JP2016076354A - 接続構造体の製造方法及び接続構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】はんだ粒子を導体部間に効率的に配置することができ、導体部間の導通信頼性を高めることができる接続構造体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る接続構造体の製造方法は、第1の接続対象部材及び第2の接続対象部材の内の一方の表面上に、第1の導電ペースト層を配置する工程と、前記第1の導電ペースト層の表面上に、前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程と、はんだ粒子の融点以上かつ前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第1の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している第1の接続部を、前記第1の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第2の導体部とを、前記はんだ粒子に由来する第1のはんだ部により電気的に接続する工程とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、はんだ粒子を含む導電ペーストを用いる接続構造体の製造方法に関する。また、本発明は、はんだ粒子を含む導電ペーストを用いた接続構造体に関する。
導電ペースト及び導電フィルム等の導電材料が広く知られている。上記導電材料では、バインダー樹脂中に導電性粒子が分散されている。
上記導電材料は、各種の接続構造体を得るために、例えば、フレキシブルプリント基板とガラス基板との接続(FOG(Film on Glass))、半導体チップとフレキシブルプリント基板との接続(COF(Chip on Film))、半導体チップとガラス基板との接続(COG(Chip on Glass))、並びにフレキシブルプリント基板とガラスエポキシ基板との接続(FOB(Film on Board))等に使用されている。
上記導電材料により、例えば、フレキシブルプリント基板の電極とガラスエポキシ基板の電極とを電気的に接続する際には、ガラスエポキシ基板上に、導電性粒子を含む導電材料を配置する。次に、フレキシブルプリント基板を積層して、加熱及び加圧する。これにより、導電材料を硬化させて、導電性粒子を介して電極間を電気的に接続して、接続構造体を得る。
上記導電材料の一例として、下記の特許文献1には、熱硬化性樹脂を含む樹脂層と、はんだ粉と、硬化剤とを含み、上記はんだ粉と上記硬化剤とが上記樹脂層中に存在する接着テープが開示されている。この接着テープは、フィルム状であり、ペースト状ではない。
また、特許文献1では、上記接着テープを用いた接着方法が開示されている。具体的には、第一基板、接着テープ、第二基板、接着テープ、第三基板を下からこの順に積層して、積層体を得る。このとき、第一基板の表面に設けられた第一電極と、第二基板の表面に設けられた第二電極とを対向させる。また、第二基板の表面に設けられた第二電極と第三基板の表面に設けられた第三電極とを対向させる。そして、積層体を所定の温度で加熱して接着する。これにより、接続構造体を得る。
一方で、従来、プリント配線板として、ビルドアップ法を用いたビルドアップ配線板が知られている。ビルドアップ法では、積層工程、ビア形成工程、及び配線形成工程などを繰り返すことによって、ビルドアップ配線板が得られる。
WO2008/023452A1
特許文献1に記載の接着テープは、フィルム状であり、ペースト状ではない。このため、はんだ粉を電極(ライン)上に効率的に配置することは困難である。例えば、特許文献1に記載の接着テープでは、はんだ粉の一部が、電極が形成されていない領域(スペース)にも配置されやすい。電極が形成されていない領域に配置されたはんだ粉は、電極間の導通に寄与しない。
また、特許文献1では、ビアが設けられた基板を用いることが記載されている。この基板では、ビア内に予め導電材料が充填されている。このビアを有する基板におけるビア内の導体部が、はんだにより、他の基板の電極と電気的に接続されている。
本発明の目的は、はんだ粒子を導体部間に効率的に配置することができ、導体部間の導通信頼性を高めることができる接続構造体の製造方法を提供することである。
本発明の広い局面によれば、熱硬化性成分と複数のはんだ粒子とを含む第1の導電ペーストと、第1のビアと、前記第1のビア内を含む領域に配置されておりかつ前記第1のビア内を塞いでいる第1の導体部とを有する第1の接続対象部材と、第2の導体部を有する第2の接続対象部材とを用いて、前記第1の接続対象部材及び前記第2の接続対象部材の内の一方の表面上に、前記第1の導電ペーストを塗布して、第1の導電ペースト層を配置する工程と、前記第1の導電ペースト層の表面上に、前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程と、前記はんだ粒子の融点以上かつ前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第1の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している第1の接続部を、前記第1の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第2の導体部とを、前記はんだ粒子に由来する第1のはんだ部により電気的に接続する工程とを備える、接続構造体の製造方法が提供される。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第2の接続対象部材が、第2のビアと、前記第2のビア内を含む領域に配置されておりかつ前記第2のビア内を塞いでいる前記第2の導体部とを有する。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程及び前記第1の接続部を形成する工程において、加圧を行わず、前記第1の導電ペースト層には、前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方の重量が加わる。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第1の導電ペースト中の前記はんだ粒子の平均粒子径が0.5μm以上、100μm以下である。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第1の導電ペースト中の前記はんだ粒子の含有量が10重量%以上、80重量%以下である。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第1の導電ペースト層の表面上に配置される前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、リジッドフレキシブル基板又はフレキシブルフラットケーブルである。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、熱硬化性成分と複数の導電性粒子とを含む第2の導電ペーストと、第3の導体部を有する第3の接続対象部材とを用いて、前記第1の接続対象部材の前記第2の接続対象部材側とは反対の表面上に、前記第2の導電ペーストを塗布して、第2の導電ペースト層を配置する工程と、前記第2の導電ペースト層の表面上に、前記第3の接続対象部材を配置する工程と、前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第2の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第3の接続対象部材とを接続している第2の接続部を、前記第2の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第3の導体部とを、前記導電性粒子に由来す
る導電部により電気的に接続する工程とが備えられる。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第2の導電ペーストに含まれる前記導電性粒子がはんだ粒子であり、前記はんだ粒子の融点以上かつ前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第2の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第3の接続対象部材とを接続している前記第2の接続部を、前記第2の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第3の導体部とを、前記はんだ粒子に由来する第2のはんだ部により電気的に接続し、前記導電性粒子に由来する導体部が、前記はんだ粒子に由来する第2のはんだ部である。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第1の接続対象部材の導体部及び前記第2の接続対象部材の導体部が、縦方向及び横方向に複数形成されており、エリアアレイの配列にて形成されている。
本発明の広い局面によれば、上述した接続構造体の製造方法により得られる接続構造体が提供される。
本発明に係る接続構造体の製造方法は、熱硬化性成分と複数のはんだ粒子とを含む第1の導電ペーストと、第1のビアと、上記第1のビア内を含む領域に配置されておりかつ上記第1のビア内を塞いでいる第1の導体部とを有する第1の接続対象部材と、第2の導体部を有する第2の接続対象部材とを用いて、上記第1の接続対象部材及び上記第2の接続対象部材の内の一方の表面上に、上記第1の導電ペーストを塗布して、第1の導電ペースト層を配置する工程と、上記第1の導電ペースト層の表面上に、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程と、上記はんだ粒子の融点以上かつ上記熱硬化性成分の硬化温度以上に上記第1の導電ペースト層を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している第1の接続部を、上記第1の導電ペースト層により形成し、かつ、上記第1の導体部と上記第2の導体部とを、上記はんだ粒子に由来する第1のはんだ部により電気的に接続する工程とを備えるので、はんだ粒子を導体部間に効率的に配置することができ、導体部間の導通信頼性を高めることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る接続構造体の製造方法により得られる接続構造体を模式的に示す部分切欠正面断面図である。 図2(a)〜(c)は、本発明の一実施形態に係る接続構造体の製造方法の各工程を説明するための部分切欠正面断面図である。 図3(a)〜(c)は、本発明の一実施形態に係る接続構造体の製造方法の各工程を説明するための部分切欠正面断面図である。 図4は、接続構造体の変形例を示す部分切欠正面断面図である。
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明に係る接続構造体の製造方法は、
(A)熱硬化性成分と複数のはんだ粒子とを含む第1の導電ペーストと、
(B)第1のビアと、上記第1のビア内を含む領域に配置されておりかつ上記第1のビア内を塞いでいる第1の導体部とを有する第1の接続対象部材と、
(C)第2の導体部を有する第2の接続対象部材と、
を用いる。
本発明に係る接続構造体の製造方法は、
(第1の工程)上記第1の接続対象部材及び上記第2の接続対象部材の内の一方の表面上に、上記第1の導電ペーストを塗布して、第1の導電ペースト層を配置する工程と、
(第2の工程)上記第1の導電ペースト層の表面上に、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程と、
(第3の工程)上記はんだ粒子の融点以上かつ上記熱硬化性成分の硬化温度以上に上記第1の導電ペースト層を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している第1の接続部を、上記第1の導電ペースト層により形成し、かつ、上記第1の導体部と上記第2の導体部とを、上記はんだ粒子に由来する第1のはんだ部により電気的に接続する工程と、
を備える。
上記第2の工程では、第1の導電ペーストが塗布されなかった接続対象部材が、導電ペースト層の表面上に配置される。上記第1の工程において、第1の接続対象部材の表面上に第1の導電ペースト層を配置した場合には、第1の導電ペースト層の表面上に第2の接続対象部材が配置される。上記第1の工程において、第2の接続対象部材の表面上に第1の導電ペースト層を配置した場合には、第1の導電ペースト層の表面上に第1の接続対象部材が配置される。
本発明では、上記の構成が備えられているので、複数のはんだ粒子が導体部間(第1の導体部と第2の導体部との間、第1の導体部と第3の導体部との間)に集まりやすく、複数のはんだ粒子を導体部(ライン)上に効率的に配置することができる。また、複数のはんだ粒子の一部が、導体部が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、導体部が形成されていない領域に配置されるはんだ粒子の量をかなり少なくすることができる。従って、導体部間の導通信頼性を高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する導体部間の電気的な接続を防ぐことができ、絶縁信頼性を高めることができる。本発明では、第2の接続対象部材における第2の導体部を、第1の接続対象部材の第2の接続対象部材側とは反対の表面にて、第1の導体部及び第1のはんだ部を経由して、他の導体部と電気的な接続することができる。
なお、本発明では、複数のはんだ粒子を導体部間に効率的に集める他の方法を更に採用してもよい。複数のはんだ粒子を導体部間に効率的に集める方法としては、接続対象部材間の導電ペーストに、熱を付与した際、熱により導電ペーストの粘度を低下させることで、導電ペーストの対流を発生させる方法等が挙げられる。この方法において、接続対象部材の表面の導体部とそれ以外の表面部材との熱容量の差異により対流を発生させる方法、接続対象部材の水分を、熱により水蒸気として対流を発生させる方法、並びに上下の接続対象部材の温度差により対流を発生させる方法等が挙げられる。これにより、導電ペースト中のはんだ粒子を、導体部の表面に効率的に移動させることができる。
また、本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、
(A)熱硬化性成分と複数のはんだ粒子とを含む第1の導電ペーストと、
(B)第1のビアと、上記第1のビア内を含む領域に配置されておりかつ上記第1のビア内を塞いでいる第1の導体部とを有する第1の接続対象部材と、
(C)第2の導体部を有する第2の接続対象部材と、
(D)熱硬化性成分と複数の導電性粒子とを含む第2の導電ペーストと、
(E)第3の導体部を有する第3の接続対象部材と、
を用いる。
(A)〜(E)の導電ペースト及び接続対象部材を用いる場合に、本発明に係る接続構
造体の製造方法は、
(第1の工程)上記第1の接続対象部材及び上記第2の接続対象部材の内の一方の表面上に、上記第1の導電ペーストを塗布して、第1の導電ペースト層を配置する工程と、
(第2の工程)上記第1の導電ペースト層の表面上に、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程と、
(第3の工程)上記はんだ粒子の融点以上かつ上記熱硬化性成分の硬化温度以上に上記第1の導電ペースト層を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している第1の接続部を、上記第1の導電ペースト層により形成し、かつ、上記第1の導体部と上記第2の導体部とを、上記はんだ粒子に由来する第1のはんだ部により電気的に接続する工程と、
(第4の工程)上記第1の接続対象部材の上記第2の接続対象部材側とは反対の表面上に、上記第2の導電ペーストを塗布して、第2の導電ペースト層を配置する工程と、
(第5の工程)上記第2の導電ペースト層の表面上に、上記第3の接続対象部材を配置する工程と、
(第6の工程)上記熱硬化性成分の硬化温度以上に上記第2の導電ペースト層を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第3の接続対象部材とを接続している第2の接続部を、上記第2の導電ペースト層により形成し、かつ、上記第1の導体部と上記第3の導体部とを、上記導電性粒子に由来する導電部により電気的に接続する工程と、
を備える。
上記第6の工程において、第1のはんだ部と上記第3の導体部とを、上記導電性粒子に由来する導電部により電気的に接続することが好ましい。
(A)〜(E)の導電ペースト及び接続対象部材を用い、第1〜第6の工程を経て接続構造体を作製すれば、より多層の接続構造体が得られる。さらに、第4,第5…,第nの導体部を有する第4,第5,…,第nの接続対象部材を用いて、より一層多層にしてもよい。
第1,第2,第3の接続対象部材における第1,第2,第3の導体部は、電極として作用することが好ましい。
なお、本発明では、導体部の表面に選択的にはんだ粒子を凝集させる方法を更に採用してもよい。導体部の表面に選択的にはんだ粒子を凝集させる方法としては、溶融したはんだ粒子の濡れ性がよい導体部材質と、溶融したはんだ粒子の濡れ性の悪いその他の表面材質とにより形成された接続対象部材を選択し、導体部の表面に到達した溶融したはんだ粒子を選択的に導体部に付着させ、その溶融したはんだ粒子に対し、別のはんだ粒子を溶融させて付着させる方法、熱伝導性がよい導体部材質と、熱伝導性が悪いその他の表面材質とにより形成された接続対象部材を選択し、熱を付与した際に、導体部の温度を他の表面部材に対し高くすることで、選択的に導体部上ではんだを溶融させる方法、金属により形成された導体部上に存在するマイナスの電荷に対して、プラスの電荷を持つように処理されたはんだ粒子を用いて、導体部に選択的にはんだ粒子を凝集させる方法、並びに、親水性の金属表面を有する導体部に対して、導電ペースト中のはんだ粒子以外の樹脂を疎水性とすることで、導体部に選択的にはんだ粒子を凝集させる方法等が挙げられる。
導体部間(第1の導体部と第2の導体部との間、第1の導体部と第3の導体部との間)でのはんだ部の厚みは、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下である。導体部の表面上のはんだ濡れ面積(導体部の露出した面積100%中のはんだが接している面積)は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、好ましくは100%以下である。
本発明に係る接続構造体の製造方法では、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程及び上記第1の接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記第1の導電ペースト層には、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方の重量が加わることが好ましく、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程及び上記第1の接続部を形成する工程において、上記第1の導電ペースト層には、上記第2の接続対象部材の重量の力を超える加圧圧力は加わらないことが好ましい。さらに、上記第3の接続対象部材を配置する工程及び上記第2の接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記第2の導電ペースト層には、上記第3の接続対象部材の重量が加わることが好ましく、上記第3の接続対象部材を配置する工程及び上記第2の接続部を形成する工程において、上記第2の導電ペースト層には、上記第3の接続対象部材の重量の力を超える加圧圧力は加わらないことが好ましい。これらの場合には、はんだ部の厚みをより一層効果的に厚くすることができ、複数のはんだ粒子が導体部間に多く集まりやすくなり、複数のはんだ粒子を導体部(ライン)上により一層効率的に配置することができる。また、複数のはんだ粒子の一部が、導体部が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、導体部が形成されていない領域に配置されるはんだ粒子の量をより一層少なくすることができる。従って、導体部間の導通信頼性をより一層高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する導体部間の電気的な接続をより一層防ぐことができ、絶縁信頼性をより一層高めることができる。
また、複数のはんだ粒子を導体部上に効率的に配置し、かつ導体部が形成されていない領域に配置されるはんだ粒子の量をかなり少なくするためには、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いる必要があることを、本発明者は見出した。
さらに、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程及び上記第1の接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記第1の導電ペースト層には、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方の重量が加われば、接続部が形成される前に導体部が形成されていない領域(スペース)に配置されていたはんだ粒子が導体部間により一層集まりやすくなり、上記第3の接続対象部材を配置する工程及び上記第2の接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記第2の導電ペースト層には、上記第3の接続対象部材の重量が加われば、接続部が形成される前に導体部が形成されていない領域(スペース)に配置されていたはんだ粒子が導体部間により一層集まりやすくなり、複数のはんだ粒子をビア内や導体部(ライン)上により一層効率的に配置することができることも、本発明者は見出した。本発明では、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いるという構成と、加圧を行わず、上記第1の導電ペースト層には、上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方の重量が加わるようにするという構成、又は、加圧を行わず、上記第2の導電ペースト層には、上記第3の接続対象部材の重量が加わるようにするという構成とを組み合わせて採用することには、本発明の効果をより一層高いレベルで得るために大きな意味がある。
なお、WO2008/023452A1では、はんだ粉を電極の表面に押し流して効率よく移動させる観点からは、接着時に所定の圧力で加圧するとよいことが記載されており、加圧圧力は、はんだ領域をさらに確実に形成する観点では、例えば、0MPa以上、好ましくは1MPa以上とすることが記載されており、更に、接着テープに意図的に加える圧力が0MPaであっても、接着テープ上に配置された部材の自重により、接着テープに所定の圧力が加わってもよいことが記載されている。WO2008/023452A1では、接着テープに意図的に加える圧力が0MPaであってもよいことは記載されているが、0MPaを超える圧力を付与した場合と0MPaとした場合との効果の差異については、何ら記載されていない。また、WO2008/023452A1では、フィルム状ではなく、ペースト状の導電ペーストを用いることの重要性についても何ら認識されていない
また、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いれば、導電ペーストの塗布量によって、接続部及びはんだ部の厚みを調整することが容易になる。一方で、導電フィルムでは、接続部の厚みを変更したり、調整したりするためには、異なる厚みの導電フィルムを用意したり、所定の厚みの導電フィルムを用意したりしなければならないという問題がある。また、導電フィルムでは、はんだの溶融温度で、導電フィルムの溶融粘度を十分に下げることができず、はんだ粒子の凝集が阻害されるという問題がある。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態及び実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
先ず、図1に、本発明の一実施形態に係る接続構造体の製造方法により得られる接続構造体を模式的に部分切欠正面断面図で示す。
図1に示す接続構造体1は、第1の接続対象部材2と、第2の接続対象部材3と、第3の接続対象部材4と、第1の接続部5と、第2の接続部6とを備える。
第1の接続対象部材2は、第1のビア2bと、第1のビア2b内を含む領域に配置されておりかつ第1のビア2b内を塞いでいる第1の導体部2aとを有する。第1の導体部2aは、第1のビア2b内に埋め込まれた部分を有する。第1の導体部2aは、第2の接続対象部材3が配置される側の第1の接続対象部材2の表面を含む領域にも配置されている。第1の導体部2aは、第3の接続対象部材4が配置される側の第1の接続対象部材2の表面を含む領域にも配置されている。第1の導体部2aは、第1のビア2b内を通して、第1の接続対象部材2の両側の表面に至っている。第1のビア2bは複数であり、複数の第1のビア2bの内側の領域のそれぞれに第1の導体部2aが配置されている。第1の導体部2aも複数である。第1のビア及び第1の導体部は少なくとも1つあればよく、複数でなくてもよい。また、第1の導体部2aは、第1のビア2bの内表面を被覆している層と、該層内に充填された充填部とを有する複合導体層であってもよい。
第2の接続対象部材3は、第2のビア3bと、第2のビア3b内を含む領域に配置されておりかつ第2のビア3b内を塞いでいる第2の導体部3aとを有する。第2の導体部3aは、第2のビア3b内に埋め込まれた部分を有する。第2の導体部3aは、第1の接続対象部材2が配置される側の第2の接続対象部材3の表面を含む領域にも配置されている。第2の導体部3aは、第1の接続対象部材2が配置される側とは反対の第2の接続対象部材3の表面を含む領域にも配置されている。第2の導体部3aは、第2のビア3b内を通して、第2の接続対象部材3の両側の表面に至っている。第2の接続対象部材3の第1の接続対象部材2側とは反対側に他の接続対象部材が配置されてもよい。第2のビア3bは複数であり、複数の第2のビア3bの内側の領域のそれぞれに第2の導体部3aが配置されている。第2の導体部3aも複数である。第2のビア及び第2の導体部は少なくとも1つあればよく、複数でなくてもよい。第2の接続対象部材は、第2のビアを有していなくてよい。第2の接続対象部材は、第1の接続対象部材が配置される側の第2の接続対象部材の表面に第2の導体部を有することが好ましい。また、第2の導体部3aは、第2のビア3bの内表面を被覆している層と、該層内に充填された充填部とを有する複合導体層であってもよい。
第3の接続対象部材4は、第3のビア4bと、第3のビア4b内を含む領域に配置されておりかつ第3のビア4b内を塞いでいる第3の導体部4aとを有する。第3の導体部4aは、第3のビア4b内に埋め込まれた部分を有する。第3の導体部4aは、第1の接続対象部材2が配置される側の第3の接続対象部材4の表面を含む領域にも配置されている
。第3の導体部4aは、第1の接続対象部材2が配置される側とは反対の第3の接続対象部材4の表面を含む領域にも配置されている。第3の導体部4aは、第3のビア4b内を通して、第3の接続対象部材4の両側の表面に至っている。第3の接続対象部材4の第1の接続対象部材2側とは反対側に他の接続対象部材が配置されてもよい。第3のビア4bは複数であり、複数の第3のビア4bの内側の領域のそれぞれに第3の導体部4aが配置されている。第3の導体部4aも複数である。第3のビア及び第3の導体部は少なくとも1つあればよく、複数でなくてもよい。第3の接続対象部材は、第3のビアを有していなくてよい。第3の接続対象部材は、第1の接続対象部材が配置される側の第3の接続対象部材の表面に第3の導体部を有することが好ましい。また、第3の接続対象部材は、必ずしも用いなくてもよい。また、第3の導体部4aは、第3のビア4bの内表面を被覆している層と、該層内に充填された充填部とを有する複合導体層であってもよい。
第1の接続部5は、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している。第1の接続部5は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含む導電ペーストにより形成されている。
第2の接続部6は、第1の接続対象部材2と第3の接続対象部材4とを接続している。第2の接続部6は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含む導電ペーストにより形成されている。但し、第2の接続部6は、導電性粒子を含む導電材料により形成されていてもよく、この導電性粒子ははんだ粒子でなくてもよい。また、上記導電材料は、導電ペーストであってもよく、導電フィルムであってもよく、熱硬化性成分を含まずかつ熱可塑性成分を含んでいてもてよい。
第1の接続部5は、複数のはんだ粒子が集まり互いに接合した第1のはんだ部5Aと、熱硬化性成分が熱硬化された第1の硬化物部5Bとを有する。
第1の導体部2aと第2の導体部3aとが、第1のはんだ部5Aにより電気的に接続されている。従って、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とが、第1のはんだ部5Aにより電気的に接続されている。なお、第1の接続部5において、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に集まった第1のはんだ部5Aとは異なる領域(第1の硬化物部5B部分)では、はんだは存在しない。第1のはんだ部5Aとは異なる領域(第1の硬化物部5B部分)では、第1のはんだ部5Aと離れたはんだは存在しない。なお、少量であれば、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に集まった第1のはんだ部5Aとは異なる領域(第1の硬化物部5B部分)に、はんだが存在していてもよい。
第2の接続部6は、複数のはんだ粒子が集まり互いに接合した第2のはんだ部6Aと、熱硬化性成分が熱硬化された第2の硬化物部6Bとを有する。第2の接続部が、熱硬化性成分と複数の導電性粒子とを含む導電材料により形成されている場合には、第2の接続部は、複数の導電性粒子に由来する第2の導電部と、熱硬化性成分が熱硬化された第2の硬化物部とを有する。
第1の導体部2aと第3の導体部4aとが、第2のはんだ部6Aにより電気的に接続されている。従って、第1の接続対象部材2と第3の接続対象部材4とが、第2のはんだ部6Aにより電気的に接続されている。なお、第2の接続部6において、第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間及に集まった第2のはんだ部6Aとは異なる領域(第2の硬化物部6B部分)では、はんだは存在しない。第2のはんだ部6Aとは異なる領域(第2の硬化物部6B部分)では、第2のはんだ部6Aと離れたはんだは存在しない。なお、少量であれば、第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間に集まった第2のはんだ部6Aとは異なる領域(第2の硬化物部6B部分)に、はんだが存在していてもよい。
図1に示すように、接続構造体1では、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に、複数のはんだ粒子が集まり、複数のはんだ粒子が溶融した後、はんだ粒子の溶融物が導体部の表面を濡れ拡がった後に固化して、第1のはんだ部5Aが形成されている。本実施形態では、接続構造体1において第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に位置している第1のはんだ部5Aの厚みは、上記第1の導電ペーストに含まれる複数の上記はんだ粒子の平均粒子径よりも大きいことが好ましい。この場合には、第1のはんだ部5Aと第1の導体部2a、並びに第1のはんだ部5Aと第2の導体部3aとの接続面積が大きくなる。はんだ粒子を用いることにより、導電性の外表面がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、第1のはんだ部5Aと第1の導体部2a、並びに第1のはんだ部5Aと第2の導体部3aとの接触面積が大きくなる。このことによっても、接続構造体1における導通信頼性及び接続信頼性が高くなる。
また、図1に示すように、接続構造体1では、第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間に、複数のはんだ粒子が集まり、複数のはんだ粒子が溶融した後、はんだ粒子の溶融物が導体部の表面を濡れ拡がった後に固化して、第2のはんだ部6Aが形成されている。本実施形態では、接続構造体1において第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間に位置している第2のはんだ部6Aの厚みは、上記第2の導電ペーストに含まれる複数の上記はんだ粒子の平均粒子径よりも大きい。このため、第2のはんだ部6Aと第1の導体部2a、並びに第2のはんだ部6Aと第3の導体部4aとの接続面積が大きくなる。はんだ粒子を用いることにより、導電性の外表面がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、第2のはんだ部6Aと第1の導体部2a、並びに第2のはんだ部6Aと第3の導体部4aとの接触面積が大きくなる。このことによっても、接続構造体1における導通信頼性及び接続信頼性が高くなる。
なお、導電ペーストにフラックスが含まれる場合に、フラックスは、一般に、加熱により次第に失活する。
次に、図2(a)〜(c)及び図3(a)〜(c)を用いて、本発明の一実施形態に係る接続構造体の製造方法を説明する。
先ず、熱硬化性成分11Bと、複数のはんだ粒子11Aとを含む第1の導電ペーストを用意する。また、第1のビア2bと、第1のビア2b内を含む領域に配置されておりかつ第1のビア2b内を塞いでいる第1の導体部2aとを有する第1の接続対象部材2を用意する。
図2(a)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上に、上記第1の導電ペーストを用いて、第1の導電ペースト層11を配置する(第1の工程)。第2の接続対象部材の表面上に、上記第1の導電ペーストを用いて、第1の導電ペースト層を配置してもよい。この場合に、第2の接続対象部材は、ビアを必ずしも有していなくてもよい。第1の接続対象部材2の第1の導体部2aが設けられた表面上に、第1の導電ペースト層11を配置する。第1の導電ペースト層11の配置の後に、はんだ粒子11Aは、第1の導体部2a(ライン)上と、第1の導体部2aが形成されていない領域(スペース)上との双方に配置されている。
第1の導電ペースト層11及び後述する第2の導電ペースト層12の配置方法としては、特に限定されないが、ディスペンサーによる塗布、スクリーン印刷、及びインクジェット装置による吐出等が挙げられる。
また、第2のビア3bと、第2のビア3b内を含む領域に配置されておりかつ第2のビア3b内を塞いでいる第2の導体部3aとを有する第2の接続対象部材3を用意する。
次に、図2(b)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上の第1の導電ペースト層11において、第1の導電ペースト層11の第1の接続対象部材2側とは反対側の表面(上面)上に、第2の接続対象部材3を配置する(第2の工程)。このとき、第1の導体部2aと第2の導体部3aとを対向させることが好ましい。第2の接続対象部材の表面上に、第1の導電ペースト層を配置した場合には、第1の導電ペースト層の表面上に、第1の接続対象部材を配置する。
次に、はんだ粒子11Aの融点以上及び熱硬化性成分11Bの硬化温度以上に第1の導電ペースト層11を加熱する(第3の工程)。すなわち、はんだ粒子11Aの融点及び熱硬化性成分11Bの硬化温度の内のより低い温度以上に、第1の導電ペースト層11を加熱する。この加熱時には、電極が形成されていない領域に存在していたはんだ粒子11Aは、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に集まる(自己凝集効果)。また、本実施形態では、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いているために、はんだ粒子11Aが、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に効果的に集まる。また、はんだ粒子11Aは溶融し、互いに接合する。また、熱硬化性成分11Bは熱硬化する。この結果、図2(c)に示すように、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している第1の接続部5を、第1の導電ペースト層11により形成する。第1の導電ペースト層11により第1の接続部5が形成され、複数のはんだ粒子11Aが接合することによって第1のはんだ部5Aが形成され、熱硬化性成分11Bが熱硬化することによって第1の硬化物部5Bが形成される。第1のはんだ部5Aは、はんだ粒子11Aに由来する。第1の導体部2aと第2の導体部3aとは第1のはんだ部5Aにより電気的に接続される。
また、熱硬化性成分12Bと、複数のはんだ粒子12Aとを含む第2の導電ペーストを用意する。
図3(a)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上に、上記第2の導電ペーストを用いて、第2の導電ペースト層12を配置する(第4の工程)。なお、図3(a)では、図2(c)に示す状態から、積層体が裏返されている。第1の接続対象部材2の表面の第1の導体部2aが設けられた表面上に、第2の導電ペースト層12を配置する。第2の導電ペースト層12の配置の後に、はんだ粒子12Aは、第1の導体部2a(ライン)上と、第1の導体部2aが形成されていない領域(スペース)上との双方に配置されている。
また、第3のビア4bと、第3のビア4b内を含む領域に配置されておりかつ第3のビア4b内を塞いでいる第3の導体部4aとを有する第3の接続対象部材4を用意する。
次に、図3(b)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上の第2の導電ペースト層12において、第2の導電ペースト層12の第1の接続対象部材2側とは反対側の表面(上面)上に、第3の接続対象部材4を配置する(第5の工程)。このとき、第1の導体部2aと第3の導体部4aとを対向させることが好ましい。
次に、はんだ粒子12Aの融点以上及び熱硬化性成分12Bの硬化温度以上に第2の導電ペースト層12を加熱する(第6の工程)。すなわち、はんだ粒子12Aの融点及び熱硬化性成分12Bの硬化温度の内のより低い温度以上に、第2の導電ペースト層12を加熱する。この加熱時には、導体部が形成されていない領域に存在していたはんだ粒子12Aは、第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間に集まる(自己凝集効果)。また、本実施形態では、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いているために、はんだ粒子12Aが、第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間に効果的に集まる。また、はんだ粒子12Aは溶融し、互いに接合する。また、熱硬化性成分12Bは熱硬化する。この結果
、図3(c)に示すように、第1の接続対象部材2と第3の接続対象部材4とを接続している第2の接続部6を、第2の導電ペースト層12により形成する。第2の導電ペースト層12により第2の接続部6が形成され、複数のはんだ粒子12Aが接合することによって第2のはんだ部6Aが形成され、熱硬化性成分12Bが熱硬化することによって第2の硬化物部6Bが形成される。第2のはんだ部6Aは、はんだ粒子12Aに由来する。第1の導体部2aと第2の導体部3aとは第2のはんだ部6Aにより電気的に接続される。
なお、図1に示す接続構造体1では、第1のはんだ部5Aの全てが、第1,第2の導体部2a,3a間の対向している領域に位置しており、第2のはんだ部6Aの全てが、第1,第3の導体部2a,4a間の対向している領域に位置している。図4に示す変形例の接続構造体1Xは、第2の導体部3Xaを有するが、ビアを有さない第2の接続対象部材3Xが用いられており、第3の導体部4Xaを有するが、ビアを有さない第3の接続対象部材4Xが用いられている。図4に示す変形例の接続構造体1Xは、第1,第2の接続部5X,6Xが、図1に示す接続構造体1と異なる。第1,第2の接続部5X,6Xは、第1,第2のはんだ部5XA,6XAと第1,第2の硬化物部5XB,6XBとを有する。接続構造体1Xのように、第1のはんだ部5XAの多くが、第1,第2の導体部2a,3Xaの対向している領域に位置しており、第1のはんだ部5XAの一部が第1,第2の導体部2a,3Xaの対向している領域から側方にはみ出していてもよい。第1,第2の導体部2a,3Xaの対向している領域から側方にはみ出している第1のはんだ部5XAは、第1のはんだ部5XAの一部であり、第1のはんだ部5XAから離れたはんだではない。接続構造体1Xのように、第2のはんだ部6XAの多くが、第1,第3の導体部2a,4Xaの対向している領域に位置しており、第2のはんだ部6XAの一部が第1,第3の導体部2a,4Xaの対向している領域から側方にはみ出していてもよい。第1,第3の導体部2a,4Xaの対向している領域から側方にはみ出している第2のはんだ部6XAは、第2のはんだ部6XAの一部であり、第2のはんだ部6XAから離れたはんだではない。なお、本実施形態では、はんだ部から離れたはんだの量を少なくすることができるが、はんだ部から離れたはんだが硬化物部中に存在していてもよい。
はんだ粒子の使用量を少なくすれば、接続構造体1を得ることが容易になる。はんだ粒子の使用量を多くすれば、接続構造体1Xを得ることが容易になる。はんだ粒子の使用量が多いと、接続構造体において電極間に位置しているはんだ部の厚みを、導電ペーストに含まれるはんだ粒子の平均粒子径よりも大きくすることが容易である。
本実施形態では、上記第2の工程及び上記第3の工程において、加圧を行っておらず、上記第5の工程及び上記第6の工程において、加圧を行っていない。本実施形態では、第1の導電ペースト層11には、第2の接続対象部材3(第2の接続対象部材3及び第1の接続対象部材2の内の一方)の重量が加わり、第2の導電ペースト層12には、第3の接続対象部材4の重量が加わる。また、本実施形態では、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いている。このため、第1,第2の接続部5,6の形成時に、はんだ粒子11Aが、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間に効果的に集まり、はんだ粒子12Aが、第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間に効果的に集まる。結果として、第1の導体部2aと第2の導体部3aとの間の第1のはんだ部5Aの厚み及び第1の導体部2aと第3の導体部4aとの間の第2のはんだ部6Aの厚みが厚くなりやすい。なお、上記第2の工程及び上記第3の工程の内の少なくとも一方において、加圧を行えば、はんだ粒子が第1の導体部と第2の導体部との間や第1,第2のビア内に集まろうとする作用が阻害される傾向が高くなり、上記第5の工程及び上記第6の工程の内の少なくとも一方において、加圧を行えば、はんだ粒子が第2の導体部と第3の導体部との間に集まろうとする作用が阻害される傾向が高くなる。このことは、本発明者によって見出された。
また、本実施形態では、加圧を行っていないため、接続対象部材の導体部のアライメン
トがずれた状態で、接続対象部材が重ね合わされた場合でも、そのずれを補正して、導体部間を接続させることができる(セルフアライメント効果)。これは、導体部間に自己凝集した溶融したはんだが、導体部間のはんだと導電ペーストのその他の成分とが接する面積が最小となる方がエネルギー的に安定になるため、その最小の面積となる接続構造であるアライメントのあった接続構造にする力が働くためである。この際、導電ペーストが硬化していないこと、及び、その温度、時間にて、導電ペーストのはんだ粒子以外の成分の粘度が十分低いことが望ましい。
はんだの融点温度での上記第1の導電ペースト及び上記第2の導電ペーストの粘度は、好ましくは50Pa・s以下、より好ましくは10Pa・s以下、更に好ましくは1Pa・s以下、好ましくは0.1Pa・s以上、より好ましくは0.2Pa・s以上である。所定の粘度以下であれば、はんだ粒子を効率的に凝集させることができ、所定の粘度以上であれば、接続部でのボイドを抑制し、接続部以外への導電ペーストのはみだしを抑制し、並びに、複数のはんだ部において、はんだ量の均一性をより一層高めることができる。
このようにして、図1に示す接続構造体1が得られる。なお、上記第2の工程と上記第3の工程とは連続して行われてもよく、上記第5の工程と第6の工程とは連続して行われてもよい。また、上記第2の工程を行った後に、第1の接続対象部材2と第1の導電ペースト層11と第2の接続対象部材3とが積層された状態で、加熱部に移動させて、上記第3の工程を行ってもよい。上記第5の工程を行った後に、第1の接続対象部材2と第2の導電ペースト層12と第3の接続対象部材4とが積層された状態で、加熱部に移動させて、上記第6の工程を行ってもよい。上記加熱を行うために、加熱部材上に上記積層体を配置してもよく、加熱された空間内に上記積層体を配置してもよい。
上記第3の工程及び上記第6の工程における加熱温度は、はんだ粒子の融点以上及び熱硬化性成分の硬化温度以上であれば特に限定されない。上記加熱温度は、好ましくは140℃以上、より好ましくは160℃以上、好ましくは450℃以下、より好ましくは250℃以下、更に好ましくは200℃以下である。
なお、上記第3の工程の後に、位置の修正や製造のやり直しを目的として、第1の接続対象部材又は第2の接続対象部材を、接続部から剥離することができる。上記第5の工程の後に、位置の修正や製造のやり直しを目的として、第1の接続対象部材又は第3の接続対象部材を、接続部から剥離することができる。この剥離を行うための加熱温度は、好ましくははんだ粒子の融点以上、より好ましくははんだ粒子の融点(℃)+10℃以上である。この剥離を行うための加熱温度は、はんだ粒子の融点(℃)+100℃以下であってもよい。
上記第3の工程及び上記第5の工程における加熱方法としては、はんだ粒子の融点以上及び熱硬化性成分の硬化温度以上に、接続構造体全体を、リフロー炉を用いて又はオーブンを用いて加熱する方法や、接続構造体の接続部のみを局所的に加熱する方法が挙げられる。
局所的に加熱する方法に用いる器具としては、ホットプレート、熱風を付与するヒートガン、はんだゴテ、及び赤外線ヒーター等が挙げられる。
また、ホットプレートにて局所的に加熱する際、接続部直下は、熱伝導性の高い金属にて、その他の加熱することが好ましくない箇所は、フッ素樹脂等の熱伝導性の低い材質にて、ホットプレート上面を形成することが好ましい。
上記第1,第2,第3の接続対象部材は、特に限定されない。上記第1,第2,第3の
接続対象部材としては、具体的には、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びに樹脂フィルム、プリント基板、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル、リジッドフレキシブル基板、ガラスエポキシ基板及びガラス基板等の回路基板などの電子部品等が挙げられる。上記第1,第2,第3の接続対象部材は、電子部品であることが好ましい。
上記第1の接続対象部材、上記第2の接続対象部材及び上記第3の接続対象部材の内の少なくとも1つが、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。上記第2の接続対象部材及び上記第1の接続対象部材の内の一方(上記第1の導電ペースト層の表面上に配置される接続対象部材)が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。上記第3の接続対象部材が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板は、柔軟性が高く、比較的軽量であるという性質を有する。このような接続対象部材の接続に導電フィルムを用いた場合には、はんだ粒子が導体部上に集まりにくい傾向がある。これに対して、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いたとしても、はんだ粒子を導体部上に効率的に集めることで、導体部間の導通信頼性を充分に高めることができる。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いる場合に、半導体チップなどの他の接続対象部材を用いた場合と比べて、加圧を行わないことによる導体部間の導通信頼性の向上効果がより一層効果的に得られる。
本発明の構成により導通信頼性を高めることができるので、上記第1の接続対象部材の導体部及び上記第2の接続対象部材の導体部が、縦方向及び横方向に複数形成されており、エリアアレイの配列にて形成されていることが好ましい。
上記接続対象部材に設けることができる導体部である電極としては、金電極、ニッケル電極、錫電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、錫電極、銀電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物層の材料としては、3価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び3価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記3価の金属元素としては、Sn、Al及びGa等が挙げられる。
はんだ粒子を電極上により一層効率的に配置するために、上記第1の導電ペースト及び上記第2の導電ペーストの25℃での粘度ηは好ましくは10Pa・s以上、より好ましくは50Pa・s以上、更に好ましくは100Pa・s以上、好ましくは800Pa・s以下、より好ましくは600Pa・s以下、更に好ましくは500Pa・s以下である。
上記粘度は、配合成分の種類及び配合量に適宜調整可能である。また、フィラーの使用により、粘度を比較的高くすることができる。
上記粘度は、例えば、E型粘度計(東機産業社製)等を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定可能である。
上記第1の導電ペーストは、熱硬化性成分と複数のはんだ粒子とを含むことが好ましい。上記第2の導電ペーストは、熱硬化性成分と複数の導電性粒子とを含む。上記熱硬化性成分は、加熱により硬化可能な硬化性化合物(熱硬化性化合物)と、熱硬化剤とを含むことが好ましい。はんだ粒子の表面及び導体部の表面の酸化膜を効果的に除去し、接続抵抗をより一層低くする観点からは、上記導電ペーストはフラックスを含むことが好ましい。
以下、本発明の他の詳細を説明する。
(導電性粒子及びはんだ粒子)
上記導電性粒子としては、全体が導電性を有する材料により形成されている導電性粒子、並びに、基材粒子と該基材粒子の表面上に配置された導電層とを有する導電性粒子が挙げられる。
上記はんだ粒子は、はんだを導電性の外表面に有する。上記はんだ粒子は、中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだにより形成されている。
導体部上にはんだ粒子を効率的に集める観点からは、上記はんだ粒子の表面のゼータ電位がプラスであることが好ましい。
ゼータ電位は以下のようにして測定される。
ゼータ電位の測定方法:
はんだ粒子0.05gを、メタノール10gに入れ、超音波処理等をすることで、均一に分散させて、分散液を得る。この分散液を用いて、かつBeckman Coulter社製「Delsamax PRO」を用いて、電気泳動測定法にて、ゼータ電位を測定することができる。
はんだ粒子のゼータ電位は好ましくは0mV以上、より好ましくは0mVを超え、好ましくは1mV以下、より好ましくは0.7mV以下、更に好ましくは0.5mV以下である。ゼータ電位が上記上限以下であると、使用前の導電ペースト中にて、はんだ粒子が凝集しにくくなる。ゼータ電位が0mV以上であると、実装時に導体部上にはんだ粒子が効率的に凝集する。
表面のゼータ電位をプラスにすることが容易であることから、上記はんだ粒子は、はんだ粒子本体と、上記はんだ粒子本体の表面上に配置されたアニオンポリマーとを有することが好ましい。上記はんだ粒子は、はんだ粒子本体をアニオンポリマー又はアニオンポリマーとなる化合物で表面処理することにより得られることが好ましい。上記アニオンポリマー及び上記アニオンポリマーとなる化合物はそれぞれ、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
はんだ粒子本体をアニオンポリマーで表面処理する方法としては、アニオンポリマーとして、例えば(メタ)アクリル酸を共重合した(メタ)アクリルポリマー、ジカルボン酸とジオールとから合成されかつ両末端にカルボキシル基を有するポリエステルポリマー、ジカルボン酸の分子間脱水縮合反応により得られかつ両末端にカルボキシル基を有するポリマー、ジカルボン酸とジアミンから合成されかつ両末端にカルボキシル基を有するポリエステルポリマー、並びにカルボキシル基を有する変性ポバール(日本合成化学社製「ゴーセネックスT」)等を用いて、アニオンポリマーのカルボキシル基と、はんだ粒子本体の表面の水酸基とを反応させる方法が挙げられる。
上記アニオンポリマーのアニオン部分としては、上記カルボキシル基が挙げられ、それ以外には、トシル基(p−HCCS(=O)−)、スルホン酸イオン基(−SO−)及びリン酸イオン基(−PO )等が挙げられる。
また、他の方法としては、はんだ粒子本体の表面の水酸基と反応する官能基を有し、さらに、付加、縮合反応により重合可能な官能基を有する化合物を用いて、この化合物をはんだ粒子本体の表面上にてポリマー化する方法が挙げられる。はんだ粒子本体の表面の水酸基と反応する官能基としては、カルボキシル基、及びイソシアネート基等が挙げられ、付加、縮合反応により重合する官能基としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、及び(メタ)アクリロイル基が挙げられる。
上記アニオンポリマーの重量平均分子量は好ましくは2000以上、より好ましくは3000以上、好ましくは10000以下、より好ましくは8000以下である。
上記重量平均分子量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ粒子本体の表面上にアニオンポリマーを配置することが容易であり、はんだ粒子の表面のゼータ電位をプラスにすることが容易であり、導体部上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができる。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されたポリスチレン換算での重量平均分子量を示す。
はんだ粒子本体をアニオンポリマーとなる化合物で表面処理することにより得られたポリマーの重量平均分子量は、はんだ粒子中のはんだを溶解し、ポリマーの分解を起こさない希塩酸等により、はんだ粒子を除去した後、残存しているポリマーの重量平均分子量を測定することで求めることができる。
上記はんだは、融点が450℃以下である低融点金属であることが好ましい。上記はんだ粒子は、融点が450℃以下である低融点金属粒子であることが好ましい。上記低融点金属粒子は、低融点金属を含む粒子である。該低融点金属とは、融点が450℃以下の金属を示す。低融点金属の融点は好ましくは300℃以下、より好ましくは160℃以下である。また、上記はんだ粒子は錫を含む。上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、錫の含有量は好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上、更に好ましくは70重量%以上、特に好ましくは90重量%以上である。上記はんだ粒子における錫の含有量が上記下限以上であると、はんだ部と導体部との接続信頼性がより一層高くなる。
なお、上記錫の含有量は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP−AES」)、又は蛍光X線分析装置(島津製作所社製「EDX−800HS」)等を用いて測定可能である。
上記はんだ粒子を用いることで、はんだが溶融して導体部に接合し、はんだ部が導体部間を導通させる。例えば、はんだ部と導体部とが点接触ではなく面接触しやすいため、接続抵抗が低くなる。また、はんだ粒子の使用により、はんだ部と導体部との接合強度が高くなる結果、はんだ部と導体部との剥離がより一層生じ難くなり、導通信頼性及び接続信頼性が効果的に高くなる。
上記はんだ粒子を構成する低融点金属は特に限定されない。該低融点金属は、錫、又は錫を含む合金であることが好ましい。該合金は、錫−銀合金、錫−銅合金、錫−銀−銅合金、錫−ビスマス合金、錫−亜鉛合金、錫−インジウム合金等が挙げられる。なかでも、
導体部に対する濡れ性に優れることから、上記低融点金属は、錫、錫−銀合金、錫−銀−銅合金、錫−ビスマス合金、錫−インジウム合金であることが好ましい。錫−ビスマス合金、錫−インジウム合金であることがより好ましい。
上記はんだ粒子は、JIS Z3001:溶接用語に基づき、液相線が450℃以下である溶加材であることが好ましい。上記はんだ粒子の組成としては、例えば亜鉛、金、銀、鉛、銅、錫、ビスマス、インジウムなどを含む金属組成が挙げられる。なかでも低融点で鉛フリーである錫−インジウム系(117℃共晶)、又は錫−ビスマス系(139℃共晶)が好ましい。すなわち、上記はんだ粒子は、鉛を含まないことが好ましく、錫とインジウムとを含むか、又は錫とビスマスとを含むことが好ましい。
上記はんだ部と導体部との接合強度をより一層高めるために、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム、亜鉛、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、コバルト、ビスマス、マンガン、クロム、モリブデン、パラジウム等の金属を含んでいてもよい。また、はんだ部と導体部との接合強度をさらに一層高める観点からは、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム又は亜鉛を含むことが好ましい。はんだ部と導体部との接合強度をより一層高める観点からは、接合強度を高めるためのこれらの金属の含有量は、はんだ粒子100重量%中、好ましくは0.0001重量%以上、好ましくは1重量%以下である。
上記はんだ粒子の平均粒子径は、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは3μm以上、特に好ましくは5μm以上、好ましくは100μm以下、より好ましくは40μm以下、より一層好ましくは30μm以下、更に好ましくは20μm以下、特に好ましくは15μm以下、最も好ましくは10μm以下である。上記はんだ粒子の平均粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ粒子を導体部上により一層効率的に配置することができる。上記はんだ粒子の平均粒子径は、3μm以上、30μm以下であることが特に好ましい。
上記はんだ粒子の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。はんだ粒子の平均粒子径は、例えば、任意のはんだ粒子50個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、平均値を算出することにより求められる。
上記はんだ粒子の粒子径の変動係数は、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下である。上記粒子径の変動係数が上記下限以上及び上記上限以下であると、導体部上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができる。但し、上記はんだ粒子の粒子径の変動係数は、5%未満であってもよい。
上記変動係数(CV値)は下記式で表される。
CV値(%)=(ρ/Dn)×100
ρ:はんだ粒子の粒子径の標準偏差
Dn:はんだ粒子の粒子径の平均値
上記導電ペースト100重量%中、上記導電性粒子の含有量及び上記はんだ粒子の含有量は好ましくは1重量%以上、より好ましくは2重量%以上、更に好ましくは10重量%以上、特に好ましくは20重量%以上、最も好ましくは30重量%以上、好ましくは80重量%以下、より好ましくは60重量%以下、更に好ましくは50重量%以下である。上記導電性粒子の含有量及び上記はんだ粒子の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、導体部上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができ、導体部間にはんだ
粒子を多く配置することが容易であり、導通信頼性がより一層高くなる。導通信頼性をより一層高める観点からは、上記はんだ粒子の含有量は多い方が好ましい。
特に、上記導電ペースト100重量%中、上記はんだ粒子の含有量は好ましくは1重量%以上、好ましくは80重量%以下である。この場合には、導体部上にはんだ粒子が効率的に集まり、導通信頼性がより一層高くなる。
(加熱により硬化可能な化合物:熱硬化性成分)
上記熱硬化性化合物としては、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。なかでも、導電ペーストの硬化性及び粘度をより一層良好にし、接続信頼性をより一層高める観点から、エポキシ化合物が好ましい。
上記エポキシ化合物としては、芳香族エポキシ化合物が挙げられる。レゾルシノール型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物、ベンゾフェノン型エポキシ化合物等の結晶性エポキシ化合物が好ましい。常温(23℃)で固体であり、かつ溶融温度がはんだの融点以下であるエポキシ化合物が好ましい。溶融温度は好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下、好ましくは40℃以上である。上記の好ましいエポキシ化合物を用いることで、接続対象部材を貼り合わせた段階では、粘度が高く、搬送等の衝撃が、加速度が付与された際に、接続対象部材の位置ずれを抑制することができ、なおかつ、硬化時の熱により、導電ペーストの粘度を大きく低下させることができ、はんだ粒子の凝集を効率よく進行させることができる。
上記導電ペースト100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量は、好ましくは20重量%以上、より好ましくは40重量%以上、更に好ましくは50重量%以上、好ましくは99重量%以下、より好ましくは98重量%以下、更に好ましくは90重量%以下、特に好ましくは80重量%以下である。耐衝撃性をより一層高める観点からは、上記熱硬化性成分の含有量は多い方が好ましい。
(熱硬化剤:熱硬化性成分)
上記熱硬化剤は、上記熱硬化性化合物を熱硬化させる。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤、酸無水物、熱カチオン開始剤及び熱ラジカル発生剤等が挙げられる。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
なかでも、導電ペーストを低温でより一層速やかに硬化可能であるので、イミダゾール硬化剤、ポリチオール硬化剤又はアミン硬化剤が好ましい。また、加熱により硬化可能な硬化性化合物と上記熱硬化剤とを混合したときに保存安定性が高くなるので、潜在性の硬化剤が好ましい。潜在性の硬化剤は、潜在性イミダゾール硬化剤、潜在性ポリチオール硬化剤又は潜在性アミン硬化剤であることが好ましい。なお、上記熱硬化剤は、ポリウレタン樹脂又はポリエステル樹脂等の高分子物質で被覆されていてもよい。
上記イミダゾール硬化剤としては、特に限定されず、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテート、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン及び2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物等が挙げられる。
上記ポリチオール硬化剤としては、特に限定されず、トリメチロールプロパントリス−3−メルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス−3−メルカプトプロピオネート及びジペンタエリスリトールヘキサ−3−メルカプトプロピオネート等が挙げられる。
上記アミン硬化剤としては、特に限定されず、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラスピロ[5.5]ウンデカン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、メタフェニレンジアミン及びジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
上記熱カチオン硬化剤としては、ヨードニウム系カチオン硬化剤、オキソニウム系カチオン硬化剤及びスルホニウム系カチオン硬化剤等が挙げられる。上記ヨードニウム系カチオン硬化剤としては、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。上記オキソニウム系カチオン硬化剤としては、トリメチルオキソニウムテトラフルオロボラート等が挙げられる。上記スルホニウム系カチオン硬化剤としては、トリ−p−トリルスルホニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。
上記熱ラジカル発生剤としては、特に限定されず、アゾ化合物及び有機過酸化物等が挙げられる。上記アゾ化合物としては、アゾビスイゾブチロニトリル(AIBN)等が挙げられる。上記有機過酸化物としては、ジ−tert−ブチルペルオキシド及びメチルエチルケトンペルオキシド等が挙げられる。
上記熱硬化剤の反応開始温度は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは80℃以上、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは150℃以下、特に好ましくは140℃以下である。上記熱硬化剤の反応開始温度が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ粒子が導体部上により一層効率的に配置される。上記熱硬化剤の反応開始温度は80℃以上、140℃以下であることが特に好ましい。
はんだを導体部上により一層効率的に配置する観点からは、上記熱硬化剤の反応開始温度は、上記はんだ粒子におけるはんだの融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことが更に好ましい。
上記熱硬化剤の反応開始温度は、DSCでの発熱ピークの立ち上がり開始の温度を意味する。
上記熱硬化剤の含有量は特に限定されない。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記熱硬化剤の含有量は、好ましくは0.01重量部以上、より好ましくは1重量部以上、好ましくは200重量部以下、より好ましくは100重量部以下、更に好ましくは75重量部以下である。熱硬化剤の含有量が上記下限以上であると、導電ペーストを充分に硬化させることが容易である。熱硬化剤の含有量が上記上限以下であると、硬化後に硬化に関与しなかった余剰の熱硬化剤が残存し難くなり、かつ硬化物の耐熱性がより一層高くなる。
(フラックス)
上記導電ペーストは、フラックスを含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだを導体部上により一層効果的に配置することができる。該フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。上記フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合
物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。上記フラックスは1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びグルタル酸等が挙げられる。上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、カルボキシル基を2個以上有する有機酸、松脂であることが好ましい。上記フラックスは、カルボキシル基を2個以上有する有機酸であってもよく、松脂であってもよい。カルボキシル基を2個以上有する有機酸、松脂の使用により、導体部間の導通信頼性がより一層高くなる。
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。フラックスは、ロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、導体部間の導通信頼性がより一層高くなる。
上記フラックスの活性温度(融点)は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは80℃以上、好ましくは200℃以下、より好ましくは190℃以下、より一層好ましくは160℃以下、更に好ましくは150℃以下、更に一層好ましくは140℃以下である。上記フラックスの活性温度が上記下限以上及び上記上限以下であると、フラックス効果がより一層効果的に発揮され、はんだ粒子が導体部上により一層効率的に配置される。上記フラックスの活性温度は80℃以上、190℃以下であることが好ましい。上記フラックスの活性温度は80℃以上、かつ140℃以下であることが特に好ましい。
融点が80℃以上、190℃以下である上記フラックスとしては、コハク酸(融点186℃)、グルタル酸(融点96℃)、アジピン酸(融点152℃)、ピメリン酸(融点104℃)、スベリン酸(融点142℃)等のジカルボン酸、安息香酸(融点122℃)、リンゴ酸(融点130℃)等が挙げられる。
また、上記フラックスの沸点は200℃以下であることが好ましい。
はんだを導体部上により一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記はんだ粒子におけるはんだの融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことが更に好ましい。
はんだを導体部上により一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記熱硬化剤の反応開始温度よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことが更に好ましい。
上記フラックスは、導電ペースト中に分散されていてもよく、はんだ粒子の表面上に付着していてもよい。
フラックスの融点が、はんだの融点より高いことにより、導体部部分にはんだ粒子を効率的に凝集させることができる。これは、接合時に熱を付与した場合、接続対象部材上に形成された導体部と、導体部周辺の接続対象部材の部分とを比較すると、導体部部分の熱伝導率が導体部周辺の接続対象部材部分の熱伝統率よりも高いことにより、導体部部分の昇温が早いことに起因する。はんだ粒子の融点を超えた段階では、はんだ粒子の内部は溶解するが、表面に形成された酸化被膜は、フラックスの融点(活性温度)に達していないので、除去されない。この状態で、導体部部分の温度が先に、フラックスの融点(活性温度)に達するため、優先的に導体部上に来たはんだ粒子の表面の酸化被膜が除去され、は
んだ粒子が導体部の表面上に濡れ拡がることができる。これにより、導体部上に効率的にはんだ粒子を凝集させることができる。
上記フラックスは、加熱によりカチオンを放出するフラックスであることが好ましい。加熱によりカチオンを放出するフラックスの使用により、はんだ粒子を導体部上により一層効率的に配置することができる。
上記加熱によりカチオンを放出するフラックスとしては、上記熱カチオン硬化剤が挙げられる。
上記導電ペースト100重量%中、上記フラックスの含有量は好ましくは0.5重量%以上、好ましくは30重量%以下、より好ましくは25重量%以下である。上記導電ペーストは、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ及び導体部の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ及び導体部の表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
(他の成分)
上記導電ペーストは、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
ポリマーA:
(1)ビスフェノールFと1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、及びビスフェノールF型エポキシ樹脂との反応物(ポリマーA)の合成:
ビスフェノールF(4,4’−メチレンビスフェノールと2,4’−メチレンビスフェノールと2,2’−メチレンビスフェノールとを重量比で2:3:1で含む)100重量部、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル130重量部、及びビスフェノールF型エポキシ樹脂(DIC社製「EPICLON EXA−830CRP」)5重量部、レゾルシノール型エポキシ化合物(ナガセケムテックス社製「EX−201」)10重量部を、3つ口フラスコに入れ、窒素フロー下にて、100℃で溶解させた。その後、水酸基とエポキシ基の付加反応触媒であるトリフェニルブチルホスホニウムブロミド0.15重量部を添加し、窒素フロー下にて、140℃で4時間、付加重合反応させることにより、反応物(ポリマーA)を得た。
NMRにより、付加重合反応が進行したことを確認して、反応物(ポリマーA)が、ビスフェノールFに由来する水酸基と1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、及びビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ基とが結合した構造単位を主鎖に有し、かつエポキシ基を両末端に有することを確認した。
GPCにより得られた反応物(ポリマーA)の重量平均分子量は28000、数平均分子量は8000であった。
熱硬化性化合物1:レゾルシノール型エポキシ化合物、ナガセケムテックス社製「EX−201」
熱硬化性化合物2:エポキシ化合物、DIC社製「EXA−4850−150」、分子量900、エポキシ当量450g/eq
熱硬化剤1:トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピネート)、SC有機化学社製「TMMP」
潜在性エポキシ熱硬化剤1:T&K TOKA社製「フジキュア7000」
フラックス1:アジピン酸、和光純薬工業社製、融点(活性温度)152℃
はんだ粒子1〜3の作製方法:
アニオンポリマー1を有するはんだ粒子:はんだ粒子本体200gと、アジピン酸40gと、アセトン70gとを3つ口フラスコに秤量し、次にはんだ粒子本体の表面の水酸基とアジピン酸のカルボキシル基との脱水縮合触媒であるジブチル錫オキサイド0.3gを添加し、60℃で4時間反応させた。その後、はんだ粒子をろ過することで回収した。
回収したはんだ粒子と、アジピン酸50gと、トルエン200gと、パラトルエンスルホン酸0.3gとを3つ口フラスコに秤量し、真空引き、及び還流を行いながら、120℃で、3時間反応させた。この際、ディーンスターク抽出装置を用いて、脱水縮合により生成した水を除去しながら反応させた。
その後、ろ過によりはんだ粒子を回収し、ヘキサンにて洗浄し、乾燥した。その後、得られたはんだ粒子をボールミルで解砕した後、所定のCV値となるように篩を選択した。
(ゼータ電位測定)
また、得られたはんだ粒子を、アニオンポリマー1を有するはんだ粒子0.05gを、メタノール10gに入れ、超音波処理をすることで、均一に分散させて、分散液を得た。この分散液を用いて、かつBeckman Coulter社製「Delsamax PRO」を用いて、電気泳動測定法にて、ゼータ電位を測定した。
(アニオンポリマーの重量平均分子量)
はんだ粒子の表面のアニオンポリマー1の重量平均分子量は、0.1Nの塩酸を用い、はんだを溶解した後、ポリマーをろ過により回収し、GPCにより求めた。
(はんだ粒子のCV値)
CV値を、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA−920」)にて、測定した。
はんだ粒子1(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「ST−3」を選別したはんだ粒子本体を用い、表面処理を行ったアニオンポリマー1を有するはんだ粒子、平均粒子径4μm、CV値7%、表面のゼータ電位:+0.65mV、ポリマー分子量Mw=6500)
はんだ粒子2(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「DS10」を選別したはんだ粒子本体を用い、表面処理を行ったアニオンポリマー1を有するはんだ粒子、平均粒子径13μm、CV値20%、表面のゼータ電位:+0.48mV、ポリマー分子量Mw=7000)
はんだ粒子3(SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属社製「10−25」を選別したはんだ粒子本体を用い、表面処理を行ったアニオンポリマー1を有するはんだ粒子、平均粒子径25μm、CV値15%、表面のゼータ電位:+0.4mV、ポリマー分子量Mw=8000)
フェノキシ樹脂(新日鉄住金化学社製「YP−50S」)
(実施例1〜4)
(1)導電ペーストの作製
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合して、導電ペーストを得た。
(2)接続構造体の作製
コア基板(銅厚み35μm、コア厚み300μm)に、銅箔付き樹脂フィルム(銅厚み、5μm、樹脂厚み50μm)を積層し、ビルドアップ層を形成した。その後、レーザーにより、ビアホール(表面の穴径100μm)を、ビア間600μmで、5列×5列形成し、プラズマにより残渣を除去した。その後、電解メッキにより、ビアフィルメッキを行い、さらに、エッチングにより不要部の銅を除去した。これにより、ビア部表層に300μm径の銅電極が形成された第1の接続対象部材(サイズ10mm×10mm)を得た。
また、第1の接続対象部材と同じ第2の接続対象部材を用意した。
第1の接続対象部材の表面上に導電ペーストを、メタルマスクを用い、スクリーン印刷にて、厚み100μmとなるように塗布し、第1の接続対象部材の銅電極パターンと第2の接続対象部材の銅電極パターンとが対向するように、フリップチップボンダーを用いて重ね合わせた。
その後、導電ペースト層の温度が190℃となるように加熱しながら、リフロー炉にてはんだを溶融させ、かつ導電ペースト層を190℃及び5分で硬化させ、第1の接続構造体を得た。
(実施例5)
第2の接続対象部材を電極パターンが同じフレキシブルプリント基板に変更し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。
(実施例6)
導電ペースト層の加熱時に1MPaの圧力を加えたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
(比較例1)
フェノキシ樹脂(新日鉄住金化学社製「YP−50S」)をメチルエチルケトン(MEK)に固形分が50重量%となるように溶解させて、溶解液を得た。下記の表1に示すフェノキシ樹脂を除く成分を下記の表1に示す配合量と、上記溶解液の全量とを配合して、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌した後、バーコーターを用いて乾燥後の厚みが30μmになるよう離型PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に塗工した。室温で真空乾燥することで、MEKを除去することにより、導電フィルムを得た。
導電フィルムを用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
(評価)
(1)粘度
導電ペーストの25℃での粘度ηを、E型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。
(2)はんだ部の厚み
得られた接続構造体を断面観察することにより、上下の電極の間に位置しているはんだ部の厚みを評価した。
(3)電極間のはんだの配置精度
得られた接続構造体の断面(図1に示す方向の断面)において、はんだの全面積100%中、電極間に配置されたはんだ部から離れて硬化物中に残存しているはんだの面積(%)を評価した。なお、5つの断面における面積の平均を算出した。電極間のはんだの配置精度を下記の基準で判定した。
[電極間のはんだの配置精度の判定基準]
○○:断面に現れているはんだの全面積100%中、電極間に配置されたはんだ部から離れて硬化物中に残存しているはんだ(はんだ粒子)の面積が0%以上、1%以下
○:断面に現れているはんだの全面積100%中、電極間に配置されたはんだ部から離れて硬化物中に残存しているはんだ(はんだ粒子)の面積が1%を超え、10%以下
△:断面に現れているはんだの全面積100%中、電極間に配置されたはんだ部から離れて硬化物中に残存しているはんだ(はんだ粒子)の面積が10%を超え、30%以下
×:断面に現れているはんだの全面積100%中、電極間に配置されたはんだ部から離れて硬化物中に残存しているはんだ(はんだ粒子)の面積が30%を超える
(4)上下の電極間の導通信頼性
得られた接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により、測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を下記の基準で判定した。
[導通信頼性の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え、70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え、100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える
(5)隣接する電極間の絶縁信頼性
得られた接続構造体(n=15個)において、85℃、湿度85%の雰囲気中に100時間放置後、隣接する電極間に、5Vを印加し、抵抗値を25箇所で測定した。絶縁信頼性を下記の基準で判定した。
[絶縁信頼性の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値が10Ω以上
○:接続抵抗の平均値が10Ω以上、10Ω未満
△:接続抵抗の平均値が10Ω以上、10Ω未満
×:接続抵抗の平均値が10Ω未満
結果を下記の表1に示す。
Figure 2016076354
フレキシブルプリント基板にかえて、樹脂フィルム、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板を用いた場合でも、同様の傾向が見られた。
1,1X…接続構造体
2…第1の接続対象部材
2a…第1の導体部
2b…第1のビア
3,3X…第2の接続対象部材
3a,3Xa…第2の導体部
3b…第2のビア
4,4X…第3の接続対象部材
4a,4Xa…第3の導体部
4b…第3のビア
5,5X…第1の接続部
5A,5XA…第1のはんだ部
5B,5XB…第1の硬化物部
6,6X…第2の接続部
6A,6XA…第2のはんだ部
6B,6XB…第2の硬化物部
11…第1の導電ペースト層
11A…はんだ粒子
11B…熱硬化性成分
12…第2の導電ペースト層
12A…はんだ粒子
12B…熱硬化性成分

Claims (10)

  1. 熱硬化性成分と複数のはんだ粒子とを含む第1の導電ペーストと、
    第1のビアと、前記第1のビア内を含む領域に配置されておりかつ前記第1のビア内を塞いでいる第1の導体部とを有する第1の接続対象部材と、
    第2の導体部を有する第2の接続対象部材とを用いて、
    前記第1の接続対象部材及び前記第2の接続対象部材の内の一方の表面上に、前記第1の導電ペーストを塗布して、第1の導電ペースト層を配置する工程と、
    前記第1の導電ペースト層の表面上に、前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程と、
    前記はんだ粒子の融点以上かつ前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第1の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している第1の接続部を、前記第1の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第2の導体部とを、前記はんだ粒子に由来する第1のはんだ部により電気的に接続する工程とを備える、接続構造体の製造方法。
  2. 前記第2の接続対象部材が、第2のビアと、前記第2のビア内を含む領域に配置されておりかつ前記第2のビア内を塞いでいる前記第2の導体部とを有する、請求項1に記載の接続構造体の製造方法。
  3. 前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方を配置する工程及び前記第1の接続部を形成する工程において、加圧を行わず、前記第1の導電ペースト層には、前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方の重量が加わる、請求項1又は2に記載の接続構造体の製造方法。
  4. 前記第1の導電ペースト中の前記はんだ粒子の平均粒子径が0.5μm以上、100μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
  5. 前記第1の導電ペースト中の前記はんだ粒子の含有量が10重量%以上、80重量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
  6. 前記第1の導電ペースト層の表面上に配置される前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材の内の一方が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、リジッドフレキシブル基板又はフレキシブルフラットケーブルである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
  7. 熱硬化性成分と複数の導電性粒子とを含む第2の導電ペーストと、
    第3の導体部を有する第3の接続対象部材とを用いて、
    前記第1の接続対象部材の前記第2の接続対象部材側とは反対の表面上に、前記第2の導電ペーストを塗布して、第2の導電ペースト層を配置する工程と、
    前記第2の導電ペースト層の表面上に、前記第3の接続対象部材を配置する工程と、
    前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第2の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第3の接続対象部材とを接続している第2の接続部を、前記第2の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第3の導体部とを、前記導電性粒子に由来する導電部により電気的に接続する工程とを備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
  8. 前記第2の導電ペーストに含まれる前記導電性粒子がはんだ粒子であり、
    前記はんだ粒子の融点以上かつ前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記第2の導電ペースト層を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第3の接続対象部材とを接続し
    ている前記第2の接続部を、前記第2の導電ペースト層により形成し、かつ、前記第1の導体部と前記第3の導体部とを、前記はんだ粒子に由来する第2のはんだ部により電気的に接続し、
    前記導電性粒子に由来する導体部が、前記はんだ粒子に由来する第2のはんだ部である、請求項7に記載の接続構造体の製造方法。
  9. 前記第1の接続対象部材の導体部及び前記第2の接続対象部材の導体部が、縦方向及び横方向に複数形成されており、エリアアレイの配列にて形成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法により得られる接続構造体。
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