JP3802367B2

JP3802367B2 - Method for forming inter-substrate conduction using anisotropic conductive material

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Publication number: JP3802367B2
Application number: JP2001131699A
Authority: JP
Inventors: 憲明畑; 雅行上田; 英之後藤; 頼重松葉
Original assignee: Harima Chemical Inc
Current assignee: Harima Chemical Inc
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002329945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法、ならびにその際利用される異方性導電材料に関し、より具体的には、金属バンプが形成された基板と、その表面に導電性材料の配線パターンが形成された基板との間で、異方性導電材料の塗布層を介して、金属バンプを配線パターンと加熱下に圧接して、基板間の導通を形成する方法と、その際利用される、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、金属微粒子を分散してなる異方性導電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器、電子部品の小型軽量化が進み、それら小型化した電子部品を実装するプリント配線基板の配線パターンも併せて微細なものとなっている。加えて、実装密度を増すため、例えば、その表面に半導体素子を予め搭載した基板の裏面に、プリント配線基板上の配線パターンとの電気的な導通・固定に利用される金属バンプを形成した上で、配線パターンに対して、金属バンプを加熱・圧接して、両者間の導通を形成する実装方法が利用されている。
【０００３】
その際、半導体素子などが一層集積化が進むとともに、導通を図るべき端子数も増加し、それに付随して、前記金属バンプ自体のサイズの小型化、高密度の配置が進められている。対応する配線パターンも、その線幅、ライン間隔を狭め、高密度が図られ、金属バンプと配線との接合部位の面積も益々狭いものとなっている。
【０００４】
従来より、この金属バンプと配線との接合には、異方性導電材料と称される、金属粉体などの導電性媒体を熱硬化性樹脂成分中に分散した材料を利用して、加熱・圧接することで、プリント配線基板上の配線表面に導電性媒体を密に接触させ、一方、金属バンプ表面と導電性媒体との緻密な接触を図り、異方性導電材料を介した導通を形成する手段が利用されていた。なお、この金属粉体などの導電性媒体相互も、配合されている熱硬化性樹脂成分が加熱・圧接する間に、熱硬化する結果、緊密な接触状態を保ったまま、固定されるため、その圧接方向には、優れた導電性を示す。しかし、この圧接がなされていない周辺部分では、導電性媒体は分散した状態、すなわち、相互に接触がなされていない状態のまま、固定がなされる。結果として、圧接がなされていない周辺部分では、非導電性の樹脂硬化物中に、導電性媒体が孤立して分散したものとなり、原理的には、電気伝導性を示さないものとなる。従って、この特長から、圧接部分においてのみ、その圧接方向に対してのみ「異方」的な導電性を示す、「異方性導電材料」と称されている。
【０００５】
具体的には、プリント配線基板の表面上に形成されている複数の配線に対して、対応する個数の金属バンプをその裏面に形成した基板を、各配線と金属バンプとが相対する配置に位置決めを行い、前記異方性導電材料の塗布層を、複数の配線を跨いだ状態で形成しておき、この異方性導電材料の塗布層と金属バンプを圧接することで、その部分では、異方性導電材料に含まれる余剰な熱硬化性樹脂成分は押し出され、導電性媒体、例えば、金属微粒子が、配線表面と金属バンプとの隙間を埋めるように挟み込まれた状態となる。その状態で、熱硬化性樹脂成分の熱硬化を行うと、この金属バンプが圧接されている部分では、隙間に挟み込まれた金属微粒子と、配線表面ならびに金属バンプとの接触を介して、上下方向に電気的導通路が構成され、硬化後、樹脂成分がバインダーとして、この配置のまま固着する。一方、このような圧接がなされていない周辺部では、異方性導電材料に含まれる導電性媒体、例えば、金属微粒子の相互間で、その接触を引き起こす要因がなく、横方向には、金属微粒子の接触を介した、電気的導通路の伸長が図られない。従って、例え、異方性導電材料の塗布層を、複数の配線を跨いだ状態で形成しても、隣接する配線間の電気的な絶縁は維持される。
【０００６】
従来、多くのプリント配線基板は、その配線パターンの線幅、ならびに、ライン間隔は、最小でも３００μｍ以上であり、その際には、異方性導電材料に用いる導電性媒体として、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子であっても、その最小線幅に比較して、十分に微細なものであった。しかしながら、最小線幅、ライン間隔が３００μｍより狭く、例えば、１００μｍ程度に達する微細な配線パターンとなると、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子であっても、その最小線幅に比較して、十分に微細なものとは言えないものとなる。すなわち、従来の平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を利用する異方性導電材料を用いたのでは、配線表面と導電性媒体との密な接触、あるいは、金属バンプ表面と導電性媒体との緻密な接触が、必ずしも達成できなくなる。従って、この異方性導電材料を介する、金属バンプと配線との接合部における導通特性に、大きなバラツキが生じる結果、より細かな回路パターンになるにつれ、プリント配線基板と、その表面に半導体素子を予め搭載した基板との基板間での良好で、再現性の高い導通形成が困難なものとなっている。
【０００７】
さらには、ライン間隔が例えば、１００μｍ程度に達する微細な配線パターンとなると、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子であっても、その最小ライン間隔に比較して、十分に微細なものとは言えないものとなる。つまり、場合によっては、この横方向に金属微粒子が互いに接触するように配列して、僅かながら、隣接する配線間を電気的に連結する導通路が形成される頻度が、ライン間隔が狭くなるに伴い、反比例して、急速に増していく。換言するならば、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を導電性媒体とする異方性導電材料では、ライン間隔が例えば、１００μｍ程度に達する微細な配線パターンに対しては、十分な異方性が達成できない事態も生じてくる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述するように、電子部品の集積化と、その製造技術が大きく発展し、利用される電子基板、具体的には配線パターンの微細加工が広く行われるようになった。それに伴い、例えば、プリント配線基板上の微細な配線に対して、より細かい部分の接合に対応できる異方性導電性材料が求められている。より具体的には、かかる異方性導電性材料は、例えば、液晶パネル基板と、その駆動用の外部回路基板との間での、両者の接続端子相互の導通形成と、両基板の接着固定を簡便に実施する上で、特に有用な材料であるが、導電性媒体として、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を利用する従来の異方性導電性材料では、高画素密度の液晶におけるピクセルサイズの減少に対して、十分な対応ができなくなっている。
【０００９】
本発明は前記の課題を解決するもので、本発明の目的は、その表面に導電性材料の配線パターンが形成された基板に対して、金属バンプを設けた基板を、この金属バンプと配線パターンとを位置合わせし、異方性導電性材料を介して、その間に選択的な電気的導通路を形成する際、配線パターンの最小線幅、ライン間隔が例えば、３００μｍを下回る場合においても、隣接する配線間の絶縁性は高く、一方、金属バンプと前記微細な配線との間での接続抵抗は極めて低く、かつ、バラツキの少ないものとすることが可能な異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法、ならびにそれに利用される新規な異方性導電材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意研究・検討を進めた結果、従来の異方性導電材料を微細な配線を有する基板相互間で、金属バンプと対応する配線間との導通形成加工を行う際の不具合は、例えば、３００μｍを下回る配線の最小線幅、ライン間隔と比較して、利用されている金属微粒子の平均粒子径が、０．５〜１０μｍ程度であり、十分に細かなものでなく、それが、上述するような横方向の絶縁特性の不良、また、圧接される金属バンプと対応する配線間の接続抵抗の上昇、バラツキを引き起こす主な要因であることを再確認した。さらに、検討を進め、しかしながら、単に、利用する金属微粒子の平均粒子径をより細かな、例えば、１００nm以下の範囲とするのみでは、圧接される金属バンプと対応する配線間の接続抵抗の上昇、バラツキを十分に改善できないことも見出した。具体的には、平均粒子径が１００nm以下の金属超微粒子においては、その表面に自然酸化皮膜が存在しない清浄な金属面を接触させると、簡単に接着を生じ、その結果、乱雑に多数の金属超微粒子間の接着がなされた凝集体を形成する。このような凝集体を多数含む状態となると、金属バンプと対応する配線の隙間で圧接した際、その隙間を金属超微粒子により緻密に埋め込む構造とはならず、金属バンプと対応する配線間の接続抵抗の上昇、ならびにバラツキを伴うことを見出した。加えて、前記のような凝集体を形成すると、その全体径は、相当に大きなものとなり、平均粒子径の極めて微細な金属超微粒子を利用する際の微細加工性を損なうことも判明した。かかる知見に基づき、本発明者らは、更なる研究を進め、異方性導電材料を構成する金属微粒子として、平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲の金属超微粒子を用い、その表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されたものとすると、その表面に被覆分子層を有する形態で、熱硬化性樹脂組成物中に均一に分散したものとなり、金属超微粒子間の接着がなされた凝集体の形成を回避でき、一方、金属バンプと対応する配線の隙間で圧接した際には、その隙間を金属超微粒子により緻密に埋め込む構造とできることを見出した。加えて、表面の被覆分子層は、熱硬化性樹脂の熱硬化を行う間に、その配位的な結合は熱的に解離し、加熱した際、含まれる窒素、酸素、イオウ原子を含む基に対して、反応性を有する有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸を作用させることで、金属表面への再結合防止、また、解離の促進を図ることができ、その結果、緻密に埋め込まれた金属超微粒子は、互いに清浄な金属面を接触できる。その状況に至ると、互いに清浄な金属面を接触する金属超微粒子は、径が０．５μｍを超える金属微粒子と異なり、熱硬化性樹脂の熱硬化温度程度の加熱であっても、比較的容易に焼結・融着が進行し、圧接部分では金属微粒子相互が緻密に連結しあい、良好な電気的導通路が、高い再現性で形成できることを見出した。一方、圧接されていない横方向では、その表面に被覆分子層を有する金属超微粒子は、均一に分散した状態を保持し、隣接する配線間に不要な導通経路を形成することもなく、高い絶縁特性が達成できることをも見出した。本発明者らは、これら一連の知見に基づき、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法は、
基板間の導通を形成する方法であって、
前記の基板間導通を図る、第１の基板と第二の基板の二つの基板のうち、
第１の基板には、金属バンプが形成されており、
第２の基板には、その表面に導電性材料の配線パターンが形成されており、
前記導電性材料の配線パターンと金属バンプとを、所定の配向に位置合わせする工程と、
前記第２の基板上、位置合わせされる配線パターン部位の表面に、異方性導電材料の塗布層を、さらに、前記塗布層の表面に、接着剤層が積層されて形成された状態で、
前記金属バンプを、積層形成されている前記異方性導電材料の塗布層と接着剤層に、加熱下、圧接して、
前記異方性導電材料の塗布層を介して、金属バンプと配線パターンとの間に導通を形成する工程とを有し、
前記異方性導電材料は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、微細な平均粒子径の金属微粒子を均一に分散してなる材料であり、
前記金属微粒子は、その平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲に選択され、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されており、
前記樹脂組成物中には、前記金属微粒子表面を被覆している窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸が含有されていることを特徴とする異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法である。
【００１２】
その際、前記異方性導電材料中に含有される金属微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子であることが好ましい。また、前記異方性導電材料を構成する非導電性の熱硬化性樹脂組成物は、その樹脂成分として、エポキシ樹脂とその硬化剤を、主成分として含むものを好適に利用できる。
【００１３】
加えて、本発明は、上記の方法に利用される異方性導電材料の発明をも提供し、すなわち、本発明の異方性導電材料は、基板間の導通を形成する際に利用される異方性導電材料であって、
前記異方性導電材料は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、微細な平均粒子径の金属微粒子を均一に分散してなる材料であり、
前記金属微粒子は、その平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲に選択され、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されており、
前記樹脂組成物中には、前記金属微粒子表面を被覆している窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸が含有されていることを特徴とする異方性導電材料である。その際、利用目的に応じて、本発明の異方性導電材料は、前記異方性導電材料中に含有される金属微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子であることを特徴とする異方性導電材料とすることができる。また、前記異方性導電材料を構成する非導電性の熱硬化性樹脂組成物は、その樹脂成分として、エポキシ樹脂とその硬化剤を、主成分として含むものを用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法、ならびに、それに用いる異方性導電材料をより詳細に説明する。
【００１５】
本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法は、その主な用途は、従来の異方性導電材料、具体的には、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を導電性媒体とする異方性導電材料を用いた場合には、十分な対応ができなくなってくる、例えば、高画素密度の液晶におけるピクセルサイズの減少に対応して、配線の最小線幅、ライン間隔が３００μｍ以下、例えば、１００μｍ程度である基板を対象とる基板間導通の形成である。まず、かかる用途においては、導通を図る配線の最小線幅、ならびに、金属バンプの大きさに比較して、異方性導電材料において、導電性媒体として利用する金属微粒子の平均粒子径は、十分に微細なものとする必要があり、従って、その平均粒子径は１〜１００ｎｍの範囲に選択する金属超微粒子を利用する。具体的には、圧接される配線と金属バンプとの隙間に応じて、平均粒子径を１〜１００ｎｍの範囲に、好ましくは、２〜１０ｎｍの範囲に選択する。
【００１６】
極めて粒子径の小さな金属超微粒子、少なくとも、平均粒子径が１００ｎｍ以下である金属超微粒子の製造方法の一つとして、特開平３−３４２１１号公報には、ガス中蒸発法を用いて調製される１０ｎｍ以下の金属超微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。また、特開平１１-３１９５３８号公報などには、還元にアミン化合物を用いる還元析出法を利用して、平均粒子径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。この特開平１１−３１９５３８号公報などに開示される平均粒子径数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子は、コロイド状態を維持するためにその表面が高分子樹脂などで被覆されているものである。
【００１７】
一般に平均粒子径数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子はその融点よりも格段に低い温度（例えば、銀であれば２００℃）で焼結することが知られている。この低温焼結は、金属の超微粒子においては、十分にその粒子径を小さくすると、粒子表面に存在するエネルギー状態の高い原子の全体に占める割合いが大きくなり、金属原子の表面拡散が無視し得ないほど大きくなる結果、この表面拡散に起因して、粒子相互の界面の延伸がなされ焼結が行われるためである。一方、この性質は、室温近傍においても、金属超微粒子の表面相互が直接接触すると、凝集体を形成するという現象を生じさせる。前記の凝集体形成は、圧接される金属バンプと配線との隙間を埋め込むように、極めて微細な金属微粒子が密な充填状態を形成する結果達成される、電気的に良好な導通達成、また、その再現性を損なう要因となる。
【００１８】
本発明では、この金属超微粒子の凝集体形成を防止する手段として、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆された状態としている。この金属超微粒子表面に設けた被覆層は、異方性導電材料中において、含有される金属超微粒子の分散状態を長期に維持する効果を有する。また、異方性導電材料の塗布膜を作製する工程などで、仮に、金属超微粒子相互の接触が生じた際にも、金属超微粒子自体の金属表面が直接接することを防止でき、塗布膜中において、金属超微粒子の凝集体が形成することも回避されている。
【００１９】
加えて、金属の超微粒子表面では、通常の金属塊表面より、金属原子の表面拡散が活発であるだけでなく、化学的な反応性も増しており、例えば、酸素に曝されるとより速やかに表面酸化が進行する。その際には、金属の超微粒子表面における低温焼結の利点は損なわれ、表面酸化で形成される酸化皮膜の影響を排するに必要な、比較的高い温度での加熱処理によって、初めて、超微粒子相互の焼結が達成できる状態となる。従って、形成される酸化皮膜の多少に依存して、導電性のバラツキを生じさせる要因となる。金属超微粒子表面に設けた被覆層は、この表面酸化をも防止する効果を有する。
【００２０】
しかしながら、本発明においては、異方性導電材料を圧接して、金属バンプと配線との隙間を金属超微粒子により埋め込み、金属微粒子が密な充填状態を形成させて、加熱を施し、含有される熱硬化性樹脂の硬化を行った段階では、かかる金属超微粒子表面に設けた被覆層を取り除き、金属超微粒子自体の表面は直接接することが可能としている。具体的には、この金属超微粒子表面に設ける被覆層を、金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上を用いているので、加熱を行うと、かかる配位的な結合は、熱的に比較的に容易に解離され、金属超微粒子自体の表面が露出する。加えて、この窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下、反応可能な化合物を添加しており、前記熱的な解離に加えて、この反応の進行によって、金属超微粒子自体の表面の露出を促進している。金属微粒子が密な充填状態を形成した状態で、相互の金属表面が直接接触することで、低温においても、速やかな融着・焼結が進み、更に、加重を加えて、圧接することで、一層緻密な融着・焼結による電気的導通経路網が生成する。
【００２１】
一方、この金属バンプと配線との隙間以外の領域でも、加熱により被覆層の除去は同じく進行するものの、金属超微粒子は互いを近接させる加圧がなされず、当初の均一な分散状態を保ったまま、それを取り巻く分散媒体、すなわち、熱硬化樹脂成分の硬化が進む。そのため、金属超微粒子自体の表面が露出するものの、互いに接する配置でないため、融着・焼結自体を引き起こすに至らない。結果として、圧接部分以外では、硬化した異方性導電材料は、高い絶縁性を有するものとできる。
【００２２】
上記の本発明の作用を達成する上で利用される、この表面の被覆に利用される化合物は、金属元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、イオウ原子上に孤立電子対を有する基を利用するもので、例えば、窒素原子を含む基として、アミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基（−ＳＨ）、スルフィド型のスルファンジイル基（−Ｓ−）が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基、エーテル型のオキシ基（−Ｏ−）が挙げられる。
【００２３】
利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。なお、かかるアルキルアミンは、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上となるものが好ましい。ただし、焼結・合金化を行う際には、速やかに、表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、かかる配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジアミン型、１，３−ジアミン型など、近接する二以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。
【００２４】
また、利用可能なスルファニル基（−ＳＨ）を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンチオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上となるものが好ましい。ただし、焼結・合金化を行う際には、速やかに、表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基（−ＳＨ）を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジチオール型などの、二以上のスルファニル基（−ＳＨ）が結合に関与するものも、利用可能である。
【００２５】
また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンジオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、通常、１００℃以下の範囲となるものが好ましい。ただし、焼結・合金化を行う際には、速やかに、表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、１，２−ジオール型、１，３ジオール型などの、近接する二以上のヒドロキシ基が結合に関与するものなどが、より好適に利用可能である。
【００２６】
加えて、本発明の基板間導通の形成方法に利用する異方性導電材料においては、利用する導電性媒体の金属超微粒子は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に分散したものとする。この非導電性の熱硬化性樹脂は、圧接部においては、緻密な充填状態をとる金属超微粒子の配置を固定する、有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂が利用される。加えて、異方性導電材料を塗布する配線面や基板自体との、硬化後の異方性導電材料膜自体の密着性を付与する機能をも有する。加えて、圧接部分以外では、硬化後、分散されている金属超微粒子間、配線と金属超微粒子間の電気的絶縁を図る機能を果たすため、それ自体は高い絶縁性を示す硬化物となる非導電性の熱硬化性樹脂が利用される。従って、例えば、以下に例示する熱硬化性樹脂成分から、目標とする加熱・硬化温度に応じて、かかる温度での加熱処理により、十分な硬化がなされ、絶縁特性を有する樹脂成分を１種類以上選択して利用するとよい。具体的には、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、オリゴエステルアクリレート樹脂、キシレン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂などを挙げることができる。なかでも、フェノール樹脂、エポキシ樹脂は、密着性が良好であり、勿論、硬化物物性も異方性導電材料に適するので、本発明に利用する樹脂成分としてより好ましいものである。例えば、エポキシ樹脂を利用し、そのエポキシ樹脂とその硬化剤を主成分とする、熱硬化性樹脂成分を用いることがより好ましい。
【００２７】
これら熱硬化性樹脂成分の含有量は、金属超微粒子の全体体積と、非圧接部において、その粒子間に設ける間隔の比率に応じて、適宜選択すべきものであるが、通常、金属超微粒子１００質量部当たり、１〜３０質量部、好ましくは、２〜２０質量部の範囲に選択するとよい。この有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂に加えて、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸、好ましくは、酸無水物または酸無水物誘導体を含有させる。
【００２８】
この酸無水物または酸無水物誘導体は、主に、上述する金属超微粒子の表面を被覆する、金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物による付着層を除去するために利用される。また、用いられる熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂などでは、その硬化剤となる場合もある。その際には、この酸無水物または酸無水物誘導体は、熱硬化の際、前記窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物、例えば、アミン化合物、チオール化合物、ジオール化合物などと反応し、アミド、チオエステル、エステルを形成するために利用される以外に、エポキシ樹脂などに対する硬化剤としても消費される。従って、上記アミン化合物、チオール化合物、ジオール化合物などに含まれる末端アミノ基、スルファニル基（−ＳＨ）、ヒドロキシ基の総和に従って定まる添加量を超えて添加するとよい。なお、例えば、アミン化合物の末端アミノ基も、エポキシ樹脂などと反応するため、この酸無水物または酸無水物誘導体の含有量は、用いるアルキルアミンなどの種類と、その含有量に応じて、さらには、利用される熱硬化性樹脂の種類、その反応性をも考慮に入れ、適宜選択される。
【００２９】
従って、金属超微粒子表面を被覆する化合物を、前記熱硬化性樹脂成分に対する加熱硬化時に、熱的な離脱に加えて、前記酸無水物または酸無水物誘導体と反応させて、効率的にかかる被覆層を排除して、金属超微粒子が相互に直接接触可能とする。その結果、圧接部においては、熱硬化性樹脂成分の硬化とともに、金属超微粒子自体の特質である、低温での焼結が進行し、全体として、金属微粒子は密に充填した状態で、焼結による融着が達成でき、形成される緻密なネットワーク状の導通経路が、良好な電導性を与える。
【００３０】
前記の反応性を示す限り、利用される有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸は特に限定されるものではない。例えば、利用可能な有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ヘキサン酸、オクチル酸などのＣ１〜Ｃ１０の直鎖または分岐した飽和カルボン酸、ならびにアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、安息香酸、ソルビン酸などの不飽和カルボン酸、ならびに、シュウ酸、マロン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの二塩基酸など、種々のカルボン酸に加えて、カルボキシル基に代えて、リン酸基（−O-P(O)（OH）₂）あるいは、スルホ基（−SO₃H）を有する、リン酸エステル、スルホン酸などのその他の有機酸を挙げることができる。
【００３１】
また、好適に利用できる有機の酸無水物もしくは酸無水物の誘導体として、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメリテート）、グリセロールトリス（アンヒドロトリメリテート）などの芳香族酸無水物、無水マレイン酸、無水コハク酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、アルケニル無水コハク酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物などの環状脂肪族酸無水物、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物などの脂肪族酸無水物を挙げることができる。この中でも、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、およびこれらの誘導体は、本発明が目的とする比較的に低い加熱硬化温度においても、例えば、アミン化合物の末端アミノ基などに対して適度な反応性を有することから好適に用いられる。
【００３２】
本発明の方法において、利用する異方性導電材料は、所定厚さ（高さ）の塗布膜として基板の表面に塗布後、その上面に接着剤層が積層される。従って、異方性導電材料は、均一な厚さ（高さ）の塗布に適する液粘度に調整される。その塗布する際には、前記表面に分子の被覆層を設けた金属超微粒子を、溶液形状の樹脂組成物、すなわち、上記有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂成分、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸、ならびに少なくとも一種以上の有機溶剤を含んでいる溶液を分散媒体として、その中に均一に分散したものとする。その際に利用する有機溶剤は、樹脂組成物を調製する際、その溶媒としての機能を有し、また、用いる金属超微粒子の表面を被覆している、アミン化合物などの化合物の付着層を溶出することのない有機溶媒が好適に利用される。
【００３３】
この二種の用途に用いられる有機溶剤は、異なる種類のものを用いることもできるが、同じ有機溶剤を用いることが好ましい。なお、前記の二種の用途に利用できる限り、その種類は限定されるものではないが、金属超微粒子の表面に付着層を形成している化合物、例えば、アルキルアミンなどの溶解性が高すぎ、金属超微粒子表面の付着層が消失するような高い極性を有する溶剤ではなく、非極性溶剤あるいは低極性溶剤を選択することが好ましい。
【００３４】
加えて、本発明の方法では、塗布後、金属バンプによる圧接を行う際、余剰な樹脂成分を排除して、金属バンプと配線との隙間に金属超微粒子を埋め込む形態とするため、ある程度の流動性を保持した状態を維持することが必要となる。したがって、室温近傍では蒸散は少ないが、加熱硬化を行う温度において、かかる有機溶媒は、比較的速やかに蒸散でき、その間に熱分解などを起こすことがない程度には熱的な安定性を有することが好ましい。また、微細なライン上に塗布膜を形成する際、その塗布の工程において、インクジェット法を利用して、微小な液滴として噴射・塗布するなどの手段を利用する上では、前記の吐出に好適な液粘度範囲に維持することも必要となる。そのハンドリング性の面を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、比較的に高沸点な非極性溶剤あるいは低極性溶剤、例えば、テルピネオール、ミネラルスピリット、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、メシチレンなどが好適に利用でき、さらには、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタンなども用いることができる。
【００３５】
かかる有機溶媒の含有量は、それが溶解すべき、前記熱硬化性樹脂成分、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸などの量に拠って選択される。その際、通常、異方性導電材料中、金属超微粒子１００質量部当たり、前記有機溶媒を含む樹脂組成物が、１０〜１３０質量部の範囲で含まれ、うち、前記有機溶媒は、５〜１００質量部の範囲で含まれていることが好ましい。この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂成分として、上記の熱硬化性樹脂と、必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤、さらには、その他の汎用される添加成分をも含むものとできる。
【００３６】
一方、異方性導電材料中の導電性媒体である、微細な平均粒子径の金属超微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子を、目的に応じて、適宜選択することができる。通常の目的では、金、銀、銅、白金など、それ自体の電気伝導性に優れる金属からなる微粒子を利用することが多い。なお、合金微粒子を用いる際には、通常、熱硬化性樹脂成分の熱硬化温度より、かかる合金の融点が高いものを用いる際に、本発明の効果が発揮されるものとなる。
【００３７】
基板表面への異方性導電材料の塗布は、スクリーニング印刷などの従来からの手段を用いることができる。加えて、本発明の異方性導電材料が、微細加工を目的として、極めて微細な金属微粒子を含有するものであり、インクジェット法を利用する印刷手段を利用することもできる。いずれの印刷手段を採用する際にも、その印刷の線幅のバラツキは、含有される金属微粒子自体の平均粒子径が十分に小さなため、印刷手段に依存する精度が達成できる。
【００３８】
なお、異方性導電材料は、塗布に利用するインクジェット・プリンター・ヘッドの液溜（容器）に入れて用いることもあるが、室温あるいは、保管する際、想定される上限温度の範囲においては、前記する有機の酸無水物などと金属微粒子表面を被覆する化合物の末端アミノ基などとの反応は実質的に進行しないため、本発明の異方性導電材料において、含有される熱硬化性樹脂成分を加熱硬化するため、所定の温度まで加熱しない限り、金属超微粒子の表面を緻密に被覆しているアミン化合物などの分子層は安定に維持される。その作用により、保管時の耐凝集性は高く維持され、また、水分や大気中の酸素分子に因る金属超微粒子の表面の自然酸化膜の形成も抑制される。加えて、含有されている金属超微粒子は、吐出されるまでの間、均一な分散状態を維持されているので、吐出用ノズル部に付着して、塗布液滴量のバラツキを起こすこともなく、凝集分離や沈降により、分散濃度のバラツキを生じさせることもないものとなる。
【００３９】
なお、その際、利用するインクジェット・プリンター・ヘッドには、加熱発泡（バブル）を利用してインクを吐出するサーマル方式と、圧電素子を利用してインクの吐出を行うピエゾ方式の二つがあり、本発明の方法では、前記サーマル方式、ピエゾ方式のいずれの方法をも用いることができる。利用するインクジェット・プリンター・ヘッドの方式に依存して、利用する異方性導電材料の液粘度を調製する必要があり、例えば、有機溶剤の添加量を調整して、最終液粘度を、０．５〜５０Ｐａ・ｓの範囲、好ましくは、１〜２０Ｐａ・ｓの範囲に選択することが望ましい。また、サーマル方式を利用する場合、加熱発泡（バブル）が可能な有機溶剤、具体的には、その沸点がサーマル方式の加熱温度より低い有機溶剤を選択する必要がある。
【００４０】
本発明の方法では、異方性導電材料の塗布層の表面に、さらに、接着剤層が積層されて形成された状態で、金属バンプを、積層形成されている異方性導電材料の塗布層と接着剤層に、加熱下、圧接するが、この接着剤層は、金属バンプの接着固定に利用されるもので、その用途に適するものであり、異方性導電材料中の熱硬化性樹脂に対する熱硬化処理と同時に、接着硬化可能なものが利用される。通常、この接着剤層用の接着剤として、熱硬化性樹脂が利用され、特には、異方性導電材料に利用する熱硬化性樹脂と同じものを利用することがより好ましい。さらには、接着剤においても、有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂成分の組成は、異方性導電材料中に含まれる熱硬化性樹脂成分の組成と同様とすることが一層好ましい。
【００４１】
なお、本発明の異方性導電材料の調製は、上記被覆層が表面に形成された金属超微粒子を分散溶媒中に分散した液を利用し、この分散液に、その他の成分である、非導電性の熱硬化性樹脂成分、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸などを加えて、均一に混合して調製する。その後、混合の際に混入した気泡の除去などを図るため、例えば、メッシュ径が０．５μｍ程度のフィルターによる濾過を行う工程を設けることもできる。
【００４２】
【実施例】
以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。この実施例は、本発明の最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明はこの実施例により限定を受けるものではない。
【００４３】
（実施例１）
平均粒子径が１００ｎｍ以下の金属超微粒子を導電性媒体として利用し、エポキシ樹脂とその硬化剤として酸無水物を必須成分とする熱硬化性樹脂成分を含む樹脂組成物中に、かかる金属超微粒子を均一に分散した異方性導電材料を下記する手順で調製した。
【００４４】
市販されている銀の超微粒子分散液（商品名：独立分散超微粒子パーフェクトシルバーＡｇ１Ｔ、真空冶金（株））、具体的には、銀微粒子１００質量部、アルキルアミンとして、ドデシルアミン１５質量部、有機溶剤として、トルエン１４０質量部を含む平均粒径８ｎｍの銀微粒子を利用した。この銀の超微粒子表面は、前記ドデシルアミンが、その末端アミノ基を利用して、銀原子に対して配位的に結合して、かかる分子の被覆層を構成し、均一な分散を達成している。
【００４５】
この銀微粒子の分散液に対して、銀微粒子１００質量部当たり、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であるエピコート８２８（商品名；油化シェルエポキシ社製、エポキシ当量約１９０）２０質量部、酸無水物系硬化剤テトラヒドロフタル酸無水物誘導体であるＹＨ−３０７（商品名；油化シェルエポキシ社製、酸無水物当量約２３０）２０質量部、硬化促進剤１−ベンジル−２−メチルイミダゾールであるＢＭＩ１２（商品名；油化シェルエポキシ社製、分子量１７２）２質量部、さらに、前記ドデシルアミンとの反応性を有する酸無水物として、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＨＨＰＡ）６．８質量部を加え、これらを攪拌、混合した。この銀微粒子を前記樹脂組成物の液中に均一に分散したものを、０．５μｍのポリテトラエチレンフィルターを用いてろ過した後、含有される有機溶剤トルエンを部分的に減圧除去して、熱硬化性樹脂成分を濃縮することにより、異方性導電材料を調製した。
【００４６】
次いで、作製された異方性導電材料を利用して、以下の手順に従って、基板間の導通形成を行った。この異方性導電材料を、基板（配線幅２０μｍ、電極間幅５０μｍ）上の接続端子上に、直径１００μｍ、高さ１０μｍで塗布した。この異方性導電材料の塗布膜に対して、その上面を覆うように、硬化剤、および硬化促進剤を含むエポキシ系の接着剤を重ねて塗布した。その後、前記基板上の接続端子に対して、基板間導通ととる金属バンプを形成した一方の基板を、対応する接続端子と金属バンプとの位置合わせをして、両者を重ね合わせた。その状態で、温度１５０℃、付加加重３５ｋｇｆ／ｃｍ²の加熱、加圧条件にて、１分間圧着した。かかる加熱・圧着により、塗布されている異方性導電材料を挟み、接続端子表面と金属バンプの先端表面との圧接と、エポキシ系の接着剤の硬化、異方性導電材料中のエポキシ樹脂の硬化・収縮がなされた。その後、接続端子と金属バンプ間の接続抵抗値を測定したところ、２×１０^-4Ωであった。また、前記異方性導電材料の塗布膜がその表面に達している、隣接する電極間の絶縁抵抗値は、５×１０⁹Ωを示し、その絶縁性は良好に保たれている。
【００４７】
加えて、複数の接続端子と金属バンプ間の接続について、それぞれその接続抵抗値を測定し、そのバラツキを確認したところ、平均値に対して、標準偏差は３０％以下とバラツキが僅かなものとなっている。なお、隣接する電極間の絶縁抵抗値も、少なくとも、１×１０⁹Ω以上となっており、絶縁性に関しても高い再現性が達成されている。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法は、異方性導電材料として、平均粒子径が１〜１００ｎｍと非常に細かい金属超微粒子を導電性媒体として利用する際、金属微粒子の表面を金属元素と配位的な結合が可能な窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物１種以上により被覆することにより、基板上に異方性導電材料の塗布膜を形成するまでの間に、金属超微粒子が相互に融着を起こして、凝集体を形成する現象を回避し、一方、この窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸を添加しておき、金属バンプを圧接しつつ、加熱してその硬化を図る際は、窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物を金属表面からの離脱を促進することで、金属バンプと配線の隙間を埋め込み、緻密な充填状態となる金属超微粒子は、直接その金属表面を接することを可能とし、低温での融着・焼結を起こさせ、良好な電気的な導通路網の構成を可能としている。加えて、この圧接部分以外では、窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物による被覆層を設けた金属超微粒子は、均一な分散状態のまま、それを取り巻く熱硬化性樹脂の硬化がなされるので、優れた絶縁特性を示すものとできる。加えて、上記の構成を有する本発明の異方性導電材料は、長期的保存においても、金属超微粒子の凝集、その表面の酸化などにより、当初の特性・安定性が損なわれるという課題もなく、特に、金属超微粒子の凝集に伴い、圧縮性、成形性が悪化することが回避できる。従って、互いに導通を図る、基板上の微細な配線、例えば、最小線幅、ライン間隔が３００μｍより狭い際に要求される、微細な加工に適するものとなる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming conduction between substrates using an anisotropic conductive material, and an anisotropic conductive material used at that time. More specifically, the present invention relates to a substrate on which metal bumps are formed, and a surface thereof. A method of forming conduction between substrates by pressing metal bumps with the wiring pattern under heating with a coating layer of anisotropic conductive material between the substrate on which the wiring pattern of the conductive material is formed; The present invention relates to an anisotropic conductive material obtained by dispersing metal fine particles as a conductive medium in a non-conductive thermosetting resin composition used at that time.
[0002]
[Prior art]
In recent years, electronic devices and electronic components have been reduced in size and weight, and the wiring pattern of a printed wiring board on which these reduced electronic components are mounted has become finer. In addition, in order to increase the mounting density, for example, metal bumps that are used for electrical continuity and fixation with the wiring pattern on the printed wiring board are formed on the back surface of the substrate on which the semiconductor elements are previously mounted. Therefore, a mounting method is used in which metal bumps are heated and pressed against the wiring pattern to form electrical continuity therebetween.
[0003]
At that time, semiconductor elements and the like are further integrated, and the number of terminals to be electrically connected is increased. Accordingly, the size of the metal bumps themselves is reduced and the arrangement thereof is increased. Corresponding wiring patterns are also narrowed in line width and line spacing to achieve high density, and the area of the joint portion between the metal bump and the wiring is becoming increasingly narrow.
[0004]
Conventionally, the bonding between the metal bump and the wiring is performed by using a material called an anisotropic conductive material in which a conductive medium such as metal powder is dispersed in a thermosetting resin component. By press-contacting, the conductive medium is brought into close contact with the wiring surface on the printed circuit board, while the metal bump surface and the conductive medium are in close contact with each other to form conduction through an anisotropic conductive material. Means to do was used. In addition, since the conductive medium such as this metal powder is also fixed while maintaining a close contact state as a result of thermosetting while the thermosetting resin component being mixed is heated and pressed. In the pressure contact direction, excellent conductivity is exhibited. However, in the peripheral portion where the pressure contact is not performed, the conductive medium is fixed in a dispersed state, that is, in a state where the mutual contact is not performed. As a result, in the peripheral portion where pressure contact is not performed, the conductive medium is isolated and dispersed in the non-conductive cured resin, and in principle, does not exhibit electrical conductivity. Therefore, from this feature, it is referred to as an “anisotropic conductive material” that exhibits “anisotropic” conductivity only in the pressure contact portion only in the pressure contact direction.
[0005]
Specifically, for a plurality of wirings formed on the surface of a printed wiring board, a board on which the corresponding number of metal bumps are formed on the back surface is positioned so that each wiring and the metal bumps face each other. The anisotropic conductive material coating layer is formed so as to straddle a plurality of wirings, and the anisotropic conductive material coating layer and the metal bumps are pressed against each other. Excess thermosetting resin component contained in the isotropic conductive material is pushed out, and a conductive medium, for example, metal fine particles are sandwiched so as to fill a gap between the wiring surface and the metal bump. In this state, when thermosetting of the thermosetting resin component is performed, in the portion where the metal bump is pressed, the metal fine particles sandwiched in the gap and the contact between the wiring surface and the metal bump, the vertical direction An electric conduction path is formed in the resin, and after curing, the resin component is fixed as it is as a binder as a binder. On the other hand, in the peripheral portion where such pressure contact is not made, there is no factor causing contact between the conductive media contained in the anisotropic conductive material, for example, metal fine particles, and in the lateral direction, the metal fine particles The electrical conduction path cannot be extended through the contact. Therefore, even if the coating layer of the anisotropic conductive material is formed so as to straddle a plurality of wirings, electrical insulation between adjacent wirings is maintained.
[0006]
Conventionally, many printed wiring boards have a line width of the wiring pattern and a line interval of 300 μm or more at the minimum. In this case, an average particle diameter is used as a conductive medium used for the anisotropic conductive material. Even metal fine particles of about 0.5 to 10 μm were sufficiently fine compared to their minimum line width. However, the minimum line width and line spacing are narrower than 300 μm. For example, when a fine wiring pattern reaches about 100 μm, even a metal fine particle having an average particle diameter of about 0.5 to 10 μm is compared with the minimum line width. Therefore, it cannot be said to be sufficiently fine. That is, when the conventional anisotropic conductive material using metal fine particles having an average particle diameter of about 0.5 to 10 μm is used, close contact between the wiring surface and the conductive medium, or metal bump surface and conductive Intimate contact with the sex medium cannot always be achieved. Therefore, as a result of a large variation in the conduction characteristics at the joint between the metal bump and the wiring via this anisotropic conductive material, a finer circuit pattern results in the semiconductor element on the printed wiring board and its surface. It is difficult to form a conductive with good reproducibility between a substrate mounted in advance and a substrate.
[0007]
Furthermore, when a fine wiring pattern in which the line interval reaches, for example, about 100 μm, even a metal fine particle having an average particle diameter of about 0.5 to 10 μm is sufficiently fine compared to the minimum line interval. It cannot be said to be a thing. In other words, in some cases, the metal fine particles are arranged in contact with each other in the lateral direction, and the frequency of forming a conductive path that electrically connects adjacent wirings is slightly reduced. Along with this, it increases rapidly in inverse proportion. In other words, an anisotropic conductive material using metal fine particles having an average particle diameter of about 0.5 to 10 μm as a conductive medium is sufficient for a fine wiring pattern having a line interval of about 100 μm, for example. There is also a situation where anisotropy cannot be achieved.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, integration of electronic components and manufacturing technology thereof have greatly developed, and fine processing of electronic substrates to be used, specifically, wiring patterns, has been widely performed. Accordingly, for example, there is a demand for an anisotropic conductive material that can cope with bonding of finer portions with respect to fine wiring on a printed wiring board. More specifically, such an anisotropic conductive material is used, for example, for the formation of electrical continuity between the connection terminals of the liquid crystal panel substrate and the external circuit substrate for driving, and bonding and fixing of both substrates. In a conventional anisotropic conductive material using metal fine particles having an average particle diameter of about 0.5 to 10 μm as a conductive medium, a high pixel density is particularly useful. It is not possible to sufficiently cope with the decrease in the pixel size of the liquid crystal.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a substrate provided with metal bumps on a substrate having a conductive material wiring pattern formed on the surface thereof. And when forming a selective electrical conduction path through the anisotropic conductive material, even when the minimum line width and line interval of the wiring pattern are less than 300 μm, for example, On the other hand, a substrate using an anisotropic conductive material that has a high insulation between wiring lines and has a very low connection resistance between the metal bumps and the fine wiring lines, and can have a small variation. An object of the present invention is to provide a method for forming interconductivity, and a novel anisotropic conductive material used therefor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research and examination to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted conduction between a metal bump and a corresponding wiring between substrates having fine wiring using a conventional anisotropic conductive material. The problem when performing the forming process is, for example, that the average particle diameter of the metal fine particles used is about 0.5 to 10 μm compared to the minimum line width and line spacing of the wiring below 300 μm, It is not a subtle thing, but it is re-examined that this is the main factor causing the poor lateral insulation characteristics as described above, the increase in the connection resistance between the metal bumps to be pressed and the corresponding wiring, and the variation. confirmed. Further, the investigation proceeds, however, simply increasing the average particle diameter of the metal fine particles to be used, for example, within a range of 100 nm or less, an increase in the connection resistance between the metal bump to be pressed and the corresponding wiring, We also found that the variation could not be improved sufficiently. Specifically, in the case of metal ultrafine particles having an average particle diameter of 100 nm or less, when a clean metal surface having no natural oxide film is brought into contact with the surface, adhesion easily occurs. Aggregates with adhesion between ultrafine particles are formed. When a large number of such aggregates are included, when the metal bumps and the corresponding wiring gaps are pressed into contact with each other, the gap is not densely filled with ultrafine metal particles, but the connection between the metal bumps and the corresponding wirings. It was found that there was an increase in resistance as well as variations. In addition, it has also been found that when the agglomerates as described above are formed, the overall diameter becomes considerably large, and the fine workability when using ultrafine metal ultrafine particles having an average particle diameter is impaired. Based on this knowledge, the present inventors proceeded with further research and used metal ultrafine particles having an average particle diameter in the range of 1 to 100 nm as the metal fine particles constituting the anisotropic conductive material, and the surface thereof was such Assuming that the metal element contained in the ultrafine metal particles is coated with one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen or sulfur atoms as a group capable of coordinative bonding, a coating molecular layer is formed on the surface. In the form having a uniform dispersion in the thermosetting resin composition, it is possible to avoid the formation of aggregates in which adhesion between the metal ultrafine particles is made, while on the other hand, when pressed in the gap between the metal bump and the corresponding wiring Has found that the gap can be densely filled with ultrafine metal particles. In addition, the surface covering molecular layer is a group that contains nitrogen, oxygen, and sulfur atoms contained when the thermosetting resin is thermally cured. On the other hand, by reacting a reactive organic acid anhydride or derivative thereof or an organic acid, rebonding to the metal surface can be prevented and dissociation can be promoted. The ultrafine metal particles can contact clean metal surfaces with each other. In that situation, ultrafine metal particles that contact clean metal surfaces with each other are relatively easy even when heated to the thermosetting temperature of the thermosetting resin, unlike metal fine particles with a diameter exceeding 0.5 μm. It was found that sintering and fusion proceeded, and the metal fine particles were closely connected to each other at the press-contact portion, so that a good electrical conduction path could be formed with high reproducibility. On the other hand, in the lateral direction that is not pressed, the ultrafine metal particles having the coating molecular layer on the surface maintain a uniformly dispersed state, without forming unnecessary conduction paths between adjacent wires, and high insulation. We have also found that the properties can be achieved. Based on these series of findings, the present inventors have completed the present invention.
[0011]
That is, the method for forming inter-substrate conduction utilizing the anisotropic conductive material of the present invention is as follows:
A method of forming electrical conduction between substrates,
Among the two substrates, the first substrate and the second substrate, which conduct the conduction between the substrates,
Metal bumps are formed on the first substrate,
A wiring pattern of a conductive material is formed on the surface of the second substrate,
Aligning the wiring pattern of the conductive material and the metal bumps in a predetermined orientation;
On the surface of the wiring pattern portion to be aligned on the second substrate, a coating layer of anisotropic conductive material is formed, and further, an adhesive layer is formed on the surface of the coating layer.
The metal bump is press-contacted under heating to the coating layer and the adhesive layer of the anisotropic conductive material formed by lamination,
A step of forming conduction between the metal bump and the wiring pattern through the coating layer of the anisotropic conductive material,
The anisotropic conductive material is a material obtained by uniformly dispersing fine metal particles having a fine average particle diameter as a conductive medium in a non-conductive thermosetting resin composition,
The average particle diameter of the metal fine particles is selected in the range of 1 to 100 nm, and the surface of the metal fine particles is a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal ultrafine particles. Covered with one or more compounds having a group containing atoms,
The resin composition contains a compound having a group containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms that coats the surface of the metal fine particles and an organic acid anhydride or derivative thereof or an organic acid that can react under heating. This is a method for forming conduction between substrates using an anisotropic conductive material.
[0012]
In that case, the metal fine particles contained in the anisotropic conductive material is a group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, tungsten, nickel, tantalum, bismuth, lead, indium, tin, zinc, titanium, and aluminum. It is preferably a fine particle made of one kind of metal or an alloy fine particle made of two or more kinds of metals. Moreover, the nonelectroconductive thermosetting resin composition which comprises the said anisotropic conductive material can use suitably what contains an epoxy resin and its hardening | curing agent as a main component as the resin component.
[0013]
In addition, the present invention also provides an invention of an anisotropic conductive material used in the above method, that is, the anisotropic conductive material of the present invention is used in forming conduction between substrates. An anisotropic conductive material,
The anisotropic conductive material is a material obtained by uniformly dispersing fine metal particles having a fine average particle diameter as a conductive medium in a non-conductive thermosetting resin composition,
The average particle diameter of the metal fine particles is selected in the range of 1 to 100 nm, and the surface of the metal fine particles is a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal ultrafine particles. Covered with one or more compounds having a group containing atoms,
The resin composition contains a compound having a group containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms that coats the surface of the metal fine particles and an organic acid anhydride or derivative thereof or an organic acid that can react under heating. It is an anisotropic conductive material characterized by the above-mentioned. At that time, according to the purpose of use, the anisotropic conductive material of the present invention, the metal fine particles contained in the anisotropic conductive material is gold, silver, copper, platinum, palladium, tungsten, nickel, tantalum, Anisotropically characterized by being a fine particle made of one kind of metal or an alloy made of two or more kinds of metals selected from the group consisting of bismuth, lead, indium, tin, zinc, titanium and aluminum Conductive material. Moreover, the nonelectroconductive thermosetting resin composition which comprises the said anisotropic conductive material can use what contains an epoxy resin and its hardening | curing agent as a main component as the resin component.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the formation method of the conduction | electrical_connection between board | substrates using the anisotropic conductive material of this invention, and the anisotropic conductive material used for it are demonstrated in detail.
[0015]
The main application of the method for forming inter-substrate conduction using the anisotropic conductive material of the present invention is a conventional anisotropic conductive material, specifically, a metal having an average particle diameter of about 0.5 to 10 μm. When an anisotropic conductive material using fine particles as a conductive medium is used, a sufficient response cannot be achieved, for example, the minimum line width of the wiring corresponding to the decrease in the pixel size in a liquid crystal with a high pixel density This is formation of inter-substrate conduction for a substrate whose line interval is 300 μm or less, for example, about 100 μm. First, in such an application, the average particle size of the metal fine particles used as the conductive medium in the anisotropic conductive material is sufficiently larger than the minimum line width of the wiring to be conducted and the size of the metal bump. Therefore, it is necessary to use ultrafine metal particles whose average particle size is selected in the range of 1 to 100 nm. Specifically, the average particle diameter is selected in the range of 1 to 100 nm, preferably in the range of 2 to 10 nm, depending on the gap between the pressed wire and the metal bump.
[0016]
As one method for producing ultrafine metal particles having a very small particle diameter, at least an ultrafine metal particle having an average particle diameter of 100 nm or less, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-34211 is prepared by using a gas evaporation method. Disclosed are colloidal dispersions of ultrafine metal particles of 10 nm or less and a method for producing the same. JP-A-11-319538 discloses a colloidal dispersion of ultrafine metal particles having an average particle diameter of several nanometers to several tens of nanometers using a reduction precipitation method using an amine compound for reduction. A manufacturing method is disclosed. The ultrafine metal particles having an average particle diameter of about several nanometers to several tens of nanometers disclosed in JP-A-11-319538 are coated with a polymer resin or the like in order to maintain a colloidal state. .
[0017]
In general, it is known that ultrafine metal particles having an average particle diameter of several nanometers to several tens of nanometers are sintered at a temperature much lower than the melting point (for example, 200 ° C. for silver). In this low-temperature sintering, if the particle size of metal ultrafine particles is sufficiently reduced, the proportion of the high energy state atoms present on the particle surface will increase and the surface diffusion of metal atoms will be ignored. This is because, as a result of being unacceptably large, due to the surface diffusion, the interface between the particles is stretched and sintered. On the other hand, this property causes a phenomenon that aggregates are formed when the surfaces of metal ultrafine particles are in direct contact with each other even near room temperature. The agglomerate formation is achieved as a result of the formation of a dense filling state of extremely fine metal fine particles so as to embed a gap between the metal bump to be pressed and the wiring. It becomes a factor which impairs the reproducibility.
[0018]
In the present invention, as a means for preventing the formation of aggregates of the ultrafine metal particles, the surface of the fine metal particles is a group capable of coordinative bonding with a metal element contained in the ultrafine metal particles, and includes nitrogen, oxygen, sulfur atoms It is set as the state coat | covered with 1 or more types of compounds which have group containing. The coating layer provided on the surface of the ultrafine metal particles has an effect of maintaining the dispersion state of the ultrafine metal particles contained in the anisotropic conductive material for a long period of time. In addition, in the process of producing a coating film of anisotropic conductive material, it is possible to prevent the metal surface of the metal ultrafine particles themselves from coming into direct contact even when the metal ultrafine particles contact each other. However, the formation of aggregates of ultrafine metal particles is also avoided.
[0019]
In addition, on the surface of ultrafine metal particles, not only is the surface diffusion of metal atoms more active than the surface of a normal metal lump, but also the chemical reactivity is increased. For example, it is more rapid when exposed to oxygen. Surface oxidation proceeds. In this case, the advantage of low-temperature sintering on the surface of ultrafine metal particles is lost, and for the first time, the heat treatment at a relatively high temperature necessary to eliminate the effect of the oxide film formed by surface oxidation is the first It will be in the state which can achieve mutual sintering of fine particles. Therefore, depending on the degree of the oxide film to be formed, it becomes a factor causing variation in conductivity. The coating layer provided on the surface of the metal ultrafine particles has an effect of preventing this surface oxidation.
[0020]
However, in the present invention, the anisotropic conductive material is pressed, the gap between the metal bump and the wiring is filled with the metal ultrafine particles, the metal fine particles form a dense filling state, heated and contained. At the stage of curing the thermosetting resin, the coating layer provided on the surface of the metal ultrafine particles is removed, and the surface of the metal ultrafine particles themselves can be in direct contact. Specifically, since the coating layer provided on the surface of the ultrafine metal particles uses at least one compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms as a group capable of coordinative bonding with the metal element. When heated, the coordinate bond is thermally dissociated relatively easily, and the surface of the metal ultrafine particles themselves is exposed. In addition, a compound having a group containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms and a compound capable of reacting under heating are added. In addition to the thermal dissociation, the reaction of the metal ultrafine particles itself is caused by the progress of the reaction. Promotes surface exposure. In a state where the metal fine particles form a dense filling state, the mutual metal surfaces are in direct contact, and even at low temperatures, rapid fusion / sintering proceeds, and further, by applying a load and pressing, An electric conduction path network is formed by denser fusion and sintering.
[0021]
On the other hand, in the region other than the gap between the metal bump and the wiring, the removal of the coating layer similarly proceeds by heating, but the metal ultrafine particles are not pressurized to bring them close to each other, and the original uniform dispersion state is maintained. The curing of the dispersion medium surrounding it, that is, the thermosetting resin component proceeds. Therefore, although the surfaces of the metal ultrafine particles themselves are exposed, they are not arranged in contact with each other, so that fusion / sintering itself does not occur. As a result, the cured anisotropic conductive material can have a high insulating property other than the pressure contact portion.
[0022]
The compound used for coating the surface, which is used for achieving the above-described action of the present invention, forms a lone pair on nitrogen, oxygen, and sulfur atoms when forming a coordinate bond with a metal element. For example, an amino group may be mentioned as a group containing a nitrogen atom. Examples of the group containing a sulfur atom include a sulfanyl group (—SH) and a sulfide type sulfanediyl group (—S—). Examples of the group containing an oxygen atom include a hydroxy group and an ether type oxy group (—O—).
[0023]
A representative example of the compound having an amino group that can be used is an alkylamine. Such an alkylamine is preferably one that does not desorb in a normal storage environment, specifically in a range not reaching 40 ° C., in a state in which a coordinate bond is formed with the metal element, and has a boiling point. A range of 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher is preferable. However, when carrying out sintering / alloying, it is necessary to be able to detach from the surface promptly, at least in a range where the boiling point does not exceed 300 ° C., usually in the range of 250 ° C. or less. Is preferred. For example, as the alkylamine, C4 to C20 is used as the alkyl group, more preferably C8 to C18 is selected, and an alkyl group having an amino group at the terminal is used. For example, the alkylamine in the range of C8 to C18 has thermal stability and its vapor pressure is not so high, and when it is stored at room temperature or the like, its content is maintained and controlled within a desired range. It is preferably used from the viewpoint of handling properties. In general, in forming such a coordination bond, the primary amine type is preferable because it shows higher binding ability, but secondary amine type and tertiary amine type compounds can also be used. is there. In addition, compounds in which two or more adjacent amino groups are involved in bonding, such as 1,2-diamine type and 1,3-diamine type, can also be used.
[0024]
Moreover, alkanethiol can be mentioned as a typical example of a compound having a sulfanyl group (—SH) that can be used. In addition, such alkanethiol is preferably in a state in which a coordinate bond is formed with a metal element and does not desorb in a normal storage environment, specifically, in a range not reaching 40 ° C., and has a boiling point. A range of 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher is preferable. However, when carrying out sintering / alloying, it is necessary to be able to detach from the surface promptly, at least in a range where the boiling point does not exceed 300 ° C., usually in the range of 250 ° C. or less. Is preferred. For example, as the alkanethiol, C4-C20 is used as the alkyl group, and more preferably C8-C18 is selected, and an alkyl chain having a sulfanyl group (—SH) is used. For example, the alkanethiol in the range of C8 to C18 has thermal stability and its vapor pressure is not so high, and when it is stored at room temperature or the like, the content rate is maintained and controlled within a desired range. It is preferably used from the viewpoint of handling properties. In general, primary thiol type compounds are preferred because they exhibit higher binding ability, but secondary thiol type and tertiary thiol type compounds can also be used. In addition, those in which two or more sulfanyl groups (—SH) are involved in binding, such as 1,2-dithiol type, can also be used.
[0025]
Moreover, alkanediol can be mentioned as a representative of the compound which has a hydroxyl group which can be utilized. In addition, such alkanediols are preferably those that do not desorb in a normal storage environment, specifically in a range that does not reach 40 ° C., in a state in which a coordinate bond is formed with the metal element. A range of 60 ° C. or higher, usually 100 ° C. or lower, is preferred. However, when carrying out sintering / alloying, it is necessary to be able to detach from the surface promptly, at least in a range where the boiling point does not exceed 300 ° C., usually in the range of 250 ° C. or less. Is preferred. For example, those in which two or more adjacent hydroxy groups are involved in binding, such as 1,2-diol type and 1,3 diol type, can be used more suitably.
[0026]
In addition, in the anisotropic conductive material used in the method for forming inter-substrate conduction according to the present invention, the ultrafine metal particles of the conductive medium used are dispersed in the non-conductive thermosetting resin composition. To do. As the non-conductive thermosetting resin, a thermosetting resin functioning as an organic binder that fixes the arrangement of the metal ultrafine particles in a dense filling state is used at the press contact portion. In addition, it has a function of imparting adhesion of the cured anisotropic conductive material film itself to the wiring surface to which the anisotropic conductive material is applied and the substrate itself. In addition, since it functions to achieve electrical insulation between the dispersed metal ultrafine particles and between the wiring and the metal ultrafine particles after curing, other than the pressure contact portion, it is a non-cured product that exhibits high insulation. A conductive thermosetting resin is used. Therefore, for example, from the thermosetting resin component exemplified below, depending on the target heating / curing temperature, one or more types of resin components having sufficient insulating properties and insulation properties are obtained by heat treatment at such a temperature. Select and use. Specifically, as the thermosetting resin, phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, diallyl phthalate resin, oligoester acrylate resin, xylene resin, bismaleimide triazine resin, furan resin, urea resin, A polyurethane resin, a melamine resin, a silicon resin, etc. can be mentioned. Of these, phenol resins and epoxy resins are preferable as the resin component used in the present invention because they have good adhesion and, of course, the cured product properties are also suitable for anisotropic conductive materials. For example, it is more preferable to use an epoxy resin and use a thermosetting resin component mainly composed of the epoxy resin and the curing agent.
[0027]
The content of these thermosetting resin components should be appropriately selected according to the total volume of the ultrafine metal particles and the ratio of the spacing between the non-pressure-contacted portions, but usually the ultrafine metal particles 100. It is good to select in the range of 1-30 mass parts per mass part, Preferably, 2-20 mass parts. In addition to the thermosetting resin functioning as the organic binder, an organic acid anhydride or a derivative thereof or an organic acid, preferably an acid anhydride or an acid anhydride derivative is contained.
[0028]
This acid anhydride or acid anhydride derivative mainly has a group containing nitrogen, oxygen and sulfur atoms as a group capable of coordinative bonding with a metal element, covering the surface of the above-mentioned ultrafine metal particles. Used to remove the adhesion layer due to the compound. Moreover, when the thermosetting resin used is an epoxy resin or the like, the curing agent may be used. In this case, the acid anhydride or acid anhydride derivative reacts with a compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms, for example, an amine compound, a thiol compound, a diol compound, etc., upon thermosetting, Besides being used to form amides, thioesters and esters, it is also consumed as a curing agent for epoxy resins and the like. Therefore, it is good to add exceeding the addition amount which becomes settled according to the sum total of the terminal amino group, sulfanyl group (-SH), and hydroxy group which are contained in the said amine compound, a thiol compound, a diol compound. For example, since the terminal amino group of the amine compound also reacts with an epoxy resin or the like, the content of the acid anhydride or acid anhydride derivative depends on the type of alkylamine used and the content thereof. Is appropriately selected in consideration of the type of thermosetting resin used and its reactivity.
[0029]
Therefore, the compound that coats the surface of the ultrafine metal particles is efficiently coated by reacting with the acid anhydride or acid anhydride derivative in addition to thermal detachment during the heat curing of the thermosetting resin component. By eliminating the layer, the ultrafine metal particles can be in direct contact with each other. As a result, at the pressure-contact part, as the thermosetting resin component is cured, sintering at a low temperature, which is a characteristic of the ultrafine metal particles themselves, progresses, and as a whole, the fine metal particles are packed in a tightly packed state. The dense network-like conduction path formed can provide good electrical conductivity.
[0030]
The organic acid anhydride or its derivative or organic acid to be used is not particularly limited as long as it exhibits the above reactivity. For example, usable organic acids include C1-C10 linear or branched saturated carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, hexanoic acid, octylic acid, and acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, In addition to various carboxylic acids such as unsaturated carboxylic acids such as cinnamic acid, benzoic acid, sorbic acid, and dibasic acids such as oxalic acid, malonic acid, sebacic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, Instead of carboxyl groups, phosphate groups (-OP (O) (OH) ₂ ) Or a sulfo group (—SO _Three Mention may be made of other organic acids such as phosphate esters, sulfonic acids, etc. having H).
[0031]
In addition, organic acid anhydrides or acid anhydride derivatives that can be suitably used include phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, ethylene glycol bis (anhydrotrimellitate), Aromatic acid anhydrides such as glycerol tris (anhydro trimellitate), maleic anhydride, succinic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, alkenyl succinic anhydride, hexahydrophthalic anhydride And cyclic aliphatic acid anhydrides such as methylhexahydrophthalic anhydride and methylcyclohexene tetracarboxylic acid anhydride, and aliphatic acid anhydrides such as polyadipic acid anhydride, polyazeline acid anhydride, and polysebacic acid anhydride. it can. Among these, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and derivatives thereof are, for example, for the terminal amino group of an amine compound, etc., even at a relatively low heat-curing temperature targeted by the present invention. Since it has moderate reactivity, it is preferably used.
[0032]
In the method of the present invention, the anisotropic conductive material to be used is coated on the surface of the substrate as a coating film having a predetermined thickness (height), and then an adhesive layer is laminated on the upper surface thereof. Therefore, the anisotropic conductive material is adjusted to a liquid viscosity suitable for application with a uniform thickness (height). When the coating is performed, the ultrafine metal particles provided with a molecular coating layer on the surface are mixed with a solution-shaped resin composition, that is, a thermosetting resin component that functions as the organic binder, an organic acid anhydride, or its A solution containing a derivative or an organic acid and at least one organic solvent is used as a dispersion medium, and the solution is uniformly dispersed therein. The organic solvent used at that time has a function as a solvent when preparing the resin composition, and elutes an adhesion layer of a compound such as an amine compound covering the surface of the metal ultrafine particles to be used. The organic solvent which does not do is utilized suitably.
[0033]
Different organic solvents can be used for these two types of applications, but the same organic solvent is preferably used. The type is not limited as long as it can be used for the two types of applications described above, but the solubility of a compound that forms an adhesion layer on the surface of the ultrafine metal particles, such as alkylamine, is too high. It is preferable to select a non-polar solvent or a low-polar solvent instead of a solvent having a high polarity so that the adhesion layer on the surface of the metal ultrafine particles disappears.
[0034]
In addition, in the method of the present invention, when applying pressure contact with metal bumps after coating, excessive resin components are eliminated and metal ultrafine particles are embedded in the gaps between the metal bumps and the wiring. It is necessary to maintain a state that retains sex. Therefore, transpiration is low near room temperature, but at the temperature at which heat curing is performed, such an organic solvent can be tranquilized relatively quickly and has thermal stability to the extent that thermal decomposition does not occur during that time. Is preferred. Also, when forming a coating film on a fine line, it is suitable for the above-mentioned ejection when using a means such as jetting / coating as fine droplets using an inkjet method in the coating process. It is also necessary to maintain the liquid viscosity within a range. Considering its handling characteristics, non-polar or low-polarity solvents with relatively high boiling points that do not easily evaporate near room temperature, such as terpineol, mineral spirits, xylene, toluene, ethylbenzene, mesitylene, etc. It can be suitably used, and hexane, heptane, octane, decane, dodecane, cyclohexane, cyclooctane and the like can also be used.
[0035]
The content of the organic solvent is selected based on the amount of the thermosetting resin component, organic acid anhydride or derivative thereof, organic acid, or the like to be dissolved. In that case, the resin composition containing the organic solvent is usually included in an anisotropic conductive material in an amount of 10 to 130 parts by mass per 100 parts by mass of the ultrafine metal particles, and the organic solvent is 5 to 5 parts by mass. It is preferably contained in the range of 100 parts by mass. This resin composition can contain said thermosetting resin as a thermosetting resin component, and a hardening | curing agent, a hardening accelerator, and also the other general-purpose additive component as needed.
[0036]
On the other hand, the metal ultrafine particles having a fine average particle diameter, which is a conductive medium in the anisotropic conductive material, are gold, silver, copper, platinum, palladium, tungsten, nickel, tantalum, bismuth, lead, indium, tin, Fine particles made of one kind of metal or alloy fine particles made of two or more metals selected from the group consisting of zinc, titanium, and aluminum can be appropriately selected according to the purpose. For normal purposes, fine particles made of a metal having excellent electrical conductivity such as gold, silver, copper and platinum are often used. In addition, when using alloy fine particles, the effect of this invention will be exhibited when using what has melting | fusing point of this alloy higher than the thermosetting temperature of a thermosetting resin component normally.
[0037]
Conventional means such as screening printing can be used to apply the anisotropic conductive material to the substrate surface. In addition, the anisotropic conductive material of the present invention contains extremely fine metal fine particles for the purpose of fine processing, and printing means using an ink jet method can also be used. Regardless of which printing means is employed, the variation in the line width of the printing can achieve the accuracy depending on the printing means because the average particle diameter of the contained metal fine particles is sufficiently small.
[0038]
In addition, the anisotropic conductive material may be used by putting it in a liquid reservoir (container) of an ink jet printer head used for coating, but at room temperature or in the range of the upper limit temperature assumed when storing, Since the reaction between the organic acid anhydride and the like described above and the terminal amino group of the compound that coats the surface of the metal fine particles does not substantially proceed, the thermosetting resin component contained in the anisotropic conductive material of the present invention Therefore, unless heated to a predetermined temperature, a molecular layer such as an amine compound that densely coats the surface of the ultrafine metal particles is stably maintained. Due to this action, the aggregation resistance during storage is maintained high, and the formation of a natural oxide film on the surface of the metal ultrafine particles due to moisture and oxygen molecules in the atmosphere is also suppressed. In addition, since the contained ultrafine metal particles are maintained in a uniform dispersed state until they are ejected, they do not adhere to the ejection nozzle and cause variations in the amount of applied droplets. The dispersion concentration does not vary due to coagulation separation and sedimentation.
[0039]
At that time, there are two types of inkjet printer heads to be used: a thermal system that ejects ink using heat bubbles (bubbles) and a piezo system that ejects ink using piezoelectric elements. In the method of the present invention, either the thermal method or the piezo method can be used. Depending on the system of the inkjet printer head to be used, it is necessary to adjust the liquid viscosity of the anisotropic conductive material to be used. For example, the final liquid viscosity is adjusted to 0. It is desirable to select in the range of 5-50 Pa · s, preferably in the range of 1-20 Pa · s. Moreover, when utilizing a thermal system, it is necessary to select the organic solvent which can be heated and foamed (bubble), specifically, the organic solvent whose boiling point is lower than the heating temperature of a thermal system.
[0040]
In the method of the present invention, the metal bump is laminated on the surface of the anisotropic conductive material coating layer and the adhesive layer is further laminated. The adhesive layer is pressed against the adhesive layer under heating. This adhesive layer is used for adhesion and fixing of metal bumps, and is suitable for its use. A thermosetting resin in an anisotropic conductive material. A material that can be bonded and cured at the same time as the heat curing treatment is used. Usually, a thermosetting resin is used as the adhesive for the adhesive layer, and it is more preferable to use the same thermosetting resin as that used for the anisotropic conductive material. Furthermore, in the adhesive, the composition of the thermosetting resin component that functions as an organic binder is more preferably the same as the composition of the thermosetting resin component contained in the anisotropic conductive material.
[0041]
The anisotropic conductive material of the present invention is prepared by using a liquid in which ultrafine metal particles having the coating layer formed on the surface thereof are dispersed in a dispersion solvent. Prepared by adding a conductive thermosetting resin component, a compound having a group containing nitrogen, oxygen and sulfur atoms and an organic acid anhydride or derivative thereof or an organic acid that can be reacted under heating, and mixing them uniformly. To do. Thereafter, in order to remove bubbles mixed during mixing, for example, a step of performing filtration with a filter having a mesh diameter of about 0.5 μm can be provided.
[0042]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Although this example is an example of the best mode of the present invention, the present invention is not limited by this example.
[0043]
Example 1
Using ultrafine metal particles having an average particle diameter of 100 nm or less as a conductive medium, the ultrafine metal particles are contained in a resin composition containing an epoxy resin and a thermosetting resin component having an acid anhydride as an essential component as a curing agent thereof. An anisotropic conductive material in which was uniformly dispersed was prepared by the following procedure.
[0044]
Commercially available silver ultrafine particle dispersion (trade name: Independently dispersed ultrafine particle Perfect Silver Ag1T, Vacuum Metallurgy Co., Ltd.), specifically, silver fine particles 100 parts by mass, alkylamine as dodecylamine 15 parts by mass, As an organic solvent, silver fine particles having an average particle diameter of 8 nm containing 140 parts by mass of toluene were used. On the surface of the ultrafine silver particles, the dodecylamine is coordinated to silver atoms using its terminal amino group to form a coating layer of such molecules, thereby achieving uniform dispersion. ing.
[0045]
20 parts by mass of Epicoat 828 (trade name; manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., epoxy equivalent of about 190), which is a bisphenol A type epoxy resin, per 100 parts by mass of the silver fine particles, acid anhydride type 20 parts by mass of a curing agent tetrahydrophthalic anhydride derivative YH-307 (trade name; manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., acid anhydride equivalent of about 230), BMI12 (a curing accelerator 1-benzyl-2-methylimidazole) Product name; Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., molecular weight 172) 2 parts by mass, and further, 6.8 parts by mass of methylhexahydrophthalic anhydride (Me-HHPA) as an acid anhydride having reactivity with the dodecylamine. In addition, they were stirred and mixed. The silver fine particles uniformly dispersed in the resin composition liquid are filtered using a 0.5 μm polytetraethylene filter, and then the organic solvent toluene contained therein is partially removed under reduced pressure to remove heat. An anisotropic conductive material was prepared by concentrating the curable resin component.
[0046]
Next, using the produced anisotropic conductive material, conduction between the substrates was formed according to the following procedure. This anisotropic conductive material was applied to a connection terminal on a substrate (wiring width 20 μm, interelectrode width 50 μm) with a diameter of 100 μm and a height of 10 μm. An epoxy adhesive containing a curing agent and a curing accelerator was applied to the coating film of the anisotropic conductive material so as to cover the upper surface thereof. After that, one substrate on which the metal bumps for inter-substrate conduction were formed with respect to the connection terminals on the substrate was aligned with the corresponding connection terminals and the metal bumps, and the two were overlapped. In that state, the temperature is 150 ° C. and the additional load is 35 kgf / cm. ² The pressure was applied for 1 minute under the heating and pressurizing conditions. By such heating and pressure bonding, the applied anisotropic conductive material is sandwiched, the contact between the connection terminal surface and the tip surface of the metal bump, the curing of the epoxy adhesive, the epoxy resin in the anisotropic conductive material Curing / shrinking was done. Then, when the connection resistance value between the connection terminal and the metal bump was measured, 2 × 10 ^-Four Ω. In addition, the insulation resistance value between adjacent electrodes where the coating film of the anisotropic conductive material reaches the surface is 5 × 10 ⁹ It shows Ω, and its insulation is kept good.
[0047]
In addition, the connection resistance value of each connection between a plurality of connection terminals and metal bumps was measured and the variation was confirmed. As a result, the standard deviation was 30% or less of the average value, and the variation was slight. It has become. The insulation resistance value between adjacent electrodes is also at least 1 × 10 ⁹ It is over Ω, and high reproducibility is achieved with respect to insulation.
[0048]
【The invention's effect】
The method for forming inter-substrate conduction using the anisotropic conductive material of the present invention is a method in which, as an anisotropic conductive material, very fine metal ultrafine particles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are used as a conductive medium. By covering the surface of the fine particles with one or more compounds containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms capable of coordinative bonding with the metal element, until the coating film of the anisotropic conductive material is formed on the substrate In addition, the phenomenon that the ultrafine metal particles are fused to each other to prevent the formation of aggregates is avoided. On the other hand, an organic acid anhydride that can react with a compound containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms under heating or its Derivatives or organic acids are added, and when the metal bumps are pressed and heated to cure the metal bumps, the compounds containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms are promoted to release from the metal surface. And the gap between wiring The ultrafine metal particles that are embedded and densely packed can directly contact the metal surface, cause fusion / sintering at low temperatures, and enable the construction of a good electrical conduction network. Yes. In addition, the metal ultrafine particles provided with a coating layer made of a compound containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms are cured in the thermosetting resin surrounding them in a uniformly dispersed state, except for this pressure contact portion. Excellent insulation characteristics can be exhibited. In addition, the anisotropic conductive material of the present invention having the above-described configuration has no problem that the initial characteristics and stability are impaired due to aggregation of ultrafine metal particles and oxidation of the surface even during long-term storage. In particular, it is possible to avoid deterioration of compressibility and formability due to aggregation of ultrafine metal particles. Therefore, it is suitable for fine wiring on the substrate that conducts each other, for example, fine processing required when the minimum line width and the line interval are smaller than 300 μm.

Claims

A method of forming electrical conduction between substrates,
Among the two substrates, the first substrate and the second substrate, which conduct the conduction between the substrates,
Metal bumps are formed on the first substrate,
A wiring pattern of a conductive material is formed on the surface of the second substrate,
Aligning the wiring pattern of the conductive material and the metal bumps in a predetermined orientation;
On the surface of the wiring pattern portion to be aligned on the second substrate, a coating layer of anisotropic conductive material is formed, and further, an adhesive layer is formed on the surface of the coating layer.
The metal bump is press-contacted under heating to the coating layer and the adhesive layer of the anisotropic conductive material formed by lamination,
A step of forming conduction between the metal bump and the wiring pattern through the coating layer of the anisotropic conductive material,
The anisotropic conductive material is a material obtained by uniformly dispersing fine metal particles having a fine average particle diameter as a conductive medium in a non-conductive thermosetting resin composition,
The average particle diameter of the metal fine particles is selected in the range of 1 to 100 nm, and the surface of the metal fine particles is a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal ultrafine particles. Covered with one or more compounds having a group containing atoms,
The resin composition contains a compound having a group containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms that coats the surface of the metal fine particles and an organic acid anhydride or derivative thereof or an organic acid that can react under heating. A method for forming conduction between substrates using an anisotropic conductive material.

The metal fine particles contained in the anisotropic conductive material are selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, tungsten, nickel, tantalum, bismuth, lead, indium, tin, zinc, titanium, and aluminum. 2. The method according to claim 1, wherein the particles are fine particles made of one kind of metal or fine particles of an alloy made of two or more kinds of metals.

The non-conductive thermosetting resin composition constituting the anisotropic conductive material includes an epoxy resin and a curing agent as main components as a resin component thereof. Method.

An anisotropic conductive material used in forming conduction between substrates,
The anisotropic conductive material is a material obtained by uniformly dispersing fine metal particles having a fine average particle diameter as a conductive medium in a non-conductive thermosetting resin composition,
The average particle diameter of the metal fine particles is selected in the range of 1 to 100 nm, and the surface of the metal fine particles is a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal ultrafine particles. Covered with one or more compounds having a group containing atoms,
The resin composition contains a compound having a group containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms that coats the surface of the metal fine particles and an organic acid anhydride or derivative thereof or an organic acid that can react under heating. An anisotropic conductive material characterized by comprising:

The metal fine particles contained in the anisotropic conductive material are selected from the group consisting of gold, silver, copper, platinum, palladium, tungsten, nickel, tantalum, bismuth, lead, indium, tin, zinc, titanium, and aluminum. 5. The anisotropic conductive material according to claim 4, wherein the anisotropic conductive material is fine particles made of one kind of metal or fine particles of an alloy made of two or more kinds of metals.

The non-conductive thermosetting resin composition constituting the anisotropic conductive material includes an epoxy resin and a curing agent as main components as a resin component thereof. Anisotropic conductive material.