JP2004158212A

JP2004158212A - 実装用導電性微粒子

Info

Publication number: JP2004158212A
Application number: JP2002320111A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nomura; 茂野村
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】スルーホールを介して電子部品を容易にかつ高い接続信頼性で導電接続することができる実装用導電性微粒子、該実装用導電性微粒子を用いる電子部品の接続方法及び導電接続構造体を提供する。
【解決手段】直径２００μｍ以下のスルーホールを介して電子部品の導電接続を行うために用いる実装用導電性微粒子であって、基材微粒子と、前記基材微粒子の表面に形成された導電層とからなり、前記導電層は、２層以上の多層構造からなり、かつ、少なくとも最外層が融点３５０℃以下の金属からなる厚さ０．０１〜１０μｍの層であり、長径が５０μｍ以下、かつ、前記スルーホールの孔径の１／４以下である実装用導電性微粒子。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スルーホールを介して電子部品を容易にかつ高い接続信頼性で導電接続することができる実装用導電性微粒子、該実装用導電性微粒子を用いる電子部品の接続方法及び導電接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレー、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器等のエレクトロニクス製品において、半導体素子等の電子部品を基板に電気的に接続したり、基板同士を電気的に接続する方法としては、微細な電極を対向させて金属バンプ等を用いハンダや導電ペーストで接続したり、金属バンプ等を直接圧着したりする方法が用いられていた。しかし、近年、電子回路基板においては、更に、小型化、高密度化が求められており、これに対応して、基板や半導体素子等の電子部品に設けられたスルーホールと呼ばれる貫通孔を介して導電接続を行う方法が実用化されている。
【０００３】
スルーホールを介して導電接続を行うためには、スルーホールの内部から両方向の出口に渡って、断線することなく導電層が形成されている必要がある。このため、従来は無電解メッキ等によりスルーホール内をメッキする方法等が行われていた。しかし、スルーホールの内部をメッキするには煩雑な操作が必要であり、コストも高くなるという問題点があった。
【０００４】
これに対して、導電性ペーストやハンダボール等を用いてスルーホール内部を充填する方法が提案されている。この方法によれば、無電解メッキ法に比べて、極めて容易かつ安価にスルーホールを介した導電接続が可能となる。しかしながら、導電性ペーストやハンダボール等を用いてスルーホール内部を充填した場合、しばしば断線が発生し接続信頼性が得られないことが問題となっていた。例えば、ハンダボールを用いてスルーホール内部を充填した場合には、電子部品間の熱膨張係数の違いにより温度変化等により接続部に応力がかかった場合、ハンダボールに亀裂が生じたりして断線が発生することがあった。また、導電性ペーストを用いてスルーホール内部を充填した場合には、樹脂をバインダーとすることから、導通不良を起こしたり、バインダーの成分により導電部が酸化されて導電率が低下したりすることがあるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑み、スルーホールを介して電子部品を容易にかつ高い接続信頼性で導電接続することができる実装用導電性微粒子、該実装用導電性微粒子を用いる電子部品の接続方法及び導電接続構造体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直径２００μｍ以下のスルーホールを介して電子部品の導電接続を行うために用いる実装用導電性微粒子であって、基材微粒子と、前記基材微粒子の表面に形成された導電層とからなり、前記導電層は、２層以上の多層構造からなり、かつ、少なくとも最外層が融点３５０℃以下の金属からなる厚さ０．０１〜１０μｍの層であり、長径が５０μｍ以下、かつ、前記スルーホールの孔径の１／４以下である実装用導電性微粒子である。
以下に本発明を詳述する。
【０００７】
本発明の実装用導電性微粒子は、基材微粒子と、前記基材微粒子の表面に形成された導電層とからなる。
上記基材微粒子は、樹脂からなるものであってもよいし、金属からなるものであってもよい。樹脂からなる基材微粒子を用いる場合には、樹脂の有する応力緩和効果により、接続部に応力がかかっても断線するのを防ぐことができる。
【０００８】
上記基材微粒子を構成する樹脂としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、クロロメチルスチレン等のスチレン誘導体；塩化ビニル；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類；アクリロニトリル等の不飽和ニトリル類；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ステアリル、エチレングリコール（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、ペンタフルオロプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル誘導体等を重合した物等が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【０００９】
また、上記基材微粒子を構成する樹脂を合成する際には、例えばジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジビニルナフタレン、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジアリルフタレート及びその異性体、トリアリルイソシアヌレート及びその誘導体等の架橋性単量体を加えても良い。これら架橋性単量体は単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００１０】
上記基材微粒子を構成する金属としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、ステンレス等が挙げられる。
【００１１】
上記基材微粒子を樹脂からなるものとする場合、その製造方法としては特に限定されず、例えば、懸濁重合、シード重合、乳化重合等の一般的な重合方法により得ることができる。これらの重合方法は一般に水中にて行われるため、重合した基材微粒子は吸湿した状態となる。この水分を除去するには、加熱下にて真空乾燥することが好ましい。上記乾燥の条件は基材微粒子の組成により適宜選ばれるが、乾燥温度の好ましい下限は８０℃、上限は９０℃、乾燥時間の好ましい下限は６時間、上限は２４時間である。
【００１２】
上記導電層は、導電性の高い金属から構成されることが好ましい。上記導電性の高い金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、錫、鉛、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、珪素等、及び、ハンダ等のこれらの合金等が挙げられる。
【００１３】
上記導電層は、２層以上の多層構造からなる。各層を構成する金属は、同じ金属であってもよいし、層ごとに異なる金属であってもよいが、少なくとも最外層は、融点３５０℃以下の金属からなる層である。上記融点３５０℃以下の金属としては特に限定されず、例えば、鉛、スズ、ビスマス等の低融点金属、ハンダ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金等の低融点合金が挙げられる。
【００１４】
上記導電層の厚みは特に限定されないが、少なくとも最外層のハンダ層の下限は０．０１μｍ、上限は１０μｍである。０．０１μｍ未満であると、加熱しても実装用導電性微粒子同士が結合できなかったり、応力がかかると結合が破壊され断線の原因となったりし、１０μｍを超えると、樹脂からなる基材微粒子の応力緩和効果が不充分になり、応力がかかると結合が破壊され断線の原因となる。
上記導電層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、上記基材微粒子表面に無電解メッキ等により形成する方法等が挙げられる。
【００１５】
本発明の実装用導電性微粒子の形状としては特に限定されず、例えば、球形、楕円形のもの等が用いられる。
【００１６】
本発明の実装用導電性微粒子は、スルーホールを介して電子部品の導電接続を行うために用いられるものである。
本発明の実装用導電性微粒子により導電接続される電子部品としては特に限定されず、例えば、ＩＣチップ、プリント基板等が挙げられる。
また、上記スルーホールとは、電子部品を貫通して設けられた孔であって、電子部品の両面に形成された回路を接続したり、電子部品の両面に取り付けた他の電子部品との接続を行ったりするものである。本発明の実装用導電性微粒子は、特に高密度実装を実現するための、直径２００μｍ以下のスルーホールに用いられる。
【００１７】
本発明の実装用導電性微粒子は、長径が５０μｍ以下、かつ、上記スルーホールの孔径の１／４以下である。長径が５０μｍを超えると、近年の高密度化実装に対応した直径２００μｍ以下のスルーホールに対応できず、スルーホール内に容易には充填できなかったり、必要な導電性が得られる程度に充分な量の充填ができなかったりし、また、スルーホールの孔径の１／４を超えると、スルーホールを均一に充填することができない。
【００１８】
本発明の実装用導電性微粒子の導電率の上限は１０^−２Ω／ｃｍである。１０⁻
^２Ω／ｃｍ未満であると、発熱してＩＣ素子等が正常に作動しないことがある。
【００１９】
本発明の実装用導電性微粒子を用いてスルーホールを介して電子部品の導電接続する方法としては特に限定されないが、少なくとも、スルーホール内に実装用導電性微粒子を充填する工程１と、充填した実装用導電性微粒子を加熱して最外層である融点３５０℃以下の金属からなる層を溶融させ、実装用導電性微粒子同士を結合する工程２とを有する電子部品の接続方法が好適である。このような電子部品の接続方法もまた、本発明の１つである。
【００２０】
本発明の電子部品の接続方法の概略を図１に示した。
本発明の電子部品の接続方法では、まず電子部品に形成されたスルーホールに、本発明の実装用導電性微粒子を充填する工程１を行う。この際、スルーホールの両出口から実装用導電性微粒子が盛り上がる程度にまで充填することが好ましい（図１ｂ）。これにより、接続信頼性を向上することができる。また、充填する際には、できる限り実装用導電性微粒子間に隙間ができないようにすることが好ましい。
次いで、工程２では、最外層である融点３５０℃以下の金属からなる層が溶融するまで加熱する。これにより実装用導電性微粒子同士が融着し、充填した実装用導電性微粒子全体があたかも一つの焼結された金属のようになる。
【００２１】
本発明の実装用導電性微粒子を用い、本発明の方法により導電接続された導電接続構造体は、スルーホールを充填する実装用導電性微粒子同士が融着し、あたかも一つの焼結された金属のようになって、高い接続信頼性を示す。また、バインダーを用いずに接続されていることから、バインダーによる導通不良やバインダー成分による導電部の酸化等の問題もなく、高い接続信頼性が得られる。更に、基材微粒子として樹脂からなるものを用いる場合には、温度変化等により接続部に応力がかかっても、基材微粒子である樹脂により、応力が緩和されることから断線が起こることもない。
このような本発明の実装用導電性微粒子を用いて、又は、本発明の電子部品の接続方法により接続された導電接続構造体もまた、本発明の１つである。
【００２２】
【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。
【００２３】
（実施例１）
平均粒子径が１０μｍのアルミニウムからなる基材微粒子に導電下地層としてニッケルめっき層を形成した。得られたニッケルめっき微粒子３０ｇをとり、径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの正五角形状で、側面の１面のみに孔径２０μｍのメッシュのフィルタが取り付けられているめっきバレルを有するバレルめっき装置を用いてその表面に銅メッキを施し、更にその上に共晶ハンダめっきを行って、最外層にハンダ層を有する導電性微粒子を得た。
【００２４】
得られた導電性微粒子を顕微鏡で観察したところ、全く凝集がなく、すべての粒子が単粒子として存在していることが確認された。また、この導電性微粒子１００個を測定した結果、平均粒径は１３．０μｍであった。更に、この導電性微粒子の切断面を測定したところ、ニッケルめっきの厚みは０．５μｍ、銅めっきの厚みは２．３μｍ、共晶ハンダメッキの厚みは０．２μｍであった。
【００２５】
孔径が５０μｍのスルーホールにより両面に形成された回路間を接続できるようにした基板回路のスルーホール内に、得られた導電性微粒子を充填した。次いで１９５℃に加熱することにより、導電性微粒子の最外層のハンダ層を溶融させて導電接続構造体を得た。
得られた導電接続構造体は、安定した導通がとれ通常通り作動し、−４０〜＋１２５℃の熱サイクルテストを１０００回行ったが、低温時でも高温時でも接続部の抵抗値アップや作動に異常は見られなかった。
【００２６】
（実施例２）
シード重合により得られたジビニルベンゼン系共重合体を篩と湿式分級により分級し平均粒子径が１０μｍの基材微粒子を得た。この基材微粒子に導電下地層としてニッケルめっき層を形成した。得られたニッケルめっき微粒子３０ｇをとり、径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの正五角形状で、側面の１面のみに孔径２０μｍのメッシュのフィルタが取り付けられているめっきバレルを有するバレルめっき装置を用いてその表面に銅メッキを施し、更にその上に共晶ハンダめっきを行って、最外層にハンダ層を有する導電性微粒子を得た。
【００２７】
得られた導電性微粒子を顕微鏡で観察したところ、全く凝集がなく、すべての粒子が単粒子として存在していることが確認された。また、この導電性微粒子１００個を測定した結果、平均粒径は１３．０μｍであった。更に、この導電性微粒子の切断面を測定したところ、ニッケルめっきの厚みは０．５μｍ、銅めっきの厚みは２．３μｍ、共晶ハンダメッキの厚みは０．２μｍであった。
【００２８】
孔径が５０μｍのスルーホールにより両面に形成された回路間を接続できるようにした基板回路のスルーホール内に、得られた導電性微粒子を充填した。次いで１９５℃に加熱することにより、導電性微粒子の最外層のハンダ層を溶融させて導電接続構造体を得た。
得られた導電接続構造体は、安定した導通がとれ通常通り作動し、−４０〜＋１２５℃の熱サイクルテストを１０００回行ったが、低温時でも高温時でも接続部の抵抗値アップや作動に異常は見られなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、スルーホールを介して電子部品を容易にかつ高い接続信頼性で導電接続することができる実装用導電性微粒子、その実装用導電性微粒子を用いる電子部品の接続方法及び導電接続構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品の接続方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１スルーホール
２電子部品（ＩＣチップ、基板等）
３実装用導電性微粒子
４融着した実装用導電性微粒子

Claims

直径２００μｍ以下のスルーホールを介して電子部品の導電接続を行うために用いる実装用導電性微粒子であって、
基材微粒子と、前記基材微粒子の表面に形成された導電層とからなり、
前記導電層は、２層以上の多層構造からなり、かつ、少なくとも最外層が融点３５０℃以下の金属からなる厚さ０．０１〜１０μｍの層であり、
長径が５０μｍ以下、かつ、前記スルーホールの孔径の１／４以下である
ことを特徴とする実装用導電性微粒子。
請求項１記載の実装用導電性微粒子を用いて、スルーホールを介して電子部品を導電接続する電子部品の接続方法であって、少なくとも、
スルーホール内に実装用導電性微粒子を充填する工程１と、
前記充填した実装用導電性微粒子を加熱して最外層である融点３５０℃以下の金属からなる層を溶融させ、実装用導電性微粒子同士を結合する工程２とを有することを特徴とする電子部品の接続方法。
請求項１記載の実装用導電性微粒子を用いて、又は、請求項２記載の電子部品の接続方法により導電接続されてなることを特徴とする導電接続構造体。