JPH07216329A

JPH07216329A - 接着性組成物

Info

Publication number: JPH07216329A
Application number: JP6009372A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Suzuki; 憲一鈴木
Original assignee: Hokuriku Toryo KK
Current assignee: Hokuriku Toryo KK
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1995-08-15
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP3540830B2

Abstract

(57)【要約】【構成】導電粒子と有機樹脂を含有する接着性組成物
において、該導電粒子が、ニッケル、ニッケル−ホウ素
合金、アルミニウムおよびアルミニウム−ホウ素合金の
１種または２種以上であるか、これらの金属でメッキさ
れた金属からなり；りん片状導電粒子を２体積％以上含
み、組成物中の該導電粒子の体積分率が３０〜６５体積
％である接着性組成物。【効果】マイグレーションを起こさず、高温で使用し
ても抵抗の変化が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電性接着剤として使
用できる接着性組成物に関し、さらに詳しくは、フリッ
プチップの接着、印刷配線基板の配線などの微細部分に
用いて、マイグレーションを発生しない導電粒子を含有
する接着性組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の実装技術のひとつとして、フリ
ップチップ方式によるボンディングがある。そこでは、
はんだメッキによってバンプを形成した半導体素子を用
い、はんだによって該半導体素子の接合を行う。また、
銀パラジウム合金の粉末を含む接着剤による接着、電極
上に設けた樹脂薄膜と、樹脂ボールに金メッキした導電
粒子とによる接着などが用いられている。

【０００３】これらの接合ないし接着に用いられる材料
のうち、はんだは、鉛を含有するために、廃棄後、酸性
油などとの接触により鉛が溶出して公害の原因になる。
銀パラジウム合金は、マイグレーションが発生する。金
メッキは価格が高く、工業的利用には制約がある。

【０００４】一方、印刷配線においても、チップ部品の
接合にはんだを用いる。しかし、ピッチが微小になるに
つれて、銅箔基板においてもマイグレーションが発生す
る。はんだの代わりに導電性の銀ペーストによってチッ
プ部品を接合することが提案されているが、この場合も
マイグレーションが発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、鉛、
クロムなど、廃棄されたときに公害の原因になるような
金属を含有せず、金、パラジウムに比べて低コストで容
易に入手が可能であり、マイグレーションを起こさず、
かつ、高温で放置しても抵抗の変化の少ない、安定した
導電性を有する接着性組成物を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、この課題を
達成するために検討を重ねた結果、特定範囲の金属から
なり、または該特定範囲の金属によって表面をメッキさ
れた特定の形状と寸法を有する導電粒子を含む接着性組
成物を用いて、フリップチップの接着や、印刷配線にお
ける接着に使用したときに、上記の課題を達成しうるこ
とを見出して、本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明の接着性組成物は、導電
粒子と有機樹脂を含有する接着性組成物において、（Ａ）該導電粒子が、（イ）ニッケル、ニッケル−ホウ
素合金、アルミニウムおよびアルミニウム−ホウ素合金
の１種もしくは２種以上であるか、または金属粒子表面
をニッケル、ニッケル−ホウ素合金、アルミニウムおよ
びアルミニウム−ホウ素合金の１種もしくは２種以上で
メッキした金属からなり；かつ（ロ）りん片状導電粒子
を２体積％以上含み、該りん片状導電粒子の扁平面の平
均直径が０．５〜３０μm であり、アスペクト比が１０
〜２００であり；（Ｂ）組成物中、該導電粒子を体積分率で３０〜６５体
積％含むことを特徴とする。

【０００８】本発明の接着性組成物は、ニッケル、ニッ
ケル−ホウ素合金、アルミニウムおよびアルミニウム−
ホウ素合金の１種もしくは２種以上であるか、または金
属粒子表面をニッケル、ニッケル−ホウ素合金、アルミ
ニウムおよびアルミニウム−ホウ素合金の１種もしくは
２種以上でメッキした金属からなる導電粒子を含む。メ
ッキした導電粒子の場合、メッキは、上記の金属相互の
間で行ってもよく、上記の金属以外の金属、好ましくは
銅の表面に行ってもよい。上記の４種の金属の１種また
は２種以上からなる導電粒子、またはこれらの金属で表
面をメッキした導電粒子を用いることにより、マイグレ
ーションを生ずることなく、経済性や安全性でも有利
な、導電性を有する接着性組成物が得られる。このよう
な導電粒子のうち、好ましいものは、上記の金属単独か
らなる導電粒子か、ニッケル−ホウ素合金でメッキされ
た銅粉である。後者の場合、メッキ層が薄いと、使用中
に基材が露出してマイグレーションを起こしやすいの
で、メッキ層の厚さは０．１μm 以上であることが好ま
しい。

【０００９】本発明に用いられる導電粒子は、さらに、
少なくとも後述の特定の粒子寸法を有するりん片状の導
電粒子を含むことに、大きな特徴がある。導電粒子に
は、他の形状、たとえば球状、針状などの形状を有する
ものを含んでも差支えない。このようなりん片状の導電
粒子を配合することにより、保存中の接着性組成物、ま
た作業中の導電ペーストからの導電粒子の沈降を防止で
きる。

【００１０】本発明の接着性組成物に用いられるりん片
状導電粒子は、その扁平面の平均直径、すなわち長径と
短径の平均が０．５〜３０μm 、好ましくは２〜１０μ
m である。平均直径が０．５μm 未満では、硬化の際に
粒子表面が酸化して接触抵抗が大きくなり、３０μm を
越えると、印刷の際に版が目づまりを起こす。アスペク
ト比は１０〜２００、好ましくは２０〜５０である。ア
スペクト比が１０未満では、りん片状導電粒子を配合す
ることによる導電粒子の沈降を防止する効果が不十分と
なり、２００を越えると、それだけ粒子の厚さが小さく
なり、硬化の際の表面酸化による接触抵抗を増す傾向が
ある。

【００１１】りん片状導電粒子の配合量は、導電粒子全
体の２体積％以上、好ましくは２〜６５体積％、さらに
好ましくは２０〜５５体積％である。２体積％未満で
は、保存中の導電粒子の沈降が著しく、また接触抵抗が
大きくなる。

【００１２】本発明の導電粒子には、上述のりん片状導
電粒子のほかに、平均粒子径が０．１〜３０μm 、好ま
しくは１〜１０μm の球状導電粒子を配合してもよい。
なお、ここでいう球状導電粒子には、カルボニル法ニッ
ケル粉のように、表面に針状突起を有する球状の粒子を
も包含する。平均粒子径が０．１μm 未満ではチクソト
ロピック性が著しく大きくなり、均一な層を形成しにく
い。また、導電粒子の体積分率が同等の組成物で比較す
ると、その接触抵抗が大きく、また、加熱によって組成
物を硬化させる際に、粒子表面が酸化して、接触抵抗を
いっそう大きくする傾向がある。そのうえ、該組成物を
印刷する際に、版の跡が残りやすくなる。一方、平均粒
子径が３０μm を越えると、保存中に沈降して分離しや
すい。また、印刷の際に版が目づまりを起こしやすく、
作業性が悪い。球状導電粒子の配合量は、導電粒子全体
の３０体積％以下が好ましい。３０体積％を越えると、
組接物の比抵抗が高くなり、また該組成物と溶媒とを含
む導電ペーストから、導電粒子が沈降しやすいからであ
る。

【００１３】また、導電粒子中、特に球状導電粒子中
に、マイグレーションを起こしにくく、高温多湿環境
（たとえば８５℃、８０％RH）中でも抵抗変化が小さい
ことから、表面がニッケル−ホウ素合金である導電粒
子、すなわち、ニッケル−ホウ素合金からなる導電粒子
か、ニッケル−ホウ素合金でメッキされた金属粒子を配
合することが好ましい。このような、表面がニッケル−
ホウ素合金である球状導電粒子は、導電粒子中、３０体
積％以下であることが好ましく、２５体積％以下がさら
に好ましい。

【００１４】本発明の接着性組成物は、上述の導電粒子
と、バインダーである有機樹脂とを主成分として含有す
る。該組成物中の導電粒子の体積分率は、３０〜６５体
積％、好ましくは４０〜５５体積％である。３０体積％
未満では導電粒子相互の接触がバインダーの有機樹脂に
よって妨げられて、体積抵抗率が大きくなる。また、６
５体積％以上でも抵抗が高くなり、また接着強度が不十
分である。

【００１５】本発明の接着性組成物にバインダーとして
用いられる有機樹脂は、該組成物の使用目的に応じて、
任意に選択することができる。すなわち、フリップチッ
プの導電性接着剤として用いる場合、有機樹脂として
は、フェノール樹脂またはイソシアナートを硬化剤とし
て用いるエポキシ樹脂のほか、エポキシ樹脂単独、ポリ
エステル、ＡＢＳおよびポリビニルブチラールが例示さ
れる。特に、エポキシ樹脂単独、熱可塑性ポリエステ
ル、ＡＢＳ、熱可塑性ポリビニルブチラールのような熱
可塑性樹脂を用いると、リペア性に優れたフリップチッ
プ用接着剤が得られることから好ましい。一方、印刷回
路に各種の部品を導電接着するのに用いられる場合、有
機樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂、硬化剤を
併用するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂の
ような熱硬化性樹脂が例示される。また、はんだの代わ
りにチップ部品を固定する導電性接着剤として用いられ
る場合、硬化剤を併用するエポキシ樹脂、フェノール樹
脂、エポキシ−フェノール樹脂、アミノ樹脂のような熱
硬化性樹脂が好適である。

【００１６】本発明の接着性組成物は、溶媒に有機樹脂
を溶解させ、導電粒子を分散させた導電ペーストの形態
に調製して用いることができる。溶媒としては、該有機
樹脂の種類に応じて、トルエン、キシレン、メシチレン
およびテトラリンのような芳香族炭化水素類；テトラヒ
ドロフランのようなエーテル類；メチルエチルケトン、
メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロ
ンのようなケトン類；２−ピロリドンおよび１−メチル
−２−ピロリドンのようなラクトン類；エチレングリコ
ールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチ
ルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、
ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノエチルエーテルおよびジエチレングリコ
ールモノブチルエーテル、さらにこれらに対応するプロ
ピレングリコール誘導体のようなエーテルアルコール
類；ならびにそれらに対応する酢酸エステルのようなエ
ステル類が例示される。溶媒の使用量は、用いられる導
電粒子および有機樹脂の種類と量比、ならびに導電ペー
ストを印刷する方法などにより、任意に選択される。

【００１７】導電ペーストには、このほか、必要に応じ
て、アミン類のような硬化触媒、シランカップリング
剤、レベリング剤、表面処理剤などを配合してもよい。

【００１８】導電ペーストは、これらの配合成分を、ら
いかい機、プロペラ撹拌機、ニーダー、ロールなどによ
って均一に混合して調製し、スクリーン印刷、グラビア
印刷、ディスペンスなど、任意の方法で印刷または塗布
することができる。有機溶媒を用いる場合は、印刷また
は塗布の後、常温で、または加熱によって、該溶媒を揮
散させる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の接着性組成物は、導電性であ
り、電圧を印加してもマイグレーションを起こすことな
く、高温で使用しても抵抗の変化が少ない。また、容易
に入手でき、しかも公害の原因にならない金属の粒子を
用いるために、経済性および安全性の点でも有利であ
る。

【００２０】このような利点を生かして、本発明の接着
性組成物は、フリップチップ用接着剤、印刷回路基板の
配線、チップ部品の固定、ハイブリッドＩＣの外装のシ
ールドなどに有用である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例および比較例によって、本発明
をさらに詳細に説明する。本発明はこれらの実施例によ
って限定されるものではない。なお、実施例および比較
例において、評価は次のような方法で行った。

【００２２】（１）比抵抗硬化した塗膜について、極超絶縁計を用いて、室温２０
±３℃、相対湿度５０±１５％で測定した（常態）。ま
た、塗膜を１５０℃に１，０００時間放置した後に、同
様の測定を行った（高温放置後）。

【００２３】（２）リペア性１７０℃に設定したホットプレート上に、チップを接着
した試料をのせ、ピンセットでチップを取り除いた。つ
いで、そこに新しいチップを圧接して、導通することを
確認した。

【００２４】（３）マイグレーション発生時間線間０．５mmの回路の間に塗膜を形成して、その上に口
径１mmのスポイドで１滴の水滴を置き、３０Ｖの直流電
圧をかけて、通電するまでの時間を測定した。ただし、
測定を１時間で打切り、それに耐える試料のマイグレー
ション発生時間を＞６０分と表した。

【００２５】（４）接着強度接着したチップ抵抗器を横からプッシュプルゲージ（丸
菱科学機械製作所製、ＰＧＤII型）で突いて、数値を読
みとることにより、剥離に要する力を測定した。

【００２６】実施例１〜４、比較例１表１に示す組成の、熱可塑性樹脂、導電粒子および添加
剤からなる導電性組成物を調製し、表１に示す溶媒を用
いて、見掛け粘度が３０Pa・sの導電ペーストとした。ア
ルミナ基板上に金ペーストをスクリーン印刷し、１５０
℃で５分乾燥し、ついで９００℃で５分の焼成を行っ
て、回路を形成した。この回路上に、上記の導電ペース
トをスクリーン印刷して、ＩＣチップを圧着し、１２０
℃で１時間加熱することによって接着した。この接着物
について、前述の試験法により、比抵抗（常態）、リペ
ア性およびマイグレーション発生時間の測定を行った。
その結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例５〜９、比較例２表２に示す組成の、熱硬化性樹脂、導電粒子および添加
剤からなる導電性組成物を調製した。これを、銅張り基
板のランド部にスクリーン印刷し、その上に３２１６型
角チップ抵抗器を置いて、２００℃で１５分加熱して硬
化、接着させて試料を作製した。この試料を用いて、塗
膜の比抵抗（常態および高温放置後）、マイグレーショ
ン発生時間ならびに接着強度を測定した。その結果を表
２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】比較例３接着性組成物の代わりにはんだを用い、上記と同様に銅
張り基板とチップ抵抗器を接合して、試料を作製した。
この試料について測定を行ったところ、比抵抗（常態）
は１．５×１０^-5Ω・cmであった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電粒子と有機樹脂を含有する接着性組
成物において、（Ａ）該導電粒子が、（イ）ニッケル、ニッケル−ホウ
素合金、アルミニウムおよびアルミニウム−ホウ素合金
の１種もしくは２種以上であるか、または金属粒子表面
をニッケル、ニッケル−ホウ素合金、アルミニウムおよ
びアルミニウム−ホウ素合金の１種もしくは２種以上で
メッキした金属からなり；かつ（ロ）りん片状導電粒子
を２体積％以上含み、該りん片状導電粒子の扁平面の平
均直径が０．５〜３０μm であり、アスペクト比が１０
〜２００であり；（Ｂ）組成物中、該導電粒子を体積分率で３０〜６５体
積％含むことを特徴とする接着性組成物。
【請求項２】有機樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１
記載のフリップチップ接着用組成物。
【請求項３】有機樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１
記載の印刷配線部品接着用組成物。