JP2001155539A - 導電性微粒子、異方性導電接着剤及び導電接続構造体 - Google Patents
導電性微粒子、異方性導電接着剤及び導電接続構造体Info
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Abstract
く、接続が安定していて、リーク現象を起こさない、特
にチップの接合用として好適な導電性微粒子、異方性導
電接着剤及び導電接続構造体を提供する。 【解決手段】 非金属微粒子が、銅を50重量%以上含
む金属層により被覆されてなる導電性微粒子であって、
前記非金属微粒子は、平均粒径1〜500μm、アスペ
クト比1.3未満、CV値25%以下、K値200〜5
万MPaである導電性微粒子。
Description
に用いられる導電性微粒子、異方性導電接着剤及び導電
接続構造体に関する。
パーソナルコンピュータ、携帯通信機器等のエレクトロ
ニクス製品において、半導体素子等の小型部品を基板に
電気的に接続したり、基板同士を電気的に接続するため
に使用されている。このような異方性導電接続材料とし
ては、導電性微粒子をバインダー樹脂に混合したもの等
が用いられている。
又は無機基材粒子の表面に金属メッキを施したものが用
いられてきた。このような導電性微粒子としては、例え
ば、特公平6−96771号公報、特開平4−3690
2号公報、特開平4−269720号公報、特開平3−
257710号公報等に開示されたものが挙げられる。
と混ぜ合わせてフィルム状又はペースト状にした異方性
導電接着剤材料としては、例えば、特開昭63−231
889号公報、特開平4−259766号公報、特開平
3−291807号公報、特開平5−75250号公報
等に開示されたものが挙げられる。
微粒子の基材として、高分子等の電気的絶縁材料が使用
されており、その表面に、通常、導電層としてニッケル
メッキ層が施されている。そのため、接続時の電流容量
が小さく、更に金属の被覆層が基材となる高分子の変形
に追従できず、割れが発生するという問題があった。
るに伴い、基板等の配線が微細になり接続部の電気抵抗
が大きくなる傾向にある。更に、最近開発されている携
帯機器用のICやLSIのパッケージは、フリップチッ
プ接合を行う等によりチップサイズに近づいてきている
こともあり、より配線が細かくなる傾向にあるため、接
続部の低抵抗化が必要となってきている。接続部の低抵
抗化のためには、異方性導電接着剤中の導電性微粒子の
濃度を上げる方法もあるが、濃度を上げると電極間での
リークが発生しやすくなるという問題がある。導電性微
粒子に絶縁被覆層等を設けるという方法もあるが、プロ
セスが煩雑になる等の問題がある。
特開平8−273440号公報等に開示されている。し
かし、金属粉は電流容量は大きくとれるものの、微細に
なると真球状のものが得にくく、真球といわれるもので
もアスペクト比が比較的大きいものが多い。また、粒径
が揃っておらずCV値が大きいため導通に関与しない粒
子が大量に発生し電極間でのリーク現象が生じやすいと
いう欠点があった。更に、弾性変形の領域が少なく塑性
変形しやすいために接合部の熱変形に追従しない場合が
あった。
み、接続抵抗が低く、接続時の電流容量が大きく、接続
が安定していて、リーク現象を起こさない、特にチップ
の接合用として適当な導電性微粒子、異方性導電接着剤
及び導電接続構造体を提供することを目的とする。
が、銅を50重量%以上含む金属層により被覆されてな
る導電性微粒子であって、上記非金属微粒子は、平均粒
径1〜500μm、アスペクト比1.3未満、CV値2
5%以下、K値200〜5万MPaである導電性微粒子
である。以下に本発明を詳述する。
が、銅を50重量%以上含む金属層により被覆されてな
るものである。上記非金属微粒子としては特に限定され
ず、例えば、高分子基材、無機粒子、又は、これらの混
合物及び化合物等が挙げられる。なかでも、CV値やア
スペクト比が小さく、適当なK値、回復率及び破壊歪み
が得やすい高分子基材が好ましい。
%以上である高分子が好適に用いられる。上記破壊歪み
が40%未満である場合には、高分子を用いて製造され
る導電性微粒子が、変形等により接続不良を起こす場合
がある。破壊歪みは50〜90%であるのがより好まし
い。
40%以上である高分子が好適に用いられる。上記回復
率が40%未満である場合には、高分子を用いて製造さ
れる導電性微粒子が、変形等により接続不良を起こす場
合がある。回復率は50〜90%であるのがより好まし
い。なお、本発明において、回復率は、20℃、10%
圧縮変形後の値である。
のである。銅を50重量%以上含んだ金属層は、柔軟性
があり基材が変形しても割れにくく安定した接続信頼性
を得ることができる。また、本発明の導電性微粒子は、
複数の電極間に挟まれた状態で抑えられる場合、一方の
電極から他方の電極へこの導電性微粒子を介して電流が
流れるが、銅を50重量%以上含んだ金属層で被覆され
ているため、接続時の電流容量が大きい。
量%であるのが好ましい。銅の含有量が50重量%未満
では充分な電流容量が得られなかったり、金属層が割れ
やすくなったりする。より好ましくは90〜100重量
%である。
高湿状態に曝された場合、酸化が発生し著しく接続抵抗
値が上がり、接続信頼性が低くなる場合がある。そこ
で、このような条件下では、接続信頼性を保つために、
上記金属層は、酸化防止層で被覆されていることが好ま
しい。上記酸化防止層としては、低分子量有機物、貴金
属等からなるものが挙げられる。なかでも、貴金属から
なることが好ましい。上記貴金属としては、金が好適に
使用できる。上記金属層を貴金属により被覆する方法と
しては特に限定されず、例えば、無電解メッキ法、置換
メッキ法、電気メッキ法等が挙げられる。
高温状態では金に拡散するため、金属層と酸化防止層と
の間にバリア層が設けられていることが好ましい。上記
バリア層は、ニッケルからなることが好ましい。
0μm、バリア層0.01〜2μm、酸化防止層0.0
1〜2μmが好ましい。各層の厚みがこの範囲未満では
被覆の効果が充分得られない場合がある。逆にこの範囲
を超えると基材の特性を失ってしまう場合がある。より
好ましくは、金属層0.08〜1μm、バリア層0.0
3〜0.2μm、酸化防止層0.02〜0.1μmであ
る。
粒子は、平均粒径1〜500μm、アスペクト比1.3
未満、CV値25%以下、K値200〜5万MPaであ
る。
であると、この非金属微粒子を用いて製造される導電性
微粒子は、接触すべき電極面に接触せず、電極間に隙間
ができ、接触不良を起こす。非金属微粒子の平均粒径が
500μmを超えると、この非金属微粒子を用いて製造
される導電性微粒子が大きいため隣接電極がショートす
るという問題が発生する。非金属微粒子の平均粒径は、
好ましくは3〜100μmで、より好ましく5〜30μ
mである。本発明において、平均粒径は、任意の微粒子
300個を電子顕微鏡で観察・測定することにより得ら
れる値である。
以上であると、粒子径が不揃いとなるため、非金属微粒
子を用いて製造される導電性微粒子を介して電極同士を
接続させる際、接続に関与しない粒子が大量に発生し電
極間でのリーク現象が発生しやすい。上記アスペクト比
は、好ましくは1.1未満で、より好ましくは1.05
未満である。
を平均短径で割った値である。本発明において、アスペ
クト比は、任意の微粒子300個を電子顕微鏡で観察・
測定することにより得られる値である。
ると、粒子径が不揃いとなるため、非金属微粒子を用い
て製造される導電性微粒子を介して電極同士を接続させ
る際、接続に関与しない導電性微粒子が発生して、隣接
電極間でのリーク現象が生じる場合がある。CV値は、
好ましくは10%以下で、より好ましくは5%以下であ
る。なお、CV値が0%以上であることは言うまでもな
い。
粒子径を表す)で表される値である。本発明において、
標準偏差及び数平均粒子径は、任意の微粒子300個を
電子顕微鏡で観察・測定することにより得られる値であ
る。
満であると、衝撃等により接続不良を起こす場合があ
り、K値が5万MPaを超えると、電極を傷つける場合
がある。上記K値は、好ましくは300〜8000MP
aで、より好ましくは400〜3000MPaである。
おけるK値を指し、下記の式(2); (3/√2)・F・S-3/2・R-1/2・・・・(2) (式中、Fは20℃、10%圧縮変形における荷重値
(MPa×mm2 )を表し、Sは圧縮変位(mm)を表
し、Rは半径(mm)を表す)で表される値である。
非金属微粒子に銅を50重量%以上含んだ金属を被覆し
てなり、平均粒径1〜500μm、アスペクト比1.3
未満、CV値25%以下、K値200〜5万MPaの非
金属微粒子を核とするものであれば、特に限定されるも
のではないが、本発明の好ましい態様としては、下記
(1)、(2)等が挙げられる。 (1)破壊歪み40%以上の高分子微粒子が、銅を50
重量%以上含む金属層により被覆されてなる導電性微粒
子であって、上記高分子微粒子は、平均粒径3〜100
μm、アスペクト比1.1未満、CV値10%以下、K
値300〜8000MPaである導電性微粒子。 (2)回復率40%以上の高分子微粒子が、銅を50重
量%以上含む金属層により被覆されてなる導電性微粒子
であって、上記高分子微粒子は、平均粒径5〜30μ
m、アスペクト比1.05未満、CV値5%以下、K値
400〜3000MPaである導電性微粒子。本発明の
導電性微粒子は、更に、有機化合物、樹脂、無機物等で
被覆されていてもかまわない。
となる部分が非金属であり、特定のK値をもつため、電
極を傷めたり接続不良を起こしにくい。更に、CV値や
アスペクト比が小さいため、電極間のリークが発生しに
くい。また、銅を50重量%以上含有する金属により被
覆されているために接続時の電気容量が大きく、金属層
に柔軟性があるため核が変形しても割れにくく、安定し
た接続を保つことができる。
向する2つの電極を電気的に接続する際に用いられる。
上記導電性微粒子を用いて相対向する2つの電極を電気
的に接続する方法としては特に限定されず、例えば、導
電性微粒子をバインダー樹脂中に分散させて異方性導電
接着剤を調製し、この異方性導電接着剤を使用して2つ
の電極を接着、接続する方法、バインダー樹脂と導電性
微粒子とを別々に使用して接続する方法等が挙げられ
る。
導電性微粒子を絶縁性のバインダー樹脂中に分散させた
ものであれば特に限定されず、異方性導電膜、異方性導
電ペースト、異方性導電インキ等を含むものである。本
発明の導電性微粒子を用いて製造される上記異方性導電
接着剤も本発明の1つである。
ンダー樹脂としては特に限定されず、例えば、アクリレ
ート樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、スチレン−ブタ
ジエンブロック共重合体等の熱可塑性樹脂;グリシジル
基を有するモノマーやオリゴマー及びイソシアネート等
の硬化剤との反応により得られる硬化性樹脂組成物等の
熱や光によって硬化する組成物等が挙げられる。上記異
方性導電接着剤の塗工膜厚は特に限定されないが、10
〜数百μmが好ましい。
接着剤により接続される対象物としては、例えば、表面
に電極部が形成された基板、半導体等の表面に電極部が
形成された部品等が挙げられる。上記基板は、フレキシ
ブル基板とリジッド基板とに大別される。上記フレキシ
ブル基板としては、例えば、50〜500μmの厚さの
樹脂シートが挙げられる。上記樹脂シートの材質として
は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、
ポリスルホン等が挙げられる。
ミック製のものとに大別される。上記樹脂製のものとし
ては、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、セルロース繊維強化フェノール樹脂等が挙げら
れる。上記セラミック製のものとしては、例えば、二酸
化ケイ素、アルミナ等が挙げられる。
もよく、また、単位面積当たりの電極数を増やすため
に、例えば、スルーホール形成等の手段により、複数の
層を形成し、相互に電気的接続を行わせる多層構造の基
板を使用してもよい。
ば、トランジスタ、ダイオード、IC、LSI等の半導
体等の能動部品;抵抗、コンデンサ、水晶振動子等の受
動部品等が挙げられる。
の形状としては特に限定されず、例えば、縞状、ドット
状、任意形状のもの等が挙げられる。上記電極の材質と
しては特に限定されず、例えば、金、銀、銅、ニッケ
ル、パラジウム、カーボン、アルミニウム、ITO等が
挙げられる。また、接触抵抗を低減させるために、銅、
ニッケル等の上に更に金を被覆したものも用いることが
できる。上記電極の厚みは、0.1〜100μmが好ま
しい。電極の幅は、1〜500μmが好ましい。
異方性導電接着剤等を使用することができる基板や電子
部品としては、種々のものが挙げられるが、これらのな
かでも、特にチップの接合に好適に使用することができ
る。
接合方法としては、例えば、表面に電極が形成された基
板又は部品の上に、導電性微粒子を含有する異方性導電
膜を配置し、その上に、他の電極面を有する基板又は部
品を置き、加熱、加圧する方法が挙げられる。上記異方
性導電膜の代わりに、スクリーン印刷やディスペンサー
等の印刷手段により、導電性微粒子を用いた導電性ペー
ストを所定量用いることもできる。上記加熱、加圧に
は、ヒーターが付いた圧着機やボンディングマシーン等
が用いられる。
接合方法としては、異方性導電膜及び異方性導電ペース
トを用いない方法も可能であり、例えば、導電性微粒子
を介して貼り合わせた2つの電極部の隙間に液状のバイ
ンダーを注入した後、硬化させる方法等を用いることが
できる。
明の導電性微粒子又は異方性導電接着剤を用いて接続さ
れた導電接続構造体もまた、本発明の1つである。上述
のようにして得られた導電接続構造体は、本発明の導電
性微粒子を使用しているため、導電性も良好で、高い接
続信頼性を有する。
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。
%、K値2000MPa、破壊歪み50%、回復率50
%の長鎖アルキルジアクリレート系共重合体に、無電解
メッキにより厚み0.2μmの銅を被覆した。更に無電
解メッキにより厚み0.1μmのニッケルを被覆した
後、置換メッキにより金を厚み0.04μmで被覆し、
導電性微粒子を得た。
びアクリル樹脂の混合物をトルエンに溶解させたバイン
ダー樹脂溶液に混合、分散させた。次いで、この導電性
微粒子分散溶液を離型フィルム上に一定の厚みに塗布
し、トルエンを蒸発させ、異方性導電膜を作製した。膜
厚は40μmであり、導電性微粒子の濃度は15%であ
った。得られた異方性導電膜を透明なガラス基板に貼付
け加熱加圧したが、金属被覆層の割れは観察されなかっ
た。
00μmの電極を150μmピッチで2列に20個配置
したセラミック基板上に貼付けた。この上に、同じセラ
ミック基板を重ね合わせ、150℃、2分間加熱、加圧
し導電接続構造体を作製した。得られた導電接続構造体
に2Aの電流を流したが、良好な導電性を示し、抵抗も
充分低かった。また、隣接する電極間の接続抵抗は1×
109 Ω以上で線間絶縁性は充分保たれていた。70
℃、85%の耐熱耐湿試験を200時間行った後、この
導電接続構造体に2Aの電流を流したところ、導電接続
構造体の特性には、ほとんど変化がなかった。
の銅のみを被覆したこと以外は同様に操作を行い、導電
性微粒子を得た。この導電性微粒子を用いて、実施例1
と同様に異方性導電膜及び導電接続構造体を作製した。
得られた異方性導電膜を透明なガラス基板に貼付け加熱
加圧したが、金属被覆層の割れは観察されなかった。
したが、良好な導電性を示し、抵抗も充分低かった。ま
た、隣接する電極間の接続抵抗は1×109 Ω以上で線
間絶縁性は充分保たれていた。70℃、85%の耐熱耐
湿試験を200時間行った後、この導電接続構造体に2
Aの電流を流したところ、酸化による抵抗の上昇と一部
に導通破壊がみられたが、高温高湿条件でなければ特に
問題がないものと思われた。
の銅を被覆する代わりにニッケルを被覆したこと以外は
同様に操作を行い、導電性微粒子を得た。この導電性微
粒子を用いて、実施例1と同様に異方性導電膜及び導電
接続構造体を作製した。
に貼付け加熱加圧したところ、金属被覆層の割れが観察
された。得られた導電接続構造体は、隣接する電極間の
接続抵抗が1×109 Ω以上で線間絶縁性は充分保たれ
ていたが、2Aの電流を流したところ、導通破壊がみら
れた。
体に実施例1と同様にメッキ処理を施し、平均粒径15
μm、アスペクト比1.3、CV値30%、K値100
MPaの導電性微粒子を得た。この導電性微粒子を用い
て、実施例1と同様に異方性導電膜及び導電接続構造体
を作製した。
に貼付け加熱加圧したが、金属被覆層の割れは観察され
なかった。得られた導電接続構造体に2Aの電流を流し
たところ、導通破壊がみられ、隣接する電極間では一部
ショートが発生していた。
15μm、アスペクト比1.1、CV値10%、K値7
万MPaの導電性微粒子を得た。この導電性微粒子を用
いて、実施例1と同様に異方性導電膜及び導電接続構造
体を作製した。
に貼付け加熱加圧したところ、ガラス基板上の電極が傷
つき、一部導通不良が発生した。得られた導電接続構造
体は、隣接する電極間の接続抵抗が1×109 Ω以上で
線間絶縁性は充分保たれていたものの、2Aの電流を流
したところ、一部導通破壊がみられた。
らなるので、接続抵抗が低く、接続時の電流容量が大き
く、接続が安定していて、リーク現象を起こさない。ま
た、本発明の導電性微粒子を使用した導電接続構造体
は、導電性も良好で、高い接続信頼性を有する。
Claims (19)
- 【請求項1】 非金属微粒子が、銅を50重量%以上含
む金属層により被覆されてなる導電性微粒子であって、
前記非金属微粒子は、平均粒径1〜500μm、アスペ
クト比1.3未満、CV値25%以下、K値200〜5
万MPaであることを特徴とする導電性微粒子。 - 【請求項2】 非金属微粒子は、破壊歪み40%以上の
高分子であることを特徴とする請求項1記載の導電性微
粒子。 - 【請求項3】 非金属微粒子は、回復率40%以上の高
分子であることを特徴とする請求項1又は2記載の導電
性微粒子。 - 【請求項4】 非金属微粒子は、銅を90重量%以上含
む金属層により被覆されてなることを特徴とする請求項
1、2又は3記載の導電性微粒子。 - 【請求項5】 銅を含む金属層は、酸化防止層で被覆さ
れていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載
の導電性微粒子。 - 【請求項6】 酸化防止層は、貴金属からなることを特
徴とする請求項5記載の導電性微粒子。 - 【請求項7】 貴金属は、金であることを特徴とする請
求項6記載の導電性微粒子。 - 【請求項8】 銅を含む金属層と酸化防止層との間にバ
リア層が設けられていることを特徴とする請求項5、6
又は7記載の導電性微粒子。 - 【請求項9】 バリア層は、ニッケルからなることを特
徴とする請求項8記載の導電性微粒子。 - 【請求項10】 平均粒径は、3〜100μmであるこ
とを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8
又は9記載の導電性微粒子。 - 【請求項11】 平均粒径は、5〜30μmであること
を特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、
9又は10記載の導電性微粒子。 - 【請求項12】 アスペクト比は、1.1未満であるこ
とを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、
8、9、10又は11記載の導電性微粒子。 - 【請求項13】 アスペクト比は、1.05未満である
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、
8、9、10、11又は12記載の導電性微粒子。 - 【請求項14】 CV値は、10%以下であることを特
徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、
10、11、12又は13記載の導電性微粒子。 - 【請求項15】 CV値は、5%以下であることを特徴
とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、1
0、11、12、13又は14記載の導電性微粒子。 - 【請求項16】 K値は、300〜8000MPaであ
ることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、
7、8、9、10、11、12、13、14又は15記
載の導電性微粒子。 - 【請求項17】 K値は、400〜3000MPaであ
ることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、
7、8、9、10、11、12、13、14、15又は
16記載の導電性微粒子。 - 【請求項18】 請求項1、2、3、4、5、6、7、
8、9、10、11、12、13、14、15、16又
は17記載の導電性微粒子を用いてなることを特徴とす
る異方性導電接着剤。 - 【請求項19】 請求項1、2、3、4、5、6、7、
8、9、10、11、12、13、14、15、16若
しくは17記載の導電性微粒子、又は、請求項18記載
の異方性導電接着剤により接続されてなることを特徴と
する導電接続構造体。
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