JP2007242731A - 接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い導電性を有し、電極の腐食による接続不良が生じることのない接続構造体を提供する。
【解決手段】電極を有する一対の回路基板が、導電性微粒子により導電接続された接続構造体であって、前記電極は、金、銀、銅、及び、アルミニウムからなる群より選択される少なくとも１種の金属からなり、前記導電性微粒子は、基材微粒子、前記基材微粒子の表面に形成されたニッケル層、及び、前記ニッケル層の表面に形成された銀層からなる接続構造体。
【選択図】なし

Description

本発明は、高い導電性を有し、電極の腐食による接続不良が生じることのない接続構造体に関する。

従来、ＩＣやＬＳＩ等の電子回路の作製において、配線基板や回路素子等の電極同士の接続には、ハンダ付けによる方法が行われてきた。しかし、ハンダによる接続は、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。また、ハンダによる接続では、回路基板間の接続高さを一定にすることが困難であるという問題があった。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に示されるようなハンダボールを用いて電極同士を接続する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、あらかじめハンダボールの粒径をそろえておくことにより、電極間の接続高さを一定に保つことが可能であり、また、配線基板や回路素子等の電極上に設けられたハンダボールを高温で溶融して電極同士を接続するため、高生産性、高接続信頼性を両立した電気回路を構成することが可能となった。

しかしながら、これらのハンダボールを電極上に搭載する際に、主に静電気の影響と考えられる原因により、ハンダボール同士が合着したり、ハンダボールが搭載機（マウンター）のホッパーの壁に付着したりして、ホッパー内でブリッジや目詰まり等を発生するため、うまく搭載できないという問題があった。

このような問題に対し、近年の電子回路の作製では、特許文献２に示されるような導電性微粒子を介して電極を接続する方法が広く用いられている。このような方法では、あらかじめ導電性微粒子の粒径をそろえておくことができるため、電極間の接続高さを一定に保つことが可能であり、生産効率が高いうえ、導電性微粒子同士が凝集することが少なく、また、導電性微粒子をバインダー樹脂等に分散させて基板上に搭載させ、電極同士を接続することも可能であるため、電極同士を容易に接続することが可能である。

近年、電極配線のピッチ間隔が細かくなってきており、導電性微粒子としてはより小粒径の粒子が用いられている。しかし、小粒径の粒子は、電極との接触面積が小さくなるため、より高い導電性が求められているのが現状である。
特開平９−３０６２３２号公報 特開平１１−６１４２４号公報

本発明は、上記現状に鑑み、高い導電性を有し、電極の腐食による接続不良が生じることのない接続構造体を提供することを目的とする。

本発明は、電極を有する一対の回路基板が、導電性微粒子により導電接続された接続構造体であって、上記電極は、金、銀、銅及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも１種の金属からなり、上記導電性微粒子は、基材微粒子、上記基材微粒子の表面に形成されたニッケル層、及び、上記ニッケル層の表面に形成された銀層からなる接続構造体である。
以下に、本発明を詳述する。

本発明者らは、鋭意検討の結果、回路基板の電極に特定の金属を用い、表面が銀で被覆されている導電性微粒子を用いて回路基板を接続することにより、高い導電性を有するとともに、電極が腐食することがないため接続不良を起こすことがないということを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明の接続構造体は、電極を有する一対の回路基板が、導電性微粒子により導電接続されたものである。

上記電極は、金、銀、銅及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも１種の金属からなるものである。
このような金属からなる電極は、導電性微粒子の材質によらず、導電接続する導電性微粒子との接触により腐食することがなく、特に導電性微粒子の表面が銀である場合には、腐食することがなく、安定した接続を得ることができる。

上記回路基板の材質としては特に限定されず、例えば、ポリイミドフィルムやエポキシ樹脂、ガラス等が挙げられる。

上記導電性微粒子は、基材微粒子、上記基材微粒子の表面に形成されたニッケル層、及び、上記ニッケル層の表面に形成された銀層からなる。

上記基材微粒子としては特に限定されず、適度な弾性率、弾性変形性及び復元性を有するものであれば、無機材料であっても有機材料であってもよいが、適度な弾性率、弾性変形性及び復元性を制御しやすいため、樹脂からなる樹脂微粒子であることが好ましい。

上記樹脂微粒子としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン等のポリオレフィン；ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート等のアクリル樹脂；ジビニルベンゼン重合樹脂；ジビニルベンゼン−スチレン共重合体、ジビニルベンゼン−アクリル酸エステル共重合体、ジビニルベンゼン−メタクリル酸エステル共重合体等のジビニルベンゼン系共重合樹脂；ポリアルキレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等からなるものが挙げられる。これらの樹脂微粒子は、単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。

上記基材微粒子の平均粒子径としては特に限定されないが、好ましい下限は１μｍ、好ましい上限は２０μｍである。１μｍ未満であると、例えば、無電解メッキを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、２０μｍを超えると、異方性導電材料として基板電極間等で用いられる範囲を超えてしまうことがある。より好ましい上限は１０μｍである。

上記導電性微粒子は、上記基材微粒子の表面に形成されたニッケル層、及び、上記ニッケル層の表面に形成された銀層を有する（以下、ニッケル層と銀層とを併せて導電層ともいう）。

上記導電性微粒子は、上記基材微粒子の表面に接するニッケル層を有する。
上記ニッケル層は、上記基材微粒子と導電層との密着性を高め、製造時及び基板等の熱圧着時に導電層の剥がれが発生するのを抑制する目的で形成される。

上記ニッケル層の厚さとしては特に限定されないが、好ましい下限は１０ｎｍ、好ましい上限は５００ｎｍである。１０ｎｍ未満であると、所望の密着性が得られないことがあり、５００ｎｍを超えると、基材微粒子とニッケル層との熱膨張率の差から、上記ニッケル層が剥離しやすくなることがある。
なお、上記ニッケル層の厚さは、無作為に選んだ１０個の粒子について測定し、これらを算術平均した厚さである。

上記導電層は、上記ニッケル層の表面に接する銀層を有する。
上記銀層は、上記導電層の抵抗値を低下させ、高い導電性を発現させる目的で形成される。また、上記電極と組み合わせて用いることにより、電極が腐食することがなく、安定した接続を得ることができる。

上記銀層の厚さとしては特に限定されないが、好ましい下限は５ｎｍ、好ましい上限は１０００ｎｍである。５ｎｍ未満であると、所望の導電性が得られないことがあり、１０００ｎｍを超えると、使用時にマイグレーションが発生しやすくなる。
なお、上記銀層の厚さは、無作為に選んだ１０個の粒子について測定し、これらを算術平均した厚さである。

また、上記導電性微粒子においては、従来のニッケル層の表面に金層を施した導電性微粒子よりも薄い厚さで、銀層の上に金層を形成してもよい。これにより銀層のマイグレーションを防止することができる。

本発明の接続構造体の製造方法としては特に限定されず、例えば、基板上に形成された電極の上に上記導電性微粒子を置き、加熱溶融することで電極上に固定し、その後、もう一方の基板を電極が対向するように置き、加熱溶融し接合する方法や、樹脂バインダーと導電性微粒子とを混練して異方性導電フィルムを作製した後、電極を有する基板と上記異方性導電フィルムとを熱圧着する方法等が挙げられる。

本発明の接続構造体は、回路基板の電極に特定の金属を用い、表面が銀で被覆されている導電性微粒子を用いて回路基板を接続することにより、高い導電性を有するとともに、電極が腐食することなく接続不良を起こすことがない。
本発明によれば、高い導電性を有し、電極の腐食による接続不良が生じることのない接続構造体を提供することができる。

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。

（実施例１）
（１）導電性微粒子の作製
粒径４μｍのジビニルベンゼン樹脂微粒子を、イオン吸着剤の１０％溶液で５分間処理し、その後、硫酸パラジウム０．０１％水溶液で５分間処理し、更にジメチルアミンボランを加えて還元処理を施し、ろ過、洗浄することにより、パラジウムを担持した基材微粒子を得た。
次に、コハク酸ナトリウム１％とイオン交換水５００ｍＬとを含む溶液を調製し、基材微粒子１０ｇと混合してスラリーを調製し、更に硫酸を添加してスラリーのｐＨを５に調整した。一方、ニッケルメッキ液として、硫酸ニッケル１０％、次亜リン酸ナトリウム１０％、水酸化ナトリウム４％及びコハク酸ナトリウム２０％を含む前期ニッケル溶液を調製した。スラリーを８０℃にし、これに作製した前期ニッケル溶液を連続的に滴下し、２０分間攪拌することによりメッキ反応させた。このメッキ反応中に、著しい凝集はなく、水素の発生がなくなることを確認してメッキ反応を終了させた。
次に、硫酸ニッケル２０％、ジメチルアミンボラン５％、水酸化ナトリウム５％を含む後期ニッケル溶液を調製し、後期ニッケル液を調製した。その後、前期ニッケル液反応終了後の溶液に作製した後期ニッケル液を連続的に滴下し、１時間攪拌することによりメッキ反応させた。

次に、銀塩として硝酸銀４．２５ｇを純水１１８０ｍＬに室温で溶解した溶液に、還元剤としてベンズイミダゾール１５ｇを加えて溶解し、当初生成した沈殿が完全に溶解したのを確認した後、錯化剤としてアンモニア６ｇ、クエン酸１水和物６ｇを溶解し、その後、結晶調整剤としてグリオキシル酸１０ｇを投入し完全溶解させ無電解銀メッキ液を調製した。次に、得られたニッケルメッキ被膜が形成された粒子を無電解銀メッキ液に投入し、この溶液を攪拌しながら加熱して温度を５０℃に保った。その後、ブフナー漏斗で濾別して粒子を分離し、分離した粒子に純水約１０００ｍＬを振り掛け洗浄した。その後、アルコール置換を行い、真空乾燥機で８０℃２時間乾燥し、導電性微粒子を得た。

（２）接続構造体の製造
樹脂バインダーの樹脂としてエポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製、「エピコート８２８」）１００重量部と、トリスジメチルアミノエチルフェノール２重量部、及び、トルエン１００重量部とを、遊星式攪拌機を用いて充分に混合した。しかる後、離型フィルム上に乾燥後の厚さが１０μｍとなるように塗布し、トルエンを蒸発させることにより接着性フィルムＡを得た。
次いで、樹脂バインダーの樹脂としてエポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製、「エピコート８２８」）１００重量部、トリスジメチルアミノエチルフェノール２重量部、及び、トルエン１００重量部に、得られた導電性微粒子を添加し、遊星式攪拌機を用いて充分に混合した。しかる後、離型フィルム上に乾燥後の厚さが７μｍとなるように塗布し、トルエンを蒸発させて導電性微粒子を含有する接着性フィルムＢを得た。なお、導電性微粒子の配合量は、フィルム中の含有量が５万個／ｃｍ^２となるようにした。
得られた接着性フィルムＡと、導電性微粒子を含有する接着性フィルムＢとを、常温でラミネートすることにより、２層構造を有する厚さ１７μｍの異方性導電フィルムを得た。
得られた異方性導電フィルムを５×５ｍｍの大きさに切断した。これを、一方に抵抗測定用の引き回し線を有する幅２００μｍ、長さ１ｍｍ、高さ０．２μｍ、Ｌ／Ｓ２０μｍの金電極のほぼ中央に貼り付けた。しかる後、同じ金電極を有するガラス基板を、電極同士が重なるように位置合わせをしてから貼り付けた。
このガラス基板の接合部を１０Ｎ、１００℃の圧着条件で熱圧着することにより接続構造体を得た。

（比較例１）
電極の材料として錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして接続構造体を作製した。

＜評価＞
実施例１及び比較例１で得られた接続構造体について、以下の評価を行った。結果を表１に示した。

（１）接続抵抗値の経時変化測定
得られた接続構造体について、４端子法により初期抵抗値、１５０時間後の抵抗値、６４８時間後の抵抗値、１２４８時間後の抵抗値をそれぞれ測定し、各時間の３個の接続構造体の測定値の平均抵抗値を求めた。

本発明によれば、高い導電性を有し、電極の腐食による接続不良が生じることのない接続構造体を提供することができる。

Claims (1)

1. 電極を有する一対の回路基板が、導電性微粒子により導電接続された接続構造体であって、
   前記電極は、金、銀、銅及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも１種の金属からなり、
   前記導電性微粒子は、基材微粒子、前記基材微粒子の表面に形成されたニッケル層、及び、前記ニッケル層の表面に形成された銀層からなる
   ことを特徴とする接続構造体。