JP2003068142A

JP2003068142A - 導電性微粒子及び導電接続構造体

Info

Publication number: JP2003068142A
Application number: JP2001253088A
Authority: JP
Inventors: Masami Okuda; 正己奥田; Nobuyuki Okinaga; 信幸沖永
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】基板等の回路にかかる力を緩和して、基板間
の距離を一定に維持することにより、接続信頼性を担保
することができる導電性微粒子及び導電接続構造体を提
供する。【解決手段】樹脂からなる基材微粒子の表面が３層の
金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記金属
層は、内層から順に、第１層がニッケル層であり、第２
層が銅層であり、第３層がハンダ層であり、前記ニッケ
ル層の厚みは、０．１〜１μｍであり、前記銅層の厚み
は、前記基材微粒子の粒径の０．１〜５％であり、前記
ハンダ層の厚みは、前記基材微粒子の粒径の０．１〜１
０％である導電性微粒子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気回路の２つ以
上の電極を接続するのに使用され、回路中にかかる力を
緩和することにより、接続信頼性を向上することができ
る導電性微粒子及びそれを用いてなる導電接続構造体に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子回路基板において、ＩＣやＬ
ＳＩを接続するためには、それぞれのピンをプリント基
板上にハンダ付けしていたが、この方法は、生産効率が
悪く、また、高密度化には適さないものであった。これ
らの課題を解決するために、ハンダを球状にした、いわ
ゆるハンダボールで基板と接続するＢＧＡ（ボールグリ
ッドアレイ）等の技術が開発されたが、この技術によれ
ば、チップ又は基板上に実装されたハンダボールを高温
で溶融しながら基板とチップとを接続することで、高生
産性と高接続信頼性とを両立した電子回路を構成でき
る。しかしながら、最近基板の多層化が進み、基板自体
の外環境変化による歪みや伸縮が発生し、結果としてこ
れらの力が基板間の接続部にかかることによる断線が発
生することが問題となっていた。また、多層化によっ
て、基板間の距離がほとんどとれなくなり、基板間の距
離を維持するために別途スペーサ等を置かなければなら
ず手間や費用がかかることが問題となっていた。

【０００３】これらを解決する手段として、基板等の回
路に掛かる力の緩和については、基板接続部に樹脂等を
塗布して補強することが行われており、これは接続信頼
性の向上には一定の効果を示したが、手間がかかり、ま
た塗布工程が増えることにより費用が増大するという問
題があった。また、基板間の距離の維持については、銅
の周りにハンダをコーティングしたボールにより、ハン
ダのように溶融しない銅が支えとなり、基板間の距離を
維持することも可能であるが（特開平１１−７４３１１
号公報参照）、銅は高価であり、また、重量もあること
から安価・軽量な材料が求められていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、基板等の回路にかかる力を緩和して、基板間の距離
を一定に維持することにより、接続信頼性を担保するこ
とができる導電性微粒子及び導電接続構造体を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂からなる
基材微粒子の表面が３層の金属層に覆われてなる導電性
微粒子であって、前記金属層は、内層から順に、第１層
がニッケル層であり、第２層が銅層であり、第３層がハ
ンダ層であり、前記ニッケル層の厚みは、０．１〜１μ
ｍであり、前記銅層の厚みは、前記基材微粒子の粒径の
０．１〜５％であり、前記ハンダ層の厚みは、前記基材
微粒子の粒径の０．１〜１０％である導電性微粒子であ
る。以下に本発明を詳述する。

【０００６】本発明の導電性微粒子は、樹脂からなる基
材微粒子の表面が３層の金属層に覆われてなるものであ
る。上記基材微粒子を構成する樹脂としては特に限定さ
れず、例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル
樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ア
ルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ
樹脂等の架橋型又は非架橋型合成樹脂；有機−無機ハイ
ブリッド重合体等が挙げられる。これらは単独で用いら
れてもよく、２種類以上が併用されてもよい。

【０００７】上記基材微粒子の平均粒径は、１μｍ〜３
ｍｍであることが好ましい。１μｍ未満であると、基板
の接合に用いた場合、基板同士が直接接触してショート
することがあり、３ｍｍを超えると、微細ピッチの電極
を接合しにくくなることがある。

【０００８】本発明の導電性微粒子の金属層は、内層か
ら順に、第１層がニッケル層であり、第２層が銅層であ
り、第３層がハンダ層であり、ニッケル層の厚みは、
０．１μｍ〜１μｍであり、銅層の厚みは、基材微粒子
の粒径の０．１〜５％であり、ハンダ層の厚みは、基材
微粒子の粒径の０．１〜１０％である。

【０００９】樹脂からなる基材微粒子の表面に形成する
ニッケル層は、その外側に形成する銅層の下地となるも
ので、膜厚は０．１〜１μｍである。第２層の銅層は、
導電性及び第３層のハンダ層の濡れ性を確保するための
ものであり、膜厚は基材微粒子の粒径の０．１〜５％で
ある。５％を超えると、導電性微粒子の柔軟性が失わ
れ、基板にかかる力を緩和する能力が悪化する。第３層
のハンダ層は、リフローにより基板との接合を行うため
のもので、膜厚は、基材微粒子の粒径の０．１〜１０％
である。０．１％未満であると、基板接合が不完全とな
り、１０％を超えると、他の端子とショートする恐れが
ある。

【００１０】本発明の導電性微粒子の表面に金属層を形
成する方法としては特に限定されず、例えば、無電解メ
ッキによる方法、金属微粉を単独又はバインダーに混ぜ
合わせて得られるペーストを基材微粒子にコーティング
する方法；真空蒸着、イオンプレーティング、イオンス
パッタリング等の物理的蒸着方法等が挙げられる。

【００１１】本発明の導電性微粒子の粒径としては特に
限定されないが、１〜１０００μｍであることが好まし
い。１μｍ未満であると、金属層を形成する際に凝集し
やすく、単粒子としにくくなることがあり、１０００μ
ｍを超えると、金属層がひび割れを起こして、基材微粒
子から剥離し易くなることがある。

【００１２】本発明の導電性微粒子は、基材微粒子とし
て樹脂粒子を用い、金属層を特定の構成とすることによ
り、弾力性に優れ、導電接合に使用された場合に接合部
分に応力が掛かりにくいうえ、対向する基板等の間隔を
一定に保持することができる。また、温度変化による基
板、素子等の熱膨張及び収縮による電極間の相対位置の
ズレによる剪断応力を緩和することができる。

【００１３】本発明の導電性微粒子は、そのまま、又
は、マイクロ素子実装用の導電接着剤、異方性導電接着
剤、異方性導電シート等の導電材料として、基板・部品
間の接続に用いられる。

【００１４】上記基板や部品を接合し、基板・部品間を
電気的に接続する方法としては、本発明の導電性微粒子
を用いて接合する方法であれば特に限定されず、例え
ば、以下のような方法等が挙げられる。（１）基板上に形成された電極の上に本発明の導電性微
粒子を置き、加熱溶融することで電極上に固定する。そ
の後、もう一方の基板を電極が対向するように置き加熱
溶融することで両基板を接合する方法。（２）表面に電極が形成された基板又は部品の上に、異
方性導電シートを載せた後、もう一方の基板又は部品を
電極面が対向するように置き、加熱、加圧して接合する
方法。（３）異方性導電シートを用いる代わりに、スクリーン
印刷やディスペンサー等の手段で異方性導電接着剤を供
給し接合する方法。（４）導電性微粒子を介して張り合わせた二つの電極部
の間隙に液状のバインダーを供給した後で硬化させて接
合する方法。

【００１５】上記のようにして基板又は部品の接合体、
即ち、導電接続構造体を得ることができる。本発明の導
電性微粒子により接続されてなる導電接続構造体もま
た、本発明の１つである。

【００１６】

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

【００１７】（実施例）スチレンとジビニルベンゼンと
を共重合させて基材微粒子を作製した。この基材微粒子
１００個を測定した結果、平均粒径は７０１．５μｍで
あった。この基材微粒子に導電下地層としてニッケルめ
っき層を形成した。得られたニッケルめっき微粒子３０
ｇをとり、バレルめっき装置を用いてその表面に銅めっ
きを施し、更にその上に共晶ハンダめっきを行った。め
っきバレルとしては、径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの正五
角柱状で、側面の１面のみに孔径２０μｍのメッシュの
フィルタが取り付けられているものを用いた。

【００１８】この装置を用いて銅めっき液中で１時間通
電し、めっきバレルを正五角形の中心同士を通る軸を中
心に５０ｒｐｍで回転し、銅めっきを行い、洗浄を行っ
た。その後に共晶ハンダめっき液中で３時間通電しなが
ら、同様にめっきバレルを回転し、共晶ハンダめっきを
行った。

【００１９】このようにして得られた最外殻が共晶ハン
ダめっき層である導電性微粒子を顕微鏡で観察したとこ
ろ、全く凝集がなく、すべての粒子が単粒子として存在
していることが確認された。また、この導電性微粒子１
００個を測定した結果、平均粒径は７５５．３μｍであ
った。

【００２０】また、得られた導電性微粒子の粒子切断面
を測定したところ、ニッケルめっき層の厚みは０．３μ
ｍ、銅めっき層の厚みは６．３μｍ、共晶ハンダめっき
層の厚みは１９．８μｍであった。銅めっき層の厚み、
共晶ハンダめっき層の厚みは、基材微粒子の平均粒径に
対してそれぞれ、０．９％、２．８％であった。このよ
うにして得られた導電性微粒子をダミーチップ上に計２
４個置き、これを赤外線リフロー装置を用いてプリント
基板に接合した。

【００２１】（比較例）銅めっき層の厚みを５０μｍと
した他は、実施例と同じ基材微粒子に同様のめっきを行
った。めっき後の導電性微粒子１００個を測定した結
果、平均粒径は８３３．０μｍであった。また、粒子切
断面の測定から、ニッケルめっき層の厚みは、０．３μ
ｍ、銅めっき層の厚みは、４９．０μｍ、共晶ハンダめ
っき層の厚みは、１７．５μｍであった。銅めっき層の
厚み、共晶ハンダめっき層の厚みは、基材微粒子の平均
粒径に対してそれぞれ、７．０％、２．５％であった。
このようにして得られた導電性微粒子をダミーチップ上
に計２４個置き、これを赤外線リフロー装置を用いてプ
リント基板に接合した。

【００２２】［性能評価］実施例、比較例で作製したダ
ミーチップを接合したプリント基板を各１０枚ずつ用意
した。これを−４０〜＋１２５℃（各３０分サイクル）
でプログラム運転する恒温槽に入れ、１００サイクルご
とに導電性微粒子の導通を調べた。表１にサイクル数と
導通不良基板の枚数を示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施例の基板では、試験したサイクル数で
の導通不良は見られなかったが、比較例の基板では、３
００サイクルから導通不良が発生した。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、上述の構成よりなるので、基
板等の回路にかかる力を緩和して、基板間の距離を一定
に維持することにより、接続信頼性を担保することがで
きる導電性微粒子及び導電接続構造体を提供することが
できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂からなる基材微粒子の表面が３層の
金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記金属
層は、内層から順に、第１層がニッケル層であり、第２
層が銅層であり、第３層がハンダ層であり、前記ニッケ
ル層の厚みは、０．１〜１μｍであり、前記銅層の厚み
は、前記基材微粒子の粒径の０．１〜５％であり、前記
ハンダ層の厚みは、前記基材微粒子の粒径の０．１〜１
０％であることを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】請求項１記載の導電性微粒子により接続
されてなることを特徴とする導電接続構造体。