JP2003068145A - 導電性微粒子及び導電接続構造体 - Google Patents
導電性微粒子及び導電接続構造体Info
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- JP2003068145A JP2003068145A JP2001253089A JP2001253089A JP2003068145A JP 2003068145 A JP2003068145 A JP 2003068145A JP 2001253089 A JP2001253089 A JP 2001253089A JP 2001253089 A JP2001253089 A JP 2001253089A JP 2003068145 A JP2003068145 A JP 2003068145A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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、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それを用いてなる導
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４層の
金属層に覆われてなる導電性微粒子。
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、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それを用いてなる導
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４層の
金属層に覆われてなる導電性微粒子。
Description
【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。
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。
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。
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。
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４層の金属層に覆われてなる導電性
微粒子である。以下に本発明を詳述する。
基材微粒子の表面が４層の金属層に覆われてなる導電性
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
材微粒子をコアとするものである。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。
材微粒子をコアとするものである。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。
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は、基材微粒子の表
面が４層の金属層に覆われているものである。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、なかでも、ニッ
ケル、銅、金、錫−鉛合金（ハンダ）、錫−銅合金、錫
−銀合金が好ましい。
面が４層の金属層に覆われているものである。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、なかでも、ニッ
ケル、銅、金、錫−鉛合金（ハンダ）、錫−銅合金、錫
−銀合金が好ましい。
【０００９】上記４層の金属層は、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
高温ハンダ層であり、第４層が共晶ハンダ層であること
が好ましい。第１層目のニッケル層は、その外側に形成
する銅めっき層のための下地となるもので、第２層目の
銅層は、導電性を確保するためのものであり、第３層目
の高温ハンダ層は高融点なのでリフロー時の熱では溶け
ず、第４層目の共晶ハンダ層の濡れ性を向上するための
ものであり、最外層である第４層目の共晶ハンダ層は高
温ハンダよりも融点が低くリフローにより基板との接合
を行うためのものである。
層がニッケル層であり、第２層が銅層であり、第３層が
高温ハンダ層であり、第４層が共晶ハンダ層であること
が好ましい。第１層目のニッケル層は、その外側に形成
する銅めっき層のための下地となるもので、第２層目の
銅層は、導電性を確保するためのものであり、第３層目
の高温ハンダ層は高融点なのでリフロー時の熱では溶け
ず、第４層目の共晶ハンダ層の濡れ性を向上するための
ものであり、最外層である第４層目の共晶ハンダ層は高
温ハンダよりも融点が低くリフローにより基板との接合
を行うためのものである。
【００１０】上記ニッケル層の厚みは、０．１〜１μｍ
であることが好ましい。この範囲外であると下地メッキ
層として好ましくない。上記銅層の厚みは、基材微粒子
の粒径の０．１〜５％であることが好ましい。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ことがある。上記高温ハン
ダ層の厚みは、基材微粒子の粒径の０．１〜１０％であ
ることが好ましい。０．１％未満であると、共晶ハンダ
の濡れ性向上の効果が少なく、１０％を超えても、更に
濡れ性が向上することはない。上記共晶ハンダ層の厚み
は、基材微粒子の粒径の０．１〜１０％であることが好
ましい。０．１％未満であると、基板接合が不完全とな
ることがあり、１０％を超えると、他の端子とショート
することがある。
であることが好ましい。この範囲外であると下地メッキ
層として好ましくない。上記銅層の厚みは、基材微粒子
の粒径の０．１〜５％であることが好ましい。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ことがある。上記高温ハン
ダ層の厚みは、基材微粒子の粒径の０．１〜１０％であ
ることが好ましい。０．１％未満であると、共晶ハンダ
の濡れ性向上の効果が少なく、１０％を超えても、更に
濡れ性が向上することはない。上記共晶ハンダ層の厚み
は、基材微粒子の粒径の０．１〜１０％であることが好
ましい。０．１％未満であると、基板接合が不完全とな
ることがあり、１０％を超えると、他の端子とショート
することがある。
【００１１】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。
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。
【００１２】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。
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。
【００１３】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。
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。
【００１４】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。
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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】
【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。
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。
【００１８】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た。更にその上に高温ハン
ダめっき、共晶ハンダめっきを行った。
せて基材微粒子を作製した。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た。更にその上に高温ハン
ダめっき、共晶ハンダめっきを行った。
【００１９】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２０μ
ｍ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。この装置を使い銅めっき液中で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５０
ｒｐｍで回転し、銅めっきを行った。次に同様のめっき
バレルを用い高温ハンダ（１０％Ｓｎ−９０％Ｐｂ、溶
融温度２７５℃）めっき液中で１．５時間通電しながら
高温ハンダめっきし、その後、共晶ハンダ（６０％Ｓｎ
−４０％Ｐｂ、溶融温度１８３℃）めっき液中で１．５
時間通電しながら、共晶ハンダめっきを行った。
５０ｍｍの正五角柱状で、側面の１面のみに孔径２０μ
ｍ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。この装置を使い銅めっき液中で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５０
ｒｐｍで回転し、銅めっきを行った。次に同様のめっき
バレルを用い高温ハンダ（１０％Ｓｎ−９０％Ｐｂ、溶
融温度２７５℃）めっき液中で１．５時間通電しながら
高温ハンダめっきし、その後、共晶ハンダ（６０％Ｓｎ
−４０％Ｐｂ、溶融温度１８３℃）めっき液中で１．５
時間通電しながら、共晶ハンダめっきを行った。
【００２０】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７６９．７μｍであ
った。
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７６９．７μｍであ
った。
【００２１】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６．０μｍ、高温ハンダめっき
層の厚みは、９．５μｍ、共晶ハンダめっき層の厚みは
１０．８μｍであった。
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６．０μｍ、高温ハンダめっき
層の厚みは、９．５μｍ、共晶ハンダめっき層の厚みは
１０．８μｍであった。
【００２２】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、２２０℃でプリント基板に接合した。この
ようにして作製したダミーチップを接合したプリント基
板を１０枚用意した。これを−４０〜＋１２５℃（各３
０分サイクル）でプログラム運転する恒温槽に入れ、１
００サイクルごとに導電性微粒子の導通を調べ、７００
サイクルまで試験を行ったが、導通不良は発生しなかっ
た。
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、２２０℃でプリント基板に接合した。この
ようにして作製したダミーチップを接合したプリント基
板を１０枚用意した。これを−４０〜＋１２５℃（各３
０分サイクル）でプログラム運転する恒温槽に入れ、１
００サイクルごとに導電性微粒子の導通を調べ、７００
サイクルまで試験を行ったが、導通不良は発生しなかっ
た。
【００２３】
【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。
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 (3)
- 【請求項１】 樹脂からなる基材微粒子の表面が４層の
金属層に覆われてなることを特徴とする導電性微粒子。 - 【請求項２】 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層が高温ハン
ダ層であり、第４層が共晶ハンダ層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】 請求項１又は２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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001253089A JP2003068145A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 導電性微粒子及び導電接続構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001253089A JP2003068145A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 導電性微粒子及び導電接続構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003068145A true JP2003068145A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19081467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001253089A Withdrawn JP2003068145A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 導電性微粒子及び導電接続構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003068145A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004273401A (ja) * | 2003-03-12 | 2004-09-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電極接続部材、それを用いた回路モジュールおよびその製造方法 |
| WO2004105053A1 (ja) * | 2003-05-22 | 2004-12-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | 導電性ボール、電子部品の電極の形成方法および電子部品ならびに電子機器 |
| WO2006085481A1 (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-17 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | 導電性微粒子、異方性導電材料、及び導電接続方法 |
| WO2008132933A1 (ja) * | 2007-04-13 | 2008-11-06 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | 導電性微粒子、異方性導電材料、及び、導電接続構造体 |
| JP2009259801A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-11-05 | Sekisui Chem Co Ltd | 導電性微粒子、及び、導電接続構造体 |
| JP5580954B1 (ja) * | 2013-02-28 | 2014-08-27 | 積水化学工業株式会社 | 導電性微粒子、異方性導電材料、及び、導電接続構造体 |
-
2001
- 2001-08-23 JP JP2001253089A patent/JP2003068145A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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