JP2004010828A

JP2004010828A - 導電接着剤及び電子部品

Info

Publication number: JP2004010828A
Application number: JP2002168784A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 小林　寛史; Hideaki Okura; 大倉　秀章; Takeshi Sano; 佐野　武
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】マイグレーションが起き難く、接続抵抗値の経時的な上昇の起き難い導電接着剤を提供する。
【解決手段】導電フィラー１と、フラックス処理をしたはんだ粒子を分散混合した導電粒子２とを、接着剤３と配合混練した導電接着剤。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電接着剤及びそれを使用した電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の実装においては、一般的にはんだ接合が用いられているが、多ピン化、軽薄短小化により接合部も小さくなり、ＢＧＡやＣＳＰ等の半導体部品では、実装後の熱履歴により熱歪が発生し、はんだ疲労破壊発生による信頼性低下という問題がある。
【０００３】
そこで、はんだに替わる導電接着剤接合技術が提案されている。導電接着剤は、主に導電フィラーと接着剤からなり、通常、導電フィラーとしては銀フィラーが用いられている。銀フィラーは、体積抵抗値が低く、酸化しにくいため経時的な抵抗上昇が起き難いが、マイグレーションが起こりやすいという問題があり、狭ピッチ化には致命的であり、また高価である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を解決するために、以下のような技術が提案されている。特開平９−１５７６１３号公報では、ニッケルフィラーの表面をアミンで表面処理し、経時的にニッケルの酸化が進行することによる抵抗上昇を防止している。
【０００５】
この方法では、ニッケルフィラーを用いているため、マイグレーションが起き難く、また、フィラーは安価であるが、体積抵抗値が高く、アミンでニッケルフィラー表面を覆っているので、初期抵抗値が高い。
【０００６】
特開２００１−１４３５２９号公報では、導電接着剤にクリームハンダを配合することにより、高温高湿環境下での湿気の影響による金属フィラーや回路電極表面の酸化による抵抗上昇を、はんだと電極またはフィラーとの接合により補完することにより、低減している。
【０００７】
しかし、銀フィラーをメインの導電フィラーとして使用しているため、マイグレーションが起き易い。また、導電接着剤にクリームハンダを加えて混合しているため、クリームハンダの分散性が悪く、導電接着剤による接合部とクリームハンダによる接合部が偏在しやすい。クリームハンダの接合部が偏在すると、熱履歴による熱歪により、はんだの疲労破壊が起き易く、抵抗値が上昇する。
【０００８】
そこで、本発明は、マイグレーションが起き難く、接続抵抗値の経時的な上昇の起き難い導電接着剤及びそれを用いた電子部品を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、導電フィラーと、フラックス処理をしたはんだ粒子を分散混合した導電粒子とを、接着剤と配合混練した導電接着剤を最も主要な特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１において、はんだ粒子が導電フィラーより小さく、粒子数が多い導電接着剤を主要な特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、はんだを被覆した導電フィラーとフラックスと接着剤を配合混練した導電接着剤を最も主要な特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３において、はんだを被覆した導電フィラーが破砕されている導電接着剤を主要な特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載において、はんだが、錫とビスマスの合金である導電接着剤を主要な特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載において、導電フィラーが、ニッケルである導電接着剤を主要な特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載において、導電フィラーが、ニッケルを被覆した針形状物である導電接着剤を主要な特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載において、導電フィラーが、銅である導電接着剤を主要な特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか記載の導電接着剤電極間に介在した電子部品を最も主要な特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載において、請求項７記載の導電接着剤を用い、電極がニッケルより軟らかい金属からなる電子部品を最も主要な特徴とする。
【００１９】
本発明は、ニッケルまたは銅フィラーを用いることにより、マイグレーションが起き難いことに着目し、また、フィラー表面にはんだを被覆するか、フィラーとフィラーより小さなはんだ粒子を混合してから、接着剤と混練することにより、はんだ粒子を均一に分散させることができ、はんだの疲労破壊による抵抗上昇を防止しつつ、フィラー表面がはんだでぬれることにより酸化膜を除去して体積抵抗値を低くできることに着目してなされた。
【００２０】
請求項１記載の発明は、導電フィラーと、フラックス処理をしたはんだ粒子を分散混合した導電粒子とを、接着剤と配合混練したことにより、導電フィラーに対してはんだ粒子を均一に分散できるため、はんだの凝集が少なく疲労破壊による抵抗上昇を防止しつつ、はんだが導電フィラーをぬらして表面酸化膜を除去し、はんだと導電フィラー間で金属間接合ができ、体積抵抗値が低減できる導電接着剤を提供する。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１において、はんだ粒子が導電フィラーより小さく粒子数が多いことにより、はんだが隣接する導電フィラーの表面をぬらして表面酸化膜を除去し、導電フィラーとはんだ粒子間で金属結合ができるだけでなく、一部のはんだははんだのセルフアライメント力や接着剤の収縮によって近づいた導電フィラーに押しのけられ、隣接する導電フィラーの凸部同士が複数箇所でくっつくことにより、導電フィラー間での金属間接合が生じ、体積抵抗値が低減できる導電接着剤を提供する。
【００２２】
請求項３記載の発明は、はんだを被覆した導電フィラーとフラックスと接着剤を配合混練することにより、はんだが導電フィラーを完全にぬらして表面酸化膜を除去し、はんだと導電フィラー間で金属間接合ができ、体積抵抗値が低減できる導電接着剤を提供する。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３において、はんだを被覆した導電フィラーが破砕されていることにより、請求項１と同様にはんだの凝集が少なく疲労破壊による抵抗上昇を防止しつつ、はんだが導電フィラーをぬらして表面酸化膜を除去し、はんだと導電フィラー間で金属間接合ができ、体積抵抗値が低減できる導電接着剤を提供する。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載のはんだが、錫とビスマスの合金であることにより、はんだの融点が１４０℃以下であり、導電接着剤の硬化温度１５０〜２００℃程度と比較して低いことにより、導電接着剤の硬化時に、はんだが導電フィラーをぬらして体積抵抗値が低減できる導電接着剤を提供する。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４記載の導電フィラーが、ニッケルであることにより、マイグレーションを起こし難い導電接着剤を提供する。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜４記載の導電フィラーが、ニッケルを被覆した針形状物であることにより、フィラー配合量を少なくしても接続抵抗の安定化が図れ、接続強度を向上できる導電接着剤を提供する。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項１〜４記載の導電フィラーが、銅であることにより、体積抵抗率が銀とほぼ同等で、マイグレーションを起こし難い導電接着剤を提供する。
【００２８】
請求項９記載の発明は、電極間にいずれか一項の導電接着剤を用いることにより、マイグレーションが起き難く、接続抵抗が安定している電子部品を提供する。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、電極がニッケルより軟らかい金属からなる電極を有することにより、さらに接続抵抗が安定している電子部品を提供する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１は本発明の導電接着剤の硬化前の組成図、図２は同じく硬化後の拡大組成図である。図１は、導電フィラー１と、フラックス（洗浄不要タイプ）処理をしたはんだ粒子を分散混合した導電粒子２とを、接着剤３と配合混練した導電接着剤を電子部品の電極４間に介在させた状態を示す。
【００３１】
通常の導電接着剤ははんだ粒子がなく、導電接着剤を加熱硬化したときに接着剤が収縮し、導電フィラー同士の接触面積が増大して導通が確保される。本発明では、導電接着剤を加熱硬化したときに接着剤が収縮し、導電フィラー１同士の接触面積が増大するとともに、はんだが溶融して導電フィラー１をぬらし表面酸化膜を除去し、はんだと導電フィラー１間で金属間接合ができ、体積抵抗値が低減できる。
【００３２】
さらに、はんだ粒子（導電粒子２）が導電フィラー１より小さく粒子数が多いことにより、複数の導電フィラー１に接するはんだは、導電フィラー１の表面酸化膜を除去しながらぬれ広がることにより、セルフアライメント力や接着剤３の収縮力で導電フィラー１同士が近づき、導電フィラー１の表面酸化膜が除去された凸部同士が複数箇所で接触し、導電フィラー１間での金属間接合が生じ、体積抵抗値が低減できる。また、はんだ粒子と電極４間でも金属間接合が生じ、体積抵抗値が低減できる。
【００３３】
ここで、はんだ粒子が多く、導電フィラー１同士が接触しないと、導電性がはんだと導電フィラー１の接合のみで確保されるため、熱履歴による熱歪により、はんだの疲労破壊が起き易く、抵抗値が上昇する。従って、導電フィラー径は１０〜３０μｍ、はんだ粒子径は０．５〜５μｍ程度、はんだ粒子数が導電フィラー粒子数の２〜１０倍程度とするのが望ましい。
【００３４】
なお、導電フィラー１にはニッケルや銅を用い、形状としては、球状よりフレーク状や針形状が望ましい。はんだには錫とビスマスの合金が望ましく、加熱温度を１７０℃程度とすることにより、はんだが導電フィラー１にぬれ拡がりやすい。
【００３５】
＜実施例２＞
銅やニッケル等の導電粒子にはんだをメッキした導電フィラーとフラックスと接着剤を配合混練する。はんだ層の厚さは導電粒子径の１／１０以下が望ましく、５〜３０μｍの粒子に対し０．５〜１μｍ以下にする。なお、はんだが導電フィラーを完全に被覆する必要がなく、安価に製造できる。
【００３６】
請求項４では５０〜１００μｍの導電粒子に対し、はんだメッキを１〜５μｍ程度つけてから粒子を破砕する。これをフラックス、接着剤と配合混練することにより、簡単に導電粒子に対しはんだを分散した導電接着剤が得られる。なお、フラックスは、はんだの酸化膜還元作用がある樹脂で、洗浄不要のものを用いる。
【００３７】
＜実施例３＞
電子部品の電極としては、はんだ接合性向上のため錫系めっきが施されている。ここで、ニッケルフィラーを含有した導電接着剤にて接合するに際し、Ｎ２リフロー等の低酸素濃度雰囲気中での加熱硬化プロセスを採用することにより、接続抵抗信頼性は向上することがわかっている。
【００３８】
しかし、高温放置等において、ニッケルフィラー、錫系めっき界面の酸化によりわずかな抵抗上昇が見られる。ニッケルフィラーと錫とビスマスの合金フィラーとを含有していることにより、１７０℃での加熱硬化プロセスでもニッケルフィラー及び錫系めっきへのはんだの濡れが発生し、接続抵抗信頼性が更に向上する。
【００３９】
＜実施例４＞
導電接着剤の導電フィラーとしてはフレーク形状が主に用いられており、このフレーク形状フィラーが積み重なる形で上下方向の導通を確保している。ここで、導電接着剤の接着強度を向上させるのは、導電フィラー含有量を減らし、相対的に接着剤量を増やすことにより可能となるが、フレーク形状フィラーにおいては、導電フィラー含有量の低下とともに体積抵抗率が急峻に上昇してしまう。
【００４０】
請求項７の発明では、ニッケル被覆を施した針形状の導電フィラーを含有した導電接着剤としている。針形状の導電フィラーはお互いに絡み合い接触抵抗を低減することができることから、含有量を低くしても体積抵抗率の低減が図れる。
【００４１】
ここで、針形状の導電フィラーは、チタン酸カリウム繊維に無電解ニッケルめっきを施すことにより作製可能である。針状のコアフィラーについてはチタン酸カリウム繊維以外であっても繊維径１μｍ以下、繊維長１０〜３０μｍ程度のものであれば良く、また、導電剤の被覆方法についても無電解めっきに限らず、蒸着等の方法によっても良い。
【００４２】
導電フィラーが針形状であるための利点としては、導電接着剤製造工程での混練に対してもフィラーの割れがほとんど発生しないことと共に、各部での抵抗値ばらつきが小さいことも挙げられる。ここで、針形状のほかの例としては４本の針状部を有するテトラポット型酸化亜鉛にニッケルメッキをしたものも使用できる。
【００４３】
請求項１０では、針状ニッケルフィラーを含有する導電接着剤を用い、金，銅，錫等のメッキからなる電子部品の電極を接合する。電極がニッケルフィラーより軟らかいのでフィラーによりメッキ上の表面酸化膜を破り、接続抵抗値を低減できる。また、錫電極の場合は、接着剤の加熱硬化時に電極と接着剤内のはんだが金属間接合し、接続抵抗信頼性が向上する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の導電接着剤においては、導電フィラーにフラックス処理をしたはんだ粒子を分散混合しているので、導電フィラーに対してはんだ粒子を均一に分散できるため、はんだの凝集が少なく疲労破壊による抵抗上昇を防止できる。
【００４５】
また、はんだが導電フィラーや電子部品の電極をぬらして表面酸化膜を除去し、はんだと導電フィラー間、はんだと電子部品の電極間で金属間接合ができるため、体積抵抗値が低減する。
【００４６】
請求項２の導電接着剤においては、はんだ粒子が導電フィラーより小さく粒子数を多くしているので、はんだが隣接する導電フィラーの表面をぬらして表面酸化膜を除去し、導電フィラーとはんだ粒子間で金属結合ができるだけでなく、一部のはんだははんだのセルフアライメント力や接着剤の収縮によって近づいた導電フィラーに押しのけられ、隣接する導電フィラーの凸部同士が複数箇所でくっつくことにより、導電フィラー間での金属間接合が生じ、体積抵抗値が低減する。
【００４７】
請求項３の導電接着剤においては、はんだを被覆した導電フィラーとフラックスと接着剤を配合混練することにより、導電フィラーに対してはんだ粒子を均一に分散できるため、はんだの凝集が少なく疲労破壊による抵抗上昇を防止できる。また、はんだが導電フィラーを完全にぬらして表面酸化膜を除去し、はんだと導電フィラー間で金属間接合ができ、体積抵抗値が低減する。
【００４８】
請求項４の導電接着剤においては、はんだを被覆した導電フィラーが破砕しているので、はんだの凝集がなく疲労破壊による抵抗上昇を防止できる。また、はんだが隣接する導電フィラーの表面をぬらして表面酸化膜を除去し、導電フィラーとはんだ粒子間で金属結合ができるだけでなく、一部のはんだははんだのセルフアライメント力や接着剤の収縮によって近づいた導電フィラーに押しのけられ、隣接する導電フィラーの凸部同士が複数箇所でくっつくことにより、導電フィラー間での金属間接合が生じるので、体積抵抗値が低減する。
【００４９】
請求項５の導電接着剤においては、はんだが錫とビスマスの合金であるので、はんだの融点が１４０℃以下となり導電接着剤の硬化温度１５０〜２００℃程度と較して低く、導電接着剤の硬化時に、はんだが導電フィラーをぬらすので、接着剤に必要以上の高温をかけることなく、体積抵抗値が低減する。また、鉛を使用していないので、環境を保護することもできる。
【００５０】
請求項６の導電接着剤においては、導電フィラーがニッケルであるので、銀を使用するより、マイグレーションを起こし難く、安価である。
【００５１】
請求項７の導電接着剤においては、導電フィラーがニッケルを被覆した針形状物であるので、フレーク状フィラーの積層による導通と比較し、針が絡み合って導通するので、フィラー配合量を少なくしても接続抵抗の安定化が図れ、接続強度が向上する。
【００５２】
請求項８の導電接着剤においては、導電フィラーが銅であるので、銀を使用するより、マイグレーションを起こし難く、安価であり、しかも体積抵抗率が銀とほぼ同等である。
【００５３】
請求項９の電子部品においては、電極間に、前記のいずれか一項の導電接着剤を用いるので、体積抵抗率が低いことにより導電フィラーに銀を用いる必要がなく、マイグレーションが起き難い。また、導電接着剤と電極間で導電フィラーと電極の接触による導通だけでなく、はんだと電極の金属間結合による導通も形成されるため、接続抵抗が安定する。
【００５４】
請求項１０の電子部品においては、電極がニッケルより軟らかい金属からなるので、ニッケルフィラーにより電極上の表面酸化膜を破って接合でき、接続抵抗が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電接着剤の硬化前の組成図である。
【図２】図２は同じく硬化後の拡大組成図である。
【符号の説明】
１　導電フィラー
２　導電粒子
３　接着剤
４　電極

Claims

導電フィラーと、フラックス処理をしたはんだ粒子を分散混合した導電粒子とを、接着剤と配合混練したことを特徴とする導電接着剤。
請求項１において、はんだ粒子が導電フィラーより小さく、粒子数が多いことを特徴とする導電接着剤。
はんだを被覆した導電フィラーとフラックスと接着剤を配合混練したことを特徴とする導電接着剤。
請求項３において、はんだを被覆した導電フィラーが破砕されていることを特徴とする導電接着剤。
請求項１〜４のいずれか記載において、はんだが、錫とビスマスの合金であることを特徴とする導電接着剤。
請求項１〜４のいずれか記載において、導電フィラーが、ニッケルであることを特徴とする導電接着剤。
請求項１〜４のいずれか記載において、導電フィラーが、ニッケルを被覆した針形状物であることを特徴とする導電接着剤。
請求項１〜４のいずれか記載において、導電フィラーが、銅であることを特徴とする導電接着剤。
請求項１〜８のいずれか記載の導電接着剤を電極間に介在したことを特徴とする電子部品。
請求項９記載において、請求項７記載の導電接着剤を用い、電極がニッケルより軟らかい金属からなることを特徴とする電子部品。