JPH11152598A

JPH11152598A - 導電性微粒子及び導電接続構造体

Info

Publication number: JPH11152598A
Application number: JP9318279A
Authority: JP
Inventors: Takuo Suzuki; 卓夫鈴木; Shinzo Yamada; 真三山田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-08
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: JP3682156B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ボールグリップアレイやフリップチップ等の
導電接合方法によって電極基板及び半導体チップ等の素
子、又は、電極基板同士の接合を良好に行うことができ
る導電性微粒子、並びに、それを用いて導電接合され、
接合不良がなく信頼性の高い導電接続構造体を提供す
る。【解決手段】金属粒子に低融点金属を被覆してなる金
属球からなる導電性微粒子であって、上記金属粒子は、
平均長径が導電性微粒子の１／２〜１／１．０４、アス
ペクト比２未満、ＣＶ値３０％以下のものであり、上記
金属球は、平均粒径４０〜１０００μｍ、ＣＶ値１５％
以下のものである導電性微粒子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ等の
素子、電極基板等を導電接合する際に用いられる導電性
微粒子及びそれを用いて導電接合された導電接続構造体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子等の電子機器を製造する際
に、集積回路（ＬＳＩ）半導体チップと液晶表示パネル
等の電極を有する基板との接合においては、従来より導
電接合が行われている。導電接合に使用される材料とし
ては、例えば、特開昭６２−６１２０４号公報には、ハ
ンダ合金とプラスチック材料とを混練してなる導電性接
着シートが開示されており、特開昭６２−６１３９６号
公報、特開昭６２−１６１１８７号公報、特開昭６２−
１２７１９４号公報には、電極基板と半導体チップ等の
素子とをハンダを利用して導電接合するための材料が開
示されている。

【０００３】また、導電性微粒子を用いて導電接合させ
る方法としては、例えば、特開昭６２−４１２３８号公
報には、銅からなる芯体の表面にニッケル合金の被覆層
を設けた導電性充填材が開示されており、このような導
電性充填材は、有機高分子材料や塗料に配合して接着剤
として使用されている。このような方法の他にも、例え
ば、銀の微粉をエポキシ樹脂中に混合して粒子状に成形
した導電性微粒子を使用する方法等が提案されている。

【０００４】しかしながら、これらの方法では、電気抵
抗を充分に下げることが困難であった。また、導電接合
に際して、有機高分子材料等を接着剤として使用してい
るため、導電性微粒子により電気的接続が行われ、有機
高分子材料等により機械的接続が行われるので、このよ
うな接合方法で接合された電子部品は、高温になると有
機高分子材料等が熱膨張して電気的接続が不良となった
り、電気抵抗値が増大する等の問題点があった。

【０００５】有機高分子材料等の接着剤を使用しない導
電接合方法としては、現在、ボールグリップアレイ（Ｂ
ＧＡ）やフリップチップ等が行われており、導電性微粒
子としてハンダ粒子が広く使用されている。しかしなが
ら、ハンダ粒子は、加熱溶融させて接合する際に、接合
部分のハンダが拡がりやすいこと、隣接する電極をショ
ートさせやすいこと、電極基板と半導体チップ等の素子
との間隔が変化すると、特定の接合部分に負荷が掛かり
やすいこと等の問題点があった。このような問題が発生
しないような工夫がなされた装置も考案されているが、
装置の操作が煩雑であるために、実際にはほとんど使用
されていないのが実情であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、ＢＧＡやフリップチップ等の導電接合方法によって
電極基板及び半導体チップ等の素子、又は、電極基板同
士の接合を良好に行うことができる導電性微粒子、並び
に、それを用いて導電接合され、接合不良がなく信頼性
の高い導電接続構造体を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属粒子に低
融点金属を被覆してなる金属球からなる導電性微粒子で
あって、上記金属粒子は、平均長径が導電性微粒子の１
／２〜１／１．０４、アスペクト比２未満、ＣＶ値３０
％以下のものであり、上記金属球は、平均粒径４０〜１
０００μｍ、ＣＶ値１５％以下のものである導電性微粒
子である。以下に本発明を詳述する。

【０００８】本発明の導電性微粒子は、金属粒子に低融
点金属を被覆してなる金属球からなるものである。上記
金属粒子は、平均長径が導電性微粒子の１／２〜１／
１．０４のものである。１／２未満であると、低融点金
属を加熱溶融させて接合する際に、溶融した低融点金属
が接合部分において拡がりすぎて隣接する電極をショー
トさせたり、電極基板と半導体チップ等の素子又は電極
基板同士の間隔が変化して特定の部分に負荷が掛かりや
すくなり、１／１．０４を超えると、接合部分の低融点
金属に薄い部分ができるため、負荷が掛かったときに割
れて導通不良になったり、金属粒子と導電性微粒子との
大きさのバラツキのために接続不良が発生したりするの
で、上記範囲に限定される。好ましくは、１／１．５〜
１／１．１である。

【０００９】上記金属粒子は、アスペクト比２未満のも
のである。２以上であると、粒子が不揃いとなり上記と
同様の不具合が生じるので、上記範囲に限定される。好
ましくは、１．２未満である。なお、上記アスペクト比
は、粒子の平均長径を平均短径で割った値である。

【００１０】上記金属粒子は、ＣＶ値３０％以下のもの
である。３０％を超えると、粒子が不揃いとなり上記と
同様の不具合が生じるので、上記範囲に限定される。好
ましくは、１５％以下である。なお、上記ＣＶ値は、下
記式；ＣＶ値＝（σ／Ｄｎ）×１００（σは粒子径の標準偏差を表し、Ｄｎは数平均粒子径を
表す。）で表される値である。

【００１１】上記金属粒子としては、平均長径、アスペ
クト比及びＣＶ値が上記範囲のものであり、かつ、被覆
される低融点金属の融点よりも高い融点を有するもので
あれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、コバル
ト、インジウム、錫、鉄、鉛、亜鉛、クロム、アルミニ
ウム、これらの合金等が挙げられる。これらのうち、価
格及び導電性の観点からは銅が、また、価格及び硬さの
観点からはニッケルが好適に用いられる。

【００１２】上記低融点金属としては特に限定されず、
例えば、共晶ハンダ等の鉛入りハンダ；錫−銀系、錫−
亜鉛系、錫−インジウム系、錫−ビスマス系等の鉛フリ
ーハンダ等が挙げられる。上記低融点金属としては、融
点が３００℃以下のものが好ましい。より好ましくは、
２３０℃以下である。

【００１３】本発明の導電性微粒子は、上記金属粒子を
上記低融点金属で被覆してなる金属球からなるものであ
る。上記金属粒子を上記低融点金属で被覆する方法とし
ては特に限定されず、例えば、無電解メッキ、溶融メッ
キ、拡散メッキ、電気メッキ、溶射、蒸着等の方法が挙
げられる。

【００１４】上記金属球は、平均粒径４０〜１０００μ
ｍのものである。４０μｍ未満であると、接合の際の導
電性微粒子の位置決めが困難となり、１０００μｍを超
えると、接合される電極基板と半導体チップ等の素子又
は接合される電極基板同士の間隔が広くなりすぎ、ＢＧ
Ａ等の本来の目的である小型化を達成することができな
いので、上記範囲に限定される。より好ましくは、１０
０〜５００μｍである。

【００１５】上記金属球は、ＣＶ値１５％以下のもので
ある。１５％を超えると、低融点金属を加熱溶融させて
接合する際に、溶融した低融点金属が接合部分において
拡がりすぎて隣接する電極をショートさせたり、電極基
板と半導体チップ等の素子又は電極基板同士の間隔が変
化して特定の部分に負荷が掛かりやすくなり、また、接
合部分の低融点金属に薄い部分ができるため、負荷が掛
かったときに割れて導通不良になったり、粒径のバラツ
キのために接続不良になったりするので、上記範囲に限
定される。好ましくは、５％以下である。

【００１６】本発明においては、上記金属球そのものが
本発明の導電性微粒子を構成してもよいが、位置決め等
のやりやすさから、上記金属球を核として、その表面に
接着剤層等を設けてもよい。

【００１７】上記接着剤層を構成するものとしては特に
限定されず、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、
エチレン−アクリル酸エステル共重合体；ポリメチル
（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレー
ト、ポリブチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アク
リレート重合体及び共重合体；ポリスチレン、スチレン
−アクリル酸エステル共重合体、ＳＢ型スチレン−ブタ
ジエンブロック共重合体、ＳＢＳ型スチレン−ブタジエ
ンブロック共重合体、その他ビニル系重合体及び共重合
体；エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の
樹脂；クリームハンダ系の混合物等が挙げられる。

【００１８】本発明２は、本発明１の導電性微粒子を用
いてなる導電接続構造体である。本発明２の導電接続構
造体とは、電極基板と素子、又は、電極基板同士を導電
接合した構造体等を意味する。

【００１９】上記電極基板としては特に限定されず、例
えば、ガラス板、セラミック板、合成樹脂製板等の表面
にＩＴＯ等で電極を形成させたもの等が挙げられる。上
記素子としては特に限定されず、例えば、ＬＳＩ半導体
チップ、コンデンサーチップ等が挙げられる。本発明１
の導電性微粒子を用いて上記電極基板等を導電接合する
方法としては特に限定されず、例えば、ＢＧＡ、フリッ
プチップ等が挙げられる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００２１】実施例１金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．３、
アスペクト比１．１、ＣＶ値１０％のニッケルを用い、
これに共晶ハンダを電気メッキにより被覆して、本発明
の導電性微粒子（平均粒径３００μｍ、ＣＶ値３％）を
得た。

【００２２】得られた導電性微粒子を、穴径が導電性微
粒子の直径の半分であり、隣の電極との間隔が導電性微
粒子の２倍である電極が１０×１０に配置されたＢＧＡ
チップ上に配置し、引き出し電極のついた基板を重ね合
わせ、３００℃に加熱しながら接合した。

【００２３】両基板の導電接合状態は良好であり、隣接
する電極のショートも認められなかった。また、−４０
〜１２０℃の熱サイクル試験を５０００サイクル実施し
た後も性能低下は全く認められなかった。

【００２４】実施例２金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．６、
アスペクト比１．２、ＣＶ値２５％のニッケルを用いた
こと以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均
粒径３００μｍ、ＣＶ値１０％）を得、テストを行っ
た。

【００２５】両基板の導電接合状態は良好であり、隣接
する電極のショートも認められなかった。また、−４０
〜１２０℃の熱サイクル試験を５０００サイクル実施し
たところ、５０００サイクルでは一部導通不良がみられ
たものの、１０００サイクルまでは性能低下はまったく
認められず、実用上問題がないものであった。

【００２６】実施例３金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．５、
アスペクト比１．１、ＣＶ値２０％のニッケルを用いた
こと以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均
粒径１００μｍ、ＣＶ値５％）を得、テストを行った。

【００２７】両基板の導電接合状態は良好であり、隣接
する電極のショートも認められなかった。また、−４０
〜１２０℃の熱サイクル試験を５０００サイクル実施し
た後も性能低下は全く認められなかった。

【００２８】実施例４金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．１、
アスペクト比１．０５、ＣＶ値５％の銅を用いたこと以
外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均粒径５
００μｍ、ＣＶ値２％）を得、テストを行った。

【００２９】両基板の導電接合状態は良好であり、隣接
する電極のショートも認められなかった。また、−４０
〜１２０℃の熱サイクル試験を５０００サイクル実施し
た後も性能低下は全く認められなかった。

【００３０】比較例１金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／３、アス
ペクト比１．１、ＣＶ値１０％のニッケルを用いたこと
以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均粒径
３００μｍ、ＣＶ値３％）を得、テストを行った。両基
板の導電接合状態は良好であったが、一部隣接する電極
のショートが認められた。また、−４０〜１２０℃の熱
サイクル試験を１０００サイクル実施したところ、一部
接続不良が認められた。

【００３１】比較例２金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．０
３、アスペクト比１．１、ＣＶ値１０％のニッケルを用
いたこと以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子
（平均粒径３００μｍ、ＣＶ値３％）を得、テストを行
った。両基板の導電接合状態は、隣接する電極のショー
トは認められなかったものの、一部接続不良が認められ
た。

【００３２】比較例３金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．３、
アスペクト比２、ＣＶ値３５％のニッケルを用いたこと
以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均粒径
３００μｍ、ＣＶ値３％）を得、テストを行った。両基
板の導電接合状態は、隣接する電極のショートは認めら
れなかったものの、一部接続不良が認められた。

【００３３】比較例４金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．３、
アスペクト比１．１、ＣＶ値４５％のニッケルを用いた
こと以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均
粒径３００μｍ、ＣＶ値３％）を得、テストを行った。
両基板の導電接合状態は、隣接する電極のショートは認
められなかったものの、一部接続不良が認められた。

【００３４】比較例５金属粒子として平均長径が導電性微粒子の１／１．３、
アスペクト比１．５、ＣＶ値４０％のニッケルを用いた
こと以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子（平均
粒径２０μｍ、ＣＶ値４０％）を得た。導電性微粒子の
位置決めが困難でテストを行うことができなかった。

【００３５】比較例６平均粒径２０００μｍの導電性微粒子を用いたこと以外
は、実施例１と同様にしてテストを行った。両基板の導
電接合状態は良好であり、隣接する電極のショートも認
められなかった。また、−４０〜１２０℃の熱サイクル
試験を５０００サイクル実施した後も性能低下は全く認
められなかった。しかしながら、基板サイズが１辺５０
ｍｍを超え、小型化することができなかった。

【００３６】比較例７ＣＶ値２０％の導電性微粒子を用いたこと以外は、実施
例１と同様にしてテストを行った。両基板の導電接合状
態は良好であり、隣接する電極のショートも認められな
かった。但し、−４０〜１２０℃の熱サイクル試験を１
０００サイクル実施したところ、一部接続不良が認めら
れた。

【００３７】比較例８平均粒径３００μのハンダボールを用いたこと以外は、
実施例１と同様にしてテストを行った。両基板の導電接
合状態は良好であったが、一部隣接する電極のショート
が認められた。また、−４０〜１２０℃の熱サイクル試
験を１０００サイクル実施したところ、一部接続不良が
認められた。実施例１〜４及び比較例１〜８について、
表１にまとめた。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明の導電性微粒子は、上述の構成か
らなるので、接合部分において、隣接する電極をショー
トさせたり、電極基板と半導体チップ等の素子又は電極
基板同士の間隔が変化して特定の部分に負荷が掛かりや
すくなったりすることがない。また、接合部分での導通
不良、接続不良が発生することがない。従って、本発明
の導電性微粒子を用いてなる導電接続構造体は、ショー
ト、導通不良、接続不良等が発生することがなく、ま
た、耐熱性に優れ、長期に信頼性を保つことができるも
のである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粒子に低融点金属を被覆してなる金
属球からなる導電性微粒子であって、前記金属粒子は、
平均長径が導電性微粒子の１／２〜１／１．０４、アス
ペクト比２未満、ＣＶ値３０％以下のものであり、前記
金属球は、平均粒径４０〜１０００μｍ、ＣＶ値１５％
以下のものであることを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】金属粒子が、平均長径が導電性微粒子の
１／１．５〜１／１．１、アスペクト比１．２未満、Ｃ
Ｖ値１５％以下のものであり、金属球が、平均粒径１０
０〜５００μｍ、ＣＶ値５％以下のものである請求項１
記載の導電性微粒子。
【請求項３】請求項１又は２記載の導電性微粒子を用
いてなることを特徴とする導電接続構造体。