JP5421667B2 - 導電性微粒子、異方性導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Description
この問題を解決するためにハンダを球状にした、「ハンダボール」を用いて、ICやLSIを基板に接続するBGA(ボールグリッドアレイ)が開発された。この技術によれば、チップ又は基板上に実装されたハンダボールを高温で溶融し基板とチップとを接続することで高生産性、高接続信頼性を両立した電子回路を構成することができる。
しかしながら、基板間の導電接続を行った場合、一次実装を行った後に、溶融した低融点金属が電極部に流れ落ちるため、導電層が露出してしまい、そのまま二次実装を行うと、対向する基板の電極への金属接合が困難となり、接合不良が発生するという問題があった。
以下に本発明を詳述する。
図1(a)に示すように、本発明の導電性微粒子は、基材微粒子1、導電層2、密着層3及び低融点金属層4からなる。本発明の導電性微粒子を基板6の電極5上に配置して、一次実装を行った場合、図1(b)に示すように、リフローによって低融点金属層4が溶融するが、密着層3が存在することで、低融点金属層4は全体を被覆した状態を維持し、リフロー後も導電層2が露出しない。
これに対して、図2(a)に示すような基材微粒子1、導電層2及び低融点金属層4を有する従来の導電性微粒子を用いて一次実装を行った場合、図2(b)に示すように、リフローによって低融点金属層4を構成する低融点金属の大部分が電極5付近に移動することにより、電極5と反対側の部分は導電層2が露出した状態となる。
上記ポリオレフィン樹脂は特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂等が挙げられる。上記アクリル樹脂は特に限定されず、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
上記重合法は特に限定されず、乳化重合、懸濁重合、シード重合、分散重合、分散シード重合等の重合法が挙げられる。
上記金属微粒子は特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、金、銀等の金属からなる微粒子が挙げられる。なかでも、銅微粒子が好ましい。上記銅微粒子は、実質的に銅金属のみで形成された銅微粒子であってもよく、銅金属を含有する銅微粒子であってもよい。なお、上記基材微粒子が銅微粒子である場合は、後述する導電層を形成しなくてもよい。
K値(N/mm2)=(3/√2)・F・S−3/2・R−1/2
F:樹脂微粒子の10%圧縮変形における荷重値(N)
S:樹脂微粒子の10%圧縮変形における圧縮変位(mm)
R:樹脂微粒子の半径(mm)
なお、上記基材微粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ50個の基材微粒子の粒子径を測定し、測定した粒子径を算術平均することにより求めることができる。
上記導電層を形成する金属は特に限定されないが、具体的には例えば、金、銀、銅、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム等が挙げられる。なかでも、導電性に優れることから、上記導電層を形成する金属は、銅、金又はニッケルであることが好ましく、特に銅が好ましい。
なお、上記導電層の厚さは、無作為に選んだ10個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して測定し、これらを算術平均した厚さである。
上記密着層は、置換めっきによって形成されていることから、上記導電層と密着層との間には金属間拡散が生じた状態となる。また、低融点金属層は錫又は錫と他の金属との合金からなることから上記密着層との密着性は高く、その結果、導電層と低融点金属層との密着性が大幅に向上するため、一次実装後に導電層が露出することに起因する接合不良の発生を効果的に防止できる。
なお、上記置換めっきは、金属イオンを含有するめっき液中で被めっき物の素地金属を陰極として通電し、表面に金属被膜を析出させる電気めっきとは異なるめっき方法であり、また、還元補助剤を加えることで、めっき液中の金属イオンを化学的に還元析出させ、素地金属表面に金属被膜を形成する無電解還元めっきとも異なるめっき方法である。
また、上記置換めっき液には、素地金属の電位を下げ、素地金属よりイオン化傾向が高いめっき液中の金属イオンでも析出が可能となることを目的として、各種の酸や錯化剤、その他添加剤を加えてもよい。更に、上記金属イオンの対イオンとして、硫酸イオン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン等の各種対イオンを含有していてもよい。
なお、上記低融点金属層の厚さは、無作為に選んだ10個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して測定し、測定値を算術平均した厚さである。
なお、上記導電性微粒子の平均粒子径は光学顕微鏡、又は、電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ50個の粒子を観察して得られた直径の平均値である。
また、上記低融点金属微粒子の平均粒子径は、上記基材微粒子の平均粒子径の1/10以下であることが好ましい。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が、上記基材微粒子の平均粒子径の1/10を超えると、せん断圧縮時に上記低融点金属微粒子を上記基材微粒子に付着、皮膜化させることができないことがある。
上記ビニル樹脂は特に限定されないが、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂は特に限定されないが、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。上記硬化性樹脂は特に限定されないが、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性ブロック共重合体は特に限定されないが、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
また、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂、湿気硬化型樹脂のいずれの硬化型樹脂であってもよい。
また、上記バインダー樹脂と、本発明の導電性微粒子とを混合することなく、別々に用いて異方性導電材料としてもよい。
テトラメチロールメタンテトラアクリレートとジビニルベンゼンとの共重合体からなる樹脂微粒子(平均粒子径240μm)の表面に、電気めっきにより厚さ10μmの銅層を形成し、銅層形成樹脂微粒子を得た。得られた銅層形成樹脂微粒子90gに対して、下記組成の錫めっき液(めっき液温20℃)500gを用いて置換めっきを行い、銅層形成樹脂微粒子の表面に厚さ0.5μmの錫層を形成した。
次いで、銅層及び錫層を形成した樹脂微粒子と、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)165gとをシータコンポーザ(徳寿工作所社製)に投入して混合した。これにより、錫96.5銀3.5合金微粒子を基材微粒子に付着、皮膜化させて、基材微粒子の表面に厚さ25μmの錫96.5銀3.5合金層を形成し、導電性微粒子を得た。
なお、シータコンポーザを用いて混合する際には、回転容器(ベッセル)を35rpm、回転翼(ローター)を3500rpmで逆回転させ、せん断圧縮力が作用するようにした。混合時間は300分間とした。
硫酸錫 15g
メタンスルホン酸 75g
チオ尿素 45g
水 365g
実施例1において、樹脂微粒子(平均粒子径240μm)に代えて、銅微粒子(平均粒子径260μm)を用い、銅層を形成しなかった以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)に代えて、錫96.5銀3.0銅0.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例1において、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)に代えて、錫42.0ビスマス58.0合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)を用いた以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
錫層を形成しなかった以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例及び比較例において得られた導電性微粒子112個を、銅電極を有するシリコンチップ上に搭載し、270℃に設定したリフロー炉に投入し溶融させた。その後、走査型電子顕微鏡を用いて実装表面を観察し、銅層又は銅微粒子の表面が露出しているものの総数を計測した。
Claims (6)
- 基材微粒子の表面に、導電層、密着層、及び、錫又は錫と他の金属との合金からなる低融点金属層が順次積層されている導電性微粒子であって、前記密着層は、置換めっきによって形成されたものであることを特徴とする導電性微粒子。
- 基材微粒子は、樹脂微粒子であることを特徴とする請求項1記載の導電性微粒子。
- 基材微粒子は、銅微粒子であることを特徴とする請求項1記載の導電性微粒子。
- 導電層は、銅を含有することを特徴とする請求項1、2又は3記載の導電性微粒子。
- 請求項1、2、3又は4記載の導電性微粒子を用いてなることを特徴とする異方性導電材料。
- 請求項1、2、3若しくは4記載の導電性微粒子、又は、請求項5記載の異方性導電材料を用いてなることを特徴とする接続構造体。
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