JP2003253465A - 導電性微粒子及び導電接続構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子回路基板において基板同士又は基板とＩ
ＣやＬＳＩ等のチップとの導電接続において、基板等の
回路にかかる力を緩和し基板間の距離を一定に維持する
ことにより、高い接続信頼性を担保することができる導
電性微粒子及び導電接続構造体を提供する。 【解決手段】 樹脂からなる基材微粒子と前記基材微粒
子の表面に形成された金属層とからなる導電性微粒子で
あって、前記基材微粒子の表面には、金属粉が突起する
ようにして埋め込まれている導電性微粒子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板の導
電接続において、基板等の回路にかかる力を緩和し基板
間の距離を一定に維持することにより、高い接続信頼性
を担保することができる導電性微粒子及び導電接続構造
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子回路基板においてＩＣやＬＳ
Ｉを接続するためには、それぞれの電極をプリント基板
上にハンダ付けしていたが、この方法は、生産効率が悪
く、また、高密度化には適さないものであった。これら
の課題を解決するために、ハンダを球状にした、いわゆ
るハンダボールで基板とチップとを接続するＢＧＡ（ボ
ールグリッドアレイ）等の技術が開発された。この技術
によれば、チップ又は基板上に実装されたハンダボール
を高温で溶融しながら基板とチップとを接続すること
で、高生産性と高接続信頼性とを両立した電子回路を構
成できる。

【０００３】しかしながら、近年、基板の多層化が進
み、基板自体の外環境変化による歪みや伸縮が発生し、
結果としてこれらの力が基板間の接続部にかかることに
よる断線が発生することが問題となっていた。また、多
層化によって、基板間の距離がほとんどとれなくなり、
基板間の距離を維持するために別途スペーサ等を置かな
ければならず手間や費用がかかることが問題となってい
た。

【０００４】これらを解決する手段として、基板等の回
路に掛かる力の緩和については、基板接続部に樹脂等を
塗布して補強することが行われている。しかしながら、
これは接続信頼性の向上には一定の効果を示すものの、
手間がかかり、また塗布工程が増えることにより費用が
増大するという問題があった。また、基板間の距離の維
持については、特開平１１−７４３１１号公報に、銅の
周りにハンダをコーティングしたボールを用いる方法が
開示されている。これは、ハンダのように溶融しない銅
が支えとなり、基板間の距離を維持することができると
いうものである。しかしながら、銅は高価であり、ま
た、重量もあることから安価・軽量な材料が求められて
いた。

【０００５】これに対して、特開平５−３６３０６号公
報や特開平９−３０６２３１号公報には、樹脂からなる
基材微粒子の表面に無電解メッキや電解メッキにより金
属層を設けた導電性微粒子が開示されている。しかしな
がら、導電性のない基材微粒子に電気メッキを行う際に
は、蒸着や無電解メッキによって導電性を付与してから
行うのが一般的であるが、このとき基材微粒子に導電性
が付与されなかった部分が存在すると、電気メッキの際
にもその部分にはメッキ層が形成されない。また、電気
メッキを行う際にも、メッキ部分が剥がれてしまうこと
もある。このように、金属層と樹脂からなる基材微粒子
との密着力が不足していることから、金属層の一部にキ
ズや剥がれができやすく、このようなキズや剥がれがあ
る導電性微粒子を用いると接続安定性が損なわれる。し
かし、これを取り除くには、工数がかかるだけでなく、
歩留まりが低下するという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑み、電子回路基板の導電接続において、基板等の回路
にかかる力を緩和し基板間の距離を一定に維持すること
により、高い接続信頼性を担保することができる導電性
微粒子及び導電接続構造体を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂からなる
基材微粒子と前記基材微粒子の表面に形成された金属層
とからなる導電性微粒子であって、前記基材微粒子の表
面には、金属粉が突起するようにして埋め込まれている
導電性微粒子である。以下に本発明を詳述する。

【０００８】本発明の導電性微粒子は、基材微粒子と金
属層とからなる。上記基材微粒子としては特に限定され
ず、例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹
脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アル
キド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹
脂等の架橋型又は非架橋型合成樹脂；有機−無機ハイブ
リッド重合体等からなるものが挙げられる。これらは単
独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよ
い。

【０００９】上記基材微粒子の平均粒子径の好ましい下
限は１μｍ、上限は３ｍｍである。１μｍ未満である
と、基板の接合に用いた場合、基板同士が直接接触して
ショートすることがあり、３ｍｍを超えると、微細ピッ
チの電極を接合しにくくなることがある。

【００１０】上記金属層としては特に限定されないが、
例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミ
ニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チ
タン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウ
ム、珪素、錫−鉛合金、錫銅合金、及び、錫−銀合金等
からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる
ものが好適である。なかでも、ニッケル、銅、金、錫−
鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金がより好ましい。これ
らの金属は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用
されてもよい。

【００１１】上記金属層は、１層からなるものであって
もよく、多層からなるものであってもよい。上記金属層
が多層からなる場合には、層ごとに異なる金属からなる
ものであってもよい。

【００１２】前記基材微粒子の表面には、金属粉が突起
するようにして埋め込まれている。上記金属粉は、上記
金属層と上記樹脂基材粒子との密着力を向上させる効果
を有する。

【００１３】上記金属粉としては特に限定されないが、
例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミ
ニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チ
タン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウ
ム、珪素、錫−鉛合金、錫銅合金、及び、錫−銀合金等
からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる
ものが好適である。なかでも、ニッケル、銅、金、錫−
鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金がより好ましい。これ
らの金属は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用
されてもよい。また、上記金属層が多層からなるもので
ある場合には、上記金属粉は、金属層のうち導電性を確
保するために形成される層と同種の金属からなることが
好ましい。

【００１４】上記金属粉の上記基材微粒子の表面から突
起している部分の高さは好ましい下限は、上記基材微粒
子の粒子径の０．０１％であり、上限は５％である。
０．０１％未満であると、上記基材微粒子と金属層との
密着力を向上させるためのアンカー効果が不充分となる
ことがあり、５％を超えると、導電性微粒子の柔軟性が
失われ、基板にかかる力を緩和する能力が悪化すること
がある。

【００１５】上記基材微粒子の表面に上記金属粉を埋め
込む方法としては特に限定されず、例えば、基材微粒子
と金属粉とをボールミルで混合する方法；混練機を用い
る方法；基材微粒子と金属粉とを高速気流中で衝突させ
る方法；基材微粒子を重合する前のモノマー液滴分散時
に金属粉を添加しモノマー表面に金属粉をつけた状態で
重合する方法；衝撃力、圧縮、摩擦、剪断力等の機械的
作用を繰り返し与えることによって樹脂微粒子表面に金
属粉を埋め込むハイブリダイザーを用いる方法等が挙げ
られる。

【００１６】本発明の導電性微粒子は、上述の方法によ
り得られた、表面に金属粉が埋め込まれた基材微粒子の
表面に金属層を形成させることにより得られる。金属層
を形成する方法としては特に限定されず、例えば、無電
解メッキによる方法、溶融メッキ、拡散メッキ、溶射、
蒸着等が挙げられる。

【００１７】本発明の導電性微粒子の粒子径としては特
に限定されないが、好ましい下限は１μｍ、上限は３０
００μｍである。１μｍ未満であると、金属層を形成す
る際に凝集しやすく単粒子としにくくなることがあり、
３０００μｍを超えると、金属層がひび割れを起こし
て、基材微粒子から剥離し易くなることがある。

【００１８】本発明の導電性微粒子の１実施態様を以下
に示す。本実施態様では、上記金属層はニッケル層、銅
層、ハンダ層の３層からなる。まず、樹脂からなる基材
微粒子の表面に金属粉を埋め込み、内層から順にニッケ
ル層、銅層、ハンダ層を形成させる。最内層に形成する
ニッケル層はその外側に形成する銅層の下地になるもの
であり、その膜厚の好ましい下限は０．１μｍ、上限は
１μｍである。第２層の銅層は、導電性と第３層のハン
ダ層の塗れ性とを確保するためのものであり、その膜厚
の好ましい下限は基材微粒子の粒子径の０．１％、上限
は５％である。最外層のハンダ層はリフローにより基板
との接合を行うためのもので、その膜厚の好ましい下限
は基材微粒子の粒子径の０．１％、上限は１０％であ
る。

【００１９】本発明の導電性微粒子は、基材微粒子とし
て樹脂からなる微粒子を用い、この表面に金属層を形成
したことにより、弾力性に優れ、導電接合に使用された
場合に接合部分に応力が掛かりにくいうえ、対向する基
板等の間隔を一定に保持することができる。また、温度
変化による基板、素子等の熱膨張及び収縮による電極間
の相対位置のズレによる剪断応力を緩和することができ
る。更に、基材微粒子の表面に金属粉を埋め込んだこと
により、基材微粒子と金属層との密着力が向上し、金属
層のキズや剥がれができにくく、信頼性の高い導電接続
が可能になる。

【００２０】本発明の導電性微粒子は、例えば、マイク
ロ素子実装用の導電接着剤、異方性導電接着剤、異方性
導電シート等の導電材料として、基板・部品間の導電接
続に用いられる。本発明の導電性微粒子を用いて基板・
部品間を電気的に接続する方法としては特に限定され
ず、例えば、以下のような方法等が挙げられる。 （１）基板上に形成された電極の上に本発明の導電性微
粒子を置き、加熱溶融することで電極上に固定する。そ
の後、もう一方の基板を電極が対向するように置き加熱
溶融することで両基板を接合する方法。 （２）表面に電極が形成された基板又は部品の上に、本
発明の導電性微粒子を用いてなる異方性導電シートを載
せた後、もう一方の基板又は部品を電極面が対向するよ
うに置き、加熱、加圧して接合する方法。 （３）（２）において異方性導電シートを用いる代わり
に、スクリーン印刷やディスペンサー等の手段で本発明
の導電性微粒子を用いてなる異方性導電接着剤を供給し
接合する方法。 （４）本発明の導電性微粒子を介して張り合わせた二つ
の電極部の間隙に液状のバインダーを供給した後で硬化
させて接合する方法。かかる方法により、基板及び／又
は部品が接合した導電接続構造体を得ることができる。
本発明の導電性微粒子により接続されてなる導電接続構
造体もまた、本発明の１つである。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００２２】（実施例１）スチレンとジビニルベンゼン
とを共重合させて基材微粒子を作製した。この基材微粒
子１００個を測定した結果、平均粒径は２７０．５μｍ
であった。次いで、基材微粒子の表面にニッケル粉（Ｉ
ＮＣＯ社製、ニッケルパウダーＩｎｃｏＴｙｐｅ１２
３：粒子径３．０〜７．０μｍ、深く裂溝したスパイク
状の単一粒子）をハイブリダイザー（奈良機械製作所社
製）を用いて埋め込んだ。得られたニッケル粉埋め込み
基材微粒子１００個を測定した結果、平均粒径は２７
２．９μｍであり、埋め込み基材微粒子の断面写真よ
り、ニッケル粉は基材微粒子表面から平均１．２μｍ突
起しており、平均３μｍ基材内に埋め込まれていた。埋
め込まれたニッケル粉が基材微粒子表面から突起してい
る部分の高さは基材微粒子の粒子径の０．４４％であっ
た。

【００２３】得られたニッケル粉埋め込み基材微粒子
に、無電解メッキ法により導電下地層を形成した。得ら
れたニッケルメッキ微粒子を１４０ｇとり、バレルメッ
キ装置を用いてその表面に銅メッキを行い、導電性微粒
子を得た。メッキバレルとしては、径９０ｍｍ、高さ１
４０ｍｍの６角柱状で、側面に孔径１７０μｍのメッシ
ュ状フィルターが取り付けられているものを用いた。こ
の装置を用いて銅メッキ液中で電流密度０．２５Ａ／ｄ
ｍ²、メッキバレルを６角形の中心同士を通る軸を中心
に５ｒｐｍで回転し、約１時間通電して銅メッキを行っ
た。得られた導電性微粒子は、全く凝集がなく、全ての
粒子が単粒子として存在していた。また、得られた導電
性微粒子１００個について測定した結果、粒子径の平均
は２７７．５μｍ、ニッケルメッキ層の厚みは０．３μ
ｍ、銅メッキ層の厚みは３．２μｍであった。

【００２４】得られた導電性微粒子１０万個について顕
微鏡を用いて表面の金属層を観察し、直径４μｍ未満の
剥がれがあるもの、直径４μｍ以上、１５μｍ未満の剥
がれがあるもの、直径１５μｍ以上、４０μｍ未満の剥
がれがあるもの、直径４０μｍ以上の剥がれがあるもの
の割合を求めた。この結果を表１に示した。

【００２５】更に、得られた導電性微粒子４０ｇを、ス
テンレス製チップ（φ２ｍｍ、長さ２ｍｍの円柱状）４
０ｇとともにボールミルで回転数８０ｒｐｍで約８時間
混合した後、導電性微粒子１０万個について顕微鏡を用
いて表面の金属層を観察した。この結果を表１に示し
た。

【００２６】（実施例２）実施例１で得られた導電性微
粒子を１５０ｇとり、銅メッキと同じバレルメッキ装置
を用いて、共晶ハンダメッキ液中で電流密度０．２５Ａ
／ｄｍ²、メッキバレルを６角形の中心同士を通る軸を
中心に１５ｒｐｍで回転し、約３時間通電して共晶ハン
ダメッキを行い、導電性微粒子を得た。得られた導電性
微粒子は、全く凝集がなく、全ての粒子が単粒子として
存在していた。また、得られた導電性微粒子１００個に
ついて測定した結果、粒子径の平均は３０９．１μｍ、
ハンダメッキ層の厚みは１５．８μｍあった。得られた
導電性微粒子１０万個について顕微鏡を用いて表面の金
属層を観察した。この結果を表１に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】（比較例１）基材微粒子にニッケル粉を埋
め込まなかった以外は実施例１と同様にして導電性微粒
子を得た。得られた導電性微粒子は、全く凝集がなく、
全ての粒子が単粒子として存在していた。また、得られ
た導電性微粒子１００個について測定した結果、粒子径
の平均は２７６．９μｍ、ニッケルメッキ層の厚みは
０．３μｍ、銅メッキ層の厚みは２．９μｍであった。
得られた導電性微粒子について、実施例１と同様に表面
の金属層を観察した。更に、実施例１と同様にステンレ
ス製チップとともにボールミルで混合した後の導電性微
粒子の表面の金属層を観察した。結果を表２に示した。

【００２９】（比較例２）比較例１で得られた導電性微
粒子について、実施例２と同様の方法で共晶ハンダメッ
キを行って導電性微粒子を得た。得られた導電性微粒子
は、全く凝集がなく、全ての粒子が単粒子として存在し
ていた。また、得られた導電性微粒子１００個について
測定した結果、粒子径の平均は３０７．３μｍ、ハンダ
メッキ層の厚みは１５．２μｍあった。得られた導電性
微粒子１０万個について顕微鏡を用いて表面の金属層を
観察した。この結果を表２に示した。

【００３０】

【表２】

【００３１】表１及び表２より、実施例１、２で得られ
た導電性微粒子は、基材微粒子の表面に金属粉が埋め込
まれていない比較例１、２で得られた導電性微粒子に比
べて金属層の剥がれが少なく、更にステンレス製チップ
とともにボールミルで混合したあとでも金属層の剥がれ
はわずかであった。これにより、基材微粒子の表面に金
属粉が埋め込まれることにより、基材微粒子と金属層と
の密着性が向上し、金属層の剥がれが抑えられることが
わかった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、電子回路基板の導電接
続において、基板等の回路にかかる力を緩和し基板間の
距離を一定に維持することにより、高い接続信頼性を担
保することができる導電性微粒子及び導電接続構造体を
提供できる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂からなる基材微粒子と前記基材微粒
   子の表面に形成された金属層とからなる導電性微粒子で
   あって、前記基材微粒子の表面には、金属粉が突起する
   ようにして埋め込まれていることを特徴とする導電性微
   粒子。
2. 【請求項２】 金属粉の基材微粒子の表面から突起して
   いる部分の高さは、前記基材微粒子の粒子径の０．０１
   〜５％であることを特徴とする請求項１記載の導電性微
   粒子。
3. 【請求項３】 金属粉及び金属層は、金、銀、銅、白
   金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミニウム、コバルト、イン
   ジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビス
   マス、ゲルマニウム、カドミウム、珪素、錫−鉛合金、
   錫銅合金、及び、錫−銀合金からなる群より選ばれる少
   なくとも１種の金属からなることを特徴とする請求項１
   又は２記載の導電性微粒子。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の導電性微粒子
   により接続されてなることを特徴とする導電接続構造
   体。