JP5438450B2 - 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
これを解決するためにハンダを球状にした、いわゆる「ハンダボール」で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製造することができる。
しかしながら、電極に塗布されたフラックスは、電極が接続された後は不要となるばかりか、電極以外の部分に付着した余分のフラックスは種々の弊害をもたらすことがあるので、洗浄を行ってフラックスの除去を行う必要があった。そのため、フラックスを洗浄するための工程が別途必要となる上に、洗浄工程に有機溶剤を使用しなければならないという問題点があった。
以下に本発明を詳述する。
本発明の導電性微粒子は、フラックスを所定量内包することにより、低融点金属層を溶融させて導電接続を行う場合、内包されていたフラックスが外部に溶出する。これにより、従来行われていたフラックスの塗布工程が不要となり、更に、必要最低限のフラックスしか溶出しないため、余剰フラックスの洗浄工程も不要となる。その結果、電極の接続工程を大幅に簡略化することができる。また、余分のフラックスが生じることによって、作業環境の悪化等を招くこともない。
図2は、本発明の導電性微粒子を電極に接続した場合の状態を示す断面図である。図2に示すように、低融点金属層2が熱で溶融すると、フラックス3´が電極4上に溶出する。この場合、フラックス3´の量は必要最低限となり、電極4付近上にのみ存在する構成となる。
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。
上記活性化剤は特に限定されず、例えば、トリエタノールアミン塩酸塩、トリエチレンテトラミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、塩酸アニリンなどのアミン化合物の有機酸又は無機酸の塩等が挙げられる。
上記カルボン酸は特に限定されず、例えば、ステアリン酸、アジピン酸、アントラニル酸、ラウリン酸、グリコール酸、アゼライン酸、コハク酸、セバシン酸等が挙げられる。
上記低融点金属層に含有される金属の合計に占める上記金属の含有量は特に限定されないが、好ましい下限は0.0001重量%、好ましい上限は2重量%である。上記金属の含有量が0.0001重量%未満であると、上記低融点金属層と電極との接合強度が充分に得られないことがある。上記金属の含有量が2重量%を超えると導電性微粒子の融点が変わることがある。
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。
上記導電層を形成する金属は特に限定されず、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、金、銅又はニッケルであることが好ましい。
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。
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、例えば、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、例えば、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、例えば、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。なお、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、湿気硬化型樹脂であってもよい。上記硬化性樹脂は硬化剤と併用してもよい。
上記熱可塑性ブロック共重合体は特に限定されないが、例えば、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。
上記エラストマーは特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
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260μm)の表面に、電気めっきにより厚さ10μmの銅層を形成することにより、基材微粒子を得た。得られた基材微粒子、粉体状に加工したロジン誘導体(KE−604、荒川化学社製、粒子径分布5〜15μm)、及び、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布5〜15μm)をシータコンポーザに投入して、混合した。これにより、ロジン誘導体と錫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、ロジン誘導体が内包された厚さ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、導電性微粒子全体に対するロジン誘導体の含有量は1vol%であった。
なお、実施例1で得られた導電性微粒子の錫96.5銀3.5合金層の断面を撮影したSEM写真(5000倍)を図3に示す。
ロジン誘導体の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
ロジン誘導体に代えて、粉末状に加工したステアリン酸(粒子径分布5〜15μm)を使用した以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
ステアリン酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例4と同様にして導電性微粒子を作製した。
ロジン誘導体に代えて、粉末状に加工したオクタデカン二酸(粒子径分布5〜15μm)を使用した以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
オクタデカン二酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例7と同様にして導電性微粒子を作製した。
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260μm)の表面に、電気めっきにより厚さ10μmの銅層を形成した。更に、ロジン誘導体(KE−604、荒川化学社製、粒子径分布5〜15μm)を添加しためっき液を用いて、電気共析めっきを行うことにより、基材微粒子の表面に、ロジン誘導体が内包された厚さ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、導電性微粒子全体に対するロジン誘導体の含有量は1vol%であった。
ロジン誘導体の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例10と同様にして導電性微粒子を作製した。
ロジン誘導体に代えて、粉末状に加工したステアリン酸(粒子径分布5〜15μm)を使用した以外は実施例10と同様にして導電性微粒子を作製した。
ステアリン酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例13と同様にして導電性微粒子を作製した。
ロジン誘導体に代えて、粉末状に加工したオクタデカン二酸(粒子径分布5〜15μm)を使用した以外は実施例10と同様にして導電性微粒子を作製した。
オクタデカン二酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例16と同様にして導電性微粒子を作製した。
ロジン誘導体の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
ステアリン酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例4と同様にして導電性微粒子を作製した。
オクタデカン二酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例7と同様にして導電性微粒子を作製した。
ロジン誘導体の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例10と同様にして導電性微粒子を作製した。
ステアリン酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例13と同様にして導電性微粒子を作製した。
オクタデカン二酸の含有量を表1に示すように変更した以外は実施例16と同様にして導電性微粒子を作製した。
基材微粒子、及び、錫96.5銀3.5合金微粒子(粒子径分布〜5μm)のみをシータコンポーザ(徳寿工作所社製)に投入した以外は実施例1と同様にして導電性微粒子を作製した。
めっき液にロジン誘導体を添加せず、電気めっきを行い、錫96.5銀3.5合金層を形成した以外は実施例10と同様にして導電性微粒子を作製した。
実施例及び比較例で得られた導電性微粒子について以下の評価を行った。結果を表1に示した。
得られた導電性微粒子を、銅電極を有するシリコンチップ上に112個搭載し、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、フラックスが、銅電極上からはみ出しているものの総数を計測した。
シリコンチップ上に実装された各導電性微粒子に対して、シェア試験機(デイジ社製「 シリーズ4000」)を用いて、250gfの横応力を印加し、銅電極表面において、破壊が生じたものの総数を計測した。
Claims (10)
- 基材微粒子の表面に、錫又は錫と他の金属の合金からなる低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包し、かつ、前記フラックスの含有量が導電性微粒子全体に対して0.2〜4vol%であることを特徴とする導電性微粒子。
- フラックスは、ジカルボン酸を主成分とすることを特徴とする請求項1記載の導電性微粒子。
- フラックスは、カルボン酸を主成分とすることを特徴とする請求項1記載の導電性微粒子。
- フラックスは、ロジン及び/又はその誘導体を主成分とすることを特徴とする請求項1記載の導電性微粒子。
- 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を特徴とする請求項1、2、3又は4記載の導電性微粒子。
- 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、2、3、4又は5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、2、3、4又は5記載の導電性微粒子。
- 基材微粒子は、更に、基材微粒子と低融点金属層との間に導電層を有することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の導電性微粒子。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の導電性微粒子がバインダー樹脂に分散されてなることを特徴とする異方性導電材料。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7或いは8記載の導電性微粒子、又は、請求項9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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