CN107077912B - 导电糊剂、连接结构体及连接结构体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导电糊剂,可以将焊锡粒子高效地配置于电极上,并可以提高电极间的导通可靠性。本发明的导电糊剂含有热固化性化合物及热固化剂和多个焊锡粒子作为热固化性成分,上述热固化剂含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂。
Description
技术领域
本发明涉及含有焊锡粒子的导电糊剂。本发明还涉及使用了上述导电糊剂的连接结构体及连接结构体的制造方法。
背景技术
各向异性导电糊剂及各向异性导电膜等各向异性导电材料已广为人知。在上述各向异性导电材料中,在粘合剂树脂中分散有导电性粒子。
为了获得各种连接结构体,上述各向异性导电材料已被用于例如挠性印刷基板与玻璃基板的连接(FOG(Film on Glass))、半导体芯片与挠性印刷基板的连接(COF(Chip onFilm))、半导体芯片与玻璃基板的连接(COG(Chip on Glass))、以及挠性印刷基板与玻璃环氧基板的连接(FOB(Film on Board))等。
在利用上述各向异性导电材料对例如挠性印刷基板的电极与玻璃环氧基板的电极进行电连接时,在玻璃环氧基板上配置含有导电性粒子的各向异性导电材料。接着,叠层挠性印刷基板,并进行加热及加压。由此,使各向异性导电材料固化,通过导电性粒子对电极间进行电连接,从而得到连接结构体。
作为上述各向异性导电材料的一个例子,下述专利文献1中公开了一种粘接胶带,其包含含有热固化性树脂的树脂层、焊锡粉和固化剂,且上述焊锡粉和上述固化剂存在于上述树脂层中。该粘接带为膜状而不是糊状。
专利文献1中还公开了一种使用了上述粘接胶带的粘接方法。具体而言,从下方开始依次叠层第一基板、粘接带、第二基板、粘接带及第三基板,从而得到叠层体。此时,使设置于第一基板表面的第一电极和设于第二基板表面的第二电极互相对置。另外,使设于第二基板表面的第二电极和设于第三基板表面的第三电极互相对置。而且,以指定的温度对叠层体进行加热并进行粘接。由此,得到连接结构体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO2008/023452A1
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1中记载的粘接胶带为膜状而不是糊状。因此,难以将焊锡粉高效地配置于电极(线)上。例如,专利文献1所记载的粘接胶带中,焊锡粉的一部分容易配置于未形成电极的区域(间隔)。配置于未形成电极区域的焊锡粉不会有助于电极间的导通。
另外,即使是含有焊锡粉的各向异性导电糊剂,有时也不能将焊锡粉高效地配置于电极(线)上。
本发明的目的在于,提供一种导电糊剂,其可以将焊锡粒子高效地配置于电极上,可以提高电极间的导通可靠性。本发明还提供一种使用了所述导电糊剂的连接结构体及连接结构体的制造方法。
用于解决技术问题的方案
根据本发明宽泛的方面,提供一种导电糊剂,含有:作为热固化性成分的热固化性化合物和热固化剂、以及多个焊锡粒子,所述热固化剂含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂。
在本发明的导电糊剂的某个特定方面,所述焊锡粒子的平均粒径为1μm以上、60μm以下。
在本发明的导电糊剂的某个特定方面,所述焊锡粒子的含量为10重量%以上90重量%以下。
在本发明的导电糊剂的某个特定方面,所述热固化剂为硫醇固化剂。
在本发明的导电糊剂的某个特定方面,导电糊剂在25℃下的粘度为10Pa·s以上、800Pa·s以下。
在本发明的导电糊剂的某个特定方面,导电糊剂在所述焊锡粒子中的焊锡的熔点下的粘度为0.1Pa·s以上、50Pa·s以下。
在本发明的导电糊剂的某个特定方面,导电糊剂在25℃下的粘度为10Pa·s以上、800Pa·s以下,且导电糊剂在所述焊锡粒子中的焊锡的熔点下的粘度为0.1Pa·s以上、50Pa·s以下。
根据本发明宽泛的方面,提供一种连接结构体,其具备:表面具有至少一个第一电极的第一连接对象部件、表面具有至少一个第二电极的第二连接对象部件、将所述第一连接对象部件和所述第二连接对象部件连接在一起的连接部,所述连接部的材料为所述的导电糊剂,所述第一电极和所述第二电极通过所述连接部中的焊锡部实现了电连接。
根据本发明宽泛的方面,提供一种连接结构体的制造方法,其包括:使用上述导电糊剂在表面具有至少一个第一电极的第一连接对象部件的表面上配置所述导电糊剂的工序;在所述导电糊剂的与所述第一连接对象部件侧相反的表面上,配置表面具有至少一个第二电极的第二连接对象部件,并使得所述第一电极和所述第二电极对置的工序;将所述导电糊剂加热至所述焊锡粒子的熔点以上且所述热固化性成分的固化温度以上,由此通过所述导电糊剂形成将所述第一连接对象部件和所述第二连接对象部件连接在一起的连接部,且通过所述连接部中的焊锡部将所述第一电极和所述第二电极进行电连接的工序。
在本发明的连接结构体的制造方法的某个特定方面,在所述配置第二连接对象部件的工序及所述形成连接部的工序中,对所述导电糊剂施加所述第二连接对象部件的重量,而不进行加压,或者,在所述配置第二连接对象部件的工序及所述形成连接部的工序中的至少一个工序中,进行加压,并且,在所述配置第二连接对象部件的工序及所述形成连接部的工序这两个工序中,加压的压力低于1MPa。。
优选所述第二连接对象部件为半导体芯片、树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁平线缆或刚挠结合基板。
所述连接结构体中,优选在沿所述第一电极、所述连接部以及所述第二电极的叠层方向观察所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分时,在所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分的面积100%中的50%以上配置有所述连接部中的焊锡部。所述连接结构体中,优选在沿着与所述第一电极、所述连接部以及所述第二电极的叠层方向垂直的方向观察所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分时,在所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分配置有所述连接部中的焊锡部的70%以上。
发明的效果
本发明的导电糊剂含有作为热固化性成分的热固化性化合物和热固化剂、以及多个焊锡粒子,所述热固化剂含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂,因此,在对电极之间进行电连接的情况下,可以将焊锡粒子高效地配置于电极上,可以提高电极间的导通可靠性。
附图说明
图1是示意性地表示使用本发明的一个实施方式的导电糊剂得到的连接结构体的剖面图;
图2(a)~(c)是用于使用本发明的一个实施方式的导电糊剂制造连接结构体的方法的一例的各工序的剖面图;
图3是表示连接结构体的变形例的剖面图。
标记说明
1、1X…连接结构体
2…第一连接对象部件
2a…第一电极
3…第二连接对象部件
3a…第二电极
4、4X…连接部
4A、4XA…焊锡部
4B、4XB…固化物部
11…导电糊剂
11A…焊锡粒子
11B…热固化性成分
具体实施方式
以下,说明本发明的详细情况。
(导电糊剂)
本发明的导电糊剂含有作为热固化性成分的热固化性化合物及热固化剂,并含有多个焊锡粒子。本发明的导电糊剂所含的上述热固化剂含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂。
本发明的导电糊剂中,采用上述结构,因此,在对电极之间进行电连接的情况下,多个焊锡粒子易于集中于上下的对置的电极之间,可以将多个焊锡粒子高效地配置于电极(线)上。另外,不易发生多个焊锡粒子的一部分配置于未形成电极的区域(间隔)的情况,可以大量减少配置于未形成电极的区域的焊锡粒子的量。因此,可以提高电极间的导通可靠性。而且,可以防止不希望连接的横方向上邻接的电极间的电连接,可以提高绝缘可靠性。为了得到这种效果,导电糊剂的形态这一点、与热固化性化合物和热固化剂一起使用的导电性粒子为焊锡粒子这一点、以及与热固化性化合物和焊锡粒子一起使用的热固化剂包含胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂这一点起到了很大的作用。
为了将焊锡粒子更加高效地配置于电极上,上述导电糊剂在25℃下的粘度η优选为10Pa·s以上,更优选为50Pa·s以上,进一步优选为100Pa·s以上,优选为800Pa·s以下,更优选为600Pa·s以下,进一步优选为500Pa·s以下。
上述粘度可以按照配合成分的种类及配合量适当调整。另外,通过使用填料,可以相对提高粘度。但是,为了将上述导电糊剂在25℃下的粘度设为上述上限以下,上述导电糊剂中,优选填料的含量较少。为了将上述导电糊剂在25℃下的粘度设为上述上限以下,上述导电糊剂优选不含有填料,或含有30重量%以下的填料,更优选不含有填料。
上述粘度可以在25℃及5rpm的条件下使用例如E型粘度计(东机产业株式会社制造)等进行测定。
本发明的导电糊剂可以适合地使用于后述的本发明的连接结构体及连接结构体的制造方法。
上述导电糊剂优选为各向异性导电糊剂。上述导电糊剂可以合适地使用于电极的电连接。上述导电糊剂优选为电路连接材料。
以下,对上述导电糊剂所含的各成分进行说明。
(焊锡粒子)
上述焊锡粒子在导电性外表面上具有焊锡。上述焊锡粒子中,中心部分及导电性的外表面均由焊锡形成。上述焊锡粒子是中心部分及导电性(导电性部分)的外表面均为焊锡的粒子。
从将焊锡粒子高效地集中在电极上的观点来看,上述焊锡粒子表面的ζ电位优选为正。但是,本发明中,上述焊锡粒子表面的ζ电位也可以不为正。
ζ电位如下测定。
ζ电位的测定方法:
将焊锡粒子0.05g放入甲醇10g中并进行超声波处理等,使其均匀地分散,得到分散液。使用该分散液,且使用Beckman Coulter公司制造的“Delsamax PRO”,通过电泳测定法在23℃下测定ζ电位。
焊锡粒子的ζ电位优选为0mV以上,更优选超过0mV,优选为10mV以下,更优选为5mV以下,更进一步优选为1mV以下,进一步优选为0.7mV以下,特别优选为0.5mV以下。ζ电位为上述上限以下时,在使用前的导电糊剂中,焊锡粒子不易凝聚。ζ电位为0mV以上时,在安装时焊锡粒子有效地凝聚在电极上。
由于容易将表面的ζ电位设为正,因此,上述焊锡粒子优选具有焊锡粒子主体和配置于上述焊锡粒子主体表面上的阴离子聚合物。上述焊锡粒子优选通过利用阴离子聚合物或形成阴离子聚合物的化合物对焊锡粒子主体进行表面处理而得到。上述焊锡粒子优选为阴离子聚合物或形成阴离子聚合物的化合物进行的表面处理物。上述阴离子聚合物及形成上述阴离子聚合物的化合物分别可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
作为利用阴离子聚合物对焊锡粒子主体进行表面处理的方法,可举出使用下述聚合物作为阴离子聚合物,使阴离子聚合物的羧基和焊锡粒子主体的表面的羟基反应的方法:例如使(甲基)丙烯酸共聚合而成的(甲基)丙烯酸聚合物、由二羧酸和二醇合成且两末端具有羧基的聚酯聚合物、通过二羧酸的分子间脱水缩合反应而得到且两末端具有羧基的聚合物、由二羧酸和二胺合成且两末端具有羧基的聚酯聚合物以及具有羧基的改性聚乙烯醇(日本合成化学株式会社制造的“Gohsenol T”)等。
作为上述阴离子聚合物的阴离子部分,可举出上述羧基,除此以外,还可举出甲苯磺酰基(p-H3CC6H4S(=O)2-)及磺酸离子基团(-SO3 -)、磷酸离子基团(-PO4 -)等。
另外,作为另一方法,可举出下述方法:使用具有与焊锡粒子主体表面的羟基反应的官能团、且还具有通过加成缩合反应可聚合的官能团的化合物,并将该化合物聚合化在焊锡粒子主体的表面上。作为与焊锡粒子主体表面的羟基反应的官能团可举出羧基及异氰酸酯基等,作为通过加成、缩合反应而聚合的官能团可举出羟基、羧基、氨基及(甲基)丙烯酰基。
上述阴离子聚合物的重均分子量优选为2000以上,更优选为3000以上,优选为10000以下,更优选为8000以下。
上述重均分子量为上述下限以上及上述上限以下时,容易在焊锡粒子主体的表面上配置阴离子聚合物,容易将焊锡粒子的表面的ζ电位设为正,可以将焊锡粒子更进一步高效地配置于电极上。
上述重均分子量表示通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的以聚苯乙烯换算的重均分子量。
利用形成阴离子聚合物的化合物对焊锡粒子主体进行表面处理而得到的聚合物的重均分子量可以如下求得:溶解焊锡粒子中的焊锡,利用不引起聚合物分解的稀盐酸等除去焊锡粒子,然后,测定残留的聚合物的重均分子量。
上述焊锡优选是熔点为450℃以下的金属(低熔点金属)。上述焊锡粒子优选熔点为450℃以下的金属粒子(低熔点金属粒子)。上述低熔点金属粒子是含有低熔点金属的粒子。该低熔点金属表示熔点450℃以下的金属。低熔点金属的熔点优选为300℃以下,更优选为160℃以下。另外,上述焊锡粒子含有锡。上述焊锡粒子所含的金属100重量%中,锡的含量优选为30重量%以上,更优选为40重量%以上,进一步优选为70重量%以上,特别优选为90重量%以上。上述焊锡粒子中的锡的含量为上述下限以上时,焊锡部与电极的连接可靠性得以更进一步提高。
此外,上述锡的含量可利用高频电感耦合等离子体发射光谱分析装置(堀场制作所株式会社制造的“ICP-AES”)、或荧光X射线分析装置(岛津制作所株式会社制造的“EDX-800HS”)等进行测定。
通过使用上述焊锡粒子,焊锡熔融与电极接合,焊锡部使电极间导通。例如,焊锡部和电极容易形成面接触,而不形成点接触,因此,连接电阻降低。另外,通过使用焊锡粒子,焊锡部和电极的接合强度变高,结果,更进一步不易产生焊锡部和电极的剥离,有效地提高导通可靠性及连接可靠性。
构成上述焊锡粒子的低熔点金属没有特别限制。该低熔点金属优选为锡、或含有锡的合金。该合金可举出:锡-银合金、锡-铜合金、锡-银-铜合金、锡-铋合金、锡-锌合金、锡-铟合金等。由于对电极的润湿性优异,因此,上述低熔点金属优选为锡、锡-银合金、锡-银-铜合金、锡-铋合金、锡-铟合金,更优选为锡-铋合金、锡-铟合金。
另外,上述焊锡粒子优选为基于JIS Z3001:焊接术语、液相线为450℃以下的填充金属。作为上述焊锡粒子的组成,可举出例如含有锌、金、银、铅、铜、锡、铋、铟等的金属组成。优选低熔点且不含铅的锡-铟类(117℃共晶)、或锡-铋类(139℃共晶)。即,上述焊锡粒子优选不含有铅,优选为含有锡和铟的焊锡、或含有锡和铋的焊锡。
为了进一步提高上述焊锡部和电极的接合强度,上述焊锡粒子可以包含镍、铜、锑、铝、锌、铁、金、钛、磷、锗、碲、钴、铋、锰、铬、钼、钯等金属。另外,从进一步提高焊锡部和电极的接合强度的观点来看,上述焊锡粒子优选包含镍、铜、锑、铝或锌。从进一步提高焊锡部和电极的焊接强度的观点来看,在焊锡粒子100重量%中,用于提高接合强度的这些金属的含量优选为0.0001重量%以上、优选为1重量%以下。
上述焊锡粒子的平均粒径优选为0.5μm以上,更优选为1μm以上,进一步优选为3μm以上,特别优选为5μm以上,优选为100μm以下,更优选为60μm以下,更进一步优选为40μm以下,进一步优选为30μm以下,更进一步优选为20μm以下,特别优选为15μm以下,最优选为10μm以下。上述焊锡粒子的平均粒径为上述下限以上及上述上限以下时,可以将焊锡粒子更进一步高效地配置于电极上。上述焊锡粒子的平均粒径特别优选为3μm以上、30μm以下。
上述焊锡粒子的“平均粒径”表示数均粒径。焊锡粒子的平均粒径通过利用例如电子显微镜或光学显微镜观察任意50个焊锡粒子,并算出平均值而求得。
上述焊锡粒子粒径的变异系数优选为5%以上,更优选为10%以上,优选为40%以下,更优选为30%以下。当上述粒径的变异系数为上述下限以上及上述上限以下时,可以使焊锡粒子更进一步高效地配置于电极上。但是,上述焊锡粒子粒径的变异系数也可以低于5%。
上述变异系数(CV值)以下式表示。
CV值(%)=(ρ/Dn)×100
ρ:焊锡粒子的粒径的标准偏差
Dn:焊锡粒子的粒径的平均值
上述焊锡粒子的形状没有特别限定。上述焊锡粒子的形状可以为球状,也可以为扁平状等的球形状以外的形状。
上述导电糊剂100重量%中,上述焊锡粒子的含量优选为1重量%以上,更优选为2重量%以上,进一步优选为10重量%以上,特别优选为20重量%以上,最优选为30重量%以上,优选为90重量%以下,更优选为80重量%以下,进一步优选为60重量%以下,特别优选为50重量%以下。上述焊锡粒子的含量为上述下限以上及上述上限以下时,可以使焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,容易将焊锡粒子大量配置于电极间,而进一步提高导通可靠性。从进一步提高导通可靠性的观点来看,优选上述焊锡粒子的含量较多。
在形成有电极的部分的线(L)为50μm以上且低于150μm的情况下,从进一步提高导通可靠性的观点来看,上述导电糊剂100重量%中,上述焊锡粒子的含量优选为20重量%以上,更优选为30重量%以上,优选为55重量%以下,更优选为45重量%以下。
在未形成电极的部分的间隔(S)为50μm以上且低于150μm的情况下,从更进一步提高导通可靠性的观点来看,上述导电糊剂100重量%中,上述焊锡粒子的含量优选为30重量%以上,更优选为40重量%以上,优选为70重量%以下,更优选为60重量%以下。
在形成有电极的部分的线(L)为150μm以上且低于1000μm的情况下,从进一步提高导通可靠性的观点来看,上述导电糊剂100重量%中,上述焊锡粒子的含量优选为30重量%以上,更优选为40重量%以上,优选为70重量%以下,更优选为60重量%以下。
在未形成电极的部分的间隔(S)为150μm以上且低于1000μm的情况下,从进一步提高导通可靠性的观点来看,上述导电糊剂100重量%中,上述焊锡粒子的含量优选为30重量%以上,更优选为40重量%以上,优选为70重量%以下,更优选为60重量%以下。
(热固化性化合物:热固化性成分)
上述热固化性化合物是能够通过加热而发生固化的化合物。作为上述热固化性化合物,可举出:氧杂环丁烷化合物、环氧化合物、环硫化物化合物、(甲基)丙烯酸化合物、苯酚化合物、氨基化合物、不饱和聚酯化合物、聚氨酯化合物、聚硅氧烷化合物及聚酰亚胺化合物等。从使导电糊剂的固化性及粘度更为良好且进一步提高连接可靠性的观点来看,优选为环氧化合物。上述热固化性化合物可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
作为上述环氧化合物,可举出芳香族环氧化合物。其中,优选为间苯二酚型环氧化合物、萘型环氧化合物、联苯型环氧化合物、二苯甲酮型环氧化合物等结晶性环氧化合物。优选为常温(23℃)下为固体,且熔融温度为焊锡的熔点以下的环氧化合物。熔融温度优选为100℃以下,更优选为80℃以下,优选为40℃以上。通过使用上述优选的环氧化合物,在贴合有连接对象部件的阶段,粘度高,在由于输送等冲击而施加了加速度时,可以抑制第一连接对象部件和第二连接对象部件的位置偏离,此外,通过固化时的热可以大幅降低导电糊剂的粘度,可以高效地进行焊锡粒子的凝聚。
上述导电糊剂100重量%中,上述热固化性化合物的含量优选为20重量%以上,更优选为40重量%以上,进一步优选为50重量%以上,优选为99重量%以下,更优选为98重量%以下,进一步优选为90重量%以下,特别优选为80重量%以下。从进一步提高耐冲击性的观点来看,上述热固化性成分的含量越多越好。
(热固化剂:热固化性成分)
上述热固化剂使上述热固化性化合物进行热固化。作为上述热固化剂,可举出:咪唑固化剂、胺固化剂、苯酚固化剂、硫醇固化剂、酰肼固化剂、酸酐、热阳离子引发剂(热阳离子固化剂)及热自由基产生剂等。上述热固化剂也可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
从可以在低温下更加快速地使导电糊剂固化的观点来看,优选为咪唑固化剂、硫醇固化剂或胺固化剂。另外,从将可通过加热而固化的固化性化合物和上述热固化剂混合时提高保存稳定性的观点来看,优选潜伏性固化剂。潜伏性固化剂优选潜伏性咪唑固化剂、潜伏性多硫醇固化剂或潜伏性胺固化剂。此外,上述热固化剂也可以被聚氨酯树脂或聚酯树脂等高分子物质包覆。
作为上述咪唑固化剂没有特别限定,可以举出:2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸盐、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-均三嗪及2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-均三嗪异氰脲酸加成物等。
作为上述硫醇固化剂,可举出多硫醇固化剂。作为上述多硫醇固化剂,没有特别限定,可举出:三羟甲基丙烷三-3-巯基丙酸酯、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯及二季戊四醇六-3-巯基丙酸酯等。
作为上述胺固化剂没有特别限定,可举出:六亚甲基二胺、八亚甲基二胺、十亚甲基二胺、3,9-双(3-氨基丙基)-2,4,8,10-四螺[5.5]十一碳烷、双(4-氨基环己基)甲烷、间苯二胺及二氨基二苯基砜等。
上述酰肼固化剂是具有酰肼基的化合物。作为上述酰肼固化剂,例如,可举出羧酸酰肼。
关于上述羧酸酰肼,作为羧酸为脂肪族羧酸的化合物,可举出:己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、十二烷二酸二酰肼、及7,11-十八碳二烯-1,18-二甲酸二酰肼;作为羧酸为芳香羧酸的化合物,可举出间苯二甲酸二酰肼及水杨酸酰肼等。
作为上述热固化剂的市售品,例如可举出:味之素精细化学株式会社制造的Amicure VDH、Amicure VDH-J、Amicure UDH、及Amicure UHD-J;大塚化学株式会社制造的MAI、ADH、SDH、DDH、IDH及DICY等。
作为上述热阳离子引发剂,可举出碘鎓类阳离子固化剂、氧鎓类阳离子固化剂及锍类阳离子固化剂等。作为上述碘鎓类阳离子固化剂,可举出双(4-叔丁基苯基)碘鎓六氟磷酸盐等。作为上述氧鎓类阳离子固化剂,可举出三甲基氧鎓四氟硼酸盐等。作为上述锍类阳离子固化剂,可举出三对甲苯基锍六氟磷酸盐等。
作为上述热自由基产生剂,没有特别限定,可举出偶氮化合物及有机过氧化物等。作为上述偶氮化合物,可举出偶氮二异丁腈(AIBN)等。作为上述有机过氧化物,可举出二叔丁基过氧化物及甲基乙基酮过氧化物等。
上述导电糊剂可以含有上述各种热固化剂,但从将焊锡粒子高效地配置于电极上且提高电极间的导通可靠性的观点来看,上述导电糊剂至少含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂。上述导电糊剂可以仅含有胺固化剂、硫醇固化剂及酰肼固化剂,可以含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂和它们以外的热固化剂。上述热固化剂优选含有胺固化剂,还优选含有硫醇固化剂,还优选含有酰肼固化剂。通过使用胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂,可以提高导电糊剂的树脂成分的介电常数,可以在导电糊剂中缩小焊锡粒子的表面电荷,可以使焊锡粒子易于凝聚。
从将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,且进一步提高电极间的导通可靠性的观点来看,上述热固化剂优选为硫醇固化剂。
从将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,且更进一步提高电极间的导通可靠性的观点来看,上述硫醇固化剂优选为伯硫醇固化剂。
从进一步提高电极间的导通可靠性的观点来看,更优选上述热固化剂为具有多个硫醇基的热固化剂,更优选为多硫醇固化剂。从将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,且进一步提高电极间的导通可靠性及绝缘可靠性的观点来看,上述多硫醇固化剂优选具有聚醚骨架。从将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,且更进一步提高电极间的导通可靠性的观点来看,上述硫醇固化剂优选为具有4个以上的硫醇基的硫醇固化剂。
上述热固化剂的反应开始温度优选为50℃以上,更优选为70℃以上,进一步优选为80℃以上,优选为250℃以下,更优选为200℃以下,进一步优选为150℃以下,特别优选为140℃以下。上述热固化剂的反应开始温度为上述下限以上及上述上限以下时,将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上。上述热固化剂的反应开始温度特别优选为80℃以上、140℃以下。
从将焊锡进一步高效地配置于电极上的观点来看,上述热固化剂的反应开始温度优选比上述焊锡粒子中的焊锡的熔点高,更优选高5℃以上,进一步优选高10℃以上。
上述热固化剂的反应开始温度是指,DSC中的发热峰的开始上升的温度。
上述热固化剂的含量没有特别限定。相对于上述热固化性化合物100重量份,上述热固化剂的含量优选为0.01重量份以上,更优选为1重量份以上,优选为200重量份以下,更优选为100重量份以下,进一步优选为75重量份以下。相对于上述热固化性化合物100重量份,胺固化剂、硫醇固化剂和酰肼固化剂的合计含量优选为0.01重量份以上,更优选为1重量份以上,进一步优选为5重量份以上,特别优选为10重量份以上,特别优选为30重量份以上,最优选为50重量份以上,优选为200重量份以下,更优选为150重量份以下,进一步优选为100重量份以下,更进一步优选为75重量份以下,进一步优选为40重量份以下,特别优选为30重量份以下。相对于上述热固化性化合物100重量份,胺固化剂、硫醇固化剂及酰肼固化剂的各含量(在导电糊剂含有胺固化剂的情况下为胺固化剂的含量,在导电糊剂含有硫醇固化剂的情况下为硫醇固化剂的含量,在导电糊剂含有酰肼固化剂的情况下为酰肼固化剂的含量)优选为0.01重量份以上,更优选为1重量份以上,进一步优选为5重量份以上,特别优选为10重量份以上,特别优选为30重量份以上,最优选为50重量份以上,优选为200重量份以下,更优选为150重量份以下,进一步优选为100重量份以下,更进一步优选为75重量份以下,进一步优选为40重量份以下,特别优选为30重量份以下。上述热固化剂的含量为上述下限以上时,容易使导电糊剂充分固化。上述热固化剂的含量为上述上限以下时,在固化后未用于固化的剩余热固化剂不易残留,且更进一步提高固化物的耐热性。
另外,胺固化剂、硫醇固化剂和酰肼固化剂的合计含量为上述下限以上及上述上限以下时,可以将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,并可以更进一步提高电极间的导通可靠性及绝缘可靠性。另外,热固化剂的整体100重量%中,胺固化剂、硫醇固化剂和酰肼固化剂的合计含量优选为10重量%以上,更优选为30重量%以上,进一步优选为50重量%以上,特别优选为70重量%以上,优选为100重量%以下。
另外,在上述热固化剂为硫醇固化剂的情况下,相对于上述热固化性化合物100重量份,上述硫醇固化剂的含量优选为30重量份以上,更优选为50重量份以上,优选为150重量份以下,更优选为100重量份以下。
(助熔剂)
上述导电糊剂优选含有助熔剂。通过助熔剂的使用,可以使焊锡进一步高效地配置于电极上。作为助熔剂,可使用通常用于焊锡焊接等的助熔剂。上述助熔剂没有特殊限制。作为上述助熔剂,可举出例如:氯化锌、氯化锌与无机卤化物的混合物、氯化锌与无机酸的混合物、熔融盐、磷酸、磷酸的衍生物、有机卤化物、肼、有机酸及松脂等。上述助熔剂可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
从有效地提高导电糊剂的保存稳定性,且在连接电极间时使除焊锡粒子以外的成分进一步不易流动的观点来看,优选上述助熔剂在25℃下为固体。
作为上述熔融盐,可举出氯化铵等。作为上述有机酸,可举出乳酸、柠檬酸、硬脂酸、谷氨酸及戊二酸等。作为上述松脂,可举出活化松脂及非活化松脂等。上述助熔剂优选为含有两个以上羧基的有机酸、松脂。上述助熔剂可以是含有两个以上的羧基的有机酸,也可以是松脂。通过使用具有两个以上的羧基的有机酸、松脂,可以进一步提高电极间的导通可靠性。
上述松脂是以松香酸为主成分的松香类。助熔剂优选为松香类,更优选为松香酸。通过使用该优选的助熔剂,进一步提高电极间的导通可靠性。
上述助熔剂的活性温度(熔点)优选为50℃以上,更优选为70℃以上,进一步优选为80℃以上,优选为200℃以下,更优选为190℃以下,更进一步优选为160℃以下,进一步优选为150℃以下,更进一步优选为140℃以下。上述助熔剂的活性温度为上述下限以上及上述上限以下时,更进一步有效地发挥助熔剂效果,且将焊锡粒子更进一步高效地配置于电极上。上述助熔剂的活性温度优选为80℃以上且190℃以下。上述助熔剂的活性温度特别优选为80℃以上且140℃以下。
作为熔点为80℃以上且190℃以下的上述助熔剂,可举出:琥珀酸(熔点186℃)、戊二酸(熔点96℃)、己二酸(熔点152℃)、庚二酸(熔点104℃)、辛二酸(熔点142℃)等二羧酸、苯甲酸(熔点122℃)、苹果酸(熔点130℃)等。
另外,上述助熔剂的沸点优选为200℃以下。
从将焊锡进一步高效地配置于电极上的观点来看,上述助熔剂的熔点优选比上述焊锡粒子的熔点高,更优选高5℃以上,进一步优选高10℃以上。
从将焊锡进一步高效地配置于电极上的观点来看,上述助熔剂的熔点优选比上述热固化剂的反应开始温度高,更优选高5℃以上,进一步优选高10℃以上。
通过使助熔剂的熔点比焊锡的熔点高,可以使焊锡粒子有效地凝聚于电极部分。这是由于,在接合时赋予热的情况下,比较形成于连接对象部件上的电极和电极周边的连接对象部件的部分时,电极部分的热传导率比电极周边的连接对象部件部分的热传导率高,由此,电极部分的升温快速。在超过焊锡粒子的熔点的阶段,焊锡粒子的内部溶解,但形成于表面的氧化被膜未到达助熔剂的熔点(活性温度),因此,不能除去。在该状态下,电极部分的温度先到达助熔剂的熔点(活性温度),因此,可以优先将电极上的焊锡粒子的表面的氧化被膜除去,焊锡粒子在电极的表面上湿润扩散。由此,可以使焊锡粒子高效地凝聚于电极上。
上述助熔剂可以分散于导电糊剂中,也可以附着于焊锡粒子的表面上。
上述助熔剂优选为通过加热放出阳离子的助熔剂。使用通过加热而放出阳离子的助熔剂,可以将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上。
上述导电糊剂100重量%中,上述助熔剂的含量优选为0.5重量%以上,优选为30重量%以下,更优选为25重量%以下。上述导电糊剂可以不含有助熔剂。助熔剂的含量为上述下限以上及上述上限以下时,在焊锡及电极的表面上更进一步不易形成氧化被膜,并且,可进一步有效地除去形成于焊锡及电极表面的氧化被膜。
(填料)
上述导电糊剂中可以添加填料。填料可以是有机填料,也可以是无机填料。通过添加填料,可以抑制焊锡粒子发生凝聚的距离,且在基板的整个部电极上均匀地凝聚焊锡粒子。
上述导电糊剂100重量%中,上述填料的含量优选为0重量%以上,优选为5重量%以下,更优选为2重量%以下,进一步优选为1重量%以下。上述填料的含量为上述下限以上及上述上限以下时,焊锡粒子更进一步高效地配置于电极上。
(其它成分)
上述导电糊剂可以根据需要,例如含有:充填剂、增量剂、软化剂、增塑剂、聚合催化剂、固化催化剂、着色剂、氧化防止剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、抗静电剂及阻燃剂等各种添加剂。
(连接结构体及连接结构体的制造方法)
本发明的连接结构体包括:表面具有至少一个第一电极的第一连接对象部件、表面具有至少一个第二电极的第二连接对象部件、将上述第一连接对象部件和上述第二连接对象部件连接在一起的连接部。本发明的连接结构体中,上述连接部的材料为上述导电糊剂。上述连接部由上述导电糊剂形成。上述连接部为上述导电糊剂的固化物。本发明的连接结构体中,上述第一电极和上述第二电极由上述连接部中的焊锡部电连接。
本发明的连接结构体的制造方法具备:使用上述导电糊剂,在表面具有至少一个第一电极的第一连接对象部件的表面上配置上述导电糊剂的工序;在上述导电糊剂的与上述第一连接对象部件侧相反的表面上配置表面具有至少一个第二电极的第二连接对象部件,使上述第一电极和上述第二电极对置的工序;通过将上述导电糊剂加热到上述焊锡粒子的熔点以上且上述热固化性成分的固化温度以上,利用上述导电糊剂形成对上述第一连接对象部件和上述第二连接对象部件进行连接的连接部,且通过上述连接部中的焊锡部对上述第一电极和上述第二电极进行电连接的工序。
本发明的连接结构体及本发明的连接结构体的制造方法中,使用特定的导电糊剂,因此,多个焊锡粒子易于集中于第一电极和第二电极之间,可以将多个焊锡粒子高效地配置于电极(线)上。另外,不易出现多个焊锡粒子的一部分配置于未形成电极的区域(间隔)的情况,可以使配置于未形成电极的区域的焊锡粒子的量非常少。
因此,可以提高第一电极和第二电极之间的导通可靠性。而且,可以防止不希望发生连接的横方向上的邻接电极间的电连接,从而提高绝缘可靠性。
另外,本发明人发现,为了将多个焊锡粒子高效地配置于电极上,且使配置于未形成电极的区域的焊锡粒子的量非常少,必须使用导电糊剂,而不能使用导电膜。
本发明中,可以进一步采用其它方法将多个焊锡粒子高效地集中于电极间。作为将多个焊锡粒子高效地集中在电极间的方法,可举出如下方法:在对第一连接对象部件和第二连接对象部件之间的导电糊剂加热时,导电糊剂的粘度由于热而降低,由此,使第一连接对象部件和第二连接对象部件之间的导电糊剂产生对流等。该方法中,可举出:通过连接对象部件表面的电极和除此以外的表面部件的热容量的差异产生对流的方法、将连接对象部件的水分通过热制成水蒸气而产生对流的方法、以及通过第一连接对象部件和第二连接对象部件的温度差产生对流的方法等。由此,可以使导电糊剂中的焊锡粒子有效地移动至电极表面。
本发明中,也可以进一步采用使焊锡粒子选择性地凝聚于电极表面的方法。作为使焊锡粒子选择性地凝聚于电极表面的方法,可举出:选择由熔融的焊锡粒子的湿润性良好的电极材质和熔融的焊锡粒子的湿润性差的其它表面材质形成的连接对象部件,并使到达电极表面的熔融的焊锡粒子选择性地附着于电极,在该熔融的焊锡粒子上使其它焊锡粒子熔融并附着的方法;选择由热传导性良好的电极材质和热传导性差的其它表面材质形成的连接对象部件,在加热时,相对于其它表面部件,提高电极温度,由此,在电极上选择性地熔融焊锡的方法;使用被处理成相对于存在于由金属形成的电极上的负电荷具有正电荷的焊锡粒子,使焊锡粒子选择性地凝聚于电极上的方法;以及,相对于具有亲水性金属表面的电极,将导电糊剂中的焊锡粒子以外的树脂调整为疏水性,由此,使焊锡粒子选择性地凝聚于电极上的方法等。
在电极间的焊锡部的厚度优选为10μm以上,更优选为20μm以上,优选为100μm以下,更优选为80μm以下。电极的表面上的焊锡湿润面积(电极露出的面积100%中的焊锡接触的面积)优选为50%以上,更优选为60%以上,进一步优选为70%以上,优选为100%以下。
本发明的连接结构体的制造方法中,优选在配置上述第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序中,将上述第二连接对象部件的重量施加在上述导电糊剂上而不进行加压,或在上述配置第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序中的至少一个工序中进行加压,且在上述配置第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序双方中,加压的压力低于1MPa。通过不施加1MPa以上的加压压力,可促进焊锡粒子的凝聚。从抑制连接对象部件的翘曲的观点来看,本发明的连接结构体的制造方法中,可以在配置上述第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序中的至少一个工序中进行加压,且在配置上述第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序双方,加压压力低于1MPa。在进行加压的情况下,也可以仅在配置上述第二连接对象部件的工序中进行加压,可以仅在形成上述连接部的工序中进行加压,也可以在配置上述第二连接对象部件的工序和形成上述连接部的工序双方进行加压。加压的压力低于1MPa中包含不加压的情况。在进行加压的情况下,加压的压力优选为0.9MPa以下,更优选为0.8MPa以下。在加压的压力为0.8MPa以下的情况,与加压的压力超过0.8MPa的情况相比,更进一步显著地促进焊锡粒子的凝聚。
本发明的连接结构体的制造方法中,优选在配置上述第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序中不进行加压,对上述导电糊剂施加上述第二连接对象部件的重量,优选在配置上述第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序中,不对上述导电糊剂施加超过上述第二连接对象部件重量的力的加压压力。在这些的情况下,在多个焊锡部中,可以更进一步提高焊锡量的均匀性。另外,可以更进一步有效地增厚焊锡部的厚度,易于多个焊锡粒子大量集中于电极间,可以将多个焊锡粒子更进一步高效地配置于电极(线)上。另外,不易出现多个焊锡粒子的一部分配置于未形成电极的区域(间隔),可以更进一步减少配置于未形成电极的区域的焊锡粒子的量。因此,可以更进一步提高电极间的导通可靠性。而且,可以更进一步防止不能进行连接的横方向上的邻接电极间的电连接,并可以更进一步提高绝缘可靠性。
另外,本发明人还发现,如果在配置上述第二连接对象部件的工序及形成上述连接部的工序中对上述导电糊剂施加上述第二连接对象部件的重量而不进行加压,则在形成连接部之前,配置于未形成电极的区域(间隔)中的焊锡粒子会更加易于集中于第一电极和第二电极之间,也可以将多个焊锡粒子更进一步高效地配置于电极(线)上。本发明中,组合采用了下述技术方案,这对于得到本发明的效果具有重大的意义:使用导电糊剂的结构而不使用导电膜这一技术方案,对上述导电糊剂施加上述第二连接对象部件的重量而不进行加压这一技术方案。
此外,WO2008/023452A1中,记载了从沿电极表面推动焊锡粉而使之高效地移动的观点来看,可以在焊接时以指定的压力进行加压,且记载了从更可靠地形成焊锡区域的观点来看,加压压力调整为例如0MPa以上,优选1MPa以上,还记载了即使对粘接胶带有意施加的压力为0MPa,由于配置于粘接胶带上的部件的自重,也可以对粘接带施加指定的压力。WO2008/023452A1中,记载了对粘接胶带有意施加的压力可以为0MPa,但对施加超过0MPa的压力的情况和调整为0MPa的情况之间的效果的差异没有任何记载。另外,WO2008/023452A1中,对使用糊状的导电糊剂而不是膜状的导电膜的重要性没有任何认识。
另外,如果使用导电糊剂而非导电膜,则容易根据导电糊剂的涂布量,调整连接部及焊锡部的厚度。另一方面,导电膜中存在如下问题:为了变更或调整连接部的厚度,必须准备不同厚度的导电膜或准备指定厚度的导电膜。另外,导电膜中存在如下问题:在焊锡的熔融温度下,不能使导电膜的熔融粘度充分降低,而阻碍焊锡粒子的凝聚。
以下,参照附图说明本发明具体的实施方式。
图1是示意性地表示使用本发明的一个实施方式的导电糊剂得到的连接结构体的剖面图。
图1所示的连接结构体1具备第一连接对象部件2、第二连接对象部件3、将第一连接对象部件2和第二连接对象部件3连接起来的连接部4。连接部4由含有热固化性化合物、热固化剂和多个焊锡粒子且含有胺固化剂、硫醇固化剂或酰肼固化剂的导电糊剂形成。上述热固化性化合物和上述热固化剂是热固化性成分。
连接部4具有:多个焊锡粒子集中且相互接合而成的焊锡部4A和热固化性成分热固化而成的固化物部4B。
第一连接对象部件2的表面(上表面)上具有多个第一电极2a。第二连接对象部件3的表面(下表面)上具有多个第二电极3a。第一电极2a和第二电极3a通过焊锡部4A电连接。因此,第一连接对象部件2和第二连接对象部件3通过焊锡部4A实现了电连接。此外,连接部4中,在与集中于第一电极2a和第二电极3a之间的焊锡部4A不同的区域(固化物部4B部分)中,不存在焊锡。在与焊锡部4A不同的区域(固化物部4B部分)中,不存在脱离焊锡部4A的焊锡。此外,如果是少量,则焊锡可以存在于与集中于第一电极2a和第二电极3a之间的焊锡部4A不同的区域(固化物部4B部分)。
如图1所示,连接结构体1中,在第一电极2a和第二电极3a之间集中有多个焊锡粒子,多个焊锡粒子熔融后,焊锡粒子的熔融物沿着电极表面湿润扩散后发生而固化,从而形成了焊锡部4A。因此,焊锡部4A和第一电极2a以及焊锡部4A和第二电极3a的连接面积变大。即,通过使用焊锡粒子,与使用导电性的外表面为镍、金或铜等金属的导电性粒子的情况相比,焊锡部4A和第一电极2a,以及焊锡部4A和第二电极3a的接触面积变大。因此,连接结构体1中的导通可靠性及连接可靠性提高。此外,导电糊剂可以含有助熔剂。在使用助熔剂的情况下,通常,助熔剂会因加热而逐渐失活。
此外,图1所示的连接结构体1中,焊锡部4A全部位于第一电极2a、第二电极3a之间的对置区域。图3所示的变形例的连接结构体1X中,仅连接部4X与图1所示的连接结构体1不同。连接部4X具有焊锡部4XA和固化物部4XB。可以如连接结构体1X那样,大量焊锡部4XA位于第一电极2a、第二电极3a对置的区域,焊锡部4XA的一部分从第一电极2a、第二电极3a对置的区域向侧方探出。从第一电极2a和第二电极3a对置的区域向侧方露出的焊锡部4XA是焊锡部4XA的一部分,不是脱离焊锡部4XA的焊锡。需要说明的是,本实施方式中,可以减少脱离焊锡部的焊锡的量,但脱离焊锡部的焊锡可以存在于固化物部中。
如果减少焊锡粒子的使用量,则容易得到连接结构体1。如果增多焊锡粒子的使用量,则容易得到连接结构体1X。
从进一步提高导通可靠性的观点来看,沿着上述第一电极、上述连接部和上述第二电极的叠层方向观察上述第一电极和上述第二电极相互对置的部分时,优选在上述第一电极和上述第二电极对置的部分的面积100%中的50%以上(更优选为60%以上,进一步优选为70%以上,特别优选为80%以上,最优选为90%以上)配置有上述连接部中的焊锡部。
从进一步提高导通可靠性的观点来看,沿着与上述第一电极、上述连接部和上述第二电极的叠层方向正交的方向观察上述第一电极和上述第二电极的相互对置的部分时,优选在上述第一电极和上述第二电极相互对置的部分配置有上述连接部中的焊锡部的70%以上(更优选为80%以上,进一步优选为90%以上,特别优选为95%以上,最优选为99%以上)。
接着,使用本发明一个实施方式的导电糊剂,说明制造连接结构体1的方法的一个例子。
首先,准备在表面(上表面)上具有第一电极2a的第一连接对象部件2。接着,如图2(a)所示,在第一连接对象部件2的表面上配置含有热固化性成分11B和多个焊锡粒子11A的导电糊剂11(第一工序)。在第一连接对象部件2的设有第一电极2a的表面上配置导电糊剂11。配置导电糊剂11后,焊锡粒子11A配置于第一电极2a(线)和未形成第一电极2a的区域(间隔)这两个区域。
作为导电糊剂11的配置方法,没有特别限定,可以举出利用点胶机进行的涂布、丝网印刷及通过喷墨装置的喷涂等。
另外,准备表面(下表面)上具有第二电极3a的第二连接对象部件3。接着,如图2(b)所示,第一连接对象部件2的表面上的导电糊剂11中,在导电糊剂11的与第一连接对象部件2侧相反一侧的表面上配置第二连接对象部件3(第二工序)。在导电糊剂11的表面上,从第二电极3a侧开始配置第二连接对象部件3。此时,使第一电极2a和第二电极3a对置。
接着,将导电糊剂11加热至焊锡粒子11A的熔点以上及热固化性成分11B的固化温度以上(第三工序)。即,将导电糊剂11加热至比焊锡粒子11A的熔点及热固化性成分11B的固化温度中较高的温度以上。在进行该加热时,存在于未形成电极的区域的焊锡粒子11A集中于第一电极2a和第二电极3a之间(自对准效果)。本实施方式中,使用导电糊剂,而不使用导电膜,而且导电糊剂还具有特定的组成,因此,焊锡粒子11A高效地集中在第一电极2a和第二电极3a之间。另外,焊锡粒子11A熔融且相互接合。另外,热固化性成分11B发生热固化。该结果,如图2(c)所示,利用导电糊剂11形成连接第一连接对象部件2和第二连接对象部件3的连接部4。利用导电糊剂11形成连接部4,通过多个焊锡粒子11A发生接合而形成焊锡部4A,通过热固化性成分11B发生热固化而形成固化物部4B。如果焊锡粒子11A充分移动,则从位于第一电极2a和第二电极3a之间的焊锡粒子11A的移动开始后,直到焊锡粒子11A在第一电极2a和第二电极3a之间的移动结束,可以不将温度保持为一定。
就本实施方式而言,在上述第二工序及上述第三工序中,不进行加压。本实施方式中,对导电糊剂11施加第二连接对象部件3的重量。因此,在形成连接部4时,焊锡粒子11A高效地集中在第一电极2a和第二电极3a之间。此外,如果在上述第二工序及上述第三工序中的至少一个工序中进行加压,则对焊锡粒子集中于第一电极和第二电极之间的作用的阻碍倾向变高。该情况被本发明人发现。
另外,本实施方式中,不进行加压,因此,在涂布有导电糊剂的第一连接对象部件上重合第二连接对象部件时,即使在以第一连接对象部件的电极和第二连接对象部件的电极的对准发生偏差的状态下,将第一连接对象部件和第二连接对象部件重合时,也可以修正该偏差,并使第一连接对象部件的电极和第二连接对象部件的电极连接(自对准效应)。这是由于,自凝聚在第一连接对象部件的电极和第二连接对象部件的电极之间的熔融了的焊锡中,第一连接对象部件的电极和第二连接对象部件的电极之间的焊锡与导电糊剂的其它成分相接触的面积最小的一方能量稳定,因此,形成使其成为最小面积的连接结构即对准的连接结构的力发挥作用。此时,优选导电糊剂未固化、以及在该温度、时间,导电糊剂的焊锡粒子以外的成分的粘度充分低。
导电糊剂在上述焊锡粒子中的焊锡的熔点温度下的粘度优选为50Pa·s以下,更优选为10Pa·s以下,进一步优选为1Pa·s以下,优选为0.1Pa以上,更优选为0.2Pa·s以上。如果粘度为上述上限以下,则可以使焊锡粒子有效地凝聚,如果粘度为上述下限以上,则可以抑制连接部的空隙,且抑制导电糊剂溢出至连接部以外。
导电糊剂在焊锡熔点下的粘度如下测定。
导电糊剂在上述焊锡熔点下的粘度可以使用STRESSTECH(EOLOGICA株式会社制造)等在失真控制1rad、频率1Hz、升温速度20℃/分钟、测定温度范围25~200℃(其中,在焊锡熔点超过200℃的情况下,将温度上限设为焊锡的熔点)的条件下进行测定。根据测定结果,评价在焊锡熔点(℃)下的粘度。
为了将上述导电糊剂在焊锡熔点下的粘度设为上述上限以下,上述导电糊剂中,填料的含量优选较少。为了将上述导电糊剂在焊锡熔点下的粘度设为上述上限以下,上述导电糊剂优选不含有填料,或含有30重量%以下的填料,更优选不含有填料。
从将焊锡粒子进一步高效地配置于电极上,且进一步提高电极间的导通可靠性的观点来看,优选上述导电糊剂在25℃下的粘度为10Pa·s以上、800Pa·s以下,且上述导电糊剂在上述焊锡粒子中的焊锡熔点下的粘度为0.1Pa·s以上、50Pa·s以下。
如上所述,可得到图1所示的连接结构体1。此外,上述第二工序和上述第三工序可以连续进行。另外,可以在进行上述第二工序后,使得到的第一连接对象部件2、导电糊剂11和第二连接对象部件3的叠层体转移至加热部件,进行上述第三工序。为了进行上述加热,可以在加热部件上配置上述叠层体,也可以在加热的空间内配置上述叠层体。
上述第三工序中的加热温度只要是焊锡粒子的熔点以上及热固化性成分的固化温度以上,就没有特别限定。上述加热温度优选为140℃以上,更优选为160℃以上,优选为450℃以下,更优选为250℃以下,进一步优选为200℃以下。
此外,上述第三工序后,以修正位置及重复制造为目的,可以从连接部剥离第一连接对象部件或第二连接对象部件。用于进行该剥离的加热温度优选为焊锡粒子的熔点以上,更优选为焊锡粒子的熔点(℃)+10℃以上。用于进行该剥离的加热温度可以为焊锡粒子的熔点(℃)+100℃以下。
作为上述第三工序中的加热方法,可举出在焊锡粒子的熔点以上及热固化性成分的固化温度以上,将连接结构体整体使用回流炉或使用烘箱进行加热的方法,或仅局部地加热连接结构体的连接部的方法。
作为局部加热的方法所使用的器具,可举出:加热板、赋予热风的热风枪、烙铁及红外加热器等。
另外,在利用加热板进行局部加热时,优选如下形成加热板上表面:连接部正下方利用热传导性较高的金属形成,其它不优选进行加热的部位利用氟树脂等热传导性较低的材质形成。
上述第一、第二连接对象部件没有特别限定。作为上述第一、第二连接对象部件,具体而言,可举出:半导体芯片、半导体封装件、LED芯片、LED封装、电容器及二极管等电子零件、以及树脂膜、印刷基板、挠性印刷基板、挠性扁形线缆、刚挠结合基板、玻璃环氧基板及玻璃基板等电路基板等的电子部件等。上述第一、第二连接对象部件优选为电子部件。
通过本发明可以有效地提高电极间的导通可靠性,因此,优选上述第一连接对象部件及上述第二连接对象部件中的至少一方为半导体芯片、树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁平线缆或刚挠结合基板。通过本发明可以有效地提高电极间的导通可靠性,因此,优选上述第二连接对象部件为半导体芯片、树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁平线缆或刚挠结合基板。
上述第一连接对象部件及上述第二连接对象部件中的至少一个连接对象部件优选为树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁形线缆或刚挠结合基板。上述第二连接对象部件优选为树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁形线缆或刚挠结合基板。树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁形线缆及刚挠结合基板具有柔软性高且比较轻质的性质。在将导电膜用于这种连接对象部件的连接的情况下,具有焊锡粒子难以集中于电极上的倾向。与之相对,通过使用导电糊剂,即使使用树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁形线缆或刚挠结合基板,通过将焊锡粒子高效地集中于电极上,也可以充分提高电极间的导通可靠性。在使用树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁形线缆或刚挠结合基板的情况下,与使用了半导体芯片等其它连接对象部件的情况相比,不进行加压的电极间的导通可靠性的提高效果可以得到进一步提高。
上述连接对象部件的形式中存在外围或面阵等。作为各部件的特征,外围基板中,电极仅存在于基板的外周部。面阵基板中,电极存在于面内。
作为设于上述连接对象部件的电极,可举出:金电极、镍电极、锡电极、铝电极、铜电极、钼电极、银电极、SUS电极及钨电极等金属电极。在上述连接对象部件为挠性印刷基板的情况下,上述电极优选为金电极、镍电极、锡电极、银电极或铜电极。在上述连接对象部件为玻璃基板的情况下,上述电极优选为铝电极、铜电极、钼电极、银电极或钨电极。此外,在上述电极为铝电极的情况下,也可以是仅由铝形成的电极,也可以是在金属氧化物层的表面叠层铝层的电极。作为上述金属氧化物层的材料,可以举出:掺杂有3价金属元素的氧化铟及掺杂有3价金属元素的氧化锌等。作为上述3价金属元素,可以举出:Sn、Al及Ga等。
以下,举出实施例及比较例,具体地说明本发明。本发明不仅限定于以下的实施例。
聚合物A的合成:
将双酚F(以重量比计含有2:3:1的4,4’-亚甲基双酚、2,4’-亚甲基双酚和2,2’-亚甲基双酚)100重量份、1,6-己二醇二缩水甘油基醚130重量份、双酚F型环氧树脂(DIC株式会社制造“EPICLONEXA-830CRP”)5重量份、以及间苯二酚型环氧化合物(Nagase Chemtex株式会社制造“EX-201”)10重量份,放入3口烧瓶中,在氮气流下,以100℃溶解。然后,添加作为羟基和环氧基的加成反应催化剂的三苯基丁基溴化鏻0.15重量份,在氮气流下,以140℃加成聚合反应4小时,由此,得到反应物(聚合物A)。
通过NMR,确认了已发生加成聚合反应,还确认到反应物(聚合物A)在主链上具有来自双酚F的羟基与1,6-己二醇二缩水甘油基醚、双酚F型环氧树脂及间苯二酚型环氧化合物的环氧基键合而成的结构单元,且在两末端具有环氧基。
通过GPC得到的反应物(聚合物A)的重均分子量为28000,数均分子量为8000。
聚合物B:两末端环氧基刚性骨架苯氧基树脂,三菱化学株式会社制造的“YX6900BH45”,重均分子量16000
热固化性化合物1:间苯二酚型环氧化合物,Nagase Chemtex株式会社制造的“EX-201”
热固化性化合物2:环氧化合物,DIC株式会社制造的“EXA-4850-150”
热固化剂1:硫醇固化剂(三羟甲基丙烷三-3-巯基丙酸酯,SC有机化学株式会社制造的“TMMP”)
热固化剂2:胺固化剂(T&K TOKA株式会社制造的“Fujicure 7000”)
热固化剂3:酰肼固化剂(大塚化学株式会社制造的“MAI”)
热固化剂4:酸酐固化剂(新日本理化株式会社制造的“RIKACID DDSA)
助熔剂1:己二酸,和光纯药工业株式会社制造,熔点(活性温度)152℃
焊锡粒子1、2的制作方法:
具有阴离子聚合物1的焊锡粒子:在三口烧瓶中称量焊锡粒子主体200g、己二酸40g以及丙酮70g,接着,添加二丁基氧化锡0.3g作为焊锡粒子主体表面的羟基与己二酸的羧基进行脱水缩合的催化剂,在60℃下反应4小时。然后,通过过滤焊锡粒子进行回收。
在三口烧瓶中称量回收的焊锡粒子、己二酸50g、甲苯200g、对甲苯磺酸0.3g,一边进行抽真空及回流,一边在120℃下反应3小时。此时,使用Dean-Stark提取装置,并且一边除去通过脱水缩合生成的水一边进行反应。
然后,通过过滤回收焊锡粒子,利用己烷净洗并干燥。然后,利用球磨机粉碎得到的焊锡粒子后,进行过筛使之成为规定的CV值。
(ζ电位测定)
另外,将得到的具有阴离子聚合物1的焊锡粒子0.05g放入甲醇10g中,并进行超声波处理,由此,均匀地分散,得到分散液。使用该分散液,且使用Beckman Coulter株式会社制造“Delsamax PRO”,通过电泳测定法测定ζ电位。
(阴离子聚合物的重均分子量)
就焊锡粒子的表面的阴离子聚合物1的重均分子量而言,使用0.1N的盐酸,溶解焊锡后,通过过滤回收聚合物,并通过GPC求得。
(焊锡粒子的粒径的CV值)
利用激光衍射式粒度分布测定装置(堀场制作所株式会社制造的LA-920)测定CV值。
使用对焊锡粒子1(SnBi焊锡粒子,熔点139℃,对三井金属株式会社制造的“DS10”)进行了分选而得到的焊锡粒子主体,进行了表面处理且具有阴离子聚合物1的焊锡粒子,平均粒径13μm,CV值:20%,表面的ζ电位:+0.48mV,聚合物分子量:Mw=7000)
使用对焊锡粒子2(SnBi焊锡粒子,熔点139℃,对三井金属株式会社制造“10-25”)进行了分选而得到的焊锡粒子主体,进行了表面处理且具有阴离子聚合物1的焊锡粒子,平均粒径:25μm,CV值:15%,表面的ζ电位:+0.4mV,聚合物分子量:Mw=8000)
导电性粒子1:在树脂粒子的表面上形成有厚度1μm的铜层,且在该铜层的表面上形成有厚度3μm的焊锡层(锡:铋=42重量%:58重量%)的导电性粒子
导电性粒子1的制作方法:
对平均粒径10μm的二乙烯基苯树脂粒子(积水化学工业株式会社制造的“微球SP-210”)进行非电解镀镍,在树脂粒子的表面上形成厚度0.1μm的基底镀镍层。接着,对形成有基底镀镍层的树脂粒子进行电解镀铜,形成厚度1μm的铜层。进一步使用含有锡及铋的电解镀敷液,进行电解镀敷,形成厚度3μm的焊锡层。这样,制作在树脂粒子的表面上形成有厚度1μm的铜层且在该铜层的表面上形成有厚度3μm的焊锡层(锡:铋=42重量%:58重量%)的导电性粒子1。
(实施例1~6及比较例1、2)
(1)各向异性导电糊剂的制作
将下述表1所示的成分以下述表1所示的配合量配合,得到各向异性导电糊剂。
(2)第一连接结构体(L/S=50μm/50μm)的制作
准备上表面具有L/S为50μm/50μm、电极长度为3mm的铜电极图案(铜电极的厚度12μm)的玻璃环氧基板(FR-4基板)(第一连接对象部件)。另外,准备下表面具有L/S为50μm/50μm、电极长度为3mm的铜电极图案(铜电极的厚度12μm)的挠性印刷基板(第二连接对象部件)。
玻璃环氧基板和挠性印刷基板重合的面积设为1.5cm×3mm,连接的电极数设为75对。
在上述玻璃环氧基板的上表面,使用金属掩模,以制作之后的各向异性导电糊剂在玻璃环氧基板的电极上为厚度100μm的方式,通过丝网印刷进行涂布,形成各向异性导电糊剂层。接着,在各向异性导电糊剂层的上表面叠层上述挠性印刷基板,使电极彼此对置。此时,不进行加压。对各向异性导电糊剂层施加上述挠性印刷基板的重量。然后,以各向异性导电糊剂层的温度成为190℃的方式加热,使焊锡熔融,且使各向异性导电糊剂层在190℃及10秒的条件下固化,得到第一连接结构体。
(3)第二连接结构体(L/S=75μm/75μm)的制作
准备上表面具有L/S为75μm/75μm、电极长度为3mm的铜电极图案(铜电极的厚度12μm)的玻璃环氧基板(FR-4基板)(第一连接对象部件)。另外,准备下表面具有L/S为75μm/75μm、电极长度3mm的铜电极图案(铜电极的厚度12μm)的挠性印刷基板(第二连接对象部件)。
除了使用L/S不同的上述玻璃环氧基板及挠性印刷基板以外,与第一连接结构体的制作一样,得到第二连接结构体。
(4)第三连接结构体(L/S=100μm/100μm)的制作
准备上表面具有L/S为100μm/100μm、电极长度为3mm的铜电极图案(铜电极的厚度12μm)的玻璃环氧基板(FR-4基板)(第一连接对象部件)。另外,准备下表面具有L/S为100μm/100μm、电极长度为3mm的铜电极图案(铜电极的厚度12μm)的挠性印刷基板(第二连接对象部件)。
除了使用L/S不同的上述玻璃环氧基板及挠性印刷基板以外,与第一连接结构体的制作一样,得到第三连接结构体。
(评价)
(1)粘度
使用E型粘度计(东机产业株式会社制造)在25℃及5rpm的条件下测定各向异性导电糊剂在25℃下的粘度η。
(2)焊锡熔点下的粘度
使用STRESSTECH(EOLOGICA株式会社制造)等,在失真控制1rad、频率1Hz、升温速度20℃/分钟、测定温度范围25~200℃(其中,在焊锡的熔点超过200℃的情况下,将温度上限设为焊锡的熔点)的条件下测定导电材料在上述焊锡熔点下的粘度。
(3)焊锡部的厚度
通过截面观察得到的连接结构体,评价位于上下电极之间的焊锡部的厚度。
(4)电极上的焊锡的配置精度1
得到的连接结构体中,评价沿第一电极、连接部和第二电极的叠层方向观察第一电极和第二电极相互对置的部分时,第一电极和第二电极相互对置的部分的面积100%中的连接部中配置有焊锡部的面积的比例X。将电极上的焊锡的配置精度1以下述基准进行判定。
[电极上的焊锡的配置精度1的判定基准]
○○:比例X为70%以上
○:比例X为60%以上、低于70%
△:比例X为50%以上、低于60%
×:比例X低于50%
(5)电极上的焊锡的配置精度2
得到的连接结构体中,评价沿与第一电极、连接部和第二电极的叠层方向垂直的方向观察第一电极和第二电极相互对置的部分时,在连接部中的焊锡部100%中、配置于第一电极和第二电极相互对置的部分的连接部中的焊锡部的比例Y。以下述基准判定电极上的焊锡的配置精度2。
[电极上的焊锡的配置精度2的判定基准]
○○:比例Y为99%以上
○:比例Y为90%以上、低于99%
△:比例Y为70%以上、低于90%
×:比例Y低于70%
(6)上下电极间的导通可靠性
得到的第一、第二、第三连接结构体(n=15个)中,将上下电极间的每一个连接部位的连接电阻分别通过四端子法进行测定。算出连接电阻的平均值。此外,根据电压=电流×电阻的关系,测定流过一定电流时的电压,可以求得连接电阻。将导通可靠性以下述基准进行判定。
[导通可靠性的判定基准]
○○:连接抵抗的平均值为50mΩ以下
○:连接抵抗的平均值超过50mΩ且70mΩ以下
△:连接抵抗的平均值超过70mΩ且100mΩ以下
×:连接抵抗的平均值超过100mΩ或产生连接不良
(7)邻接的电极间的绝缘可靠性
得到的第一、第二、第三连接结构体(n=15个)中,在85℃、湿度85%的氛围中放置100小时后,对邻接的电极间施加5V,并在25个部位测定电阻值。以下述基准判定绝缘可靠性。
[绝缘可靠性的判定基准]
○○:连接抵抗的平均值为107Ω以上
○:连接抵抗的平均值为106Ω以上、低于107Ω
△:连接抵抗的平均值为105Ω以上、低于106Ω
×:连接抵抗的平均值低于105Ω
将结果示于下述表1中。
不仅是使用挠性印刷基板的情况,在使用树脂膜、挠性扁形线缆及刚挠结合基板的情况下,也观察到了相同的趋势。
Claims (14)
1.一种导电糊剂,其含有:
作为热固化性成分的热固化性化合物和热固化剂、以及
多个焊锡粒子,
所述热固化剂含有硫醇固化剂,
导电糊剂在所述焊锡粒子中的焊锡的熔点下的粘度为0.1Pa·s以上、50Pa·s以下。
2.如权利要求1所述的导电糊剂,其中,
所述焊锡粒子的平均粒径为1μm以上、60μm以下。
3.如权利要求1或2所述的导电糊剂,其中,
所述焊锡粒子的含量为10重量%以上、90重量%以下。
4.如权利要求1或2所述的导电糊剂,其中,
所述硫醇固化剂的含量相对于所述热固化性化合物100重量份为0.01重量份以上且200重量份以下。
5.如权利要求1或2所述的导电糊剂,其中,
导电糊剂在25℃下的粘度为10Pa·s以上、800Pa·s以下。
6.一种连接结构体,其包括:
表面具有至少一个第一电极的第一连接对象部件、
表面具有至少一个第二电极的第二连接对象部件、
将所述第一连接对象部件和所述第二连接对象部件连接起来的连接部,
所述连接部的材料为权利要求1~5中任一项所述的导电糊剂,
所述第一电极和所述第二电极通过所述连接部中的焊锡部实现了电连接。
7.如权利要求6所述的连接结构体,其中,
所述第二连接对象部件为半导体芯片、树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁平线缆或刚挠结合基板。
8.如权利要求6或7所述的连接结构体,其中,
沿所述第一电极、所述连接部以及所述第二电极的叠层方向观察所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分时,在所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分的面积100%中的50%以上配置有所述连接部中的焊锡部。
9.如权利要求6或7所述的连接结构体,其中,
沿着与所述第一电极、所述连接部以及所述第二电极的叠层方向垂直的方向观察所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分时,在所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分配置有所述连接部中的焊锡部的70%以上。
10.一种连接结构体的制造方法,其包括:
使用权利要求1~5中任一项所述的导电糊剂在表面具有至少一个第一电极的第一连接对象部件的表面上配置所述导电糊剂的工序;
在所述导电糊剂的与所述第一连接对象部件侧相反的表面上,配置表面具有至少一个第二电极的第二连接对象部件,并使得所述第一电极和所述第二电极对置的工序;
将所述导电糊剂加热至所述焊锡粒子的熔点以上且所述热固化性成分的固化温度以上,由此通过所述导电糊剂形成将所述第一连接对象部件和所述第二连接对象部件连接在一起的连接部,且通过所述连接部中的焊锡部将所述第一电极和所述第二电极进行电连接的工序。
11.如权利要求10所述的连接结构体的制造方法,其中,
在所述配置第二连接对象部件的工序及所述形成连接部的工序中,对所述导电糊剂施加所述第二连接对象部件的重量,而不进行加压,或者,
在所述配置第二连接对象部件的工序及所述形成连接部的工序中的至少一个工序中,进行加压,并且,在所述配置第二连接对象部件的工序及所述形成连接部的工序这两个工序中,加压的压力低于1MPa。
12.如权利要求10或11所述的连接结构体的制造方法,其中,
所述第二连接对象部件为半导体芯片、树脂膜、挠性印刷基板、挠性扁平线缆或刚挠结合基板。
13.如权利要求10或11所述的连接结构体的制造方法,其中,
得到如下的连接结构体,所述连接结构体在沿所述第一电极、所述连接部以及所述第二电极的叠层方向观察所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分时,在所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分的面积100%中的50%以上配置有所述连接部中的焊锡部。
14.如权利要求10或11所述的连接结构体的制造方法,其中,
得到如下的连接结构体,所述连接结构体在沿着与所述第一电极、所述连接部以及所述第二电极的叠层方向垂直的方向观察所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分时,在所述第一电极和所述第二电极相互对置的部分配置有所述连接部中的焊锡部的70%以上。
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