特表-18174066IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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再表2018-174066導電性粒子、導電材料及び接続構造体
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年9月27日
【発行日】2020年1月23日
(54)【発明の名称】導電性粒子、導電材料及び接続構造体
(51)【国際特許分類】
   H01B 5/00 20060101AFI20191220BHJP
   H01B 1/00 20060101ALI20191220BHJP
   H01B 1/22 20060101ALI20191220BHJP
   H01B 5/16 20060101ALI20191220BHJP
   B22F 1/02 20060101ALI20191220BHJP
   B22F 1/00 20060101ALI20191220BHJP
   C22C 13/02 20060101ALN20191220BHJP
   C22C 12/00 20060101ALN20191220BHJP
   B23K 35/26 20060101ALN20191220BHJP
【FI】
   H01B5/00 C
   H01B1/00 C
   H01B1/22 A
   H01B1/22 D
   H01B5/16
   B22F1/02 A
   B22F1/00 R
   C22C13/02
   C22C12/00
   B23K35/26 310C
   B23K35/26 310A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】36
【出願番号】特願2018-517647(P2018-517647)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年3月20日
(31)【優先権主張番号】特願2017-57631(P2017-57631)
(32)【優先日】2017年3月23日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001232
【氏名又は名称】特許業務法人 宮▲崎▼・目次特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保田 敬士
(72)【発明者】
【氏名】西岡 敬三
【テーマコード(参考)】
4K018
5G301
5G307
【Fターム(参考)】
4K018BB04
4K018BC24
4K018BD04
4K018KA33
4K018KA34
5G301DA03
5G301DA10
5G301DA13
5G301DA29
5G301DA42
5G301DA60
5G301DD01
5G301DD03
5G307AA02
5G307HA02
5G307HB03
5G307HC01
(57)【要約】
低温で容易に実装することができ、さらに、接続部の耐衝撃性を効果的に高めることができる導電性粒子を提供する。
本発明に係る導電性粒子は、融点が200℃未満のはんだ粒子と、前記はんだ粒子の表面上に配置された被覆部とを備え、前記被覆部が、銀を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
融点が200℃未満のはんだ粒子と、
前記はんだ粒子の表面上に配置された被覆部とを備え、
前記被覆部が、銀を含む、導電性粒子。
【請求項2】
前記はんだ粒子が、スズ及びビスマスを含む、請求項1に記載の導電性粒子。
【請求項3】
導電性粒子100重量%中、前記銀の含有量が、1重量%以上、20重量%以下である、請求項1又は2に記載の導電性粒子。
【請求項4】
前記はんだ粒子の表面積全体100%中、前記はんだ粒子の表面の前記被覆部により覆われている表面積が、80%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電性粒子。
【請求項5】
前記被覆部の厚みが、0.1μm以上、5μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電性粒子。
【請求項6】
前記はんだ粒子の外表面と前記被覆部との間に、ニッケルを含む金属部を備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電性粒子。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性粒子と、熱硬化性化合物とを含む、導電材料。
【請求項8】
導電材料100重量%中、前記導電性粒子の含有量が、50重量%を超える、請求項7に記載の導電材料。
【請求項9】
前記熱硬化性化合物が、ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物を含む、請求項7又は8に記載の導電材料。
【請求項10】
融点が50℃以上、140℃以下であるフラックスを含む、請求項7〜9のいずれか1項に記載の導電材料。
【請求項11】
25℃での粘度が、20Pa・s以上、600Pa・s以下である、請求項7〜10のいずれか1項に記載の導電材料。
【請求項12】
導電ペーストである、請求項7〜11のいずれか1項に記載の導電材料。
【請求項13】
少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と、前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、
前記接続部の材料が、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電性粒子を含み、
前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体。
【請求項14】
前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている、請求項13に記載の接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、はんだを含む導電性粒子に関する。また、本発明は、上記導電性粒子を用いた導電材料及び接続構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
異方性導電ペースト及び異方性導電フィルム等の異方性導電材料が広く知られている。上記異方性導電材料では、バインダー中に導電性粒子が分散されている。
【0003】
上記異方性導電材料は、各種の接続構造体を得るために用いられる。上記異方性導電材料による接続としては、例えば、フレキシブルプリント基板とガラス基板との接続(FOG(Film on Glass))、半導体チップとフレキシブルプリント基板との接続(COF(Chip on Film))、半導体チップとガラス基板との接続(COG(Chip on Glass))、並びにフレキシブルプリント基板とガラスエポキシ基板との接続(FOB(Film on Board))等が挙げられる。
【0004】
上記異方性導電材料により、例えば、フレキシブルプリント基板の電極とガラスエポキシ基板の電極とを電気的に接続する際には、ガラスエポキシ基板上に、導電性粒子を含む異方性導電材料を配置する。次に、フレキシブルプリント基板を積層して、加熱及び加圧する。これにより、異方性導電材料を硬化させて、導電性粒子を介して電極間を電気的に接続して、接続構造体を得る。
【0005】
上記異方性導電材料等の導電材料が下記の特許文献1〜3に開示されている。
【0006】
下記の特許文献1には、導電性粒子と、該導電性粒子の融点で硬化が完了しない樹脂成分とを含む異方性導電材料が記載されている。上記導電性粒子としては、具体的には、錫(Sn)、インジウム(In)、ビスマス(Bi)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、銀(Ag)及びタリウム(Tl)等の金属や、これらの金属の合金が挙げられている。
【0007】
特許文献1では、上記導電性粒子の融点よりも高く、かつ上記樹脂成分の硬化が完了しない温度に、異方性導電材料を加熱する樹脂加熱ステップと、上記樹脂成分を硬化させる樹脂成分硬化ステップとを経て、電極間を電気的に接続することが記載されている。また、特許文献1には、特許文献1の図8に示された温度プロファイルで実装を行うことが記載されている。特許文献1では、異方性導電材料が加熱される温度にて硬化が完了しない樹脂成分内で、導電性粒子が溶融する。
【0008】
下記の特許文献2には、熱硬化性樹脂を含む樹脂層と、はんだ粉と、硬化剤とを含み、上記はんだ粉と上記硬化剤とが上記樹脂層中に存在する接着テープ(導電材料)が開示されている。
【0009】
下記の特許文献3には、粒子と、該粒子の表面に無電解メッキ法により形成された導電性被膜とを備える導電性粒子が開示されている。上記導電性被膜は、無電解メッキにより内側から順に形成されたニッケルメッキ被膜、錫メッキ被膜、及びビスマスメッキ被膜を有する。また、上記導電性被膜は、最外側の表面に銀メッキ被膜を有する。上記導電性粒子は、異方性導電材料に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2004−260131号公報
【特許文献2】WO2008/023452A1
【特許文献3】WO2006/085481A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
従来の導電材料では、導電性粒子又ははんだ粒子が酸化されやすく、接続される電極間の接続部の耐衝撃性を十分に高めることができないことがある。特に、導電材料を用いた実装後の基板等において、接続部の耐衝撃性が十分に高くない場合には、基板の落下等の衝撃により接続部にクラック等が発生することがある。結果として、電極間の導通信頼性を十分に高めることは困難である。
【0012】
接続部の耐衝撃性を高める方法として、従来の導電性粒子又ははんだ粒子の代わりに、SAC(スズ−銀−銅合金)粒子を用いる方法が挙げられる。しかしながら、SAC粒子は融点が200℃以上であり、低温で実装することは困難である。
【0013】
本発明の目的は、低温で容易に実装することができ、さらに、接続部の耐衝撃性を効果的に高めることができる導電性粒子を提供することである。また、本発明の目的は、上記導電性粒子を用いた導電材料及び接続構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明の広い局面によれば、融点が200℃未満のはんだ粒子と、前記はんだ粒子の表面上に配置された被覆部とを備え、前記被覆部が、銀を含む、導電性粒子が提供される。
【0015】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記はんだ粒子が、スズ及びビスマスを含む。
【0016】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、導電性粒子100重量%中、前記銀の含有量が、1重量%以上、20重量%以下である。
【0017】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記はんだ粒子の表面積全体100%中、前記はんだ粒子の表面の前記被覆部により覆われている表面積が、80%以上である。
【0018】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記被覆部の厚みが、0.1μm以上、5μm以下である。
【0019】
本発明に係る導電性粒子のある特定の局面では、前記導電性粒子が、前記はんだ粒子の外表面と前記被覆部との間に、ニッケルを含む金属部を備える。
【0020】
本発明の広い局面によれば、上述した導電性粒子と、熱硬化性化合物とを含む、導電材料が提供される。
【0021】
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、導電材料100重量%中、前記導電性粒子の含有量が、50重量%を超える。
【0022】
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、前記熱硬化性化合物が、ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物を含む。
【0023】
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、前記導電材料が、融点が50℃以上、140℃以下であるフラックスを含む。
【0024】
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、25℃での粘度が、20Pa・s以上、600Pa・s以下である。
【0025】
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、前記導電材料が、導電ペーストである。
【0026】
本発明の広い局面によれば、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、前記第1の接続対象部材と、前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、前記接続部の材料が、上述した導電性粒子を含み、前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体が提供される。
【0027】
本発明に係る接続構造体のある特定の局面では、前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている。
【発明の効果】
【0028】
本発明に係る導電性粒子は、融点が200℃未満のはんだ粒子と、上記はんだ粒子の表面上に配置された被覆部とを備える。本発明に係る導電性粒子では、上記被覆部が、銀を含む。本発明に係る導電性粒子では、上記の構成が備えられているので、低温で容易に実装することができ、さらに、接続部の耐衝撃性を効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
図1図1は、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて得られる接続構造体を模式的に示す断面図である。
図2図2(a)〜(c)は、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて、接続構造体を製造する方法の一例の各工程を説明するための断面図である。
図3図3は、接続構造体の変形例を示す断面図である。
図4図4は、本発明の第1の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
図5図5は、本発明の第2の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明の詳細を説明する。
【0031】
(導電性粒子)
本発明に係る導電性粒子は、はんだ粒子と、該はんだ粒子の表面上に配置された被覆部とを備える。本発明に係る導電性粒子では、上記はんだ粒子の融点は、200℃未満である。本発明に係る導電性粒子では、上記被覆部は、銀を含む。
【0032】
本発明では、上記の構成が備えられているので、低温で容易に実装することができ、さらに、接続部の耐衝撃性を効果的に高めることができる。
【0033】
また、接続構造体の作製時には、スクリーン印刷等によって基板等の接続対象部材上に導電性粒子を含む導電材料が配置された後、電極間が電気的に接続されるまでに、一定期間放置されることがある。従来の導電性粒子では、例えば、一定期間放置されている間に、導電性粒子から金属イオンが溶出することがある。溶出した金属イオンは、導電材料中の熱硬化性化合物等の硬化を促進させ、導電材料を増粘させることがある。結果として、電極上に導電性粒子におけるはんだを効率的に配置することができず、電極間の導通信頼性が低下することがある。本発明では、上記の構成が採用されているので、導電性粒子を含む導電材料が配置された後に一定期間放置されても、導電材料の増粘を防止し、電極上に導電性粒子におけるはんだを効率的に配置することができ、電極間の導通信頼性を十分に高めることができる。
【0034】
さらに、本発明では、電極幅及び電極間幅が狭い電極に対応するために、はんだ粒子の粒子径を小さくしても、はんだ粒子の表面の酸化を防止することができ、はんだの濡れ性を良好に保つことができる。従来の導電材料では、電極幅又は電極間幅が狭い場合に、電極上にはんだを寄せ集め難い傾向がある。本発明では、電極幅又は電極間幅が狭くても、電極上に導電性粒子におけるはんだを十分に寄せ集めることができる。
【0035】
本発明では、上記のような効果を得るために、上記導電性粒子が銀を含む被覆部を備えることは大きく寄与する。
【0036】
また、本発明では、上記の構成が備えられているので、電極間を電気的に接続した場合に、複数の導電性粒子が、上下の対向した電極間に集まりやすく、複数の導電性粒子を電極(ライン)上に効率的に配置することができる。また、複数の導電性粒子の一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置される導電性粒子の量をかなり少なくすることができる。従って、電極間の導通信頼性を高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続を防ぐことができ、絶縁信頼性を高めることができる。
【0037】
さらに、本発明では、電極間の位置ずれを防ぐことができる。本発明では、導電性粒子を含む導電材料を上面に配置した第1の接続対象部材に、第2の接続対象部材を重ね合わせた際に、第1の電極と第2の電極とのアライメントがずれた状態でも、そのずれを補正して、第1の電極と第2の電極とを接続させることができる(セルフアライメント効果)。
【0038】
図4は、本発明の第1の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【0039】
図4に示す導電性粒子21は、はんだ粒子22と、はんだ粒子22の表面上に配置された被覆部23とを備える。はんだ粒子22の融点は、200℃未満である。被覆部23は、銀を含む。被覆部23は、はんだ粒子22の表面を被覆している。導電性粒子21は、はんだ粒子22の表面が被覆部23により被覆された被覆粒子である。上記被覆部は、上記はんだ粒子の表面を完全に被覆していてもよく、上記はんだ粒子の表面を完全に被覆していなくてもよい。上記はんだ粒子は、上記被覆部によって被覆されていない部分を有していてもよい。
【0040】
図5は、本発明の第2の実施形態に係る導電性粒子を示す断面図である。
【0041】
図5に示す導電性粒子31は、はんだ粒子22と、はんだ粒子22の表面上に配置された金属部32と、金属部32の表面上に配置された被覆部23とを備える。導電性粒子31は、はんだ粒子22と被覆部23との間に、金属部32を備える。金属部32は、はんだ粒子22の表面を被覆している。被覆部23は、金属部32の表面を被覆している。被覆部23は、銀を含む。金属部32は、ニッケルを含む。導電性粒子31は、はんだ粒子22の表面が金属部32及び被覆部23により被覆された被覆粒子である。
【0042】
上記導電性粒子の粒子径は、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは3μm以上、特に好ましくは5μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは40μm以下、より一層好ましくは30μm以下、さらに好ましくは20μm以下、特に好ましくは15μm以下、最も好ましくは10μm以下である。上記導電性粒子の粒子径が、上記下限以上及び上記上限以下であると、導電性粒子におけるはんだを電極上により一層効率的に配置することができる。上記導電性粒子の粒子径は、5μm以上、30μm以下であることが特に好ましい。
【0043】
上記導電性粒子の粒子径は、数平均粒子径を示す。導電性粒子の粒子径は、例えば、任意の導電性粒子50個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各導電性粒子の粒子径の平均値を算出することや、レーザー回折式粒度分布測定を行うことにより求められる。
【0044】
上記導電性粒子の粒子径の変動係数(CV値)は、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上であり、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下である。上記導電性粒子の粒子径の変動係数が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置することができる。但し、上記導電性粒子の粒子径のCV値は、5%未満であってもよい。
【0045】
上記変動係数(CV値)は、以下のようにして測定できる。
【0046】
CV値(%)=(ρ/Dn)×100
ρ:導電性粒子の粒子径の標準偏差
Dn:導電性粒子の粒子径の平均値
【0047】
上記導電性粒子の形状は特に限定されない。上記導電性粒子の形状は、球状であってもよく、扁平状等の球形状以外の形状であってもよい。
【0048】
以下、導電性粒子のその他の詳細を説明する。
【0049】
(はんだ粒子)
上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子の代わりに、はんだ以外の材料から形成された基材粒子と該基材粒子の表面上に配置されたはんだ部とを備える導電性粒子を用いた場合には、電極上に導電性粒子が集まり難くなる。また、導電性粒子同士のはんだ接合性が低いために、電極上に移動した導電性粒子が電極外に移動しやすくなる傾向があり、電極間の位置ずれの抑制効果も低くなる傾向がある。
【0050】
上記はんだは、融点が450℃以下である金属(低融点金属)であることが好ましい。上記はんだ粒子は、融点が450℃以下である金属粒子(低融点金属粒子)であることが好ましい。上記低融点金属粒子は、低融点金属を含む粒子である。該低融点金属とは、融点が450℃以下の金属を示す。低融点金属の融点は好ましくは300℃以下、より好ましくは200℃未満、さらに好ましくは160℃以下である。
【0051】
本発明に係る導電性粒子では、上記はんだ粒子の融点は、200℃未満である。低温でより一層容易に実装する観点からは、上記はんだ粒子は、融点が200℃未満の低融点はんだであることが好ましく、融点が150℃未満の低融点はんだであることがより好ましい。
【0052】
低温でより一層容易に実装する観点からは、上記はんだ粒子は、スズ及びビスマスを含むことが好ましい。上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、スズの含有量は、好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは70重量%以上、特に好ましくは90重量%以上である。上記はんだ粒子におけるスズの含有量が、上記下限以上であると、はんだ部と電極との接続信頼性がより一層高くなる。上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、ビスマスの含有量は、好ましくは40重量%以上、より好ましくは45重量%以上、さらに好ましくは48重量%以上、特に好ましくは50重量%以上である。上記はんだ粒子におけるビスマスの含有量が、上記下限以上であると、はんだ部と電極との接続信頼性がより一層高くなる。
【0053】
上記スズ及びビスマスの含有量は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP−AES」)、又は蛍光X線分析装置(島津製作所社製「EDX−800HS」)等を用いて測定することができる。
【0054】
上記はんだ粒子を用いることで、はんだが溶融して電極に接合し、はんだ部が電極間を導通させる。例えば、はんだ部と電極とが点接触ではなく面接触しやすいため、接続抵抗が低くなる。また、上記はんだ粒子の使用により、はんだ部と電極との接合強度が高くなる結果、はんだ部と電極との剥離がより一層生じ難くなり、導通信頼性及び接続信頼性がより一層高くなる。
【0055】
上記はんだ粒子を構成する低融点金属は、融点が200℃未満であれば特に限定されない。該低融点金属は、スズ、又はスズを含む合金であることが好ましい。該合金は、スズ−銀合金、スズ−銅合金、スズ−銀−銅合金、スズ−ビスマス合金、スズ−亜鉛合金、スズ−インジウム合金等が挙げられる。電極に対する濡れ性に優れることから、上記低融点金属は、スズ、スズ−銀合金、スズ−銀−銅合金、スズ−ビスマス合金、スズ−インジウム合金であることが好ましい。スズ−ビスマス合金、スズ−インジウム合金であることがより好ましい。
【0056】
上記はんだ粒子は、JIS Z3001:溶接用語に基づき、液相線が450℃以下である溶加材であることが好ましい。上記はんだ粒子の組成としては、例えば亜鉛、金、銀、鉛、銅、スズ、ビスマス、インジウム等を含む金属組成が挙げられる。低融点で鉛フリーであるスズ−インジウム系(117℃共晶)、又はスズ−ビスマス系(139℃共晶)が好ましい。すなわち、上記はんだ粒子は、鉛を含まないことが好ましく、スズとインジウムとを含むか、又はスズとビスマスとを含むことが好ましい。
【0057】
はんだ部と電極との接合強度をより一層高めるために、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム、亜鉛、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、コバルト、ビスマス、マンガン、クロム、モリブデン、パラジウム等の金属を含んでいてもよい。また、はんだ部と電極との接合強度をさらに一層高める観点からは、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム又は亜鉛を含むことが好ましい。はんだ部と電極との接合強度をより一層高める観点からは、接合強度を高めるためのこれらの金属の含有量は、はんだ粒子100重量%中、好ましくは0.0001重量%以上、好ましくは1重量%以下である。
【0058】
上記はんだ粒子の粒子径は、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは3μm以上、特に好ましくは5μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは40μm以下、より一層好ましくは30μm以下、さらに好ましくは20μm以下、特に好ましくは15μm以下、最も好ましくは10μm以下である。上記はんだ粒子の粒子径が、上記下限以上及び上記上限以下であると、導電性粒子におけるはんだを電極上により一層効率的に配置することができる。上記はんだ粒子の粒子径は、5μm以上、30μm以下であることが特に好ましい。
【0059】
上記はんだ粒子の粒子径は、数平均粒子径を示す。はんだ粒子の粒子径は、例えば、任意のはんだ粒子50個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各はんだ粒子の粒子径の平均値を算出することや、レーザー回折式粒度分布測定を行うことにより求められる。
【0060】
上記はんだ粒子の粒子径の変動係数(CV値)は、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上であり、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下である。上記はんだ粒子の粒子径の変動係数が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置することができる。但し、上記はんだ粒子の粒子径のCV値は、5%未満であってもよい。
【0061】
上記変動係数(CV値)は、以下のようにして測定できる。
【0062】
CV値(%)=(ρ/Dn)×100
ρ:はんだ粒子の粒子径の標準偏差
Dn:はんだ粒子の粒子径の平均値
【0063】
上記はんだ粒子の形状は特に限定されない。上記はんだ粒子の形状は、球状であってもよく、扁平状等の球形状以外の形状であってもよい。
【0064】
(被覆部)
上記被覆部は、上記はんだ粒子の表面上に配置されている。上記被覆部は、銀を含む。上記被覆部は、銀のみを含んでいてもよく、銀以外の金属を含んでいてもよい。上記被覆部に含まれる銀以外の金属は特に限定されず、金、銅、ニッケル、パラジウム、及びチタン等が挙げられる。
【0065】
導電性粒子100重量%中、上記銀の含有量は、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上、さらに好ましくは10重量%以上、特に好ましくは11重量%以上であり、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下、さらに好ましくは13重量%以下である。上記銀の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、低温でより一層容易に実装することができ、接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高めることができる。
【0066】
低温でより一層容易に実装する観点、及び接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記はんだ粒子の表面積全体100%中、上記はんだ粒子の表面の上記被覆部により覆われている表面積(被覆率)は、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上である。上記被覆率の上限は特に限定されない。上記被覆率は、100%以下であってもよい。
【0067】
上記被覆率は、上記導電性粒子をSEM−EDX分析することで、Agマッピングを行い、画像解析することで算出することができる。
【0068】
低温でより一層容易に実装する観点、及び接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記被覆部の厚みは、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上であり、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。なお、上記被覆部の厚みは、上記はんだ粒子の表面上に配置された被覆部がある部分のみの被覆部の厚みを意味する。上記はんだ粒子の表面上に配置された被覆部がない部分については、被覆部の厚みを算出する際に考慮されない。
【0069】
上記被覆部が銀のみから形成されている場合において、上記被覆部の厚みは、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上、特に好ましくは1.5μm以上であり、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。上記被覆部が銀のみから形成されている場合において、上記被覆部の厚みが、上記下限以上及び上記上限以下であると、低温でより一層容易に実装することができ、接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高めることができる。
【0070】
また、上記被覆部は、単層であってもよく、2層以上の層(多層)であってもよい。上記被覆部が2層以上の層(多層)である場合には、上記被覆部の厚みは、上記被覆部全体の厚みを意味する。
【0071】
上記被覆部の厚みは、上記はんだ粒子の粒子径と上記導電性粒子の粒子径との差により算出することができる。
【0072】
低温でより一層容易に実装する観点、及び接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記被覆部の厚みの上記はんだ粒子の粒子径に対する比(被覆部の厚み/はんだ粒子の粒子径)は、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.01以上であり、好ましくは5以下、より好ましくは1以下である。
【0073】
上記被覆部を備える導電性粒子を導電材料等に用いることで、導電性粒子からの金属イオンの溶出を効果的に防止することができ、導電材料の増粘を効果的に防止することができる。また、導電性粒子が上記被覆部を備えることで、導電性粒子のはんだの表面の酸化を効果的に防止することができ、はんだの濡れ性をより一層良好に保つことができる。
【0074】
さらに、導電接続(実装)前においては、導電性粒子における上記はんだ粒子のはんだと上記被覆部に含まれる銀とはそれぞれ独立して存在しており、合金化していないことが好ましい。この場合には、導電接続前の導電性粒子は、上記はんだ粒子の融点で溶融させることができる。上記はんだ粒子は、融点が200℃未満の低融点はんだであることが好ましいことから、導電接続(実装)前の導電性粒子は、比較的低温で溶融させることができ、低温で容易に導電接続(実装)することができる。また、導電接続(実装)後においては、導電接続(実装)時に付与される熱により、導電性粒子における上記はんだ粒子のはんだと上記被覆部含まれる銀とが、合金化していることが好ましい。この場合には、導電接続(実装)後の接続部(はんだ部)の融点が、上記はんだ粒子の融点よりも高くなるので、接続部(はんだ部)の耐衝撃性を効果的に高めることができる。
【0075】
(金属部)
上記導電性粒子は、上記はんだ粒子の外表面と上記被覆部との間に、ニッケルを含む金属部を備えることが好ましい。上記導電性粒子は、上記はんだ粒子の表面上に配置された金属部と、上記金属部の表面上に配置された被覆部とを備えることが好ましい。上記導電性粒子が、上記の好ましい態様を満足することで、低温でより一層容易に実装することができ、接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高めることができる。
【0076】
上記金属部は、ニッケルを含むことが好ましい。上記金属部は、ニッケル以外の金属を含んでいてもよい。上記金属部に含まれるニッケル以外の金属は特に限定されず、金、銀、銅、パラジウム、及びチタン等が挙げられる。
【0077】
低温でより一層容易に実装する観点、及び接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属部の厚みは、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上であり、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。なお、上記金属部の厚みは、上記はんだ粒子の表面上に配置された金属部がある部分のみの金属部を厚みを意味する。上記はんだ粒子の表面上に配置された金属部がない部分については、金属部の厚みを算出する際に考慮されない。
【0078】
上記金属部がニッケルのみから形成されている場合において、低温でより一層容易に実装する観点、及び接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属部の厚みは、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上であり、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。
【0079】
また、上記金属部は、単層であってもよく、2層以上の層(多層)であってもよい。上記金属部が2層以上の層(多層)である場合には、上記金属部の厚みは、上記金属部全体の厚みを意味する。
【0080】
上記金属部の厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、導電性粒子の断面を観察することにより求めることができる。
【0081】
低温でより一層容易に実装する観点、及び接続部の耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属部の厚みの上記はんだ粒子の粒子径に対する比(金属部の厚み/はんだ粒子の粒子径)は、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.01以上であり、好ましくは5以下、より好ましくは1以下である。
【0082】
(導電材料)
本発明に係る導電材料は、上述した導電性粒子と熱硬化性化合物とを含むことが好ましい。
【0083】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料は、25℃で液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。
【0084】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料の25℃での粘度(η25)は、好ましくは20Pa・s以上、より好ましくは30Pa・s以上であり、好ましくは600Pa・s以下、より好ましくは300Pa・s以下である。上記粘度(η25)は、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
【0085】
上記粘度(η25)は、例えば、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)等を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定することができる。
【0086】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電性粒子の融点における上記導電材料の粘度(ηmp)は、好ましくは0.1Pa・s以上、より好ましくは0.5Pa・s以上であり、好ましくは5Pa・s以下、より好ましくは1Pa・s以下である。上記粘度(ηmp)は、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
【0087】
導電性粒子の融点は、導電性粒子におけるはんだの電極上への移動に影響しやすい温度である。
【0088】
上記導電性粒子の融点における上記導電材料の粘度(ηmp)は、例えば、STRESSTECH(REOLOGICA社製)等を用いて、歪制御1rad、周波数1Hz、昇温速度20℃/分、測定温度範囲40℃〜導電性粒子の融点の条件で測定することができる。この測定において、導電性粒子の融点での粘度を導電材料の粘度(ηmp)とする。
【0089】
上記導電材料は、導電ペースト及び導電フィルム等として使用され得る。上記導電ペーストは異方性導電ペーストであることが好ましく、上記導電フィルムは異方性導電フィルムであることが好ましい。電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料は、導電ペーストであることが好ましい。上記導電材料は、電極の電気的な接続に好適に用いられる。上記導電材料は、回路接続材料であることが好ましい。
【0090】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料100重量%中、上記導電性粒子の含有量は、50重量%を超えることが好ましい。上記導電材料100重量%中、上記導電性粒子の含有量が、50重量%を超える場合に、低温での実装性、及び接続部の耐衝撃性の向上効果がより一層発揮される。上記導電材料100重量%中、上記導電性粒子の含有量は、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上であり、好ましくは90重量%以下、より好ましくは80重量%以下である。上記導電性粒子の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置することができ、電極間に導電性粒子を多く配置することが容易であり、導通信頼性がより一層高くなる。導通信頼性をより一層高める観点からは、上記導電性粒子の含有量は多い方が好ましい。
【0091】
以下、導電材料に含まれる各成分を説明する。なお、本明細書中において、「(メタ)アクリル」は「アクリル」と「メタクリル」との一方又は双方を意味し、「(メタ)アクリレート」は「アクリレート」と「メタクリレート」との一方又は双方を意味する。
【0092】
(熱硬化性化合物)
上記導電材料は、熱硬化性化合物を含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は、加熱により硬化可能な化合物である。上記熱硬化性化合物としては、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。導電材料の硬化性及び粘度をより一層良好にし、接続信頼性をより一層高める観点から、上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物であることが好ましい。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0093】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記熱硬化性化合物は、ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物を含むことが好ましい。
【0094】
上記ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物としては、炭素数3〜12のアルキル鎖の両末端にグリシジルエーテル基を有する化合物、並びに炭素数2〜4のポリエーテル骨格を有し、該ポリエーテル骨格2〜10個が連続して結合した構造単位を有するポリエーテル型エポキシ化合物等が挙げられる。
【0095】
導電材料の硬化物の耐熱性をより一層高める観点、並びに導電材料の硬化物の誘電率をより一層低くする観点からは、上記熱硬化性化合物は、トリアジン骨格を有する熱硬化性化合物を含むことが好ましい。
【0096】
上記トリアジン骨格を有する熱硬化性化合物としてはトリアジントリグリシジルエーテル等が挙げられ、日産化学工業社製TEPICシリーズ(TEPIC−G、TEPIC−S、TEPIC−SS、TEPIC−HP、TEPIC−L、TEPIC−PAS、TEPIC−VL、TEPIC−UC)等が挙げられる。
【0097】
上記エポキシ化合物としては、芳香族エポキシ化合物が挙げられる。上記エポキシ化合物は、レゾルシノール型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物、ベンゾフェノン型エポキシ化合物等の結晶性エポキシ化合物であることが好ましい。上記エポキシ化合物は、常温(23℃)で固体であり、かつ溶融温度がはんだの融点以下であるエポキシ化合物であることが好ましい。上記溶融温度は、好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下であり、好ましくは40℃以上である。上記の好ましいエポキシ化合物を用いることで、接続対象部材を貼り合わせた段階では、粘度が高く、搬送等の衝撃により加速度が付与された際に、第1の接続対象部材と、第2の接続対象部材との位置ずれを抑制することができる。さらに、上記の好ましいエポキシ化合物を用いることで、硬化時の熱により、導電材料の粘度を大きく低下させることができ、導電性粒子におけるはんだの凝集を効率よく進行させることができる。
【0098】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記熱硬化性化合物は、25℃で液状である熱硬化性化合物を含むことが好ましい。上記25℃で液状である熱硬化性化合物としては、エポキシ化合物及びエピスルフィド化合物等が挙げられる。
【0099】
上記導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量は、好ましくは20重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上であり、好ましくは99重量%以下、より好ましくは98重量%以下、さらに好ましくは90重量%以下、特に好ましくは80重量%以下である。上記熱硬化性化合物の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置し、電極間の位置ずれをより一層抑制し、電極間の導通信頼性をより一層高めることができる。耐衝撃性をより一層高める観点からは、上記熱硬化性化合物の含有量は多い方が好ましい。
【0100】
(熱硬化剤)
上記導電材料は、熱硬化剤を含むことが好ましい。上記導電材料は、上記熱硬化性化合物とともに熱硬化剤を含むことが好ましい。上記熱硬化剤は、上記熱硬化性化合物を熱硬化させる。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、フェノール硬化剤、チオール硬化剤、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、熱カチオン硬化剤及び熱ラジカル発生剤等がある。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0101】
導電材料を低温でより一層速やかに硬化可能とする観点からは、上記熱硬化剤は、イミダゾール硬化剤、チオール硬化剤、又はアミン硬化剤であることが好ましい。また、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤とを混合したときの保存安定性を高める観点からは、上記熱硬化剤は、潜在性の硬化剤であることが好ましい。潜在性の硬化剤は、潜在性イミダゾール硬化剤、潜在性チオール硬化剤又は潜在性アミン硬化剤であることが好ましい。なお、上記熱硬化剤は、ポリウレタン樹脂又はポリエステル樹脂等の高分子物質で被覆されていてもよい。
【0102】
上記イミダゾール硬化剤は、特に限定されない。上記イミダゾール硬化剤としては、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン及び2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物等が挙げられる。
【0103】
上記チオール硬化剤は、特に限定されない。上記チオール硬化剤としては、トリメチロールプロパントリス−3−メルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス−3−メルカプトプロピオネート及びジペンタエリスリトールヘキサ−3−メルカプトプロピオネート等が挙げられる。
【0104】
上記アミン硬化剤は、特に限定されない。上記アミン硬化剤としては、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラスピロ[5.5]ウンデカン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、メタフェニレンジアミン及びジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
【0105】
上記熱カチオン硬化剤は、特に限定されない。上記熱カチオン硬化剤としては、ヨードニウム系カチオン硬化剤、オキソニウム系カチオン硬化剤及びスルホニウム系カチオン硬化剤等が挙げられる。上記ヨードニウム系カチオン硬化剤としては、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。上記オキソニウム系カチオン硬化剤としては、トリメチルオキソニウムテトラフルオロボラート等が挙げられる。上記スルホニウム系カチオン硬化剤としては、トリ−p−トリルスルホニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。
【0106】
上記熱ラジカル発生剤は、特に限定されない。上記熱ラジカル発生剤としては、アゾ化合物及び有機過酸化物等が挙げられる。上記アゾ化合物としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等が挙げられる。上記有機過酸化物としては、ジ−tert−ブチルペルオキシド及びメチルエチルケトンペルオキシド等が挙げられる。
【0107】
上記熱硬化剤の反応開始温度は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下、特に好ましくは140℃以下である。上記熱硬化剤の反応開始温度が上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上に導電性粒子におけるはんだがより一層効率的に配置される。上記熱硬化剤の反応開始温度は80℃以上、140℃以下であることが特に好ましい。
【0108】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記熱硬化剤の反応開始温度は、上記導電性粒子におけるはんだの融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことがさらに好ましい。
【0109】
上記熱硬化剤の反応開始温度は、DSCでの発熱ピークの立ち上がり開始の温度を意味する。
【0110】
上記熱硬化剤の含有量は特に限定されない。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記熱硬化剤の含有量は、好ましくは0.01重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、好ましくは200重量部以下、より好ましくは100重量部以下、さらに好ましくは75重量部以下である。熱硬化剤の含有量が上記下限以上であると、熱硬化性化合物を十分に硬化させることが容易である。熱硬化剤の含有量が上記上限以下であると、硬化後に硬化に関与しなかった余剰の熱硬化剤が残存し難くなり、かつ硬化物の耐熱性がより一層高くなる。
【0111】
(フラックス)
上記導電材料は、フラックスを含むことが好ましい。フラックスの使用により、電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置することができる。上記フラックスは特に限定されない。上記フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。
【0112】
上記フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、アミン化合物、有機酸及び松脂等が挙げられる。上記フラックスは1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
【0113】
上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びグルタル酸等が挙げられる。上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、カルボキシル基を2個以上有する有機酸、松脂であることが好ましい。上記フラックスは、カルボキシル基を2個以上有する有機酸であってもよく、松脂であってもよい。カルボキシル基を2個以上有する有機酸、松脂の使用により、電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
【0114】
上記カルボキシル基を2個以上有する有機酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が挙げられる。
【0115】
上記アミン化合物としては、例えば、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ベンズヒドリルアミン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、フェニルイミダゾール、カルボキシベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾールカルボキシベンゾトリアゾール等が挙げられる。
【0116】
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。上記ロジン類としては、例えば、アビエチン酸、アクリル変性ロジン等が挙げられる。フラックスはロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
【0117】
上記フラックスの融点(活性温度)は、好ましくは10℃以上、より好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、好ましくは200℃以下、より好ましくは190℃以下、より一層好ましくは160℃以下、さらに好ましくは150℃以下、さらに一層好ましくは140℃以下である。上記フラックスの融点が、上記下限以上及び上記上限以下であると、フラックス効果がより一層効果的に発揮され、電極上に導電性粒子におけるはんだがより一層効率的に配置される。上記フラックスの融点(活性温度)は80℃以上、190℃以下であることが好ましい。上記フラックスの融点(活性温度)は80℃以上、140℃以下であることが特に好ましい。
【0118】
フラックスの融点(活性温度)が80℃以上、190℃以下である上記フラックスとしては、コハク酸(融点186℃)、グルタル酸(融点96℃)、アジピン酸(融点152℃)、ピメリン酸(融点104℃)、スベリン酸(融点142℃)等のジカルボン酸、安息香酸(融点122℃)、リンゴ酸(融点130℃)等が挙げられる。
【0119】
また、上記フラックスの沸点は、200℃以下であることが好ましい。
【0120】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記導電性粒子におけるはんだの融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことがさらに好ましい。
【0121】
電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記熱硬化剤の反応開始温度よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことがさらに好ましい。
【0122】
上記フラックスは、導電材料中に分散されていてもよく、導電性粒子の表面上に付着していてもよい。
【0123】
フラックスの融点が、導電性粒子におけるはんだの融点より高いことにより、電極部分に導電性粒子におけるはんだを効率的に凝集させることができる。これは、接合時に熱を付与した場合、接続対象部材上に形成された電極と、電極周辺の接続対象部材の部分とを比較すると、電極部分の熱伝導率が電極周辺の接続対象部材部分の熱伝導率よりも高いことにより、電極部分の昇温が速いことに起因する。導電性粒子におけるはんだの融点を超えた段階では、導電性粒子の内部は溶解するが、表面に形成された酸化被膜は、フラックスの融点(活性温度)に達していないので、除去されない。この状態で、電極部分の温度が先に、フラックスの融点(活性温度)に達するため、優先的に電極上に来た導電性粒子の表面の酸化被膜が除去され、導電性粒子におけるはんだが電極の表面上に濡れ拡がることができる。これにより、電極上に効率的に導電性粒子におけるはんだを凝集させることができる。
【0124】
上記導電材料100重量%中、上記フラックスの含有量は、好ましくは0.5重量%以上であり、好ましくは30重量%以下、より好ましくは25重量%以下である。上記導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、導電性粒子及び電極の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、導電性粒子及び電極の表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
【0125】
(絶縁性粒子)
導電材料の硬化物により接続される接続対象部材間の間隔を高精度に制御する観点、及びはんだ部により接続される接続対象部材間の間隔を高精度に制御する観点からは、上記導電材料は、絶縁性粒子を含むことが好ましい。上記導電材料において、上記絶縁性粒子は、上記はんだ粒子の表面に付着していなくてもよい。上記導電材料中で、上記絶縁性粒子は上記はんだ粒子と離れて存在することが好ましい。
【0126】
上記絶縁性粒子の粒子径は、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは25μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは75μm以下、さらに好ましくは50μm以下である。上記絶縁性粒子の粒子径が、上記下限以上及び上記上限以下であると、導電材料の硬化物により接続される接続対象部材間の間隔、及びはんだ部により接続される接続対象部材間の間隔がより一層適度になる。
【0127】
上記絶縁性粒子の材料としては、絶縁性の樹脂、及び絶縁性の無機物等が挙げられる。上記絶縁性の樹脂としては、ポリオレフィン化合物、(メタ)アクリレート重合体、(メタ)アクリレート共重合体、ブロックポリマー、熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂の架橋物、熱硬化性樹脂及び水溶性樹脂等が挙げられる。
【0128】
上記ポリオレフィン化合物としては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。上記(メタ)アクリレート重合体としては、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート及びポリブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。上記ブロックポリマーとしては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、SB型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、及びSBS型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、並びにこれらの水素添加物等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂としては、ビニル重合体及びビニル共重合体等が挙げられる。上記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びメラミン樹脂等が挙げられる。上記水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド及びメチルセルロース等が挙げられる。水溶性樹脂が好ましく、ポリビニルアルコールがより好ましい。
【0129】
上記絶縁性無機物としては、シリカ及び有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。上記シリカにより形成された粒子としては特に限定されないが、例えば、加水分解性のアルコキシシリル基を2つ以上有するケイ素化合物を加水分解して架橋重合体粒子を形成した後に、必要に応じて焼成を行うことにより得られる粒子が挙げられる。上記有機無機ハイブリッド粒子としては、例えば、架橋したアルコキシシリルポリマーとアクリル樹脂とにより形成された有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。
【0130】
上記導電材料100重量%中、上記絶縁性粒子の含有量は、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上であり、好ましくは10重量%以下、より好ましくは5重量%以下である。上記導電材料は、上記絶縁性粒子を含んでいなくてもよい。上記絶縁性粒子の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、導電材料の硬化物により接続される接続対象部材間の間隔、及びはんだ部により接続される接続対象部材間の間隔がより一層適度になる。
【0131】
(他の成分)
上記導電材料は、必要に応じて、例えば、カップリング剤、遮光剤、反応性希釈剤、消泡剤、レベリング剤、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
【0132】
(接続構造体及び接続構造体の製造方法)
本発明に係る接続構造体は、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と、上記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した導電性粒子を含む。本発明に係る接続構造体では、上記接続部が、上述した導電性粒子であるか、又は上述した導電材料であることが好ましい。本発明に係る接続構造体では、上記接続部が、上述した導電性粒子により形成されているか、又は上述した導電材料により形成されていることが好ましい。本発明に係る接続構造体では、上記接続部が、上述した導電材料の硬化物であることが好ましい。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている。
【0133】
上記接続構造体の製造方法は、上述した導電性粒子又は上述した導電材料を用いて、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、上記導電性粒子又は上記導電材料を配置する工程を備える。上記接続構造体の製造方法は、上記導電性粒子又は上記導電材料の上記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を、上記第1の電極と上記第2の電極とが対向するように配置する工程を備える。上記接続構造体の製造方法は、上記導電性粒子の融点以上に上記導電材料を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している接続部を、上記導電性粒子又は上記導電材料により形成し、かつ、上記第1の電極と上記第2の電極とを、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続する工程を備える。好ましくは、上記熱硬化性化合物の硬化温度以上に上記導電材料を加熱する。
【0134】
本発明に係る接続構造体及び接続構造体の製造方法では、特定の導電性粒子又は特定の導電材料を用いているので、導電性粒子が第1の電極と第2の電極との間に集まりやすく、導電性粒子を電極(ライン)上に効率的に配置することができる。また、導電性粒子の一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置される導電性粒子の量をかなり少なくすることができる。従って、第1の電極と第2の電極との間の導通信頼性を高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続を防ぐことができ、絶縁信頼性を高めることができる。
【0135】
また、電極上に導電性粒子におけるはんだを効率的に配置し、かつ電極が形成されていない領域に配置されるはんだの量をかなり少なくするためには、上記導電材料は、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いることが好ましい。
【0136】
電極間でのはんだ部の厚みは、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下である。電極の表面上のはんだ濡れ面積(電極の露出した面積100%中のはんだが接している面積)は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上であり、好ましくは100%以下である。
【0137】
本発明に係る接続構造体の製造方法では、上記第2の接続対象部材を配置する工程及び上記接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記導電性粒子又は上記導電材料には、上記第2の接続対象部材の重量が加わることが好ましい。また、上記第2の接続対象部材を配置する工程及び上記接続部を形成する工程において、上記導電性粒子又は上記導電材料には、上記第2の接続対象部材の重量の力を超える加圧圧力は加わらないことが好ましい。これらの場合には、複数のはんだ部において、はんだ量の均一性をより一層高めることができる。さらに、はんだ部の厚みをより一層効果的に厚くすることができ、複数の導電性粒子が電極間に多く集まりやすくなり、複数の導電性粒子を電極(ライン)上により一層効率的に配置することができる。また、複数の導電性粒子の一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置される導電性粒子の量をより一層少なくすることができる。従って、電極間の導通信頼性をより一層高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続をより一層防ぐことができ、絶縁信頼性をより一層高めることができる。
【0138】
また、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いれば、導電ペーストの塗布量によって、接続部及びはんだ部の厚みを調整することが容易になる。一方で、導電フィルムでは、接続部の厚みを変更したり、調整したりするためには、異なる厚みの導電フィルムを用意したり、所定の厚みの導電フィルムを用意したりしなければならないという問題がある。また、導電フィルムでは、導電ペーストと比べて、導電性粒子の溶融温度で、導電フィルムの溶融粘度を十分に下げることができず、導電性粒子におけるはんだの凝集が阻害されやすい傾向がある。
【0139】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明する。
【0140】
図1は、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて得られる接続構造体を模式的に示す断面図である。
【0141】
図1に示す接続構造体1は、第1の接続対象部材2と、第2の接続対象部材3と、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している接続部4とを備える。接続部4は、上述した導電材料により形成されている。本実施形態では、上記導電材料は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤と、導電性粒子とを含む。本実施形態では、導電材料として、導電ペーストが用いられている。
【0142】
接続部4は、複数の導電性粒子が集まり互いに接合したはんだ部4Aと、熱硬化性化合物が熱硬化された硬化物部4Bとを有する。
【0143】
第1の接続対象部材2は表面(上面)に、複数の第1の電極2aを有する。第2の接続対象部材3は表面(下面)に、複数の第2の電極3aを有する。第1の電極2aと第2の電極3aとが、はんだ部4Aにより電気的に接続されている。従って、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とが、はんだ部4Aにより電気的に接続されている。なお、接続部4において、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まったはんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)では、導電性粒子は存在しない。はんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)では、はんだ部4Aと離れた導電性粒子は存在しない。なお、少量であれば、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まったはんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)に、導電性粒子が存在していてもよい。
【0144】
図1に示すように、接続構造体1では、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に、複数の導電性粒子が集まり、複数の導電性粒子が溶融した後、導電性粒子の溶融物が電極の表面を濡れ拡がった後に固化して、はんだ部4Aが形成されている。このため、はんだ部4Aと第1の電極2a、並びにはんだ部4Aと第2の電極3aとの接続面積が大きくなる。このことによっても、接続構造体1における導通信頼性及び接続信頼性が高くなる。なお、導電材料にフラックスが含まれる場合に、フラックスは、一般に、加熱により次第に失活する。
【0145】
なお、図1に示す接続構造体1では、はんだ部4Aの全てが、第1,第2の電極2a,3a間の対向している領域に位置している。図3に示す変形例の接続構造体1Xは、接続部4Xのみが、図1に示す接続構造体1と異なる。接続部4Xは、はんだ部4XAと硬化物部4XBとを有する。接続構造体1Xのように、はんだ部4XAの多くが、第1,第2の電極2a,3aの対向している領域に位置しており、はんだ部4XAの一部が第1,第2の電極2a,3aの対向している領域から側方にはみ出していてもよい。第1,第2の電極2a,3aの対向している領域から側方にはみ出しているはんだ部4XAは、はんだ部4XAの一部であり、はんだ部4XAから離れた導電性粒子ではない。なお、本実施形態では、はんだ部から離れた導電性粒子の量を少なくすることができるが、はんだ部から離れた導電性粒子が硬化物部中に存在していてもよい。
【0146】
導電性粒子の使用量を少なくすれば、接続構造体1を得ることが容易になる。導電性粒子の使用量を多くすれば、接続構造体1Xを得ることが容易になる。
【0147】
接続構造体1,1Xでは、第1の電極2aと接続部4,4Xと第2の電極3aとの積層方向に第1の電極2aと第2の電極3aとの対向し合う部分をみたときに、第1の電極2aと第2の電極3aとの対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、接続部4,4X中のはんだ部4A,4XAが配置されていることが好ましい。接続部4,4X中のはんだ部4A,4XAが、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
【0148】
上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の60%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることがより好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の70%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることがさらに好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の80%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが特に好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の90%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが最も好ましい。上記接続部中のはんだ部が、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
【0149】
上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の60%以上が配置されていることが好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の70%以上が配置されていることがより好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の90%以上が配置されていることがさらに好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の95%以上が配置されていることが特に好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の99%以上が配置されていることが最も好ましい。上記接続部中のはんだ部が、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
【0150】
次に、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて、接続構造体1を製造する方法の一例を説明する。
【0151】
先ず、第1の電極2aを表面(上面)に有する第1の接続対象部材2を用意する。次に、図2(a)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上に、熱硬化性成分11Bと、複数の導電性粒子11Aとを含む導電材料11を配置する(第1の工程)。用いた導電材料11は、熱硬化性成分11Bとして、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含む。
【0152】
第1の接続対象部材2の第1の電極2aが設けられた表面上に、導電材料11を配置する。導電材料11の配置の後に、導電性粒子11Aは、第1の電極2a(ライン)上と、第1の電極2aが形成されていない領域(スペース)上との双方に配置されている。
【0153】
導電材料11の配置方法としては、特に限定されないが、ディスペンサーによる塗布、スクリーン印刷、及びインクジェット装置による吐出等が挙げられる。
【0154】
また、第2の電極3aを表面(下面)に有する第2の接続対象部材3を用意する。次に、図2(b)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上の導電材料11において、導電材料11の第1の接続対象部材2側とは反対側の表面上に、第2の接続対象部材3を配置する(第2の工程)。導電材料11の表面上に、第2の電極3a側から、第2の接続対象部材3を配置する。このとき、第1の電極2aと第2の電極3aとを対向させる。
【0155】
次に、導電性粒子11Aの融点以上に導電材料11を加熱する(第3の工程)。好ましくは、熱硬化性成分11B(熱硬化性化合物)の硬化温度以上に導電材料11を加熱する。この加熱時には、電極が形成されていない領域に存在していた導電性粒子11Aは、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まる(自己凝集効果)。導電フィルムではなく、導電ペーストを用いた場合には、導電性粒子11Aが、第1の電極2aと第2の電極3aとの間により一層効果的に集まる。また、導電性粒子11Aは溶融し、互いに接合する。また、熱硬化性成分11Bは熱硬化する。この結果、図2(c)に示すように、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している接続部4が、導電材料11により形成される。導電材料11により接続部4が形成され、複数の導電性粒子11Aが接合することによってはんだ部4Aが形成され、熱硬化性成分11Bが熱硬化することによって硬化物部4Bが形成される。導電性粒子11Aが十分に移動すれば、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に位置していない導電性粒子11Aの移動が開始してから、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に導電性粒子11Aの移動が完了するまでに、温度を一定に保持しなくてもよい。
【0156】
本実施形態では、上記第1の工程及び上記第2の工程においては、導電性粒子11Aにおけるはんだ粒子のはんだと、導電性粒子11Aの被覆部に含まれる銀とは合金化していない。このため、上記第3の工程において導電材料11を加熱する際には、はんだ粒子の融点以上に加熱すればよく、導電性粒子11Aは比較的低温で溶融させることができ、比較的低温ではんだ部4Aを形成することができる。また、本実施形態では、複数の導電性粒子11Aが接合して形成されたはんだ部4Aにおいては、導電性粒子11Aにおけるはんだ粒子のはんだと、導電性粒子11Aの被覆部に含まれる銀とが合金化している。このため、はんだ部4Aの融点を、はんだ粒子の融点よりも高くすることができ、はんだ部4Aの耐衝撃性を効果的に高めることができる。
【0157】
本実施形態では、上記第2の工程及び上記第3の工程において、加圧を行わない方が好ましい。この場合には、導電材料11には、第2の接続対象部材3の重量が加わる。このため、接続部4の形成時に、導電性粒子11Aが、第1の電極2aと第2の電極3aとの間により一層効果的に集まる。なお、上記第2の工程及び上記第3の工程の内の少なくとも一方において、加圧を行えば、導電性粒子11Aが第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まろうとする作用が阻害される傾向が高くなる。
【0158】
また、本実施形態では、加圧を行っていないため、導電材料を塗布した第1の接続対象部材に、第2の接続対象部材を重ね合わせた際に、第1の電極と第2の電極とのアライメントがずれた状態でも、そのずれを補正して、第1の電極と第2の電極とを接続させることができる(セルフアライメント効果)。これは、第1の電極と第2の電極との間に自己凝集している溶融したはんだが、第1の電極と第2の電極との間のはんだと導電材料のその他の成分とが接する面積が最小となる方がエネルギー的に安定になるため、その最小の面積となる接続構造であるアライメントのあった接続構造にする力が働くためである。この際、導電材料が硬化していないこと、及び、その温度、時間にて、導電材料の導電性粒子以外の成分の粘度が十分低いことが望ましい。
【0159】
このようにして、図1に示す接続構造体1が得られる。なお、上記第2の工程と上記第3の工程とは連続して行われてもよい。また、上記第2の工程を行った後に、得られる第1の接続対象部材2と導電材料11と第2の接続対象部材3との積層体を、加熱部に移動させて、上記第3の工程を行ってもよい。上記加熱を行うために、加熱部材上に上記積層体を配置してもよく、加熱された空間内に上記積層体を配置してもよい。
【0160】
上記第3の工程における上記加熱温度は、好ましくは140℃以上、より好ましくは160℃以上であり、好ましくは450℃以下、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。
【0161】
上記第3の工程における加熱方法としては、導電性粒子の融点以上及び熱硬化性化合物の硬化温度以上に、接続構造体全体を、リフロー炉を用いて又はオーブンを用いて加熱する方法や、接続構造体の接続部のみを局所的に加熱する方法が挙げられる。
【0162】
局所的に加熱する方法に用いる器具としては、ホットプレート、熱風を付与するヒートガン、はんだゴテ、及び赤外線ヒーター等が挙げられる。
【0163】
また、ホットプレートにて局所的に加熱する際、接続部直下は、熱伝導性の高い金属にて、その他の加熱することが好ましくない個所は、フッ素樹脂等の熱伝導性の低い材質にて、ホットプレート上面を形成することが好ましい。
【0164】
上記第1,第2の接続対象部材は、特に限定されない。上記第1,第2の接続対象部材としては、具体的には、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びに樹脂フィルム、プリント基板、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル、リジッドフレキシブル基板、ガラスエポキシ基板及びガラス基板等の回路基板等の電子部品等が挙げられる。上記第1,第2の接続対象部材は、電子部品であることが好ましい。
【0165】
上記第1の接続対象部材及び上記第2の接続対象部材の内の少なくとも一方が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。上記第2の接続対象部材が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板は、柔軟性が高く、比較的軽量であるという性質を有する。このような接続対象部材の接続に導電フィルムを用いた場合には、導電性粒子におけるはんだが電極上に集まりにくい傾向がある。これに対して、導電ペーストを用いることで、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いたとしても、導電性粒子におけるはんだを電極上に効率的に集めることで、電極間の導通信頼性を十分に高めることができる。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いる場合に、半導体チップ等の他の接続対象部材を用いた場合と比べて、加圧を行わないことによる電極間の導通信頼性の向上効果がより一層効果的に得られる。
【0166】
上記接続対象部材に設けられている電極としては、金電極、ニッケル電極、スズ電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極、SUS電極、及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、スズ電極、銀電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物層の材料としては、3価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び3価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記3価の金属元素としては、Sn、Al及びGa等が挙げられる。
【0167】
本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極及び上記第2の電極は、エリアアレイ又はペリフェラルにて配置されていることが好ましい。上記第1の電極及び上記第2の電極が、エリアアレイ又はペリフェラルにて配置されている場合において、本発明の効果がより一層効果的に発揮される。上記エリアアレイとは、接続対象部材の電極が配置されている面にて、格子状に電極が配置されている構造のことである。上記ペリフェラルとは、接続対象部材の外周部に電極が配置されている構造のことである。電極が櫛型に並んでいる構造の場合は、櫛に垂直な方向に沿って導電性粒子におけるはんだが凝集すればよいのに対して、上記エリアアレイ又はペリフェラル構造では電極が配置されている面において、全面にて均一に導電性粒子におけるはんだが凝集する必要がある。このため、従来の方法では、はんだ量が不均一になりやすいのに対して、本発明の方法では、電極上に導電性粒子におけるはんだをより一層効率的に配置することができ、全面にて均一に導電性粒子におけるはんだを凝集させることができる。
【0168】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
【0169】
熱硬化性化合物:
熱硬化性化合物1:レゾルシノール型エポキシ化合物、共栄社化学社製「エポライトTDC−LC」、エポキシ当量120g/eq
熱硬化性化合物2:エポキシ化合物、ADEKA社製「EP−3300」、エポキシ当量160g/eq
【0170】
熱硬化剤:
潜在性エポキシ熱硬化剤1:T&K TOKA社製「フジキュア7000」
潜在性エポキシ熱硬化剤2:旭化成イーマテリアルズ社製「HXA−3922HP」
【0171】
フラックス:
フラックス1:和光純薬工業社製「グルタル酸」
【0172】
導電性粒子:
導電性粒子1(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子を用い、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:31μm、被覆部の厚み:0.5μm)
【0173】
(導電性粒子1の作製方法)
無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、1重量%のクエン酸溶液500gに入れて、はんだ粒子の表面の酸化膜を除去した。硝酸銀5gとイオン交換水1000gとを含む溶液を調製し、該溶液に酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れて混合し、懸濁液を得た。得られた懸濁液に、チオリンゴ酸30gと、N−アセチルイミダゾール80gと、次亜リン酸ナトリウム10gとを入れて混合し、メッキ液を得た。得られたメッキ液のpHが9となるように、10重量%のアンモニア溶液を用いて調整し、25℃で20分間無電解メッキを実施することによって、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0174】
導電性粒子2(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子を用い、無電解メッキにより金属部及び被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:33μm、金属部の厚み:1μm、被覆部の厚み:0.5μm)
【0175】
(導電性粒子2の作製方法)
無電解メッキにより金属部及び被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、1重量%のクエン酸溶液500gに入れて、はんだ粒子の表面の酸化膜を除去した。酸化膜を除去したはんだ粒子50gを用いて、二液活性化法によりパラジウムを付着させ、表面にパラジウムが付着したはんだ粒子を得た。硫酸ニッケル20gとイオン交換水1000gとを含む溶液を調製し、該溶液に表面にパラジウムが付着したはんだ粒子30gを入れて混合し、第1の懸濁液を得た。得られた第1の懸濁液に、クエン酸30gと、次亜リン酸ナトリウム80gと、酢酸10gとを入れて混合し、第1のメッキ液を得た。得られた第1のメッキ液のpHが10となるように、10重量%のアンモニア溶液を用いて調整し、60℃で20分間無電解メッキを実施することによって、無電解メッキにより金属部が形成された導電性粒子を得た。
【0176】
次に、硝酸銀5gとイオン交換水1000gとを含む溶液を調製し、該溶液に金属部が形成された導電性粒子50gを入れて混合し、第2の懸濁液を得た。得られた第2の懸濁液に、コハク酸イミド30gと、N−アセチルイミダゾール80gと、グリオキシル酸5gとを入れて混合し、第2のメッキ液を得た。得られた第2のメッキ液のpHが9となるように、10重量%のアンモニア溶液を用いて調整し、20℃で20分間無電解メッキを実施することによって、無電解メッキにより金属部及び被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0177】
導電性粒子3(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子を用い、電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:32μm、被覆部の厚み:1μm)
【0178】
(導電性粒子3の作製方法)
電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、1重量%のクエン酸溶液500gに入れて、はんだ粒子の表面の酸化膜を除去した。硝酸銀5gと、イオン交換水1000gと、1,3−ジブロモ−5,5−ジメチルヒダントイン5gと、チオリンゴ酸3gとを含む溶液を調製し、該溶液に酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れて混合し、懸濁液を得た。得られた懸濁液を用いて、アノード:白金、カソード:含リン銅、電流密度:1A/dmの条件で、電解めっきを実施することによって、電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0179】
導電性粒子4(SAC粒子、融点218℃、千住金属社製「M705」、粒子径:30μm)
【0180】
導電性粒子5(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子を用い、電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:35μm、被覆部の厚み:2.5μm)
【0181】
(導電性粒子5の作製方法)
電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、1重量%のクエン酸溶液500gに入れて、はんだ粒子の表面の酸化膜を除去した。硝酸銀5gと、イオン交換水1000gと、1,3−ジブロモ−5,5−ジメチルヒダントイン5gと、チオリンゴ酸3gとを含む溶液を調製し、該溶液に酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れて混合し、懸濁液を得た。得られた懸濁液を用いて、アノード:白金、カソード:含リン銅、電流密度:3A/dmの条件で、電解めっきを実施することによって、電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0182】
導電性粒子6(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子を用い、電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:33μm、被覆部の厚み:1.5μm)
【0183】
(導電性粒子6の作製方法)
電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、1重量%のクエン酸溶液500gに入れて、はんだ粒子の表面の酸化膜を除去した。硝酸銀5gと、イオン交換水1000gと、1,3−ジブロモ−5,5−ジメチルヒダントイン5gと、チオリンゴ酸3gとを含む溶液を調製した。該溶液に酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れて混合し、懸濁液を得た。得られた懸濁液を用いて、アノード:白金、カソード:含リン銅、電流密度:2A/dmの条件で、電解めっきを実施することによって、電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0184】
導電性粒子7(SnBiはんだ粒子、融点139℃、千住金属社製「L20-30050」を選別したはんだ粒子を用い、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:31μm、被覆部の厚み:0.08μm)
【0185】
(導電性粒子7の作製方法)
無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、ニトリロ三酢酸1gと、10重量%水酸化ナトリウム50gとを含む溶液に入れ、50℃で5分間撹拌し、水洗することではんだ表面の酸化膜を除去した。硫酸パラジウム2gと、イオン交換水100gとを含む溶液に、酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れ、はんだ粒子の表面にパラジウムを付着させた。
【0186】
イオン交換水1000gと、エチレンジアミン四酢酸10gと、ニトリロ三酢酸10gと、リン酸水素ナトリウム30gと、水酸化ナトリウム30gと、硝酸銀3gと、ポリエチレングリコール(ポリエチレングリコール1000)1gとを入れて混合し、メッキ液を得た。得られたメッキ液のpHが8となるように、10重量%のアンモニア溶液を用いて調整した。パラジウムを付着させたはんだ粒子を50gと、水素化ホウ素ナトリウムを6gとをメッキ液に入れて、25℃で20分間無電解メッキを実施することによって、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0187】
導電性粒子8(SnBiはんだ粒子、融点139℃、千住金属社製「L20-30050」を選別したはんだ粒子を用い、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:31μm、被覆部の厚み:0.12μm)
【0188】
(導電性粒子8の作製方法)
無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、ニトリロ三酢酸1gと、10重量%水酸化ナトリウム50gとを含む溶液に入れ、50℃で5分間撹拌し、水洗することではんだ表面の酸化膜を除去した。硫酸パラジウム2gと、イオン交換水100gとを含む溶液に、酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れ、はんだ粒子の表面にパラジウムを付着させた。
【0189】
イオン交換水1000gと、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム10gと、ニトリロ三酢酸ニナトリウム10gと、リン酸水素ナトリウム30gと、水酸化ナトリウム30gと、メタンスルホン酸銀7gと、ポリエチレングリコール(ポリエチレングリコール1000)1gとを入れて混合し、メッキ液を得た。得られたメッキ液のpHが3となるように、10重量%の硫酸溶液を用いて調整した。パラジウムを付着させたはんだ粒子を50gと、シュウ酸6gとをメッキ液に入れて、25℃で20分間無電解メッキを実施することによって、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0190】
導電性粒子9(SnBiはんだ粒子、融点139℃、千住金属社製「L20-30050」を選別したはんだ粒子を用い、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子、粒子径:31μm、被覆部の厚み:0.15μm)
【0191】
(導電性粒子9の作製方法)
無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子:
粒子径が30μmのはんだ粒子50gを、ニトリロ三酢酸1gと、10重量%水酸化ナトリウム50gとを含む溶液に入れ、50℃で5分間撹拌し、水洗することではんだ表面の酸化膜を除去した。硫酸パラジウム2gと、イオン交換水100gとを含む溶液に、酸化膜を除去したはんだ粒子50gを入れ、はんだ粒子の表面にパラジウムを付着させた。
【0192】
イオン交換水1000gと、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム10gと、ニトリロ三酢酸ニナトリウム10gと、リン酸水素ナトリウム30gと、水酸化ナトリウム30gと、メタンスルホン酸銀7gと、ポリエチレングリコール(ポリエチレングリコール1000)1gと入れて混合し、メッキ液を得た。得られたメッキ液のpHが7となるように、10重量%の水酸化ナトリウム溶液を用いて調整した。パラジウムを付着させたはんだ粒子を50gと、ギ酸6gとをメッキ液に入れて、40℃で20分間無電解メッキを実施することによって、無電解メッキにより被覆部が形成された導電性粒子を得た。
【0193】
金属部の厚み及び被覆部の厚み:
金属部の厚み及び被覆部の厚みを、上述した方法により測定した。
【0194】
(実施例1〜8及び比較例1)
(1)導電材料の作製
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合して、遊星式撹拌装置で混合及び脱泡することにより導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
【0195】
(2)接続構造体(エリアアレイ基板)の作製
(2−1)条件Aでの接続構造体の具体的な作製方法:
第2の接続対象部材として、半導体チップ本体(サイズ5×5mm、厚み0.4mm)の表面に、400μmピッチで250μmの銅電極が、エリアアレイにて配置されており、最表面にパッシベーション膜(ポリイミド、厚み5μm、電極部の開口径200μm)が形成されている半導体チップを準備した。銅電極の数は、半導体チップ1個当たり、10個×10個の合計100個である。
【0196】
第1の接続対象部材として、ガラスエポキシ基板本体(サイズ20×20mm、厚み1.2mm、材質FR−4)の表面に、第2の接続対象部材の電極に対して、同じパターンとなるように、銅電極が配置されており、銅電極が配置されていない領域にソルダーレジスト膜が形成されているガラスエポキシ基板を準備した。銅電極の表面とソルダーレジスト膜の表面との段差は、15μmであり、ソルダーレジスト膜は銅電極よりも突出している。
【0197】
上記ガラスエポキシ基板の上面に、作製直後の導電材料(異方性導電ペースト)を厚さ100μmとなるように塗工し、異方性導電ペースト層を形成した。次に、異方性導電ペースト層の上面に半導体チップを電極同士が対向するように積層した。異方性導電ペースト層には、上記半導体チップの重量は加わる。その状態から、異方性導電ペースト層の温度が、昇温開始から5秒後に139℃(はんだの融点)となるように加熱した。さらに、昇温開始から15秒後に、異方性導電ペースト層の温度が160℃となるように加熱し、異方性導電ペースト層を硬化させ、接続構造体を得た。加熱時には、加圧を行わなかった。
【0198】
(2−2)条件Bでの接続構造体の具体的な作製方法:
以下の変更をしたこと以外は、条件Aと同様にして、接続構造体(エリアアレイ基板)を作製した。
【0199】
条件Aから条件Bへの変更点:
上記ガラスエポキシ基板の上面に、作製直後の導電材料(異方性導電ペースト)を厚さ100μmとなるように塗工し、異方性導電ペースト層を形成した後、25℃及び湿度50%の環境下に6時間放置した。放置後、異方性導電ペースト層の上面に半導体チップを電極同士が対向するように積層した。
【0200】
(評価)
(1)25℃における導電材料(異方性導電ペースト)の粘度(η25)
作製直後の導電材料(異方性導電ペースト)の25℃での粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。η25を以下の基準で判定した。
【0201】
[η25の判定基準]
△:η25が20Pa・s未満
〇:η25が20Pa・s以上、600Pa・s以下
×:η25が600Pa・sを超える
【0202】
(2)導電性粒子の融点における導電材料(異方性導電ペースト)の粘度(ηmp) 作製直後の導電材料(異方性導電ペースト)を、STRESSTECH(REOLOGICA社製)を用いて、歪制御1rad、周波数1Hz、昇温速度20℃/分、測定温度範囲40℃〜導電性粒子の融点の条件で測定した。この測定において、導電性粒子の融点での粘度を読み取り、導電性粒子の融点における導電材料(異方性導電ペースト)の粘度(ηmp)とした。ηmpを以下の基準で判定した。
【0203】
[ηmpの判定基準]
△:ηmpが0.1Pa・s未満
〇:ηmpが0.1Pa・s以上、5Pa・s以下
×:ηmpが5Pa・sを超える
【0204】
(3)貯蔵安定性
作製直後の導電材料(異方性導電ペースト)の25℃での粘度(η1)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。また、25℃及び湿度50%で3日間静置した後の導電材料(異方性導電ペースト)の25℃での粘度(η2)をη1と同様にして測定した。貯蔵安定性を以下の基準で判定した。
【0205】
[貯蔵安定性の判定基準]
○:η2/η1が2未満
△:η2/η1が2以上、3未満
×:η2/η1が3以上
【0206】
(4)はんだの濡れ性
上記(3)の評価で用いた25℃及び湿度50%で3日間静置した後の導電材料(異方性導電ペースト)を準備した。これらの導電材料(異方性導電ペースト)を用いて、はんだの濡れ性を評価した。はんだの濡れ性は、下記のようにして評価した。はんだの濡れ性を以下の基準で判定した。
【0207】
はんだの濡れ性の評価方法:
金電極8mm上に2mmφのマスクで導電材料(異方性導電ペースト)を2mg塗布し、170℃で10分間ホットプレートで加熱した。その後、画像解析にて金電極に対するはんだの濡れ面積(金電極の表面におけるはんだが接触している面積)の割合を算出した。
【0208】
[はんだの濡れ性の判定基準]
○:金電極に対するはんだの濡れ面積の割合が70%以上
△:金電極に対するはんだの濡れ面積の割合が40%以上、70%未満
×:金電極に対するはんだの濡れ面積の割合が40%未満
【0209】
(5)電極上のはんだの配置精度
条件A及び条件Bにて得られた接続構造体において、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の、接続部中のはんだ部が配置されている面積の割合Xを評価した。電極上のはんだの配置精度を以下の基準で判定した。
【0210】
[電極上のはんだの配置精度の判定基準]
○○:割合Xが70%以上
○:割合Xが60%以上、70%未満
△:割合Xが50%以上、60%未満
×:割合Xが50%未満
【0211】
(6)上下の電極間の導通信頼性
条件A及び条件Bにて得られた接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を以下の基準で判定した。
【0212】
[導通信頼性の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え、70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え、100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
【0213】
(7)隣接する電極間の絶縁信頼性
条件A及び条件Bにて得られた接続構造体(n=15個)において、85℃及び湿度85%の雰囲気中に100時間放置後、隣接する電極間に、5Vを印加し、抵抗値を25箇所で測定した。絶縁信頼性を以下の基準で判定した。
【0214】
[絶縁信頼性の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値が10Ω以上
○:接続抵抗の平均値が10Ω以上、10Ω未満
△:接続抵抗の平均値が10Ω以上、10Ω未満
×:接続抵抗の平均値が10Ω未満
【0215】
(8)耐衝撃性
上記(6)の評価に用いた接続構造体を準備した。これらの接続構造体を高さ70cmの位置から落下させて、上記(6)の評価と同様にして、導通信頼性を確認することにより耐衝撃性の評価を行った。上記(6)の評価で得られた接続抵抗の平均値からの抵抗値の上昇率により耐衝撃性を以下の基準で判定した。
【0216】
[耐衝撃性の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値からの抵抗値の上昇率が20%以下
○:接続抵抗の平均値からの抵抗値の上昇率が20%を超え、35%以下
△:接続抵抗の平均値からの抵抗値の上昇率が35%を超え、50%以下
×:接続抵抗の平均値からの抵抗値の上昇率が50%を超える
【0217】
(9)被覆率
得られた導電性粒子について、はんだ粒子の表面積全体100%中、上記はんだ粒子の表面の被覆部により覆われている表面積(被覆率)を算出した。上記被覆率は、得られた導電性粒子をSEM−EDX分析することで、Agマッピングを行い、画像解析することで算出した。被覆率を以下の基準で判定した。
【0218】
[被覆率の判定基準]
○○:被覆率が95%を超える
○:被覆率が90%を超え、95%以下
△:被覆率が80%を超え、90%以下
×:被覆率が80%以下
【0219】
結果を下記の表1に示す。
【0220】
【表1】
【0221】
フレキシブルプリント基板、樹脂フィルム、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板を用いた場合でも、同様の傾向が見られた。
【符号の説明】
【0222】
1,1X…接続構造体
2…第1の接続対象部材
2a…第1の電極
3…第2の接続対象部材
3a…第2の電極
4,4X…接続部
4A,4XA…はんだ部
4B,4XB…硬化物部
11…導電材料
11A…導電性粒子
11B…熱硬化性成分
21,31…導電性粒子
22…はんだ粒子
23…被覆部
32…金属部
図1
図2
図3
図4
図5
【国際調査報告】