進行與具有電源電路150之筐體140之電性連接,進而將含有光擴散材161之弓形之透光性擴散透鏡160設置於發光部之頂部,而獲得照明裝置。
關於實施例57所得之照明裝置之絕緣性高反射白色遮蔽油墨與銀熔融膜之電路圖案的密著性,經過照明裝置之全部製作步驟並無剝離,具有實用之強度。又,可確認:銀熔融膜上部表面之焊錫潤濕性獲得確保,銀熔融膜中之部分交聯聚甲基丙烯酸甲酯於熔融時並未滲出(no bleed-out)至熔融膜上部表面。
使用具有InGaN藍色發光層且600 μm×600 μm×厚度100 μm之大小的發光元件。關於發光元件,於藍寶石基板上形成有半導體層,於藍寶石基板之背面,以膜厚成為250 nm之方式濺鍍有銀反射膜。向剪切強度成為最大之參考例3之銀粉組成之銀粒子添加相對於銀粒子重量而為規定重量%之實施例43~48所使用之部分交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子,將所得之導電性材料用組合物戳印於利用實施例57所使用之絕緣性高反射白色遮蔽油墨進行單面塗佈之鋁基板之絕緣性高反射白色遮蔽油墨上,並安裝發光元件。
將安裝有發光元件之鋁基板於200℃之空氣環境下進行加熱。將其恢復至室溫後,將對自鋁基板剝離模具之方向施加剪切力而剝離時之強度作為晶片剪力強度進行測定。
如表9之實施例58之結果所示,可確認:銀粒子本身與作為塑膠材料之絕緣性高反射遮蔽油墨幾乎無接合性。如表9之實施例59~64之結果所示,可確認:所得之導電性材料之晶片剪力強度,與於銀粒子中之部分交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子之添加量增加成比例而提高。可推測:部分交聯型聚甲基丙烯酸甲酯樹脂粒子於加熱至200℃時會熔融液狀化,並自具有多孔結構之銀熔融膜中向與絕緣性高反射白色遮蔽油墨之界面滲出而發揮接著劑之功能。即,可認為:若存在被黏附體,則熔融液狀化之樹脂成分會因被黏附體之表面張力而濡濕擴散至被黏附體表面,而滲出至界面。
本發明之導電性材料之製造方法,例如可應用於耐熱電力配線、零件電極、晶粒黏著、微細凸塊、平板、太陽能配線等之製造用途及晶圓連接等用途,又,可應用於將該等組合而製造之電子零件之製造。又,本發明之導電性材料之製造方法,例如亦可應用於製造使用發光二極體或雷射二極體等發光元件之發光裝置之時。
10...發光元件
11...保護元件
20...外殼
21...導電片
30...密封樹脂
40...導電性材料
50...導線
60...螢光物質
71...藍寶石基板
72...銀
73...導電性材料
74...銀鍍層
75...引線框
80、90...基板
81、91...半導體
82...n側電極
83、93...p側電極
84、94...銀
85、95...緩衝構件
86、96...銀
87、97...引線框
88、98...銀鍍層
89、99...導電性材料
100...發光裝置
101...熱固性樹脂粉體
102...銀粒子
105...熱固性樹脂粒子
106...銀粒子
110...鋁基板
120...電路圖案
130...保護膜
140...筐體
150...電源電路
160...透鏡
161...光擴散材
圖1係表示發光裝置之概略立體圖;
圖2係表示發光裝置之概略剖面圖;
圖3係表示導電性材料之接合狀態之模式圖;
圖4係表示導電性材料之接合狀態之剖面照片;
圖5係放大圖4之A1部之剖面照片;
圖6係放大圖5之A2部之剖面照片;
圖7係放大圖6之B1部之剖面照片;
圖8係放大圖7之B2部之剖面照片;
圖9係放大圖7之B3部之剖面照片;
圖10係放大圖6之C部之剖面照片;
圖11係放大圖6之D部之剖面照片;
圖12係放大圖6之E部之剖面照片;
圖13係放大圖4之F1部之剖面照片;
圖14係放大圖13之F2部之剖面照片;
圖15係放大圖14之F3部之剖面照片;
圖16係表示導電性材料之接合狀態之另一剖面照片;
圖17係表示不同之實施方式的發光裝置之概略剖面圖;
圖18係表示不同之實施方式的發光裝置之概略剖面圖;
圖19係表示實施例18之導電性材料之接合狀態之照片;
圖20係表示實施例23之導電性材料之接合狀態之照片;
圖21係表示照明裝置之概略立體圖;及
圖22係表示照明裝置之概略剖面圖。
71...藍寶石基板
72...銀
73...導電性材料
74...銀鍍層
75...引線框
Claims (21)
- 一種導電性材料之製造方法,其包含將實質上由硬化或半硬化之粒子狀熱固性樹脂、粒子狀熱塑性樹脂之至少任一者,銀粒子,金屬氧化物,及沸點300℃以下之有機溶劑或水構成之導電性材料用組合物加熱而使上述銀粒子熔融之步驟,上述金屬氧化物為選自由AgO、Ag2 O及Ag2 O3 所組成之群中之至少1種以上。
- 一種導電性材料之製造方法,其包含步驟如後:於氧、臭氧或空氣環境下將實質上由硬化或半硬化之粒子狀熱固性樹脂,及粒子狀熱塑性樹脂之至少任一者,銀粒子,沸點300℃以下之有機溶劑或水構成之導電性材料用組合物加熱而使上述銀粒子熔融。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述熱固性樹脂或上述熱塑性樹脂之平均粒徑為0.1μm以上、10μm以下。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述硬化之熱固性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量係大於0重量%且為5重量%以下。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述半硬化之熱固性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量係大於0重量%且為10重量%以下。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述熱塑性樹脂之添加量相對於上述銀粒子之重量係大於0重量%且為10重量%以下。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述硬化之熱固性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)為-40℃以下或100℃以上。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述半硬化之熱固性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)為100℃以上。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)或熔點為100℃以上。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述銀粒子與上述熱固性樹脂或者上述熱塑性樹脂係浸漬於上述有機溶劑或水之中。
- 如請求項10之導電性材料之製造方法,其中上述有機溶劑包括:低級醇,或具有選自由低級烷氧基、經低級烷氧基取代之低級烷氧基、胺基及鹵素所組成群中之1種以上取代基的低級醇中之至少任一者。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述加熱步驟中之加熱溫度為150℃~400℃之範圍。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述銀粒子於平均粒徑(中位粒徑)為1種時,上述平均粒徑(中位粒徑)為0.1μm~15μm。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述銀粒子於平均粒徑(中位粒徑)為2種之混合物時,係上述平均粒徑(中位粒徑)為0.1μm~15μm之銀粒子與0.1μm~15μm之銀粒子之組合。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中該導電性 材料係於熔融之銀粒子中分散有平均粒徑為0.1μm以上、10μm以下之硬化之熱固性樹脂粉體。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中該導電性材料係半硬化之熱固性樹脂熔接硬化於熔融之銀粒子中者。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述導電性材料之電阻值為4.0×10-5 Ω‧cm以下。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述導電性材料係用作電氣配線、零件電極、晶粒黏著接合材、或微細凸塊之材料。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中上述導電性材料係用作配線基板或引線框與發光元件之接合材料。
- 如請求項19之導電性材料之製造方法,其中上述配線基板包括:選自由包含氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化鋯、氧化鈦、氮化鈦、或其等之混合物的陶瓷基板,包含Cu、Fe、Ni、Cr、Al、Ag、Au、Ti、或其等之合金的金屬基板,玻璃環氧樹脂基板,及BT樹脂基板所組成群中之至少一種。
- 如請求項1或2之導電性材料之製造方法,其中熔融之銀粒子中熔接有熱塑性樹脂。
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