高いガラス転移温度（Tg）を有する接着剤による電子機器組立の信頼性向上
(出典：Krylex.com / Chemence)
KRYLEX 高Tgプラットフォーム ― KE9000シリーズ
はじめに
特定の電子機器用途に使用する接着剤の選定は、さまざまな要求事項に基づいて行われます。
その一部は物理的特性であり、例えば粘度、チキソトロピー指数、ポットライフ、保存期間などがあります。
一方で、接着剤について考慮すべき機械的特性として、
- 接着性（特定基材）
- 硬度
- ガラス転移温度（Tg）
- 熱膨張係数（CTE）
- 貯蔵弾性率（Storage Modulus）
- 硬化中および硬化後のアウトガス
などがあります。
多くの場合、接着剤の機械的特性は、電子機器における最終接着部の信頼性と直接関係しています。
電子機器組立で使用される接着剤は、
例えば低温環境から高温環境へ移行するような、
大きな環境ストレスに耐えることが求められます。
機械的特性が装置の信頼性へ及ぼす影響は、接着剤がどのような信頼性試験を、どのレベルで満たす必要があるかによって異なります。
しかし、接着剤のTgとCTEの関係は、重要な関係であると考えられています。
そのため、これらの機械的特性と、
両者の関係が温度変化による信頼性へどのような影響を与えるかを理解することは有益です。
ガラス転移温度(Tg)
Tgは、
一般的に、
硬化した接着剤が
「ガラス状態（Glassy Phase）」から「ゴム状態（Rubbery Phase）」へ移行する温度
と考えられています。
より簡単には、
剛性状態から柔軟状態へ移行する温度
です。
Tgは通常、
一つの温度として表されますが、
実際には温度範囲であり、
次の要因の影響を受けます。
- 接着剤を硬化させた最高硬化温度
（高い硬化温度 → より高いTg） - 大気中の水分
- 接着剤の配合成分
熱膨張係数（CTE）
すべての材料には、
熱膨張係数（Coefficient of Thermal Expansion：CTE）
という重要な熱特性があります。
これは、
温度変化に対して材料がどの程度体積膨張するかを示すものです。
通常、
ppm/℃で表され、
温度が1℃変化した場合、
材料は**0.0001%（1/10,000%）**膨張または収縮します。
ポリマー系接着剤では、
Tgより上のCTEは
α1（Alpha1）
Tgより下は
α2（Alpha2）
と呼ばれます。
多くのポリマー接着剤では、
Tgの上下でCTEは比較的近い値となります。
そのため、
CTEを低減するには、
慎重に選定した無機フィラーを配合する必要があります。
接着剤の信頼性とTg・CTEの関係追加
接着剤の信頼性には、
多くの要因が影響します。
また、
どの材料特性を最も重視すべきかについては、
さまざまな考え方があります。
用途ごとに要求事項は異なりますが、
一般的には、
高いTg
と
低いCTE
を実現することが、
高い信頼性を得るために有利であると考えられています。
これは特に、
ポリマー接着剤と、
電子機器で一般的に使用される無機基材との間に、
CTE差が大きい場合に重要になります。
CTE差が大きいと、
接着構造内に機械的応力が発生し、
最終的に接着強度や耐久性が低下します。
この影響は、
接着剤が
Tg以上（α1領域）
となる温度域で最も大きくなります。
前述のように、
CTEは無機フィラーを添加することで低減できます。
しかし、
高いTgを維持することにも利点があります。
接着剤が使用中に、
頻繁にα1とα2を行き来するのではなく、
主としてα2領域で使用されることで、
CTE差による応力が低減され、
より高い接着信頼性が得られます。
KE9000シリーズは、
高いTgと低いCTEを兼ね備えているため、
コンシューマー電子機器の組立だけでなく、
鉛フリーリフローに耐える必要がある
パッケージや部品組立用途にも適しています。
KRYLEX KE9000シリーズ
KRYLEXの材料開発チームは、
高いガラス転移温度（Tg）と、
非常に低い熱膨張係数（CTE）を備えた接着剤シリーズを開発しました。
これにより、
電子機器組立におけるCTE差の課題へ対応します。
代表的な用途は、
- 車載カメラモジュール組立
- 部品固定（Component Staking）
- コーナーボンディング
- 高性能コネクタ
- 半導体パッケージ・部品組立
です。
さらに、
低CTE・高Tgに加え、
KE9000シリーズは、
硬化中および硬化後のアウトガスが非常に少ないため、
アウトガスが性能へ影響する用途にも適しています。
また、
用途に応じた最適なディスペンス特性となるよう設計されています。
KE9000シリーズの材料特性
KE9000シリーズは、
以下の特性を持つよう開発されています。
| KE9001 | KE9002 | KE9003 | KE9004 | KE9005 | KE9006 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 外観 | 白 | 黒 | 黒 | 黒 | 黒 | 黒 |
| 化学系 | カチオンエポキシ | カチオンエポキシ | カチオンエポキシ | エポキシ／酸無水物 | エポキシ／酸無水物 | エポキシ／アミン |
| 粘度（CP52、25℃、cps＠10rpm） | 40,000 | 280,000 | 40,000 | 25,000 | 52,000 | 45,000 |
| 密度（g/mL） | 1.5 | 1.9 | 1.6 | 1.7 | 1.7 | 1.5 |
| チキソトロピー指数（1/10rpm） | ＞3.5 | ＞3.5 | 5 | 1.5 | 4 | 4.5 |
| 作業可能時間（日、25℃） | 3 | 3 | 3 | 1 | 1 | 1 |
| 熱硬化条件（℃／分） | （80–95）／（39–60） | 130／10 または 150／5 | — | 125／30 ＋ 165／90 | — | 100／60 |
| 貯蔵弾性率（25℃、GPa） | 5.5 | 17 | 8 | 13 | 13 | 3.5 |
| Tg（DMA、5℃／分、℃） | 160 | 160 | 160 | 120 | 120 | 115 |
| CTE1（TMA、10℃／分、ppm／℃） | 37 | 14 | 25 | 17 | 17 | 40 |
| CTE2（TMA、10℃／分、ppm／℃） | 65 | 44 | 120 | 55 | 55 | 160 |
| 質量減少（wt%） | 0.5 | 0.2 | 0.4 | 0.8 | 0.8 | 0.5 |
| 吸水率（wt%、24時間PCT） | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.6 | 0.6 | — |
| ショアD硬度 | 92 | 92 | 80 | 90 | 90 | 90 |
| フィラー最大粒径（μm） | 25 | 53 | 53 | 150 | 150 | 20 |
まとめ
高Tgプラットフォームである
KE9000シリーズは、
さまざまな電子機器組立用途において、
信頼性向上を目的として開発されました。
一般的な特長は次のとおりです。
- 高Tg
- 低CTE
- 硬化中・硬化後ともに非常に低いアウトガス
- 低く予測可能な収縮率
- 用途に応じて最適化されたディスペンス特性
- 信頼性向上
主な用途
- コネクタ組立
- 電子部品組立
- 車載アクティブアライメント
- コーナーボンディング
- 部品固定（Component Staking）
- フェンスボンディング
- ダイボンディング
- コパッケージドオプティクス（Co-Packaged Optics）