JPH0628933A - 導電性粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の粒径の導電性粒子を安価にかつバラツ
キなく製造できる製造方法を提供する。 【構成】 表面に微細な凹部８が形成された導電性粒子
製造用基板７の表面に導電性材料の膜１０を形成し、つ
いでその膜１０の表面にフラックス１４を塗布した後、
この導電性材料膜１０を加熱溶融し、この溶融した導電
性材料膜１０が表面張力により球状化した後、これを冷
却することにより前記導電性粒子製造用基板７の各凹部
８に導電性粒子１１を生成せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液晶パネルやサ
ーマルプリンターヘッド等の基板の端子とこれを駆動す
る半導体素子の端子とを電気的に接続する際などに用い
られる導電性粒子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の端子接続構造を示すもの
で、図中符号１は一方の電子部品の基板、符号２は他方
の電子部品の基板である。基板１，２の表面には端子
４，５が設けられている。これらの基板１，２間には、
接着剤に導電性粒子３が分散されてなる接着剤層６が設
けられている。そして前記端子４，５は接着剤層６の導
電性粒子３を介して電気的に接続している。この端子接
続構造を形成するには、導電性粒子３を分散させた接着
剤を基板１に塗布し、ついで他方の基板２を押し付け
て、両基板１，２の端子４，５が導電性粒子３に接触す
るようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような接続構造では、図６に示すように、導電性粒子３
が凝集している場合があり、この凝集した導電性粒子３
を介して隣接する端子４，４および５，５間でショート
が発生するため、電極ピッチを狭めることが難しい問題
があった。

【０００４】そこで、本出願人は特願平３−１６７２５
８号において上記問題点を解決するための方法を先に提
案した。

【０００５】図７はこの本出願人の提案にかかる導電性
粒子の製造方法を説明する工程図である。まず、図７
（ａ）に示すように導電性粒子製造用基板（以下、粒子
製造用基板という）として用いるシリコン結晶基板７の
表面に異方性エッチングにより凹部８を形成する。異方
性エッチングは例えば（１００）面のシリコン結晶や
（１１０）面のシリコン結晶の表面に所定のパターンの
開口を有するマスクを形成した後、ＫＯＨ水溶液等を用
いるエッチング法であり、シリコン結晶の結晶方位によ
ってエッチングレートが異なる現象を利用した方法であ
る。この粒子製造用基板７の凹部８の形状は限定される
ものでないが、例えば四角錘のように深部に向かって徐
々に狭くなっていることが望ましい。各凹部の寸法はマ
スクの精度によって決まるので原理的には数μｍ程度の
寸法まで可能である。

【０００６】次に図７（ｂ）に示すように異方性エッチ
ングした粒子製造用基板７の表面に後に述べる導電性材
料の溶融物との濡れ性を悪くする処理９を施す。

【０００７】続いて図７（ｃ）に示すように金，ニッケ
ル，はんだ合金，インジウム等の導電性材料となる金属
を蒸着，スパッタ，電解めっき，無電解めっき等の方法
により成膜する。この導電性材料の膜（以下、材料膜と
いう）１０を加熱溶融すると表面張力により各凹部８ご
とに球状化する。これを冷却すると図７（ｄ）に示すよ
うに各凹部８ごとに導電粒子１１が得られる。ここでこ
の導電性粒子１１の大きさは粒子製造用基板７の凹部８
の開口面積および深さと材料膜１０の厚さで決まり粒子
製造用基板７の凹部８から数μｍ程突出するように定め
る。

【０００８】しかる後に図７（ｅ）に示すように粒子製
造用基板７の表面に第１の電子部品の基板１を対向位置
決めし重ね合わせる。この第１の電子部品の基板１の表
面にはあらかじめ接着剤１５を塗布しておく。

【０００９】このように粒子製造用基板７に第１の電子
部品の基板１を重ね合わせると導電性粒子１１が第１の
電子部品の基板１に移る。

【００１０】この後、図７（ｆ）に示すように、第１の
電子部品の基板１と接着剤１５を塗布した第２の電子部
品の基板２’とを位置合わせして接着すると、互いの端
子４，５と導電性粒子１１を介して電気的に接続された
状態となる。

【００１１】しかし、この方法にも問題がない訳ではな
い。すなわち、金属を粒子製造用基板７上に成膜した
後、およびこの材料膜１０を加熱溶融する際、図８に示
すように、空気中に存在する酸素によって材料膜１０表
面に酸化膜１３が形成されてしまい、材料膜１０自体の
厚みが数μｍと非常に薄いため、この酸化膜１３に起因
して球１１が形成されないという問題があった。なお、
空気中の酸素による酸化膜１３の形成を防止する手段と
して、一般的には真空置換する方法が挙げられるが、か
かる真空置換装置は、気密性と耐圧性に優れた容器を必
要とするばかりでなく、真空ポンプ等の種々の部品を必
要とするため、高価なものとなってしまう。

【００１２】本発明は、上記従来技術の実情に鑑みてな
されたもので、その目的は、所望の粒径の導電性粒子を
安価にかつバラツキなく製造することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、表面に微細な凹部が形成された導電性粒
子製造用基板の表面に導電性材料の膜を形成し、ついで
その膜の表面にフラックスを塗布した後、この導電性材
料膜を加熱溶融し、この溶融した導電性材料が表面張力
により球状化した後冷却することにより、前記導電性粒
子製造用基板の各凹部に導電性粒子を生成せしめること
を特徴とする。導電性材料の加熱溶融は、不活性ガス雰
囲気下で行なうのが好ましく、窒素ガス，アルゴンガス
などが利用できる。

【００１４】

【作用】本発明の導電性粒子の製造方法は、表面に微細
な凹部が形成された粒子製造用基板の表面に導電性材料
の膜を形成し、ついでその表面にフラックスを塗布し、
その後この膜を加熱溶融して溶融物が表面張力により球
状化した後、冷却することにより、前記粒子製造用基板
の各凹部に導電性粒子を生成するものである。したがっ
て、導電性粒子は粒子製造用基板の凹部間の壁によって
離間されている状態で形成される。また、フラックスは
材料膜表面が空気に触れて酸化膜ができるのを防止する
とともに、不所望にできた酸化膜を除去する働きをする
ため、材料膜が酸化膜に覆われて粒子の生成が妨げられ
ることなく、安価な装置で導電性粒子を製造することが
できる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１６】図１は、本発明の実施例に係る導電性粒子
の製造方法を示す工程図で、図７と同一構成部分には同
一符号を付する。

【００１７】図１（ａ）に示す粒子製造用基板７は、
（１１０）面のシリコン結晶の表面を正方形の開口が所
定のパターンで設けられたマスクで覆い、ＫＯＨ水溶液
等を用いて異方性エッチングすることによって作ること
ができる。この粒子製造用基板７の表面は、後に蒸着さ
れる導電性材料の溶融物との濡れ性が悪くなるように処
理９が施されている。

【００１８】このように粒子製造用基板７を準備した
後、粒子製造用基板７の表面にはんだ合金を蒸着して、
図１（ｂ）に示すように、材料膜１０を形成する。

【００１９】このように材料膜１０を形成した後、図１
（ｃ）に示すように材料膜１０の表面にフラックス１４
を塗布し、ついで窒素雰囲気下で加熱溶融する。する
と、溶融した導電性材料１０は各凹部８で表面張力によ
り球状化する。これを冷却すると、図１（ｄ）に示すよ
うに、各凹部８ごとに導電性粒子１１ができる。このと
き、塗布するフラックス１４の量は、凹部に形成した導
電性粒子１１の頂部がフラックス１４の層から露出しな
い程度が好ましい。過剰に塗布するとフラックス層が厚
くなり、各凹部８の導電性材料がフラックス１４の中で
凝集し、図２に示すように大きな粒子１１が形成されて
しまう。

【００２０】導電性粒子１１の大きさは、材料膜１０の
厚さによって決まるので、適正な膜厚になるように材料
膜１０を形成して、図１（ｄ）に示すように導電性粒子
１１を粒子製造用基板７の表面より数μｍ突出させる。

【００２１】このように導電性粒子１１を各凹部８に生
成した後、フラックス１４を除去し、図１（ｅ）に示す
ように、粒子製造用基板７の表面に第１の電子部品の基
板１を重ね合わせる。この第１の電子部品の基板１の表
面には、予め接着剤１５を塗布しておく。このように粒
子製造用基板７に第１の電子部品の基板１を重ね合わせ
ると、図１（ｆ）に示すように、導電性粒子１１が第１
の電子部品の基板１に移る。

【００２２】この後、図１（ｇ）に示すように、前記第
１の電子部品の基板１とあらかじめ接着剤１５を塗布し
た第２の電子部品の基板２とを位置合わせして接着する
と、互いの端子４，５が導電性粒子１１を介して電気的
に接続された状態となる。このようにして形成された端
子接続構造は、互いに離間した状態で配置された導電性
粒子１１によって、第１の電子部品の端子４と第２の電
子部品の端子５とが接続された状態となる。

【００２３】次に、前述の粒子製造用基板７の凹部８の
大きさと、材料膜１０の厚さと、導電性粒子１１の突出
寸法の関係について、図３と図４を用いて説明する。

【００２４】（１００）面のウェハに正方形の開口が設
けられたマスクを形成して、異方性エッチングすること
によって製作された粒子製造用基板７の凹部８は、図３
に示すように、底面と斜面とがなす角度θが５４．７°
の四角錘である。この凹部８に半径Ｒの真球状の導電性
粒子１１が形成されると仮定すると、形成される導電性
粒子１１の突出高さＨは、凹部８の開口部の一辺の長さ
をＬとした場合、下記（１）式で与えられる。

【００２５】

【数１】

【００２６】他方、図４（ａ）に示す平坦な基板と図４
（ｂ）に示す凹部８の形成された基板に蒸着法で同一条
件で材料膜１０を成膜した場合、凹部８に成膜された金
属の量、即ち開口部面積がＬ×Ｌの正方形の凹部８に成
膜された金属の量（Ｖｍ）は、図４（ａ）に示す平坦な
基板の一辺の長さＬの正方形の範囲に成膜された金属の
量（厚さ×面積＝ｔＬ²）と等しいと考えられる。これ
は、同一条件では面積Ｌ×Ｌの開口部を通過する金属量
は等しいからである。したがって、凹部８の内面に形成
された材料膜１０がすべて導電性粒子１１になつたと仮
定すると、導電性粒子１１の体積Ｖｂ（＝４πＲ³／
３）は、凹部８の内面に成膜された材料膜１０の金属量
Ｖｍ（＝ｔＬ²）と等しい。したがって、下記（２）式
が成立する。

【００２７】

【数２】

【００２８】この（２）式を用いて前記（１）式は下記
（３）式のように書き換えることができる。

【００２９】

【数３】

【００３０】この（３）式から、導電性粒子１１の突出
高さＨは、形成した材料膜１０の厚さｔと凹部８の開口
部の一辺の長さＬによって定まることが判る。例えば、
粒子製造用基板７に形成された凹部８の一辺の長さがＬ
＝１０μｍである場合、材料膜１０を１．１μｍの厚さ
に形成することにより、導電性粒子１１を粒子製造用基
板７の表面から＋１μｍ突出させることができると予測
できる。このことから材料膜１０を適正な厚さに形成す
れば、導電性粒子１１が粒子製造用基板７から突出した
状態となり、この状態で粒子製造用基板７に電子部品を
重ねることにより導電性粒子１１を電子部品に転写でき
る。

【００３１】上述した本発明の導電性粒子の製造方法に
よれば、導電性粒子１１がすべて互いに離間した状態で
配置されているので、導電性粒子１１を介して隣接する
端子がショートすることはない。したがって、端子を狭
いピッチで配置することが可能となり高密度実装が可能
となる。また、碁盤目状に同一形状の凹部８を設けるこ
とにより、均一密度で配置された状態で導電性粒子１１
を得ることができる。

【００３２】また、材料膜１０を形成した後、その表面
にフラックス１４を塗布することにより、材料膜１０の
表面の酸化を防止できるとともに、不所望にできた酸化
膜１３を除去できるので、酸素を排除するための複雑・
高価な真空置換装置を必要とせず、トータルコストを下
げることができる。

【００３３】さらには、異方性エッチングに用いるマス
クを適宜調整することによって、粒子製造用基板７に開
口部の大きさや形状および深さの異なる凹部を設けるこ
とも可能である。このため、異なる形状の凹部には異な
る粒径の導電性粒子１１を製造でき、導電性粒子１１の
基板７からの突出高さに差を設けることができる。した
がって、第１の電子部品１の所望の位置にのみ導電性粒
子１１を配置することができる。

【００３４】他に、本発明では、導電体あるいは絶縁体
からなる基板の表面に、後に蒸着する導電性材料の溶融
物と濡れ性の悪い導体層例えば、インジウムすず酸化物
からなる導体層などを形成し、その上に導電性材料の溶
融物との濡れ性の悪い絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエ
ッチングすることによって凹部を形成した粒子製造用基
板を用いて導電性粒子を製造することも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
凹部の開口面積と導電性材料の厚さを適宜設定すること
により、所望の粒径の導電性粒子をバラツキなく製造で
き、しかも、フラックスによって材料膜の表面に酸化膜
が形成するのが防止されるため、高価な真空置換装置が
不要となり、導電性粒子を安価に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る導電性粒子の製造方法を
示す工程図である。

【図２】フラックスの動作説明図である。

【図３】粒子製造用基板の凹部を示す説明図である。

【図４】粒子製造用基板の凹部表面に成膜される導電性
材料の量を計算する際の条件を説明するための断面図で
ある。

【図５】従来例に係る端子接続構造を示す断面図であ
る。

【図６】図５の端子接続構造の問題点を説明するための
断面図である。

【図７】本出願人が先に提案した導電性粒子の製造方法
を示す工程図である。

【図８】図７の導電性粒子の製造方法の問題点を説明す
るための断面図である。

【符号の説明】

７ 粒子製造用基板 ８ 凹部 １０ 材料膜 １１ 導電性粒子 １４ フラックス

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図８】

【図７】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に微細な凹部が形成された導電性粒
   子製造用基板の表面に導電性材料の膜を形成し、ついで
   その膜の表面にフラックスを塗布した後、この導電性材
   料膜を加熱溶融し、この溶融した導電性材料が表面張力
   により球状化した後冷却することにより、前記導電性粒
   子製造用基板の各凹部に導電性粒子を生成せしめること
   を特徴とする導電性粒子の製造方法。