導電性接着剤の伝導特性向上に向けた材料設計と評価技術

導電性接着剤は、接着機能を担う樹脂と、熱・電気伝導機能を担う金属フィラーから構成される接合材料であり、低温接合が可能であることから、電子機器の高機能化・小型化に伴い、その活用範囲が広がっている。一方ではんだ接合と比較して伝導特性が低くなることが課題となっている。そのため、高性能化に向けては、金属材料、粒径、形状、表面状態、含有率に加え、樹脂特性や接合プロセスまで含めた総合的な材料・プロセス設計が重要となる。 　本セミナーでは、導電性接着剤の基礎から出発し、フィラー間ギャップや界面状態に着目した熱・電気伝導メカニズム、接着強度および接合信頼性との関係、熱伝導率・電気抵抗・接着強度などの各種評価手法について解説する。さらに、実験結果とFEM解析を組み合わせた検討を通じて、フィラー間ギャップや接触状態が伝導特性に及ぼす影響を明らかにし、高伝導化に向けた材料設計の考え方を説明する。 　その上で、フィラー間に金属的な伝導パスを形成する低融点金属架橋技術を中心に、微細粒子の分散、フィラー材料・形状や表面状態の制御、ぬれ性や加圧条件などのプロセス制御による高伝導化事例を紹介する。これらの実験データと解析結果をもとに、伝導特性向上のメカニズムを整理し、材料設計・界面制御・プロセス制御を統合した導電性接着剤の高性能化に向けた設計指針を解説する。
これから導電性接着剤の研究開発、材料設計、評価・解析に携わる技術者・研究者を対象に、伝導特性を支配する基礎的な現象から具体的な高伝導化技術まで、体系的に理解できる内容を予定している。

1. 第1部 導電性接着剤の基礎と熱・電気伝導メカニズム
   1. 導電性接着剤の基礎
      1. 導電性接着剤とは
      2. 導電性接着剤が必要とされる背景
      3. 導電性接着剤の構造と求められる特性
   2. 導電性接着剤の本質的課題
      1. フィラー間ギャップと樹脂介在
      2. 実接触面積と接触熱抵抗
      3. 酸化膜・樹脂介在による界面熱抵抗
   3. 熱・電気伝導メカニズム
      1. パーコレーションと伝導パス形成
      2. フィラー間ギャップにおける熱流集中
      3. フィラー含有率・充填構造とフィラー間ギャップ
   4. 界面状態と接着強度
      1. 接着強度を支配する界面因子
      2. 機械的強度の評価方法
      3. 酸化が接着強度に及ぼす影響
      4. シランカップリング剤による界面強化
      5. 高温・高湿環境における接着信頼性
      6. 疲労負荷後の熱抵抗と界面信頼性
   5. 伝導特性の評価と解析
      1. 熱伝導率の測定方法
      2. 電気抵抗率の測定方法
      3. FEMによるフィラー間熱伝導解析
      4. フィラー間ギャップと熱伝導率
      5. フィラー含有率と熱・電気伝導特性
      6. 解析と実験によるフィラー間ギャップの推定
2. 第2部 金属架橋型導電性接着剤による高伝導化
   1. 低融点金属架橋による高伝導化
      1. 金属架橋によるフィラー間ギャップの克服
      2. 溶融・ぬれ・合一による金属架橋形成
      3. 架橋幅・フィラー間ギャップと熱伝導率
      4. SnBi添加による架橋形成と熱伝導率向上
      5. 金属架橋による電気抵抗率低減
   2. 微細粒子分散による高性能化
      1. 架橋材料の高熱伝導化
      2. 微細粒子の選択的取り込み
      3. 微細粒子添加による熱伝導率向上
   3. 金属架橋構造の解析的検討
      1. 熱伝導パスモデルと接合部熱伝導率
      2. 架橋径と熱伝導パス形成率
      3. 実験値からのパス形成率推定
      4. 微細粒子の架橋部への取り込み率推定
   4. 架橋材料とプロセスによる高伝導化
      1. SnBiからSACへの架橋材料変更
      2. 樹脂粘性と架橋形成プロセス
      3. 還元剤によるぬれ・架橋形成制御
      4. 還元剤量と界面ぬれ率・熱伝導率
      5. 加圧による界面ぬれ率と熱伝導率の向上
   5. フィラー材料による高伝導化
      1. Sn被覆Cuフィラーによる界面制御と熱伝導特性向上
      2. 樹状Cuフィラーによる伝導パス形成と熱伝導特性向上
   6. まとめ
      1. 各要素による段階的な高熱・電気伝導化
      2. 高伝導化のための材料設計指針