JP7425561B2 - 導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子と、ギャップ材とを含む。本発明に係る導電材料では、上記はんだ粒子(導電材料に含まれるはんだ粒子)の融点+20℃及び3分間の条件で上記熱硬化性成分を硬化させた硬化物の軟化点が、上記はんだ粒子の融点以下である。上記はんだ粒子(導電材料に含まれるはんだ粒子)の融点+20℃及び3分間の条件で上記導電材料を硬化させた硬化物に対する銅片の25℃でのダイシェア強度をダイシェア強度DS25とする。上記はんだ粒子(導電材料に含まれるはんだ粒子)の融点+20℃及び3分間の条件で上記導電材料を硬化させた硬化物に対する銅片の上記はんだ粒子の融点でのダイシェア強度をダイシェア強度DSmpとする。本発明に係る導電材料では、上記ダイシェア強度DS25の上記ダイシェア強度DSmpに対する比が、10以上1000以下である。
上記導電材料は、複数のはんだ粒子を含む。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面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、中心部分及び外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子の代わりに、はんだ以外の材料から形成された基材粒子と該基材粒子の表面上に配置されたはんだ部とを備える導電性粒子を用いた場合には、電極上に導電性粒子が集まり難くなる。また、上記導電性粒子では、導電性粒子同士のはんだ接合性が低いために、電極上に移動した導電性粒子が電極外に移動しやすくなる傾向があり、電極間の位置ずれの抑制効果も低くなる傾向がある。
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
上記導電材料は、ギャップ材を含む。上記ギャップ材は、導電接続時に、2つの部材のギャップを確保するためのギャップ材である。上記ギャップ材は、導電接続時に、2つの部材に接触する。導電接続時に、上記ギャップ材により確保された空間に、上記はんだ粒子を、1つのはんだ粒子が2つの部材の双方に接しないように配置させることができる。また、本発明では、ギャップ材を含むことにより、電子部品ごとのコプラナリティを一定にすることができ、電極周辺の熱硬化性成分量を均一にすることができるので、隣接する電極における熱硬化性成分の硬化物同士が接触することを防止できる。上記ギャップ材の形状は、粒子であることが好ましい。上記ギャップ材は、ギャップ粒子であることが好ましい。上記ギャップ材の融点は、250℃以上であってもよく、300℃以上であってもよく、350℃以上であってもよく、400℃以上であってもよい。上記ギャップ材の融点は、2000℃以下であってもよく、1000℃以下であってもよい。
ρ:ギャップ材の粒子径の標準偏差
Dn:ギャップ材の粒子径の平均値
上記導電材料は、熱硬化性成分を含む。上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含んでいてもよい。導電材料をより一層良好に硬化させるために、上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含むことが好ましい。導電材料をより一層良好に硬化させるために、上記導電材料は、熱硬化性成分として硬化促進剤を含むことが好ましい。
上記熱硬化性化合物は特に限定されない。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。導電材料の硬化性及び粘度をより一層良好にする観点、導通信頼性をより一層効果的に高める観点、及び絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化性化合物としては、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物が好ましく、エポキシ化合物がより好ましい。上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は、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。
上記熱硬化剤は特に限定されない。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等のチオール硬化剤、酸無水物硬化剤、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。リペア性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化剤は、酸無水物硬化剤であることが好ましい。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。
上記導電材料は硬化促進剤を含んでいてもよい。上記硬化促進剤は特に限定されない。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、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。
上記導電材料はフラックスを含んでいてもよい。フラックスを用いることで、はんだを電極上により一層効率的に配置することができる。上記フラックスは特に限定されない。上記フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを用いることができる。
本発明に係る導電材料は、フィラーを含んでいてもよい。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。上記導電材料がフィラーを含むことにより、基板の全電極上に対して、はんだを均一に凝集させることができる。
上記導電材料は、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、チキソ剤、レベリング剤、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、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、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、上記接続部の材料が、上述した導電材料である。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。
熱硬化性化合物1:脂肪族エポキシ化合物、共栄社化学社製「エポライト1600」
熱硬化性化合物2:フェノールノボラック型エポキシ化合物、DOW社製「DEN431」
熱硬化性化合物3:ビスフェノールF型エポキシ化合物、新日鉄住金化学社製「YDF-8170C」
熱硬化性化合物4:ビスフェノールA型エポキシ化合物、新日鉄住金化学社製「YD-8125」
熱硬化性化合物5:イソシアヌル骨格含有エポキシ化合物、日産化学社製「TEPIC-SP」の活性水素量同当量混合物
熱硬化剤1:酸無水物硬化剤、新日本理化社製「リカシッドTDA-100」
熱硬化剤2:酸無水物硬化剤、新日本理化社製「リカシッドMH」
熱硬化剤3:潜在性マイクロカプセル化イミダゾール硬化剤、旭化成ケミカルズ社製「ノバキュアHX3941HP」
硬化促進剤1:有機ホスホニウム塩、日本化学工業社製「PX-4MP」
フラックス1:「アジピン酸ベンジルアミン塩」、融点171℃
フラックス1の作製方法:
ガラスビンに、反応溶媒である水24gと、アジピン酸(和光純薬工業社製)13.89gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)10.715gを入れて、約5分間撹拌し、混合液を得た。得られた混合液を5℃~10℃の冷蔵庫に入れて、一晩放置した。析出した結晶をろ過により分取し、水で洗浄し、真空乾燥し、フラックス1を得た。
はんだ粒子1:SnBiはんだ粒子、融点138℃、三井金属社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子、平均粒子径:10μm
はんだ粒子2:SnAgCuはんだ粒子、融点:217℃、三井金属鉱業社製「SnAg3Cu0.5」、平均粒子径:10μm
ギャップ材1:ジビニルベンゼン共重体樹脂粒子、積水化学社製「ミクロパールSP-30」、平均粒子径:30μm
ギャップ材2:ジビニルベンゼン共重体樹脂粒子、積水化学社製「金ミクロパールAU-30」、平均粒子径:30μm
(1)導電材料(異方性導電ペースト)の作製
下記の表1,2に示す成分を下記の表1,2に示す配合量で配合して、導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
第2の接続対象部材として、半導体チップ本体(サイズ10mm×10mm、厚み1mm)の表面に、500μmピッチで4mm×4mmの銅電極が配置されている半導体チップを用意した。
(1)硬化物の軟化点と、はんだ粒子の融点との関係(導電材料に含まれるはんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で熱硬化性成分を硬化させた硬化物の軟化点と、はんだ粒子の融点との関係)
導電材料の作製に用いた熱硬化性成分を用意した。用意した熱硬化性成分を導電材料に含まれるはんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で硬化させて硬化物を得た。得られた硬化物の軟化点を、動的粘弾性測定装置(ユービーエム社製「Rheogel-E」)を用いて、温度範囲25℃~導電材料に含まれるはんだ粒子の融点℃、昇温速度5℃/分、及び10Hzの条件で測定を行った。得られた結果から、硬化物の軟化点を算出した。
○:導電材料に含まれるはんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で熱硬化性成分を硬化させた硬化物の軟化点が、はんだ粒子の融点以下である
×:導電材料に含まれるはんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で熱硬化性成分を硬化させた硬化物の軟化点が、はんだ粒子の融点を超える
得られた導電材料を用いて、導電材料の25℃でのダイシェア強度(DS25)及び導電材料のはんだ粒子の融点でのダイシェア強度(DSmp)を算出した。
使用機器dage SERIES 4000
使用ロードセル dage DS100 (100kg用)
テストスピード 300μm/s
降下スピード 300μm/s
テスト高さ 30μm
○:比(DS25/DSmp)が10以上1000以下
×:比(DS25/DSmp)が10未満であるか、又は、1000を超える
得られた接続構造体において、上下の電極間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。接続抵抗を以下の基準で判定した。
○○:接続抵抗の平均値が8.0Ω以下
○:接続抵抗の平均値が8.0Ωを超え、10.0Ω以下
△:接続抵抗の平均値が10.0Ωを超え、15.0Ω以下
×:接続抵抗の平均値が15.0Ωを超える
得られた接続構造体の接続部をはんだ粒子の融点で加熱し、第2の接続対象部材を第1の接続対象部材から剥離した。剥離後、第1の接続対象部材に剥がれが無いか否か、また、隣接する電極における熱硬化性成分の硬化物同士が接触しているか否かを目視で観察した。剥離性を以下の基準で判定した。
○○:熱硬化性成分の硬化物同士が接触しておらず、第1の接続対象部材に剥がれが観察されない
○:熱硬化性成分の硬化物同士が接触しているが、第1の接続対象部材に剥がれが観察されない
×:熱硬化性成分の硬化物同士が接触しているか否かにかかわらず、第1の接続対象部材に剥がれが観察される
上記の(4)剥離性の評価後の第1の接続対象部材を用意した。用意した第1の接続対象部材を用いて、上述した「(2)接続構造体の作製」と同様にして、再度、接続構造体を作製した。さらに、再接続した接続構造体を用いて、上記の(3)接続抵抗と同様の評価を行った。再接続した接続構造体の接続抵抗から、再接続性を以下の基準で判定した。
○:再接続前の接続構造体の接続抵抗に対して、再接続後の接続構造体の接続抵抗の上昇率が10%以下
×:再接続前の接続構造体の接続抵抗に対して、再接続後の接続構造体の接続抵抗の上昇率が10%を超える
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…導電材料
11A…はんだ粒子
11B…熱硬化性成分
11C…ギャップ材
Claims (9)
- 熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子と、ギャップ材と、フラックスとを含む導電材料であり、
前記フラックスは、脂肪族系カルボン酸と塩基化合物との塩であり、
前記導電材料100重量%中、前記はんだ粒子の含有量が、55重量%以上であり、
前記導電材料100重量%中、前記脂肪族系カルボン酸と塩基化合物との塩の含有量が、0.5重量%以上であり、
前記はんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で前記熱硬化性成分を硬化させた硬化物の軟化点が、前記はんだ粒子の融点以下であり、
前記はんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で前記導電材料を硬化させた硬化物に対する銅片の25℃でのダイシェア強度をダイシェア強度DS25とし、前記はんだ粒子の融点+20℃及び3分間の条件で前記導電材料を硬化させた硬化物に対する銅片の前記はんだ粒子の融点でのダイシェア強度をダイシェア強度DSmpとしたときに、前記ダイシェア強度DS25の前記ダイシェア強度DSmpに対する比が、10以上1000以下である、導電材料。 - 前記熱硬化性成分が、熱硬化剤を含み、
前記熱硬化剤が、酸無水物硬化剤を含む、請求項1に記載の導電材料。 - 前記はんだ粒子の融点が、120℃以上280℃以下である、請求項1又は2に記載の導電材料。
- 前記はんだ粒子の平均粒子径が、2μm以上75μm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記導電材料100重量%中、前記はんだ粒子の含有量が、55重量%以上90重量%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記導電材料100重量%中、前記ギャップ材の含有量が、0.01重量%以上5重量%以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の導電材料。
- 導電ペーストである、請求項1~6のいずれか1項に記載の導電材料。
- 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
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、
前記接続部の材料が、請求項1~7のいずれか1項に記載の導電材料であり、
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。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の導電材料を用いて、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、前記導電材料を配置する工程と、
前記導電材料の前記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、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に前記導電材料を加熱することで、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、前記導電材料により形成し、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。
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