JP3542874B2

JP3542874B2 - Conductive fine particles

Info

Publication number: JP3542874B2
Application number: JP23523696A
Authority: JP
Inventors: 嘉秋小寺; 和男鵜飼
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH09198916A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性に優れた導電性微粒子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性微粒子は、電子部品におけるリード電極、配線基板等を接合する際に使用される導電ペースト、上下導通用接着剤、異方性導電接着剤、電磁波シールドの導電性材料等に使用されるものである。このような導電性微粒子としては、鉛とすずとからなる半田ボール、非導電性材料からなる粒子が導電性材料で被覆されたもの等がある。
【０００３】
鉛とすずとからなる半田ボールは、リード電極、配線基板等を、加熱により簡便に接合することができるものである。しかし、例えば、異種基材を接合する場合、基材間の熱膨張率の違い等によって生ずる接合部分にかかる応力を半田ボールでは吸収できないため、半田ボールと基材との界面に剥がれが生じて満足な接合を得ることが難しい等の問題がある。
【０００４】
一方、非導電性材料からなる粒子が導電性材料で被覆されてなる導電性微粒子は、使用される非導電性材料からなる粒子が耐熱性を有し、加熱による接合精度の低下等が生じにくいので、近年では、電子部品の小型化、薄型化の進行に伴い、その使用が盛んになっている。
【０００５】
特開平５−２８７５８２号公報には、非導電性材料からなる粒子を導電性材料で被覆する方法として、電気銅メッキ工程によって銅メッキ層を非導電性材料表面に直接形成する方法が開示されている。この方法は、従来の無電解銅メッキ工程を必要とせず、電気銅メッキのみによって銅メッキ層を形成することができるものであるので、処理工程の簡略化、処理時間の短縮化、作業環境の改善等により生産性の向上を図ることができるものである。
【０００６】
しかし、導電性微粒子の中心部を構成する非導電性材料とその表面を被覆する金属との間では熱膨張係数、圧縮変形性等の差が大きいため、使用中の温度変化や圧縮変形等により、形成された銅メッキ層が破壊、剥離しやすい等の問題がある。
【０００７】
特開平３−１２９６０７号公報には、表面が金属で被覆されてなる樹脂粒子及び亜鉛やすず等からなる低融点金属粒子が熱接着性を有する高分子材料に分散されてなる異方性導電膜が開示されている。この異方性導電膜で使用される導電性樹脂のうち、表面が金属で被覆された樹脂粒子は、例えば、配線導体パターンが加熱圧着される際、配線導体パターン間の間隔を一定に保ちながら電気的接続を行うことができる等の特徴を有するものであり、低融点金属粒子は、溶融によって配線導体パターン間の電気的接続を行いながら圧着状態の確認を容易に行わせることができる等の特徴を有するものである。
【０００８】
しかしながら、上述のように、使用される表面が金属で被覆された樹脂粒子は、表面の金属層が破壊、剥離等を起こす可能性を有しており、また、低融点金属粒子は、溶融ムラを生じる可能性を有している。
【０００９】
特開平５−１１９３３７号公報には、表面が接着剤で被覆された導電性微粒子を用いる電極端子の相互接続方法が開示されている。この電極端子の相互接続方法は、表面が接着剤で被覆された導電性粒子を第一の配線基板上に散布し、加熱により固定した後、第二の配線基板を載置し、加熱圧着により接着、固定を行い、導電性微粒子を介して相対峙する配線基板の電極端子を相互接続するものであり、従来の接着剤で被覆された導電性微粒子を用いる電極端子の相互接続方法よりも信頼性に優れている等の特徴を有するものである。
【００１０】
しかしながら、この電極端子の相互接続方法は、表面が接着剤で被覆された導電性粒子を第一の配線基板上に散布する前に、この表面が接着剤で被覆された導電性粒子を帯電する必要があり、工程が煩雑になる等の問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、各種基板を高い精度で簡便に接合することができる導電性微粒子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の導電性微粒子は、導電層で被覆された球状高分子粒子の表面が、該導電層で被覆された球状高分子粒子の半径の５〜３０％かつ１２．５〜１５０μｍの厚みを有する半田により被覆されてなるものである。
【００１３】
本発明で使用される導電層の材質としては特に限定されず、例えば、金、ニッケル等からなる導電層が挙げられる。
【００１４】
本発明で使用される球状高分子粒子としては、ポリスチレン、ポリスチレン共重合体、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル共重合体、ポリ塩化ビニルからなる群より選ばれる少なくとも一種が挙げられる。
【００１５】
上記球状高分子粒子に上記導電層を被覆する方法としては特に限定されないが、好ましくは、無電解メッキ法等が挙げられる。
【００１６】
本発明において、上記導電層で被覆された球状高分子粒子は、該導電層で被覆された球状高分子粒子の半径の５〜３０％の厚みを有する半田により表面が被覆されてなるものである。半田の厚みが上記導電層で被覆された球状高分子粒子の半径の５％未満であると、電極端子等を接合する際、半田の溶融量が少なくなり、充分な接合性を得ることができず、上記導電層で被覆された球状高分子粒子の半径の３０％を超えると、半田の溶融量が多くなり隣の電極端子とショートすることがあるので、上記範囲に限定される。
【００１７】
上記半田の被覆は、均一であることが好ましい。上記半田の被覆が不均一であると、加熱時の溶融が不均一となり、信頼性の高い接合を得にくいことがある。
【００１８】
本発明で用いられる導電層で被覆された球状高分子粒子の粒子径としては、好ましくは、８３．３〜１０００μｍである。８３．３μｍ未満であると、被覆された球状高分子粒子の半径の３０％の厚みに半田を被覆するとしても、本発明で限定する最小の厚みの１２．５μｍの厚みで被覆することができなくなり、１０００μｍを超えると、球状高分子粒子を被覆した導電層がひび割れを起こして、球状高分子粒子から剥離し易くなることがある。
【００１９】
上記導電層で被覆された球状高分子粒子に、上記導電層で被覆された球状高分子粒子の半径の５〜３０％の厚みを有する半田を被覆する方法としては、特に限定されないが、好ましくは、電気メッキ法等が挙げられ、それにより厚膜の半田メッキを得ることができる。
【００２０】
本発明の導電性微粒子は、例えば、図１に示すように、上記球状高分子粒子の表面に、金、ニッケル等を無電解メッキ法によりメッキして導電層を形成した後、上記導電層で被覆された球状高分子粒子に、半田を電気メッキ法によりメッキして得ることができる。図中、１は球状高分子粒子、２は導電層を、３は半田メッキ層をそれぞれ表す。
【００２１】
本発明の導電性微粒子を用いた配線基板の接合は、例えば、第一の配線基板上に上記導電性微粒子を均一に分散させた後、第二の配線基板を、均一に分散されている上記導電性微粒子上に相対峙させ、加熱により半田を溶融させることにより行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
（比較例１）
表１に示す性状の、ニッケル導電層で被覆された球状高分子粒子（積水フアインケミカル社製「ミクロパールＮＩ」）の表面に、電気メッキ装置（上村工業社製「フロースループレーターＲＰ−１」）を用いて電解メッキし、表２に示す厚みの半田（重量比：Ｐｂ／Ｓｎ＝６０／４０）メッキ層が被覆された導電性微粒子を得た。
【００２４】
（実施例１，２、比較例２，３）
表１に示す性状の、金導電層が被覆された球状高分子粒子（積水フアインケミカル社製「ミクロパールＡＵ」）を用いたこと以外は、比較例１と同様にして、表２に示す厚みの半田（重量比：Ｐｂ／Ｓｎ＝６０／４０）メッキ層が被覆された導電性微粒子を得た。
【００２５】
【表１】

【００２６】
上記実施例及び比較例で得られた導電性微粒子につき、下記の性能評価を行い、その結果を表２に示した。
（１）半田メッキ層の厚み
上記導電性微粒子を洗浄、乾燥した後研磨加工して半球状とし、この半球状物の研磨加工面を拡大鏡を用いて観察し、半田メッキ層の厚みを測定した。
【００２７】
（２）接合強度
上記導電性微粒子をポストフラックス（ハリマ化成社製「Ｆ−４０」）中に、粒子の面積投影率が６％となるように配合し、この配合物を所定のピッチの電極パターンを有するＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）接合端子の、電極パターン上にスクリーン印刷した。この接合端子に、同様の電極パターンを有する別のＦＰＣ接合端子を、電極パターン同士が対応するように重ね合わせ、１ｋｇ／ｃｍ²で加圧しながら、２００℃で加熱、溶着して、２枚のＦＰＣ接合端子の電極パターン同士が積層された試料を作製した。この試料を用いて、１８０度引張試験により接合強度を測定した。
【００２８】
（３）線間絶縁抵抗、接続抵抗
（２）と同様な試料を用いて、電気抵抗測定器により隣接する電極間の電気抵抗を測定し、線間絶縁抵抗とした。また、（２）と同様な試料を用いて、１枚目のＦＰＣの電極とそれに対応する２枚目の電極との間の電気抵抗を電気抵抗測定器により測定し、接続抵抗とした。
【００２９】
【表２】

【００３０】
表２から明らかなように、半田メッキ層の厚みが、導電層が被覆された球状高分子粒子径の５％未満では半田メッキ粒子同士の接合力が不足し、導電層が被覆された球状高分子粒子径の３０％を超えると線間絶縁抵抗が低下した。
また、表１の比較例３及び実施例２から明らかなように、導電層が被覆された球状高分子粒子が、１０００μｍ程度の大粒子となると、導電層がひび割れを起こし、導電性層の剥がれが生じたため、導電性微粒子を得ることができないことがある。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の導電性微粒子は、上述の構成からなるので、接着剤等を使用することなく、接合端子等を高い精度で簡便に接合することができ、また導電性に優れたものであるので、例えば、ＢＧＡ用途、異種基板間接合等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性微粒子の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１球状高分子粒子
２導電層
３半田メッキ層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to conductive fine particles having excellent conductivity.
[0002]
[Prior art]
The conductive fine particles are used as a conductive paste, an adhesive for vertical conduction, an anisotropic conductive adhesive, a conductive material for electromagnetic wave shielding, etc., used when joining lead electrodes, wiring boards, etc. in electronic components. It is. Examples of such conductive fine particles include solder balls made of lead and tin, and particles made of a non-conductive material covered with a conductive material.
[0003]
A solder ball made of lead and tin can easily join a lead electrode, a wiring board, and the like by heating. However, for example, when joining different kinds of base materials, since the stress applied to the bonding part caused by a difference in the coefficient of thermal expansion between the base materials cannot be absorbed by the solder balls, the interface between the solder balls and the base material is peeled off. There are problems such as difficulty in obtaining satisfactory bonding.
[0004]
On the other hand, the conductive fine particles in which the particles made of the non-conductive material are coated with the conductive material, the particles made of the non-conductive material used have heat resistance, and the bonding accuracy is hardly reduced by heating. Therefore, in recent years, as electronic components have become smaller and thinner, their use has been increasing.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-287852 discloses a method of coating particles made of a non-conductive material with a conductive material by directly forming a copper plating layer on the surface of the non-conductive material by an electrolytic copper plating process. I have. This method does not require a conventional electroless copper plating step, and can form a copper plating layer only by electrolytic copper plating, so that the processing steps are simplified, the processing time is reduced, and the working environment is reduced. Productivity can be improved by improvement or the like.
[0006]
However, there is a large difference in the coefficient of thermal expansion, compressive deformation, etc. between the non-conductive material that forms the center of the conductive fine particles and the metal that covers the surface. There is a problem that the formed copper plating layer is easily broken or peeled off.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-129607 discloses an anisotropic conductive film in which resin particles whose surfaces are coated with a metal and low-melting metal particles made of zinc, tin or the like are dispersed in a polymer material having thermal adhesion. Is disclosed. Among the conductive resins used in the anisotropic conductive film, the resin particles whose surfaces are coated with a metal, for example, when the wiring conductor pattern is heat-pressed, while maintaining a constant spacing between the wiring conductor patterns It has features such as being able to make an electrical connection, and the low-melting-point metal particles can easily confirm the crimping state while making electrical connection between the wiring conductor patterns by melting. It has features.
[0008]
However, as described above, resin particles whose surface is coated with metal have a possibility that a metal layer on the surface may be broken, peeled off, or the like. Has the potential to cause
[0009]
JP-A-5-119337 discloses a method for interconnecting electrode terminals using conductive fine particles whose surface is coated with an adhesive. The method of interconnecting the electrode terminals is as follows. Conductive particles whose surfaces are coated with an adhesive are dispersed on the first wiring board, fixed by heating, and then placed on the second wiring board, and then heated and pressed. Adhesion and fixation are used to interconnect the electrode terminals of the wiring board facing each other via the conductive fine particles, which is more reliable than the conventional method of interconnecting electrode terminals using conductive fine particles coated with an adhesive. It has characteristics such as excellent properties.
[0010]
However, this method of interconnecting electrode terminals charges the conductive particles whose surface is coated with the adhesive before dispersing the conductive particles whose surface is coated with the adhesive on the first wiring board. And there is a problem that the process becomes complicated.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide conductive fine particles that can easily and easily bond various substrates with high accuracy.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the conductive fine particles according to the present invention are characterized in that the surface of the spherical polymer particles coated with the conductive layer has a radius of 5 to 30% of the radius of the spherical polymer particles coated with the conductive layer and 12 %. It is covered with a solder having a thickness of 0.5 to 150 μm.
[0013]
The material of the conductive layer used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a conductive layer made of gold, nickel, or the like.
[0014]
The spherical polymer particles used in the present invention include polystyrene, polystyrene copolymers, polyacrylic acid ester, polyacrylic acid ester copolymer, at least one can be cited are selected from the group consisting of port polyvinyl chloride.
[0015]
The method for coating the spherical polymer particles with the conductive layer is not particularly limited, but preferably includes an electroless plating method.
[0016]
In the present invention, the spherical polymer particles coated with the conductive layer have a surface coated with a solder having a thickness of 5 to 30% of the radius of the spherical polymer particles coated with the conductive layer. . When the thickness of the solder is less than 5% of the radius of the spherical polymer particles coated with the conductive layer, the amount of solder melted when joining electrode terminals and the like is reduced, and sufficient bonding properties can be obtained. When the radius exceeds 30% of the radius of the spherical polymer particles coated with the conductive layer, the amount of solder melted increases and short-circuit may occur with an adjacent electrode terminal.
[0017]
The coating of the solder is preferably uniform. If the coating of the solder is not uniform, the melting at the time of heating becomes uneven, and it may be difficult to obtain highly reliable bonding.
[0018]
The particle size of the spherical polymer particles coated with a conductive layer used in the present invention, good Mashiku is 83.3 ~1000μm. When the thickness is less than 83.3 μm, even if the solder is coated to a thickness of 30% of the radius of the coated spherical polymer particles, it can be coated with the minimum thickness of 12.5 μm limited by the present invention. When the thickness exceeds 1,000 μm, the conductive layer coated with the spherical polymer particles may be cracked and easily peeled off from the spherical polymer particles.
[0019]
The method for coating the spherical polymer particles coated with the conductive layer with solder having a thickness of 5 to 30% of the radius of the spherical polymer particles coated with the conductive layer is not particularly limited, but is preferably And an electroplating method, whereby a thick solder plating can be obtained.
[0020]
The conductive fine particles of the present invention are, for example, as shown in FIG. 1, after forming a conductive layer by electroless plating of gold, nickel or the like on the surface of the spherical polymer particles, forming a conductive layer on the conductive layer. The coated spherical polymer particles can be obtained by plating solder with an electroplating method. In the figure, 1 indicates spherical polymer particles, 2 indicates a conductive layer, and 3 indicates a solder plating layer.
[0021]
The bonding of the wiring substrate using the conductive fine particles of the present invention may be performed, for example, by uniformly dispersing the conductive fine particles on the first wiring substrate, and then dispersing the second wiring substrate uniformly. This is performed by causing the solder to face the conductive fine particles and melt the solder by heating.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
[0023]
( Comparative Example 1 )
An electroplating apparatus ("Flow Slooplator RP-1" manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd.) is applied to the surface of spherical polymer particles ("Micropearl NI" manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) having the properties shown in Table 1 and coated with a nickel conductive layer. ") To obtain conductive fine particles coated with a solder (weight ratio: Pb / Sn = 60/40) plating layer having a thickness shown in Table 2 .
[0024]
(Examples 1 and 2 , Comparative Examples 2 and 3 )
Except for using spherical polymer particles coated with a gold conductive layer ("Micropearl AU" manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) having the properties shown in Table 1, the results are shown in Table 2 in the same manner as in Comparative Example 1. Conductive fine particles coated with a thick solder (weight ratio: Pb / Sn = 60/40) plating layer were obtained.
[0025]
[Table 1]

[0026]
The following performance evaluation was performed on the conductive fine particles obtained in the above Examples and Comparative Examples, and the results are shown in Table 2.
(1) Thickness of solder plating layer The above conductive fine particles are washed, dried and polished to form a hemisphere, and the polished surface of the hemisphere is observed with a magnifying glass to measure the thickness of the solder plating layer. did.
[0027]
(2) Bonding strength The above-mentioned conductive fine particles are blended in a post flux (“F-40” manufactured by Harima Chemicals, Inc.) so that the area projection ratio of the particles is 6%, and the blend is mixed with an electrode having a predetermined pitch. Screen printing was performed on the electrode pattern of the FPC (flexible printed circuit) joining terminal having the pattern. Another FPC joint terminal having a similar electrode pattern is superimposed on this joint terminal so that the electrode patterns correspond to each other, and heated and welded at 200 ° C. while applying a pressure of 1 kg / cm ² to form two sheets. A sample in which the electrode patterns of the FPC joint terminal were laminated was prepared. Using this sample, the bonding strength was measured by a 180-degree tensile test.
[0028]
(3) Line Insulation Resistance, Connection Resistance Using a sample similar to (2), the electric resistance between adjacent electrodes was measured by an electric resistance measuring instrument, and the measured value was used as the line insulation resistance. Further, using the same sample as in (2), the electric resistance between the electrode of the first FPC and the corresponding second electrode was measured by an electric resistance measuring instrument, and was defined as connection resistance.
[0029]
[Table 2]

[0030]
As is clear from Table 2, when the thickness of the solder plating layer is less than 5% of the diameter of the spherical polymer particles coated with the conductive layer, the bonding strength between the solder plated particles is insufficient, and the spherical height covered with the conductive layer is small. If it exceeds 30% of the molecular particle size, the insulation resistance between wires decreases .
Also, as is clear from Comparative Example 3 and Example 2 of Table 1, the spherical polymer particles having a conductive layer coated is, when it comes to 1000μm about the large particles, the conductive layer undergoes cracking, the conductive layer because peeling occurs, it is can be such Ikoto to obtain conductive particles.
[0031]
【The invention's effect】
Since the conductive fine particles of the present invention have the above-described configuration, the bonding terminals and the like can be easily bonded with high accuracy without using an adhesive or the like, and are excellent in conductivity. For example, it is suitable for BGA applications, bonding between different types of substrates, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the conductive fine particles of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 spherical polymer particles 2 conductive layer 3 solder plating layer

Claims

Conductivity in which the surface of the spherical polymer particles coated with the conductive layer is coated with solder having a thickness of 5 to 30% of the radius of the spherical polymer particles coated with the conductive layer and a thickness of 12.5 to 150 μm A polymer,
The conductive polymer, wherein the spherical polymer particles are at least one selected from the group consisting of polystyrene, polystyrene copolymers, polyacrylates, polyacrylate copolymers, and polyvinyl chloride .