JP6577867B2 - 導電ペースト、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る導電ペーストは、熱硬化性成分として熱硬化性化合物及び熱硬化剤と、複数のはんだ粒子とを含む。本発明に係る導電ペーストでは、上記熱硬化性化合物が、結晶性熱硬化性化合物を含む。上記はんだ粒子は、中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、上記はんだ粒子の中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだである粒子である。
上記はんだ粒子は、はんだを導電性の外表面に有する。上記はんだ粒子では、中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだである粒子である。
はんだ粒子0.05gを、メタノール10gに入れ、超音波処理等をすることで、均一に分散させて、分散液を得る。この分散液を用いて、かつBeckman Coulter社製「Delsamax PRO」を用いて、電気泳動測定法にて、ゼータ電位を測定することができる。
ρ:はんだ粒子の粒子径の標準偏差
Dn:はんだ粒子の粒子径の平均値
上記熱硬化性化合物は、加熱により硬化可能な化合物である。上記熱硬化性化合物としては、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。なかでも、導電ペーストの硬化性及び粘度をより一層良好にし、接続信頼性をより一層高める観点から、エポキシ化合物が好ましい。
上記熱硬化剤は、上記熱硬化性化合物を熱硬化させる。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤などのチオール硬化剤、酸無水物、熱カチオン開始剤(熱カチオン硬化剤)及び熱ラジカル発生剤等が挙げられる。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記導電ペーストは、フラックスを含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだを電極上により一層効果的に配置することができる。該フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。上記フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。上記フラックスは1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記導電ペーストには、フィラーを添加してもよい。フィラーは、有機フィラーであってもよく、無機フィラーであってもよい。フィラーの添加により、はんだ粒子の凝集する距離を抑制し、基板の全電極上に対して、はんだ粒子を均一に凝集させることができる。
上記導電ペーストは、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
本発明に係る接続構造体は、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と、上記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部が、上述した導電ペーストにより形成されており、上述した導電ペーストの硬化物である。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている。
ビスフェノールF(4,4’−メチレンビスフェノールと2,4’−メチレンビスフェノールと2,2’−メチレンビスフェノールとを重量比で2:3:1で含む)100重量部、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル130重量部、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(DIC社製「EPICLON EXA−830CRP」)5重量部、及びレゾルシノール型エポキシ化合物(ナガセケムテックス社製「EX−201」)10重量部を、3つ口フラスコに入れ、窒素フロー下にて、100℃で溶解させた。その後、水酸基とエポキシ基の付加反応触媒であるトリフェニルブチルホスホニウムブロミド0.15重量部を添加し、窒素フロー下にて、140℃で4時間、付加重合反応させることにより、反応物(ポリマーA)を得た。
3口フラスコに、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン27g、エピクロルヒドリン230g、n−ブタノール70g、及びテトラエチルベンジルアンモニウムクロライド1gを入れ、室温にて撹拌、溶解させた。その後、窒素雰囲気下、撹拌下にて、70℃に昇温し、減圧還流下、水酸化ナトリウム水溶液(濃度48重量%)45gを滴下した。滴下は、4時間かけて行った。その後、70℃にて、ディーンスターク管を用い、水分を除去しながら2時間反応させた。その後、減圧下で、未反応のエピクロルヒドリンを除去した。
装置;日立ハイテクサイエンス社製「X−DSC7000」、サンプル量;3mg、温度条件;10℃/min
3口フラスコに、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン27g、エピクロルヒドリン230g、n−ブタノール70g、及びテトラエチルベンジルアンモニウムクロライド1gを入れ、室温にて撹拌、溶解させた。その後、窒素雰囲気下、撹拌下にて、70℃に昇温し、減圧還流下、水酸化ナトリウム水溶液(濃度48重量%)45gを滴下した。滴下は、4時間かけて行った。その後。70℃にて、ディーンスターク管を用い、水分を除去しながら2時間反応させた。その後、減圧下で、未反応のエピクロルヒドリンを除去した。
アニオンポリマー1を有するはんだ粒子:はんだ粒子本体200gと、アジピン酸40gと、アセトン70gとを3つ口フラスコに秤量し、次にはんだ粒子本体の表面の水酸基とアジピン酸のカルボキシル基との脱水縮合触媒であるジブチル錫オキサイド0.3gを添加し、60℃で4時間反応させた。その後、はんだ粒子をろ過することで回収した。
SnBiはんだ粒子(三井金属社製「DS−10」、平均粒子径(メディアン径)12μm)200g、イソシアネート基を有するシランカップリング剤(信越化学工業社製「KBE−9007」)10g、アセトン70gを3つ口フラスコに秤量した。室温で撹拌しながら、はんだ粒子表面の水酸基とイソシアネート基との反応触媒であるジブチルスズラウレート0.25gを添加し、撹拌下、窒素雰囲気下にて、60℃で30分加熱した。その後、メタノールを50g添加し、撹拌下、窒素雰囲気下にて、60℃で10分間加熱した。
SnBiはんだ粒子(三井金属社製「DS−10」、平均粒子径(メディアン径)12μm)の代わりに、SnBiはんだ粒子(三井金属社製、平均粒子径(メディアン径)30μm)を用いたこと以外は、はんだ粒子4と同様にしてはんだ粒子5を作製した。得られたはんだ粒子5では、CV値15%、表面のゼータ電位1mV、表面を構成しているポリマーの分子量Mw=9900であった。
SnBiはんだ粒子(三井金属社製「DS−10」、平均粒子径(メディアン径)12μm)の代わりに、SnBiはんだ粒子(三井金属社製、平均粒子径(メディアン径)50μm)を用いたこと以外は、はんだ粒子4と同様にしてはんだ粒子6を作製した。得られたはんだ粒子6では、CV値13%、表面のゼータ電位1.1mV、表面を構成しているポリマーの分子量Mw=10000であった。
また、得られたはんだ粒子を、アニオンポリマー1を有するはんだ粒子0.05gを、メタノール10gに入れ、超音波処理をすることで、均一に分散させて、分散液を得た。この分散液を用いて、かつBeckman Coulter社製「Delsamax PRO」を用いて、電気泳動測定法にて、ゼータ電位を測定した。
はんだ粒子の表面のアニオンポリマー1の重量平均分子量は、0.1Nの塩酸を用い、はんだを溶解した後、ポリマーをろ過により回収し、GPCにより求めた。
CV値を、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA−920」)にて、測定した。
平均粒子径10μmのジビニルベンゼン樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−210」)を無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面上に厚さ0.1μmの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚さ1μmの銅層を形成した。更に、錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、厚さ3μmのはんだ層を形成した。このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み1μmの銅層が形成されており、該銅層の表面に厚み3μmのはんだ層(錫:ビスマス=43重量%:57重量%)が形成されている導電性粒子1を作製した。
(実施例1〜6,8及び比較例2)
(1)異方性導電ペーストの作製
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合して、異方性導電ペーストを得た。なお、比較例2では、中心部分がはんだではない導電性粒子を用いた。
L/Sが50μm/50μm、電極長さ3mmの銅電極パターン(銅電極の厚み12μm)を上面に有するガラスエポキシ基板(FR−4基板)(第1の接続対象部材)を用意した。また、L/Sが50μm/50μm、電極長さ3mmの銅電極パターン(銅電極の厚み12μm)を下面に有するフレキシブルプリント基板(第2の接続対象部材)を用意した。
L/Sが75μm/75μm、電極長さ3mmの銅電極パターン(銅電極の厚み12μm)を上面に有するガラスエポキシ基板(FR−4基板)(第1の接続対象部材)を用意した。また、L/Sが75μm/75μm、電極長さ3mmの銅電極パターン(銅電極の厚み12μm)を下面に有するフレキシブルプリント基板(第2の接続対象部材)を用意した。
L/Sが100μm/100μm、電極長さ3mmの銅電極パターン(銅電極の厚み12μm)を上面に有するガラスエポキシ基板(FR−4基板)(第1の接続対象部材)を用意した。また、L/Sが100μm/100μm、電極長さ3mmの銅電極パターン(銅電極の厚み12μm)を下面に有するフレキシブルプリント基板(第2の接続対象部材)を用意した。
第1の導電ペースト層の加熱時に1MPaの圧力を加えたこと以外は実施例1と同様にして、第1,第2,第3の接続構造体を得た。
(1)異方性導電ペーストの作製
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合して、異方性導電ペーストを得た。得られた異方性導電ペーストを用いたこと、加熱時に1MPaの圧力を加えたこと以外は実施例1と同様にして、第1,第2,第3の接続構造体を得た。
フェノキシ樹脂(新日鉄住金化学社製「YP−50S」)10重量部をメチルエチルケトン(MEK)に固形分が50重量%となるように溶解させて、溶解液を得た。下記の表1に示すフェノキシ樹脂を除く成分を下記の表1に示す配合量と、上記溶解液の全量とを配合して、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌した後、バーコーターを用いて乾燥後の厚みが30μmになるよう離型PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に塗工した。室温で真空乾燥することで、MEKを除去することにより、異方性導電フィルムを得た。
下記の表3,4に示す成分を下記の表3,4に示す配合量で配合して、異方性導電ペーストを得た。
(0)結晶性熱硬化性化合物の結晶の平均アスペクト比及び平均長径
保管前の異方性導電ペーストを電子顕微鏡で観察することにより、結晶性熱硬化性化合物の結晶の平均アスペクト比及び平均長径を評価した。
保管前の異方性導電ペーストの25℃での粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃及び5rpmと、25℃及び0.5rpmとの各条件で測定した。
異方性導電ペーストを50℃で24時間保管した。保管後の異方性導電ペーストの25℃での粘度(η25’)を、E型粘度計(東機産業社製)を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定した。保存安定性を以下の基準で判定した。
○○:粘度(η25’)/粘度(η25)が1以上、1.2未満
○:粘度(η25’)/粘度(η25)が1.2以上、1.5未満
△:粘度(η25’)/粘度(η25)が1.5以上、2未満
×:粘度(η25’)/粘度(η25)が2以上
保管前の異方性導電ペーストを用いて得られた第1の接続構造体を断面観察することにより、上下の電極の間に位置しているはんだ部の厚みを評価した。
得られた第1,第2,第3の接続構造体において、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の、接続部中のはんだ部が配置されている面積の割合Xを評価した。電極上のはんだの配置精度1を下記の基準で判定した。
○○:割合Xが70%以上
○:割合Xが60%以上、70%未満
△:割合Xが50%以上、60%未満
×:割合Xが50%未満
得られた第1,第2,第3の接続構造体において、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向と直交する方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、接続部中のはんだ部100%中、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分に配置されている接続部中のはんだ部の割合Yを評価した。電極上のはんだの配置精度2を下記の基準で判定した。
○○:割合Yが99%以上
○:割合Yが90%以上、99%未満
△:割合Yが70%以上、90%未満
×:割合Yが70%未満
得られた第1,第2,第3の接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により、測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を下記の基準で判定した。
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え、70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え、100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
得られた第1,第2,第3の接続構造体(n=15個)において、85℃、湿度85%の雰囲気中に100時間放置後、横方向に隣接する電極間に、5Vを印加し、抵抗値を25箇所で測定した。絶縁信頼性を下記の基準で判定した。
○○:接続抵抗の平均値が107Ω以上
○:接続抵抗の平均値が106Ω以上、107Ω未満
△:接続抵抗の平均値が105Ω以上、106Ω未満
×:接続抵抗の平均値が105Ω未満
得られた第1,第2,第3の接続構造体において、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、第1の電極の中心線と第2の電極の中心線とが揃っているか否か、並びに位置ずれの距離を評価した。上下の電極間の位置ずれを下記の基準で判定した。
○○:位置ずれが15μm未満
○:位置ずれが15μm以上、25μm未満
△:位置ずれが25μm以上、40μm未満
×:位置ずれが40μm以上
2…第1の接続対象部材
2a…第1の電極
3…第2の接続対象部材
3a…第2の電極
4,4X…接続部
4A,4XA…はんだ部
4B,4XB…硬化物部
11…導電ペースト
11A…はんだ粒子
11B…熱硬化性成分
Claims (25)
- 熱硬化性成分として熱硬化性化合物及び熱硬化剤と、複数のはんだ粒子とを含み、
前記熱硬化性化合物が、結晶性熱硬化性化合物を含み、
前記結晶性熱硬化性化合物が、ベンゾフェノン型エポキシ化合物であり、
前記はんだ粒子は、中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだである粒子である、導電ペースト。 - 熱硬化性成分として熱硬化性化合物及び熱硬化剤と、複数のはんだ粒子とを含み、
前記熱硬化性化合物が、結晶性熱硬化性化合物を含み、
前記結晶性熱硬化性化合物の結晶の平均アスペクト比が5以下であり、
前記はんだ粒子は、中心部分及び導電性の外表面とのいずれもがはんだである粒子である、導電ペースト。 - 前記結晶性熱硬化性化合物が25℃で固体である、請求項1又は2に記載の導電ペースト。
- 前記結晶性熱硬化性化合物の融点が80℃以上、150℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 前記結晶性熱硬化性化合物の分子量が300以上、500以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 前記結晶性熱硬化性化合物の結晶の平均長径が、前記はんだ粒子の平均粒子径の1/1.5以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 前記結晶性熱硬化性化合物の結晶の平均長径が、前記はんだ粒子の平均粒子径の1/10以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 前記結晶性熱硬化性化合物の融点は、前記はんだの融点よりも低い、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- フラックスを含み、
前記結晶性熱硬化性化合物の融点は、前記フラックスの活性温度よりも低い、請求項1〜8のいずれか1項に記載の導電ペースト。 - 前記熱硬化性化合物の全体100重量%中、前記結晶性熱硬化性化合物の含有量が10重量%以上である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- フィラーを含まないか、又はフィラーを5重量%以下で含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 導電ペースト中で、前記結晶性熱硬化性化合物が、粒子状に分散している、請求項1〜11のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 結晶性熱硬化性化合物とは異なる他の熱硬化性化合物を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 前記はんだ粒子の平均粒子径が1μm以上、60μm以下である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 前記はんだ粒子の含有量が10重量%以上、80重量%以下である、請求項1〜14のいずれか1項に記載の導電ペースト。
- 少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と、前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項1〜15のいずれか1項に記載の導電ペーストの硬化物であり、
前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体。 - 前記第2の接続対象部材が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板である、請求項16に記載の接続構造体。
- 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている、請求項16又は17に記載の接続構造体。
- 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向と直交する方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分に、前記接続部中のはんだ部の70%以上が配置されている、請求項16〜18のいずれか1項に記載の接続構造体。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載の導電ペーストを用いて、少なくとも1つの第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、前記導電ペーストを配置する工程と、
前記導電ペーストの前記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、少なくとも1つの第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を、前記第1の電極と前記第2の電極とが対向するように配置する工程と、
前記はんだ粒子の融点以上かつ前記熱硬化性成分の硬化温度以上に前記導電ペーストを加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している接続部を、前記導電ペーストにより形成し、かつ、前記第1の電極と前記第2の電極とを、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続する工程とを備える、接続構造体の製造方法。 - 前記第2の接続対象部材を配置する工程及び前記接続部を形成する工程において、加圧を行わず、前記導電ペーストには、前記第2の接続対象部材の重量が加わるか、又は、
前記第2の接続対象部材を配置する工程及び前記接続部を形成する工程の内の少なくとも一方において、加圧を行い、かつ、前記第2の接続対象部材を配置する工程及び前記接続部を形成する工程の双方において、加圧の圧力が1MPa未満である、請求項20に記載の接続構造体の製造方法。 - 前記第2の接続対象部材を配置する工程及び前記接続部を形成する工程において、加圧を行わず、前記導電ペーストには、前記第2の接続対象部材の重量が加わる、請求項21に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記第2の接続対象部材が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板である、請求項20〜22のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている接続構造体を得る、請求項20〜23のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向と直交する方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分に、前記接続部中のはんだ部の70%以上が配置されている接続構造体を得る、請求項20〜24のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
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