JP2020205258A - コネクタ接合用導電性粒子、コネクタ接合用導電材料及びコネクタ接合体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係るコネクタ接合用導電性粒子は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備える。本発明に係るコネクタ接合用導電性粒子では、上記導電部が400℃以下で金属拡散し得る成分を含むか、又は、上記導電部が400℃以下で溶融変形可能である。本発明に係るコネクタ接合用導電性粒子では、上記導電部が400℃以下で金属拡散し得る成分を含んでいてもよく、上記導電部が400℃以下で溶融変形可能であってもよい。本発明に係るコネクタ接合用導電性粒子では、上記導電部が400℃以下で金属拡散し得る成分を含み、かつ、上記導電部が400℃以下で溶融変形可能であってもよい。
ρ:コネクタ接合用導電性粒子の粒子径の標準偏差
Dn:コネクタ接合用導電性粒子の粒子径の平均値
上記基材粒子の材料は特に限定されない。上記基材粒子の材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよい。上記有機材料のみにより形成された基材粒子としては、樹脂粒子等が挙げられる。上記無機材料のみにより形成された基材粒子としては、金属を除く無機粒子等が挙げられる。上記有機材料と上記無機材料との双方により形成された基材粒子としては、有機無機ハイブリッド粒子等が挙げられる。基材粒子の圧縮特性をより一層良好にする観点からは、上記基材粒子は、樹脂粒子又は有機無機ハイブリッド粒子であることが好ましく、樹脂粒子であることがより好ましい。
本発明に係るコネクタ接合用導電性粒子は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備える。上記導電部は、金属を含むことが好ましい。
導電接続時に、導通信頼性をより一層効果的に高める観点、及び絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記導電部の形状は、層状又は凸状であることが好ましく、凸状であることがより好ましい。上記導電部は全体で凸状であることが好ましく、凸状部により、導電部が凸状となっていることが好ましい。上記導電部は、凸状部を有することが好ましい。例えば、図2中の第2の導電部12B、図3中の第2の導電部22C、図4中の第2の導電部32B、図5中の第2の導電部42B、図6中の第2の導電部52B、図7中の第2の導電部62C、図8中の第2の導電部72B、及び図9中の第2の導電部82Cは、凸状部である。
上記コネクタ接合用導電性粒子は、上記導電部の外表面に突起を有することが好ましい。上記コネクタ接合用導電性粒子は、導電性の表面に突起を有することが好ましい。上記突起は、複数であることが好ましい。コネクタ接合用導電性粒子と接触する電極又はコネクタピン等の表面には、酸化被膜が形成されていることが多い。導電部の表面に突起を有するコネクタ接合用導電性粒子を用いた場合には、コネクタ接合用導電性粒子と電極又はコネクタピンとを圧着させることにより、突起により上記酸化被膜を効果的に排除できる。このため、電極又はコネクタピンと導電部とがより一層確実に接触し、コネクタ接合用導電性粒子と電極又はコネクタピンとの接触面積を十分に大きくすることができ、接続抵抗をより一層効果的に低くすることができる。さらに、コネクタ接合用導電性粒子がバインダーに分散されて導電材料として用いられる場合に、コネクタ接合用導電性粒子の突起によって、コネクタ接合用導電性粒子と電極又はコネクタピンとの間のバインダーをより一層効果的に排除できる。このため、コネクタ接合用導電性粒子と電極又はコネクタピンとの接触面積を十分に大きくすることができ、接続抵抗をより一層効果的に低くすることができる。
上記コネクタ接合用導電性粒子は、上記導電部の外表面上に配置された絶縁性物質を備えることが好ましい。この場合には、上記コネクタ接合用導電性粒子を電極又はコネクタピン間の接続に用いると、隣接する電極又はコネクタピン間の短絡をより一層効果的に防止できる。具体的には、複数のコネクタ接合用導電性粒子が接触したときに、複数の電極又はコネクタピン間に絶縁性物質が存在するので、上下の接合部間ではなく横方向に隣り合う電極又はコネクタピン間の短絡を防止できる。なお、接合部間の接続の際に、電極又はコネクタピンでコネクタ接合用導電性粒子を加圧することにより、コネクタ接合用導電性粒子の導電部と電極又はコネクタピンとの間の絶縁性物質を容易に排除できる。さらに、導電部の外表面に突起を有するコネクタ接合用導電性粒子である場合には、コネクタ接合用導電性粒子の導電部と電極又はコネクタピンとの間の絶縁性物質をより一層容易に排除できる。
上記コネクタ接合用導電性粒子は、コネクタ接合に用いられる。上記コネクタ接合用導電性粒子は、コネクタ接合に用いることができる導電性粒子である。上記コネクタ接合用導電性粒子は、コネクタピンや電極との接合に用いられることが好ましい。上記コネクタ接合用導電性粒子は、電極を有する基板と、コネクタピンを有する電子部品とを電気的に接続するために用いられることが好ましい。上記コネクタ接合用導電性粒子は、電極を有する基板と、コネクタピンを有する電子部品とが電気的に接続されたコネクタ接合体を得るために用いられることが好ましい。上記電子部品としては、半導体パッケージ、LEDパッケージ、パワーモジュールパッケージ、及び車載用デバイス等が挙げられる。
本発明に係るコネクタ接合用導電材料は、コネクタ接合用導電性粒子と、バインダーとを含む。上記コネクタ接合用導電性粒子は、上述したコネクタ接合用導電性粒子である。上記コネクタ接合用導電性粒子は、バインダー中に分散されて用いられることが好ましく、バインダー中に分散されてコネクタ接合用導電材料として用いられることが好ましい。上記コネクタ接合用導電材料は、異方性導電材料であることが好ましい。上記コネクタ接合用導電材料は、電極やコネクタピンの電気的な接続に用いられることが好ましい。上記コネクタ接合用導電材料では、上述したコネクタ接合用導電性粒子が用いられているので、導電接続時に、導通信頼性をより一層効果的に高めることができ、さらに、絶縁信頼性をより一層効果的に高めることができる。
上記コネクタ接合用導電材料はフラックスを含んでいてもよい。フラックスを用いることで、導電接続時に、導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記フラックスは特に限定されない。上記フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを用いることができる。
本発明に係るコネクタ接合体は、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の接続対象部材と、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接続部とを備える。本発明に係るコネクタ接合体では、上記接続部が、コネクタ接合用導電性粒子により形成されているか、又は上記コネクタ接合用導電性粒子とバインダーとを含むコネクタ接合用導電材料により形成されている。本発明に係るコネクタ接合体では、上記コネクタ接合用導電性粒子が、上述したコネクタ接合用導電性粒子である。本発明に係るコネクタ接合体では、上記第1の電極と上記第2の接続対象部材とが上記コネクタ接合用導電性粒子により電気的に接続されている。
コネクタ接合用導電性粒子1の作製:
基材粒子(S1)として、ジビニルベンゼン共重合体樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−220、粒子径20μm」)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子2の作製:
実施例1の懸濁液(A1)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子3の作製:
実施例1と同様にして、基材粒子にニッケル−リン合金導電部及び凸状部を備える導電性粒子を得た。得られた導電性粒子を蒸留水500重量部に加え、分散させることにより、懸濁液(A3)を得た。
コネクタ接合用導電性粒子4の作製:
実施例3の懸濁液(A3)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子5の作製:
実施例3の懸濁液(A3)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子6の作製:
実施例3の懸濁液(A3)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子7の作製:
凸部状形成用無電解錫めっき液として、硫酸錫15g/L、エチレンジアミン四酢酸45g/L、ホスフィン酸1.5g/L、トレハロース二水和物10g/Lを含む混合液を、水酸化ナトリウムにてpH9.0に調整した錫めっき液(B7)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子8の作製:
(1)シリコーンオリゴマーの作製
温浴槽内に設置した100mlのセパラブルフラスコに、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン1重量部と、0.5重量%p−トルエンスルホン酸水溶液20重量部とを入れた。40℃で1時間撹拌した後、炭酸水素ナトリウム0.05重量部を添加した。その後、ジメトキシメチルフェニルシラン10重量部、ジメチルジメトキシシラン49重量部、トリメチルメトキシシラン0.6重量部、及びメチルトリメトキシシラン3.6重量部を添加し、1時間撹拌を行った。その後、10重量%水酸化カリウム水溶液1.9重量部を添加して、85℃まで昇温してアスピレーターで減圧しながら、10時間撹拌、反応を行った。反応終了後、常圧に戻し40℃まで冷却して、酢酸0.2重量部を添加し、12時間以上分液漏斗内で静置した。二層分離後の下層を取り出して、エバポレーターにて精製することでシリコーンオリゴマーを得た。
得られたシリコーンオリゴマー30重量部に、tert−ブチル−2−エチルペルオキシヘキサノアート(重合開始剤、日油社製「パーブチルO」)0.5重量部を溶解させた溶解液Aを用意した。また、イオン交換水150重量部に、ラウリル硫酸トリエタノールアミン塩40重量%水溶液(乳化剤)0.8重量部とポリビニルアルコール(重合度:約2000、けん化度:86.5〜89モル%、日本合成化学社製「ゴーセノールGH−20」)の5重量%水溶液80重量部とを混合して、水溶液Bを用意した。温浴槽中に設置したセパラブルフラスコに、上記溶解液Aを入れた後、上記水溶液Bを添加した。その後、Shirasu Porous Glass(SPG)膜(細孔平均径約1μm)を用いることで、乳化を行った。その後、85℃に昇温して、9時間重合を行った。重合後の粒子の全量を遠心分離により水洗浄し、凍結乾燥を行った。乾燥後、粒子の凝集体が目的の比(平均2次粒子径/平均1次粒子径)になるまでボールミルにて粉砕して、粒子径が3.0μmのシリコーン粒子(基材粒子S2)を得た。
コネクタ接合用導電性粒子9の作製:
シリコーンオリゴマーの代わりに両末端アクリルシリコーンオイル(信越化学工業社製「X−22−2445」)を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、粒子径が3.0μmのシリコーン粒子(基材粒子S3)を得た。
コネクタ接合用導電性粒子10の作製:
基材粒子S1と粒子径のみが異なり、粒子径が3.0μmである基材粒子S4を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子11の作製:
基材粒子S1と粒子径のみが異なり、粒子径が10.0μmである基材粒子S5を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子12の作製:
基材粒子S1と粒子径のみが異なり、粒子径が35.0μmである基材粒子S6を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子13の作製:
実施例1の懸濁液(A1)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子14の作製:
酸化チタン粒子スラリー(平均粒子径150nm)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子15の作製:
アルミナ粒子スラリー(平均粒子径150nm)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子16の作製:
実施例1と同様にして粒子混合液(G1)を得た。
コネクタ接合用導電性粒子17の作製:
実施例16と同様にして、基材粒子にニッケル−リン合金導電部及び錫導電部を備える導電性粒子を得た。得られた導電性粒子を蒸留水500重量部に加え、分散させることにより、懸濁液(A17)を得た。
コネクタ接合用導電性粒子18の作製:
実施例17の懸濁液(A17)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子19の作製:
実施例13の粒子混合液(G13)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子20の作製:
4ツ口セパラブルカバー、攪拌翼、三方コック、冷却管及び温度プローブが取り付けられた1000mLのセパラブルフラスコを用意した。上記セパラブルフラスコに、メタクリル酸メチル100mmolと、N,N,N−トリメチル−N−2−メタクリロイルオキシエチルアンモニウムクロライド1mmolと、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩1mmolとを含むモノマー組成物を固形分率が5重量%となるようにイオン交換水に秤取した。その後、200rpmで攪拌し、窒素雰囲気下70℃で24時間重合を行った。反応終了後、凍結乾燥して、表面にアンモニウム基を有し、平均粒子径220nm及びCV値10%の絶縁性粒子を得た。
コネクタ接合用導電性粒子Aの作製:
基材粒子(S1)を用意した。
コネクタ接合用導電性粒子Bの作製:
比較例1の懸濁液(a1)を用意した。
コネクタ接合用導電ペーストCの作製:
コネクタ接合用導電ペーストとして、はんだペースト(日立化成社製「CP−300」)を用意した。
(1)導電部の金属拡散状態
得られたコネクタ接合用導電性粒子を含有量が10重量%となるように、三井化学社製「ストラクトボンドXN−5A」に添加し、分散させて、コネクタ接合用導電ペーストを作製した。
A:接続部中で、コネクタ接合用導電性粒子における導電部が銅電極及びコネクタピンと金属拡散している
B:接続部中で、コネクタ接合用導電性粒子における導電部が銅電極及びコネクタピンと金属拡散していない
上記の(1)の評価で得られたコネクタ接合体を用意した。用意したコネクタ接合体を、Kulzer社製「テクノビット4000」に入れて硬化させ、コネクタ接合体検査用埋め込み樹脂体を作製した。その検査用埋め込み樹脂体中のコネクタ接合体の中心付近を通るようにイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製「IM4000」)を用いて、コネクタ接合用導電性粒子の断面を切り出した。
A:導電部が溶融変形した後固化している
B:導電部が溶融変形していない
上記(1)の評価で得られたコネクタ接合体を用意した。用意したコネクタ接合体を、Kulzer社製「テクノビット4000」に入れて硬化させ、コネクタ接合体検査用埋め込み樹脂体を作製した。その検査用埋め込み樹脂体中のコネクタ接合体の中心付近を通るようにイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製「IM4000」)を用いて、コネクタ接合用導電性粒子の断面を切り出した。
A:接続部中で、コネクタ接合用導電性粒子における導電部が溶融変形した後固化し、電極と接合している
B:接続部中で、コネクタ接合用導電性粒子における導電部が電極と接合していない
得られたコネクタ接合用導電性粒子の粒子径を、粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製「Multisizer4」)を用いて算出した。具体的には、約100000個のコネクタ接合用導電性粒子の粒子径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
得られたコネクタ接合用導電性粒子を含有量が30重量%となるように、Kulzer社製「テクノビット4000」に添加し、分散させて、検査用埋め込み樹脂体を作製した。その検査用埋め込み樹脂体中に分散したコネクタ接合用導電性粒子の中心付近を通るようにイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製「IM4000」)を用いて、コネクタ接合用導電性粒子の断面を切り出した。
得られたコネクタ接合用導電性粒子の含有量が30重量%となるように、Kulzer社製「テクノビット4000」に添加し、分散させて、検査用埋め込み樹脂体を作製した。検査用埋め込み樹脂体中に分散したコネクタ接合用導電性粒子の中心付近を通るようにイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製「IM4000」)を用いて、コネクタ接合用導電性粒子の断面を切り出した。
凸状部のアスペクト比は、凸状部の高さの、凸状部の幅に対する比(凸状部の高さ/凸状部の幅)であり、凸状部の高さと凸状部の幅とから算出した。
得られたコネクタ接合用導電性粒子について、導電部の全表面積100%中、金属コロイド析出物又は金属膜がある部分の面積(被覆率A)及び凸状部の全表面積100%中、金属コロイド析出物又は金属膜がある部分の面積(被覆率B)を算出した。上記被覆率Aは、コネクタ接合用導電性粒子における導電部の断面をSEM−EDX分析して元素マッピングを行い、画像解析することで算出することで算出した。上記被覆率Bは、コネクタ接合用導電性粒子における凸状部の断面をSEM−EDX分析して元素マッピングを行い、画像解析することで算出した。
上記(1)の評価で得られたコネクタ接合体20個の上下の電極間の接続抵抗を、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。導通信頼性を以下の基準で判定した。
○○○:接続抵抗が1.0Ω以下
○○:接続抵抗が1.0Ωを超え2.0Ω以下
○:接続抵抗が2.0Ωを超え3.0Ω以下
△:接続抵抗が3.0Ωを超え5.0Ω以下
×:接続抵抗が5.0Ωを超える
上記(9)導通信頼性の評価で得られた20個のコネクタ接合体において、隣接する電極間のリークの有無を、テスターで抵抗値を測定することにより評価した。絶縁信頼性を以下の基準で評価した。
○○○:抵抗値が108Ω以上のコネクタ接合体の個数が20個
○○:抵抗値が108Ω以上のコネクタ接合体の個数が18個以上20個未満
○:抵抗値が108Ω以上のコネクタ接合体の個数が15個以上18個未満
△:抵抗値が108Ω以上のコネクタ接合体の個数が10個以上15個未満
×:抵抗値が108Ω以上のコネクタ接合体の個数が10個未満
2…基材粒子
3…導電部
11…コネクタ接合用導電性粒子
12…導電部
12A…第1の導電部
12B…第2の導電部
21…コネクタ接合用導電性粒子
22…導電部
22A…第1aの導電部
22B…第1bの導電部
22C…第2の導電部
31…コネクタ接合用導電性粒子
32…導電部
32A…第1の導電部
32B…第2の導電部
32Ba…溶融した第2の導電部部分
41…コネクタ接合用導電性粒子
42…導電部
42A…第1の導電部
42B…第2の導電部
42C…第3の導電部
51…コネクタ接合用導電性粒子
52…導電部
52A…第1の導電部
52B…第2の導電部
53…金属コロイド析出物
61…コネクタ接合用導電性粒子
62…導電部
62A…第1aの導電部
62B…第1bの導電部
62C…第2の導電部
63…金属コロイド析出物
71…コネクタ接合用導電性粒子
72…導電部
72A…第1の導電部
72B…第2の導電部
73…金属膜
81…コネクタ接合用導電性粒子
82…導電部
82A…第1aの導電部
82B…第1bの導電部
82C…第2の導電部
83…金属膜
91…コネクタ接合体
92…第1の接続対象部材
92a…第1の電極
93…第2の接続対象部材
93a…コネクタピン
94…接続部
Claims (14)
- 基材粒子と、
前記基材粒子の表面上に配置された導電部とを備え、
前記導電部が400℃以下で金属拡散し得る成分を含むか、又は、前記導電部が400℃以下で溶融変形可能である、コネクタ接合用導電性粒子。 - 前記導電部の材料が、錫を含む合金を含むか、純錫であるか、又は錫を含む合金とは異なる状態かつ純錫とは異なる状態で錫を含む、請求項1に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の材料が、純錫である、請求項2に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の厚みが、10nm以上10μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の形状が、層状又は凸状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の形状が、凸状である、請求項5に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の形状が凸状である場合には、前記導電部における凸状部のアスペクト比が、0.05以上5以下である、請求項5又は6に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の外表面上に、金属コロイド析出物又は金属膜を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記導電部の全表面積100%中、前記金属コロイド析出物又は前記金属膜がある部分の面積が5%以上100%以下である、請求項8に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 前記金属コロイド析出物の金属種又は前記金属膜の金属種が、ニッケル、コバルト、鉛、金、亜鉛、パラジウム、銅、銀、ビスマス、又はインジウムである、請求項8又は9に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- 粒子径が、0.5μm以上500μm以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載のコネクタ接合用導電性粒子。
- コネクタ接合用導電性粒子と、バインダーとを含み、
前記コネクタ接合用導電性粒子が、請求項1〜11のいずれか1項に記載のコネクタ接合用導電性粒子である、コネクタ接合用導電材料。 - 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
第2の接続対象部材と、
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接続部とを備え、 前記接続部が、コネクタ接合用導電性粒子により形成されているか、又は前記コネクタ接合用導電性粒子とバインダーとを含むコネクタ接合用導電材料により形成されており、 前記コネクタ接合用導電性粒子が、請求項1〜11のいずれか1項に記載のコネクタ接合用導電性粒子であり、
前記第1の電極と前記第2の接続対象部材とが前記コネクタ接合用導電性粒子により電気的に接続されている、コネクタ接合体。 - 前記第2の接続対象部材が、コネクタピンを有する電子部品であり、
前記第1の電極と前記コネクタピンとが前記コネクタ接合用導電性粒子により電気的に接続されている、請求項13に記載のコネクタ接合体。
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JP2020103015A Pending JP2020205258A (ja) | 2019-06-13 | 2020-06-15 | コネクタ接合用導電性粒子、コネクタ接合用導電材料及びコネクタ接合体 |
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