JP2003068144A

JP2003068144A - 導電性微粒子及び導電接続構造体

Info

Publication number: JP2003068144A
Application number: JP2001253087A
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】基材微粒子として、粒径のばらつきの小さい
樹脂粒子を用いるので、対向する基板等の間隔を一定に
保持することができるうえ、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く、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１層以
上の金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記
基材微粒子の真球度が５％以下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１層以上の金属層に覆われてなる導
電性微粒子であって、前記基材微粒子の真球度が５％以
下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１層以上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】上記基材微粒子の真球度は、５％以下であ
る。５％を超えると、粒径のばらつきが大きくなるの
で、導電性微粒子を介して電極間を接続させる際に、基
板間の間隔が一定とならなかったり、粒径の小さい導電
性微粒子部分で導電性が悪化したり、基板間にかかる力
を緩和させる能力が悪化したりする。好ましくは、３％
以下である。また、本発明の導電性微粒子は、基材微粒
子と同様の理由により、真球度が５％以下であることが
好ましく、より好ましくは、３％以下である。なお、本
明細書において、個々の微粒子の真球度は、次式で表さ
れる値である。真球度［％］＝（球の最大径−球の最小径）／（球の最
大径＋球の最小径）×２×１００

【０００８】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。

【０００９】上記金属層を構成する金属としては、例え
ば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミニウ
ム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタ
ン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウ
ム、珪素、錫−鉛合金、錫−銅合金、錫−銀合金等が挙
げられる。なかでも、ニッケル、銅、金、錫−鉛合金、
錫−銅合金、錫−銀合金が好ましい。上記金属層は、一
層からなるものであっても、多層からなるものであって
もよく、これらの金属は、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。これらの金属が２種類以
上併用される場合は、複数の層状構造を形成するように
用いられてもよく、合金として用いられてもよい。

【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】上記無電解メッキ法による金属層の形成方
法を、金置換メッキの場合を例に挙げて、以下に説明す
る。金置換メッキは、エッチング工程、アクチベーショ
ン工程、化学ニッケルメッキ工程及び金置換メッキ工程
に分けられる。上記エッチング工程は、基材微粒子の表
面に凹凸を形成させることによりメッキ層の基材微粒子
に対する密着性を向上させるための前処理工程であり、
エッチング液としては、例えば、カセイソーダ水溶液、
濃塩酸、濃硫酸又は無水クロム酸等が挙げられる。

【００１２】上記アクチベーション工程は、エッチング
された基材微粒子の表面に触媒層を形成させると共に、
この触媒層を活性化させるための工程である。触媒層の
活性化により後述の化学ニッケルメッキ工程における金
属ニッケルの析出が促進される。基材微粒子を触媒液に
分散させることにより基材微粒子表面に形成されたＰｄ
²⁺及びＳｎ²⁺を含む触媒層は、次いで、濃硫酸又は濃塩
酸で処理され、これによりＰｄ²⁺が金属化され基材微粒
子表面に析出する。金属化されたパラジウムは、カセイ
ソーダ濃厚溶液等のパラジウム活性剤により活性化され
て増感される。

【００１３】上記化学ニッケルメッキ工程は、触媒層が
形成された基材微粒子の表面に、更に金属ニッケル層を
形成させる工程であり、例えば、塩化ニッケルを次亜リ
ン酸ナトリウムによって還元し、ニッケルを基材微粒子
の表面に析出させる。

【００１４】上記金置換メッキ工程では、以上のように
してニッケルで被覆された基材微粒子を金シアン化カリ
ウム溶液に入れ、昇温させながらニッケルを溶出させ、
金を基材微粒子表面に析出させる。

【００１５】上記ニッケル及び金からなる金属層の厚み
は、０．０１〜５００μｍであることが好ましい。０．
０１μｍ未満であると、導電接合に使用された場合、加
熱により表面から金属層が剥離することがあり、更に、
金属層の厚みが薄いために好ましい導電性が得られない
ことがある。一方、５００μｍを超えると、金属層の厚
みが厚くなりすぎて、基材微粒子の機械的特性が失われ
ることがある。

【００１６】本発明の導電性微粒子は、必要に応じて、
上記金属層の下地メッキ層が形成されていてもよい。上
記下地メッキ層を形成する金属としては特に限定され
ず、例えば、ニッケル等が挙げられる。

【００１７】本発明の導電性微粒子は、基材微粒子とし
て、粒径のばらつきの小さい樹脂粒子を用いるので、対
向する基板等の間隔を一定に保持することができるう
え、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。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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】

【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。

【００２２】（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
を選別し、平均粒径７３５．６μｍ、真球度２．４％と
した。このようにして得た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３０ｇ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５
０ｍｍ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。

【００２３】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。

【００２４】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７８９．０μｍ、真球
度２．５％であった。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
０．３μｍ、銅めっき層の厚みは５．４μｍ、共晶ハン
ダめっき層の厚さは２１．８μｍであった。

【００２５】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。次にダミーチップ
を接合したプリント基板１０枚を切断しダミーチップと
基板との間隔を測定したところ、最小間隔７８６．８μ
ｍ、最大間隔８２０．３μｍであった。

【００２６】（比較例）平均粒径７３３．３μｍ、真球
度８．５％の基材微粒子を用いた他は、実施例と同様に
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７８５．６μｍ、真球度８．７％
であった。また、粒子切断面の測定から、ニッケルめっ
きの厚みは、０．３μｍ、銅めっきの厚みは５．８μ
ｍ、共晶ハンダめっきの厚みは、２０．５μｍであっ
た。

【００２７】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。次にダミーチップ
を接合したプリント基板１０枚を切断しダミーチップと
基板との間隔を測定したところ、最小間隔７８５．１μ
ｍ、最大間隔８６７．９μｍであった。

【００２８】［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。

【００２９】

【表１】

【００３０】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、５
００サイクルから導通不良が発生した。

【００３１】

【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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E319 AA01 AC01 BB11 GG01 5G301 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 DA10 DA12 DA13 DA15 DA51 DA53 DA55 DA57 DA60 DD03 5G307 AA02 AA07 HA01 HB03 HC00

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１層以
上の金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記
基材微粒子の真球度が５％以下であることを特徴とする
導電性微粒子。
【請求項２】導電性微粒子の真球度が５％以下である
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】金属層は、金、銀、銅、白金、亜鉛、
鉄、鉛、錫、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニ
ッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲル
マニウム、カドミウム、珪素、錫−鉛合金、錫−銅合
金、及び、錫−銀合金からなる群より選ばれる少なくと
も１種の金属からな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】請求項１、２又は３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。