WO2019203053A1 - 導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a conductive material containing a thermosetting component and solder particles.
- the present invention also relates to a connection structure using the conductive material and a method for manufacturing the connection structure.
- Anisotropic conductive materials such as anisotropic conductive paste and anisotropic conductive film are widely known.
- anisotropic conductive material conductive particles are dispersed in a binder resin.
- the anisotropic conductive material is used for obtaining various connection structures.
- Examples of the connection using the anisotropic conductive material include a connection between a flexible printed circuit board and a glass substrate (FOG (Film on Glass)), a connection between a semiconductor chip and a flexible printed circuit board (COF (Chip on Film)), and a semiconductor.
- Examples include connection between a chip and a glass substrate (COG (Chip on Glass)), connection between a flexible printed circuit board and a glass epoxy substrate (FOB (Film on Board)), and the like.
- an anisotropic conductive material containing conductive particles is disposed on the glass epoxy substrate. To do.
- a flexible printed circuit board is laminated, and heated and pressurized. As a result, the anisotropic conductive material is cured, and the electrodes are electrically connected via the conductive particles to obtain a connection structure.
- Patent Document 1 discloses a conductive paste containing a binder resin and conductive particles.
- the binder resin contains a thermal radical polymerizable compound and a thermal radical polymerization initiator.
- the storage elastic modulus at 90 ° C. of the binder resin is 8 Pa or more and less than 500 MPa, or the storage elastic modulus at 90 ° C. of the conductive paste is 8 Pa or more and less than 500 MPa.
- solder particles are used as conductive particles.
- SnBi solder particles are described as the solder particles.
- the plurality of upper electrodes and the plurality of lower electrodes are electrically connected, and the conductive connection is performed.
- the solder is preferably disposed between the upper and lower electrodes to be connected, and is preferably not disposed between adjacent lateral electrodes. It is desirable that the adjacent lateral electrodes are not electrically connected.
- a conductive material containing solder particles is used after being placed on a substrate and then heated by reflow or the like.
- the conductive material is heated above the melting point of the solder particles, the solder particles melt and the solder agglomerates between the electrodes, so that a solder part is formed between the electrodes, and the upper and lower parts to be connected by the solder part.
- the electrodes are electrically connected.
- solder particles having a relatively low melting point may be used, and when heated by high-temperature reflow (for example, 260 ° C. reflow is repeated five times), the solder part may be deteriorated by heat. .
- high-temperature reflow for example, 260 ° C. reflow is repeated five times
- the solder part may be deteriorated by heat.
- the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected may be lowered, and the yield may be lowered.
- the conduction reliability between the electrodes after high-temperature reflow may not be sufficiently increased.
- the thermosetting component includes a plurality of solder particles, the solder particles include tin, silver, and copper, and the thermosetting component includes a thermosetting compound.
- a conductive material in which the content of the thermosetting compound is 10% by weight or more in 100% by weight of the conductive material is provided.
- the solder particles have an average particle size of 10 ⁇ m or less.
- the viscosity at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored frozen is 100 Pa ⁇ s or more.
- the viscosity of the conductive material immediately after thawing the frozen conductive material at 25 ° C. and 0.5 rpm is determined immediately after the frozen conductive material is thawed.
- the thixotropic index divided by the viscosity at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material is 2 or more.
- the conductive material immediately after production having a viscosity at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material after storing the conductive material immediately after production at 25 ° C. and 24 hours.
- the ratio to the viscosity at 25 ° C. and 5 rpm is 1.2 or less.
- the viscosity of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored frozen is 25 ° C. and 5 rpm
- the viscosity of the conductive material immediately after production is 25 ° C. and 5 rpm.
- the ratio to viscosity is 1.2 or less.
- the conductive material is used for mounting an electronic component having a plane area of 70 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less.
- the electronic component is a semiconductor chip, a semiconductor package, an LED chip, an LED package, a capacitor, or a diode.
- the conductive material is a conductive paste.
- a first connection target member having a first electrode on the surface
- a second connection target member having a second electrode on the surface
- the first connection target member A connecting portion connecting the second connection target member, wherein the material of the connecting portion is the conductive material described above, and the first electrode and the second electrode are the connecting portion.
- a connection structure is provided that is electrically connected by a solder portion therein.
- the first electrode and the second electrode face each other in the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode.
- the solder portion in the connection portion is arranged in 50% or more of the area of 100% of the portion where the first electrode and the second electrode face each other.
- the first electrode and the second electrode are stacked in the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode.
- a connection in which the solder part in the connection part is arranged in 50% or more of the area of 100% of the part where the first electrode and the second electrode face each other when the part facing each other is viewed.
- the conductive material according to the present invention includes a thermosetting component and a plurality of solder particles.
- the solder particles contain tin, silver, and copper.
- the thermosetting component contains a thermosetting compound.
- the content of the thermosetting compound is 10% by weight or more in 100% by weight of the conductive material. Since the conductive material according to the present invention has the above-described configuration, even when the conductive material is heated by high-temperature reflow, the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased. it can.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a connection structure obtained using a conductive material according to an embodiment of the present invention.
- 2A to 2C are cross-sectional views for explaining each step of an example of a method for manufacturing a connection structure using a conductive material according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the connection structure.
- the conductive material according to the present invention includes a thermosetting component and a plurality of solder particles.
- the solder particles contain tin, silver, and copper.
- the thermosetting component contains a thermosetting compound.
- the content of the thermosetting compound is 10% by weight or more in 100% by weight of the conductive material.
- the conductive material according to the present invention has the above-described configuration, even when the conductive material is heated by high-temperature reflow, the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased. it can.
- the conductive material containing solder particles is used after being placed on the substrate and heated by reflow or the like. When the conductive material is heated above the melting point of the solder particles, the solder particles melt and the solder agglomerates between the electrodes, so that a solder part is formed between the electrodes, and the upper and lower parts to be connected by the solder part.
- the electrodes are electrically connected.
- solder particles having a relatively low melting point may be used.
- high-temperature reflow for example, 260 ° C. reflow is repeated five times
- the solder part may be deteriorated by heat. is there.
- the solder portion is deteriorated, the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected may be lowered, and the yield may be lowered.
- solder particles having a relatively high melting point can prevent the solder portion from being deteriorated by heat even when heated by high-temperature reflow.
- the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased.
- the conductive material contains specific solder particles.
- solder particles having a relatively high melting point are used.
- the thermosetting component may be cured before the solder particles melt at the time of conductive connection. If the thermosetting component is cured before the solder particles are melted, the solder particles cannot be aggregated between the electrodes at the time of conductive connection, and the electrodes may not be electrically connected.
- the present inventors use a specific solder particle (a solder particle having a relatively high melting point), the average particle diameter of the solder particle, the viscosity of the conductive material, the thixotropy of the conductive material, the curing rate of the curable component, etc. It was found that the solder particles can be aggregated between the electrodes and the electrodes can be electrically connected by controlling. In the present invention, even if solder particles having a relatively high melting point are used, the solder particles can be aggregated between the electrodes, and the electrodes can be electrically connected.
- the conductive material not only contains specific solder particles, but also the average particle diameter of the solder particles, the viscosity of the conductive material, the thixotropy of the conductive material, and the curability. Control of the curing rate of the components also greatly contributes.
- the solder is likely to gather between the upper and lower electrodes, and the solder is disposed on the electrode (line). Can do. Further, it is difficult for a part of the solder to be disposed between the lateral electrodes that should not be connected, and the amount of solder disposed between the lateral electrodes that should not be connected can be considerably reduced. As a result, according to the present invention, it is possible to reduce the remaining amount of solder between the lateral electrodes that should not be connected.
- the present invention it is possible to prevent displacement between the electrodes.
- the electrodes when the second connection target member is superimposed on the first connection target member having the conductive material disposed on the upper surface, the electrode of the first connection target member and the electrode of the second connection target member Even in a state of misalignment, the electrodes can be connected by correcting the misalignment (self-alignment effect).
- the conductive material is preferably liquid at 25 ° C., and preferably a conductive paste.
- the conductive material is preferably a conductive paste at 25 ° C.
- the viscosity ( ⁇ 25) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after production is preferably 100 Pa ⁇ s or more, more preferably 120 Pa ⁇ s or more, preferably 200 Pa ⁇ s or less, more preferably 180 Pa ⁇ s or less. It is.
- the viscosity ( ⁇ 25) is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected is more effective. Can be enhanced.
- the said viscosity ((eta) 25) can be suitably adjusted with the kind and compounding quantity of a compounding component.
- the viscosity ( ⁇ 25) can be measured under conditions of 25 ° C. and 5 rpm using, for example, an E-type viscometer (“TVE22L” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
- the viscosity ( ⁇ A) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored frozen is preferably 100 Pa ⁇ s or higher, more preferably 120 Pa ⁇ s or higher, preferably 200 Pa ⁇ s or lower. More preferably, it is 180 Pa ⁇ s or less.
- the viscosity ( ⁇ A) is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected is more effective. Can be enhanced.
- the said viscosity ((eta) A) can be suitably adjusted with the kind and compounding quantity of a compounding component.
- the viscosity ( ⁇ A) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after thawing the above-mentioned conductive material stored frozen is the viscosity ( ⁇ A) after storing the frozen conductive material at 25 ° C. for 2 hours. It means the viscosity of the conductive material at 25 ° C. and 5 rpm.
- the viscosity ( ⁇ A) can be measured under conditions of 25 ° C. and 5 rpm using, for example, an E-type viscometer (“TVE22L” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
- the conditions for the frozen storage of the conductive material for measuring the viscosity are the conditions for storage at ⁇ 20 ° C. for 7 days.
- the conditions for the above frozen storage during actual use of the conductive material are not particularly limited.
- the temperature of the frozen storage is not particularly limited, and may be less than 0 ° C.
- the temperature of the above frozen storage may be ⁇ 10 ° C. or lower, ⁇ 20 ° C. or lower, or ⁇ 40 ° C. or lower.
- the period of the frozen storage is not particularly limited, and may be 360 days or less.
- the frozen storage period may be 30 days or longer, 60 days or longer, 90 days or longer, or 180 days or longer.
- the thawing condition of the conductive material for measuring the viscosity is a condition of storing at 25 ° C. for 2 hours.
- the method for thawing the above-mentioned conductive material that has been frozen and stored when the conductive material is actually used is not particularly limited.
- Examples of a method for thawing the conductive material stored in a frozen state include a method for thawing under room temperature conditions, a method for thawing under refrigerated conditions, and a method for thawing under heated conditions.
- the room temperature condition is preferably 20 ° C. or higher and 25 ° C. or lower.
- the refrigeration conditions are preferably more than 0 ° C. and 10 ° C. or less.
- the heating condition is preferably 30 ° C. or higher and 35 ° C. or lower.
- the ratio ( ⁇ A / ⁇ 25) of the viscosity ( ⁇ A) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored frozen to the viscosity ( ⁇ 25) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after production. ) Is preferably 1.2 or less, more preferably 1.1 or less.
- the lower limit of the ratio ( ⁇ A / ⁇ 25) is not particularly limited.
- the ratio ( ⁇ A / ⁇ 25) may be 1 or more.
- the solder can be more efficiently arranged on the electrodes, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be further improved. It can be increased more effectively.
- the viscosity ( ⁇ B) at 25 ° C. and 0.5 rpm of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored in the frozen state is preferably 250 Pa ⁇ s or higher, more preferably 300 Pa ⁇ s or higher, preferably 800 Pa ⁇ s or higher. s or less, more preferably 600 Pa ⁇ s or less.
- the viscosity ( ⁇ B) is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected is more effective. Can be enhanced.
- the said viscosity ((eta) B) can be suitably adjusted with the kind and compounding quantity of a compounding component.
- the viscosity ( ⁇ B) at 25 ° C. and 0.5 rpm of the conductive material immediately after thawing the above-mentioned conductive material stored frozen was stored at 25 ° C. for 2 hours. It means the viscosity of the subsequent conductive material at 25 ° C. and 0.5 rpm.
- the viscosity ( ⁇ B) can be measured under conditions of 25 ° C. and 0.5 rpm using, for example, an E-type viscometer (“TVE22L” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
- the viscosity ( ⁇ B) at 25 ° C. and 0.5 rpm of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored in the frozen state is the viscosity ( ⁇ B) of the conductive material immediately after thawing the frozen conductive material at 25 ° C. and 5 rpm.
- the thixotropic index ( ⁇ B / ⁇ A) divided by the viscosity ( ⁇ A) is preferably 2 or more, more preferably 3 or more.
- the thixotropic index ( ⁇ B / ⁇ A) is preferably 5 or less, more preferably 4 or less.
- the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected. Can be increased more effectively.
- the viscosity ( ⁇ C) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material after storing the conductive material immediately after production at 25 ° C. and 24 hours is preferably 100 Pa ⁇ s or more, more preferably 120 Pa ⁇ s or more. , Preferably 200 Pa ⁇ s or less, more preferably 180 Pa ⁇ s or less.
- the viscosity ( ⁇ C) is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected is more effective. Can be enhanced.
- the said viscosity ((eta) C) can be suitably adjusted with the kind and compounding quantity of a compounding component.
- the viscosity ( ⁇ C) can be measured, for example, using an E-type viscometer (“TVE22L” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) and the like under conditions of 25 ° C. and 5 rpm.
- E-type viscometer (“TVE22L” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) and the like under conditions of 25 ° C. and 5 rpm.
- the viscosity ( ⁇ C) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material after storing the conductive material immediately after the production under the conditions of 25 ° C. and 24 hours is the viscosity ( ⁇ 25) of the conductive material immediately after the production at 25 ° C. and 5 rpm.
- ( ⁇ C / ⁇ 25) is preferably 1.2 or less, more preferably 1.1 or less.
- the lower limit of the ratio ( ⁇ C / ⁇ 25) is not particularly limited.
- the ratio ( ⁇ C / ⁇ 25) may be 1 or more.
- the ratio ( ⁇ C / ⁇ 25) is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, solder can be more efficiently disposed on the electrodes, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be further increased. It can be increased more effectively.
- the viscosity ( ⁇ mp) of the conductive material at the melting point of the solder particles is preferably 50 a ⁇ s or less, more preferably 30 Pa ⁇ s or less, still more preferably 10 Pa ⁇ s or less, preferably 0.5 Pa ⁇ s or more, more Preferably, it is 1 Pa ⁇ s or more.
- the viscosity ( ⁇ mp) is equal to or lower than the upper limit, the solder can be efficiently aggregated on the electrode. If the said viscosity is more than the said minimum, the void in a connection part can be suppressed and the protrusion of the electrically-conductive material other than a connection part can be suppressed.
- the viscosity ( ⁇ mp) is STRESSTECH (manufactured by REOLOGICA), etc., with strain control of 1 rad, frequency of 1 Hz, temperature increase rate of 20 ° C./min, measurement temperature range of 25 ° C. to 200 ° C. (however, the melting point of the solder particles is 200). When the temperature exceeds °C, the upper limit of the temperature is taken as the melting point of the solder particles). From the measurement result, the viscosity of the conductive material at the melting point of the solder particles is calculated.
- the conductive material can be used as a conductive paste and a conductive film.
- the conductive paste is preferably an anisotropic conductive paste, and the conductive film is preferably an anisotropic conductive film. From the viewpoint of more efficiently disposing the solder on the electrode, the conductive material is preferably a conductive paste.
- the conductive material is preferably used for electrical connection of electrodes.
- the conductive material is preferably a circuit connection material.
- the conductive material is preferably used for mounting electronic components.
- the conductive material is preferably used for mounting an electronic component having a plane area of 70 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less, and used for mounting an electronic component having a plane area of 65 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less. More preferably.
- the electronic component is preferably a plane area of the electrodes is 3 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less, more preferably 2 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less.
- the electronic component is preferably a semiconductor chip, a semiconductor package, an LED chip, an LED package, a capacitor, or a diode, and more preferably an LED chip or an LED package.
- the plane area of the electrode is an area when the surface to which the electrode is connected is viewed in plan.
- the conductive material is preferably disposed on an electrode having a plane area of 3 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less, and more preferably disposed on an electrode having a plane area of 2 ⁇ 10 3 ⁇ m 2 or less.
- (meth) acryl means one or both of “acryl” and “methacryl”.
- solder particles The conductive material according to the present invention includes a plurality of solder particles.
- solder particle both a center part and an outer surface are formed with the solder.
- the solder particles are particles in which both the central portion and the outer surface are solder.
- the conductive particles are conductive on the electrodes. Particles are difficult to collect.
- the solder joint property of electroconductive particles since the solder joint property of electroconductive particles is low, there exists a tendency for the electroconductive particle which moved on the electrode to move out of an electrode easily, and also has the effect of suppressing the position shift between electrodes. Tend to be lower.
- the solder is preferably a metal (low melting point metal) having a melting point of 450 ° C. or lower.
- the solder particles are preferably metal particles (low melting point metal particles) having a melting point of 450 ° C. or lower.
- the low melting point metal particles are particles containing a low melting point metal.
- the low melting point metal is a metal having a melting point of 450 ° C. or lower.
- the melting point of the low melting point metal is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower.
- the solder particles preferably have a melting point of 450 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower, and even more preferably 250 ° C. or lower.
- the melting point of the solder particles can be determined by differential scanning calorimetry (DSC).
- DSC differential scanning calorimetry
- Examples of the differential scanning calorimetry (DSC) apparatus include “EXSTAR DSC7020” manufactured by SII.
- the solder particles include tin, silver, and copper.
- the solder particles may contain a metal other than tin, silver, and copper.
- the content of tin is preferably 96% by weight or more, more preferably 96.3% by weight or more, preferably 99% by weight or less, more preferably 98.8%. % By weight or less.
- the solder can be arranged more efficiently on the electrode, even when the conductive material is heated by high-temperature reflow, The connection reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased, and the connection reliability between the solder portion and the electrode can be further increased.
- the silver content is preferably 0.9% by weight or more, more preferably 1.1% by weight or more, preferably 4% by weight or less, more preferably 3%. 0.7% by weight or less.
- the content of silver in the solder particles is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be disposed more efficiently on the electrode, and even when the conductive material is heated by high-temperature reflow, The connection reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased, and the connection reliability between the solder portion and the electrode can be further increased.
- the copper content is preferably 0.03% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or less, more preferably Is 0.4% by weight or less.
- the solder can be arranged more efficiently on the electrode, even when the conductive material is heated by high-temperature reflow, The connection reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased, and the connection reliability between the solder portion and the electrode can be further increased.
- the total content of tin, silver and copper in 100% by weight of the metal contained in the solder particles is preferably 95% by weight or more, more preferably 98% by weight or more.
- the solder can be more efficiently disposed on the electrode, and the conductive material is heated by high-temperature reflow. Even in this case, the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased, and the connection reliability between the solder portion and the electrodes can be further enhanced.
- the ratio of the silver content in 100% by weight of metal contained in the solder particles to the tin content in 100% by weight of metal contained in the solder particles is preferably Is 0.009 or more, more preferably 0.011 or more, preferably 0.04 or less, more preferably 0.036 or less.
- the above ratio is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conductive material is heated by high-temperature reflow. Even in this case, the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased, and the connection reliability between the solder portion and the electrodes can be further enhanced.
- the ratio of the content of copper in 100% by weight of metal contained in the solder particles to the content of tin in 100% by weight of metal contained in the solder particles is preferably Is 0.0003 or more, more preferably 0.0005 or more, preferably 0.004 or less, more preferably 0.0035 or less.
- the ratio (copper content / tin content) is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be more efficiently disposed on the electrode, and the conductive material is heated by reflow at high temperature. Even in this case, the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected can be effectively increased, and the connection reliability between the solder portion and the electrodes can be further enhanced.
- the content of tin, silver, or copper contained in the solder particles is determined by a high frequency inductively coupled plasma emission spectrometer (“ICP-AES” manufactured by Horiba, Ltd.) or a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation). “EDX-800HS”) or the like.
- ICP-AES inductively coupled plasma emission spectrometer
- EDX-800HS fluorescent X-ray analyzer
- the solder is melted and joined to the electrodes, and the solder portion conducts between the electrodes.
- the connection resistance is lowered.
- the bonding strength between the solder part and the electrode is increased.
- peeling between the solder part and the electrode is less likely to occur, and the conduction reliability and the connection reliability are further improved.
- the solder particles may contain a low melting point metal.
- the low melting point metal is not particularly limited.
- the low melting point metal is preferably tin or an alloy containing tin. Examples of the alloy include a tin-silver alloy, a tin-copper alloy, a tin-silver-copper alloy, a tin-bismuth alloy, a tin-zinc alloy, and a tin-indium alloy.
- the solder particles are preferably a filler material having a liquidus line of 450 ° C. or lower based on JIS Z3001: Welding terms.
- the solder particles may contain, for example, zinc, gold, lead, bismuth, and indium as metals other than tin, silver, and copper.
- the solder particles preferably do not contain lead.
- the solder particles include nickel, copper, antimony, aluminum, zinc, iron, gold, titanium, phosphorus, germanium, tellurium, cobalt, bismuth, manganese, chromium, Metals such as molybdenum and palladium may be included.
- the solder particles preferably contain nickel, copper, antimony, aluminum, or zinc.
- the content of these metals for increasing the bonding strength is 100 wt% of the metal contained in the solder particles, preferably 0.0001 wt% or more, Preferably it is 1 weight% or less.
- the average particle size of the solder particles is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.05 ⁇ m or more, still more preferably 0.1 ⁇ m or more, still more preferably 0.5 ⁇ m or more, and particularly preferably 1 ⁇ m or more.
- the average particle diameter of the solder particles is preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or less, still more preferably 10 ⁇ m or less, and particularly preferably less than 10 ⁇ m.
- the average particle size of the solder particles is particularly preferably 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- the average particle size of the solder particles is 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, the solder particles can be densely connected to each other, and the solder particles easily aggregate.
- the average particle diameter of the solder particles exceeds 10 ⁇ m, the solder particles are hardly connected with each other, and the solder particles may hardly aggregate.
- the average particle diameter of the solder particles is 10 ⁇ m or less, the effects of the present invention are more effectively exhibited, and the solder bumps are more uniformly formed.
- the average particle diameter of the solder particles is preferably small.
- solder particles having the same volume when comparing solder particles having the same volume, when the average particle diameter of the solder particles is small, the interval between the solder particles is narrowed, and the solder particles are more easily aggregated. Further, when the average particle diameter of the solder particles is small, the solder bumps are more easily formed in the plurality of electrodes.
- the average particle size of the solder particles is preferably a number average particle size.
- the average particle size of the solder particles is, for example, observing 50 arbitrary solder particles with an electron microscope or an optical microscope, calculating an average value of the particle size of each solder particle, or performing laser diffraction particle size distribution measurement. Is required.
- the particle diameter of one solder particle is determined as a particle diameter in a circle-equivalent diameter.
- the average particle diameter at an equivalent circle diameter of any 50 solder particles is substantially equal to the average particle diameter at a sphere equivalent diameter.
- the particle diameter of one solder particle is obtained as a particle diameter in a sphere equivalent diameter.
- the average particle size of the solder particles is preferably calculated by laser diffraction particle size distribution measurement.
- the coefficient of variation (CV value) of the particle size of the solder particles is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, preferably 40% or less, more preferably 30% or less.
- the coefficient of variation of the particle diameter of the solder particles is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be more efficiently arranged on the electrode.
- the CV value of the particle diameter of the solder particles may be less than 5%.
- the coefficient of variation (CV value) can be measured as follows.
- CV value (%) ( ⁇ / Dn) ⁇ 100 ⁇ : Standard deviation of particle diameter of solder particles Dn: Average value of particle diameter of solder particles
- the shape of the solder particles is not particularly limited.
- the solder particles may have a spherical shape, a non-spherical shape, or a flat shape.
- the content of the solder particles in 100% by weight of the conductive material is preferably 15% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, further preferably 30% by weight or more, particularly preferably 40% by weight or more, and most preferably. It is 50% by weight or more.
- the content of the solder particles in 100% by volume of the conductive material is preferably 95% by weight or less, more preferably 90% by weight or less, still more preferably 85% by weight or less, and particularly preferably 80% by weight or less.
- the content of the solder particles is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, it is possible to more efficiently arrange the solder on the electrodes, and it is easy to dispose a lot of solder between the electrodes. Reliability becomes even higher. From the viewpoint of further improving the conduction reliability, it is preferable that the content of the solder particles is large.
- the conductive material according to the present invention includes a thermosetting component.
- the conductive material may contain a thermosetting compound and a thermosetting agent as a thermosetting component.
- the conductive material preferably contains a thermosetting compound and a thermosetting agent as the thermosetting component.
- the conductive material preferably contains a curing accelerator as a thermosetting component.
- solder particles having a relatively high melting point are used.
- the thermosetting component is preferably not thermoset before the solder particles are aggregated.
- thermosetting component Even if the thermosetting component is heated to a relatively high temperature, the curing rate is preferably controlled so that the thermosetting component is not thermally cured before the solder is placed on the electrode.
- the curing rate of the thermosetting component can be controlled by the type and reaction start temperature of the thermosetting agent described below, the type and content of the curing accelerator described below, the curing temperature, and the like.
- thermosetting component thermosetting compound
- the thermosetting compound is not particularly limited.
- examples of the thermosetting compound include oxetane compounds, epoxy compounds, episulfide compounds, (meth) acrylic compounds, phenolic compounds, amino compounds, unsaturated polyester compounds, polyurethane compounds, silicone compounds, and polyimide compounds.
- an epoxy compound or an episulfide compound is preferable.
- An epoxy compound is more preferable.
- the thermosetting compound preferably contains an epoxy compound. As for the said thermosetting compound, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
- the above epoxy compound is a compound having at least one epoxy group.
- the epoxy compounds include bisphenol A type epoxy compounds, bisphenol F type epoxy compounds, bisphenol S type epoxy compounds, phenol novolac type epoxy compounds, biphenyl type epoxy compounds, biphenyl novolac type epoxy compounds, biphenol type epoxy compounds, and naphthalene type epoxy compounds.
- Fluorene type epoxy compound phenol aralkyl type epoxy compound, naphthol aralkyl type epoxy compound, dicyclopentadiene type epoxy compound, anthracene type epoxy compound, epoxy compound having adamantane skeleton, epoxy compound having tricyclodecane skeleton, naphthylene ether type
- examples thereof include an epoxy compound and an epoxy compound having a triazine nucleus in the skeleton.
- the said epoxy compound only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
- the epoxy compound is liquid or solid at normal temperature (23 ° C.), and when the epoxy compound is solid at normal temperature, the melting temperature of the epoxy compound is preferably equal to or lower than the melting point of the solder particles.
- thermosetting component preferably contains an epoxy compound, and the thermosetting compound contains an epoxy compound. It is preferable to include.
- thermosetting compound preferably includes a thermosetting compound having a polyether skeleton.
- thermosetting compound having a polyether skeleton examples include a compound having a glycidyl ether group at both ends of an alkyl chain having 3 to 12 carbon atoms and a polyether skeleton having 2 to 4 carbon atoms.
- examples thereof include polyether type epoxy compounds having structural units in which 2 to 10 are bonded continuously.
- thermosetting compound preferably includes a thermosetting compound having an isocyanuric skeleton.
- thermosetting compound having an isocyanuric skeleton examples include triisocyanurate type epoxy compounds, etc., and the TEPIC series (TEPIC-G, TEPIC-S, TEPIC-SS, TEPIC-HP, TEPIC-L, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) TEPIC-PAS, TEPIC-VL, TEPIC-UC) and the like.
- thermosetting compound preferably has high heat resistance, and more preferably a novolac type epoxy compound.
- the novolac type epoxy compound has a relatively high heat resistance.
- the content of the thermosetting compound is 10% by weight or more in 100% by weight of the conductive material.
- the content of the thermosetting compound in 100% by weight of the conductive material is preferably 20% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, still more preferably 50% by weight or more, and preferably 99% by weight or less. More preferably, it is 98 weight% or less, More preferably, it is 90 weight% or less, Most preferably, it is 80 weight% or less.
- the content of the thermosetting compound is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be disposed more efficiently on the electrodes, and the insulation reliability between the electrodes can be further effectively improved. Further, the conduction reliability between the electrodes can be further effectively improved. From the viewpoint of more effectively increasing the impact resistance, it is preferable that the content of the thermosetting compound is large.
- the content of the epoxy compound in 100% by weight of the conductive material is preferably 20% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, still more preferably 50% by weight or more, and preferably 99% by weight or less. Is 98% by weight or less, more preferably 90% by weight or less, and particularly preferably 80% by weight or less.
- the content of the epoxy compound is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be more efficiently arranged on the electrodes, and the insulation reliability between the electrodes can be further effectively improved, The conduction reliability between them can be further effectively improved. From the viewpoint of further improving the impact resistance, it is preferable that the content of the epoxy compound is large.
- thermosetting component thermosetting agent
- the said thermosetting agent is not specifically limited.
- the thermosetting agent thermosets the thermosetting compound.
- examples of the thermosetting agent include imidazole curing agents, amine curing agents, phenol curing agents, polythiol curing agents, and other thiol curing agents, acid anhydride curing agents, thermal cation initiators (thermal cation curing agents), and thermal radical generators. Is mentioned.
- an amine complex compound can be used as the thermosetting agent.
- the said thermosetting agent only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
- the thermosetting agent is preferably an imidazole curing agent, a thiol curing agent, or an amine curing agent. Further, from the viewpoint of enhancing the storage stability when the thermosetting compound and the thermosetting agent are mixed, the thermosetting agent is preferably a latent curing agent.
- the latent curing agent is preferably a latent imidazole curing agent, a latent thiol curing agent, or a latent amine curing agent.
- the said thermosetting agent may be coat
- the imidazole curing agent is not particularly limited.
- Examples of the imidazole curing agent include 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimellitate, 2,4-diamino-6.
- the thiol curing agent is not particularly limited.
- Examples of the thiol curing agent include trimethylolpropane tris-3-mercaptopropionate, pentaerythritol tetrakis-3-mercaptopropionate, and dipentaerythritol hexa-3-mercaptopropionate.
- the amine curing agent is not particularly limited.
- examples of the amine curing agent include hexamethylenediamine, octamethylenediamine, decamethylenediamine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetraspiro [5.5] undecane, bis (4 -Aminocyclohexyl) methane, metaphenylenediamine, diaminodiphenylsulfone and the like.
- the acid anhydride curing agent is not particularly limited and can be widely used as long as it is an acid anhydride used as a curing agent for a thermosetting compound such as an epoxy compound.
- the acid anhydride curing agent include phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylbutenyltetrahydrophthalic anhydride.
- Phthalic acid anhydride maleic anhydride, nadic anhydride, methyl nadic anhydride, glutaric anhydride, succinic anhydride, glycerin bistrimellitic anhydride monoacetate, and ethylene glycol bistrimellitic anhydride
- Acid anhydride curing agent trifunctional acid anhydride curing agent such as trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, methylcyclohexene tetracarboxylic acid anhydride, polyazeline acid anhydride, etc. 4 or more functional acid anhydrides Curing agents.
- thermal cation initiator is not particularly limited.
- examples of the thermal cation initiator include iodonium cation curing agents, oxonium cation curing agents, and sulfonium cation curing agents.
- examples of the iodonium-based cationic curing agent include bis (4-tert-butylphenyl) iodonium hexafluorophosphate.
- Examples of the oxonium-based cationic curing agent include trimethyloxonium tetrafluoroborate.
- examples of the sulfonium-based cationic curing agent include tri-p-tolylsulfonium hexafluorophosphate.
- the heat radical generator is not particularly limited.
- the thermal radical generator include azo compounds and organic peroxides.
- the azo compound include azobisisobutyronitrile (AIBN).
- AIBN azobisisobutyronitrile
- the organic peroxide include di-tert-butyl peroxide and methyl ethyl ketone peroxide.
- the amine complex compound is not particularly limited.
- Examples of the amine complex compound include boron trifluoride-amine complex compounds.
- the thermosetting agent is an acid anhydride compound. It is preferable that it is an amine complex compound.
- the reaction initiation temperature of the thermosetting agent is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, further preferably 80 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, and further preferably 150 ° C.
- it is particularly preferably 140 ° C. or lower.
- the reaction start temperature of the thermosetting agent is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder is more efficiently disposed on the electrode. From the viewpoint of more efficiently arranging the solder on the electrode and from the viewpoint of further effectively increasing the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected, the reaction start temperature of the thermosetting agent is 80 ° C. It is particularly preferable that the temperature is 140 ° C. or lower.
- the reaction initiation temperature of the thermosetting agent is preferably higher than the melting point of the solder particles, more preferably 5 ° C or higher, more preferably 10 ° C. More preferably, it is higher.
- the reaction start temperature of the thermosetting agent means the temperature at which the exothermic peak of DSC starts to rise.
- the content of the thermosetting agent is not particularly limited.
- the content of the thermosetting agent with respect to 100 parts by weight of the thermosetting compound is preferably 0.01 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, preferably 200 parts by weight or less, more preferably 100 parts by weight or less, more preferably 75 parts by weight or less.
- the content of the thermosetting agent is not less than the above lower limit, it is easy to sufficiently cure the conductive material.
- the content of the thermosetting agent is not more than the above upper limit, it is difficult for an excess thermosetting agent that did not participate in curing after curing to remain, and the heat resistance of the cured product is further enhanced.
- the conductive material may contain a curing accelerator.
- the said hardening accelerator is not specifically limited.
- the curing accelerator preferably acts as a curing catalyst in the reaction between the thermosetting compound and the thermosetting agent.
- the curing accelerator preferably acts as a curing catalyst in the reaction with the thermosetting compound.
- the said hardening accelerator only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
- the curing accelerator examples include phosphonium salts, tertiary amines, tertiary amine salts, quaternary onium salts, tertiary phosphines, crown ether complexes, amine complex compounds, and phosphonium ylides.
- the curing accelerator includes imidazole compound, isocyanurate of imidazole compound, dicyandiamide, dicyandiamide derivative, melamine compound, melamine compound derivative, diaminomaleonitrile, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine.
- Amine compounds such as bis (hexamethylene) triamine, triethanolamine, diaminodiphenylmethane, organic acid dihydrazide, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane, boron trifluoride, boron trifluoride-amine complex compound, and triphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, tributylphosphine Emissions and organophosphorus compounds such as methyl diphenyl phosphine.
- Amine compounds such as bis (hexamethylene) triamine, triethanolamine, diaminodiphenylmethane, organic acid dihydrazide, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetra
- the phosphonium salt is not particularly limited.
- the phosphonium salts include tetranormal butylphosphonium bromide, tetranormal butylphosphonium O, O-diethyldithiophosphoric acid, methyltributylphosphonium dimethyl phosphate, tetranormal butylphosphonium benzotriazole, tetranormal butylphosphonium tetrafluoroborate, and tetranormal borates. And butylphosphonium tetraphenylborate.
- the curing accelerator may be an imidazole compound.
- it is a boron trifluoride-amine complex compound.
- the content of the curing accelerator is appropriately selected so that the thermosetting compound is cured well.
- the content of the curing accelerator with respect to 100 parts by weight of the thermosetting compound is preferably 0.5 parts by weight or more, more preferably 0.8 parts by weight or more, preferably 10 parts by weight or less, more preferably 8 parts by weight. Less than parts by weight.
- the thermosetting compound can be cured well.
- the solder can be arranged more efficiently on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected Can be increased more effectively.
- the conductive material may contain a flux.
- the flux By using the flux, the solder can be arranged more efficiently on the electrode.
- the flux is not particularly limited.
- the flux generally used for soldering etc. can be used.
- the melting point of the flux can also be made relatively high. By using a flux having a relatively high melting point, the pot life of the conductive material can be further improved.
- Examples of the flux include zinc chloride, a mixture of zinc chloride and an inorganic halide, a mixture of zinc chloride and an inorganic acid, a molten salt, phosphoric acid, a derivative of phosphoric acid, an organic halide, hydrazine, an amine compound, an organic acid, and Examples include pine resin. As for the said flux, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
- Examples of the molten salt include ammonium chloride.
- Examples of the organic acid include lactic acid, citric acid, stearic acid, glutamic acid, and glutaric acid.
- Examples of the pine resin include activated pine resin and non-activated pine resin.
- the flux is preferably an organic acid having two or more carboxyl groups or pine resin.
- the flux may be an organic acid having two or more carboxyl groups, or pine resin.
- organic acid having two or more carboxyl groups examples include succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, and sebacic acid.
- amine compound examples include cyclohexylamine, dicyclohexylamine, benzylamine, benzhydrylamine, imidazole, benzimidazole, phenylimidazole, carboxybenzimidazole, benzotriazole, and carboxybenzotriazole.
- the above rosins are rosins whose main component is abietic acid.
- the rosins include abietic acid and acrylic modified rosin.
- the flux is preferably a rosin, and more preferably abietic acid. By using this preferable flux, the conduction reliability between the electrodes is further enhanced.
- the active temperature (melting point) of the flux is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, further preferably 80 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, even more preferably 190. ° C or lower, more preferably 150 ° C or lower, and still more preferably 140 ° C or lower.
- the active temperature (melting point) of the flux is preferably 90 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and the active temperature (melting point) of the flux is 100 ° C. or higher and 150 ° C. It is particularly preferable that the temperature is not higher than ° C.
- the boiling point of the flux is preferably 200 ° C. or lower.
- the melting point of the flux is preferably higher than the melting point of the solder particles, more preferably 5 ° C or more, and more preferably 10 ° C or more. Further preferred.
- the melting point of the flux is preferably higher than the reaction start temperature of the thermosetting agent, more preferably 5 ° C or higher, more preferably 10 ° C or higher. More preferably, it is high.
- the flux may be dispersed in the conductive material or may adhere to the surface of the solder particles.
- the melting point of the flux is higher than the melting point of the solder particles, the solder can be efficiently aggregated on the electrode portion. This is because, when heat is applied at the time of joining, when the electrode formed on the connection target member is compared with the portion of the connection target member around the electrode, the thermal conductivity of the electrode portion is that of the connection target member portion around the electrode. Due to the fact that it is higher than the thermal conductivity, the temperature rise of the electrode portion is fast. At the stage where the melting point of the solder particles is exceeded, the inside of the solder particles dissolves, but the oxide film formed on the surface does not reach the melting point (activation temperature) of the flux and is not removed.
- the flux is preferably a flux that releases cations by heating.
- a flux that releases cations by heating the solder can be arranged more efficiently on the electrode.
- thermal cation initiator thermal cation curing agent
- the above flux is composed of an acid compound and a base compound. And a salt thereof.
- the acid compound is preferably an organic compound having a carboxyl group.
- the acid compound include aliphatic carboxylic acids such as malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, citric acid, malic acid, and cyclic aliphatic carboxylic acid.
- aliphatic carboxylic acids such as malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, citric acid, malic acid, and cyclic aliphatic carboxylic acid.
- examples thereof include cyclohexyl carboxylic acid, 1,4-cyclohexyl dicarboxylic acid, aromatic carboxylic acids such as isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid.
- the acid compound is glutaric acid, cyclohexyl.
- Carboxylic acid or adipic acid is preferred.
- the base compound is preferably an organic compound having an amino group.
- the basic compound include diethanolamine, triethanolamine, methyldiethanolamine, ethyldiethanolamine, cyclohexylamine, dicyclohexylamine, benzylamine, benzhydrylamine, 2-methylbenzylamine, 3-methylbenzylamine, 4-tert-butylbenzylamine. N-methylbenzylamine, N-ethylbenzylamine, N-phenylbenzylamine, N-tert-butylbenzylamine, N-isopropylbenzylamine, N, N-dimethylbenzylamine, imidazole compounds, and triazole compounds. . From the viewpoint of more efficiently arranging the solder on the electrode, the viewpoint of increasing the insulation reliability more effectively, and the viewpoint of further improving the conduction reliability more effectively, the base compound is benzylamine. It is preferable.
- the content of the flux is preferably 0.5% by weight or more, preferably 30% by weight or less, more preferably 25% by weight or less.
- the conductive material may not contain flux.
- the content of the flux is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, it is more difficult to form an oxide film on the surface of the solder and the electrode, and further, the oxide film formed on the surface of the solder and the electrode is further increased. Can be effectively removed.
- the conductive material according to the present invention may contain a filler.
- the filler may be an organic filler or an inorganic filler.
- the solder can be uniformly aggregated over all the electrodes of the substrate.
- the conductive material does not contain the filler or contains the filler at 5% by weight or less.
- the thermosetting compound the smaller the filler content, the easier the solder particles move on the electrode.
- the content of the filler in 100% by weight of the conductive material is preferably 0% by weight (not contained) or more, preferably 5% by weight or less, more preferably 2% by weight or less, and further preferably 1% by weight or less. is there.
- the content of the filler is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder is more uniformly arranged on the electrode.
- the conductive material may be, for example, a filler, an extender, a softener, a plasticizer, a thixotropic agent, a leveling agent, a polymerization catalyst, a curing catalyst, a colorant, an antioxidant, a heat stabilizer, and a light stabilizer.
- various additives such as ultraviolet absorbers, lubricants, antistatic agents and flame retardants may be contained.
- connection structure includes a first connection target member having a first electrode on the surface, a second connection target member having a second electrode on the surface, the first connection target member, A connecting portion connecting the second connection target member.
- the material of the connection portion is the conductive material described above.
- the first electrode and the second electrode are electrically connected by a solder portion in the connection portion.
- the manufacturing method of the connection structure according to the present invention includes the step of disposing the conductive material on the surface of the first connection target member having the first electrode on the surface using the conductive material described above.
- a second connection target member having a second electrode on a surface thereof is provided on the surface opposite to the first connection target member side of the conductive material.
- the connection that connects the first connection target member and the second connection target member by heating the conductive material to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder particles. Forming a portion with the conductive material and electrically connecting the first electrode and the second electrode with a solder portion in the connection portion.
- connection structure and the manufacturing method of the connection structure according to the present invention since a specific conductive material is used, the solder is likely to gather between the first electrode and the second electrode, and the solder is an electrode (line). Can be efficiently placed on top. In addition, a part of the solder is difficult to be disposed in a region (space) where no electrode is formed, and the amount of solder disposed in a region where no electrode is formed can be considerably reduced. Therefore, the conduction reliability between the first electrode and the second electrode can be increased. In addition, it is possible to prevent electrical connection between laterally adjacent electrodes that should not be connected, and to improve insulation reliability.
- the conductive material is not a conductive film but a conductive paste. It is preferable.
- the thickness of the solder part between the electrodes is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 80 ⁇ m or less.
- the solder wetted area on the surface of the electrode is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and preferably 100% or less.
- the conductive material has a weight force of the second connection target member. It is preferable not to apply a pressure higher than. In these cases, the uniformity of the amount of solder can be further enhanced in the plurality of solder portions.
- the thickness of the solder portion can be increased more effectively, so that a large amount of solder is easily collected between the electrodes, and the solder can be arranged more efficiently on the electrodes (lines). Further, a part of the solder is difficult to be disposed in a region (space) where no electrode is formed, and the amount of solder disposed in a region where no electrode is formed can be further reduced. Therefore, the conduction reliability between the electrodes can be further enhanced. In addition, the electrical connection between the laterally adjacent electrodes that should not be connected can be further prevented, and the insulation reliability can be further improved.
- a conductive paste is used instead of a conductive film, it becomes easy to adjust the thicknesses of the connection part and the solder part depending on the amount of the conductive paste applied.
- the conductive film in order to change or adjust the thickness of the connecting portion, it is necessary to prepare a conductive film having a different thickness or to prepare a conductive film having a predetermined thickness. There is.
- the melt viscosity of the conductive film compared with the conductive paste, the melt viscosity of the conductive film cannot be sufficiently lowered at the melting temperature of the solder, and the aggregation of the solder tends to be hindered.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a connection structure obtained using a conductive material according to an embodiment of the present invention.
- connection structure 1 shown in FIG. 1 is a connection that connects a first connection target member 2, a second connection target member 3, and the first connection target member 2 and the second connection target member 3.
- Part 4 is formed of the conductive material described above.
- the conductive material includes a thermosetting component and solder particles.
- the thermosetting component includes a thermosetting compound and a thermosetting agent.
- a conductive paste is used as the conductive material.
- the connecting portion 4 has a solder portion 4A in which a plurality of solder particles are gathered and joined together, and a cured product portion 4B in which a thermosetting compound is thermally cured.
- the first connection object member 2 has a plurality of first electrodes 2a on the surface (upper surface).
- the second connection target member 3 has a plurality of second electrodes 3a on the surface (lower surface).
- the first electrode 2a and the second electrode 3a are electrically connected by the solder portion 4A. Therefore, the first connection target member 2 and the second connection target member 3 are electrically connected by the solder portion 4A.
- no solder exists in a region (cured product portion 4B portion) different from the solder portion 4A gathered between the first electrode 2a and the second electrode 3a.
- connection structure 1 a plurality of solder particles gather between the first electrode 2 a and the second electrode 3 a, and after the plurality of solder particles melt, After the electrode surface wets and spreads, it solidifies to form the solder portion 4A. For this reason, the connection area of 4 A of solder parts and the 1st electrode 2a, and 4 A of solder parts, and the 2nd electrode 3a becomes large. That is, by using the solder particles, the solder portion 4A, the first electrode 2a, and the solder portion are compared with the case where the conductive outer surface is made of a metal such as nickel, gold or copper. The contact area between 4A and the second electrode 3a increases. This also increases the conduction reliability and connection reliability in the connection structure 1. In addition, when a flux is contained in the conductive material, the flux is generally gradually deactivated by heating.
- connection structure 1 shown in FIG. 1 all of the solder portions 4A are located in the facing region between the first and second electrodes 2a and 3a.
- the connection structure 1X of the modification shown in FIG. 3 is different from the connection structure 1 shown in FIG. 1 only in the connection portion 4X.
- the connection part 4X has the solder part 4XA and the hardened
- most of the solder portions 4XA are located in regions where the first and second electrodes 2a and 3a are opposed to each other, and a part of the solder portion 4XA is first and second. You may protrude to the side from the area
- the solder part 4XA protruding laterally from the region where the first and second electrodes 2a and 3a are opposed is a part of the solder part 4XA and is not a solder separated from the solder part 4XA.
- the amount of solder away from the solder portion can be reduced, but the solder away from the solder portion may exist in the cured product portion.
- connection structure 1 If the amount of solder particles used is reduced, the connection structure 1 can be easily obtained. If the amount of the solder particles used is increased, it becomes easy to obtain the connection structure 1X.
- connection structure 1, 1X when the part which 1st electrode 2a and 2nd electrode 3a oppose in the lamination direction of 1st electrode 2a, connection part 4, 4X, and 2nd electrode 3a is seen
- the solder portions 4A and 4XA in the connection portions 4 and 4X are arranged in 50% or more of the area of 100% of the facing portion between the first electrode 2a and the second electrode 3a.
- the solder portions 4A and 4XA in the connection portions 4 and 4X satisfy the above-described preferable mode, the conduction reliability can be further improved.
- the solder portion in the connecting portion is arranged in 50% or more of the area of 100% of the portion facing the two electrodes.
- the solder portion in the connection portion is disposed in 60% or more of 100% of the area of the portion facing the two electrodes.
- the first electrode and the second electrode More preferably, the solder portion in the connecting portion is arranged in 70% or more of the area of 100% of the portion facing the two electrodes.
- the solder portion in the connecting portion is disposed in 80% or more of 100% of the area facing the two electrodes.
- the solder portion in the connection portion is disposed in 90% or more of the area of 100% of the portion facing the two electrodes.
- connection portion When the portion where the first electrode and the second electrode face each other in the direction orthogonal to the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode is seen, It is preferable that 60% or more of the solder portion in the connection portion is disposed in a portion where the electrode and the second electrode face each other. When the portion where the first electrode and the second electrode face each other in the direction orthogonal to the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode is seen, More preferably, 70% or more of the solder portion in the connection portion is disposed in a portion where the electrode and the second electrode face each other.
- connection portion, and the second electrode When the portion where the first electrode and the second electrode face each other in the direction orthogonal to the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode is seen, More preferably, 90% or more of the solder portion in the connection portion is disposed in a portion where the electrode and the second electrode face each other. When the portion where the first electrode and the second electrode face each other in the direction orthogonal to the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode is seen, It is particularly preferable that 95% or more of the solder portion in the connection portion is disposed at a portion where the electrode and the second electrode face each other.
- connection portion When the portion where the first electrode and the second electrode face each other in the direction orthogonal to the stacking direction of the first electrode, the connection portion, and the second electrode is seen, It is most preferable that 99% or more of the solder portion in the connection portion is disposed in a portion where the electrode and the second electrode face each other.
- solder part in the connection part satisfies the above-described preferable aspect, the conduction reliability can be further improved.
- FIG. 2 illustrates an example of a method for manufacturing the connection structure 1 using the conductive material according to the embodiment of the present invention.
- the first connection target member 2 having the first electrode 2a on the surface (upper surface) is prepared.
- a conductive material 11 including a thermosetting component 11B and solder particles 11A is disposed on the surface of the first connection target member 2 (first step).
- the used conductive material 11 contains a thermosetting compound and a thermosetting agent as the thermosetting component 11B.
- the conductive material 11 is disposed on the surface of the first connection target member 2 on which the first electrode 2a is provided. After the conductive material 11 is disposed, the solder particles 11A are disposed both on the first electrode 2a (line) and on a region (space) where the first electrode 2a is not formed. Note that the conductive material may be disposed only on the surface of the first electrode.
- the arrangement method of the conductive material 11 is not particularly limited, and examples thereof include application by a dispenser, screen printing, and discharge by an inkjet device.
- the 2nd connection object member 3 which has the 2nd electrode 3a on the surface (lower surface) is prepared.
- the 2nd connection object member 3 is arrange
- the second connection target member 3 is disposed from the second electrode 3a side. At this time, the first electrode 2a and the second electrode 3a are opposed to each other.
- the conductive material 11 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder particles 11A (third step).
- the conductive material 11 is heated above the curing temperature of the thermosetting component 11B (thermosetting compound).
- the solder particles 11A that existed in the region where no electrode is formed gather between the first electrode 2a and the second electrode 3a (self-aggregation effect).
- the thermosetting component 11B is thermoset. As a result, as shown in FIG.
- connection portion 4 that connects the first connection target member 2 and the second connection target member 3 is formed of the conductive material 11.
- the connection part 4 is formed of the conductive material 11
- the solder part 4A is formed by joining a plurality of solder particles 11A
- the cured part 4B is formed by thermosetting the thermosetting component 11B. If the solder particles 11A are sufficiently moved, the first electrode 2a and the second electrode are moved after the movement of the solder particles 11A not located between the first electrode 2a and the second electrode 3a starts. It is not necessary to keep the temperature constant until the movement of the solder particles 11A is completed.
- the weight of the second connection target member 3 is added to the conductive material 11. For this reason, the solder particles 11A are more effectively collected between the first electrode 2a and the second electrode 3a when the connection portion 4 is formed.
- the solder particles 11A tend to collect between the first electrode 2a and the second electrode 3a. The tendency to be inhibited becomes high.
- the first connection target member 2 and the second connection target member 3 are in a state where the alignment between the first electrode 2a and the second electrode 3a is shifted. Can be corrected, the first electrode 2a and the second electrode 3a can be connected (self-alignment effect). This is because the molten solder self-aggregating between the first electrode 2a and the second electrode 3a is different from the solder between the first electrode 2a and the second electrode 3a and other conductive materials. This is because when the area in contact with the component is minimized, the energy becomes more stable, and the force to make the connection structure with alignment, which is the connection structure having the minimum area, works. At this time, it is desirable that the conductive material is not cured and that the viscosity of components other than the solder particles of the conductive material is sufficiently low at that temperature and time.
- connection structure 1 shown in FIG. 1 is obtained.
- the second step and the third step may be performed continuously.
- the laminated body of the 1st connection object member 2, the electrically-conductive material 11, and the 2nd connection object member 3 which are obtained is moved to a heating part, and the said 3rd connection object is carried out.
- You may perform a process.
- the laminate In order to perform the heating, the laminate may be disposed on a heating member, or the laminate may be disposed in a heated space.
- the heating temperature in the third step is preferably 140 ° C. or higher, more preferably 160 ° C. or higher, preferably 450 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower, and further preferably 220 ° C. or lower.
- the heating temperature in the third step is not less than the above lower limit and not more than the above upper limit, the solder can be more efficiently disposed on the electrode, and the conduction reliability between the upper and lower electrodes to be connected. Can be increased more effectively.
- connection structure As the heating method in the third step, a method of heating the entire connection structure using a reflow furnace or an oven above the melting point of the solder particles and the curing temperature of the thermosetting component, or a connection structure The method of heating only the connection part of a body locally is mentioned.
- instruments used in the method of locally heating include a hot plate, a heat gun that applies hot air, a soldering iron, and an infrared heater.
- the metal directly under the connection is made of a metal with high thermal conductivity, and other places where heating is not preferred are made of a material with low thermal conductivity such as a fluororesin.
- the upper surface of the hot plate is preferably formed.
- the first and second connection target members are not particularly limited. Specifically as said 1st, 2nd connection object member, electronic components, such as a semiconductor chip, a semiconductor package, LED chip, LED package, a capacitor
- the first and second connection target members are preferably electronic components.
- At least one of the first connection target member and the second connection target member is a resin film, a flexible printed board, a flexible flat cable, or a rigid flexible board.
- the second connection target member is preferably a resin film, a flexible printed board, a flexible flat cable, or a rigid flexible board. Resin films, flexible printed boards, flexible flat cables, and rigid flexible boards have the property of being highly flexible and relatively lightweight. When a conductive film is used for connection of such a connection object member, there exists a tendency for a solder not to gather on an electrode.
- the conductive reliability between the electrodes can be efficiently collected by collecting the solder on the electrodes. Can be increased sufficiently.
- the conduction reliability between the electrodes by not applying pressure is improved. The improvement effect can be obtained more effectively.
- the electrode provided on the connection target member examples include metal electrodes such as a gold electrode, a nickel electrode, a tin electrode, an aluminum electrode, a copper electrode, a molybdenum electrode, a silver electrode, a SUS electrode, and a tungsten electrode.
- the electrode is preferably a gold electrode, a nickel electrode, a tin electrode, a silver electrode, or a copper electrode.
- the electrode is preferably an aluminum electrode, a copper electrode, a molybdenum electrode, a silver electrode, or a tungsten electrode.
- the electrode formed only with aluminum may be sufficient and the electrode by which the aluminum layer was laminated
- the material for the metal oxide layer include indium oxide doped with a trivalent metal element and zinc oxide doped with a trivalent metal element.
- the trivalent metal element include Sn, Al, and Ga.
- the first electrode and the second electrode are arranged in an area array or a peripheral.
- the area array is a structure in which electrodes are arranged in a grid pattern on the surface on which the electrodes of the connection target members are arranged.
- the peripheral is a structure in which electrodes are arranged on the outer periphery of a connection target member.
- the solder may be aggregated along the direction perpendicular to the comb, whereas in the area array or the peripheral structure, the electrode is disposed on the entire surface. It is necessary that the solder agglomerates uniformly. Therefore, in the conventional method, the amount of solder tends to be non-uniform, whereas in the method of the present invention, the solder can be uniformly aggregated on the entire surface.
- Thermosetting component (thermosetting compound): Thermosetting compound 1: “D-N-431” manufactured by Dow Chemical Co., epoxy resin Thermosetting compound 2: “jER152” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, epoxy resin
- Thermosetting component thermosetting agent: Thermosetting agent 1: “BF3-MEA” manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., boron trifluoride-monoethylamine complex
- Thermosetting agent 2 “2PZ-CN” manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd., 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole
- Solder particles Solder particles 1: SnAg3Cu0.5 solder particles, melting point 220 ° C., average particle diameter 0.05 ⁇ m Solder particles 2: SnAg3Cu0.5 solder particles, melting point 220 ° C., average particle size 0.1 ⁇ m Solder particles 3: SnAg3Cu0.5 solder particles, melting point 220 ° C., average particle size 0.5 ⁇ m Solder particles 4: SnAg3Cu0.5 solder particles, melting point 220 ° C., average particle diameter 2 ⁇ m Solder particles 5: SnAg3Cu0.5 solder particles, melting point 220 ° C., average particle diameter 10 ⁇ m Solder particles 6: Sn42Bi58 solder particles, melting point 139 ° C., average particle diameter 2 ⁇ m Solder particles 7: Sn42Bi58 solder particles, melting point 139 ° C., average particle diameter 10 ⁇ m Solder particles 8: Sn42Bi58 solder particles, melting point 139 ° C., average particle
- Flux 1 “Benzylamine glutarate”, melting point 108 ° C.
- Preparation method of flux 1 In a glass bottle, 24 g of water as a reaction solvent and 13.212 g of glutaric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and dissolved at room temperature until uniform. Thereafter, 10.715 g of benzylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred for about 5 minutes to obtain a mixed solution. The resulting mixture was placed in a refrigerator at 5 ° C. to 10 ° C. and left overnight. The precipitated crystals were collected by filtration, washed with water, and vacuum-dried to obtain flux 1.
- Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 (1) Preparation of conductive material (anisotropic conductive paste) The components shown in the following Tables 1 and 2 are blended in the blending amounts shown in Tables 1 and 2 to obtain a conductive material (anisotropic conductive paste). It was.
- a copper electrode (second electrode, size 150 ⁇ m ⁇ 250 ⁇ m, flat area 37.5) is provided on the surface of a semiconductor chip body (size 5 ⁇ 5 mm, thickness 1 mm). ⁇ 10 3 ⁇ m 2 ) was arranged, and a semiconductor chip was prepared in which a passivation film (polyimide, thickness 5 ⁇ m, electrode portion opening diameter 200 ⁇ m) was formed on the outermost surface.
- the number of copper electrodes is 10 ⁇ 10 in total per 100 semiconductor chips.
- the same pattern is formed on the surface of the glass epoxy substrate body (size 20 ⁇ 20 mm, thickness 1.2 mm, material FR-4) with respect to the electrode of the second connection target member.
- positioned was prepared.
- the level difference between the surface of the copper electrode and the surface of the solder resist film is 15 ⁇ m, and the solder resist film protrudes from the copper electrode.
- the anisotropic conductive paste layer was formed on the upper surface of the glass epoxy substrate by coating the conductive material (anisotropic conductive paste) immediately after fabrication so as to have a thickness of 30 ⁇ m (application amount 1 mg).
- a semiconductor chip was laminated on the upper surface of the anisotropic conductive paste layer so that the electrodes face each other. The weight of the semiconductor chip is added to the anisotropic conductive paste layer. From this state, the anisotropic conductive paste layer was heated so that the melting point of the solder became 5 seconds after the start of temperature increase. Further, 15 seconds after the start of temperature increase, the anisotropic conductive paste layer was heated to 160 ° C. to cure the anisotropic conductive paste layer, thereby obtaining a connection structure. No pressure was applied during heating.
- Viscosity ( ⁇ 25) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after production was measured using an E-type viscometer (“TVE22L” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
- Viscosity ( ⁇ A) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after thawing the conductive material stored frozen was stored frozen at ⁇ 20 ° C. for 7 days. Next, the frozen conductive material was stored at 25 ° C. for 2 hours and thawed. The viscosity ( ⁇ A) at 25 ° C. and 5 rpm of the conductive material immediately after thawing the above-mentioned conductive material stored frozen (that is, after 2 hours at 25 ° C.) was measured using an E-type viscometer (“TVE22L manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. )).
- E-type viscometer (“TVE22L manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. )
- Storage stability 1 The viscosity increase rate ( ⁇ A / ⁇ 25) was calculated from the measurement results of ⁇ 25 in the evaluation of (3) and ⁇ A in the evaluation of (4). Storage stability 1 was determined according to the following criteria.
- Viscosity increase rate ( ⁇ A / ⁇ 25) is 1.2 or less
- Viscosity increase rate ( ⁇ A / ⁇ 25) exceeds 1.2 and 1.5 or less
- Viscosity increase rate ( ⁇ A / ⁇ 25) is 1.5
- the viscosity increase rate ( ⁇ C / ⁇ 25) was calculated from the measurement results of ⁇ 25 and ⁇ C in the evaluation of (3) above.
- Storage stability 2 was determined according to the following criteria.
- Viscosity increase rate ( ⁇ C / ⁇ 25) is 1.2 or less
- Viscosity increase rate ( ⁇ C / ⁇ 25) exceeds 1.2 and 1.5 or less
- Viscosity increase rate ( ⁇ C / ⁇ 25) is 1.5
- connection structure it was confirmed whether or not the solder particles were aggregated and the solder particles were bonded to each other by observing the connection portion with a scanning electron microscope.
- the cohesiveness of the solder was determined according to the following criteria.
- connection resistance is 50 m ⁇ or less ⁇ : The average value of connection resistance exceeds 50 m ⁇ and 70 m ⁇ or less ⁇ : The average value of connection resistance exceeds 70 m ⁇ and 100 m ⁇ or less ⁇ : The average value of connection resistance exceeds 100 m ⁇ , or There is a bad connection
- connection resistance is 50 m ⁇ or less ⁇ : The average value of connection resistance exceeds 50 m ⁇ and 70 m ⁇ or less ⁇ : The average value of connection resistance exceeds 70 m ⁇ and 100 m ⁇ or less ⁇ : The average value of connection resistance exceeds 100 m ⁇ , or There is a bad connection
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Abstract
導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができる導電材料を提供する。 本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含み、前記はんだ粒子が、スズ、銀、及び銅を含み、前記熱硬化性成分が、熱硬化性化合物を含み、導電材料100重量%中、前記熱硬化性化合物の含有量が、10重量%以上である。
Description
本発明は、熱硬化性成分とはんだ粒子とを含む導電材料に関する。また、本発明は、上記導電材料を用いた接続構造体及び接続構造体の製造方法に関する。
異方性導電ペースト及び異方性導電フィルム等の異方性導電材料が広く知られている。上記異方性導電材料では、バインダー樹脂中に導電性粒子が分散されている。
上記異方性導電材料は、各種の接続構造体を得るために使用されている。上記異方性導電材料による接続としては、例えば、フレキシブルプリント基板とガラス基板との接続(FOG(Film on Glass))、半導体チップとフレキシブルプリント基板との接続(COF(Chip on Film))、半導体チップとガラス基板との接続(COG(Chip on Glass))、並びにフレキシブルプリント基板とガラスエポキシ基板との接続(FOB(Film on Board))等が挙げられる。
上記異方性導電材料により、例えば、フレキシブルプリント基板の電極とガラスエポキシ基板の電極とを電気的に接続する際には、ガラスエポキシ基板上に、導電性粒子を含む異方性導電材料を配置する。次に、フレキシブルプリント基板を積層して、加熱及び加圧する。これにより、異方性導電材料を硬化させて、導電性粒子を介して電極間を電気的に接続して、接続構造体を得る。
上記異方性導電材料の一例として、下記の特許文献1には、バインダー樹脂と、導電性粒子とを含む導電ペーストが開示されている。上記バインダー樹脂は、熱ラジカル重合性化合物と、熱ラジカル重合開始剤とを含む。上記バインダー樹脂の90℃での貯蔵弾性率が8Pa以上500MPa未満であるか、又は、上記導電ペーストの90℃での貯蔵弾性率が8Pa以上500MPa未満である。下記の特許文献1では、導電性粒子として、はんだ粒子を用いることが記載されている。下記の特許文献1では、上記はんだ粒子として、SnBiはんだ粒子が記載されている。
はんだ粒子を含む導電材料を用いて導電接続を行う際には、上方の複数の電極と下方の複数の電極とが電気的に接続されて、導電接続が行われる。はんだは、接続されるべき上下の電極間に配置されることが望ましく、隣接する横方向の電極間には配置されないことが望ましい。隣接する横方向の電極間は、電気的に接続されないことが望ましい。
一般に、はんだ粒子を含む導電材料は、基板上に配置された後、リフロー等により加熱されて用いられる。導電材料がはんだ粒子の融点以上に加熱されることで、はんだ粒子が溶融し、電極間にはんだが凝集することで、電極間にはんだ部が形成され、該はんだ部により接続されるべき上下の電極間が電気的に接続される。
従来の導電材料では、比較的融点の低いはんだ粒子が用いられることがあり、高温のリフロー(例えば、260℃リフローを5回繰り返す)により加熱されると、はんだ部が熱により劣化することがある。はんだ部が劣化すると、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性が低下し、歩留まりが低下することがある。従来の導電材料では、高温のリフロー後における電極間の導通信頼性を十分に高めることができない場合がある。
本発明の目的は、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができる導電材料を提供することである。また、本発明の目的は、上記導電材料を用いた接続構造体及び接続構造体の製造方法を提供することである。
本発明の広い局面によれば、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含み、前記はんだ粒子が、スズ、銀、及び銅を含み、前記熱硬化性成分が、熱硬化性化合物を含み、導電材料100重量%中、前記熱硬化性化合物の含有量が、10重量%以上である、導電材料が提供される。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、前記はんだ粒子の平均粒子径が、10μm以下である。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度が、100Pa・s以上である。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度を、冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度で除したチクソトロピックインデックスが、2以上である。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、作製直後の前記導電材料を25℃及び24時間の条件で保管した後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度の、作製直後の前記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度に対する比が、1.2以下である。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度の、作製直後の前記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度に対する比が、1.2以下である。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、電極の平面積が70×103μm2以下である電子部品の実装に用いられる。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、前記電子部品が、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ、又はダイオードである。
本発明に係る導電材料のある特定の局面では、前記導電材料が、導電ペーストである。
本発明の広い局面によれば、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、前記第1の接続対象部材と、前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、前記接続部の材料が、上述した導電材料であり、前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体が提供される。
本発明に係る接続構造体のある特定の局面では、前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている。
本発明の広い局面によれば、上述した導電材料を用いて、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、前記導電材料を配置する工程と、前記導電材料の前記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を、前記第1の電極と前記第2の電極とが対向するように配置する工程と、前記はんだ粒子の融点以上に前記導電材料を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している接続部を、前記導電材料により形成し、かつ、前記第1の電極と前記第2の電極とを、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続する工程とを備える、接続構造体の製造方法が提供される。
本発明に係る接続構造体の製造方法のある特定の局面では、前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている接続構造体を得る。
本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含む。本発明に係る導電材料では、上記はんだ粒子が、スズ、銀、及び銅を含む。本発明に係る導電材料では、上記熱硬化性成分が、熱硬化性化合物を含む。本発明に係る導電材料では、導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量が、10重量%以上である。本発明に係る導電材料では、上記の構成が備えられているので、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができる。
以下、本発明の詳細を説明する。
(導電材料)
本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含む。本発明に係る導電材料では、上記はんだ粒子が、スズ、銀、及び銅を含む。本発明に係る導電材料では、上記熱硬化性成分が、熱硬化性化合物を含む。本発明に係る導電材料では、導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量が、10重量%以上である。
本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含む。本発明に係る導電材料では、上記はんだ粒子が、スズ、銀、及び銅を含む。本発明に係る導電材料では、上記熱硬化性成分が、熱硬化性化合物を含む。本発明に係る導電材料では、導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量が、10重量%以上である。
本発明に係る導電材料では、上記の構成が備えられているので、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができる。
はんだ粒子を含む導電材料は、基板上に配置された後、リフロー等により加熱されて用いられる。導電材料がはんだ粒子の融点以上に加熱されることで、はんだ粒子が溶融し、電極間にはんだが凝集することで、電極間にはんだ部が形成され、該はんだ部により接続されるべき上下の電極間が電気的に接続される。
従来の導電材料では、比較的融点の低いはんだ粒子が用いられることがあり、高温のリフロー(例えば、260℃リフローを5回繰り返す)により加熱されると、上記はんだ部が熱により劣化することがある。上記はんだ部が劣化すると、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性が低下し、歩留まりが低下することがある。
本発明者らは、特定のはんだ粒子(比較的融点の高いはんだ粒子)を用いることで、高温のリフローにより加熱された場合でも、上記はんだ部の熱による劣化を防止することができることを見出した。本発明では、高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができる。
本発明では、上記のような効果を得るために、上記導電材料が特定のはんだ粒子を含むことは大きく寄与する。
また、本発明では、従来の導電材料とは異なり、特定のはんだ粒子(比較的融点の高いはんだ粒子)が用いられている。従来の導電材料では、比較的融点の高いはんだ粒子が用いられると、導電接続時に、はんだ粒子が溶融する前に、熱硬化性成分が硬化することがある。はんだ粒子が溶融する前に熱硬化性成分が硬化すると、導電接続時に、はんだ粒子を電極間へ凝集させることができず、電極間を電気的に接続することができないことがある。本発明者らは、特定のはんだ粒子(比較的融点の高いはんだ粒子)を用いても、はんだ粒子の平均粒子径、導電材料の粘度、導電材料のチキソ性、及び硬化性成分の硬化速度等を制御することで、はんだ粒子を電極間へ凝集させることができ、電極間を電気的に接続することができることを見出した。本発明では、比較的融点の高いはんだ粒子を用いても、はんだ粒子を電極間へ凝集させることができ、電極間を電気的に接続することができる。
本発明では、上記のような効果を得るために、上記導電材料が特定のはんだ粒子を含むことだけではなく、はんだ粒子の平均粒子径、導電材料の粘度、導電材料のチキソ性、及び硬化性成分の硬化速度等を制御することも大きく寄与する。
また、本発明では、上記の構成が備えられているので、電極間を電気的に接続した場合に、はんだが上下の対向した電極間に集まりやすく、はんだを電極(ライン)上に配置することができる。また、はんだの一部が、接続されてはならない横方向の電極間に配置され難く、接続されてはならない横方向の電極間に配置されるはんだの量をかなり少なくすることができる。結果として、本発明では、接続されてはならない横方向の電極間において、はんだの残存量を少なくすることができる。
さらに、本発明では、電極間の位置ずれを防ぐことができる。本発明では、導電材料を上面に配置した第1の接続対象部材に、第2の接続対象部材を重ね合わせる際に、第1の接続対象部材の電極と第2の接続対象部材の電極とのアライメントがずれた状態でも、そのずれを補正して電極同士を接続させることができる(セルフアライメント効果)。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料は、25℃で液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。上記導電材料は、25℃で導電ペーストであることが好ましい。
作製直後の上記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(η25)は、好ましくは100Pa・s以上、より好ましくは120Pa・s以上であり、好ましくは200Pa・s以下、より好ましくは180Pa・s以下である。上記粘度(η25)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記粘度(η25)は、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記粘度(η25)は、例えば、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)等を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定することができる。
冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)は、好ましくは100Pa・s以上、より好ましくは120Pa・s以上であり、好ましくは200Pa・s以下、より好ましくは180Pa・s以下である。上記粘度(ηA)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記粘度(ηA)は、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
なお、本発明において、冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)とは、冷凍保管された導電材料を25℃で2時間保管した後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度を意味する。
上記粘度(ηA)は、例えば、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)等を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定することができる。
なお、本明細書において、粘度を測定するための導電材料の冷凍保管の条件は、-20℃で7日間保管する条件である。一方で、導電材料の実際の使用時の上記冷凍保管の条件は特に限定されない。上記冷凍保管の温度は特に限定されず、0℃未満であればよい。上記冷凍保管の温度は、-10℃以下であってもよく、-20℃以下であってもよく、-40℃以下であってもよい。上記冷凍保管の期間は特に限定されず、360日間以下であればよい。上記冷凍保管の期間は、30日間以上であってもよく、60日間以上であってもよく、90日間以上であってもよく、180日間以上であってもよい。
また、本明細書において、粘度を測定するための導電材料の解凍条件は、25℃で2時間保管する条件である。一方で、導電材料の実際の使用時の冷凍保管された上記導電材料を解凍する方法は特に限定されない。冷凍保管された上記導電材料を解凍する方法としては、室温条件下で解凍する方法、冷蔵条件下で解凍する方法、及び加熱条件下で解凍する方法等が挙げられる。上記室温条件は、20℃以上25℃以下であることが好ましい。上記冷蔵条件は、0℃を超え10℃以下であることが好ましい。上記加熱条件は、30℃以上35℃以下であることが好ましい。
冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)の、作製直後の上記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(η25)に対する比(ηA/η25)は、好ましくは1.2以下、より好ましくは1.1以下である。上記比(ηA/η25)の下限は特に限定されない。上記比(ηA/η25)は、1以上であってもよい。上記比(ηA/η25)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度(ηB)は、好ましくは250Pa・s以上、より好ましくは300Pa・s以上であり、好ましくは800Pa・s以下、より好ましくは600Pa・s以下である。上記粘度(ηB)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記粘度(ηB)は、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
なお、本発明において、冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度(ηB)とは、冷凍保管された導電材料を25℃で2時間保管した後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度を意味する。
上記粘度(ηB)は、例えば、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)等を用いて、25℃及び0.5rpmの条件で測定することができる。
冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度(ηB)を、冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)で除したチクソトロピックインデックス(ηB/ηA)は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上である。上記チクソトロピックインデックス(ηB/ηA)は、好ましくは5以下、より好ましくは4以下である。上記チクソトロピックインデックス(ηB/ηA)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
作製直後の上記導電材料を25℃及び24時間の条件で保管した後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηC)は、好ましくは100Pa・s以上、より好ましくは120Pa・s以上であり、好ましくは200Pa・s以下、より好ましくは180Pa・s以下である。上記粘度(ηC)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記粘度(ηC)は、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記粘度(ηC)は、例えば、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)等を用いて、25℃及び5rpmの条件で測定することができる。
作製直後の上記導電材料を25℃及び24時間の条件で保管した後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηC)の、作製直後の上記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(η25)に対する比(ηC/η25)は、好ましくは1.2以下、より好ましくは1.1以下である。上記比(ηC/η25)の下限は特に限定されない。上記比(ηC/η25)は、1以上であってもよい。上記比(ηC/η25)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
はんだ粒子の融点での導電材料の粘度(ηmp)は、好ましくは50a・s以下、より好ましくは30Pa・s以下、さらに好ましくは10Pa・s以下であり、好ましくは0.5Pa・s以上、より好ましくは1Pa・s以上である。上記粘度(ηmp)が、上記上限以下であれば、電極上にはんだを効率的に凝集させることができる。上記粘度が、上記下限以上であれば、接続部でのボイドを抑制し、接続部以外への導電材料のはみだしを抑制することができる。
上記粘度(ηmp)は、STRESSTECH(REOLOGICA社製)等を用いて、歪制御1rad、周波数1Hz、昇温速度20℃/分、測定温度範囲25℃~200℃(但し、はんだ粒子の融点が200℃を超える場合には温度上限をはんだ粒子の融点とする)の条件で測定可能である。測定結果から、はんだ粒子の融点での導電材料粘度が算出される。
上記導電材料は、導電ペースト及び導電フィルム等として使用され得る。上記導電ペーストは異方性導電ペーストであることが好ましく、上記導電フィルムは異方性導電フィルムであることが好ましい。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料は、導電ペーストであることが好ましい。上記導電材料は、電極の電気的な接続に好適に用いられる。上記導電材料は、回路接続材料であることが好ましい。
上記導電材料は、電子部品の実装に用いられることが好ましい。上記導電材料は、電極の平面積が70×103μm2以下である電子部品の実装に用いられることが好ましく、電極の平面積が65×103μm2以下である電子部品の実装に用いられることがより好ましい。上記電子部品は、電極の平面積が3×103μm2以下であることが好ましく、2×103μm2以下であることがより好ましい。上記電子部品は、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ、又はダイオードであることが好ましく、LEDチップ、又はLEDパッケージであることがより好ましい。電極の平面積は、電極の接続される表面を平面視したときの面積である。上記導電材料は、平面積が3×103μm2以下である電極上に配置されることが好ましく、平面積が2×103μm2以下である電極上に配置されることがより好ましい。
以下、上記導電材料に含まれる各成分を説明する。なお、本明細書中において、「(メタ)アクリル」は「アクリル」と「メタクリル」との一方又は双方を意味する。
(はんだ粒子)
本発明に係る導電材料は、複数のはんだ粒子を含む。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子の代わりに、はんだ以外の材料から形成された基材粒子と該基材粒子の表面上に配置されたはんだ部とを備える導電性粒子を用いた場合には、電極上に導電性粒子が集まり難くなる。また、上記導電性粒子では、導電性粒子同士のはんだ接合性が低いために、電極上に移動した導電性粒子が電極外に移動しやすくなる傾向があり、電極間の位置ずれの抑制効果も低くなる傾向がある。
本発明に係る導電材料は、複数のはんだ粒子を含む。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子の代わりに、はんだ以外の材料から形成された基材粒子と該基材粒子の表面上に配置されたはんだ部とを備える導電性粒子を用いた場合には、電極上に導電性粒子が集まり難くなる。また、上記導電性粒子では、導電性粒子同士のはんだ接合性が低いために、電極上に移動した導電性粒子が電極外に移動しやすくなる傾向があり、電極間の位置ずれの抑制効果も低くなる傾向がある。
上記はんだは、融点が450℃以下である金属(低融点金属)であることが好ましい。上記はんだ粒子は、融点が450℃以下である金属粒子(低融点金属粒子)であることが好ましい。上記低融点金属粒子は、低融点金属を含む粒子である。該低融点金属とは、融点が450℃以下の金属を示す。低融点金属の融点は好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下である。上記はんだ粒子は、融点が450℃以下であることが好ましく、融点が300℃以下であることがより好ましく、融点が250℃以下であることがさらに好ましい。
上記はんだ粒子の融点は、示差走査熱量測定(DSC)により求めることができる。示差走査熱量測定(DSC)装置としては、SII社製「EXSTAR DSC7020」等が挙げられる。
上記はんだ粒子は、スズ、銀、及び銅を含む。上記はんだ粒子は、スズ、銀、及び銅以外の金属を含んでいてもよい。
上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、スズの含有量は、好ましくは96重量%以上、より好ましくは96.3重量%以上であり、好ましくは99重量%以下、より好ましくは98.8重量%以下である。上記はんだ粒子におけるスズの含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができ、はんだ部と電極との接続信頼性をより一層高めることができる。
上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、銀の含有量は、好ましくは0.9重量%以上、より好ましくは1.1重量%以上であり、好ましくは4重量%以下、より好ましくは3.7重量%以下である。上記はんだ粒子における銀の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができ、はんだ部と電極との接続信頼性をより一層高めることができる。
上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、銅の含有量は、好ましくは0.03重量%以上、より好ましくは0.1重量%以上であり、好ましくは0.5重量%以下、より好ましくは0.4重量%以下である。上記はんだ粒子における銅の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができ、はんだ部と電極との接続信頼性をより一層高めることができる。
上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、スズ、銀、及び銅の合計の含有量は、好ましくは95重量%以上、より好ましくは98重量%以上である。上記はんだ粒子におけるスズ、銀、及び銅の合計の含有量が、上記下限以上であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができ、はんだ部と電極との接続信頼性をより一層高めることができる。
上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中の銀の含有量の、上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中のスズの含有量に対する比(銀の含有量/スズの含有量)は、好ましくは0.009以上、より好ましくは0.011以上であり、好ましくは0.04以下、より好ましくは0.036以下である。上記比(銀の含有量/スズの含有量)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができ、はんだ部と電極との接続信頼性をより一層高めることができる。
上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中の銅の含有量の、上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中のスズの含有量に対する比(銅の含有量/スズの含有量)は、好ましくは0.0003以上、より好ましくは0.0005以上であり、好ましくは0.004以下、より好ましくは0.0035以下である。上記比(銅の含有量/スズの含有量)が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、導電材料が高温のリフローにより加熱された場合でも、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性を効果的に高めることができ、はんだ部と電極との接続信頼性をより一層高めることができる。
なお、上記はんだ粒子に含まれるスズ、銀、又は銅の含有量は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP-AES」)、又は蛍光X線分析装置(島津製作所社製「EDX-800HS」)等を用いて測定することができる。
上記はんだ粒子を用いることで、はんだが溶融して電極に接合し、はんだ部が電極間を導通させる。例えば、はんだ部と電極とが点接触ではなく面接触しやすいため、接続抵抗が低くなる。また、上記はんだ粒子の使用により、はんだ部と電極との接合強度が高くなる結果、はんだ部と電極との剥離がより一層生じ難くなり、導通信頼性及び接続信頼性がより一層高くなる。
上記はんだ粒子は低融点金属を含んでいてもよい。上記低融点金属は特に限定されない。上記低融点金属は、スズ、又はスズを含む合金であることが好ましい。該合金は、スズ-銀合金、スズ-銅合金、スズ-銀-銅合金、スズ-ビスマス合金、スズ-亜鉛合金、及びスズ-インジウム合金等が挙げられる。
上記はんだ粒子は、JIS Z3001:溶接用語に基づき、液相線が450℃以下である溶加材であることが好ましい。上記はんだ粒子は、スズ、銀、及び銅以外の金属として、例えば亜鉛、金、鉛、ビスマス、及びインジウム等を含んでいてもよい。上記はんだ粒子は、鉛を含まないことが好ましい。
はんだ部と電極との接合強度をより一層高めるために、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム、亜鉛、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、コバルト、ビスマス、マンガン、クロム、モリブデン、及びパラジウム等の金属を含んでいてもよい。また、はんだ部と電極との接合強度をさらに一層高める観点からは、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム又は亜鉛を含むことが好ましい。はんだ部と電極との接合強度をより一層高める観点からは、接合強度を高めるためのこれらの金属の含有量は、はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、好ましくは0.0001重量%以上、好ましくは1重量%以下である。
上記はんだ粒子の平均粒子径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上、より一層好ましくは0.1μm以上、さらに好ましくは0.5μm以上、特に好ましくは1μm以上である。上記はんだ粒子の平均粒子径は、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下、特に好ましくは10μm未満である。上記はんだ粒子の平均粒子径が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記はんだ粒子の平均粒子径は、0.5μm以上10μm以下であることが特に好ましい。上記はんだ粒子の平均粒子径が、0.5μm以上10μm以下であると、はんだ粒子同士が緻密に連結することができ、はんだ粒子が凝集しやすくなる。上記はんだ粒子の平均粒子径が10μmを超えると、はんだ粒子同士の緻密な連結が行われにくくなり、はんだ粒子が凝集しにくくなることがある。上記はんだ粒子の平均粒子径が10μm以下であると、本発明の効果がより一層効果的に発揮され、はんだバンプがより一層均一に形成される。上記はんだ粒子の平均粒子径は小さい方が好ましい。同一の体積のはんだ粒子を比較すると、はんだ粒子の平均粒子径が小さい場合には、はんだ粒子間の間隔が狭くなり、はんだ粒子がより一層凝集しやすくなる。また、はんだ粒子の平均粒子径が小さい場合には、複数の電極において、はんだバンプがより一層均一に形成されやすくなる。
上記はんだ粒子の平均粒子径は、数平均粒子径であることが好ましい。はんだ粒子の平均粒子径は、例えば、任意のはんだ粒子50個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各はんだ粒子の粒子径の平均値を算出することや、レーザー回折式粒度分布測定を行うことにより求められる。電子顕微鏡又は光学顕微鏡での観察では、1個当たりのはんだ粒子の粒子径は、円相当径での粒子径として求められる。電子顕微鏡又は光学顕微鏡での観察において、任意の50個のはんだ粒子の円相当径での平均粒子径は、球相当径での平均粒子径とほぼ等しくなる。レーザー回折式粒度分布測定では、1個当たりのはんだ粒子の粒子径は、球相当径での粒子径として求められる。上記はんだ粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定により算出することが好ましい。
上記はんだ粒子の粒子径の変動係数(CV値)は、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上であり、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下である。上記はんだ粒子の粒子径の変動係数が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができる。但し、上記はんだ粒子の粒子径のCV値は、5%未満であってもよい。
上記変動係数(CV値)は、以下のようにして測定できる。
CV値(%)=(ρ/Dn)×100
ρ:はんだ粒子の粒子径の標準偏差
Dn:はんだ粒子の粒子径の平均値
ρ:はんだ粒子の粒子径の標準偏差
Dn:はんだ粒子の粒子径の平均値
上記はんだ粒子の形状は特に限定されない。上記はんだ粒子の形状は、球状であってもよく、球状以外の形状であってもよく、扁平状等の形状であってもよい。
上記導電材料100重量%中、上記はんだ粒子の含有量は、好ましくは15重量%以上、より好ましくは20重量%以上、さらに好ましくは30重量%以上、特に好ましくは40重量%以上、最も好ましくは50重量%以上である。上記導電材料100体積%中、上記はんだ粒子の含有量は、好ましくは95重量%以下、より好ましくは90重量%以下、さらに好ましくは85重量%以下、特に好ましくは80重量%以下である。上記はんだ粒子の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、電極間にはんだを多く配置することが容易であり、導通信頼性がより一層高くなる。導通信頼性をより一層高める観点からは、上記はんだ粒子の含有量は多い方が好ましい。
(熱硬化性成分)
本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分を含む。上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含んでいてもよい。導電材料をより一層良好に硬化させるために、上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含むことが好ましい。導電材料をより一層良好に硬化させるために、上記導電材料は、熱硬化性成分として硬化促進剤を含むことが好ましい。本発明では、比較的融点の高いはんだ粒子が用いられている。上記熱硬化性成分は、上記はんだ粒子が凝集するまでに、熱硬化しないことが好ましい。上記熱硬化性成分は、比較的高温に加熱されても、はんだが電極上に配置されるまでに、熱硬化しないように硬化速度が制御されていることが好ましい。上記熱硬化性成分の硬化速度は、後述する熱硬化剤の種類及び反応開始温度、後述する硬化促進剤の種類及び含有量、並びに硬化温度等により制御することができる。
本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分を含む。上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含んでいてもよい。導電材料をより一層良好に硬化させるために、上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含むことが好ましい。導電材料をより一層良好に硬化させるために、上記導電材料は、熱硬化性成分として硬化促進剤を含むことが好ましい。本発明では、比較的融点の高いはんだ粒子が用いられている。上記熱硬化性成分は、上記はんだ粒子が凝集するまでに、熱硬化しないことが好ましい。上記熱硬化性成分は、比較的高温に加熱されても、はんだが電極上に配置されるまでに、熱硬化しないように硬化速度が制御されていることが好ましい。上記熱硬化性成分の硬化速度は、後述する熱硬化剤の種類及び反応開始温度、後述する硬化促進剤の種類及び含有量、並びに硬化温度等により制御することができる。
(熱硬化性成分:熱硬化性化合物)
上記熱硬化性化合物は特に限定されない。上記熱硬化性化合物としては、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。導電材料の硬化性及び粘度をより一層良好にする観点、導通信頼性をより一層効果的に高める観点、及び絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点からは、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物が好ましく、エポキシ化合物がより好ましい。上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記熱硬化性化合物は特に限定されない。上記熱硬化性化合物としては、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。導電材料の硬化性及び粘度をより一層良好にする観点、導通信頼性をより一層効果的に高める観点、及び絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点からは、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物が好ましく、エポキシ化合物がより好ましい。上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記エポキシ化合物は、少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物である。上記エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物、ビフェニルノボラック型エポキシ化合物、ビフェノール型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、フルオレン型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ナフトールアラルキル型エポキシ化合物、ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、アントラセン型エポキシ化合物、アダマンタン骨格を有するエポキシ化合物、トリシクロデカン骨格を有するエポキシ化合物、ナフチレンエーテル型エポキシ化合物、及びトリアジン核を骨格に有するエポキシ化合物等が挙げられる。上記エポキシ化合物は1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記エポキシ化合物は、常温(23℃)で液状又は固体であり、上記エポキシ化合物が常温で固体である場合には、上記エポキシ化合物の溶融温度は、上記はんだ粒子の融点以下であることが好ましい。上記の好ましいエポキシ化合物を用いることで、接続対象部材を貼り合わせた段階では、粘度が高く、搬送等の衝撃により、加速度が付与された際に、第1の接続対象部材と、第2の接続対象部材との位置ずれを抑制することができる。さらに、硬化時の熱により、導電材料の粘度を大きく低下させることができ、はんだの凝集を効率よく進行させることができる。
絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点、及び導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化性成分はエポキシ化合物を含むことが好ましく、上記熱硬化性化合物はエポキシ化合物を含むことが好ましい。
電極上にはんだをより一層効果的に配置する観点からは、上記熱硬化性化合物は、ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物を含むことが好ましい。
上記ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物としては、炭素数3~12のアルキル鎖の両末端にグリシジルエーテル基を有する化合物、並びに炭素数2~4のポリエーテル骨格を有し、該ポリエーテル骨格2個~10個が連続して結合した構造単位を有するポリエーテル型エポキシ化合物等が挙げられる。
硬化物の耐熱性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化性化合物は、イソシアヌル骨格を有する熱硬化性化合物を含むことが好ましい。
上記イソシアヌル骨格を有する熱硬化性化合物としてはトリイソシアヌレート型エポキシ化合物等が挙げられ、日産化学工業社製TEPICシリーズ(TEPIC-G、TEPIC-S、TEPIC-SS、TEPIC-HP、TEPIC-L、TEPIC-PAS、TEPIC-VL、TEPIC-UC)等が挙げられる。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高める観点、及び熱硬化性化合物の変色をより一層効果的に抑制する観点からは、上記熱硬化性化合物は、高い耐熱性を有することが好ましく、ノボラック型エポキシ化合物であることがより好ましい。ノボラック型エポキシ化合物は、比較的高い耐熱性を有する。
本発明に係る導電材料では、上記導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量は、10重量%以上である。上記導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量は、好ましくは20重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上であり、好ましくは99重量%以下、より好ましくは98重量%以下、さらに好ましくは90重量%以下、特に好ましくは80重量%以下である。上記熱硬化性化合物の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置し、電極間の絶縁信頼性をより一層効果的に高めることができ、電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。耐衝撃性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化性化合物の含有量は多い方が好ましい。
上記導電材料100重量%中、上記エポキシ化合物の含有量は、好ましくは20重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上であり、好ましくは99重量%以下、より好ましくは98重量%以下、さらに好ましくは90重量%以下、特に好ましくは80重量%以下である。上記エポキシ化合物の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置し、電極間の絶縁信頼性をより一層効果的に高めることができ、電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。耐衝撃性をより一層高める観点からは、上記エポキシ化合物の含有量は多い方が好ましい。
(熱硬化性成分:熱硬化剤)
上記熱硬化剤は特に限定されない。上記熱硬化剤は、上記熱硬化性化合物を熱硬化させる。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤等のチオール硬化剤、酸無水物硬化剤、熱カチオン開始剤(熱カチオン硬化剤)及び熱ラジカル発生剤等が挙げられる。また、上記熱硬化剤として、アミン錯体化合物を用いることができる。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記熱硬化剤は特に限定されない。上記熱硬化剤は、上記熱硬化性化合物を熱硬化させる。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤等のチオール硬化剤、酸無水物硬化剤、熱カチオン開始剤(熱カチオン硬化剤)及び熱ラジカル発生剤等が挙げられる。また、上記熱硬化剤として、アミン錯体化合物を用いることができる。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
導電材料を低温でより一層速やかに硬化可能とする観点からは、上記熱硬化剤は、イミダゾール硬化剤、チオール硬化剤、又はアミン硬化剤であることが好ましい。また、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤とを混合したときの保存安定性を高める観点からは、上記熱硬化剤は、潜在性の硬化剤であることが好ましい。潜在性の硬化剤は、潜在性イミダゾール硬化剤、潜在性チオール硬化剤又は潜在性アミン硬化剤であることが好ましい。なお、上記熱硬化剤は、ポリウレタン樹脂又はポリエステル樹脂等の高分子物質で被覆されていてもよい。
上記イミダゾール硬化剤は特に限定されない。上記イミダゾール硬化剤としては、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテート、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン及び2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-パラトルイル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-メタトルイル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-メタトルイル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-パラトルイル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール等における1H-イミダゾールの5位の水素をヒドロキシメチル基で、かつ、2位の水素をフェニル基またはトルイル基で置換したイミダゾール化合物等が挙げられる。
上記チオール硬化剤は特に限定されない。上記チオール硬化剤としては、トリメチロールプロパントリス-3-メルカプトプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス-3-メルカプトプロピオネート及びジペンタエリスリトールヘキサ-3-メルカプトプロピオネート等が挙げられる。
上記アミン硬化剤は特に限定されない。上記アミン硬化剤としては、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラスピロ[5.5]ウンデカン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、メタフェニレンジアミン及びジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
上記酸無水物硬化剤は特に限定されず、エポキシ化合物等の熱硬化性化合物の硬化剤として用いられる酸無水物であれば広く用いることができる。上記酸無水物硬化剤としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、フタル酸誘導体の無水物、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水グルタル酸、無水コハク酸、グリセリンビス無水トリメリット酸モノアセテート、及びエチレングリコールビス無水トリメリット酸等の2官能の酸無水物硬化剤、無水トリメリット酸等の3官能の酸無水物硬化剤、並びに、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、及びポリアゼライン酸無水物等の4官能以上の酸無水物硬化剤等が挙げられる。
上記熱カチオン開始剤は特に限定されない。上記熱カチオン開始剤としては、ヨードニウム系カチオン硬化剤、オキソニウム系カチオン硬化剤及びスルホニウム系カチオン硬化剤等が挙げられる。上記ヨードニウム系カチオン硬化剤としては、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。上記オキソニウム系カチオン硬化剤としては、トリメチルオキソニウムテトラフルオロボラート等が挙げられる。上記スルホニウム系カチオン硬化剤としては、トリ-p-トリルスルホニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。
上記熱ラジカル発生剤は特に限定されない。上記熱ラジカル発生剤としては、アゾ化合物及び有機過酸化物等が挙げられる。上記アゾ化合物としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等が挙げられる。上記有機過酸化物としては、ジ-tert-ブチルペルオキシド及びメチルエチルケトンペルオキシド等が挙げられる。
上記アミン錯体化合物は特に限定されない。上記アミン錯体化合物としては、三フッ化ホウ素-アミン錯体化合物等が挙げられる。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、及び接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化剤は、酸無水物化合物であることが好ましく、アミン錯体化合物であることがより好ましい。
上記熱硬化剤の反応開始温度は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下、特に好ましくは140℃以下である。上記熱硬化剤の反応開始温度が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだがより一層効率的に配置される。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、及び接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化剤の反応開始温度は、80℃以上140℃以下であることが特に好ましい。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記熱硬化剤の反応開始温度は、上記はんだ粒子の融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことがさらに好ましい。
上記熱硬化剤の反応開始温度は、DSCでの発熱ピークの立ち上がり開始の温度を意味する。
上記熱硬化剤の含有量は特に限定されない。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記熱硬化剤の含有量は、好ましくは0.01重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、好ましくは200重量部以下、より好ましくは100重量部以下、さらに好ましくは75重量部以下である。熱硬化剤の含有量が、上記下限以上であると、導電材料を十分に硬化させることが容易である。熱硬化剤の含有量が、上記上限以下であると、硬化後に硬化に関与しなかった余剰の熱硬化剤が残存し難くなり、かつ硬化物の耐熱性がより一層高くなる。
(熱硬化性成分:硬化促進剤)
上記導電材料は硬化促進剤を含んでいてもよい。上記硬化促進剤は特に限定されない。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記導電材料は硬化促進剤を含んでいてもよい。上記硬化促進剤は特に限定されない。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記硬化促進剤としては、ホスホニウム塩、三級アミン、三級アミン塩、四級オニウム塩、三級ホスフィン、クラウンエーテル錯体、アミン錯体化合物及びホスホニウムイリド等が挙げられる。具体的には、上記硬化促進剤としては、イミダゾール化合物、イミダゾール化合物のイソシアヌル酸塩、ジシアンジアミド、ジシアンジアミドの誘導体、メラミン化合物、メラミン化合物の誘導体、ジアミノマレオニトリル、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエタノールアミン、ジアミノジフェニルメタン、有機酸ジヒドラジド等のアミン化合物、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素-アミン錯体化合物、並びに、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン及びメチルジフェニルホスフィン等の有機リン化合物等が挙げられる。
上記ホスホニウム塩は特に限定されない。上記ホスホニウム塩としては、テトラノルマルブチルホスホニウムブロマイド、テトラノルマルブチルホスホニウムO,O-ジエチルジチオリン酸、メチルトリブチルホスホニウムジメチルリン酸塩、テトラノルマルブチルホスホニウムベンゾトリアゾール、テトラノルマルブチルホスホニウムテトラフルオロボレート、及びテトラノルマルブチルホスホニウムテトラフェニルボレート等が挙げられる。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、及び接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記硬化促進剤は、イミダゾール化合物であることが好ましく、三フッ化ホウ素-アミン錯体化合物であることがより好ましい。
上記熱硬化性化合物が良好に硬化するように、上記硬化促進剤の含有量は適宜選択される。上記熱硬化性化合物100重量部に対する上記硬化促進剤の含有量は、好ましくは0.5重量部以上、より好ましくは0.8重量部以上であり、好ましくは10重量部以下、より好ましくは8重量部以下である。上記硬化促進剤の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、上記熱硬化性化合物を良好に硬化させることができる。また、上記硬化促進剤の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
(フラックス)
上記導電材料は、フラックスを含んでいてもよい。フラックスを用いることで、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができる。上記フラックスは特に限定されない。上記フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを用いることができる。本発明では、比較的融点の高いはんだ粒子が用いられているので、フラックスの融点も比較的高くすることができる。比較的融点の高いフラックスを用いることで、導電材料のポットライフをより一層良好にすることができる。
上記導電材料は、フラックスを含んでいてもよい。フラックスを用いることで、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができる。上記フラックスは特に限定されない。上記フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを用いることができる。本発明では、比較的融点の高いはんだ粒子が用いられているので、フラックスの融点も比較的高くすることができる。比較的融点の高いフラックスを用いることで、導電材料のポットライフをより一層良好にすることができる。
上記フラックスとしては、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、アミン化合物、有機酸及び松脂等が挙げられる。上記フラックスは、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びグルタル酸等が挙げられる。上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、カルボキシル基を2個以上有する有機酸、又は松脂であることが好ましい。上記フラックスは、カルボキシル基を2個以上有する有機酸であってもよく、松脂であってもよい。カルボキシル基を2個以上有する有機酸、松脂の使用により、電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
上記カルボキシル基を2個以上有する有機酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、及びセバシン酸等が挙げられる。
上記アミン化合物としては、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ベンズヒドリルアミン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、フェニルイミダゾール、カルボキシベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、及びカルボキシベンゾトリアゾール等が挙げられる。
上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。上記ロジン類としては、アビエチン酸、及びアクリル変性ロジン等が挙げられる。フラックスはロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極間の導通信頼性がより一層高くなる。
上記フラックスの活性温度(融点)は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、より一層好ましくは190℃以下、さらに好ましくは150℃以下、さらに一層好ましくは140℃以下である。上記フラックスの活性温度が、上記下限以上及び上記上限以下であると、フラックス効果がより一層効果的に発揮され、はんだが電極上により一層効率的に配置される。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの活性温度(融点)は90℃以上180℃以下であることが好ましく、上記フラックスの活性温度(融点)は100℃以上150℃以下であることが特に好ましい。
また、上記フラックスの沸点は200℃以下であることが好ましい。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記はんだ粒子の融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことが更に好ましい。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記熱硬化剤の反応開始温度よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことが更に好ましい。
上記フラックスは、導電材料中に分散されていてもよく、はんだ粒子の表面上に付着していてもよい。
フラックスの融点が、はんだ粒子の融点より高いことにより、電極部分にはんだを効率的に凝集させることができる。これは、接合時に熱を付与した場合、接続対象部材上に形成された電極と、電極周辺の接続対象部材の部分とを比較すると、電極部分の熱伝導率が電極周辺の接続対象部材部分の熱伝導率よりも高いことにより、電極部分の昇温が速いことに起因する。はんだ粒子の融点を超えた段階では、はんだ粒子の内部は溶解するが、表面に形成された酸化被膜は、フラックスの融点(活性温度)に達していないので、除去されない。この状態で、電極部分の温度が先に、フラックスの融点(活性温度)に達するため、優先的に電極上に移動したはんだ粒子の表面の酸化被膜が除去され、はんだが電極の表面上に濡れ拡がることができる。これにより、電極上に効率的にはんだを凝集させることができる。
上記フラックスは、加熱によりカチオンを放出するフラックスであることが好ましい。加熱によりカチオンを放出するフラックスの使用により、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができる。
上記加熱によりカチオンを放出するフラックスとしては、上記熱カチオン開始剤(熱カチオン硬化剤)が挙げられる。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点、及び導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記フラックスは、酸化合物と塩基化合物との塩であることが好ましい。
上記酸化合物は、カルボキシル基を有する有機化合物であることが好ましい。上記酸化合物としては、脂肪族系カルボン酸であるマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、クエン酸、リンゴ酸、環状脂肪族カルボン酸であるシクロヘキシルカルボン酸、1,4-シクロヘキシルジカルボン酸、芳香族カルボン酸であるイソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、及びエチレンジアミン四酢酸等が挙げられる。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点、及び導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記酸化合物は、グルタル酸、シクロヘキシルカルボン酸、又はアジピン酸であることが好ましい。
上記塩基化合物は、アミノ基を有する有機化合物であることが好ましい。上記塩基化合物としては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ベンズヒドリルアミン、2-メチルベンジルアミン、3-メチルベンジルアミン、4-tert-ブチルベンジルアミン、N-メチルベンジルアミン、N-エチルベンジルアミン、N-フェニルベンジルアミン、N-tert-ブチルベンジルアミン、N-イソプロピルベンジルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、イミダゾール化合物、及びトリアゾール化合物が挙げられる。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点、及び導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記塩基化合物は、ベンジルアミンであることが好ましい。
導電材料100重量%中、上記フラックスの含有量は、好ましくは0.5重量%以上であり、好ましくは30重量%以下、より好ましくは25重量%以下である。上記導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。上記フラックスの含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ及び電極の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、更に、はんだ及び電極の表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
(フィラー)
本発明に係る導電材料は、フィラーを含んでいてもよい。フィラーは、有機フィラーであってもよく、無機フィラーであってもよい。上記導電材料がフィラーを含むことにより、基板の全電極上に対して、はんだを均一に凝集させることができる。
本発明に係る導電材料は、フィラーを含んでいてもよい。フィラーは、有機フィラーであってもよく、無機フィラーであってもよい。上記導電材料がフィラーを含むことにより、基板の全電極上に対して、はんだを均一に凝集させることができる。
上記導電材料は、上記フィラーを含まないか、又は上記フィラーを5重量%以下で含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物を用いている場合には、フィラーの含有量が少ないほど、電極上にはんだ粒子が移動しやすくなる。
導電材料100重量%中、上記フィラーの含有量は、好ましくは0重量%(未含有)以上であり、好ましくは5重量%以下、より好ましくは2重量%以下、さらに好ましくは1重量%以下である。上記フィラーの含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだが電極上により一層均一に配置される。
(他の成分)
上記導電材料は、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、チキソ剤、レベリング剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
上記導電材料は、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、チキソ剤、レベリング剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
(接続構造体及び接続構造体の製造方法)
本発明に係る接続構造体は、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と、上記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した導電材料である。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている。
本発明に係る接続構造体は、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と、上記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した導電材料である。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている。
本発明に係る接続構造体の製造方法は、上述した導電材料を用いて、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、上記導電材料を配置する工程を備える。本発明に係る接続構造体の製造方法は、上記導電材料の上記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を、上記第1の電極と上記第2の電極とが対向するように配置する工程を備える。本発明に係る接続構造体の製造方法は、上記はんだ粒子の融点以上に上記導電材料を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している接続部を、上記導電材料により形成し、かつ、上記第1の電極と上記第2の電極とを、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続する工程を備える。
本発明に係る接続構造体及び接続構造体の製造方法では、特定の導電材料を用いているので、はんだが第1の電極と第2の電極との間に集まりやすく、はんだを電極(ライン)上に効率的に配置することができる。また、はんだの一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置されるはんだの量をかなり少なくすることができる。従って、第1の電極と第2の電極との間の導通信頼性を高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続を防ぐことができ、絶縁信頼性を高めることができる。
また、電極上にはんだを効率的に配置し、かつ電極が形成されていない領域に配置されるはんだの量をかなり少なくするためには、上記導電材料は、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いることが好ましい。
電極間でのはんだ部の厚みは、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下である。電極の表面上のはんだ濡れ面積(電極の露出した面積100%中のはんだが接している面積)は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上であり、好ましくは100%以下である。
本発明に係る接続構造体の製造方法では、上記第2の接続対象部材を配置する工程及び上記接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記導電材料には、上記第2の接続対象部材の重量が加わることが好ましい。本発明に係る接続構造体の製造方法では、上記第2の接続対象部材を配置する工程及び上記接続部を形成する工程において、上記導電材料には、上記第2の接続対象部材の重量の力を超える加圧圧力は加わらないことが好ましい。これらの場合には、複数のはんだ部において、はんだ量の均一性をより一層高めることができる。さらに、はんだ部の厚みをより一層効果的に厚くすることができ、はんだが電極間に多く集まりやすくなり、はんだを電極(ライン)上により一層効率的に配置することができる。また、はんだの一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置されるはんだの量をより一層少なくすることができる。従って、電極間の導通信頼性をより一層高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続をより一層防ぐことができ、絶縁信頼性をより一層高めることができる。
また、導電フィルムではなく、導電ペーストを用いれば、導電ペーストの塗布量によって、接続部及びはんだ部の厚みを調整することが容易になる。一方で、導電フィルムでは、接続部の厚みを変更したり、調整したりするためには、異なる厚みの導電フィルムを用意したり、所定の厚みの導電フィルムを用意したりしなければならないという問題がある。また、導電フィルムでは、導電ペーストと比べて、はんだの溶融温度で、導電フィルムの溶融粘度を十分に下げることができず、はんだの凝集が阻害されやすい傾向がある。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて得られる接続構造体を模式的に示す断面図である。
図1に示す接続構造体1は、第1の接続対象部材2と、第2の接続対象部材3と、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している接続部4とを備える。接続部4は、上述した導電材料により形成されている。本実施形態では、上記導電材料は、熱硬化性成分と、はんだ粒子とを含む。上記熱硬化性成分は、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含む。本実施形態では、導電材料として、導電ペーストが用いられている。
接続部4は、複数のはんだ粒子が集まり互いに接合したはんだ部4Aと、熱硬化性化合物が熱硬化された硬化物部4Bとを有する。
第1の接続対象部材2は表面(上面)に、複数の第1の電極2aを有する。第2の接続対象部材3は表面(下面)に、複数の第2の電極3aを有する。第1の電極2aと第2の電極3aとが、はんだ部4Aにより電気的に接続されている。従って、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とが、はんだ部4Aにより電気的に接続されている。なお、接続部4において、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まったはんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)では、はんだは存在しない。はんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)では、はんだ部4Aと離れたはんだは存在しない。なお、少量であれば、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まったはんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)に、はんだが存在していてもよい。
図1に示すように、接続構造体1では、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に、複数のはんだ粒子が集まり、複数のはんだ粒子が溶融した後、はんだ粒子の溶融物が電極の表面を濡れ拡がった後に固化して、はんだ部4Aが形成されている。このため、はんだ部4Aと第1の電極2a、並びにはんだ部4Aと第2の電極3aとの接続面積が大きくなる。すなわち、はんだ粒子を用いることにより、導電性の外表面がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、はんだ部4Aと第1の電極2a、並びにはんだ部4Aと第2の電極3aとの接触面積が大きくなる。このことによっても、接続構造体1における導通信頼性及び接続信頼性が高くなる。なお、導電材料にフラックスが含まれる場合に、フラックスは、一般に、加熱により次第に失活する。
なお、図1に示す接続構造体1では、はんだ部4Aの全てが、第1,第2の電極2a,3a間の対向している領域に位置している。図3に示す変形例の接続構造体1Xは、接続部4Xのみが、図1に示す接続構造体1と異なる。接続部4Xは、はんだ部4XAと硬化物部4XBとを有する。接続構造体1Xのように、はんだ部4XAの多くが、第1,第2の電極2a,3aの対向している領域に位置しており、はんだ部4XAの一部が第1,第2の電極2a,3aの対向している領域から側方にはみ出していてもよい。第1,第2の電極2a,3aの対向している領域から側方にはみ出しているはんだ部4XAは、はんだ部4XAの一部であり、はんだ部4XAから離れたはんだではない。なお、本実施形態では、はんだ部から離れたはんだの量を少なくすることができるが、はんだ部から離れたはんだが硬化物部中に存在していてもよい。
はんだ粒子の使用量を少なくすれば、接続構造体1を得ることが容易になる。はんだ粒子の使用量を多くすれば、接続構造体1Xを得ることが容易になる。
接続構造体1,1Xでは、第1の電極2aと接続部4,4Xと第2の電極3aとの積層方向に第1の電極2aと第2の電極3aとの対向し合う部分をみたときに、第1の電極2aと第2の電極3aとの対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、接続部4,4X中のはんだ部4A,4XAが配置されていることが好ましい。接続部4,4X中のはんだ部4A,4XAが、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の60%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることがより好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の70%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることがさらに好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の80%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが特に好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の90%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが最も好ましい。上記接続部中のはんだ部が、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の60%以上が配置されていることが好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の70%以上が配置されていることがより好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の90%以上が配置されていることがさらに好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の95%以上が配置されていることが特に好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の99%以上が配置されていることが最も好ましい。上記接続部中のはんだ部が、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
次に、図2では、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて、接続構造体1を製造する方法の一例を説明する。
先ず、第1の電極2aを表面(上面)に有する第1の接続対象部材2を用意する。次に、図2(a)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上に、熱硬化性成分11Bと、はんだ粒子11Aとを含む導電材料11を配置する(第1の工程)。用いた導電材料11は、熱硬化性成分11Bとして、熱硬化性化合物と熱硬化剤とを含む。
第1の接続対象部材2の第1の電極2aが設けられた表面上に、導電材料11を配置する。導電材料11の配置の後に、はんだ粒子11Aは、第1の電極2a(ライン)上と、第1の電極2aが形成されていない領域(スペース)上との双方に配置されている。なお、上記導電材料は、上記第1の電極の表面上にのみ配置されてもよい。
導電材料11の配置方法としては、特に限定されないが、ディスペンサーによる塗布、スクリーン印刷、及びインクジェット装置による吐出等が挙げられる。
また、第2の電極3aを表面(下面)に有する第2の接続対象部材3を用意する。次に、図2(b)に示すように、第1の接続対象部材2の表面上の導電材料11において、導電材料11の第1の接続対象部材2側とは反対側の表面上に、第2の接続対象部材3を配置する(第2の工程)。導電材料11の表面上に、第2の電極3a側から、第2の接続対象部材3を配置する。このとき、第1の電極2aと第2の電極3aとを対向させる。
次に、はんだ粒子11Aの融点以上に導電材料11を加熱する(第3の工程)。好ましくは、熱硬化性成分11B(熱硬化性化合物)の硬化温度以上に導電材料11を加熱する。この加熱時には、電極が形成されていない領域に存在していたはんだ粒子11Aは、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まる(自己凝集効果)。導電フィルムではなく、導電ペーストを用いた場合には、はんだ粒子11Aが、第1の電極2aと第2の電極3aとの間により一層効果的に集まる。また、はんだ粒子11Aは溶融し、互いに接合する。また、熱硬化性成分11Bは熱硬化する。この結果、図2(c)に示すように、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している接続部4が、導電材料11により形成される。導電材料11により接続部4が形成され、複数のはんだ粒子11Aが接合することによってはんだ部4Aが形成され、熱硬化性成分11Bが熱硬化することによって硬化物部4Bが形成される。はんだ粒子11Aが十分に移動すれば、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に位置していないはんだ粒子11Aの移動が開始してから、第1の電極2aと第2の電極3aとの間にはんだ粒子11Aの移動が完了するまでに、温度を一定に保持しなくてもよい。
本実施形態では、上記第2の工程及び上記第3の工程において、加圧を行わない方が好ましい。この場合には、導電材料11には、第2の接続対象部材3の重量が加わる。このため、接続部4の形成時に、はんだ粒子11Aが、第1の電極2aと第2の電極3aとの間により一層効果的に集まる。なお、上記第2の工程及び上記第3の工程の内の少なくとも一方において、加圧を行えば、はんだ粒子11Aが第1の電極2aと第2の電極3aとの間に集まろうとする作用が阻害される傾向が高くなる。
また、本実施形態では、加圧を行っていないため、第1の電極2aと第2の電極3aとのアライメントがずれた状態で、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とが重ね合わされた場合でも、そのずれを補正して、第1の電極2aと第2の電極3aとを接続させることができる(セルフアライメント効果)。これは、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に自己凝集している溶融したはんだが、第1の電極2aと第2の電極3aとの間のはんだと導電材料のその他の成分とが接する面積が最小となる方がエネルギー的に安定になり、その最小の面積となる接続構造であるアライメントのあった接続構造にする力が働くためである。この際、導電材料が硬化していないこと、及び、その温度、時間にて、導電材料のはんだ粒子以外の成分の粘度が十分低いことが望ましい。
このようにして、図1に示す接続構造体1が得られる。なお、上記第2の工程と上記第3の工程とは連続して行われてもよい。また、上記第2の工程を行った後に、得られる第1の接続対象部材2と導電材料11と第2の接続対象部材3との積層体を、加熱部に移動させて、上記第3の工程を行ってもよい。上記加熱を行うために、加熱部材上に上記積層体を配置してもよく、加熱された空間内に上記積層体を配置してもよい。
上記第3の工程における上記加熱温度は、好ましくは140℃以上、より好ましくは160℃以上であり、好ましくは450℃以下、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは220℃以下である。上記第3の工程における上記加熱温度が、上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができ、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
上記第3の工程における加熱方法としては、はんだ粒子の融点以上及び熱硬化性成分の硬化温度以上に、接続構造体全体を、リフロー炉を用いて又はオーブンを用いて加熱する方法や、接続構造体の接続部のみを局所的に加熱する方法が挙げられる。
局所的に加熱する方法に用いる器具としては、ホットプレート、熱風を付与するヒートガン、はんだゴテ、及び赤外線ヒーター等が挙げられる。
また、ホットプレートにて局所的に加熱する際、接続部直下は、熱伝導性の高い金属にて、その他の加熱することが好ましくない個所は、フッ素樹脂等の熱伝導性の低い材質にて、ホットプレート上面を形成することが好ましい。
上記第1,第2の接続対象部材は、特に限定されない。上記第1,第2の接続対象部材としては、具体的には、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びに樹脂フィルム、プリント基板、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル、リジッドフレキシブル基板、ガラスエポキシ基板及びガラス基板等の回路基板等の電子部品等が挙げられる。上記第1,第2の接続対象部材は、電子部品であることが好ましい。
上記第1の接続対象部材及び上記第2の接続対象部材の内の少なくとも一方が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。上記第2の接続対象部材が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板は、柔軟性が高く、比較的軽量であるという性質を有する。このような接続対象部材の接続に導電フィルムを用いた場合には、はんだが電極上に集まりにくい傾向がある。これに対して、導電ペーストを用いることで、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いたとしても、はんだを電極上に効率的に集めることで、電極間の導通信頼性を十分に高めることができる。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いる場合に、半導体チップ等の他の接続対象部材を用いた場合と比べて、加圧を行わないことによる電極間の導通信頼性の向上効果がより一層効果的に得られる。
上記接続対象部材に設けられている電極としては、金電極、ニッケル電極、スズ電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極、SUS電極、及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、スズ電極、銀電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物層の材料としては、3価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び3価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記3価の金属元素としては、Sn、Al及びGa等が挙げられる。
本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極及び上記第2の電極は、エリアアレイ又はペリフェラルにて配置されていることが好ましい。上記第1の電極及び上記第2の電極が、エリアアレイ又はペリフェラルにて配置されている場合において、本発明の効果がより一層効果的に発揮される。上記エリアアレイとは、接続対象部材の電極が配置されている面にて、格子状に電極が配置されている構造のことである。上記ペリフェラルとは、接続対象部材の外周部に電極が配置されている構造のことである。電極が櫛型に並んでいる構造の場合は、櫛に垂直な方向に沿ってはんだが凝集すればよいのに対して、上記エリアアレイ又はペリフェラル構造では電極が配置されている面において、全面にて均一にはんだが凝集する必要がある。そのため、従来の方法では、はんだ量が不均一になりやすいのに対して、本発明の方法では、全面にて均一にはんだを凝集させることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
熱硬化性成分(熱硬化性化合物):
熱硬化性化合物1:ダウ・ケミカル社製「D.E.N-431」、エポキシ樹脂
熱硬化性化合物2:三菱ケミカル社製「jER152」、エポキシ樹脂
熱硬化性化合物1:ダウ・ケミカル社製「D.E.N-431」、エポキシ樹脂
熱硬化性化合物2:三菱ケミカル社製「jER152」、エポキシ樹脂
熱硬化性成分(熱硬化剤):
熱硬化剤1:東京化成工業社製「BF3-MEA」、三フッ化ホウ素-モノエチルアミン錯体
熱硬化剤2:四国化成工業社製「2PZ-CN」、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール
熱硬化剤1:東京化成工業社製「BF3-MEA」、三フッ化ホウ素-モノエチルアミン錯体
熱硬化剤2:四国化成工業社製「2PZ-CN」、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール
はんだ粒子:
はんだ粒子1:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径0.05μm
はんだ粒子2:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径0.1μm
はんだ粒子3:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径0.5μm
はんだ粒子4:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径2μm
はんだ粒子5:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径10μm
はんだ粒子6:Sn42Bi58はんだ粒子、融点139℃、平均粒子径2μm
はんだ粒子7:Sn42Bi58はんだ粒子、融点139℃、平均粒子径10μm
はんだ粒子8:Sn42Bi58はんだ粒子、融点139℃、平均粒子径0.05μm
はんだ粒子1:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径0.05μm
はんだ粒子2:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径0.1μm
はんだ粒子3:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径0.5μm
はんだ粒子4:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径2μm
はんだ粒子5:SnAg3Cu0.5はんだ粒子、融点220℃、平均粒子径10μm
はんだ粒子6:Sn42Bi58はんだ粒子、融点139℃、平均粒子径2μm
はんだ粒子7:Sn42Bi58はんだ粒子、融点139℃、平均粒子径10μm
はんだ粒子8:Sn42Bi58はんだ粒子、融点139℃、平均粒子径0.05μm
フラックス:
フラックス1:「グルタル酸ベンジルアミン塩」、融点108℃
フラックス1:「グルタル酸ベンジルアミン塩」、融点108℃
フラックス1の作製方法:
ガラスビンに、反応溶媒である水24gと、グルタル酸(和光純薬工業社製)13.212gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)10.715gを入れて、約5分間撹拌し、混合液を得た。得られた混合液を5℃~10℃の冷蔵庫に入れて、一晩放置した。析出した結晶をろ過により分取し、水で洗浄し、真空乾燥し、フラックス1を得た。
ガラスビンに、反応溶媒である水24gと、グルタル酸(和光純薬工業社製)13.212gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)10.715gを入れて、約5分間撹拌し、混合液を得た。得られた混合液を5℃~10℃の冷蔵庫に入れて、一晩放置した。析出した結晶をろ過により分取し、水で洗浄し、真空乾燥し、フラックス1を得た。
(実施例1~6及び比較例1~4)
(1)導電材料(異方性導電ペースト)の作製
下記の表1,2に示す成分を下記の表1,2に示す配合量で配合して、導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
(1)導電材料(異方性導電ペースト)の作製
下記の表1,2に示す成分を下記の表1,2に示す配合量で配合して、導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
(2)接続構造体の作製
第2の接続対象部材として、半導体チップ本体(サイズ5×5mm、厚み1mm)の表面に、銅電極(第2の電極、サイズ150μm×250μm、平面積37.5×103μm2)が配置されており、最表面にパッシベーション膜(ポリイミド、厚み5μm、電極部の開口径200μm)が形成されている半導体チップを準備した。銅電極の数は、半導体チップ1個当たり、10個×10個の合計100個である。
第2の接続対象部材として、半導体チップ本体(サイズ5×5mm、厚み1mm)の表面に、銅電極(第2の電極、サイズ150μm×250μm、平面積37.5×103μm2)が配置されており、最表面にパッシベーション膜(ポリイミド、厚み5μm、電極部の開口径200μm)が形成されている半導体チップを準備した。銅電極の数は、半導体チップ1個当たり、10個×10個の合計100個である。
第1の接続対象部材として、ガラスエポキシ基板本体(サイズ20×20mm、厚み1.2mm、材質FR-4)の表面に、第2の接続対象部材の電極に対して、同じパターンとなるように、銅電極(第1の電極)が配置されており、銅電極が配置されていない領域にソルダーレジスト膜が形成されているガラスエポキシ基板を準備した。銅電極の表面とソルダーレジスト膜の表面との段差は、15μmであり、ソルダーレジスト膜は銅電極よりも突出している。
上記ガラスエポキシ基板の上面に、作製直後の導電材料(異方性導電ペースト)を厚さ30μmとなるように塗工(塗布量1mg)し、異方性導電ペースト層を形成した。次に、異方性導電ペースト層の上面に半導体チップを電極同士が対向するように積層した。異方性導電ペースト層には、上記半導体チップの重量は加わる。その状態から、異方性導電ペースト層の温度が、昇温開始から5秒後にはんだの融点となるように加熱した。さらに、昇温開始から15秒後に、異方性導電ペースト層の温度が160℃となるように加熱し、異方性導電ペースト層を硬化させ、接続構造体を得た。加熱時には、加圧を行わなかった。
(評価)
(1)はんだ粒子の平均粒子径
上記はんだ粒子の平均粒子径を、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA-920」)を用いて測定した。
(1)はんだ粒子の平均粒子径
上記はんだ粒子の平均粒子径を、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA-920」)を用いて測定した。
(2)はんだ粒子に含まれる金属100重量%中のスズ、銀、及び銅の含有量
はんだ粒子に含まれる金属100重量%中のスズ、銀、及び銅の含有量を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP-AES」)を用いて測定した。
はんだ粒子に含まれる金属100重量%中のスズ、銀、及び銅の含有量を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP-AES」)を用いて測定した。
(3)作製直後の導電材料の25℃、5rpmでの粘度(η25)
得られた導電材料(異方性導電ペースト)の作製直後の25℃及び5rpmでの粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
得られた導電材料(異方性導電ペースト)の作製直後の25℃及び5rpmでの粘度(η25)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
(4)冷凍保管された導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)
得られた導電材料(異方性導電ペースト)を、-20℃で7日間冷凍保管した。次に、冷凍保管された導電材料を、25℃で2時間保管して解凍した。冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後(即ち、25℃で2時間経過後)の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
得られた導電材料(異方性導電ペースト)を、-20℃で7日間冷凍保管した。次に、冷凍保管された導電材料を、25℃で2時間保管して解凍した。冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後(即ち、25℃で2時間経過後)の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
(5)チクソトロピックインデックス(ηB/ηA)
得られた導電材料(異方性導電ペースト)を、-20℃で7日間冷凍保管した。次に、冷凍保管された導電材料を、25℃で2時間保管して解凍した。冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後(即ち、25℃で2時間経過後)の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度(ηB)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
得られた導電材料(異方性導電ペースト)を、-20℃で7日間冷凍保管した。次に、冷凍保管された導電材料を、25℃で2時間保管して解凍した。冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後(即ち、25℃で2時間経過後)の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度(ηB)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
上記(4)の評価におけるηA及び上記ηBの測定結果から、冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度(ηB)を、冷凍保管された上記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηA)で除したチクソトロピックインデックス(ηB/ηA)を算出した。
(6)保存安定性1
上記(3)の評価におけるη25及び上記(4)の評価におけるηAの測定結果から、粘度上昇率(ηA/η25)を算出した。保存安定性1を以下の基準で判定した。
上記(3)の評価におけるη25及び上記(4)の評価におけるηAの測定結果から、粘度上昇率(ηA/η25)を算出した。保存安定性1を以下の基準で判定した。
[保存安定性1の判定基準]
○:粘度上昇率(ηA/η25)が1.2以下
△:粘度上昇率(ηA/η25)が1.2を超え1.5以下
×:粘度上昇率(ηA/η25)が1.5を超える
○:粘度上昇率(ηA/η25)が1.2以下
△:粘度上昇率(ηA/η25)が1.2を超え1.5以下
×:粘度上昇率(ηA/η25)が1.5を超える
(7)保存安定性2
得られた導電材料(異方性導電ペースト)を、25℃及び24時間の条件で保管した。保管後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηC)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
得られた導電材料(異方性導電ペースト)を、25℃及び24時間の条件で保管した。保管後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度(ηC)を、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて測定した。
上記(3)の評価におけるη25及び上記ηCの測定結果から、粘度上昇率(ηC/η25)を算出した。保存安定性2を以下の基準で判定した。
[保存安定性2の判定基準]
○:粘度上昇率(ηC/η25)が1.2以下
△:粘度上昇率(ηC/η25)が1.2を超え1.5以下
×:粘度上昇率(ηC/η25)が1.5を超える
○:粘度上昇率(ηC/η25)が1.2以下
△:粘度上昇率(ηC/η25)が1.2を超え1.5以下
×:粘度上昇率(ηC/η25)が1.5を超える
(8)はんだ粒子の凝集性
得られた接続構造体において、走査型電子顕微鏡により接続部を観察することで、はんだ粒子が凝集し、はんだ粒子同士が互いに接合しているか否かを確認した。はんだの凝集性を以下の基準で判定した。
得られた接続構造体において、走査型電子顕微鏡により接続部を観察することで、はんだ粒子が凝集し、はんだ粒子同士が互いに接合しているか否かを確認した。はんだの凝集性を以下の基準で判定した。
[はんだの凝集性の判定基準]
○:はんだ粒子が凝集し、はんだ粒子同士が互いに接合している
×:はんだ粒子が凝集し、はんだ粒子同士が互いに接合していない
○:はんだ粒子が凝集し、はんだ粒子同士が互いに接合している
×:はんだ粒子が凝集し、はんだ粒子同士が互いに接合していない
(9)上下の電極間の導通信頼性
得られた接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を以下の基準で判定した。
得られた接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を以下の基準で判定した。
[導通信頼性の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
(10)上下の電極間の導通信頼性(高温リフロー後)
上記(9)の評価に用いた接続構造体を準備した。これらの接続構造体を高温リフロー(260℃リフローを5回繰り返す)により加熱した。加熱後の接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性(高温リフロー後)を以下の基準で判定した。
上記(9)の評価に用いた接続構造体を準備した。これらの接続構造体を高温リフロー(260℃リフローを5回繰り返す)により加熱した。加熱後の接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性(高温リフロー後)を以下の基準で判定した。
[導通信頼性(高温リフロー後)の判定基準]
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
結果を下記の表1,2に示す。
フレキシブルプリント基板、樹脂フィルム、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板を用いた場合でも、同様の傾向が見られた。
1,1X…接続構造体
2…第1の接続対象部材
2a…第1の電極
3…第2の接続対象部材
3a…第2の電極
4,4X…接続部
4A,4XA…はんだ部
4B,4XB…硬化物部
11…導電材料
11A…はんだ粒子
11B…熱硬化性成分
2…第1の接続対象部材
2a…第1の電極
3…第2の接続対象部材
3a…第2の電極
4,4X…接続部
4A,4XA…はんだ部
4B,4XB…硬化物部
11…導電材料
11A…はんだ粒子
11B…熱硬化性成分
Claims (13)
- 熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子とを含み、
前記はんだ粒子が、スズ、銀、及び銅を含み、
前記熱硬化性成分が、熱硬化性化合物を含み、
導電材料100重量%中、前記熱硬化性化合物の含有量が、10重量%以上である、導電材料。 - 前記はんだ粒子の平均粒子径が、10μm以下である、請求項1に記載の導電材料。
- 冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度が、100Pa・s以上である、請求項1又は2に記載の導電材料。
- 冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度を、冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度で除したチクソトロピックインデックスが、2以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電材料。
- 作製直後の前記導電材料を25℃及び24時間の条件で保管した後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度の、作製直後の前記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度に対する比が、1.2以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の導電材料。
- 冷凍保管された前記導電材料を解凍した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度の、作製直後の前記導電材料の25℃及び5rpmでの粘度に対する比が、1.2以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の導電材料。
- 電極の平面積が70×103μm2以下である電子部品の実装に用いられる、請求項1~6のいずれか1項に記載の導電材料。
- 前記電子部品が、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ、又はダイオードである、請求項7に記載の導電材料。
- 導電ペーストである、請求項1~8のいずれか1項に記載の導電材料。
- 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と、前記第2の接続対象部材とを接続している接続部とを備え、
前記接続部の材料が、請求項1~9のいずれか1項に記載の導電材料であり、
前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体。 - 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている、請求項10に記載の接続構造体。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の導電材料を用いて、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上に、前記導電材料を配置する工程と、
前記導電材料の前記第1の接続対象部材側とは反対の表面上に、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材を、前記第1の電極と前記第2の電極とが対向するように配置する工程と、
前記はんだ粒子の融点以上に前記導電材料を加熱することで、前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している接続部を、前記導電材料により形成し、かつ、前記第1の電極と前記第2の電極とを、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続する工程とを備える、接続構造体の製造方法。 - 前記第1の電極と前記接続部と前記第2の電極との積層方向に前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、前記第1の電極と前記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、前記接続部中のはんだ部が配置されている接続構造体を得る、請求項12に記載の接続構造体の製造方法。
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JP2021096903A (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-24 | 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 |
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