JP6394159B2 - 異方性導電接着剤、その製造方法、接続構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
該導電粒子は、その金属層が不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱により熱処理されていることを特徴とする異方性導電接着剤を提供する。
工程(A)
導電粒子の金属層に、不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱により熱処理を施す工程;及び
工程(B)
金属層に熱処理が施された導電粒子を、絶縁性接着剤組成物に分散する工程
を有する製造方法を提供する。
本発明の異方性導電接着剤は、絶縁性接着剤組成物中に、樹脂粒子の表面に金属層が形成された導電粒子が分散されてなるものである。この導電粒子は、その金属層が不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱により熱処理されているものである。
前述したように、導電粒子は、樹脂粒子の表面に金属層が形成されたものであり、その金属層が不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱により熱処理されているものである。
導電粒子のコアとなる樹脂粒子としては、特に制限はないが、耐熱性、耐薬品性を備えた有機材料、例えば、ポリアミド、ポリグアナミン、ポリスチレン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を好ましく使用することができる。
樹脂粒子の表面を被覆する金属層を構成する金属材料(含む合金)としては、熱処理により硬度を増すことができるものであり、Co、Fe、Ni、Cu、Ag、Au、Al等の金属や、これらの合金が挙げられる。中でも、入手容易性の観点からNi、ニッケル合金が好ましい。これらの金属層の形成は、公知の真空蒸着等の物理的気相成長技術、熱CVD等の化学的気相成長技術、無電解メッキ等の液相成長法等を適用して行うことができる。特に、無電解ニッケルメッキ層を好ましく適用することができる。
以上のような導電粒子としては、金属層の表面硬度を増大させるために熱処理が施されたものを使用する必要がある。この熱処理は、金属層を不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱することにより達成される。単に抵抗加熱電気炉や赤外線加熱で加熱することでも熱処理することもできるが、それでは導電粒子の樹脂コアが熱により変形、変質してしまう結果となるので、適用できない。
図1の熱処理装置10は、導電粒子の熱処理を行う装置であって、特に、好ましくは樹脂粒子の表面に金属層が形成された導電粒子の熱処理を、その金属層を不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱することにより行うための装置である。この熱処理装置10は、誘導加熱用コイル1と、誘導加熱用コイル1に電力を供給する高周波電源2と、誘導加熱用コイル1に挿入され、導電粒子を不活性ガスと共に通過させる非磁性管3と、非磁性管3の導電粒子供給側に連通した導電粒子供給器4と、非磁性管3の導電粒子排出側に連通した導電粒子回収器5と、非磁性管3に不活性ガスを供給する不活性ガス供給器6とを有する。
本発明の異方性導電接着剤を構成する絶縁性接着剤組成物としては、公知の異方性導電接着剤に使用されている絶縁性接着剤組成物を適用することができる。例えば、成膜性樹脂、液状エポキシ化合物、エポキシ用硬化剤及びシランカップリング剤を含有する絶縁性接着剤組成物を適用することができる。
本発明の異方性導電接着剤は、以下の工程(A)及び(B)を有する製造方法により製造することができる。以下に工程毎に説明する。
まず、導電粒子の金属層を、不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱することにより、当該導電粒子に熱処理を施す。熱処理の手法としては、公知の高周波誘導加熱による熱処理方法を適用することができるが、特に、図1に示す熱処理装置を用いる熱処理方法を好ましく適用することができる。図1の熱処理装置を使用した場合には、導電粒子の凝集を大きく抑制することができる。
次に、金属層に熱処理が施された導電粒子を、絶縁性接着剤組成物に、必要に応じて有機溶媒と共に公知の手法により分散する。これにより異方性導電接着剤が得られる。
フィルム形成用に必要に応じて有機溶媒を配合して粘度調整した異方性導電接着剤を、剥離基材の片面に、やはり公知の成膜方法に従って塗布し、乾燥する。これにより異方性導電フィルムを形成することができる。
以上説明した本発明の異方性導電接着剤、好ましくは異方性導電フィルムは、第1の電子部品の端子と第2の電子部品の端子とを異方性導電接続する際に、好ましく適用することができる。この異方性導電接着剤により第1の電子部品の端子と第2の電子部品の端子とが異方性導電接続されてなる接続構造体が得られる。このような接続構造体も本発明の一態様である。
以上説明した接続構造体は、第1の電子部品の端子と第2の電子部品の端子との間に、上述の異方性導電接着剤、好ましくは異方性導電フィルムを配し、異方性導電フィルムを加熱しながら第1の電子部品を第2の電子部品に押圧することにより、それらの端子同士を異方性導電接続することにより製造することができる。この場合、押圧は、金属製加圧ボンダーや弾性ボンダーなどを使用して行うことができる。加熱については、第1の電子部品又は第2の電子部品が載置されるステージに加熱手段を設けて加熱してもよく、ボンダーに加熱手段を設けて加熱してもよい。
平均粒子径3μmのジビニルベンゼン系樹脂粒子5gに、パラジウム触媒を浸漬法により担持させた。次いで、この樹脂粒子に対し、硫酸ニッケル六水和物、次亜リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、トリエタノールアミン及び硝酸タリウムから調製された無電解ニッケルメッキ液(pH12、メッキ液温50℃)を用いて無電解ニッケルメッキを行い表面に平均膜厚100nmのニッケル層を形成した後に水洗し、乾燥することにより無電解ニッケルメッキ被覆導電粒子を得た。
参考例1で得られた導電粒子に対し、図1の熱処理装置(ガラス製非磁性管の内径10mm、コイル長L50cm、ガス流速100cm/秒)を用いて表1の条件で熱処理を行うことにより、評価用の熱処理した導電粒子を得た(導電粒子A〜E)。導電粒子がコイルを通過する時間は、ガス流速とほぼ等しいと考えられるので、約0.5秒と推定される。
参考例1で得られた導電粒子に対し、図1の熱処理装置を使用することなく、大気中で300℃又は380℃に設定された電気炉を用いて10分の加熱による熱処理を行うことにより、評価用の導電粒子を得た(導電粒子F,G)。
参考例1で得られた導電粒子を、熱処理を施すことなく評価用の熱処理されていない導電粒子Hとして使用した。
熱処理導電粒子A〜E(実施例1〜4、比較例1)、熱処理導電粒子F(比較例2)、熱処理導電粒子G(比較例3)、又は非熱処理導電粒子H(対照例1)を用いて、評価用の異方性導電接着剤を調製した。具体的には、成膜成分としてビスフェノールA型フェノキシ樹脂(YP50、新日鐵住金化学(株))40物量部と、液状エポキシ化合物成分としてビスフェノールAエポキシ化合物(EP828、三菱化学(株))18質量部と、イミダゾール系硬化剤(ノバキュア3941HP、旭化成(株))40質量部と、シランカップリング剤(A−187、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)2質量部と、導電粒子10質量部とを、トルエンで固形分が50質量%となるように混合することにより異方性導電フィルム形成用組成物を調製した。この組成物を、剥離処理した厚さ50μmのポリエチレンテレフタレートフィルムに乾燥厚25μmとなるようにバーコータで塗布し、60℃のオーブン中で15分間乾燥することにより、異方性導電フィルムを作成した。
得られた異方性導電フィルムの片面の200μm角の領域を5箇所選定し、その領域を走査型電子顕微鏡(S−4700、(株)日立製作所)を用いて観察し、観察画像から導電粒子の最大連結個数を確認し、以下の評価基準に従って評価した。得られた結果を表1に示す。実用上、評価結果が○又は△であることが望まれる。
○: 最大連結個数が4個未満
△: 最大連結個数が4個〜6個
×: 最大連結個数が7個以上
得られた異方性導電フィルムを、500nm厚のアルミ配線を有するガラス配線基板(0.7mm厚)の電極と、金バンプ(長さ85μm×幅30μm×高さ15μm、バンプピッチ:35μm、バンプ間スペース10μm)が形成されたICチップ(1.8mm×20mm、0.5mm厚)のバンプとの間に配置し、フリップチップボンダーで190℃、40MPaで15秒間加熱加圧することにより接続構造体を得た。
得られた接続構造体の導通抵抗値を、4端子法(インプット電流1mA)により測定し、以下の評価基準に従って評価した。実用上、評価結果が○又は△であることが望まれる。
○: 接続抵抗値が5Ω未満
△: 接続抵抗値が5Ω以上50未満
×: 接続抵抗値が50Ω以上
得られた接続構造体の隣接ライン間の絶縁抵抗値を測定(印加電圧30V)し、以下の評価基準に従って評価した。実用上、評価結果が「○」又は「△」であることが望まれる。
○: 絶縁抵抗値が1×109Ω以上
△: 絶縁抵抗値が1×108Ω以上1×109Ω未満
×: 絶縁抵抗値が1×108Ω未満
異方性導電接着後、導電粒子のガラス基板側の電極への食い込み量(nm)を、走査型電子顕微鏡(S−4700、(株)日立製作所)を用いて観察し、観察画像から読み取った。なお、観察サンプルは実装品サンプルを断面カット処理することにより調製した。
凝集状態評価、導通信頼性評価、及び絶縁性評価のすべての結果が、「○」又は「△」である場合を良好(OK)と評価し、一つでも「△」もしくは「×」の評価結果があった場合を不良(NG)と評価した。その結果を表1に示す。
2 高周波電源
3 非磁性管
4 導電粒子供給器
5 導電粒子回収器
6 不活性ガス供給器
10 熱処理装置
Claims (10)
- 絶縁性接着剤組成物中に、樹脂粒子の表面に金属層が形成された導電粒子が分散されてなる異方性導電接着剤において、
該導電粒子は、その金属層が不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱により熱処理されていることを特徴とする異方性導電接着剤。 - 該導電粒子の金属層が、無電解ニッケルメッキ層である請求項1記載の異方性導電接着剤。
- 該導電粒子の平均粒子径が2〜30μmであり、無電解ニッケルメッキ層の厚さが10〜300nmである請求項2記載の異方性導電接着剤。
- 請求項1記載の異方性導電接着剤の製造方法であって、以下の工程(A)及び(B):
工程(A)
導電粒子の金属層に、不活性ガス雰囲気中で高周波誘導加熱により熱処理を施す工程;及び
工程(B)
金属層に熱処理が施された導電粒子を、絶縁性接着剤組成物に分散する工程
を有する製造方法。 - 工程(A)における高周波誘導加熱を、誘導加熱用コイルに挿入した非磁性管中に導電粒子を不活性ガスとともに通過させながら行う請求項4記載の製造方法。
- 誘導加熱用コイルに流す電流の周波数が5kHz以上である請求項4〜6のいずれかに記載の製造方法。
- 異方性導電接着剤がフィルムである場合に、工程(B)に続き以下の工程(C)
工程(C)
異方性導電接着剤を剥離基材の片面に塗布し、乾燥することにより異方性導電フィルムを形成する工程
を有する請求項4〜7のいずれかに記載の製造方法。 - 第1の電子部品の端子と第2の電子部品の端子とが、請求項1〜3のいずれかに記載の異方性導電接着剤により異方性導電接続されていることを特徴とする接続構造体。
- 第1の電子部品の端子と第2の電子部品の端子とが接続されてなる接続構造体の製造方法であって、第1の電子部品の端子と第2の電子部品の端子との間に、請求項1〜3のいずれかに記載の異方性導電接着剤を配し、異方性導電接着剤を加熱しながら第1の電子部品を第2の電子部品に押圧することにより、端子同士を異方性導電接続することを特徴とする接続構造体の製造方法。
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