JP2022060494A - 接続体の製造方法、異方性導電接合材料、及び接続体 - Google Patents
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Abstract
Description
及び接続体に関する。
。フリップチップ実装は、ワイヤーボンディングに比べて実装面積を小さくすることがで
き、小型、薄型の半導体チップを実装することができる。
プと大型基板とを接合する場合、非常に高い圧力が必要であったり、平行度のあたり調整
が必要であったりし、量産性が困難である。
はんだペーストを用い、リフローにより複数の部品を配線板等に一括して実装することが
記載されている。
、はんだ粒子が多量に含まれており、ファインピッチの電極を備える電子部品の接合は困
難である。
極を備える電子部品を接合させることができる接続体の製造方法、異方性導電接合材料、
及び接続体を提供する。
異方性導電接合材料を用いることにより、上述の目的を達成できることを見出し、本発明
を完成させるに至った。
粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記
はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有する異方性導電接合材料を、第1の電子部品
の電極と第2の電子部品の電極との間に介在させ、前記第1の電子部品の電極と前記第2
の電子部品の電極とをリフロー炉を用いて無荷重で接合させ、前記リフロー炉のピーク温
度が、前記異方性導電接合材料の硬化温度よりも10度以上高い。
子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記は
んだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有する。
電極と第2の電子部品の電極とが接合されてなる。
れた状態でバインダーが硬化するため、ファインピッチの電極を備える電子部品を接合さ
せることができる。
。
1.接続体の製造方法
2.異方性導電接合材料
3.実施例
本実施の形態における接続体の製造方法は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒
子が分散されてなり、はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、はんだ粒子
の融点よりも高い硬化温度とを有する異方性導電接合材料を、第1の電子部品の電極と第
2の電子部品の電極との間に介在させ、第1の電子部品の電極と第2の電子部品の電極と
をリフロー炉を用いて無荷重で接合させ、リフロー炉のピーク温度が、異方性導電接合材
料の硬化温度よりも10度以上高い。このようにリフロー炉(リフロー工程)の昇温時に
最低溶融粘度到達温度まで絶縁性バインダーが溶融されることで、はんだ粒子が、第1の
電子部品の電極と第2の電子部品の電極と接触し易い状態を得ることができる。
オメーター(TA instrument社製)を用い、測定圧力5g、温度範囲30~
200℃、昇温速度10℃/分、測定周波数10Hz、測定プレート直径8mm、測定プ
レートに対する荷重変動5gの条件で測定し、粘度が最低値(最低溶融粘度)となる温度
をいう。また、異方性導電接合材料の硬化温度は、示差熱分析(DSC)で試料5mg以
上をアルミパンで計量し、温度範囲30~250℃、昇温速度10℃/分の条件で測定し
た発熱ピーク温度である。また、接続体とは、二つの材料または部材が電気的に接続され
たものである。また、接合とは、二つの材料または部材をつなぎ合わせることである。無
荷重とは、機械的な加圧がない状態をいう。
ated Circuit)、フレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits、樹脂成形さ
れた部品など、配線(導通材)が設けられたものであればよく、これらの中でも、LED
、ドライバーIC等のチップ(例えば、半導体素子)が好適である。第2の電子部品とし
ては、第1の電子部品の端子と少なくとも一部対応する端子が設けられたものであれば特
に限定はなく、第1の電子部品を搭載できる電極が設けられた基板(所謂、プリント配線
板:PWB)として広義に定義できるものであればよい。例えば、リジット基板、ガラス
基板、フレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits)、セラミック基板、プ
ラスチック基板等の基板が挙げられる。また、同じ部品を積層して接続してもよい。この
積層の数は、接続に支障を来さなければ特に限定はない。異種部品の多数積層であっても
同様である。第1の電子部品及び第2の電子部品にそれぞれに設けられた電極(電極配列
、電極群)は、対向して異方性接続されるように設けられており、複数の第1の電子部品
が一つの第2電子部品に搭載されるように電極(電極配列、電極群)が設けられていても
よい。なお、上記の電子部品は、リフロー工程における耐熱性を備えていることが望まし
い。
、はんだ粒子により接続されており、接続信頼性が高いため、センサー機器、車載用機器
、IoT(Internet of Things)機器など、多くの用途に適用することができる。
性導電接合ペーストのいずれであってもよい。また、異方性導電接合ペーストを接続時に
フィルム状にしても、部品を搭載することでフィルムに近い形態としてもよい。
、例えば、ディスペンス、スタンピング、スクリーン印刷等の塗布方法を用いることがで
き、必要に応じて乾燥させてもよい。異方性導電接合フィルムの場合、フィルム厚により
異方性導電接合材料の量を均一化することができるだけでなく、基板上に一括ラミネート
することができ、タクトを短縮することができるため特に好ましい。また、予めフィルム
状とすることで取り扱い易いので作業効率も高くすることが期待できる。
LED実装体の製造方法は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてな
り、はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、はんだ粒子の融点よりも高い
硬化温度とを有する異方性導電接合材料を基板上に設ける工程と、LED素子を異方性導
電接合材料上に搭載する搭載工程と、LED素子の電極と基板の電極とを無荷重で加熱接
合させる接合工程とを有する。複数の部品を一括して実装してもよい。
ルム状にする工程であってもよく、従来の異方性導電フィルムで用いられているように、
異方性導電接合フィルムを基板上に低温低圧で貼着する仮貼り工程であってもよく、異方
性導電接合フィルムを基板上にラミネートするラミネート工程であってもよい。
性導電接合フィルムを設けることができる。この場合、従前の装置からツールの設置や変
更といった最低限の変更だけですむため、経済的なメリットが得られる。
を用いて異方性導電接合フィルムを基板上にラミネートする。ラミネート工程は、真空加
圧式であってもよい。従来の異方性導電フィルムの加熱加圧ツールを用いた仮貼りである
と、フィルムの幅がツール幅の制約を受けるが、ラミネート工程の場合、加熱加圧ツール
を用いないため、比較的広い幅を一括で搭載できるようになることが期待できる。また、
一つの基板に対して一つの異方性導電接合フィルムをラミネートしてもよい。これにより
、加熱圧着ツールの上下動と異方性導電接合フィルムの搬送とを複数回することがないた
め、異方性導電接合材料を設ける工程の時間を短縮することができる。
接合材料の厚みを、はんだ粒子の平均粒径に近似させることが好ましい。異方性接合材料
の厚みの下限は、はんだ粒子の平均粒径の50%以上、好ましくは80%以上、より好ま
しくは90%以上である。異方性接合材料の厚みが薄すぎると、はんだ粒子の電極間への
挟持が容易になるが、フィルム状にする際の難易度が高くなる虞がある。また、異方性接
合材料の厚みの上限は、はんだ粒子の平均粒径の300%以下、好ましくは200%以下
、より好ましくは150%以下である。異方性接合材料の厚みが厚すぎると接合に支障を
来たす虞がある。
n Microscope)等の電子顕微鏡などを用いた観察画像において、N=50以上、好ましく
はN=100以上、さらに好ましくはN=200以上で測定した粒子の長軸径の平均値で
あり、粒子が球形の場合は、粒子の直径の平均値である。また、観察画像を公知の画像解
析ソフト(「WinROOF」:三谷商事(株)、「A像くん(登録商標)」:旭化成エ
ンジニアリング株式会社など)を用いて計測された測定値、画像型粒度分布測定装置(例
として、FPIA-3000(マルバーン社))を用いて測定した測定値(N=1000
以上)であってもよい。観察画像や画像型粒度分布測定装置から求めた平均粒径は、粒子
の最大長の平均値とすることができる。なお、異方性接合材料を作製する際には、簡易的
にレーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における頻度の累積が50%になる粒径
(D50)、算術平均径(体積基準であることが好ましい)などのメーカー値を用いるこ
とができる。
る。本技術では、はんだ粒子によるセルフアライメントが期待できないため、搭載工程で
は、LED素子を正確にアライメントすることが好ましい。各LED素子は、例えば、片
面に第1導電型電極と第2導電型電極とを有し、第1導電型電極及び第2導電型電極に対
応する基板30の電極上に配置される。
極との間の異方性接合材料の厚みを、はんだ粒子の平均粒径に近似させることとしたが、
これに限られず、搭載工程において、加圧により異方性接合材料の厚みをはんだ粒子の平
均粒径に近似させてもよい。この加圧工程は、例えば、第2の電子部品に載置されている
第1の電子部品側から加圧することにより、LED素子の電極と基板の電極との間の異方
性接合材料の厚みを、はんだ粒子の平均粒径に近似させる。ここで、異方性接合材料の厚
みが大きすぎると、加圧に支障をきたす虞があるため、上述の上限の厚みとすることが好
ましいともいえる。平均粒径に近似とは、この加圧工程を経ると理論上、はんだ粒子の最
大径が異方性接続材料の厚みとなるため、異方性接続材料の厚みは、はんだ粒子の最大径
と同等と考えてもよく、厚みバラツキを考慮するなら、はんだ粒子の最大径の130%以
下、好ましくは120%以下としてもよい。また、加圧工程の圧力の下限は、好ましくは
0.2MPa以上、より好ましくは0.4MPa以上であり、また、加圧工程の圧力の上
限は、2.0MPa以下でもよく、好ましくは1.0MPa以下、より好ましくは0.8
MPa以下である。上限および下限は、装置の仕様によって変動することがあるため、樹
脂をはんだ粒子径まで押し込む目的が達成できれば、上の数値範囲に限定されるものでは
ない。
の電極11,12と基板20の電極21,21とを無荷重で加熱接合させる。機械的な加
圧をせずに無荷重で加熱接合させる方法としては、大気圧リフロー、真空リフロー、大気
圧オーブン、オートクレーブ(加圧オーブン)等が挙げられ、これらの中でも、接合部に
内包する気泡を排除することができる真空リフロー、オートクレーブ等を用いることが好
ましい。無荷重であることで、一般的な加熱加圧ツールを用いた異方性導電接続と比べて
、不要な樹脂流動が発生しないことから、気泡の巻き込みも抑制される効果が期待できる
。
いことが求められ、好ましくは150℃以上250℃以下、より好ましくは160℃以上
230℃以下、さらに好ましくは170℃以上210℃以下で本加熱する。これにより、
LED素子10の電極と基板20の電極とが接合されるため、優れた導通性、放熱性、及
び接着性を得ることができる。接合工程では、無荷重であることから、はんだ粒子の移動
量が小さくなり、はんだ粒子の捕捉効率は高いことが予想される。また、はんだ粒子の含
有量は、セルフアライメントが期待できない程度であり、接合工程において、異方性導電
接合フィルムに含有されている多数のはんだ粒子は一体とならないため、一つの電極内に
複数のはんだ接合箇所が存在する場合がある。ここで、はんだ接合とは、対向した電子部
品のそれぞれの電極を、はんだを溶融させて繋ぐことをいう。
粒子31が電極間に挟持され、はんだ融点以上である本加熱によりはんだ粒子31が溶融
し、はんだが電極に濡れ広がり、冷却によりLED素子10の電極と基板20の電極とが
接合される。リフローは、昇温工程と降温工程のほか、一定温度に維持する工程(キープ
工程)を含んでいてもよい。最も高温となるピーク工程があってもよく、昇温もしくは降
温の途中で工程を含んでいてもよい。昇温工程は、バインダーを溶融させる工程(例:図
4の120℃まで)と、はんだ粒子が溶融し塗れ広がる工程(例:図4の120~175
℃)の2段階となっていてもよい。そのため昇温速度は一例として10~120℃/mi
nでもよく、20~100℃/minでもよい。キープ工程(例:図4の175~180
℃)の維持時間は、バインダーを硬化させる工程ともなる。この温度は、一例として温度
160~230℃であり、5~10℃程度の差があってもよく、ピーク温度と同じでもよ
い。短すぎるとバインダーのライフ性能が低下して取り扱い性に支障を来たすことから0
.5min以上、好ましくは0.75min以上であり、長すぎると製造効率が悪化する
ので、5min以下、好ましくは3min以下である。降温工程を経て冷却(はんだ粒子
の融点以下)することで、はんだ粒子を固相にし、電極間で接合させることができる。降
温速度は、生産性を上げるには早く取り出せるために高い方がよく、接合状態を急冷させ
ない方が接合体の品質向上には望ましいため低いほうがよい。一例として、昇温工程と同
じ速度でもよく、10~30℃/minであることが好ましい。降温速度は、接合対象物
の組み合わせと使用するバインダーの条件等によって調整できる。取り出し温度やその環
境にも影響する。
を近似させ、はんだ粒子と電極とを接触させることにより、接合をより容易に行うことが
できる。また、リフロー工程の昇温・維持・降温と、異方性導電接合フィルムの熱硬化性
の挙動を合わせることにより、無荷重接続時の樹脂溶融、電極間でのはんだ粒子の挟持、
はんだ溶融・樹脂硬化を最適化することができる。なお、異方性導電接合フィルムの熱硬
化性の挙動は、DSC測定やレオメーターによる粘度測定により知ることができる。
10と基板20とを、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子31が分散された異方
性導電接合フィルムを用いて接続されたものである。すなわち、LED実装体は、LED
素子10と、基板20と、半田粒子31とを有し、LED素子10の電極11,12と基
板20の電極21,22とを接続してなる異方性導電接合膜32とを備え、LED素子1
0の電極11,12と基板20の電極21,22とが、はんだ接合部33によって接合さ
れてなり、固形樹脂が、LED素子10と基板20との間に充填されてなるものである。
極11と第2導電型電極12との間に電圧を印加すると、素子内の活性層にキャリアが集
中し、再結合することにより発光が生じる。第1導電型電極11と第2導電型電極12と
のスペース間の距離は、素子サイズにより、例えば100μm以上200μm以下である
もの、100μm以上50μm以下であるもの、20μm以上50μm以下であるものが
ある。LED素子10としては、特に限定されないが、例えば、400nm-500nm
のピーク波長を有する青色LED等を好適に用いることができる。
対応する位置にそれぞれ第1の電極21及び第2の電極22を有する。基板20としては
、プリント配線板、ガラス基板、フレキシブル基板、セラミック基板、プラスチック基板
等が挙げられる。プリント配線板の電極高さは、例えば10μm以上40μm以下であり
、ガラス基板の電極高さは、例えば3μm以下であり、フレキシブル基板の電極高さは、
例えば5μm以上20μm以下である。
、LED素子10の電極11,12と基板20の電極21,22とをはんだ接合部33に
て金属接合するとともに、LED素子10と基板20との間に異方性導電接合材料を充填
してなる。
板20の端子(電極21,22)とがはんだ接合部33により金属結合しており、LED
素子20と基板30との間に固形樹脂が充填されてなる。これにより、LED素子10と
基板20との間への水分等の侵入を防止することができる。
本実施の形態における異方性導電接合材料は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ
粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記
はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有するものである。ここで、硬化温度は、前述
のように、昇温速度10℃/分の条件で測定した発熱ピーク温度である。
これにより、加熱により絶縁性バインダーが溶融し、はんだ粒子が電極間に挟持された状
態で溶融するため、ファインピッチの電極を備える電子部品を接合させることができる。
は50Pa・s以下、より好ましくは30Pa・s以下、さらに好ましくは10Pa・s
以下である。最低溶融粘度が高すぎると、リフロー工程において無荷重では樹脂溶融が進
行せず、はんだ粒子と電極間の挟持に支障を来す虞が生じる。本技術では、バインダー樹
脂の加熱硬化時に荷重をかけないため、荷重をかける(一般的な異方性接続のようにツー
ルで押圧する)ことを前提にしたバインダー樹脂の最低溶融粘度よりも低く設定する必要
がある。また、異方性導電接合材料の最低溶融粘度到達温度は、好ましくははんだ粒子の
溶融温度の-10℃~-60℃、より好ましくははんだ粒子の溶融温度の-10℃~-5
0℃、さらに好ましくははんだ粒子の溶融温度の-10℃~-40℃である。これにより
、はんだ溶融前に最低溶融粘度に到達し、樹脂溶融後にはんだ粒子を溶融させ、その後、
樹脂を硬化させることができるため、良好なはんだ接合を得ることができる。
る。図3に示すように、異方性導電接合フィルム30は、熱硬化型の絶縁性バインダー中
にはんだ粒子31が分散されてなる。また、異方性導電フィルム30には、必要に応じて
、第1の面に第1のフィルムが貼付され、第2の面に第2のフィルムが貼付されてもよい
。なお、異方性導電接合フィルムは、異方性導電接合材料をフィルム状に形成したもので
ある。
より好ましくは90%以上である。フィルム厚みが薄すぎると、はんだ粒子の電極間への
挟持が容易になるが、フィルム状にする際の難易度が高くなる虞がある。また、フィルム
厚みの上限は、はんだ粒子の平均粒径の300%以下、好ましくは200%以下、より好
ましくは150%以下である。フィルム厚みが厚すぎると接合に支障を来たす虞がある。
フィルム厚みは、1μm以下、好ましくは0.1μm以下を測定できる公知のマイクロメ
ータやデジタルシックネスゲージ(例えば、株式会社ミツトヨ:MDE-25M、最小表
示量0.0001mm)を用いて測定することができる。フィルム厚みは、10箇所以上
を測定し、平均して求めればよい。但し、粒子径よりもフィルム厚みが薄い場合には、接
触式の厚み測定器は適さないので、レーザー変位計(例えば、株式会社キーエンス、分光
干渉変位タイプSI-Tシリーズなど)を用いることが好ましい。ここで、フィルム厚み
とは、樹脂層のみの厚みであり、粒子径は含まない。
熱硬化型の絶縁性バインダー(絶縁性樹脂)としては、(メタ)アクリレート化合物と
熱ラジカル重合開始剤とを含む熱ラジカル重合型樹脂組成物、エポキシ化合物と熱カチオ
ン重合開始剤とを含む熱カチオン重合型樹脂組成物、エポキシ化合物と熱アニオン重合開
始剤とを含む熱アニオン重合型樹脂組成物などが挙げられる。また、公知の粘着剤組成物
を用いてもよい。なお、(メタ)アクリルモノマーとは、アクリルモノマー、及びメタク
リルモノマーのいずれも含む意味である。
化剤と、フラックス化合物とを含有する熱アニオン重合型樹脂組成物を例に挙げて説明す
る。
キシ樹脂であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ビスフェノールA型エポキシ
樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等であってもよい。これにより、フィルム形状を維持す
ることができる。なお、常温とは、JIS Z 8703で規定する20℃±15℃(5℃
~35℃)の範囲である。
スフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等であってもよく、ウ
レタン変性のエポキシ樹脂であっても構わない。
0質量部以下、より好ましくは100質量部以下、さらに好ましくは70質量部以下であ
る。液状エポキシ樹脂の配合量が多くなると、フィルム形状を維持することが困難となる
。
はなく、例えば、アミン、イミダゾール等のアニオン系硬化剤、スルホニウム塩等のカチ
オン系硬化剤が挙げられる。また、硬化剤は、フィルム化させる際に使用される溶剤に対
して耐性が得られるようにマイクロカプセル化されていてもよい。
ク化されたブロック化カルボン酸であってもよい。すなわち、硬化剤は、フラックス化合
物であってもよい。
したり、溶融はんだの表面張力を低下させたりする。フラックス化合物としては、例えば
、レブリン酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、
セバシン酸等のカルボン酸を用いることが好ましい。これにより、良好なはんだ接続を得
ることができるとともに、エポキシ樹脂を配合した場合、エポキシ樹脂の硬化剤として機
能させることができる。
化されたブロック化カルボン酸を用いることが好ましい。これにより、フラックス効果、
及び硬化剤機能が発揮される温度をコントロールすることができる。また、樹脂に対する
溶解性が向上するため、フィルム化する際の混合・塗布ムラを改善することができる。ま
た、ブロック化が解除される解離温度は、はんだ粒子の融点以上であることが好ましい。
これにより、良好なはんだ接続を得ることができるとともに、エポキシ樹脂を配合した場
合、エポキシ樹脂の流動後に硬化が開始されるため、良好なはんだ接合を得ることができ
る。
はんだ粒子は、異方性導電接合フィルム中にランダムに混練りされて分散されていても
よく、平面視で配置されていてもよい。これらは用途に応じて使い分ければよい。異方性
導電接合フィルムの平面視におけるはんだ粒子全体の配置は、規則的配置でもランダム配
置でもよい。規則的配置の態様としては、正方格子、六方格子、斜方格子、長方格子等の
格子配列を挙げることができ、特に制約はない。また、ランダム配置の態様としては、フ
ィルムの平面視にて各はんだ粒子が互いに接触することなく存在し、フィルム厚方向にも
はんだ粒子が互いに重なることなく存在していることが好ましい。また、異方性導電接合
フィルム中のはんだ粒子の全個数の75%以上、好ましくは95%以上が、他のはんだ粒
子と非接触であり、独立していることが好ましい。これは公知の金属顕微鏡や光学顕微鏡
を用いて、フィルム平面視における1mm2以上の面積を任意に5箇所以上抜き取って、
はんだ粒子を200個以上、好ましくは1000個以上を観察して確認することができる
。また、はんだ粒子が異方性導電接合フィルム中に平面視で配置されている場合において
、はんだ粒子がフィルム厚方向の同じ位置に揃っていてもよい。
、異方性接合フィルムの平面視における凝集体の配置は、前述のはんだ粒子の配置と同様
に、規則的配置でもランダム配置でもよい。また、フィルムの平面視にて各凝集体が互い
に接触することなく存在し、フィルム厚方向にも凝集体が互いに重なることなく存在して
いることが好ましい。凝集体の個々のはんだ粒子の平均粒径は、前述した平均粒径と同様
に計測することができる。
離の1/3以下であり、より好ましくは1/4以下であり、さらに好ましくは1/5以下
である。はんだ粒子の平均粒径が半導体素子の電極のスペース間の距離の1/3よりも大
きくなると、ショートが発生する可能性が高くなる。
上、より好ましくは5μm以上である。これにより、フィルムの塗布厚みを一定にするこ
とができる。はんだ粒子の平均粒径が0.5μmより小さいと電極部と良好なはんだ接合
状態を得ることができず、信頼性が悪化する傾向にある。また、はんだ粒子の平均粒径の
上限は、30μm以下であり、好ましくは25μm以下、さらに好ましくは20μm以下
である。接続対象によっては、はんだ粒子の平均粒径の上限は15μm以下とすることが
でき、12μm以下が望ましく、10μm以下がより望ましい場合がある。また、複数の
はんだ粒子が凝集した凝集体である場合、凝集体の大きさを前述のはんだ粒子の平均粒径
と同等にしてもよい。凝集体とする場合は、はんだ粒子の平均粒径を上述の値より小さく
してもよい。個々のはんだ粒子の大きさは、電子顕微鏡で観察して求めることができる。
%以下、より好ましくは平均粒径の120%以下とすることができる。はんだ粒子の最大
径が、上記範囲であることにより、はんだ粒子を電極間に挟持させ、はんだ粒子の溶融に
より電極間を接合させることができる。加圧後の異方性導電接合材料の厚みは、はんだ粒
子の最大径となることがある。また、複数のはんだ粒子が凝集した凝集体である場合、凝
集体の大きさを前述のはんだ粒子の最大径と同等にしてもよい。凝集体とする場合は、は
んだ粒子の最大径を上述の値より小さくしてもよい。個々のはんだ粒子の大きさは、電子
顕微鏡で観察して求めることができる。
、Pb-Sn-Sb系、Sn-Sb系、Sn-Pb-Bi系、Bi-Sn系、Sn-Cu
系、Sn-Pb-Cu系、Sn-In系、Sn-Ag系、Sn-Pb-Ag系、Pb-A
g系などから、電極材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。はんだ粒子
の融点の下限は、好ましくは110℃以上、より好ましくは120℃以上、さらに好まし
くは130℃以上である。はんだ粒子の融点の上限は、好ましくは180℃以下、より好
ましくは160℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。また、はんだ粒子は、表
面を活性化させる目的でフラックス化合物が直接表面に結合されていても構わない。表面
を活性化させることで電極部との金属結合を促進することができる。
は30wt%以上、さらに好ましくは40wt%以上であり、はんだ粒子の配合量の質量
比範囲の上限は、好ましくは80wt%以下、より好ましくは70wt%以下、さらに好
ましくは60wt%以下である。また、はんだ粒子の配合量の体積比範囲の下限は、好ま
しくは5vol%以上、より好ましくは10vol%以上、さらに好ましくは15vol
%以上であり、はんだ粒子の配合量の体積比範囲の上限は、好ましくは30vol%以下
、より好ましくは25vol%以下、さらに好ましくは20vol%以下である。はんだ
粒子の配合量は、前述の質量比範囲又は体積比範囲を満たすことにより、優れた導通性、
放熱性、及び接着性を得ることができる。はんだ粒子がバインダー中に存在する場合には
、体積比を用いてもよく、異方性導電接合材料を製造する場合(はんだ粒子がバインダー
に存在する前)には、質量比を用いてもよい。質量比は、配合物の比重や配合比などから
体積比に変換することができる。はんだ粒子の配合量が少なすぎると優れた導通性、放熱
性、及び接着性が得られなくなり、配合量が多すぎると異方性が損なわれ易くなり、意図
した導通性能が得られ難くなる。
異方性導電接合フィルムには、上述した絶縁性バインダー及びはんだ粒子に加えて、本
発明の効果を損なわない範囲で種々の添加剤を配合することができる。例えば、異方性導
電接合フィルムは、無機フィラー、有機フィラー、金属フィラー、カップリング剤、レベ
リング剤、安定剤、チクソ剤等を含有しても構わない。無機フィラー、有機フィラー、及
び金属フィラーの粒子径は、接続安定性の観点から、はんだ粒子の平均粒径よりも小さく
、例えば、10-1000nmのナノフィラー、1-10μmのマイクロフィラー等が用
いられる。
ミニム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、タルク、酸化亜鉛、ゼオライト等が挙げら
れ、吸湿信頼性の向上を目的にシリカを添加したり、光反射の向上を目的に酸化チタンを
添加したり、酸による腐食防止を目的に水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等を添加
しても構わない。
機フィラーの添加により、ブロッキング防止、光散乱等の効果を得ることができる。
い。例えば、Cuフィラーは、酸と錯体を形成するため電極等の腐食を防止することがで
きる。なお、金属フィラーは、導通に寄与しても寄与しなくもよく、金属フィラーの配合
量は、はんだ粒子を含めて、ショートしない程度に調整すればよい。
溶剤中で混合し、この混合物を、バーコーターにより、剥離処理フィルム上に所定厚みと
なるように塗布した後、乾燥させて溶媒を揮発させることにより得ることができる。また
、混合物をバーコーターにより剥離処理フィルム上に塗布した後、加圧により所定厚みと
してもよい。また、はんだ粒子の分散性を高くするために、溶媒を含んだ状態で高シェア
をかけることが好ましい。例えば、公知のバッチ式遊星攪拌装置を用いることができる。
真空環境下で行えるものであってもよい。また、異方性導電接合フィルムの残溶剤量は、
好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下である。
本実施例では、硬化温度の異なる異方性導電接合フィルムを作製した。そして、異方性
導電接合フィルムを用いてLED実装体を作製し、LED実装体の順電圧、ダイシェア強
度、及び接合状態ついて評価した。
定]
回転式レオメーター(TA instrument社製)を用い、測定圧力5g、温度
範囲30~200℃、昇温速度10℃/分、測定周波数10Hz、測定プレート直径8m
m、測定プレートに対する荷重変動5gの条件で溶融粘度を測定し、最低溶融粘度及び最
低溶融粘度到達温度を求めた。また、硬化温度は、示差走査熱量測定(DSC)で試料5
mg以上をアルミパンで計量し、温度範囲30~250℃、昇温速度10℃/分の条件で
測定した発熱ピーク温度とした。なお、異方性導電接合ペーストであっても、同様の条件
で測定すればよい。
LEDチップ(デクセリアルズ評価用LEDチップ、サイズ45mil、If=350
mA、Vf=3.1V、Au-Snパッド、パッドサイズ300μm×800μmのP電
極とN電極がそれぞれ設けられており、パッド間距離(P電極とN電極間距離)150μ
m)と、基板(デクセリアルズ評価用セラミック基板、18μm厚Cuパターン、Ni-
Auメッキ、パターン間(スペース)50μm)とを準備した。
、LEDチップを搭載した。その後、リフローによりLEDチップを実装した。
ーは、240secでピーク温度180℃となるように段階的に温度を上昇させた。先ず
、バインダーを溶融させるため、60秒間に20℃から120℃に昇温させ、次に、はん
だ粒子を溶融させて濡れ広がらせるため、60秒間に120℃から140℃に昇温させた
。次に、バインダーを硬化させるために、60秒間に140℃から175℃に昇温させ、
60秒間に175℃から180℃に維持し、60秒間に180℃から160℃に降温させ
た。
定格電流であるIf=350mAを基板のパターンを介してLEDチップに流し、LE
Dチップの順電圧値Vfを測定した。電圧オーバーで読み取れない場合を「OPEN」と
した。
ボンディングテスター(品番:PTR-1100、レスカ社製)を用いて、測定速度2
0μm/secでLEDチップのダイシェア強度を測定した。
ダイシェア強度を測定した後、LEDチップを引き剥がした後の基板側のはんだ接合状
態を光学顕微鏡にて観察した。
表1に示すように、固形エポキシ樹脂(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、三菱ケミカ
ル(株)、JER4007P、軟化点108℃)、液状エポキシ樹脂(ジシクロペンタジ
エン骨格エポキシ樹脂、ADEKA(株)、EP4088L)、フラックス化合物(グル
タル酸(1,3-プロパンジカルボン酸)、東京化成(株))、はんだ粒子(Si-Bi
、三井金属(株)、ST-7、融点139℃、平均粒子径(D50)7.1μm)、エポ
キシ樹脂硬化剤(イミダゾール系硬化剤、四国化成工業(株)、キュアゾール2P4MH
Z-PW)を所定の質量部で配合し、異方性導電接合フィルムを作製した。
キシ樹脂と液状エポキシ樹脂にフラックス化合物のMEK(メチルエチルケトン)溶解品
、エポキシ樹脂硬化剤を混合した。この混合溶液に、はんだ粒子を分散させた後、ギャッ
プコーターにて溶剤乾燥後の厚みが10μmになるようにPET(ポリエチレンテレフタ
ラート)フィルム上に塗布して異方性導電接合フィルムを作製した。乾燥は70℃-5m
inの条件で行った。
ェア強度の測定結果を示す。順電圧が3.1V、ダイシェア強度が32N/chipであ
った。
フである。図5に示すグラフより、139℃付近にはんだ溶融の吸熱反応が現れ、163
℃付近に樹脂硬化の発熱ピーク温度が現れることが分かる。
たときの顕微鏡写真である。はんだがLEDチップ側及び基板側に濡れ広がっており、良
好なはんだ接合状態であることが確認できた。また、一つの電極内に複数のはんだ接合箇
所が存在することが確認できた。
表1に示すように、固形エポキシ樹脂(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、三菱ケミカ
ル(株)、JER4005P、軟化点87℃)を代えた以外は、実施例1と同様に異方性
導電接合フィルムを作製した。異方性導電接合フィルムを用いて作製したLED実装体は
、順電圧が3.0V、ダイシェア強度が29N/chipであった。
表1に示すように、固形エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱ケミカ
ル(株)、JER1004AF、軟化点97℃)を代えた以外は、実施例1と同様に異方
性導電接合フィルムを作製した。異方性導電接合フィルムを用いて作製したLED実装体
は、順電圧が3.0V、ダイシェア強度が30N/chipであった。
表1に示すように、エポキシ樹脂硬化剤(アンモニウム塩系酸発生剤、KINGIND
USTRIES(株)、CXC-1821)を代えた以外は、実施例1と同様に異方性導
電接合フィルムを作製した。異方性導電接合フィルムを用いて作製したLED実装体は、
順電圧がオープンとなり、ダイシェア強度が28N/chipであった。
、はんだ粒子が溶融する前に異方性導電接合フィルムのバインダーが硬化した。このため
、順電圧を測定することができなかった。また、はんだ接合も形成されていなため、LE
Dチップの密着性が弱く、ダイシェア強度が低い結果となった。
低い最低溶融粘度到達温度と、はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有するため、異
方性導電接合フィルムのバインダーが溶融・流動し、被着体の電極間にはんだ粒子が挟持
された状態でバインダーが硬化した。このため、定格電圧3.1Vに近い値を得ることが
できた。また、ダイシェア強度も良好な結果となった。
第1の電極、22 第2の電極、30 異方性導電接合フィルム、31 はんだ粒子、
32 異方性導電膜、33 はんだ接合部
Claims (10)
- 熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点
よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有す
る異方性導電接合材料を、第1の電子部品の電極と第2の電子部品の電極との間に介在さ
せ、
前記第1の電子部品の電極と前記第2の電子部品の電極とをリフロー炉を用いて無荷重
で接合させ、
前記リフロー炉のピーク温度が、前記異方性導電接合材料の硬化温度よりも10度以上
高い接続体の製造方法。 - 前記はんだ粒子の融点が、110℃以上180℃以下である請求項1記載の接続体の製
造方法。 - 前記絶縁性バインダーが、常温で固形である固形エポキシ樹脂を含み、
前記固形エポキシ樹脂の軟化点が、80℃以上120℃以下である請求項1又は2記載
の接続体の製造方法。 - 前記絶縁性バインダーが、常温で液状である液状エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤
と、フラックス化合物とをさらに含み、
前記エポキシ系硬化剤が、アニオン系硬化剤である請求項3記載の接続体の製造方法。 - 前記フラックス化合物が、カルボン酸である請求項4記載の接続体の製造方法。
- 前記第2の電子部品が、基板であり、
前記基板上に前記異方性接合材料をフィルム状にラミネートし、前記異方性接合材料上
に前記第1の電子部品を搭載して接合させる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の接続
体の製造方法。 - 熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点
よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有す
る異方性導電接合材料。 - 前記硬化温度が、150℃以上200℃以下である請求項7記載の異方性導電接合材料
。 - 前記請求項7又は8記載の異方性導電接合材料がフィルム状に形成されてなる異方性導
電接合フィルム。 - 請求項7若しくは8に記載の異方性導電接合材料、又は請求項9に記載の異方性導電接
合フィルムを用いて、第1の電子部品の電極と第2の電子部品の電極とが接合されてなる
接続体。
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