JPH11219982A - 導電粒子及びそれを用いた異方性導電接着剤 - Google Patents

導電粒子及びそれを用いた異方性導電接着剤

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JPH11219982A
JPH11219982A JP2300498A JP2300498A JPH11219982A JP H11219982 A JPH11219982 A JP H11219982A JP 2300498 A JP2300498 A JP 2300498A JP 2300498 A JP2300498 A JP 2300498A JP H11219982 A JPH11219982 A JP H11219982A
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melting point
conductive particles
metal
anisotropic conductive
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JP2300498A
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Masao Saito
雅男 斉藤
Yukio Yamada
幸男 山田
Motohide Takechi
元秀 武市
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Sony Chemicals Corp
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/321Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by conductive adhesives
    • H05K3/323Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by conductive adhesives by applying an anisotropic conductive adhesive layer over an array of pads

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異方性導電接着剤で端子間を接続する場合
に、端子と導電粒子とを金属接合により導通信頼性高
く、安価に接合できるようにする。 【解決手段】 内核2とそれを被覆する金属被膜3から
なる異方性導電接着剤用導電粒子1において、内核2の
融点または分解点を金属被膜3の融点よりも高くする。
好ましくは、内核2を高融点半田から形成し、金属被膜
3を共晶半田から形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、異方性導電接着剤
用導電粒子及びそれを用いた異方性導電性接着剤に関す
る。
【0002】
【従来の技術】液晶パネルのガラス基板上のITO端子
と、フレキシブル配線板の端子やTCP(Tape carrier
package)の端子とを接続する場合、あるいは半導体チッ
プをマザーボード上にフリップチップ接合する場合のよ
うに、2つの回路素子を接着すると共にその間の端子を
電気的に接続するための材料の一つとして、異方性導電
接着剤が広く用いられている。
【0003】異方性導電接着剤は、導電粒子を絶縁性接
着剤に分散させたものからなり、従来、この導電粒子と
しては、半田、ニッケル等の金属粒子や、ポリスチレン
やジビニルベンゼン等のプラスチック粒子を内核として
その上に無電解メッキ法で銅や金等の金属被膜の形成し
た粒子が使用されている。
【0004】また、その使用方法としては、例えば、フ
ィルム状に成形した異方性導電接着剤を、接続すべき端
子に挟み、熱圧着する。より具体的には、まず、図2
(a)に示したように、フィルム状に成形した異方性導
電接着剤23を、半導体チップ11のバンプ12とガラ
ス基板13のITO端子14とに挟む。このフィルム状
に成形した異方性導電接着剤23では、導電粒子21が
絶縁性接着剤22中に分散しているので、熱圧着により
同図(b)に示したように、導電粒子21がバンプ12
とITO端子14とに接触し、これらが電気的に接続す
る。またそれと同時に、半導体チップ11とガラス基板
13とが絶縁性接着剤22で接着固定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
異方性導電接着剤においては、導電粒子が金属粒子であ
る場合でも、あるいはプラスチック粒子に金属被膜を形
成した粒子である場合も、基本的に端子と導電粒子とは
接触により電気的に接続されるので、導通信頼性が低い
という問題がある。
【0006】これに対しては、導電粒子を共晶半田から
構成し、端子と導電粒子とを単に接触させるだけではな
く、端子と導電粒子とに金属接合を形成させる方法があ
る。
【0007】しかしながら、導電粒子を共晶半田から構
成した場合でも、熱圧着温度が共晶半田の融点よりも低
いと、前述と同様に、端子と導電粒子とは金属接合せず
に単に接触するにとどまり、導通信頼性の問題がおこ
る。反対に、熱圧着温度が共晶半田の融点よりも高いと
図3に示したように、導電粒子21を構成していた共晶
半田が溶融して流れてしまうため、導電粒子21を構成
していた共晶半田とバンプ12とを電気的に接続するこ
とができなくなる。そのため、最適な熱圧着温度の制御
が難しいという問題がある。
【0008】さらに、共晶半田から形成した導電粒子
は、プラスチック粒子に金属被膜を形成した粒子のよう
に弾性がないので、導電粒子が端子と接合している場合
でも、熱的あるいは機械的応力が加わることによって、
その応力が接合点に集中すると、接合点には亀裂が入り
やすい。したがって、これによっても導通信頼性が低下
するという問題がある。このような亀裂を防止するため
には、熱圧着により導電粒子と端子とを接合させた後、
アンダーフィル樹脂を注入する作業が必要となるが、製
造コストが上昇する。
【0009】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、端子と導電粒子とを金属接
合により導通信頼性高く、安価に接合できるようにする
導電粒子、及びそれを用いた異方性導電接着剤を提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、内核とそれを被覆する金属被膜からなる
異方性導電接着剤用導電粒子において、内核の融点また
は分解点が金属被膜の融点よりも高いことを特徴とする
導電粒子を提供する。
【0011】特に、内核の融点又は分解点と金属被膜の
融点との差が20℃以上である態様、金属被膜の融点が
240℃以下である態様、あるいは内核の融点又は分解
点が220℃以上である態様を提供し、より好ましい態
様として、内核が高融点半田からなり、金属被膜が共晶
半田からなる態様を提供する。
【0012】さらに、このような導電粒子が絶縁性接着
剤に分散されていることを特徴とする異方性導電接着剤
を提供する。
【0013】本発明の導電粒子によれば、内核とそれを
被覆する金属被膜からなり、内核の融点または分解点が
金属被膜の融点よりも高いので、熱圧着温度を内核の融
点または分解点と、金属被膜の融点との間に設定するこ
とにより、熱圧着により金属被膜は溶融するが、内核は
溶融しない。したがって、溶融した金属被膜が流れ落ち
てしまうことなく、内核に付着したままの状態で内核と
端子とに金属接合する。よって、導通信頼性の高い接合
を簡便に形成することができ、熱圧着後のアンダーフィ
ル樹脂の注入も不要となる。特に、内核が高融点半田か
らなり、金属被膜が共晶半田からなる導電粒子を使用す
ると、内核の高融点半田と金属被膜の共晶半田との濡れ
性がよいので、このような金属接合を安定的に形成する
ことが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明を
詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同
等の構成要素を表している。
【0015】図1(a)は、本発明の導電粒子1の断面
図である。このように、この導電粒子1は、内核2とそ
れを被覆する金属被膜3からなっている。
【0016】ここで内核2は、その融点または分解点が
金属被膜3の融点よりも高いものとし、好ましくは内核
2の融点または分解点を金属被膜3の融点よりも20℃
以上高くする。これにより、この導電粒子1と絶縁性接
着剤4からなる異方性導電接着剤5を、図1(b)のよ
うに、例えば、ICチップのバンプ12とガラス基板1
3のITO電極14との間に挟み、内核2の融点または
分解点よりも低いが金属薄膜3の融点よりは高い温度で
熱圧着した場合に、同図(c)のように内核2に粒子形
状を維持させ、金属被膜3を溶融状態とすることがで
き、したがって、溶融した金属被膜3が内核2、バンプ
12あるいはITO電極14のそれぞれを十分に濡ら
し、これらと金属接合を形成することを可能とする。
【0017】ここで、内核2の融点又は分解点は、従来
より一般的な熱圧着温度とされている180〜210℃
で内核2が溶融又は分解して流れ落ち、粒子形状が失わ
れることを防止する点から、220℃以上とすることが
好ましい。
【0018】内核2の構成材料としては、上述の融点あ
るいは分解点を有する限り、特に制限はなく、半田、ニ
ッケル等の金属、ポリスチレンやジビニルベンゼン等の
プラスチック粒子、セラミック粒子等をあげることがで
き、特に高融点半田を使用することが好ましい。高融点
半田のより具体的組成としては、Zn−Cu−Al(9
4%−2%−4%)等をあげることができる。
【0019】一方、金属被膜3は、その融点が内核2の
融点又は分解点よりも20℃以上低くする。好ましく
は、上述の一般的な熱圧着温度180〜210℃で熱圧
着した場合に金属被膜3が溶融し、接続すべき端子に対
して十分に金属接合できるようにする点から、金属被膜
3の融点は240℃以下とすることが好ましい。
【0020】金属被膜3の材料としては、金属結合形成
の点から共晶半田、高融点半田、低融点半田などの半田
材料が好ましく、特に、内核2を高融点半田から形成す
る場合、金属被膜3の溶融物が、内核2に良好に濡れる
ようにするため、また製造に際し、圧着温度が選択し易
いなどの点から共晶半田とすることが好ましい。共晶半
田のより具体的組成としては、Sn−Pb(63%−3
7%)等をあげることができる。
【0021】また、導電粒子1を構成する内核2及び金
属被膜3には、鉛が含有されないようにすることが好ま
しい。鉛には微量であるが放射性元素が含まれている場
合があり、この放射性元素を含有する鉛を用いて導電粒
子1を構成し、ICチップ等の端子の接合に用いると、
放射性元素がICチップのメモリーに悪影響を及ぼし、
正常な動作を阻害する場合があるので好ましくない。
【0022】導電粒子1の製造方法としては、特に制限
はないが、例えば内核2を高融点半田から構成し、金属
被膜3を共晶半田から構成する場合に、無電解メッキ等
を用いることができる。
【0023】導電粒子1の内核の直径と金属被膜の厚み
との関係に関しては、金属被膜3を溶融状態にした場合
に、溶融した金属被膜3と端子(バンプ12,ITO電
極14)との接合が確実に行われるようにするため、両
者の比率を、1/1〜1/0.04とすることが好まし
い。この比が1/1よりも小さく、内核の直径に対する
金属被膜の厚さが厚すぎても、また、この比が1/0.
04よりも大きく、内核の直径に対する金属被膜の厚さ
が薄すぎても、金属接合が形成されにくくなる。
【0024】本発明の異方性導電接着剤5は、以上の導
電粒子1と絶縁性接着剤4とからなる。ここで、絶縁性
接着剤4としては、公知の異方性導電性接着剤に使用さ
れている接着剤と同様のものを使用することができ、例
えば、固形もしくは液状のエポキシ樹脂等の重合成分と
イミダゾール系硬化剤や変性アミン系硬化剤等の硬化剤
成分とからなる絶縁性接着剤、アクリル、SBR、SI
S、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂、ゴム系樹脂等を使
用することができる。
【0025】また、異方性導電接着剤5には、導電粒子
1と絶縁性接着剤4の他、必要に応じて分散助剤、熱可
塑性エラストマー等の成膜成分や脂肪族系石油樹脂等の
粘着成分を配合することができる。
【0026】また、これらの成分から異方性導電接着剤
5を調製する方法は、常法にしたがい、各成分を均一に
混合し、分散させればよい。
【0027】異方性導電接着剤5の使用形態としては、
例えば、剥離処理したフィルム上に塗布して成膜するこ
とによりフィルム状としてもよく、また、液状のまま所
定の接着部位に塗布してもよい。
【0028】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
【0029】実施例1 異方性導電性接着剤の導電粒子として、直径4μmの内
核(Zn−Cu−Al:94%−2%−4%、mp.3
82℃)上に、金属被膜として無電解メッキ法で共晶半
田(Sn−Pb:63%−37%、mp.183℃)を
厚さ0.5μm析出させたものを作製した。
【0030】一方、絶縁性接着剤を、固形エポキシ樹脂
(ビスフェノールA)、液状エポキシ樹脂(ビスフェノ
ールA)、イミダゾール系の潜在性硬化剤をそれぞれ6
0重量%、30重量%、10重量%の比率で混合し、溶
剤(トルエン)に溶解することにより調製した。
【0031】得られた絶縁性接着剤中に上述の導電粒子
を混合分散し、導電粒子12重量%の異方性導電接着剤
を得た。この異方性導電接着剤を剥離フィルム上にコー
ティングし、厚さ40μmの異方性導電接着剤フィルム
を作製した。そしてこの異方性導電接着剤フィルムを用
いて、100μm角、20μm高のバンプを持つICを
基板の端子(端子の導体厚18μm)に、熱圧着条件1
80℃、250 kgf/cm2、20秒間で実装した。
【0032】実施例2〜4及び比較例1,2 導電粒子の内核の直径と金属被膜の厚さを表1のように
変える以外は実施例1と同様にして異方性導電接着剤を
調製し、それをフィルム状に成形したものを用いてIC
のバンプを基板の端子に実装した。
【0033】評価 (i)金属結合の有無 実装後の金属結合の有無は接合部断面を顕微鏡観察する
ことにより調べ、○、△、×の3段階で評価した。結果
を表1に示す。
【0034】(ii)信頼性評価 基板にICを実装したものを、−55℃30分、125
℃30分のヒートショックを1サイクルとして繰り返す
ヒートショックテストを行い、接続抵抗が1Ω上昇した
ときのヒートショックサイクル数を求めた。結果を表1
に示す。
【0035】
【表1】 導電粒子 評価 内核の直径 金属被膜の厚さ 金属結合の有無 信頼性評価 (μm) (μm) (ヒートショックサイクル数) 実施例1 4 0.5 ○ >1000 実施例2 3 1 ○ >1000 実施例3 2 1.5 ○〜△ 800 実施例4 4.6 0.2 ○ >1000 比較例1 5 0 × 200 比較例2 0 5 × ×
【0036】表1の結果から、内核を融点382℃の高
融点半田で形成し、その上に融点183℃の共晶半田か
らなる金属被膜を形成した導電粒子を用いた場合(実施
例1〜4)、端子間が金属接合で接続されており、高融
点半田のみあるいは共晶半田のみからなる導電粒子を用
いた場合(比較例1,比較例2)に比して導通信頼性の
高いことがわかる。
【0037】また、内核の直径と金属被膜の厚みとの比
率が、1/1〜1/0.04である場合(実施例1〜実
施例4)に、導通信頼性の高いことがわかる。
【0038】
【発明の効果】異方性導電接着剤の導電粒子として本発
明の導電粒子を用いることにより、異方性導電接着剤で
端子間を接続する場合に、端子と導電粒子とを金属接合
により導通信頼性高く、安価に接合することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導電粒子及びそれを用いた異方性導電
接着剤の作用の説明図である。
【図2】従来の異方性導電接着剤の作用の説明図であ
る。
【図3】従来の異方性導電接着剤で端子間を接続した状
態の説明図である。
【符号の説明】
1 導電粒子 2 内核 3 金属被膜 4 絶縁性接着剤 5 異方性導電接着剤 11 ICチップ 12 バンプ 13 ガラス基板 14 ITO端子 21 従来の導電粒子 22 従来の絶縁性接着剤 23 従来の異方性導電接着剤

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内核とそれを被覆する金属被膜からなる
    異方性導電接着剤用導電粒子において、内核の融点また
    は分解点が金属被膜の融点よりも高いことを特徴とする
    導電粒子。
  2. 【請求項2】 内核の融点又は分解点と金属被膜の融点
    との差が20℃以上である請求項1の導電粒子。
  3. 【請求項3】 金属被膜の融点が240℃以下である請
    求項1記載の導電粒子。
  4. 【請求項4】 内核の融点又は分解点が220℃以上で
    ある請求項1の導電粒子。
  5. 【請求項5】 内核が高融点半田からなり、金属被膜が
    共晶半田からなる請求項1〜4のいずれかに記載の導電
    粒子。
  6. 【請求項6】 鉛を含有しない請求項1〜5のいずれか
    に記載の導電粒子。
  7. 【請求項7】 内核の直径と金属被膜の厚みとの比率
    が、1/1〜1/0.04である請求項1〜6のいずれ
    かに記載の導電粒子。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の導電粒
    子が絶縁性接着剤に分散されていることを特徴とする異
    方性導電接着剤。
JP2300498A 1998-02-04 1998-02-04 導電粒子及びそれを用いた異方性導電接着剤 Pending JPH11219982A (ja)

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