JP2017171868A - Anisotropic conductive adhesive and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
【課題】狭ピッチ配線のLEDチップ等の発光素子のフリップチップ実装が可能になるとともに、LEDモジュール等の発光装置に高い光学特性と高い放熱性と高い接続信頼性を付与することができる異方性導電接着剤の技術を提供する。【解決手段】本発明は、バインダ材3中に、金属粒子の表面に絶縁膜が形成された導電性粒子1と、光反射性絶縁粒子4とを含有する異方性導電接着剤2である。金属粒子は、軟性金属を含み、絶縁膜は、酸素を含む雰囲気中で振動を加えながらスパッタリング法により金属粒子の表面に形成されたものである。【選択図】 図3An object of the present invention is to enable the flip-chip mounting of light emitting elements such as LED chips with narrow pitch wiring, and to impart high optical characteristics, high heat dissipation and high connection reliability to light emitting devices such as LED modules. The technology of conductive conductive adhesive is provided. The present invention provides an anisotropic conductive adhesive 2 containing conductive particles 1 in which an insulating film is formed on the surface of metal particles and light-reflective insulating particles 4 in a binder material 3. . The metal particles include a soft metal, and the insulating film is formed on the surface of the metal particles by a sputtering method while applying vibration in an atmosphere containing oxygen. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、異方性導電接着剤に関し、特にLED(発光ダイオード)等の半導体素子の配線基板へのフリップチップ実装に用いる異方性導電接着剤の技術に関する。 The present invention relates to an anisotropic conductive adhesive, and more particularly to a technique of an anisotropic conductive adhesive used for flip chip mounting of a semiconductor element such as an LED (light emitting diode) on a wiring board.
近年、LEDを用いた発光素子が注目されている。
このような発光素子としては、小型化等のため、LEDチップを配線基板上に直接実装するフリップチップ実装が行われている。
In recent years, light-emitting elements using LEDs have attracted attention.
As such a light emitting element, flip chip mounting in which an LED chip is directly mounted on a wiring board is performed for miniaturization and the like.
従来、配線基板上にLEDチップをフリップチップ実装する方法としては、ワイヤボンディングによる方法、Au−Snはんだに代表される金属共晶接合による方法、異方性導電接着剤による方法が知られている。 Conventionally, as a method of flip-chip mounting an LED chip on a wiring board, a method by wire bonding, a method by metal eutectic bonding represented by Au-Sn solder, and a method by anisotropic conductive adhesive are known. .
しかしながら、上述した従来技術には、種々の課題がある。
まず、ワイヤボンディングによる方法においては、通常の場合、LEDチップの周辺を樹脂で封止するが、樹脂とボンディングワイヤの線膨張係数の違いにより、ボンディングワイヤの接続部分の剥離やボンディングワイヤの断線による電気的な接続不良が生ずる場合がある。
However, the above-described prior art has various problems.
First, in the method by wire bonding, the periphery of the LED chip is usually sealed with a resin, but due to the difference in the linear expansion coefficient between the resin and the bonding wire, the bonding wire is peeled off or the bonding wire is disconnected. An electrical connection failure may occur.
また、電極の材料として金を用いることにより例えば波長が400〜500nmの光を吸収するため、発光効率が低下してしまう。
さらに、この方法の場合、オーブンを用いてダイボンド接着剤を硬化させるため、硬化時間が長く、生産効率を向上させることが困難である。
Further, by using gold as the material of the electrode, for example, light having a wavelength of 400 to 500 nm is absorbed, so that the light emission efficiency is lowered.
Furthermore, in the case of this method, since the die bond adhesive is cured using an oven, the curing time is long and it is difficult to improve the production efficiency.
さらにまた、発光部分で発生した熱を基板側に放熱するために、例えばサファイアからなるチップベース部分を介して行うことから、このチップベース部分の厚さ分だけ放熱距離が長くなるので、放熱特性が低下してしまう。 Furthermore, since the heat generated in the light emitting part is radiated to the substrate side through the chip base part made of, for example, sapphire, the heat radiation distance is increased by the thickness of the chip base part. Will fall.
一方、はんだ等を用いた金属共晶接合による方法においては、LEDチップと基板の線膨張係数が異なるため、応力集中による接続部分のクラックによって電気的な接続不良が生ずる場合がある。 On the other hand, in a method using metal eutectic bonding using solder or the like, since the linear expansion coefficient of the LED chip and the substrate are different, an electrical connection failure may occur due to a crack in the connection portion due to stress concentration.
また、この方法では、表面金属の酸化膜を除去するためにフラックスの塗布が必要になるが、フラックスの粘度が小さいことに起因して、LEDチップの位置ずれが生じて電気的な接続不良が生ずる場合がある。
さらに、この方法では、フラックスの洗浄プロセスが必要となるため、生産に時間がかかるとともに、フラックスの洗浄不足によって基板に腐食が生ずる場合がある。
In this method, it is necessary to apply a flux in order to remove the oxide film on the surface metal. However, due to the low viscosity of the flux, the position of the LED chip is displaced, resulting in poor electrical connection. May occur.
Furthermore, since this method requires a flux cleaning process, production takes time and the substrate may be corroded due to insufficient flux cleaning.
他方、異方性導電接着剤を用いる方法では、異方性導電接着剤中の導電性粒子の色が茶色であるため絶縁性接着剤樹脂の色も茶色になり、異方性導電接着剤内において光が吸収されることにより、発光効率が低下してしまう。 On the other hand, in the method using the anisotropic conductive adhesive, since the color of the conductive particles in the anisotropic conductive adhesive is brown, the color of the insulating adhesive resin is also brown. As the light is absorbed in, the luminous efficiency is lowered.
また、エポキシ樹脂をベース樹脂とした従来の異方性導電接着剤は、LEDチップから発生する熱や光によって劣化しやすい材料であるため、鉛フリーのはんだに対応するリフロー試験、熱衝撃試験(TCT)、高温高湿試験等の信頼性試験を行うと、接着強度の低下などにより、接続基板の熱膨張率差に基づく内部応力によって、導通抵抗の増大や接合面の剥離が生ずるという問題がある。この問題は、特に狭ピッチ配線のフィリップチップ実装を行う場合に妨げとなる。 In addition, conventional anisotropic conductive adhesives based on epoxy resins are materials that are easily deteriorated by heat and light generated from LED chips, so reflow tests and thermal shock tests for lead-free solder ( When reliability tests such as TCT) and high-temperature high-humidity tests are performed, there is a problem that due to the internal stress based on the difference in thermal expansion coefficient of the connection substrate due to a decrease in adhesive strength, etc., the conduction resistance increases and the joint surface peels off is there. This problem is particularly hindered when Philip chip mounting of narrow pitch wiring is performed.
さらに、LEDチップの電極と配線基板の電極間に熱伝導率の小さなエポキシ樹脂が介在するため、LEDチップから発生した熱の配線基板への放熱特性が低下するという問題もある。
特に、LEDチップの発光層は、光の他に多くの熱を発生するが、発光層の温度(ジャンクション温度)が100℃以上になると発光効率が低下し、LEDチップの寿命が短くなることが一般的に知られている(例えば特許文献4参照)。
Furthermore, since an epoxy resin having a small thermal conductivity is interposed between the electrode of the LED chip and the electrode of the wiring board, there is a problem that heat radiation characteristics of the heat generated from the LED chip to the wiring board are deteriorated.
In particular, the light-emitting layer of the LED chip generates a lot of heat in addition to light, but if the temperature of the light-emitting layer (junction temperature) is 100 ° C. or higher, the light-emitting efficiency is lowered and the life of the LED chip is shortened. Generally known (see, for example, Patent Document 4).
本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、狭ピッチ配線のLEDチップ等の発光素子のフリップチップ実装が可能になるとともに、LEDモジュール等の発光装置に高い光学特性と高い放熱性と高い接続信頼性を付与することができる異方性導電接着剤の技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to enable flip-chip mounting of light-emitting elements such as LED chips with narrow pitch wiring and LED modules. It is an object of the present invention to provide a technique of an anisotropic conductive adhesive capable of imparting high optical characteristics, high heat dissipation, and high connection reliability to a light-emitting device.
上記目的を達成するためになされた本発明は、バインダ材中に、金属粒子の表面に絶縁膜が形成された導電性粒子と、光反射性絶縁粒子とを含有する異方性導電接着剤であって、前記金属粒子は、軟性金属を含み、前記絶縁膜は、酸素を含む雰囲気中で振動を加えながらスパッタリング法により前記金属粒子の表面に形成されたものである異方性導電接着剤である。
本発明では、前記金属粒子の軟性金属は、はんだ合金である場合にも効果的である。
本発明では、前記導電性粒子の絶縁膜の膜厚T(nm)は、2nm<T<500nmの範囲にある場合にも効果的である。
本発明では、前記導電性粒子の絶縁膜は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブの何れかを少なくとも1種以上を含む金属酸化物である場合にも効果的である。
本発明では、前記導電性粒子の金属粒子の平均粒径D(μm)は、1μm≦D≦20μmである場合にも効果的である。
本発明では、前記光反射性絶縁粒子の粒径は、前記導電性粒子の粒径の2%以上20%未満である場合にも効果的である。
一方、本発明は、対となる接続電極を有する配線基板と、前記配線基板の対となる接続電極にそれぞれ対応する接続電極を有する発光素子とを備え、上述したいずれかの異方性導電接着剤によって前記発光素子が前記配線基板上に接着され、かつ、当該発光素子の接続電極が、当該異方性導電接着剤の導電性粒子を介して当該配線基板の対応する接続電極に対しそれぞれ電気的に接続されている発光装置である。
The present invention made to achieve the above object is an anisotropic conductive adhesive comprising conductive particles in which an insulating film is formed on the surface of metal particles and light-reflective insulating particles in a binder material. The metal particles include a soft metal, and the insulating film is an anisotropic conductive adhesive formed on the surface of the metal particles by sputtering while applying vibration in an oxygen-containing atmosphere. is there.
In the present invention, the soft metal of the metal particles is also effective when it is a solder alloy.
In the present invention, the film thickness T (nm) of the insulating film of the conductive particles is also effective when it is in the range of 2 nm <T <500 nm.
In the present invention, the insulating film of the conductive particles is also effective when it is a metal oxide containing at least one of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, and niobium oxide.
In the present invention, the average particle diameter D (μm) of the metal particles of the conductive particles is also effective when 1 μm ≦ D ≦ 20 μm.
In the present invention, it is also effective when the particle size of the light-reflective insulating particles is 2% or more and less than 20% of the particle size of the conductive particles.
On the other hand, the present invention includes a wiring board having a pair of connection electrodes, and a light emitting element having a connection electrode corresponding to each of the connection electrodes to be a pair of the wiring boards, and any one of the above anisotropic conductive adhesives The light emitting element is bonded onto the wiring board by an agent, and the connection electrode of the light emitting element is electrically connected to the corresponding connection electrode of the wiring board through the conductive particles of the anisotropic conductive adhesive. Connected light emitting devices.
本発明においては、導電性粒子の例えばはんだ合金からなる軟性の金属粒子の表面に絶縁膜が形成されており、加熱加圧によって実装が行われる際、対向する接続電極によって導電性粒子が加圧されて押しつぶされると同時に、金属粒子の表面に形成された絶縁膜が破れて酸化していない例えばはんだ成分が露出し、これにより対向する接続電極と金属粒子との間でそれぞれ金属共晶接合が形成される。 In the present invention, an insulating film is formed on the surface of conductive metal particles, for example, soft metal particles made of a solder alloy, and when mounting is performed by heat and pressure, the conductive particles are pressed by the opposing connection electrodes. At the same time, the insulating film formed on the surface of the metal particles is broken and not oxidized, for example, the solder component is exposed, and thereby the metal eutectic bonding between the opposing connection electrode and the metal particles, respectively. It is formed.
その一方で、圧力が加わらない導通部位以外の隣接する接続電極(例えばLEDチップのアノード電極とカソード電極)間に存在する導電性粒子は、導電性粒子同士が接触した場合であっても絶縁膜の存在により絶縁性を保つことができる。 On the other hand, the conductive particles existing between the adjacent connection electrodes (for example, the anode electrode and the cathode electrode of the LED chip) other than the conductive portion where no pressure is applied are not even when the conductive particles are in contact with each other. Insulation can be maintained due to the presence of.
その結果、本発明によれば、狭ピッチ配線の接続電極を有する例えば発光素子を配線基板上に高い接続信頼性の下でフリップチップ実装できるとともに、発光素子の発光部において発生する熱を効率良く配線基板側に放熱することができる。 As a result, according to the present invention, for example, a light emitting element having connection electrodes with narrow pitch wiring can be flip-chip mounted on a wiring board with high connection reliability, and heat generated in the light emitting portion of the light emitting element can be efficiently generated. Heat can be radiated to the wiring board side.
特に本発明においては、導電性粒子の金属粒子として、例えばはんだ合金からなる軟性金属を含むものを用いていることから、導電性粒子と接続電極の接続部分の面積を大きくすることができ、これにより接続信頼性及び放熱特性を向上させることができる。 In particular, in the present invention, since the metal particles of the conductive particles include a soft metal made of, for example, a solder alloy, the area of the connection portion between the conductive particles and the connection electrode can be increased. Thus, connection reliability and heat dissipation characteristics can be improved.
さらに、本発明においては、異方性導電接着剤のバインダ材中に光反射性絶縁粒子を含有しているため、発光素子の発光部で発生した光を効率良く反射して発光効率を向上させることができる。特に、一般に耐腐食性の高い金めっきが施された接続電極を有する配線基板を用いた場合、金−すず(Au−Sn)の金属共晶接合による接続では発光素子から放出された光が金めっきによって吸収されて光束量が低下するのに対し、本発明によれば、異方性導電接着剤中の光反射性絶縁粒子による光の反射によって高い光束量を得ることができる。 Furthermore, in the present invention, since the light-reflective insulating particles are contained in the binder material of the anisotropic conductive adhesive, the light generated in the light emitting portion of the light emitting element is efficiently reflected to improve the light emission efficiency. be able to. In particular, when a wiring substrate having a connection electrode plated with gold having high corrosion resistance is generally used, light emitted from the light emitting element is gold in connection by metal-tin (Au—Sn) metal eutectic bonding. Whereas the amount of luminous flux is reduced by being absorbed by plating, according to the present invention, a high luminous flux can be obtained by reflection of light by the light-reflective insulating particles in the anisotropic conductive adhesive.
以上述べたように、本発明によれば、狭ピッチ配線の発光素子のフリップチップ実装により採用可能な発光素子の小型化を図ることができるとともに、高い光学特性と高い放熱性と高い接続信頼性を有する発光素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the size of a light-emitting element that can be adopted by flip-chip mounting of a light-emitting element with a narrow pitch wiring, as well as high optical characteristics, high heat dissipation, and high connection reliability. The light emitting element which has can be provided.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[1.導電性粒子]
例えば図1に示すように、本発明に用いる導電性粒子1は、金属粒子10の表面11に絶縁膜12が形成されてなるものである。
[1. Conductive particles]
For example, as shown in FIG. 1, the
導電性粒子1の平均粒径は、後述する金属粒子10の平均粒径Dと絶縁膜12の膜厚Tに応じて適宜決定されるものであり、導電性粒子1の形状については特に限定される訳ではなく、用途に応じて適宜決定することができる。
The average particle diameter of the
金属粒子10は、柔らかい金属、所謂、軟性金属を含み、金属粒子10中には、製造工程中に意図せず混入される不可避的不純物が含まれていてもよい。導電性粒子1に適用可能な軟性金属としては、はんだ合金等が挙げられる。
The
従来、電子回路等の基板に電子部品(被接続部材)を搭載するためには、鉛(Pb)と錫(Sn)の合金であるはんだ(含鉛はんだ)が大量に使用されていた。しかしながら、鉛は人体に有害であり、また、廃棄物として自然環境に対する悪影響も懸念されるため、現在、鉛を含まない鉛フリーはんだ(無鉛はんだ)の開発及び普及が進められている。
このため、導電性粒子1では、上述した通り、人体や環境への安全性の観点から、無鉛はんだを好適に利用することができる。
Conventionally, in order to mount electronic components (members to be connected) on a substrate such as an electronic circuit, solder (lead-containing solder) that is an alloy of lead (Pb) and tin (Sn) has been used in large quantities. However, since lead is harmful to the human body and there are concerns about adverse effects on the natural environment as waste, development and popularization of lead-free solder (lead-free solder) that does not contain lead is currently underway.
For this reason, as above-mentioned in the
導電性粒子1に適用可能な無鉛はんだとしては、概ね150℃〜220℃で溶融し、後述する異方性導電接着剤としての高接続信頼性を確保することができれば、特に限定されることはない。ただし、導電性粒子1を異方性導電接着剤に適用した場合において、溶融温度が150℃を下回る無鉛はんだは、In(インジウム)やBi(ビスマス)を添加して融点を下げているが、そのような金属の添加は、はんだとしての機械的強度が弱く、接続信頼性に劣る場合がある。一方、無鉛はんだの溶融温度が220℃を超えると、基板や被接続部材等の熱破壊や劣化等の危険性があるので好ましくない。従って、導電性粒子1では、溶融温度が概ね150℃〜220℃である無鉛はんだを用いることが好ましい。
The lead-free solder that can be applied to the
そのような無鉛はんだとしては、例えば、Sn、Ag(銀)、Cu(銅)を含むSnAgCu系、Sn、Zn(亜鉛)、Biを含むSnZnBi系、Sn、Cuを含むSnCu系、Sn、Ag、In、Biを含むSnAgInBi系、Sn、Zn、Al(アルミニウム)を含むSnZnAl系、Sn、Ag、Biを含むSnAgBi系等のものが挙げられる。無鉛はんだに含まれる金属種の組成比については特に限定されず、用途に応じて適宜調整することができる。 Examples of such lead-free solder include SnAgCu series containing Sn, Ag (silver) and Cu (copper), SnZnBi series containing Sn, Zn (zinc) and Bi, SnCu series containing Sn and Cu, Sn and Ag. SnAgInBi system including In, Bi, SnZnAl system including Sn, Zn, and Al (aluminum), SnAgBi system including Sn, Ag, and Bi. The composition ratio of the metal species contained in the lead-free solder is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the application.
また、金属粒子10の平均粒径D(μm)は、電極間のスペースが狭いファインピッチ配線等に適用することができることから、1μm≦D≦20μmの範囲内であることが好ましい。
金属粒子10の平均粒径Dが1μmを下回ると、異方性導電接着剤に適用した場合において、基板と被接続部材とを接続するのに大量の導電性粒子1が必要になり、作業コストの増加や塗工性の低下等の問題が生じるおそれがある。また、このような場合では、基板と被接続部材における接続端子間のギャップも必然的に小さくなるから、導電性粒子1の周囲に存在する後述のバインダ材3の量も少なくなり、接続信頼性の低下を招くおそれがある。
The average particle diameter D (μm) of the
When the average particle diameter D of the
一方、金属粒子10の平均粒径Dが20μmを超えると、ファインピッチ配線等に適用することができなくなるので好ましくない。したがって、金属粒子10の平均粒径Dは、1μm≦D≦20μmの範囲内であることが好ましい。
On the other hand, when the average particle diameter D of the
また、金属粒子10の形状については特に限定されず、用途に応じて適宜決定することができる。
絶縁膜12は、金属酸化物からなるもので、絶縁膜12中には、製造工程中に意図せず混入される不可避的不純物が含まれていてもよい。
Moreover, it does not specifically limit about the shape of the
The insulating
本発明に用いる導電性粒子1に適用可能な金属酸化物としては、金属粒子10の表面11に形成することができ、導電性粒子1の絶縁性を確保することができれば特に限定されず、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブ等が挙げられる。絶縁膜12においては、上述した金属酸化物の何れかを少なくとも1種以上を含んでいればよい。
The metal oxide applicable to the
また、上記金属酸化物については、価数の異なるものや異なる結晶構造のものが含まれていてもよい。例えば、酸化ケイ素(SiOx(1≦x≦2))では、一酸化ケイ素(SiO)、二酸化ケイ素(SiO2)等がある。また、酸化アルミニウム(AlOx(0.5≦x≦1.5))では、酸化アルミニウム(III)(Al2O3)、酸化アルミニウム(II)(AlO)、酸化アルミニウム(I)(Al2O)等があり、酸化アルミニウム(III)においては、α−アルミナ(コランダム型)、γ−アルミナ(スピネル型)等の結晶構造のものがある。また、酸化チタン(TiOx(1≦x≦2))では、二酸化チタン(IV)(TiO2)、酸化チタン(II)(TiO)等があり、二酸化チタン(IV)においては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型等の結晶構造のものがある。更に、酸化ニオブ(NbOx(xは2以外の数)では、酸化ニオブ(II)(NbO)、酸化ニオブ(V)(Nb2O5)もある。 Moreover, about the said metal oxide, the thing of a different valence and the thing of a different crystal structure may be contained. For example, silicon oxide (SiOx (1 ≦ x ≦ 2)) includes silicon monoxide (SiO) and silicon dioxide (SiO 2 ). Moreover, in aluminum oxide (AlO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5)), aluminum oxide (III) (Al 2 O 3 ), aluminum oxide (II) (AlO), aluminum oxide (I) (Al 2 O) and the like, and aluminum (III) oxide has crystal structures such as α-alumina (corundum type) and γ-alumina (spinel type). Further, in titanium oxide (TiO x (1 ≦ x ≦ 2)), there are titanium dioxide (IV) (TiO 2 ), titanium oxide (II) (TiO), etc. In titanium dioxide (IV), anatase type, There are crystal structures such as rutile type and brookite type. Further, niobium oxide (NbO x (x is a number other than 2)) includes niobium oxide (II) (NbO) and niobium oxide (V) (Nb 2 O 5 ).
絶縁膜12の膜厚T(nm)は、基板と被接続部材との接続時に、絶縁膜12を導電性粒子1の表面11から容易に剥離させることが可能となることから、2nm<T<500nmの範囲内であることが好ましく、5nm≦T≦480nmの範囲内であることが更に好ましく、特に5nm≦T≦200nmの範囲内であることが好ましい。絶縁膜12の膜厚Tが2nm以下になると、基板と被接続部材との接続時に、隣接する電極間のショートを防止することができないので好ましくない。一方、絶縁膜12の膜厚Tが500nm以上になると、基板と被接続部材との接続時における接続抵抗値が高くなるので好ましくない。したがって、絶縁膜12の膜厚Tは、2nm<T<500nmの範囲内であることが好ましく、5nm≦T≦480nmの範囲内であることが更に好ましく、特に5nm≦T≦200nmの範囲内であることが好ましい。
The film thickness T (nm) of the insulating
[2.導電性粒子の製造方法]
本発明に用いる導電性粒子1は、例えば以下の方法により、図1に示す金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成するものである。
[2. Method for producing conductive particles]
The
本発明の場合、金属粒子10の変形を抑制し、金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成することができればその形成方法については特に限定されないが、例えば、PVD法(PVD:physical vapor deposition)等を適用することができる。PVD法としては、スパッタリング(sputtering)法、パルスレーザーデポジション法(PLD:pulsed laser deposition)、イオンプレーティング(ion plating)法、イオンビームデポジション法(IBD:ion beam deposition)等が挙げられ、これらの中では、容易に生産することが可能で、生産性が高く、また成膜性も良好であることから、スパッタリング法が好適に利用される。
In the present invention, the formation method is not particularly limited as long as the deformation of the
以下、金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成する方法として、スパッタリング法を適用した場合を例に挙げて説明する。ここでは、例えば、図2に示すような振動装置20を備えたスパッタリング装置30を用いて、金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成することができる。
Hereinafter, as a method for forming the insulating
このスパッタリング装置30は、真空槽30aを有し、この真空槽30aの内部の上方には、アノード電極31に取り付けられたスパッタリングターゲット32が配置されている。真空槽30aには、真空排気装置30b及び図示しないガス導入装置が接続されており、これらの装置により真空槽30a内を真空排気しつつ、後述するガスを導入することができる。
The
スパッタリングターゲット32は、絶縁膜12の形成に必要な金属種からなる材料からなるもので、かかる金属種としては、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)等が挙げられる。
The
本実施の形態では、絶縁膜12の形成に必要なガス(スパッタリングガス)として、アルゴン(Ar)ガスや窒素(N2)ガス等の不活性ガスと、酸素(O2)ガスとを、それぞれ真空槽30a内に導入する。
In the present embodiment, an inert gas such as argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas and oxygen (O 2 ) gas are used as the gas (sputtering gas) necessary for forming the insulating
真空槽30a内には、振動装置20が設置されており、スパッタリングターゲット32の下方には、容器21が配置され、容器21の内部(略平面状の底面22上)には、金属粒子10が配置されるようになっている。また、真空槽30a内の容器21の下方には、例えば、電磁コイル式や超音波ホーンからなる振動子23が配置されている。振動装置20は、振動子23により、容器21に振動を加えて金属粒子10を連続的に振動させることができるように構成されている。
The
なお、スパッタリング法により粒子表面に成膜処理を施す場合には、金属又は樹脂製の振動補助材(振動増幅手段)を用いることが一般的である。しかしながら、本実施の形態では、上述した通り金属粒子10として軟性金属が用いられていることから、金属粒子10と振動補助材との衝突による変形や劣化等が生じるおそれがある。
In the case where a film formation process is performed on the particle surface by a sputtering method, it is common to use a vibration auxiliary material (vibration amplification means) made of metal or resin. However, in the present embodiment, since a soft metal is used as the
したがって、そのような不具合の発生を防止するためには、振動補助材を用いることなく、金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成することが好ましい。ただし、金属粒子10への不具合を防止する策を講じた振動補助材であれば、その利用が妨げられることはない。
Therefore, in order to prevent the occurrence of such a problem, it is preferable to form the insulating
次に、上述したスパッタリング装置30を用い、金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成する方法の詳細について説明する。
まず、真空槽30a内に、所定のスパッタリングターゲット32を配置し、図2に示す振動装置20の容器21内に、所定量の金属粒子10を投入し、真空槽30a内を真空排気装置30bによって真空排気して真空雰囲気にする。本発明の場合、特に限定されることはないが、スパッタ処理前の到達圧力V[Pa]を、9×10-5Pa<V<2×10-2Paに調整することが好ましく、特に2×10-4Pa≦V≦9×10-3Paに調整することが更に好ましい。
Next, details of a method of forming the insulating
First, a
すなわち、到達圧力Vが9×10-5Pa以下の状態で成膜を行うと、真空槽30a内の不純物(主に水分)が少なくなり、絶縁膜12の密着性が高くなるとともに膜密度が上昇し、基板と被接続部材との接続時の押圧力では絶縁膜12が金属粒子10の表面11から剥離しないため、残留した絶縁膜12により接続抵抗値が高くなるおそれがある。
That is, when film formation is performed in a state where the ultimate pressure V is 9 × 10 −5 Pa or less, impurities (mainly moisture) in the
一方、到達圧力Vが2×10-2Pa以上の状態で成膜を行うと、真空槽30a内の不純物の影響で、絶縁膜12の密着性や膜密度が低下し、導電性粒子1の絶縁性が保持されないため、電極間のショートの発生を抑制することができないおそれがある。
On the other hand, when film formation is performed in a state where the ultimate pressure V is 2 × 10 −2 Pa or more, the adhesion and film density of the insulating
したがって、適切な密着性や膜密度を有する絶縁膜12を得るという観点からは、スパッタ処理前の到達圧力V[Pa]を、9×10-5Pa<V<2×10-2Paに調整することが好ましく、特に2×10-4Pa≦V≦9×10-3Paに調整することが更に好ましい。
Therefore, from the viewpoint of obtaining the insulating
次いで、振動子23により所定の振幅及び振動数で振動を発生させ、容器21を連続的に振動させながら、所定のスパッタリングガスを真空槽30a内に導入する。その際には、真空槽30a内が所定の圧力に保持されるように、スパッタリングガスの流量を調整する。
Next, vibration is generated with a predetermined amplitude and frequency by the
ここで、振動子23を用いて容器21に与える振動は、図2に示すように、一般的には上下方向の振動であるが、必要に応じて、上下方向の振動成分に加え、横方向の振動成分を有する振動を印加してもよいし、横方向の振動だけでもよい。また、振動子23の振幅を、例えば、±(0.5〜10)[mm]に調整してもよい。さらに、振動子23の振動数を、例えば、15Hz〜65Hzに調整してもよいし、設定周波数の範囲内で変化させてもよい。
Here, as shown in FIG. 2, the vibration applied to the
そして、スパッタリングターゲット32に所定の電圧を印加することでスパッタ粒子が金属粒子10に到達し、これにより金属粒子10の表面11に所定の膜厚の絶縁膜12が形成され、目的とする導電性粒子1が得られる。
Then, by applying a predetermined voltage to the
以上説明した本実施の形態の方法によれば、酸素を含む雰囲気中で振動を加えながら、スパッタリング法により、軟性金属を含む金属粒子10の表面11に絶縁膜12を形成するので、絶縁膜12の形成時における金属粒子10の変形を抑制するとともに、基板と被接続部材との接続時に電極間の絶縁性を確保し、高い接続信頼性を維持することが可能になる。
According to the method of the present embodiment described above, the insulating
[3.異方性導電接着剤]
図3に示すように、本発明の異方性導電接着剤2は、バインダ材3中に、上述した導電性粒子1と、光反射性絶縁粒子4が分散された状態で含有してなるものである。
本発明の場合、異方性導電接着剤2の形態は、フィルム状であってもペースト状であってもよく、用途に応じて適宜決定することができる。
[3. Anisotropic conductive adhesive]
As shown in FIG. 3, the anisotropic
In the case of the present invention, the form of the anisotropic
本発明に用いるバインダ材3としては、公知の熱硬化性樹脂を使用することができる。そのような熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂(ユリア樹脂)、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド、アクリル樹脂等が挙げられる。本発明では、少なくとも1種以上の上記熱硬化性樹脂を、バインダ材3として用いることができる。バインダ材3として用いられる熱硬化性樹脂の種類は特に限定されず、用途に応じて上記以外の樹脂を使用することも可能である。
As the
バインダ材3には、バインダ材3と反応する硬化剤を配合することが好ましい。硬化剤の種類は特に限定されないが、例えば、イソシアネート、酸無水物、アミノ樹脂等からなるものを用いることができる。
バインダ材3には、バインダ材3と硬化剤との硬化反応を促進させるために、好適なカップリング剤、触媒、促進剤、その他の用途に応じた成分等を併用してもよい。
The
In order to accelerate the curing reaction between the
異方性導電接着剤2の形態がペースト状(異方性導電ペースト)の場合には、その塗工性を向上させるために、溶媒を用いて粘度等を調整してもよい。このような異方性導電ペーストでは、溶媒の種類は特に限定されず、エステル系、ケトン系、アルコール系、炭化水素系、エーテル系等のものを用いることができ、これらを1種類又は2種類以上を混合して使用することができる。
When the anisotropic
異方性導電ペーストでは、必要に応じてレベリング材、消泡材、分散材等を添加して使用してもよい。
本発明の場合、異方性導電接着剤2における導電性粒子1の配合量は特に限定されることはないが、良好な導通信頼性及び絶縁信頼性を確保する観点からは、バインダ材3について100体積%に対し、導電性粒子1を2体積%以上40体積%以下含有させることが好ましい。
In the anisotropic conductive paste, a leveling material, an antifoaming material, a dispersing material, etc. may be added as necessary.
In the present invention, the blending amount of the
本発明に用いる光反射性絶縁粒子4は、異方性導電接着剤2に入射した光を外部に反射するためのものである。
なお、光反射性を有する粒子には、金属からなる粒子、金属からなる粒子を樹脂被覆した粒子、自然光の下で灰色から白色である金属酸化物、金属窒素化物、金属硫化物等の無機粒子、樹脂コア粒子を無機粒子で被覆した粒子、粒子の材質によらず、その表面に凹凸がある粒子が含まれる。しかし、これらの粒子の中で、本発明で使用できる光反射性絶縁粒子4には、絶縁性を示すことが求められている関係上、金属からなる粒子は含まれない。また、金属酸化物粒子のうち、ITOのように導電性を有するものは使用できない。また、光反射性且つ絶縁性を示す無機粒子であっても、その屈折率が使用する熱硬化性樹脂組成物の屈折率よりも低いものは使用できない。
The light-reflective
The light-reflective particles include inorganic particles such as metal particles, metal particles coated with resin, and metal oxides, metal nitrides, and metal sulfides that are gray to white under natural light. In addition, particles having resin core particles coated with inorganic particles, and particles having irregularities on the surface thereof are included, regardless of the material of the particles. However, among these particles, the light-reflective
このような光反射性絶縁粒子4の好ましい具体例としては、酸化チタン(TiO2)、窒化ホウ素(BN)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる群より選択される少なくとも一種の無機粒子が挙げられる。中でも、高屈折率の点からTiO2を使用することが好ましい。
Preferable specific examples of such light-reflective
光反射性絶縁粒子4の形状としては、球状、鱗片状、不定形状、針状等でもよいが、光反射効率を考慮すると、球状、鱗片状が好ましい。
本発明の場合、光反射性絶縁粒子4の粒径は特に限定されることはないが、導電性粒子1の粒径の2%以上20%未満であることが好ましい。なお、ここでいう粒径は、D50(粉体の粒径分布において、ある粒子径より大きい個数又は質量が、全粉体のそれの50%を占めるときの粒子径)によるものを意味する。
The shape of the light-reflective
In the present invention, the particle size of the light-reflective
導電性粒子1の粒径に対する光反射性絶縁粒子4の粒径が20%以上の場合には、対向する接続電極と導電性粒子1の界面に光反射性絶縁粒子4が噛み込むことによって放熱の妨げになり、2%より小さい場合には、発光素子において発生した光を効率良く反射することができなくなる。
具体的には、光反射性絶縁粒子4の粒径は、好ましくは0.02μm以上20μm以下、より好ましくは0.2μm以上1μm以下である。
When the particle size of the light-reflective insulating
Specifically, the particle size of the light-reflective
無機粒子からなる光反射性絶縁粒子4の屈折率(JIS K7142)は、バインダ材3である熱硬化性樹脂組成物の硬化物の屈折率(JIS K7142)よりも大きいことが好ましく、少なくとも0.02程度大きいことがより好ましい。これは、屈折率差が小さいとそれらの界面での光反射効率が低下するからである。
The refractive index (JIS K7142) of the light-reflective
[4.異方性導電接着剤の製造方法]
本発明の異方性導電接着剤2を製造する場合には、導電性粒子1及び光反射性絶縁粒子4をバインダ材3に分散することができれば特に限定されず、公知の分散方法を適用することができる。
[4. Method for producing anisotropic conductive adhesive]
When the anisotropic
フィルム状の異方性導電接着剤(異方性導電フィルム)を製造する場合には、導電性粒子1及び光反射性絶縁粒子4をバインダ材3に分散させた混合物を、フィルム状に成型して得られ、異方性導電ペーストでは、異方性導電フィルムと同様にして得られた混合物について、溶媒を用いて粘度等を調整して得られる。
When producing a film-like anisotropic conductive adhesive (anisotropic conductive film), a mixture of
[5.発光装置及びその製造方法]
図4は、本発明に係る発光装置の実施の形態の構成を示す断面図である。
図4に示すように、本実施の形態の発光装置5は、例えばセラミックスからなる配線基板50と、この配線基板50上に発光素子40が実装されて構成されている。
[5. Light emitting device and manufacturing method thereof]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the embodiment of the light emitting device according to the present invention.
As shown in FIG. 4, the
本実施の形態の場合、配線基板50上には、対となる接続電極として、第1及び第2の接続電極51、52が、例えばニッケル/金めっきによって所定のパターン形状に形成されている。
第1及び第2の接続電極51、52の例えば隣接する端部には、例えばスタッドバンプからなる凸状の端子部51b、52bがそれぞれ設けられている。
In the case of the present embodiment, first and
For example, convex
一方、発光素子40としては、例えば、ピーク波長が400nm以上500nm以下の可視光を発光するLEDチップが用いられている。
本発明は、特に、ピーク波長が450nm近傍の青色用のLEDを好適に用いることができる。
On the other hand, as the
In particular, the present invention can suitably use a blue LED having a peak wavelength in the vicinity of 450 nm.
発光素子40は、その本体部40aが例えば長方体形状に形成され、一方の面上に、アノード電極及びカソード電極である、第1及び第2の接続電極41、42が設けられている。これら第1及び第2の接続電極41、42は、例えば金−すず合金によって形成されている。
The
ここで、配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52の端子部51b、52bと、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42とは、対向させて配置した場合に、各接続部分が対向するように、それぞれの大きさ並びに形状が設定されている。
Here, the
そして、発光素子40が、上述した導電性粒子1及び光反射性絶縁粒子4を含有する、硬化させた上記異方性導電接着剤2によって配線基板50上に接着されている。
ここでは、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42が、上述した異方性導電接着剤2の導電性粒子1を介して配線基板50の対応する第1及び第2の接続電極51、52(端子部51b、52b)に対しそれぞれ電気的に接続されている。
The
Here, the first and
すなわち、発光素子40の第1の接続電極41が、導電性粒子1の接触によって配線基板50の第1の接続電極51の端子部51bに対し電気的に接続されるとともに、発光素子40の第2の接続電極42が、導電性粒子1の接触によって配線基板50の第2の接続電極52の端子部52bに対し電気的に接続されている。
That is, the
その一方で、配線基板50の第1の接続電極51及び発光素子40の第1の接続電極41と、配線基板50の第2の接続電極52及び発光素子40の第2の接続電極42とは、異方性導電接着剤2中のバインダ材3によって互いに絶縁されている。
On the other hand, the
図5(a)〜(c)は、本発明の発光装置の製造工程の例を示す図である。
まず、図5(a)に示すように、第1及び第2の接続電極51、52を有する配線基板50と、配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52にそれぞれ対応する第1及び第2の接続電極41、42を有する発光素子40とを用意する。
5A to 5C are diagrams showing an example of a manufacturing process of the light emitting device of the present invention.
First, as shown in FIG. 5A, the
そして、配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52の端子部51b、52bと、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42とを、対向する方向に配置した状態で、配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52の端子部51b、52bを覆うように例えば未硬化のペースト状の異方性導電接着剤2aを配置する。
And the state which has arrange | positioned the
なお、例えば未硬化の異方性導電接着剤2aがフィルム状のものである場合には、例えば図示しない貼付装置によって未硬化の異方性導電接着剤2aを、配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52が設けられた側の面の所定位置に貼り付ける。
For example, when the uncured anisotropic conductive adhesive 2a is in the form of a film, the uncured anisotropic conductive adhesive 2a is removed from the first and
そして、図5(b)に示すように、未硬化の異方性導電接着剤2a上に発光素子40を載置し、アライメントした後に、図示しない熱圧着ヘッドによって発光素子40の発光側の面、すなわち、第1及び第2の接続電極41、42が設けられた側と反対側の面40bに対して所定の圧力及び温度で加圧・加熱を行う。
Then, as shown in FIG. 5B, after the
これにより、未硬化の異方性導電接着剤2aのバインダ材3aが硬化し、図5(c)に示すように、硬化した異方性導電接着剤2の接着力によって発光素子40が配線基板50上に接着固定される。
Thereby, the
また、この熱圧着工程において、配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52の端子部51b、52bと、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42とに複数の導電性粒子1がそれぞれ接触して加圧され、その結果、発光素子40の第1の接続電極41と配線基板50の第1の接続電極51、並びに、発光素子40の第2の接続電極42と配線基板50の第2の接続電極52が、それぞれ電気的に接続される。
In this thermocompression bonding step, a plurality of
その一方で、配線基板50の第1の接続電極51及び発光素子40の第1の接続電極41と、配線基板50の第2の接続電極52及び発光素子40の第2の接続電極42とは、異方性導電接着剤2中のバインダ材3によって互いに絶縁された状態になる。
そして、以上の工程により、目的とする発光装置5が得られる。
On the other hand, the
And the target light-emitting
以上述べた本実施の形態では、導電性粒子1において、はんだ合金からなる軟性の金属粒子10の表面11に絶縁膜12が形成されており、加熱・加圧によって実装が行われる際、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42と配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52によって導電性粒子1が加圧されて押しつぶされると同時に、導電性粒子1の金属粒子10の表面11に形成された絶縁膜12が破れて酸化していない例えばはんだ成分が露出し、これにより発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42並びに配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52と金属粒子10との間でそれぞれ金属共晶接合が形成される。
In the present embodiment described above, in the
その一方で、圧力が加わらない導通部位以外の隣接する接続電極、すなわち、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42並びに配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52の間に存在する導電性粒子1は、導電性粒子1同士が接触した場合であっても絶縁膜12の存在により絶縁性を保つことができる。
On the other hand, adjacent connection electrodes other than the conductive part to which no pressure is applied, that is, the first and
その結果、本実施の形態によれば、狭ピッチ配線の接続電極を有する発光素子40を配線基板50上に高い接続信頼性の下でフリップチップ実装できるとともに、発光素子40の発光部において発生する熱を効率良く配線基板50側に放熱することができる。
As a result, according to the present embodiment, the
特に本実施の形態においては、導電性粒子1の金属粒子10として、例えばはんだ合金からなる軟性金属を用いていることから、導電性粒子1と、発光素子40の第1及び第2の接続電極41、42並びに配線基板50の第1及び第2の接続電極51、52の接続部分の面積を大きくすることができ、これにより接続信頼性及び放熱特性を向上させることができる。
In particular, in the present embodiment, the soft particles made of, for example, a solder alloy are used as the
さらに、本実施の形態においては、異方性導電接着剤2のバインダ材3中に光反射性絶縁粒子4を含有しているため、発光素子40の発光部で発生した光を効率良く反射して発光効率を向上させることができる。特に、一般に耐腐食性の高い金めっきが施された接続電極を有する配線基板を用いた場合、金−すず(Au−Sn)の金属共晶接合による接続では発光素子から放出された光が金めっきによって吸収されて光束量が低下するのに対し、本実施の形態によれば、異方性導電接着剤2中の光反射性絶縁粒子4による光の反射によって高い光束量を得ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, since the light-reflective
以上述べたように、本実施の形態によれば、狭ピッチ配線の発光素子40のフリップチップ実装により採用可能な発光素子40の小型化を図ることができるとともに、高い光学特性と高い放熱性と高い接続信頼性を有する発光装置5を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the
なお、本発明は上述した実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、図4及び図5(a)〜(c)に示す発光装置5は、その形状や大きさを簡略化して模式的に示したもので、配線基板並びに発光素子の接続電極の形状、大きさ及び数等については、適宜変更することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made.
For example, the light-emitting
また、配線基板50としては、上述したセラミックスからなる基板の他、例えば、プリント配線基板、LCD用ガラス基板、フレキシブルプリント基板等が挙げられる。
さらに、本発明の異方性導電接着剤2は、LEDチップ等の発光素子に限られず、種々の電気部品に用いることができる。
ただし、本発明の異方性導電接着剤2は、上述したLEDチップのように発光と同時に発熱する電気部品に適用した場合に特に有効となるものである。
Examples of the
Furthermore, the anisotropic
However, the anisotropic
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が、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to a following example.
<接着剤組成物の調製>
エポキシ樹脂(ダイセル化学工業社製 CEL2021P)50重量部、硬化剤として、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物(新日本理化社製 MH−700)50重量部、硬化促進剤(四国化学社製 2E4MZ)1重量部を用いて接着剤組成物を調製した。
<Preparation of adhesive composition>
50 parts by weight of epoxy resin (CEL2021P manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.), 50 parts by weight of methylhexahydrophthalic anhydride (MH-700 manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.) as a curing agent, and 1 accelerator (2E4MZ manufactured by Shikoku Chemical Co., Ltd.) 1 An adhesive composition was prepared using parts by weight.
<導電性粒子の作成>
〔実施例粒子1〕
振動装置を備えたスパッタリング装置(図2のスパッタリング装置30)を用い、はんだ合金粒子の表面に金属酸化物膜を形成した。はんだ合金粒子は、平均粒径が5μmのSn−3.0Ag−0.5Cu(wt%)組成の無鉛はんだ粒子(千住金属工業社製 M705)を用い、スパッタリングターゲット(図2におけるスパッタリングターゲット32)には、シリコン(Si)ターゲットを用いた。
<Creation of conductive particles>
[Example particle 1]
A metal oxide film was formed on the surface of the solder alloy particles using a sputtering device (sputtering
具体的には、スパッタリング装置において、開口径φ12cmのステンレス容器(図2における容器21)を振動テーブル上に設置し、ステンレス容器中にはんだ合金粒子50gを配置し、密閉後、ロータリーポンプとクライオポンプを動作させ、真空槽内部の圧力が2×10-4Paになるまで真空排気を行った。
Specifically, in a sputtering apparatus, a stainless steel container (
次に、振動装置2において、振幅が±2mm、振動数が30Hzの振動を発生させ、ステンレス容器に連続振動を加えながら、ガスとしてアルゴン(Ar)90%と酸素(O2)10%を、真空槽内の圧力が2Paに保たれるように、所定の流量で導入して排気速度の調整を行った。
Next, in the
さらに、シリコンターゲットに300Wの直流電力を印加し、はんだ合金粒子の表面にスパッタリングによって厚さ50nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成し、実施例粒子1を得た。
Further, 300 W of direct current power was applied to the silicon target, and an insulating film made of silicon oxide (SiO x ) having a thickness of 50 nm was formed on the surface of the solder alloy particles by sputtering, whereby
〔実施例粒子2〕
成膜前の真空槽内部の圧力を3×10-4Paに設定し、はんだ合金粒子の表面に厚さ5nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で実施例粒子2を作成した。
[Example particle 2]
〔実施例粒子3〕
成膜前の真空槽内部の圧力を5×10-4Paに設定し、はんだ合金粒子の表面に厚さ200nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で実施例粒子3を作成した。
[Example particle 3]
〔実施例粒子4〕
成膜前の真空槽内部の圧力を4×10-4Paにするとともに酸素分圧を5%に設定し、スパッタリングターゲットとしてアルミニウム(Al)からなるものを用い、はんだ合金粒子の表面に実施例粒子1と同一の厚さ50nmの酸化アルミニウム(AlOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で実施例粒子4を作成した。
[Example particle 4]
The pressure inside the vacuum chamber before film formation was set to 4 × 10 −4 Pa and the oxygen partial pressure was set to 5%. A sputtering target made of aluminum (Al) was used on the surface of the solder alloy particles.
〔実施例粒子5〕
成膜前の真空槽内部の圧力を4×10-4Paにするとともに酸素分圧を40%に設定し、スパッタリングターゲットとしてチタン(Ti)からなるものを用い、はんだ合金粒子の表面に実施例粒子1と同一の厚さ50nmの酸化チタン(TiOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で実施例粒子5を作成した。
[Example particle 5]
The pressure inside the vacuum chamber before film formation was set to 4 × 10 −4 Pa and the oxygen partial pressure was set to 40%, and a sputtering target made of titanium (Ti) was used on the surface of the solder alloy particles.
〔実施例粒子6〕
成膜前の真空槽内部の圧力を4×10-4Paにするとともに酸素分圧を20%に設定し、スパッタリングターゲットとしてニオブ(Nb)からなるものを用い、はんだ合金粒子の表面に実施例粒子1と同一の厚さ50nmの酸化ニオブ(NbOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で実施例粒子6を作成した。
[Example particle 6]
The pressure inside the vacuum chamber before film formation was set to 4 × 10 −4 Pa, the oxygen partial pressure was set to 20%, and a sputtering target made of niobium (Nb) was used on the surface of the solder alloy particles. Example particle 6 was prepared under the same conditions as
〔比較例粒子1〕
実施例粒子1と同一のはんだ合金粒子を用い、このはんだ合金粒子の表面に絶縁膜を形成しない導電性粒子を比較例粒子1とした。
[Comparative Example Particle 1]
The same solder alloy particles as those of
〔比較例粒子2〕
成膜前の真空槽内部の圧力を4×10-4Paに設定し、はんだ合金粒子の表面に厚さ2nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で比較例粒子2を作成した。
[Comparative Example Particle 2]
〔比較例粒子3〕
成膜前の真空槽内部の圧力を4×10-4Paに設定し、はんだ合金粒子の表面に厚さ500nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した以外は実施例粒子1と同一の条件で比較例粒子3を作成した。
[Comparative Example Particle 3]
〔比較例粒子4〕
はんだ合金粒子の表面に実施例粒子1と同一の条件で厚さ50nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した導電性粒子を比較例粒子4とした。
[Comparative Example Particle 4]
Conductive particles in which an insulating film made of silicon oxide (SiO x ) having a thickness of 50 nm was formed on the surface of the solder alloy particles under the same conditions as in
<異方性導電接着剤の作成>
上述した接着剤組成物に、上述した実施例粒子1〜6及び比較例粒子1〜4を5重量%と、光反射性絶縁粒子として、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる白色粒子をそれぞれ10重量%混入して(比較例4は除く)、実施例1〜6並びに比較例1〜4の異方性導電接着剤を得た。
<Creation of anisotropic conductive adhesive>
The above-mentioned adhesive composition is composed of 5% by weight of the above-described
<評価>
(1)反射率測定
実施例1〜6及び比較例1〜4の異方性導電接着剤を平滑な白色板上に乾燥後の厚さが100μmとなるように塗布し、温度200℃で1分間加熱硬化させて反射率測定用のサンプルを作成した。
各サンプルについて、分光測色計(コニカミノルタ社製 CM−3600A)を用い、青色波長である波長450nmにおける反射率を測定した。その結果を表1に示す。
<Evaluation>
(1) Reflectance measurement The anisotropic conductive adhesives of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were applied on a smooth white plate so that the thickness after drying was 100 μm, and the temperature was 1 at 200 ° C. A sample for reflectance measurement was prepared by heating and curing for minutes.
About each sample, the reflectance in wavelength 450nm which is a blue wavelength was measured using the spectrocolorimeter (Konica Minolta company make CM-3600A). The results are shown in Table 1.
(2)LEDモジュールの作成
実施例1〜6及び比較例1〜4の異方性導電接着剤を、LED実装用のセラミックスからなる2種類の配線基板上に塗布した。
(2) Creation of LED module The anisotropic conductive adhesives of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were applied on two types of wiring boards made of ceramics for LED mounting.
ここで、第1の配線基板の電極間スペースは、70μmで、ニッケル/金めっき=5.0μm/0.3μmが施されている。
一方、第2の配線基板の電極間スペースは、30μmで、ニッケル/金めっき=5.0μm/0.3μmが施されている。
Here, the space between the electrodes of the first wiring board is 70 μm, and nickel / gold plating = 5.0 μm / 0.3 μm is applied.
On the other hand, the space between the electrodes of the second wiring board is 30 μm, and nickel / gold plating = 5.0 μm / 0.3 μm is applied.
上述した配線基板上に青色LEDチップ(チップサイズ:1mm×1mm、順電圧Vf=3.1V(順電流If=350mA))をアライメントして搭載し、温度150℃−5分〜260℃−10秒、1チップ当たり1kgの圧力で加熱圧着を行い、実施例1〜6及び比較例1〜4のLEDモジュールを作成した。
なお、実施例及び比較例で用いたLEDチップの接続電極は、金/すずめっきによって厚さ3μmで形成されている。
A blue LED chip (chip size: 1 mm × 1 mm, forward voltage Vf = 3.1 V (forward current If = 350 mA)) is aligned and mounted on the wiring board described above, and the temperature is 150 ° C.-5 minutes to 260 ° C.-10. Second, thermocompression bonding was performed at a pressure of 1 kg per chip, and LED modules of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were produced.
The connection electrodes of the LED chips used in the examples and comparative examples are formed with a thickness of 3 μm by gold / tin plating.
(3)LEDモジュールの全光束量測定
積分全球型の全光束量測定システム(大塚電子社製 LE−2100)を用い、If=350mAの定電流制御の条件下で、実施例1〜6及び比較例1〜4のLEDモジュール(第1の配線基板を用いたもの)の全光束量を測定した。その結果を表1に示す。
(3) Measurement of total luminous flux of LED module Examples 1 to 6 and comparison were performed under the condition of constant current control of If = 350 mA using an integral total spherical luminous flux measurement system (LE-2100 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The total luminous flux of the LED modules of Examples 1 to 4 (using the first wiring board) was measured. The results are shown in Table 1.
(4)熱抵抗値測定
上述した実施例1〜6及び比較例1〜4のLEDモジュール(第1の配線基板を用いたもの)に対し、スタティック方式の過渡熱抵抗測定装置(Mentor Graphics社製 T3STAR)を用い、LEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値を測定した。
この場合、測定条件は、If=350mA、Im=1mAとし、0.1秒間点灯したときの熱抵抗値を読み取った。その結果を表1に示す。
(4) Thermal resistance measurement For the LED modules (using the first wiring board) of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 described above, a static transient thermal resistance measurement device (Mentor Graphics, Inc.) T3STAR) was used to measure the thermal resistance value of the electrical connection portion of the LED module.
In this case, the measurement conditions were If = 350 mA and Im = 1 mA, and the thermal resistance value when lit for 0.1 second was read. The results are shown in Table 1.
(5)導通信頼性及び絶縁信頼性
上述した実施例1〜6及び比較例1〜4のLEDモジュールを、温度85℃、相対湿度85%RHの環境のオーブン内に配置し、If=350mAの定電流制御の条件下で点灯させ、1000時間試験後にオーブンから取り出した。
(5) Conduction reliability and insulation reliability The LED modules of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 described above are placed in an oven in an environment with a temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 85% RH, and If = 350 mA. It was lit under the condition of constant current control and removed from the oven after 1000 hours test.
(導通信頼性の評価)
上記環境試験の前後において、実施例1〜6及び比較例1〜4のLEDモジュールのうち第1の配線基板(電極間スペース:70μm)を用いたサンプルについて、If=350mAにおけるVf値を測定し、導通信頼性の評価を行った。
(Evaluation of conduction reliability)
Before and after the environmental test, the Vf value at If = 350 mA was measured for the sample using the first wiring board (inter-electrode space: 70 μm) among the LED modules of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4. The conduction reliability was evaluated.
この場合、Vfの平均値を3.1Vとし、この平均値と比較してVf値が0.05V以内の高さである場合を「○」、0.05Vより高く0.1V以内の高さである場合を「△」、0.1より高い場合を「×」と評価した。その結果を表1に示す。 In this case, the average value of Vf is 3.1 V, and the case where the Vf value is within 0.05 V compared to this average value is “◯”, the height is higher than 0.05 V and within 0.1 V The case of “Δ” was evaluated as “Δ”, and the case of being higher than 0.1 was evaluated as “×”. The results are shown in Table 1.
(絶縁信頼性の評価)
上記環境試験の前後において、実施例1〜6及び比較例1〜4のLEDモジュールのうち第2の配線基板(電極間スペース:30μm)を用いたサンプルについて、5Vの逆電圧を印加したときのリーク電流値Irを測定し、絶縁信頼性の評価を行った。
この場合、リーク電流値Irが1μA以上の場合をNG(使用不可)と評価した。その結果を表1に示す。
(Evaluation of insulation reliability)
Before and after the environmental test, when a reverse voltage of 5 V was applied to a sample using the second wiring board (interelectrode space: 30 μm) among the LED modules of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4. The leakage current value Ir was measured, and the insulation reliability was evaluated.
In this case, the case where the leakage current value Ir was 1 μA or more was evaluated as NG (unusable). The results are shown in Table 1.
(6)評価結果
<実施例1>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ50nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した実施例粒子1と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する実施例1の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=62%)を用いたLEDモジュールでは、全光束量は7.0(lm)であって、光反射性絶縁粒子を含有しない従来の異方性導電接着剤(例えば比較例4:反射率=8%)を用いたLEDモジュール(全光束量=3.3(lm))に比べて光学特性が向上することを確認した。
(6) Evaluation results <Example 1>
As is apparent from Table 1,
また、このLEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値は13.2(℃/W)であり、高放熱特性を有することを確認した。
さらに、このLEDモジュールの初期導通信頼性及び初期絶縁信頼性は良好であり、また、85℃85%RH環境下での点灯試験(If=350mA)後においても安定した導通信頼性及び絶縁信頼性が得られた。
Moreover, the thermal resistance value of the electrical connection part of this LED module was 13.2 (° C./W), and it was confirmed that it had high heat dissipation characteristics.
Furthermore, this LED module has good initial conduction reliability and initial insulation reliability, and stable conduction reliability and insulation reliability even after a lighting test (If = 350 mA) in an environment of 85 ° C. and 85% RH. was gotten.
<実施例2>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ5nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した実施例粒子1と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する実施例2の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=65%)を用いたLEDモジュールでは、全光束量は7.3(lm)であって、上記比較例4の異方性導電接着剤を用いたLEDモジュールに比べて光学特性が向上することを確認した。
<Example 2>
As is apparent from Table 1,
また、このLEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値は12.5(℃/W)であり、高放熱特性を有することを確認した。
さらに、このLEDモジュールの初期導通信頼性及び初期絶縁信頼性は良好であり、また、85℃85%RH環境下での点灯試験(If=350mA)後においても安定した導通信頼性及び絶縁信頼性が得られた。
Moreover, the thermal resistance value of the electrical connection part of this LED module was 12.5 (° C./W), and it was confirmed that it had high heat dissipation characteristics.
Furthermore, this LED module has good initial conduction reliability and initial insulation reliability, and stable conduction reliability and insulation reliability even after a lighting test (If = 350 mA) in an environment of 85 ° C. and 85% RH. was gotten.
<実施例3>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ200nmのシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した実施例粒子3と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する実施例3の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=57%)を用いたLEDモジュールでは、全光束量は6.5(lm)であって、上記比較例4の異方性導電接着剤を用いたLEDモジュールに比べて光学特性が向上することを確認した。
<Example 3>
As is apparent from Table 1,
また、このLEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値は13.6(℃/W)であり、高放熱特性を有することを確認した。
さらに、このLEDモジュールの初期導通信頼性及び初期絶縁信頼性は良好であり、また、85℃85%RH環境下での点灯試験(If=350mA)後においても安定した導通信頼性及び絶縁信頼性が得られた。
Moreover, the thermal resistance value of the electrical connection part of this LED module was 13.6 (° C./W), and it was confirmed that it had high heat dissipation characteristics.
Furthermore, this LED module has good initial conduction reliability and initial insulation reliability, and stable conduction reliability and insulation reliability even after a lighting test (If = 350 mA) in an environment of 85 ° C. and 85% RH. was gotten.
<実施例4>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ50nmの酸化アルミニウム(AlOx)からなる絶縁膜を形成した実施例粒子4と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する実施例4の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=60%)を用いたLEDモジュールでは、全光束量は6.9(lm)であって、上記比較例4の異方性導電接着剤を用いたLEDモジュールに比べて光学特性が向上することを確認した。
<Example 4>
As is apparent from Table 1, from
また、このLEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値は13.3(℃/W)であり、高放熱特性を有することを確認した。
さらに、このLEDモジュールの初期導通信頼性及び初期絶縁信頼性は良好であり、また、85℃85%RH環境下での点灯試験(If=350mA)後においても安定した導通信頼性及び絶縁信頼性が得られた。
Moreover, the thermal resistance value of the electrical connection part of this LED module is 13.3 (degreeC / W), and it confirmed that it had a high heat dissipation characteristic.
Furthermore, this LED module has good initial conduction reliability and initial insulation reliability, and stable conduction reliability and insulation reliability even after a lighting test (If = 350 mA) in an environment of 85 ° C. and 85% RH. was gotten.
<実施例5>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ50nmの酸化チタン(TiOx)からなる絶縁膜を形成した実施例粒子5と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する実施例5の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=64%)を用いたLEDモジュールでは、全光束量は7.2(lm)であって、上記比較例4の異方性導電接着剤を用いたLEDモジュールに比べて光学特性が向上することを確認した。
<Example 5>
As apparent from Table 1, from
また、このLEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値は13.1(℃/W)であり、高放熱特性を有することを確認した。
さらに、このLEDモジュールの初期導通信頼性及び初期絶縁信頼性は良好であり、また、85℃85%RH環境下での点灯試験(If=350mA)後においても安定した導通信頼性及び絶縁信頼性が得られた。
Moreover, the thermal resistance value of the electrical connection part of this LED module was 13.1 (° C./W), and it was confirmed that it had high heat dissipation characteristics.
Furthermore, this LED module has good initial conduction reliability and initial insulation reliability, and stable conduction reliability and insulation reliability even after a lighting test (If = 350 mA) in an environment of 85 ° C. and 85% RH. was gotten.
<実施例6>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ50nmの酸化ニオブ(NbOx)からなる絶縁膜を形成した実施例粒子6と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する実施例6の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=61%)を用いたLEDモジュールでは、全光束量は6.9(lm)であって、上記比較例4の異方性導電接着剤を用いたLEDモジュールに比べて光学特性が向上することを確認した。
<Example 6>
As apparent from Table 1, from Example Particle 6 in which an insulating film made of niobium oxide (NbO x ) having a thickness of 50 nm is formed on the surface of the solder alloy particle, and Titanium oxide (TiO 2 ) having a particle size of 0.25 μm. In the LED module using the anisotropic conductive adhesive of Example 6 (reflectance at 450 nm = 61%) containing the light-reflective insulating particles, the total luminous flux is 6.9 (lm), It was confirmed that the optical characteristics were improved as compared with the LED module using the anisotropic conductive adhesive of Comparative Example 4.
また、このLEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値は13.0(℃/W)であり、高放熱特性を有することを確認した。
さらに、このLEDモジュールの初期導通信頼性及び初期絶縁信頼性は良好であり、また、85℃85%RH環境下での点灯試験(If=350mA)後においても安定した導通信頼性及び絶縁信頼性が得られた。
Moreover, the thermal resistance value of the electrical connection part of this LED module was 13.0 (° C./W), and it was confirmed that it had high heat dissipation characteristics.
Furthermore, this LED module has good initial conduction reliability and initial insulation reliability, and stable conduction reliability and insulation reliability even after a lighting test (If = 350 mA) in an environment of 85 ° C. and 85% RH. was gotten.
<比較例1>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に絶縁膜を形成しない比較例粒子1と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する比較例1の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=67%)を用いたLEDモジュールでは、光学特性が良好で且つ高放熱特性を有していたが、電極間スペースが小さい(30μm)第2の配線基板を用いたサンプルについてリーク電流値が1μA以上となり、NG(使用不可)となった。
<Comparative Example 1>
As is apparent from Table 1,
<比較例2>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ2nmの非常に薄いシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した比較例粒子2と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する比較例2の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=66%)を用いたLEDモジュールでは、光学特性が良好で且つ高放熱特性を有していたが、電極間スペースが小さい(30μm)第2の配線基板を用いたサンプルについてリーク電流値が1μA以上となり、NG(使用不可)となった。
<Comparative example 2>
As is apparent from Table 1,
<比較例3>
表1から明らかなように、はんだ合金粒子の表面に厚さ500nmの非常に厚いシリコン酸化物(SiOx)からなる絶縁膜を形成した比較例粒子3と、粒径0.25μmの酸化チタン(TiO2)からなる光反射性絶縁粒子を含有する比較例2の異方性導電接着剤(450nmにおける反射率=55%)を用いたLEDモジュールでは、光学特性は良好であったが、LEDモジュールの電気接続部分の熱抵抗値が20.0(℃/W)となり、実施例1〜6に比べての放熱特性が劣る結果であった。
<Comparative Example 3>
As is apparent from Table 1,
また、電極間のスペースが70μmの第1の配線基板並びに電極間のスペースが30μmの第2の配線基板を用いたLEDモジュールの初期導通信頼性について、Vfの平均値より0.05V高い値となり、さらに85℃85%RHの環境下での点灯試験における1000時間後の導通性については、Vfの平均値より0.1V高くなった。
この理由は、はんだ粒子の表面に形成した厚さ500nmの非常に厚い絶縁膜が導通を阻害したためであると考えられる。
In addition, the initial conduction reliability of the LED module using the first wiring board with the space between the electrodes of 70 μm and the second wiring board with the space between the electrodes of 30 μm is 0.05 V higher than the average value of Vf. Furthermore, the continuity after 1000 hours in the lighting test under the environment of 85 ° C. and 85% RH was 0.1 V higher than the average value of Vf.
The reason for this is considered to be that a very thick insulating film having a thickness of 500 nm formed on the surface of the solder particles hinders conduction.
以上説明したように、本発明によれば、異方性導電接着剤に、粒子表面に絶縁膜が形成されたはんだ粒子と、光反射性絶縁粒子を含有させることにより、狭ピッチ配線のLEDチップのフリップチップ実装が可能になるとともに、LEDモジュールに高い光学特性と高い放熱性と高い接続信頼性を付与することができる異方性導電接着剤が得られることを実証することができた。 As described above, according to the present invention, the anisotropic conductive adhesive contains solder particles having an insulating film formed on the particle surface and light-reflective insulating particles, thereby enabling LED chips with narrow pitch wiring. As a result, it was possible to demonstrate that an anisotropic conductive adhesive capable of imparting high optical characteristics, high heat dissipation, and high connection reliability to the LED module can be obtained.
1…導電性粒子
2…異方性導電接着剤
3…バインダ材
4…光反射性絶縁粒子
5…発光装置
10…金属粒子
11…表面
12…絶縁膜
40…発光素子
50…配線基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記金属粒子は、軟性金属を含み、
前記絶縁膜は、酸素を含む雰囲気中で振動を加えながらスパッタリング法により前記金属粒子の表面に形成されたものである異方性導電接着剤。 In the binder material, an anisotropic conductive adhesive containing conductive particles in which an insulating film is formed on the surface of metal particles, and light-reflective insulating particles,
The metal particles include a soft metal,
The anisotropic conductive adhesive, wherein the insulating film is formed on the surface of the metal particles by sputtering while applying vibration in an atmosphere containing oxygen.
前記配線基板の対となる接続電極にそれぞれ対応する接続電極を有する発光素子とを備え、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の異方性導電接着剤によって前記発光素子が前記配線基板上に接着され、かつ、当該発光素子の接続電極が、当該異方性導電接着剤の導電性粒子を介して当該配線基板の対応する接続電極に対しそれぞれ電気的に接続されている発光装置。 A wiring board having a pair of connection electrodes;
A light emitting element having connection electrodes corresponding to the connection electrodes to be paired with the wiring board,
The light emitting element is bonded onto the wiring board by the anisotropic conductive adhesive according to any one of claims 1 to 6, and the connection electrode of the light emitting element is connected to the anisotropic conductive adhesive. A light emitting device that is electrically connected to the corresponding connection electrode of the wiring board via the conductive particles.
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