JPWO2020004511A1 - はんだ粒子及びはんだ粒子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

複数の凹部を有する基体とはんだ微粒子とを準備する準備工程と、前記はんだ微粒子の少なくとも一部を、前記凹部に収容する収容工程と、前記凹部に収容された前記はんだ微粒子を融合させて、前記凹部の内部にはんだ粒子を形成する融合工程と、を含み、前記はんだ粒子の平均粒子径が1μm〜30μm、前記はんだ粒子のC.V.値が20%以下である、はんだ粒子の製造方法。

Description

本発明は、はんだ粒子及びはんだ粒子の製造方法に関する。
従来から、異方性導電フィルム、異方性導電ペースト等の異方性導電材料に配合される導電性粒子として、はんだ粒子の使用が検討されている。例えば、特許文献1には、熱硬化性成分と、特定の表面処理を施された複数のはんだ粒子と、を含む導電ペーストが記載されている。
特開2016−76494号公報
近年、回路部材の高精細化に伴って接続箇所の微小化が進み、異方性導電材料に要求される導通信頼性及び絶縁信頼性が高くなっている。導通信頼性及び絶縁信頼性を確保するためには、異方性導電材料に配合される導電性粒子の微小化、均質化が必要となるが、従来のはんだ粒子の製造方法では、小さい平均粒子径と狭い粒度分布とを両立したはんだ粒子の製造は困難であった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小さい平均粒子径と狭い粒度分布とを両立したはんだ粒子を容易に製造することが可能な、はんだ粒子の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記製造方法によって、小さい平均粒子径と狭い粒度分布とを両立したはんだ粒子を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、複数の凹部を有する基体とはんだ微粒子とを準備する準備工程と、上記はんだ微粒子の少なくとも一部を、上記凹部に収容する収容工程と、上記凹部に収容された上記はんだ微粒子を融合させて、上記凹部の内部にはんだ粒子を形成する融合工程と、を含む、はんだ粒子の製造方法に関する。この製造方法によって製造される上記はんだ粒子の平均粒子径は1μm〜30μmであり、上記はんだ粒子のC.V.値は20%以下である。
一態様において、上記準備工程で準備される上記はんだ微粒子のC.V.値は、20%を超えていてよい。このようなはんだ微粒子を用いることで、凹部へのはんだ微粒子の充填性が増し、より均質なはんだ粒子が得られやすくなる。
一態様において、上記融合工程の前に、上記凹部に収容された上記はんだ微粒子を還元雰囲気下に晒してもよい。
一態様において、上記融合工程は、上記凹部に収容された上記はんだ微粒子を還元雰囲気下で融合させる工程であってよい。
一態様において、上記融合工程は、上記凹部に収容された上記はんだ微粒子を、はんだ微粒子の融点以上の雰囲気下で融合させる工程であってよい。
一態様において、上記準備工程で準備される上記はんだ微粒子は、スズ、スズ合金、インジウム及びインジウム合金からなる群より選択される少なくとも一種を含むものであってよい。
一態様において、上記準備工程で準備される上記はんだ微粒子は、In−Bi合金、In−Sn合金、In−Sn−Ag合金、Sn−Au合金、Sn−Bi合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金及びSn−Cu合金からなる群より選択される少なくとも一種を含むものであってよい。
本発明の他の一側面は、平均粒子径が1μm〜30μmであり、C.V.値が20%以下である、はんだ粒子に関する。
一態様に係るはんだ粒子は、はんだ粒子の投影像に外接する四角形を二対の平行線により作成した場合において、対向する辺間の距離をX及びY(但しY<X)としたときに、X及びYが下記式を満たすものであってよい。
0.8<Y/X<1.0
一態様に係るはんだ粒子は、スズ、スズ合金、インジウム及びインジウム合金からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
一態様に係るはんだ粒子は、In−Bi合金、In−Sn合金、In−Sn−Ag合金、Sn−Au合金、Sn−Bi合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金及びSn−Cu合金からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
本発明によれば、小さい平均粒子径と狭い粒度分布とを両立したはんだ粒子を容易に製造することが可能な、はんだ粒子の製造方法が提供される。また、本発明によれば、小さい平均粒子径と狭い粒度分布とを両立したはんだ粒子が提供される。
図1(a)は基体の一例を模式的に示す平面図であり、図1(b)は図1(a)に示すIb−Ib線における断面図である。 図2(a)〜(h)は基体の凹部の断面形状の例を模式的に示す断面図である。 図3は基体の凹部にはんだ微粒子が収容された状態を模式的に示す断面図である。 図4は基体の凹部にはんだ粒子が形成された状態を模式的に示す断面図である。 図5は図4における凹部の開口部と反対側からはんだ粒子を見た図である。 図6ははんだ粒子の投影像に外接する四角形を二対の平行線により作成した場合における、対向する辺間の距離X及びY(但しY≦X)を示す図である。 図7(a)及び図7(b)は、実施例17で形成されたはんだ粒子のSEM画像を示す図である。 図8(a)及び図8(b)は、比較作製例1で使用したはんだ粒子のSEM画像を示す図である。 図9は基体の凹部の断面形状の他の例を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下で例示する材料は、特に断らない限り、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
<はんだ粒子の製造方法>
本実施形態に係るはんだ粒子の製造方法は、平均粒子径1μm〜30μmのはんだ粒子を製造する方法であって、複数の凹部を有する基体とはんだ微粒子とを準備する準備工程と、はんだ微粒子の少なくとも一部を基体の凹部に収容する収容工程と、凹部に収容されたはんだ微粒子を融合させて、凹部の内部にはんだ粒子を形成する融合工程と、を含む。この製造方法によれば、平均粒子径1μm〜30μm、C.V.値が20%以下のはんだ粒子が製造される。
以下、図1〜5を参照しながら、はんだ粒子の製造方法について説明する。
まず、はんだ微粒子と、はんだ微粒子を収容するための基体60を準備する。図1(a)は基体60の一例を模式的に示す平面図であり、図1(b)は図1(a)に示すIb−Ib線における断面図である。図1(a)に示す基体60は、複数の凹部62を有している。複数の凹部62は所定のパターンで規則的に配置されていてよい。この場合、凹部62内にはんだ粒子が形成された後、凹部62内のはんだ粒子を樹脂材料等に転写することで、はんだ粒子を規則的に配置させることができる。
基体60の凹部62は、凹部62の底部62a側から基体60の表面60a側に向けて開口面積が拡大するテーパ状に形成されていることが好ましい。すなわち、図1に示すように、凹部62の底部62aの幅(図1における幅a)は、凹部62の表面60aにおける開口の幅(図1における幅b)よりも狭いことが好ましい。そして、凹部62のサイズ(幅a、幅b、容積、テーパ角度及び深さ等)は、目的とするはんだ粒子のサイズに応じて設定すればよい。
なお、凹部62の形状は図1に示す形状以外の形状であってもよい。例えば、凹部62の表面60aにおける開口の形状は、図1に示すような円形以外に、楕円形、三角形、四角形、多角形等であってよい。
また、表面60aに対して垂直な断面における凹部62の形状は、例えば、図2に示すような形状であってよい。図2(a)〜(h)は、基体が有する凹部の断面形状の例を模式的に示す断面図である。図2(a)〜(h)に示すいずれの断面形状も、凹部62の表面60aにおける開口の幅(幅b)が、断面形状における最大幅となっている。これにより、凹部62内にはんだ微粒子を収容しやすく、また凹部62内に形成されたはんだ粒子が取り出しやすくなり、作業性が向上する。また、表面60aに対して垂直な断面における凹部62の形状は、例えば、図9に示すように、図2(a)〜(h)に示す断面形状における壁面を傾斜させた形状であってもよい。図9は、図2(b)に示す断面形状の壁面を傾斜させた形状ということができる。
基体60を構成する材料としては、例えば、シリコン、各種セラミックス、ガラス、ステンレススチール等の金属等の無機材料、並びに、各種樹脂等の有機材料を使用することができる。これらのうち、基体60は、はんだ微粒子の溶融温度で変質しない耐熱性を有する材質からなることが好ましい。また、基体60の凹部62は、フォトリソグラフ法等の公知の方法によって形成することができる。
準備工程で準備されるはんだ微粒子は、凹部62の表面60aにおける開口の幅(幅b)より小さい粒子径の微粒子を含むものであればよく、幅bより小さい粒子径の微粒子をより多く含むことが好ましい。例えば、はんだ微粒子は、粒度分布のD10粒子径が幅bより小さいことが好ましく、粒度分布のD30粒子径が幅bより小さいことがより好ましく、粒度分布のD50粒子径が幅bより小さいことが更に好ましい。
はんだ微粒子の粒度分布は、サイズに合わせた各種方法を用いて測定することができる。例えば、動的光散乱法、レーザ回折法、遠心沈降法、電気的検知帯法、共振式質量測定法等の方法を利用できる。さらに、光学顕微鏡、電子顕微鏡等によって得られる画像から、粒子サイズを測定する方法を利用できる。具体的な装置としては、フロー式粒子像分析装置、マイクロトラック、コールターカウンター等が挙げられる。
準備工程で準備されるはんだ微粒子のC.V.値は特に限定されないが、大小の微粒子の組み合わせによる凹部62への充填性が向上する観点から、C.V.値は高いことが好ましい。例えば、はんだ微粒子のC.V.値は、20%を超えていてよく、好ましくは25%以上、より好ましくは30%以上である。
はんだ微粒子のC.V.値は、前述の方法によって測定された粒子径の標準偏差を平均粒子径(D50粒子径)で割った値に100を掛けることで算出される。
はんだ微粒子は、スズ又はスズ合金を含むものであってよい。スズ合金としては、例えば、In−Sn合金、In−Sn−Ag合金、Sn−Au合金、Sn−Bi合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Cu合金等を用いることができる。これらのスズ合金の具体例としては、下記の例が挙げられる。
・In−Sn(In52質量%、Bi48質量% 融点118℃)
・In−Sn−Ag(In20質量%、Sn77.2質量%、Ag2.8質量% 融点175℃)
・Sn−Bi(Sn43質量%、Bi57質量% 融点138℃)
・Sn−Bi−Ag(Sn42質量%、Bi57質量%、Ag1質量% 融点139℃)
・Sn−Ag−Cu(Sn96.5質量%、Ag3質量%、Cu0.5質量% 融点217℃)
・Sn−Cu(Sn99.3質量%、Cu0.7質量% 融点227℃)
・Sn−Au(Sn21.0質量%、Au79.0質量% 融点278℃)
はんだ粒子は、インジウム又はインジウム合金を含むものであってよい。インジウム合金としては、例えば、In−Bi合金、In−Ag合金等を用いることができる。これらのインジウム合金の具体例としては、下記の例が挙げられる。
・In−Bi(In66.3質量%、Bi33.7質量% 融点72℃)
・In−Bi(In33.0質量%、Bi67.0質量% 融点109℃)
・In−Ag(In97.0質量%、Ag3.0質量% 融点145℃)
はんだ粒子の用途(使用時の温度)等に応じて、上記スズ合金又はインジウム合金を選択することができる。例えば、低温での融着に用いるはんだ粒子を得たい場合、In−Sn合金、Sn−Bi合金を採用すればよく、この場合、150℃以下で融着可能なはんだ粒子が得られる。Sn−Ag−Cu合金、Sn−Cu合金等の融点の高い材料を採用した場合、高温放置後においても高い信頼性を維持可能なはんだ粒子を得ることができる。
はんだ微粒子は、Ag、Cu、Ni、Bi、Zn、Pd、Pb、Au、P及びBから選ばれる一種以上を含んでもよい。これらの元素のうち、以下の観点からAg又はCuを含んでもよい。すなわち、はんだ微粒子がAg又はCuを含むことで、得られるはんだ粒子の融点を220℃程度まで低下させることができる、電極との接合強度に優れたはんだ粒子が得られることによってより良好な導通信頼性を得られる、という効果が奏される。
はんだ微粒子のCu含有率は例えば0.05〜10質量%であり、0.1〜5質量%又は0.2〜3質量%であってもよい。Cu含有率が0.05質量%以上であると、良好なはんだ接続信頼性を達成可能なはんだ粒子が得られやすくなる。また、Cu含有率が10質量%以下であると、融点が低く、濡れ性に優れたはんだ粒子が得られやすくなり、結果としてはんだ粒子による接合部の接続信頼性がより良好となりやすい。
はんだ微粒子のAg含有率は例えば0.05〜10質量%であり、0.1〜5質量%又は0.2〜3質量%であってもよい。Ag含有率が0.05質量%以上であれば、良好なはんだ接続信頼性を達成可能なはんだ粒子が得られやすくなる。また、Ag含油率が10質量%以下であると、融点が低く、濡れ性に優れたはんだ粒子が得られやすくなり、結果としてはんだ粒子による接合部の接続信頼性がより良好となりやすい。
収容工程では、基体60の凹部62のそれぞれに、準備工程で準備したはんだ微粒子を収容する。収容工程では、準備工程で準備したはんだ微粒子の全部を凹部62に収容する工程であってよく、準備工程で準備したはんだ微粒子の一部(例えば、はんだ微粒子のうち、凹部62の開口の幅bより小さいもの)を凹部62に収容する工程であってよい。
図3は、基体60の凹部62にはんだ微粒子111が収容された状態を模式的に示す断面図である。図3に示すように、複数の凹部62のそれぞれに、複数のはんだ微粒子111が収容される。
凹部62に収容されたはんだ微粒子111の量は、例えば、凹部62の容積に対して20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、50%以上であることが更に好ましく、60%以上であることがもっとも好ましい。これにより、収容量のばらつきが抑えられ、粒度分布のより小さいはんだ粒子が得られやすくなる。
はんだ微粒子を凹部62に収容する方法は特に限定されない。収容方法は、乾式、湿式のいずれであってもよい。例えば、準備工程で準備したはんだ微粒子を基体60上に配置し、スキージを用いて基体60の表面60aを擦ることで、余分なはんだ微粒子を除去しつつ、凹部62内に十分なはんだ微粒子を収容することができる。凹部62の開口の幅bが凹部62の深さより大きい場合、凹部62の開口からはんだ微粒子が飛び出す場合がある。スキージを用いると、凹部62の開口から飛び出ているはんだ微粒子は除去される。余分なはんだ微粒子を除去する方法として、圧縮空気を吹き付ける、不織布又は繊維の束で基体60の表面60aを擦る、等の方法も挙げられる。これらの方法は、スキージと比べて物理的な力が弱いため、変形しやすいはんだ微粒子を扱う上で好ましい。また、これらの方法では、凹部62の開口から飛び出ているはんだ微粒子を凹部内に残すこともできる。
融合工程は、凹部62に収容されたはんだ微粒子111を融合させて、凹部62の内部にはんだ粒子1を形成する工程である。図4は、基体60の凹部62にはんだ粒子1が形成された状態を模式的に示す断面図である。凹部62に収容されたはんだ微粒子111は、溶融することで合一化し、表面張力によって球状化する。このとき、凹部62の底部62aとの接触部では、溶融したはんだが底部62aに追従して平面部11を形成する。これにより、形成されるはんだ粒子1は、表面の一部に平面部11を有する形状となる。
図5は、図4における凹部62の開口部と反対側からはんだ粒子1を見た図である。はんだ粒子1は、直径Bを有する球の表面の一部に直径Aの平面部11が形成された形状を有している。なお、図4及び図5に示すはんだ粒子1は、凹部62の底部62aが平面であるため平面部11を有するが、凹部62の底部62aが平面以外の形状である場合は、底部62aの形状に対応した異なる形状の面を有するものとなる。
凹部62に収容されたはんだ微粒子111を溶融させる方法としては、はんだ微粒子111をはんだの融点以上に加熱する方法が挙げられる。はんだ微粒子111は、酸化被膜の影響で融点以上の温度で加熱しても溶融しない場合や、濡れ拡がらない場合や、合一化しない場合がある。このため、はんだ微粒子111を還元雰囲気下に晒し、はんだ微粒子111の表面酸化皮膜を除去した後に、はんだ微粒子111の融点以上の温度に加熱することで、はんだ微粒子111を溶融させ、濡れ拡がり、合一化させることができる。また、はんだ微粒子111の溶融は、還元雰囲気下で行うことが好ましい。はんだ微粒子111をはんだ微粒子111の融点以上に加熱し、かつ還元雰囲気とすることで、はんだ微粒子111の表面の酸化被膜が還元され、はんだ微粒子111の溶融、濡れ拡がり、合一化が効率的に進行しやすくなる。
還元雰囲気にする方法は、上述の効果が得られる方法であれば特に限定されず、例えば水素ガス、水素ラジカル、ギ酸ガス等を用いる方法がある。例えば、水素還元炉、水素ラジカル還元炉、ギ酸還元炉、又はこれらのコンベア炉若しくは連続炉を用いることで、還元雰囲気下にはんだ微粒子111を溶融させることができる。これらの装置は、炉内に、加熱装置、不活性ガス(窒素、アルゴン等)を充填するチャンバー、チャンバー内を真空にする機構等を備えていてよく、これにより還元ガスの制御がより容易となる。また、チャンバー内を真空にできると、はんだ微粒子111の溶融及び合一化の後に、減圧によってボイドの除去を行うことができ、接続安定性に一層優れるはんだ粒子1を得ることができる。
はんだ微粒子111の還元、溶解条件、温度、炉内雰囲気調整などのプロファイルは、はんだ微粒子111の融点、粒度、凹部サイズ、基体60の材質などを勘案して適宜設定されてよい。例えば、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60を、炉内に挿入し、真空引きを行った後に、還元ガスを導入して、炉内を還元ガスで満たし、はんだ微粒子111の表面酸化被膜を除去した後、真空引きにて還元ガスを除去し、その後、はんだ微粒子111の融点以上に加熱して、はんだ微粒子を溶解及び合一化させて、凹部62内にはんだ粒子を形成した後、窒素ガスを充填してから炉内温度を室温に戻し、はんだ粒子1を得ることができる。また、例えば、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60を、炉内に挿入し、真空引きを行った後に、還元ガスを導入して、炉内を還元ガスで満たし、炉内加熱ヒーターによりはんだ微粒子111を加熱して、はんだ微粒子111の表面酸化被膜を除去した後、真空引きにて還元ガスを除去し、その後、はんだ微粒子111の融点以上に加熱して、はんだ微粒子を溶解及び合一化させて、凹部62内にはんだ粒子を形成した後、窒素ガスを充填してから炉内温度を室温に戻し、はんだ粒子1を得ることができる。還元雰囲気下で、はんだ微粒子を加熱することで、還元力が増し、はんだ微粒子の表面酸化皮膜の除去が容易になる利点がある。
さらに、例えば、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60を、炉内に挿入し、真空引きを行った後に、還元ガスを導入して、炉内を還元ガスで満たし、炉内加熱ヒーターにより基体60をはんだ微粒子111の融点以上に加熱して、はんだ微粒子111の表面酸化被膜を還元により除去すると同時にはんだ微粒子を溶解及び合一化させて、凹部62内にはんだ粒子を形成し、真空引きにて還元ガスを除去し、さらにはんだ粒子内のボイドを減らした後、窒素ガスを充填してから炉内温度を室温に戻し、はんだ粒子1を得ることができる。この場合は、炉内温度の上昇、下降の調節がそれぞれ一回で良いため、短時間で処理出来る利点がある。
上述の凹部62内にはんだ粒子を形成した後に、もう一度炉内を還元雰囲気にして、除去し切れなかった表面酸化皮膜を除去する工程を更に加えてもよい。これにより、融合されずに残っていたはんだ微粒子や、融合されずに残っていた酸化皮膜の一部などの残渣を減らすことができる。
大気圧のコンベアー炉を用いる場合は、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60を搬送用コンベアーに載せ、複数のゾーンを連続して通過させてはんだ粒子1を得ることができる。例えば、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60を、一定の速度に設定したコンベアーに載せ、はんだ微粒子111の融点より低い温度の窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充満したゾーンを通過させ、続いてはんだ微粒子111の融点より低い温度の蟻酸ガスなどの還元ガスが存在するゾーンを通過させて、はんだ微粒子111の表面酸化皮膜を除去し、続いてはんだ微粒子111の融点以上の温度の窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充満したゾーンを通過させてはんだ微粒子111を溶融、合一化させ、続いて窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充満した冷却ゾーンを通過させて、はんだ粒子1を得ることができる。例えば、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60を、一定の速度に設定したコンベアーに載せ、はんだ微粒子111の融点以上の温度の窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充満したゾーンを通過させ、続いてはんだ微粒子111の融点以上の温度の蟻酸ガスなどの還元ガスが存在するゾーンを通過させて、はんだ微粒子111の表面酸化皮膜を除去し、溶融、合一化させ、続いて窒素やアルゴンなどの不活性ガスが充満した冷却ゾーンを通過させて、はんだ粒子1を得ることができる。前記のコンベアー炉は、大気圧での処理が可能であることから、フィルム状の材料をロールトゥロールで連続的に処理することもできる。例えば、はんだ微粒子111が凹部に充填された基体60の連続ロール品を作製し、コンベアー炉の入り口側にロール巻きだし機、コンベアー炉の出口側にロール巻き取り機を設置して、一定の速度で基体60を搬送し、コンベアー炉内の各ゾーンを通過させることで、凹部に充填されたはんだ微粒子111を融合させることができる。
形成されたはんだ粒子1は、基体60の凹部62に収容された状態で運搬・保管等してよく、凹部62から取り出して回収してもよい。また、基体60の表面60a上に樹脂材料を配置して、凹部62内のはんだ粒子1を樹脂材料に転写させてもよい。このとき、凹部62が規則的に配置されていると、樹脂材料上にはんだ粒子1を規則的に配置させることができる。
本実施形態の製造方法であれば、はんだ微粒子の材質及び形状によらず、均一なサイズのはんだ粒子を形成することができる。例えば、インジウム系はんだは、めっきによる析出が可能であるが、粒子状に析出させることは難しく、柔らかくて扱いが難しい。しかし、本実施形態の製造方法では、インジウム系はんだ微粒子を原料として用いることで、均一な粒子径を有するインジウム系はんだ粒子を容易に製造することができる。また、形成されたはんだ粒子1は、基体60の凹部62に収容された状態で取り扱うことができるため、はんだ粒子を変形させることなく運搬・保管等することができる。さらに、形成されたはんだ粒子1は、単に基体60の凹部62に収容された状態であるため、取り出しが容易であり、はんだ粒子を変形させることなく回収・表面処理等を行うことができる。
また、はんだ微粒子111は、粒度分布にばらつきが大きくても、形状がいびつであってもよく、凹部62内に収容することができれば、本実施形態の製造方法の原料として用いることができる。
また、本実施形態の製造方法において、基体60は、フォトリソグラフ法、インプリント法、機械加工法、電子線加工法、放射線加工法等によって凹部62の形状を自在に設計できる。はんだ粒子1のサイズは凹部62に収容されるはんだ微粒子111の量に依存するため、本実施形態の製造方法では、凹部62の設計によりはんだ粒子1のサイズを自在に設計できる。
(はんだ粒子)
本実施形態に係るはんだ粒子は、平均粒子径が1μm〜30μm、C.V.値が20%以下である。このようなはんだ粒子は小さい平均粒子径と狭い粒度分布とが両立されており、導電信頼性及び絶縁信頼性の高い異方性導電材料に適用する導電性粒子として好適に用いることができる。本実施形態に係るはんだ粒子は、上述の製造方法によって製造される。
はんだ粒子の平均粒子径は、上記の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下、さらに好ましくは20μm以下である。また、はんだ粒子の平均粒子径は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、さらに好ましくは4μm以上である。
はんだ粒子の平均粒子径は、サイズに合わせた各種方法を用いて測定することができる。例えば、動的光散乱法、レーザ回折法、遠心沈降法、電気的検知帯法、共振式質量測定法等の方法を利用できる。さらに、光学顕微鏡、電子顕微鏡等によって得られる画像から、粒子サイズを測定する方法を利用できる。具体的な装置としては、フロー式粒子像分析装置、マイクロトラック、コールターカウンター等が挙げられる。
はんだ粒子のC.V.値は、より優れた導電信頼性及び絶縁信頼性を実現できる観点から、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、更に好ましくは7%以下、特に好ましくは5%以下である。また、はんだ粒子のC.V.値の下限は特に限定されない。例えば、はんだ粒子のC.V.値は1%以上であってよく、2%以上であってもよい。
はんだ粒子のC.V.値は、前述の方法によって測定された粒子径の標準偏差を平均粒子径で割った値に100を掛けることで算出される。
はんだ粒子は、表面の一部に平面部が形成されていてよく、このとき当該平面部以外の表面は、球冠状であることが好ましい。すなわち、はんだ粒子は、平面部と、球冠状の曲面部と、を有するものであってよい。このようなはんだ粒子としては、図5に示すはんだ粒子1が挙げられる。はんだ粒子1の直径Bに対する平面部の直径Aの比(A/B)は、例えば0.01超1.0未満(0.01<A/B<1.0)であってよく、0.1〜0.9であってもよい。はんだ粒子が平面部を有することで、はんだ粒子の座りが良くなり、取扱い性が向上する。具体的には、電極等のはんだ粒子によって接続するべき対象物上にはんだ粒子を配置する時に、平坦部があることで、所定の位置に配置しやすく、振動、風、外力、静電気などではんだ粒子が所定の位置から動いてしまうことを抑制する効果がある。また、はんだ粒子を配置した部材を傾け場合に、平坦部を有さない例えば球状のはんだ粒子と比較して、重力によってはんだ粒子が動きずらい効果がある。
はんだ粒子の投影像に外接する四角形を二対の平行線により作成した場合において、対向する辺間の距離をX及びY(但しY<X)としたときに、Xに対するYの比(Y/X)は、0.8超1.0未満(0.8<Y/X<1.0)であってよく、0.9以上1.0未満であってもよい。このようなはんだ粒子はより真球に近い粒子ということができる。上述の本実施形態の製造方法によれば、このようなはんだ粒子を容易に得ることができる。はんだ粒子が真球に近いことで、例えば、対向する複数の電極間をはんだ粒子を介して電気的に接続させるときに、はんだ粒子と電極間接触にムラが生じ難く、安定した接続が得られる傾向がある。また、はんだ粒子を樹脂材料中に分散した導電性フィルムや樹脂を作製したとき、高い分散性が得られ、製造時の分散安定性が得られる傾向がある。さらに、はんだ粒子を樹脂材料に分散したフィルムやペーストを、電極間の接続に用いる場合、樹脂中ではんだ粒子が回転しても、はんだ粒子が球体形状であれば、投影像で見たとき、はんだ粒子同士の投影面積が近い。そのため、電極同士を接続する際にばらつきの少ない、安定した電気接続を得易い傾向がある。
図6は、はんだ粒子の投影像に外接する四角形を二対の平行線により作成した場合における、対向する辺間の距離X及びY(但しY<X)を示す図である。例えば、任意の粒子を走査型電子顕微鏡により観察して投影像を得る。得られた投影像に対し二対の平行線を描画し、一対の平行線は平行線の距離が最小となる位置に、もう一対の平行線は平行線の距離が最大となる位置に配し、その粒子のY/Xを求める。この作業を300個のはんだ粒子に対して行って平均値を算出し、はんだ粒子のY/Xとする。
はんだ粒子は、スズ又はスズ合金を含むものであってよい。スズ合金としては、例えば、In−Sn合金、In−Sn−Ag合金、Sn−Au合金、Sn−Bi合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金、Sn−Cu合金等を用いることができる。これらのスズ合金の具体例としては、下記の例が挙げられる。
・In−Sn(In52質量%、Bi48質量% 融点118℃)
・In−Sn−Ag(In20質量%、Sn77.2質量%、Ag2.8質量% 融点175℃)
・Sn−Bi(Sn43質量%、Bi57質量% 融点138℃)
・Sn−Bi−Ag(Sn42質量%、Bi57質量%、Ag1質量% 融点139℃)
・Sn−Ag−Cu(Sn96.5質量%、Ag3質量%、Cu0.5質量% 融点217℃)
・Sn−Cu(Sn99.3質量%、Cu0.7質量% 融点227℃)
・Sn−Au(Sn21.0質量%、Au79.0質量% 融点278℃)
はんだ粒子は、インジウム又はインジウム合金を含むものであってよい。インジウム合金としては、例えば、In−Bi合金、In−Ag合金等を用いることができる。これらのインジウム合金の具体例としては、下記の例が挙げられる。
・In−Bi(In66.3質量%、Bi33.7質量% 融点72℃)
・In−Bi(In33.0質量%、Bi67.0質量% 融点109℃)
・In−Ag(In97.0質量%、Ag3.0質量% 融点145℃)
はんだ粒子の用途(使用時の温度)等に応じて、上記スズ合金又はインジウム合金を選択することができる。例えば、低温での融着にはんだ粒子を用いる場合、In−Sn合金、Sn−Bi合金を採用すればよく、この場合、150℃以下で融着させることができる。Sn−Ag−Cu合金、Sn−Cu合金等の融点の高い材料を採用した場合、高温放置後においても高い信頼性を維持することができる。
はんだ粒子は、Ag、Cu、Ni、Bi、Zn、Pd、Pb、Au、P及びBから選ばれる一種以上を含んでもよい。これらの元素のうち、以下の観点からAg又はCuを含んでもよい。すなわち、はんだ粒子がAg又はCuを含むことで、はんだ粒子の融点を220℃程度まで低下させることができ、且つ、電極との接合強度がより向上するため、より良好な導通信頼性が得られやすくなる。
はんだ粒子のCu含有率は例えば0.05〜10質量%であり、0.1〜5質量%又は0.2〜3質量%であってもよい。Cu含有率が0.05質量%以上であると、より良好なはんだ接続信頼性を達成しやすくなる。また、Cu含有率が10質量%以下であると、融点が低く、濡れ性に優れたはんだ粒子となりやすく、結果としてはんだ粒子による接合部の接続信頼性が良好となりやすい。
はんだ粒子のAg含有率は例えば0.05〜10質量%であり、0.1〜5質量%又は0.2〜3質量%であってもよい。Ag含有率が0.05質量%以上であると、より良好なはんだ接続信頼性を達成しやすくなる。また、Ag含有率が10質量%以下であると、融点が低く、濡れ性に優れたはんだ粒子となりやすく、結果としてはんだ粒子による接合部の接続信頼性が良好となりやすい。
はんだ粒子の用途は特に限定されず、例えば、異方性導電材料用の導電性粒子として好適に用いることができる。また、半導体集積回路の実装に広く用いられているボールグリッドアレイ接続方法(BGA接続)等の電気的に電極同士を接続する用途や、MEMS等の部品の封止や封管、ロウ付け、高さや隙間制御のスペーサ等の用途にも好適に用いることができる。すなわち、従来はんだが用いられる一般的な用途に、上記はんだ粒子を用いることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<実施例1>
(工程a1)はんだ微粒子の分級
Sn−Biはんだ微粒子(5N Plus社製、融点139℃、Type8)100gを、蒸留水に浸漬し、超音波分散させた後、静置し、上澄みに浮遊するはんだ微粒子を回収した。この操作を繰り返して、10gのはんだ微粒子を回収した。得られたはんだ微粒子の平均粒子径は1.0μm、C.V.値は42%であった。
(工程b1)基体への配置
開口径1.2μmφ、底部径1.0μmφ、深さ1.0μm(底部径1.0μmφは、開口部を上面からみると、開口径1.2μmφの中央に位置する)の凹部を複数有する基体(ポリイミドフィルム、厚さ100μm)を準備した。複数の凹部は、1.0μmの間隔で規則的に配列させた。工程aで得られたはんだ微粒子(平均粒子径1.0μm、C.V.値42%)を基体の凹部に配置した。なお、基体の凹部が形成された面側を微粘着ローラーでこすることで余分なはんだ微粒子を取り除き、凹部内のみにはんだ微粒子が配置された基体を得た。
(工程c1)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素還元炉(新港精機株式会社製真空半田付装置)に入れ、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して炉内を水素で満たした。その後、炉内を280℃で20分保った後、再び真空に引き、窒素を導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
(工程d1)はんだ粒子の回収
工程c1を経た基体を凹部裏側よりタップすることで、凹部よりはんだ粒子を回収した。得られたはんだ粒子を、下記の方法で評価した。
(はんだ粒子の評価)
SEM観察用台座表面に固定した導電テープ上に、得られたはんだ粒子を載せ、厚さ5mmのステンレス板にSEM観察用台座をタップしてはんだ粒子を導電テープ上に万遍なく広げた。その後、導電テープ表面に圧縮窒素ガスを吹きかけ、はんだ粒子を導電テープ上に単層に固定した。SEMにてはんだ粒子の直径を300個測定し、平均粒子径及びC.V.値を算出した。結果を表2に示す。
<実施例2〜12>
凹部サイズを表1に記載のとおり変更したこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
<実施例13>
工程c1に代えて、以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を120℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、170℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例14〜24>
凹部サイズを表1に記載のとおり変更したこと以外は、実施例13と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
<実施例25>
工程c1に代えて、以下の工程c3を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
(工程c3)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、ギ酸還元炉に投入し、真空引き後、ギ酸ガスを炉内に導入して、炉内をギ酸ガスで満たした。その後、炉内を130℃に調整し、5分間温度を保持した。その後、真空引きにて炉内のギ酸ガスを除去し、180℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例26〜36>
凹部サイズを表1に記載のとおり変更したこと以外は、実施例25と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
<実施例37>
工程c1に代えて、以下の工程c4を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
(工程c4)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、ギ酸コンベアリフロー炉(Heller Industries, Inc.製 1913MK)に投入し、コンベアーにて搬送しながら、窒素ゾーン、窒素および蟻酸ガス混合ゾーン、窒素ゾーンを連続して通過させた。窒素および蟻酸ガス混合ゾーンを5分間で通過させ、はんだ粒子を形成した。
<実施例38〜48>
凹部サイズを表1に記載のとおり変更したこと以外は、実施例37と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表2に示す。
Figure 2020004511
Figure 2020004511
<作製例1>
(A)異方性導電フィルムの作製
(工程e1)フラックスコートはんだ粒子の製造
実施例13と同じ方法ではんだ粒子を作製した。得られたはんだ粒子200gと、アジピン酸40gと、アセトン70gとを3つ口フラスコに秤量し、次にはんだ粒子表面の水酸基とアジピン酸のカルボキシル基との脱水縮合反応を触媒するジブチル錫オキシド0.3gを添加し、60℃で4時間反応させた。その後、はんだ粒子を濾過して回収した。回収したはんだ粒子と、アジピン酸50gと、トルエン200gと、パラトルエンスルホン酸0.3gとを3つ口フラスコに秤量し、真空引き、及び還流を行いながら、120℃で、3時間反応させた。この際、ディーンスターク抽出装置を用いて、脱水縮合により生成した水を除去しながら反応させた。その後、濾過によりはんだ粒子を回収し、ヘキサンにて洗浄し、乾燥した。乾燥後のはんだ粒子を気流式解砕機で解砕し、音波篩によりメッシュを通すことで、フラックスコートはんだ粒子を得た。
(工程f1)フラックスコートはんだ粒子の配置
開口径1.2μmφ、底部径1.0μmφ、深さ1.0μm(底部径1.0μmφは、開口部を上面からみると、開口径1.2μmφの中央に位置する)の凹部を複数有する転写型(ポリイミドフィルム、厚さ100μm)を準備した。なお、複数の凹部は、1.0μmの間隔で規則的に配列させた。この転写型の凹部に、それぞれ工程e1で得たフラックスコートはんだ粒子を配置した。
(工程g1)接着フィルムの作製
フェノキシ樹脂(ユニオンカーバイド社製、商品名「PKHC」)100gと、アクリルゴム(ブチルアクリレート40質量部、エチルアクリレート30質量部、アクリロニトリル30質量部、グリシジルメタクリレート3質量部の共重合体、分子量:85万)75gとを、酢酸エチル400gに溶解し、溶液を得た。この溶液に、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂(エポキシ当量185、旭化成エポキシ株式会社製、商品名「ノバキュアHX−3941」)300gを加え、撹拌して接着剤溶液を得た。得られた接着剤溶液を、セパレータ(シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚さ40μm)にロールコータを用いて塗布し、90℃で10分間の加熱することにより乾燥して、厚さ4、6、8、12及び20μmの接着フィルム(絶縁樹脂フィルム)をセパレータ上に作製した。
(工程h1)フラックスコートはんだ粒子の転写
セパレータ上に形成された接着フィルムと、工程f1でフラックスコートはんだ粒子が配置された転写型とを向かい合わせて配置し、接着フィルムにフラックスコートはんだ粒子を転写させた。
(工程i1)異方性導電フィルムの作製
工程h1で得た接着フィルムの転写面に、工程g1と同様の方法で作製された接着フィルムを接触させ、50℃、0.1MPa(1kgf/cm)で加熱・加圧させることで、フィルムの断面視において、フラックスコートはんだ粒子が層状に配列された異方性導電フィルムを得た。なお、厚さ4μmのフィルムに対しては4μmを重ね合わせ、同様に、6μmには6μm、8μmには8μm、12μmには12μm、20μmには20μmを重ね合わることで、8μm、12μm、16μm、24μm及び40μmの厚みの異方性導電フィルムを作製した。
(B)接続構造体の作製
(工程j1)銅バンプ付きチップの準備
下記に示す、5種類の銅バンプ付きチップ(1.7×1.7mm、厚さ:0.5mm)を準備した。
・チップC1…面積30μm×30μm、スペース30μm、高さ:10μm、バンプ数362
・チップC2…面積15μm×15μm、スペース10μm、高さ:10μm、バンプ数362
・チップC3…面積10μm×10μm、スペース10μm、高さ:7μm、バンプ数362
・チップC4…面積5μm×5μm、スペース6μm、高さ:5μm、バンプ数362
・チップC5…面積3μm×3μm、スペース3μm、高さ:5μm、バンプ数362
(工程k1)銅バンプ付き基板の準備
下記に示す、5種類の銅バンプ付き基板(厚さ:0.7mm)を準備した。
・基板D1…面積30μm×30μm、スペース30μm、高さ:10μm、バンプ数362
・基板D2…面積15μm×15μm、スペース10μm、高さ:10μm、バンプ数362
・基板D3…面積10μm×10μm、スペース10μm、高さ:7μm、バンプ数362
・基板D4…面積5μm×5μm、スペース6μm、高さ5μm、バンプ数362
・基板D5…面積3μm×3μm、スペース3μm、高さ:5μm、バンプ数362
(工程l1)
次に、工程i1作製した異方性導電フィルムを用いて、銅バンプ付きチップ(1.7×1.7mm、厚さ:0.5mm)と、銅バンプ付き基板(厚さ:0.7mm)との接続を、以下に示すi)〜iii)の手順に従って行うことによって接続構造体を得た。
i)異方性導電フィルム(2×19mm)の片面のセパレータ(シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚さ40μm)を剥がし、異方性導電フィルムと銅バンプ付き基板を接触させ、80℃、0.98MPa(10kgf/cm)で貼り付けた。
ii)セパレータを剥離し、銅バンプ付きチップのバンプと銅バンプ付き基板のバンプの位置合わせを行った。
iii)180℃、40gf/バンプ、30秒の条件でチップ上方から加熱及び加圧を行い、本接続を行った。以下の(1)〜(7)の「チップ/異方性導電フィルム/基板」の組み合わせで、(1)〜(7)に係る計7種類の接続構造体をそれぞれ作製した。
(1)チップC1/40μmの厚みの導電フィルム/基板D1
(2)チップC1/24μmの厚みの導電フィルム/基板D1
(3)チップC1/16μmの厚みの導電フィルム/基板D1
(4)チップC2/16μmの厚みの導電フィルム/基板D2
(5)チップC3/12μmの厚みの導電フィルム/基板D3
(6)チップC4/8μmの厚みの導電フィルム/基板D4
(7)チップC5/8μmの厚みの導電フィルム/基板D5
<作製例2〜12>
実施例14〜24と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例14〜24のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。
<比較作製例1>
はんだ粒子として、Sn−Biはんだ粒子(三井金属社製「Type−4」、平均粒子径26μm、C.V.値25%)を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。
<比較作製例2>
下記の成分を下記の質量部で含んだ、はんだ粒子含有異方性導電ペーストを作製した。
(ポリマー):12質量部
(熱硬化性化合物):29質量部
(高誘電率硬化剤):20質量部
(熱硬化剤):11.5質量部
(フラックス):2質量部
(はんだ粒子)34質量部
(ポリマー):
ビスフェノールF(4,4’−メチレンビスフェノールと2,4’−メチレンビスフェノールと2,2’−メチレンビスフェノールとを質量比で2:3:1で含む)72質量部、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル70質量部、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(DIC社製「EPICLON EXA−830CRP」)30質量部を、3つ口フラスコに入れ、窒素フロー下にて、150℃で溶解させた。その後、水酸基とエポキシ基との付加反応触媒であるテトラーn−ブチルスルホニウムブロミド0.1質量部を添加し、窒素フロー下にて、150℃で6時間、付加重合反応させることにより反応物(ポリマー)を得た。
(熱硬化性化合物):レゾルシノール型エポキシ化合物、ナガセケムテックス社製「EX−201」
(高誘電率硬化剤):ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)
(熱硬化剤):昭和電工社製「カレンズMT PE1」
(フラックス):アジピン酸、和光純薬工業社製
(はんだ粒子):
SnBiはんだ粒子200g(三井金属社製「ST−3」)と、アジピン酸40gと、アセトン70gとを3つ口フラスコに秤量し、次にはんだ粒子本体の表面の水酸基とアジピン酸のカルボキシル基との脱水縮合触媒であるジブチル錫オキサイド0.3gを添加し、60℃で4時間反応させた。その後、はんだ粒子を濾過することで回収した。回収したはんだ粒子と、アジピン酸50gと、トルエン200gと、パラトルエンスルホン酸0.3gとを3つ口フラスコに秤量し、真空引き、及び還流を行いながら、120℃で、3時間反応させた。この際、ディーンスターク抽出装置を用いて、脱水縮合により生成した水を除去しながら反応させた。その後、濾過によりはんだ粒子を回収し、ヘキサンにて洗浄し、乾燥した。その後、得られたはんだ粒子をボールミルで解砕した。得られたSnBiはんだ粒子の平均粒子径は4μm、CV値32%であった。
作製例1と同様の銅バンプ付きチップと銅バンプ付き基板を準備した。銅バンプ付き基板の上部に、はんだ粒子含有異方性導電ペーストを配置し、さらにその上に銅バンプ付きチップを配置した。銅バンプ付きチップのバンプと銅バンプ付き基板のバンプの位置合わせを行い、180℃、4gf/バンプ、30秒の条件でチップ上方から加熱及び加圧を行って本接続を行った。以下の(1)〜(7)の組み合わせで、(1)〜(7)に係る計7種類の接続構造体をそれぞれ作製した。
(1)チップC1/40μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D1
(2)チップC1/24μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D1
(3)チップC1/16μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D1、
(4)チップC2/16μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D2、
(5)チップC3/12μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D3、
(6)チップC4/8μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D4、
(7)チップC5/8μmの厚み(銅バンプ上)のはんだ粒子含有異方性導電ペースト/基板D5、
を組み合わせて接続し、上記(1)〜(7)の接続構造体を得た。
[接続構造体の評価]
得られた接続構造体の一部について、導通抵抗試験及び絶縁抵抗試験を以下のように行った。
(導通抵抗試験−吸湿耐熱試験)
銅バンプ付きチップ(バンプ)/銅バンプ付き基板(バンプ)間の導通抵抗に関して、導通抵抗の初期値と吸湿耐熱試験(温度85℃、湿度85%の条件で100、500、1000時間放置)後の値を、20サンプルについて測定し、それらの平均値を算出した。得られた平均値から下記基準に従って導通抵抗を評価した。結果を表3に示す。なお、吸湿耐熱試験1000時間後に、下記A又はBの基準を満たす場合は導通抵抗が良好といえる。
A:導通抵抗の平均値が2Ω未満
B:導通抵抗の平均値が2Ω以上5Ω未満
C:導通抵抗の平均値が5Ω以上10Ω未満
D:導通抵抗の平均値が10Ω以上20Ω未満
E:導通抵抗の平均値が20Ω以上
(導通抵抗試験−高温放置試験)
銅バンプ付きチップ(バンプ)/銅バンプ付き基板(バンプ)間の導通抵抗に関して、高温放置前と、高温放置試験後(温度100℃の条件で100、500、1000時間放置)のサンプルについて測定した。なお、高温放置後は、落下衝撃を加え、落下衝撃後のサンプルの導通抵抗を測定した。落下衝撃は、前記の接続構造体を、金属板にネジ止め固定し、高さ50cmから落下させた。落下後、最も衝撃の大きいチップコーナーのはんだ接合部(4箇所)において直流抵抗値を測定し、測定値が初期抵抗から5倍以上増加したときに破断が生じたとみなして、評価を行った。なお、20サンプル、4箇所で合計80箇所の測定を行った。結果を表4に示す。落下回数20回後に下記A又はBの基準を満たす場合をはんだ接続信頼性が良好であると評価した。
A:落下回数20回後において、初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、80箇所全てにおいて認められなかった。
B:落下回数20回後において、初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、1箇所以上5箇所以内で認められた。
C:落下回数20回後において、初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、6箇所以上20箇所以内で認められた。
D:落下回数20回後において、初期抵抗から5倍以上増加したはんだ接続部が、21箇所以上で認められた。
(絶縁抵抗試験)
チップ電極間の絶縁抵抗に関しては、絶縁抵抗の初期値とマイグレーション試験(温度60℃、湿度90%、20V印加の条件で100、500、1000時間放置)後の値を、20サンプルについて測定し、全20サンプル中、絶縁抵抗値が10Ω以上となるサンプルの割合を算出した。得られた割合から下記基準に従って絶縁抵抗を評価した。結果を表5に示す。なお、吸湿耐熱試験1000時間後に、下記A又はBの基準を満たした場合は絶縁抵抗が良好といえる。
A:絶縁抵抗値10Ω以上の割合が100%
B:絶縁抵抗値10Ω以上の割合が90%以上100%未満
C:絶縁抵抗値10Ω以上の割合が80%以上90%未満
D:絶縁抵抗値10Ω以上の割合が50%以上80%未満
E:絶縁抵抗値10Ω以上の割合が50%未満
Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
<はんだ粒子の評価>
実施例1で得られたはんだ粒子を用いたこと以外は、作製例1と同様にして(工程e1)〜(工程h1)を行い、はんだ粒子が転写された接着フィルムを得た。この接着フィルムを、10cm×10cm切り出し、はんだ粒子が配置されている面にPtスパッタを施した後、SEM観察を行った。300個のはんだ粒子を観察し、はんだ粒子の平均直径B(平均粒子径)、平面部の平均直径A、真円度、A/B及びY/Xを算出した。また、実施例2〜12のはんだ粒子を用いて同様の測定を行った。結果を表6に示す。
真円度:はんだ粒子の2つの同心円(最小外接円の半径r、最大内接円の半径R)の半径の比r/R。
A/B:はんだ粒子の直径Bに対する平面部の直径Aの比。
Y/X:はんだ粒子の投影像に外接する四角形を二対の平行線により作成した場合において、対向する辺間の距離をX及びY(但しY<X)としたときの、Xに対するYの比。
Figure 2020004511
なお、図7(a)及び図7(b)は、実施例17で形成されたはんだ粒子のSEM画像を示す図であり、図8(a)及び図8(b)は、比較作製例1で使用したはんだ粒子のSEM画像を示す図である。
<実施例49>
工程b1において、図9に示す断面形状(図2(b)と近似の凹部形状)、すなわち底部径aが0.6μm、開口径b1が1.0μm、開口径b2が1.2μm(底部径a:1.0μmφは、開口部を上面からみると、開口径b2:1.2μmφの中央に位置する)の凹部を複数有する基体を用いたことと、工程c1に代えて、以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表8に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を120℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、170℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例50〜60>
凹部サイズを表7に記載のとおり変更したこと以外は、実施例49と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表8に示す。
<実施例61>
工程b1において、図2(e)に示す断面形状、すなわち開口部が1.2μmで、開口部から底部に行くほど直径が細くなる逆円錐状の形状の凹部を複数有する基体を用いたことと、工程c1に代えて、以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表8に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を120℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、170℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例62〜72>
凹部サイズを表7に記載のとおり変更したこと以外は、実施例61と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表8に示す。
<実施例73>
工程b1において、図2(h)に示す断面形状、すなわち開口部が1.2μmで、底部が連続曲面を有し、この連続曲面が開口部から深さ方向に向かって凸型になっている凹部を複数有する基体を用いたことと、工程c1に代えて、以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表8に示す。なおこの場合の深さは、開口部が位置する基体表面と平行な線から引いた垂直線が、底部連続曲面の最も深い位置と交差する点までの距離とする。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を120℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、170℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例74〜84>
凹部サイズを表7に記載のとおり変更したこと以外は、実施例61と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表8に示す。
<作製例13〜24>
実施例49〜60と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例49〜60のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表9〜11に示す。
<作製例25〜36>
実施例61〜72と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例61〜72のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表12〜14に示す。
<作製例37〜48>
実施例73〜84と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例73〜84のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表15〜17に示す。
実施例49から実施例60で得られたはんだ粒子は、実施例13から実施例24で得られたはんだ粒子と同等の性能を発揮できることが確認された。また、実施例49から実施例60で得られたはんだ粒子は、実施例13から実施例24で得られたはんだ粒子と同様に一部に、平面部を有した形状を有していた。
実施例61から実施例72で得られたはんだ粒子は、実施例13から実施例24で得られたはんだ粒子と同等の性能を発揮できることが確認された。また、実施例61から実施例72で得られたはんだ粒子は、その断面直径が連続的に変化した、疑似円錐形のような形状をしていることが確認された。
実施例73から実施例84で得られたはんだ粒子は、実施例13から実施例24で得られたはんだ粒子と同等の性能を発揮できることが確認された。また、実施例73から実施例84で得られたはんだ粒子は、疑似球形となることが確認された。なお、この形状は、樹脂接着フィルムを用いて電極同士を接続する場合、圧力を加えた時に、樹脂を排除しやすく、電極とはんだ粒子の接触がしやすく安定した接続を得られる利点がある。
Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
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Figure 2020004511
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Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
<実施例85〜87>
工程a1において、Sn−Biはんだ微粒子(5N Plus社製、融点139℃、Type9、平均粒子径:3.0μm、C.V.値:32%)10gを用いたことと、工程b1において表18に示す凹部を用いたことと、工程c1に代えて以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表19に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を120℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、170℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例88〜90>
工程a1において、Sn−Biはんだ微粒子(5N Plus社製、融点139℃、Type10、平均粒子径:2.8μm、C.V.値:28%)10gを用いたことと、工程b1において表18に示す凹部を用いたことと、工程c1に代えて以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表19に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を120℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、170℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例91〜93>
In−Snはんだ微粒子(5N Plus社製、融点120℃、Type8)100gを、蒸留水に浸漬し、超音波分散させた後、静置し、上澄みに浮遊するはんだ微粒子を回収して、平均粒子径1.0μm、C.V.値40%のはんだ微粒子を得た。工程a1において、このはんだ微粒子(平均粒子径1.0μm、C.V.値40%)を用いたことと、工程b1において表18に示す凹部を用いたことと、工程c1に代えて以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表19に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を110℃に調整し、5分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、160℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<実施例94〜96>
Sn−Ag−Cuはんだ微粒子(5N Plus社製、融点218℃、Type8)100gを、蒸留水に浸漬し、超音波分散させた後、静置し、上澄みに浮遊するはんだ微粒子を回収して、平均粒子径1.0μm、C.V.値41%のはんだ微粒子を得た。工程a1において、このはんだ微粒子(平均粒子径1.0μm、C.V.値41%)を用いたことと、工程b1において表18に示す凹部を用いたことと、工程c1に代えて以下の工程c2を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてはんだ粒子を作製し、回収及び評価した。結果を表19に示す。
(工程c2)はんだ粒子の形成
工程b1で凹部にはんだ微粒子が配置された基体を、水素ラジカル還元炉(新港精機株式会社製プラズマリフロー装置)に投入し、真空引き後、水素ガスを炉内に導入して、炉内を水素ガスで満たした。その後、炉内を150℃に調整し、3分間水素ラジカルを照射した。その後、真空引きにて炉内の水素ガスを除去し、240℃まで加熱した後、窒素を炉内に導入して大気圧に戻してから炉内の温度を室温まで下げることにより、はんだ粒子を形成した。
<作製例49〜51>
実施例85〜87と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例85〜87のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表20〜22に示す。
<作製例52〜54>
実施例88〜90と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例88〜90のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表20〜22に示す。
<作製例55〜57>
実施例91〜93と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例91〜93のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表20〜22に示す。
<作製例58〜60>
実施例94〜96と同じ方法で作製したはんだ粒子を用いたこと、及び、転写型として実施例94〜96のはんだ粒子作製に用いた基体と同じ形状の転写型を用いたことと、工程l1において、本圧着温度を230℃にしたこと以外は、作製例1と同じ方法で異方導電性フィルム及び接続構造体の作製を行った。結果を表20〜22に示す。
Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
Figure 2020004511
凹部のサイズが小さい(例えば、底部2〜3μm)において、はんだ微粒子の中心粒子径が小さいほど得られるはんだ粒子のC.V値は低くなる傾向がある。これは、はんだ微粒子の中心粒子径が小さいほど、凹部への充填率が向上し、複数の凹部間での充填ばらつきが低減するためと考えられる。
以上の実施例から、本発明の方法であれば、はんだ微粒子の組成を変更するだけで、粒子径がそろった融点の異なるはんだ粒子を容易に得られることが確認された。
また、凹部の断面形状は各種用いることが出来る。すなわち、はんだ粒子の最終利用方法や形態に合わせて凹部の断面形状は適宜選択出来る。例えば、樹脂中にはんだ粒子を分散し、インクのように流動性を確保する場合は、はんだ粒子の表面は連続曲面を有している方が好ましいと考えられる。一方、フィルム中にはんだ粒子を分散し、圧着工程により電極にはんだ粒子を接触させる場合、はんだ粒子に平面部があると、接触時の衝撃を緩和し、電極の破損を防ぐことが出来る場合がある。また、圧着工程で加熱により粘度が低下した樹脂が流動し、電極上から動いてしまうことがあるが、平面部を有する場合、電極との接触面積が高くなりやすく、フラックスによる酸化被膜除去時に素早く電極への濡れが広がるため、樹脂流動による移動が抑制出来る利点もある。樹脂ペーストにおいても同様の現象がみられる。凹部の断面形状が、図2(e)のような底部に向かって円錐状になっている場合、得られるはんだ粒子は、はんだの表面張力により鋭角部は無いものの、連続的に断面直径が変化した疑似円錐状のようになる。このような粒子は、例えば樹脂フィルム中の厚み方向にそろえて配置出来るため、圧着実装するときに、疑似円錐状のより断面が細い部分により樹脂排除性が高まり、電極にはんだ粒子が容易に接触し、安定した接続が得られる利点がある。
1…はんだ粒子、11…平面部、111…はんだ微粒子、60…基体、60a…表面、62…凹部、62a…底部。

Claims (10)

  1. 複数の凹部を有する基体とはんだ微粒子とを準備する準備工程と、
    前記はんだ微粒子の少なくとも一部を、前記凹部に収容する収容工程と、
    前記凹部に収容された前記はんだ微粒子を融合させて、前記凹部の内部にはんだ粒子を形成する融合工程と、
    を含み、
    前記はんだ粒子の平均粒子径が1μm〜30μm、前記はんだ粒子のC.V.値が20%以下である、はんだ粒子の製造方法。
  2. 前記準備工程で準備される前記はんだ微粒子のC.V.値が、20%を超える、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記融合工程の前に、前記凹部に収容された前記はんだ微粒子を還元雰囲気下に晒す、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 前記融合工程において、前記凹部に収容された前記はんだ微粒子を還元雰囲気下で融合させる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
  5. 前記準備工程で準備される前記はんだ微粒子が、スズ、スズ合金、インジウム及びインジウム合金からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
  6. 前記準備工程で準備される前記はんだ微粒子が、In−Bi合金、In−Sn合金、In−Sn−Ag合金、Sn−Au合金、Sn−Bi合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金及びSn−Cu合金からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項5に記載の製造方法。
  7. 平均粒子径が1μm〜30μmであり、C.V.値が20%以下である、はんだ粒子。
  8. はんだ粒子の投影像に外接する四角形を二対の平行線により作成した場合において、対向する辺間の距離をX及びY(但しY<X)としたときに、X及びYが下記式を満たす、請求項7に記載のはんだ粒子。
    0.8<Y/X<1.0
  9. スズ、スズ合金、インジウム及びインジウム合金からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項7又は8に記載のはんだ粒子。
  10. In−Bi合金、In−Sn合金、In−Sn−Ag合金、Sn−Au合金、Sn−Bi合金、Sn−Bi−Ag合金、Sn−Ag−Cu合金及びSn−Cu合金からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項7に記載のはんだ粒子。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202146679A (zh) * 2020-04-06 2021-12-16 日商昭和電工材料股份有限公司 焊料粒子、焊料粒子的製造方法及帶焊料粒子之基體
CN117099190A (zh) * 2021-02-10 2023-11-21 株式会社力森诺科 带焊料凸块的部件的制造方法、带焊料凸块的部件及焊料凸块形成用部件

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0523887A (ja) * 1991-07-19 1993-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 金属ボールの形成方法
JPH09150296A (ja) * 1995-11-27 1997-06-10 Nec Corp 金属ボールの形成方法
WO2003035308A1 (fr) * 2001-10-26 2003-05-01 Miyazaki Prefecture Particule metallique spherique pour monodispersion et procede permettant de produire celles-ci
WO2006043377A1 (ja) * 2004-10-19 2006-04-27 Senju Metal Industry Co., Ltd. はんだバンプ形成用シートとその製造方法
JP2014058147A (ja) * 2012-09-19 2014-04-03 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd はんだ球製造用のモールドの製造方法、及びはんだ球の製造方法
JP2016126878A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 積水化学工業株式会社 導電ペースト、接続構造体及び接続構造体の製造方法
JP2017195180A (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 積水化学工業株式会社 導電材料及び接続構造体

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01184201A (ja) * 1988-01-14 1989-07-21 Electroplating Eng Of Japan Co 金属パウダー及びそのペースト
US5527628A (en) * 1993-07-20 1996-06-18 Iowa State University Research Foudation, Inc. Pb-free Sn-Ag-Cu ternary eutectic solder
US6025258A (en) * 1994-01-20 2000-02-15 Fujitsu Limited Method for fabricating solder bumps by forming solder balls with a solder ball forming member
US5542174A (en) * 1994-09-15 1996-08-06 Intel Corporation Method and apparatus for forming solder balls and solder columns
JP2798011B2 (ja) * 1995-07-10 1998-09-17 日本電気株式会社 半田ボール
US6293456B1 (en) * 1997-05-27 2001-09-25 Spheretek, Llc Methods for forming solder balls on substrates
US7007833B2 (en) * 1997-05-27 2006-03-07 Mackay John Forming solder balls on substrates
JP3420917B2 (ja) * 1997-09-08 2003-06-30 富士通株式会社 半導体装置
US6189772B1 (en) * 1998-08-31 2001-02-20 Micron Technology, Inc. Method of forming a solder ball
US6523736B1 (en) * 1998-12-11 2003-02-25 Micron Technology, Inc. Methods and apparatus for forming solder balls
JP2005183904A (ja) * 2003-12-22 2005-07-07 Rohm & Haas Electronic Materials Llc 電子部品にはんだ領域を形成する方法及びはんだ領域を有する電子部品
JP5118574B2 (ja) * 2008-08-07 2013-01-16 三井金属鉱業株式会社 はんだ粉及びはんだペースト
JP5456545B2 (ja) * 2009-04-28 2014-04-02 昭和電工株式会社 回路基板の製造方法
JP5690554B2 (ja) * 2010-10-27 2015-03-25 昭和電工株式会社 はんだボールの製造方法
CN103443869B (zh) * 2012-02-21 2015-10-21 积水化学工业株式会社 导电性粒子、导电性粒子的制造方法、导电材料及连接结构体
JP5323284B1 (ja) * 2012-03-26 2013-10-23 積水化学工業株式会社 導電材料及び接続構造体
DK3103565T3 (en) * 2014-02-04 2019-01-21 Senju Metal Industry Co CU BALL, CU CORE BALL, BOTTLE CONNECTION, BASED PASTA, AND BASKET FOAM
CN105493201B (zh) 2014-02-24 2018-12-07 积水化学工业株式会社 导电糊剂、连接结构体及连接结构体的制造方法
JP2015220396A (ja) * 2014-05-20 2015-12-07 三菱マテリアル株式会社 はんだバンプの形成方法及びはんだボール固定用はんだペースト
CN106688051B (zh) * 2014-11-20 2019-03-29 积水化学工业株式会社 导电性粒子、导电性粒子的制造方法、导电材料及连接结构体
KR102182945B1 (ko) * 2015-01-13 2020-11-25 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤 범프 형성용 필름, 반도체 장치 및 그의 제조 방법 및 접속 구조체
JP6082843B2 (ja) * 2015-02-19 2017-02-15 積水化学工業株式会社 導電ペースト及び接続構造体
JP7284555B2 (ja) * 2016-09-09 2023-05-31 積水化学工業株式会社 導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法
CN109804002B (zh) * 2016-10-18 2022-11-01 迪睿合株式会社 含填料膜
CN109983628B (zh) * 2016-11-30 2021-12-24 迪睿合株式会社 导电粒子配置膜、其制造方法、检查探头单元、导通检查方法
TW202014305A (zh) * 2018-06-06 2020-04-16 日商迪睿合股份有限公司 含填料膜
CN112313032A (zh) * 2018-06-26 2021-02-02 昭和电工材料株式会社 各向异性导电膜及其制造方法以及连接结构体的制造方法
US11916003B2 (en) * 2019-09-18 2024-02-27 Intel Corporation Varied ball ball-grid-array (BGA) packages

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0523887A (ja) * 1991-07-19 1993-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 金属ボールの形成方法
JPH09150296A (ja) * 1995-11-27 1997-06-10 Nec Corp 金属ボールの形成方法
WO2003035308A1 (fr) * 2001-10-26 2003-05-01 Miyazaki Prefecture Particule metallique spherique pour monodispersion et procede permettant de produire celles-ci
WO2006043377A1 (ja) * 2004-10-19 2006-04-27 Senju Metal Industry Co., Ltd. はんだバンプ形成用シートとその製造方法
JP2014058147A (ja) * 2012-09-19 2014-04-03 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd はんだ球製造用のモールドの製造方法、及びはんだ球の製造方法
JP2016126878A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 積水化学工業株式会社 導電ペースト、接続構造体及び接続構造体の製造方法
JP2017195180A (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 積水化学工業株式会社 導電材料及び接続構造体

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