JP2021185579A - 導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る導電材料は、複数の導電性粒子と、バインダーとを含む。上記導電性粒子は、導電部を有する。上記導電性粒子は、導電部の外表面部分に、はんだを有する。はんだは、導電部に含まれ、導電部の一部又は全部である。上記バインダーは、上記導電材料に含まれる導電性粒子を除く成分である。
上記導電性粒子は、接続対象部材の電極間を電気的に接続する。上記導電性粒子は、導電部の外表面部分にはんだを有する。上記導電性粒子は、はんだにより形成されたはんだ粒子であってもよい。上記はんだ粒子は、はんだを導電部の外表面部分に有する。上記はんだ粒子は、中心部分及び導電部の外表面部分のいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び導電性の外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子は、コア粒子として、基材粒子を有さない。上記はんだ粒子は、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導電性粒子とは異なる。上記はんだ粒子は、例えば、はんだを好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上、更に好ましくは95重量%以上で含む。上記導電性粒子は、基材粒子と、該基材粒子の表面上に配置された導電部とを有していてもよい。この場合に、上記導電性粒子は、導電部の外表面部分に、はんだを有する。
上記熱硬化性化合物は、加熱により硬化可能な化合物である。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。導電材料の硬化性及び粘度をより一層良好にし、導通信頼性及び接続信頼性をより一層高める観点から、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物が好ましく、エポキシ化合物がより好ましい。上記導電材料は、エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は、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、フェノール硬化剤、チオール硬化剤、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、熱カチオン開始剤及び熱ラジカル発生剤等がある。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。
上記導電材料は、フラックスを含む。フラックスの使用により、導電性粒子におけるはんだを電極上により一層効果的に配置することができる。また、本発明では、上記フラックスが、金属の表面を洗浄する効果を有する酸と、その酸を中和する作用を有する塩基との組み合わせであり、これら酸と塩基との塩である。
導電材料の硬化物により接続される接続対象部材間の間隔、並びに導電性粒子におけるはんだにより接続される接続対象部材間の間隔を高精度に制御する観点からは、上記導電材料は、絶縁性粒子を含むことが好ましい。上記導電材料において、上記絶縁性粒子は、導電性粒子の表面に付着していなくてもよい。上記導電材料中で、上記絶縁性粒子は導電性粒子と離れて存在することが好ましい。
上記導電材料は、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。
本発明に係る接続構造体は、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第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。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した導電材料であり、上記接続部が、上述した導電材料により形成されている。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている。
3つ口フラスコに、アセトン160gと、グルタル酸(和光純薬工業社製)32gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)26gを30分かけて滴下し、滴下完了後2時間室温で撹拌した。析出した白色結晶をろ過により分取し、アセトンで洗浄し、真空乾燥し、フラックス1を得た。平均粒子径は走査型電子顕微鏡(日立製作所社製「S−4300SEN」)を用いて、任意の粒子50個で測定し、平均値を算出した。また融点はDSC(セイコーインスツル社製「DSC6200」)にて吸熱ピークを測定した。
フラックス1と同様の方法で得られた白色結晶について、平均粒子径が10μmになるまで乳鉢にて粉砕して、フラックス2を得た。
フラックス1と同様の方法で得られた白色結晶について、平均粒子径が1μmになるまで乳鉢にて粉砕して、フラックス3を得た。
フラックス1と同様の方法で得られた白色結晶について、平均粒子径が0.05μmになるまで乳鉢にて粉砕して、フラックス4を得た。
3つ口フラスコに、アセトン160gと、シクロヘキサンカルボン酸(和光純薬工業社製)31gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、シクロヘキシルアミン(東京化成工業製)24gを30分かけて滴下し、滴下完了後2時間室温で撹拌した。析出した白色結晶をろ過により分取し、アセトンで洗浄し、真空乾燥した。その後、乳鉢にて、平均粒子径が10μmになるまで粉砕し、フラックス5を得た。
3つ口フラスコに、アセトン160gと、アジピン酸(和光純薬工業社製)35gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)26gを30分かけて滴下し、滴下完了後2時間室温で撹拌した。析出した白色結晶をろ過により分取し、アセトンで洗浄し、真空乾燥した。その後、乳鉢にて、平均粒子径が10μmになるまで粉砕し、フラックス6を得た。
3つ口フラスコに、クエン酸一水和物12.6gに、トリエタノールアミン26.8gを添加し、120℃のオイルバスで撹拌しながらクエン酸を溶解させた。得られたクエン酸トリエタノールアミン塩は、25℃で液体であった。
3つ口フラスコに、グルタル酸35.0gに、トリエタノールアミン37.25gを添加し、120℃のオイルバスで撹拌しながらグルタル酸を溶解させた。得られたグルタル酸トリエタノールアミン塩は、25℃で半固体であった。
3つ口フラスコに、アセトン160gと、グルタル酸(和光純薬工業社製)32gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、はんだ粒子1を100g入れて15分攪拌させた後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)26gを30分かけて滴下し、滴下完了後2時間室温で撹拌することで、はんだ粒子の表面にフラックスを析出させた。その後、はんだ粒子をアセトンで1回洗浄し、真空乾燥して、はんだ粒子3を得た。
(1)異方性導電ペーストの作製
下記の表1,2に示す成分を下記の表1,2に示す配合量で配合して、異方性導電ペーストを得た。得られた異方性導電ペーストにおいて、フラックスは、表1,2に示す状態で存在していた。
第1の接続対象部材として、半導体チップ本体(サイズ5×5mm、厚み0.4mm)の表面に、400μmピッチで直径250μm、厚み10μmの銅電極が、エリアアレイにて配置されている半導体チップを準備した。銅電極の数は、半導体チップ1個当たり、10個×10個の合計100個である。
(1)粘度
異方性導電ペーストの25℃での粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。
異方性導電ペーストをシリンジに入れ、23℃で24時間保管した。保管後に、異方性導電ペーストの25℃での粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。保存安定性を下記の基準で判定した。
○○:保管後の粘度が保管前の粘度の±25%以内
○:○○の基準に相当せず、保管後の粘度が保管前の粘度の±50%以内
△:○○及び○の基準に相当せず、保管後の粘度が保管前の粘度の±75%以内
×:○○、○及び△の基準に相当しない
得られた接続構造体を断面観察することにより、上下の電極間に位置しているはんだ部の厚みを評価した。
得られた接続構造体において、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の、接続部中のはんだ部が配置されている面積の割合Xを評価した。電極上のはんだの配置精度1を下記の基準で判定した。
○○:割合Xが70%以上
○:割合Xが60%以上、70%未満
△:割合Xが50%以上、60%未満
×:割合Xが50%未満
得られた接続構造体において、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向と直交する方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、接続部中のはんだ部100%中、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分に配置されている接続部中のはんだ部の割合Yを評価した。電極上のはんだの配置精度2を下記の基準で判定した。
○○:割合Yが99%以上
○:割合Yが90%以上、99%未満
△:割合Yが70%以上、90%未満
×:割合Yが70%未満
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。但し、n=15個中一つでも上下の電極間が導通していない場合には、「×」と判定した。
○○: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、又は接続不良が生じている
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、横方向に隣接する電極間に、15V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。但し、n=15個中一つでも横方向に隣接する電極間が導通している場合には、「×」と判定した。
○○○:接続抵抗の平均値が1014Ω以上
○○:接続抵抗の平均値が108Ω以上、1014Ω未満
○:接続抵抗の平均値が106Ω以上、108Ω未満
△:接続抵抗の平均値が105Ω以上、106Ω未満
×:接続抵抗の平均値が105Ω未満
2…第1の接続対象部材
2a…第1の電極
3…第2の接続対象部材
3a…第2の電極
4,4X…接続部
4A,4XA…はんだ部
4B,4XB…硬化物部
11…導電材料
11A…はんだ粒子(導電性粒子)
11B…熱硬化性成分
21…導電性粒子(はんだ粒子)
31…導電性粒子
32…基材粒子
33…導電部(はんだを有する導電部)
33A…第2の導電部
33B…はんだ部
41…導電性粒子
42…はんだ部
Claims (14)
- 導電部の外表面部分に、はんだを有する複数の導電性粒子と、
熱硬化性成分と、
フラックスとを含み、
前記フラックスが、酸と塩基との塩であり、
25℃の導電材料中で、前記フラックスが固体で存在する、導電材料。 - 前記導電性粒子及び前記熱硬化性成分と混合されていない状態で、前記フラックス単体が、25℃で固体である、請求項1に記載の導電材料。
- 前記フラックスが、カルボキシル基を有する有機化合物とアミノ基を有する有機化合物との塩である、請求項1又は2に記載の導電材料。
- 前記フラックスの平均粒子径が、30μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記フラックスの平均粒子径の、前記導電性粒子の平均粒子径に対する比が、3以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記フラックスの融点が、前記導電性粒子におけるはんだの融点−50℃以上、前記導電性粒子におけるはんだの融点+50℃以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記導電性粒子がはんだ粒子である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記熱硬化性成分が、トリアジン骨格を有する熱硬化性化合物を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記導電性粒子の表面上に、前記フラックスが付着している、請求項1〜8のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記導電性粒子の平均粒子径が1μm以上、40μm以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の導電材料。
- 導電材料100重量%中、前記導電性粒子の含有量が10重量%以上、90重量%以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の導電材料。
- 導電ペーストである、請求項1〜11のいずれか1項に記載の導電材料。
- 少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第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、
前記接続部の材料が、請求項1〜12のいずれか1項に記載の導電材料であり、
前記第1の電極と前記第2の電極とが前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体。 - 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている、請求項13に記載の接続構造体。
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