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はじめに

導電性接着剤(銀ペースト)とは

導電性接着剤はその名の通り、電気が流れる接着剤です。銀ペーストとも呼ばれます。
一般的な接着剤や電子部品の接合に使われるはんだ(半田)と比べると何が異なるのでしょうか? 接合する温度と導電性の関係で整理してみます。

溶接やはんだといった金属接合は、導電性は良好ですが接合温度が高温となります。
通常の接着剤は低温で接合できますが、導電性が無い(絶縁)ため電気を通しません。
そこで登場するのが導電性接着剤!導電性接着剤は低温で接合でき、導電性も良好!金属接合と一般的な接着剤の良いところを併せ持っています。

なぜ、導電性接着剤が求められるのか

従来、電子部品の導電接合には主にはんだが使用されてきました。しかし、電子デバイスの小型化やウェアラブル機器の多様化にともなって、樹脂部品やフィルム状の部材を使用するケースが増加しています。樹脂やフィルムを使用した部品は耐熱性が低いものが多く、はんだ付けの加熱によってダメージを受けてしまいます。そのため、低温で導電接合する手段として、はんだの代わりとなる導電接合材料に対するニーズが高まっています。 導電性接着剤は、はんだよりも低温で導電接合ができる材料であり、上記の背景により、近年は適用事例が急速に拡大しています。

☝はんだと導電性接着剤の違い

導電性の接合材の代表である はんだとは使用するプロセスや特性に違いがあります。
導電性接着剤のメリットとデメリットを見てみましょう。

導電接着剤の
メリット
😀はんだよりも低温で接合できる!
😀はんだが付かない部材でも導電接合できる!
😀はんだのように再溶融しない!
😀フラックス残渣が発生しない!
😀リフロー炉などの大型設備が不要!
導電接着剤の
デメリット
🙁はんだよりも硬化時間が長い。
🙁はんだよりも材料コストが上がる。
🙁はんだのようにセルフアライメント*1が効かない。
🙁はんだよりも接合強度が下がる。

例えば、樹脂部品などの耐熱性が低い部材の接合には、はんだではなく導電性接着剤が適しています。

*1 : はんだが溶融して固化するまでの間に、はんだ付けされる実装部品が自然に位置決めされる動きを「セルフアライメント効果」といいます。(参考:MiSUMi-VONA技術情報)

☝導電性接着剤の導電メカニズムとは

ポイント

✔  導電性接着剤は接着剤に電気を通す導電粒子が混ぜられている。
✔  導電粒子同士が接触して電気が通る。
✔  電気を通すために導電粒子同士が接触できる十分な量を入れる必要がある。

解説

通常の接着剤の主成分は絶縁体の樹脂であり、電気を通すことはできません。導電性接着剤は、エポキシ接着剤などの有機バインダー樹脂に導電性をもつ粒子(導電粒子。フィラーとも呼ばれます)を分散させたものであり、接着剤が硬化する際に導電粒子同士が接触することで電気が流れます。


図. 導電性接着剤の導電メカニズム
→バインダー樹脂が硬化する際の収縮で導電粒子同士が接触し電気が流れます。

この導電のメカニズムは、金属が溶けて合金となるはんだとは異なり、導電性接着剤中の導電粒子は溶けて融着していません。したがって、良好な導電性を確保するためには、導電粒子同士が接触してネットワークを形成するために、一定量以上の導電粒子を含有する必要があります。導電粒子(銀粉)の添加量と導電性の関係を研究したものが下の図です。導電粒子の添加量が少ないと導通していませんが、ある一定の添加量を超えると急激に導電性が現れることが分かります。


図.導電性接着剤中の導電粒子の量と導電性の関係概略図
→導電性接着剤は導電粒子同士の接触によって電気が通ると考えられます。導電粒子を徐々に増やしていくと、ある量から急激に導電性が現れます。
   しかし、さらに導電粒子を増やしても、ある一定量からは導電性が変わらなくなります。 [1]
[1]西川, “導電性接着剤の導電フィラーと導電性”, スマートプロセス学会誌, 第1巻, 第3号, pp.138-142,2012

☝導電性接着剤の種類とは

ポイント

✔  導電性接着剤は有機バインダーと導電粒子の組み合わせによって、非常に多くの種類が開発されている。
✔  加熱反応硬化型エポキシ系が導電性接着剤の主流となっている。
✔  導電性接着剤には銀の導電粒子が広く使用されている。そのため銀ペーストと呼ばれることもある。

解説

接着剤となる有機バインダーと、配合する導電粒子には数多くの種類があり、市場では非常に多くの導電性接着剤が開発・販売されています。使用するユーザーは、性能、用途、コスト、使い方などを考慮して選定する必要があります。

電子部品の接続用途としては、エポキシ系バインダーと銀の導電粒子を使用する加熱反応硬化型のエポキシ系導電性接着剤が主流です。エポキシ系接着剤は、金属に対する接着力が良好で、耐熱性が高く、硬化時の体積収縮が少ないなどの優れた特徴があります。また、銀は導電性が安定して良好で、酸化しにくく貯蔵安定性が良く、熱伝導性が高いなどの理由から、電子材料では広く利用されています。

導電性接着剤には球状やフレーク状の銀の導電粒子が一般的に使用されており、性能によって粒子の大きさや配合量が決定されています。
このため、導電性接着剤は「銀ペースト」とも呼ばれます。


図. 導電性接着剤の種類と選定
→接着剤成分の有機バインダーと導電性のための導電粒子はそれぞれに数多くの種類があり、非常に多くの導電性接着剤が開発されています。
   使用するユーザーは性能や用途やコストなどを考慮して導電性接着剤を選定する必要があります。


写真.銀の導電粒子
→電子部品用の導電性接着剤はエポキシ樹脂と銀の導電粒子を使用したものが多く、銀の導電粒子は球やフレークなどの形状をしたものが使用されます。

本ページに記載の内容は当社見解に基づくものであり、すべての技術や製品を解説したり定義するものではありません。
本ページに記載の情報は、2021年9月時点の内容となります。

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