Development of highly conductive copper-filled pastes based on control of interfacial chemistry

• Project/Area Number: 15K06455
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Composite materials/Surface and interface engineering
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: Inoue Masahiro 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60291449)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 牟田 浩明 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60362670) ; 林 大和 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60396455)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 導電性接着剤 / 銅フィラー / エポキシ樹脂 / フェノール樹脂 / 表面処理 / 硬化 / 電気抵抗率 / 環境試験 / 電気的信頼性 / 導電性ペースト / 電子実装材料 / 界面化学現象 / 表面酸化 / パーコレーション / 大気キュア / 酸化 / 界面ケミストリ

Outline of Final Research Achievements

This work investigated novel material design for copper-filled electrically conductive adhesives by using interfacial chemical reaction between copper fillers and chemical factors (amine hardeners and carboxylic acid surfactants). Lower electrical resistivity was successfully obtained by curing these copper-filled adhesives even in air. Epoxy-based adhesive with a polyamide amine hardener showed lower resistivity below 100 μΩcm by curing above 180 °C. Phenolic-based adhesives with Tetraethylenepentamine (TEA)-treated fillers exhibited a low electrical resistivity (50 μΩcm) by curing in air. In addition, the electrical resistivity of these adhesives was rarely increased during exposure to 85°C/85%RH environment for 1000 h.

Research Products

• [Journal Article] 大気キュアした銅系導電性ペーストの湿熱環境下での導電特性変化に及ぼすフィラー表面処理剤の影響 (2018)
  • Author(s): 瓦井健太、井上雅博
  • Journal Title: エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術シンポジウム論文集 Volume: 24 Pages: 295-300
• [Journal Article] 銅系導電性接着剤の導電性発現挙動におけるバインダケミストリの影響 (2016)
  • Author(s): 井上雅博，庭山泰一，坂庭慶昭，多田泰徳
  • Journal Title: スマートプロセス学会 Volume: 5 Pages: 300-308
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 大気キュアした銅系導電性ペーストの湿熱環境下での導電特性変化に及ぼすフィラー表面処理剤の影響 (2018)
  • Author(s): 瓦井健太、井上雅博
  • Organizer: 24th Symposium on Microjoining and Assembly Technology in Electronics (Mate2018)
• [Presentation] フェノール系バインダ中での銅フィラーの導電パス形成に及ぼす表面処理剤の効果 (2017)
  • Author(s): 瓦井健太、多田泰徳、井上雅博
  • Organizer: Mate2017
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2017-01-31
• [Presentation] 大気キュア可能な銅系導電性ペーストの導電性発達に及ぼすフィラー表面処理剤の影響 (2017)
  • Author(s): 瓦井健太、井上雅博
  • Organizer: JPCA show 2017 アカデミックプラザ
• [Presentation] Electrical conductivity assesment of copper-loaded pastes composed of a phenolic resin-based binder cured in air (2017)
  • Author(s): Kenta Kawarai, Masahiro Inoue
  • Organizer: 2017 Taiwan-Japan Workshop on Electronic Interconnection I
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 銅系導電性接着剤の電気伝導特性に及ぼすフィラー表面処理効果のバインダ選択性 (2016)
  • Author(s): 井上雅博，瓦井健太，多田泰徳
  • Organizer: マイクロエレクトロニクスシンポジウム2016
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2016-09-08
• [Presentation] 異相界面現象を利用した銀および銅系導電性接着剤の材料設計 (2016)
  • Author(s): 井上雅博
  • Organizer: 電子デバイス実装研究委員会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-05-23
  • Invited
• [Presentation] 銅系導電性接着剤の大気キュア過程での導電特性変化に及ぼすバインダケミストリの影響 (2016)
  • Author(s): 井上雅博
  • Organizer: Mate2016
  • Place of Presentation: 横浜（パシフィコ横浜）
  • Year and Date: 2016-02-02
• [Presentation] 銅フィラーを用いたエポキシ系導電性接着剤の大気キュア後の電気伝導特性に及ぼすバインダ配合の影響 (2015)
  • Author(s): 井上雅博
  • Organizer: 日本接着学会年次大会2015
  • Place of Presentation: 豊田市（愛工大）
  • Year and Date: 2015-06-20
• [Presentation] 銅系導電性接着剤における大気キュア過程での導電パス形成挙動 (2015)
  • Author(s): 井上雅博
  • Organizer: JPCA show 2015 アカデミックプラザ
  • Place of Presentation: 東京（東京ビッグサイト）
  • Year and Date: 2015-06-04
• [Presentation] Effect of Binder Chemistry on the Electrical Conductivity of Air-cured Epoxy-based Electrically Conductive Adhesives containing Copper Filler (2015)
  • Author(s): Masahiro Inoue
  • Organizer: ECTC2016
  • Place of Presentation: サンディエゴ
  • Year and Date: 2015-05-27
  • Int'l Joint Research