JP2011076782A - 導電性微粒子、異方性導電材料、及び、接続構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材微粒子の表面に、導電層及び低融点金属層が順次形成されている導電性微粒子であって、前記導電層表面の算術平均粗さが150〜750nmである導電性微粒子。
【選択図】なし
Description
これ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ICやLSIを基板に接続するBGA(ボールグリッドアレイ)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基板とチップとを接続することで高生産性、高接続信頼性を両立した電子回路を構成することができる。
しかしながら、基板間の導電接続を行った場合、一次実装を行った後に、溶融した低融点金属が電極部に流れ落ちるため、導電層が露出してしまい、そのまま二次実装を行うと、対向する基板の電極への金属接合が困難となり、接合不良が発生するという問題があった。
また、このような導電性微粒子をバインダー樹脂に分散させることにより得られる異方性導電材料を電極間接合に用いる場合にも、溶融した低融点金属がバインダー樹脂中に流れ出し、隣接しあう電極間でリークするという問題があった。
以下に本発明を詳述する。
上記ポリオレフィン樹脂は特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂等が挙げられる。上記アクリル樹脂は特に限定されず、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、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。
上記重合法は特に限定されず、乳化重合、懸濁重合、シード重合、分散重合、分散シード重合等の重合法が挙げられる。
上記金属微粒子は特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、金、銀等の金属からなる微粒子が挙げられる。
K値(N/mm2)=(3/√2)・F・S−3/2・R−1/2
F:樹脂微粒子の10%圧縮変形における荷重値(N)
S:樹脂微粒子の10%圧縮変形における圧縮変位(mm)
R:樹脂微粒子の半径(mm)
なお、上記基材微粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ50個の基材微粒子の粒子径を測定し、測定した粒子径を算術平均することにより求めることができる。
上記導電層を形成する金属は特に限定されず、例えば、金、銀、銅、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、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム等が挙げられる。なかでも、導電性に優れることから、上記導電層を形成する金属は、金、銅又はニッケルであることが好ましい。
なお、本明細書において、算術平均粗さ(Ra)は、JIS B0601に準拠した方法で測定されたものである。
なお、上記導電層の厚さは、無作為に選んだ10個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察してその凹凸形状を平均化することにより測定し、これらを算術平均した厚さである。
なかでも、各電極材料に対し濡れ性が優れることから、低融点金属は、錫、錫−銀合金、錫−銀−銅合金が好適である。
上記低融点金属層中に含有される金属の合計に占める上記金属の含有量は特に限定されないが、好ましい下限は0.0001重量%、好ましい上限は1重量%である。上記低融点金属層中に含有される金属の合計に占める上記金属の含有量が、0.0001〜1重量%の範囲内であることにより、上記低融点金属層と電極との接合強度をより向上させることができる。
なお、上記低融点金属層の厚さは、無作為に選んだ10個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して測定し、測定値を算術平均した厚さである。
上記無電解めっき法を用いることで、上記基材微粒子表面に銅を粗大な結晶状に析出させ、その後、核成長させることにより表面形状が粗い導電層を形成することができる。これにより、表面の算術平均粗さが150〜750nmである導電層を好適に作製することができる。
上記触媒化工程は、基材微粒子の表面に次工程の無電解めっきの起点となりうる触媒層を形成させる工程である。
また、上記無電解めっき工程は、触媒を付与した基材微粒子を還元剤の存在下で無電解めっき液中に浸漬し、付与された触媒を起点として基材微粒子の表面にめっき金属を析出させる工程である。
また、上記低融点金属微粒子の平均粒子径は、上記基材微粒子の平均粒子径の1/10以下であることが好ましい。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が、上記基材微粒子の平均粒子径の1/10を超えると、せん断圧縮時に上記低融点金属微粒子を上記基材微粒子の導電層に付着、皮膜化させることができないことがある。
上記ビニル樹脂は特に限定されないが、例えば、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等が挙げられる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
上記硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂、湿気硬化型樹脂であってもよい。上記硬化性樹脂は硬化剤と併用してもよい。
上記熱可塑性ブロック共重合体は特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。
上記エラストマーは特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
これらの樹脂は、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。
また、上記バインダー樹脂と、本発明の導電性微粒子とを混合することなく、別々に用いて異方性導電材料としてもよい。
テトラメチロールメタンテトラアクリレートとジビニルベンゼンとの共重合体からなる樹脂微粒子(平均粒子径240μm)25gに対して、下記組成の銅めっき液(pH=12、めっき液温60℃)5000gを用いて無電解めっきを行い、樹脂微粒子の表面に厚さ10μmの銅層を形成することにより、銅層形成樹脂微粒子を得た。
硫酸銅五水和物:42g/L
ホルムアルデヒド(37重量%水溶液) 120g/L
エチレンジアミン四酢酸 90g/L
2,2’−ビピリジル 550ppm
ポリエチレングリコール(分子量1000) 50ppm
実施例1において、pH=11、めっき液温55℃の銅めっき液を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、pH=13の銅めっき液を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)に代えて、錫96.5銀3.0銅0.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)に代えて、錫42.0ビスマス58.0合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、テトラメチロールメタンテトラアクリレートとジビニルベンゼンとの共重合体からなる樹脂微粒子(平均粒子径240μm)の表面に電気めっきにより樹脂微粒子の表面に厚さ10μmの銅層を形成した以外は実施例1と同様にして、導電性微粒子を得た。
実施例1において、pH=10、めっき液温50℃の銅めっき液を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、pH=13.5、めっき液温65℃の銅めっき液を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例及び比較例で得られた銅層形成樹脂微粒子及び導電性微粒子について、以下の評価を行った。結果を表1に示した。
原子間力顕微鏡(VN−8000:キーエンス社製)を用い、得られた銅層形成樹脂微粒子表面の算術平均粗さをJIS B0601−1994に準拠した方法で測定した。なお、測定においては、2次曲面補正(自動)を行い、断面形状についても同様の補正を行った。
なお、実施例1で得られた銅層形成樹脂微粒子の銅層表面の原子間力顕微鏡画像を図1、比較例1で得られた銅層形成樹脂微粒子の銅層表面の原子間力顕微鏡画像を図2に示した。
実施例及び比較例において得られた導電性微粒子112個を、銅電極を有するシリコンチップ上に搭載し、270℃に設定したリフロー炉に投入し溶融させた。その後、走査型電子顕微鏡を用いて実装表面を観察し、銅層の表面が露出しているものの総数を計測した。
Claims (6)
- 基材微粒子の表面に、導電層及び低融点金属層が順次形成されている導電性微粒子であって、前記導電層表面の算術平均粗さが150〜750nmであることを特徴とする導電性微粒子。
- 導電層は、銅からなることを特徴とする請求項1記載の導電性微粒子。
- 低融点金属層は、錫又は錫と他の金属との合金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。
- 基材微粒子は、樹脂微粒子であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の導電性微粒子。
- 請求項1、2、3又は4記載の導電性微粒子がバインダー樹脂に分散されてなることを特徴とする異方性導電材料。
- 請求項1、2、3或いは4記載の導電性微粒子、又は、請求項5記載の異方性導電材料を用いてなることを特徴とする接続構造体。
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