JP2014065765A - 異方性導電接着剤 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い放熱性が得られる異方性導電接着剤を提供する。
【解決手段】導電性粒子３１と、導電性粒子３１よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子３２とをバインダーに分散させる。この異方性導電接着剤を用いて熱圧着したＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）と、基板の端子（電極２２ａ、２３ａ）とが導電性粒子３１を介して電気的に接続され、ＬＥＤ素子の端子と基板の端子との間にダイヤモンド粒子３２が捕捉される。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性粒子が分散された異方性導電接着剤に関し、特に、ドライバーＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のチップ（素子）が発する熱を放熱することが可能な異方性導電接着剤に関する。
従来、ＬＥＤ素子を基板に実装する工法として、ワイヤーボンド工法が用いられている。ワイヤーボンド工法は、図３に示すように、ＬＥＤ素子の電極（第１導電型電極１０４ａ及び第２導電型電極１０２ａ）面を上に向け（フェイスアップ）、そのＬＥＤ素子と基板の電気的接合をワイヤーボンド（ＷＢ）３０１ａ、３０１ｂで行い、ＬＥＤ素子と基板との接着には、ダイボンド材３０２を用いる。
しかし、このようなワイヤーボンドで電気的接続を得る方法では、電極（第１導電型電極１０４ａ及び第２導電型電極１０２ａ）からのワイヤーボンドの物理的破断・剥離のリスクがあるため、より信頼性の高い技術が求められている。さらに、ダイボンド材３０２の硬化プロセスは、オーブン硬化で行われるため、生産に時間が掛かる。
ワイヤーボンドを用いない工法として、図４に示すように、ＬＥＤ素子の電極（第１導電型電極１０４ａ及び第２導電型電極１０２ａ）面を基板側に向け(フェイスダウン、フリップチップ)、そのＬＥＤ素子と基板との電気的接続に、銀ペーストに代表される導電性ベースト３０３ａ、３０３ｂを用いる方法がある。
しかし、導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂは、接着力が弱いため、封止樹脂３０４による補強が必要である。さらに、封止樹脂３０４の硬化プロセスは、オーブン硬化で行われるため、生産に時間が掛かる。
導電性ペーストを用いない工法として、図５に示すように、ＬＥＤ素子の電極面を基板側に向け(フェイスダウン、フリップチップ)、そのＬＥＤ素子と基板との電気的接続及び接着に、絶縁性の接着剤バインダー３０５中に導電性粒子３０６を分散させた異方性導電接着剤を用いる方法がある。異方性導電接着剤は、接着プロセスが短いため、生産効率が良い。また、異方性導電接着剤は、安価であり、透明性、接着性、耐熱性、機械的強度、電気絶縁性等に優れている。
また、近年、フリップチップ実装するためのＬＥＤ素子が開発されている。このＦＣ実装用ＬＥＤ素子は、パッシベーション１０５により、電極面積を大きく取る設計が可能であるため、バンプレス実装が可能となる。また、発光層の下に反射膜を設けることによって光取り出し効率が良くなる。
ＦＣ実装用ＬＥＤ素子を基板に実装する工法としては、図６に示すように、金スズ共晶接合が用いられている。金スズ共晶接合は、チップ電極を金とスズの合金３０７で形成し、フラックスを基板に塗布し、チップを搭載、加熱することで基板電極と、共晶接合させる工法である。しかし、このようなはんだ接続工法は、加熱中のチップズレや洗浄しきれなかったフラックスによる信頼性への悪影響があるため歩留まりが悪い。また、高度な実装技術が必要である。
金スズ共晶を用いない工法として、図７に示すように、ＬＥＤ素子の電極面と基板との電気的接続に、はんだペーストを用いるはんだ接続工法がある。しかし、このようなはんだ接続工法は、ペーストが等方性の導電性を有するため、ｐｎ電極間がショートしてしまい歩留まりが悪い。
はんだペーストを用いない工法として、図８に示すように、ＬＥＤ素子と基板との電気的接続及び接着に、図５と同様、絶縁性のバインダー中に導電性粒子を分散させたＡＣＦなどの異方性導電接着剤を用いる方法がある。異方性導電接着剤は、ｐｎ電極間に絶縁性のバインダーが充填される。よって、ショートが発生しにくいため歩留まりが良い。また、接着プロセスが短いため、生産効率が良い。
ところで、ＬＥＤ素子の活性層（ジャンクション）１０３は、光の他に多くの熱を発生し、発光層温度（Ｔｊ＝ジャンクション温度）が１００℃以上になると、ＬＥＤの発光効率が低下し、ＬＥＤの寿命が短くなる。このため、活性層１０３の熱を効率良く逃がすための構造が必要である。
図３に示すようなＷＢ実装では、活性層１０３がＬＥＤ素子の上側に位置するため、発生した熱が基板側に効率良く伝わらないため放熱性が悪い。
また、図４、６、７に示すようなフリップチップ実装を行うと、活性層１０３が基板側に位置するため、熱が基板側に効率良く伝わる。図４、７に示すように、電極間を導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂで接合した場合、高効率で放熱することができるが、導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂによる接続は、上記で述べたように接続信頼性が悪い。また、図６に示すように、金スズ共晶接合を行った場合も、上記で述べたのと同様に接続信頼性が悪い。
また、図５、８に示すように、導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂを用いずにＡＣＦ（Anisotropic conductive film）やＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等の異方性導電接着剤でフリップチップ実装することで、活性層１０３が基板側近く配置され、熱が基板側に効率良く伝わる。また、接着力が高いため、高い接続信頼性が得られる。
特開２０００−１２３６３９号公報
しかしながら、従来の異方性導電接着剤の硬化物の熱伝導率は、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるため、ＬＥＤ素子から発生する熱を基板側に十分に逃がすことができない。また、異方性導電接着剤を用いたフリップチップ実装では、電気接続部分の導電性粒子のみが放熱路となるため、放熱性が悪い。
また、異方性導電接着剤のバインダー中に高放熱フィラーを高充填し、熱伝導率を向上させることが考えられるが、バインダーの粘度が増加してしまい、ハンドリング性が悪くなる。また、フィラー量が増加するのに伴い、樹脂成分が減少するため、クラックや接着力の低下が生じてしまう。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、高い放熱性が得られる異方性導電接着剤を提供する。
本件発明者は、鋭意検討を行った結果、ダイヤモンド粒子を配合することにより、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明に係る異方性導電接着剤は、導電性粒子と、前記導電性粒子よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子とがバインダーに分散されてなることを特徴としている。
また、本発明に係る接続構造体は、第１の電子部品の端子と、第２の電子部品の端子とが導電性粒子を介して電気的に接続され、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間にダイヤモンド粒子が捕捉されてなることを特徴としている。
本発明によれば、熱圧着時に導電性粒子が潰れ、対向する端子間にダイヤモンド粒子が捕捉されるため、高い放熱性を得ることができる。
本発明の一実施の形態に係るＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 本発明の他の一実施の形態に係るＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ワイヤーボンド工法によるＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 導電性ペーストを用いたＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 異方性導電接着剤を用いたＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ＦＣ実装用ＬＥＤを金スズ共晶接合により実装したＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ＦＣ実装用ＬＥＤを導電性ペーストにより実装したＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ＦＣ実装用ＬＥＤを異方性導電接着剤により実装したＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．異方性導電接着剤及びその製造方法
２．接続構造体及びその製造方法
３．実施例
＜１．異方性導電接着剤及びその製造方法＞
本実施の形態における異方性導電接着剤は、導電性粒子と、導電性粒子よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子とがバインダーに分散されたものであり、その形状は、ペースト、フィルムなどであり、目的に応じて適宜選択することができる。
導電性粒子は、例えば、金粒子、銀粒子、ニッケル粒子等の金属粒子、ベンゾグアナミン樹脂やスチレン樹脂等の樹脂粒子の表面を金、ニッケル、亜鉛等の金属で被覆した金属被覆樹脂粒子を使用することができる。金属被覆樹脂粒子は、圧縮時に潰れやすく、変形し易いため、接続パターンとの接触面積を大きくでき、また、接続パターンの高さのバラツキを吸収することが可能となる。
また、導電性粒子の平均粒径は、１〜１０μｍであることが好ましく、より好ましくは２〜６μｍである。また、導電性粒子の配合量は、接続信頼性及び絶縁信頼性の観点から、バインダー１００質量部に対して１〜１００質量部であることが好ましい。
ダイヤモンド粒子は、銀、銅、金などの金属粒子に比べて熱伝導率が非常に高く、熱伝導性粒子として機能する。ダイヤモンド粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、導電性粒子の平均粒径の５〜８０％であることが好ましい。ダイヤモンド粒子が導電性粒子に対して小さすぎると、圧着時にダイヤモンド粒子が対向する端子間に捕捉されず、優れた放熱性を得ることができない。一方、ダイヤモンド粒子が導電性粒子に対して大きすぎると、ダイヤモンド粒子を高充填することができず、異方性導電接着剤の硬化物の熱伝導率を向上させることができない。
また、ダイヤモンド粒子の配合量は、異方性導電接着剤に対して８〜５０体積％であることが好ましい。ダイヤモンド粒子の配合量が少なすぎると高い放熱性が得られなくなり、配合量が多すぎると導電性粒子の電気的接続を阻害してしまう。
また、ダイヤモンド粒子は、白又は灰色の無彩色であることが好ましい。これにより、ダイヤモンド粒子が光反射粒子として機能するため、ＬＥＤ素子に用いた場合、高い輝度を得ることができる。
バインダーとしては、従来の異方性導電接着剤や異方性導電フィルムにおいて使用されている接着剤組成物を利用することができる。接着剤組成物としては、脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物等を主成分としたエポキシ硬化系接着剤が好ましく挙げられる。
脂環式エポキシ化合物としては、分子内に２つ以上のエポキシ基を有するものが好ましく挙げられる。これらは、液状であっても固体状であってもよい。具体的には、グリシジルヘキサヒドロビスフェノールＡ、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等を挙げることができる。中でも、硬化物にＬＥＤ素子の実装等に適した光透過性を確保でき、速硬化性にも優れている点から、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートを好ましく使用することができる。
複素環状エポキシ化合物としては、トリアジン環を有するエポキシ化合物を挙げることができ、特に好ましくは１，３，５−トリス（２，３−エポキシプロピル）−１，３，５−トリアジン−２，４，６−（１Ｈ，３Ｈ，５Ｈ）−トリオンを挙げることができる。
水添加エポキシ化合物としては、先述の脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物の水素添加物や、その他公知の水素添加エポキシ樹脂を使用することができる。
脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物は、単独で使用してもよいが、２種以上を併用することができる。また、これらのエポキシ化合物に加えて本発明の効果を損なわない限り、他のエポキシ化合物を併用してもよい。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、テトラメチルビスフェノールＡ、ジアリールビスフェノールＡ、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、クレゾール、テトラブロモビスフェノールＡ、トリヒドロキシビフェニル、ベンゾフェノン、ビスレゾルシノール、ビスフェノールヘキサフルオロアセトン、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＦ、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、ビキシレノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等の多価フェノールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテル；グリセリン、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル；ｐ−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル；フタル酸、メチルフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラハイドロフタル酸、エンドメチレンテトラハイドロフタル酸、エンドメチレンヘキサハイドロフタル酸、トリメット酸、重合脂肪酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルエステル；アミノフェノール、アミノアルキルフェノールから得られるグリシジルアミノグリシジルエーテル；アミノ安息香酸から得られるグリシジルアミノグリシジルエステル；アニリン、トルイジン、トリブロムアニリン、キシリレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、ビスアミノメチルシクロヘキサン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン等から得られるグリシジルアミン；エポキシ化ポリオレフィン等の公知のエポキシ樹脂類が挙げられる。
硬化剤としては、酸無水物、イミダゾール化合物、ジシアン等を挙げることができる。中でも、硬化物を変色させ難い酸無水物、特に脂環式酸無水物系硬化剤を好ましく使用できる。具体的には、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物等を好ましく挙げることができる。
接着剤組成物において、脂環式エポキシ化合物と脂環式酸無水物系硬化剤とを使用する場合、それぞれの使用量は、脂環式酸無水物系硬化剤が少なすぎると未硬化エポキシ化合物が多くなり、多すぎると余剰の硬化剤の影響で被着体材料の腐食が促進される傾向があるので、脂環式エポキシ化合物１００質量部に対し、脂環式酸無水物系硬化剤を、好ましくは８０〜１２０質量部、より好ましくは９５〜１０５質量部の割合で使用する。
このような構成からなる異方性導電接着剤は、圧着時に導電性粒子が潰れ、電気的な接続状態を維持するとともに、ダイヤモンド粒子が対向する端子間に捕捉されるため、高い放熱性及び高い接続信頼性を得ることができる。
また、本実施の形態における異方性導電接着剤は、接着剤組成物と、導電性粒子と、ダイヤモンド粒子とを均一に混合することにより製造することができる。
＜２．接続構造体及びその製造方法＞
次に、前述した異方性導電接着剤を用いた接続構造体について説明する。本実施の形態における接続構造体は、第１の電子部品の端子と、第２の電子部品の端子とが導電性粒子を介して電気的に接続され、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間にダイヤモンド粒子が捕捉されている。
本実施の形態における電子部品としては、熱を発するドライバーＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のチップ（素子）が好適である。
図１は、ＬＥＤ実装体の構成例を示す断面図である。このＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子と基板とを、前述した導電性粒子と、導電性粒子よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子とが接着剤成分中に分散された異方性導電接着剤を用いて接続したものである。
ＬＥＤ素子は、例えばサファイヤからなる素子基板１１上に、例えばｎ−ＧａＮからなる第１導電型クラッド層１２と、例えばＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層からなる活性層１３と、例えばｐ−ＧａＮからなる第２導電型クラッド層１４とを備え、いわゆるダブルヘテロ構造を有する。また、第１導電型クラッド層１２上の一部に第１導電型電極１２ａを備え、第２導電型クラッド層１４上の一部に第２導電型電極１４ａを備える。ＬＥＤ素子の第１導電型電極１２ａと第２導電型電極１４ａとの間に電圧を印加すると、活性層１３にキャリアが集中し、再結合することにより発光が生じる。
基板は、基材２１上に第１導電型用回路パターン２２と、第２導電型用回路パターン２３とを備え、ＬＥＤ素子の第１導電型電極１２ａ及び第２導電型電極１４ａに対応する位置にそれぞれ電極２２ａ及び電極２３ａを有する。
異方性導電接着剤は、前述と同様、導電性粒子３１と、導電性粒子３１よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子３２とがバインダー３３に分散されている。
図１に示すように、ＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）と、基板の端子（電極２２ａ、２３ａ）とが導電性粒子３１を介して電気的に接続され、ＬＥＤ素子の端子と基板の端子との間にダイヤモンド粒子３２が捕捉されている。
これにより、ＬＥＤ素子の活性層１３で発生した熱を効率良く基板側に逃がし、発光効率の低下を防ぎ、ＬＥＤ実装体を長寿命化させることができる。また、ダイヤモンド粒子３２が、白又は灰色の無彩色であることにより、活性層１３からの光を反射し、高い輝度を得ることができる。
また、フリップチップ実装するためのＬＥＤ素子は、図２に示すように、パッシベーション１０５により、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）が大きく設計されているため、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）と基板の端子（回路パターン２２、２３）との間に導電性粒子３１及び熱伝導粒子３２がより多く捕捉される。これにより、ＬＥＤ素子の活性層１３で発生した熱をさらに効率良く基板側に逃がすことができる。
次に、上述した接続構造体の製造方法について説明する。本実施の形態における実装体の製造方法は、前述した導電性粒子と、導電性粒子よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子とが接着剤成分中に分散された異方性導電接着剤を、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間に挟み、第１の電子部品と第２の電子部品とを熱圧着する。
これにより、第１の電子部品の端子と、第２の電子部品の端子とが導電性粒子を介して電気的に接続され、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間にダイヤモンド粒子が捕捉されてなる接続構造体を得ることができる。
本実施の形態における接続構造体の製造方法は、熱圧着時に導電性粒子が潰れ、対向する端子間にダイヤモンド粒子が捕捉されるため、高い放熱性及び高い接続信頼性を得ることができる。
＜３．実施例＞
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜３．１ ダイヤモンド粒子の含有量について＞
本実験では、異方性導電接着剤（ＡＣＰ）を作製し、ＬＥＤ実装体を作製し、ダイヤモンド粒子の含有量について検討した。異方性導電接着剤の作製、ＬＥＤ実装体の作製、ＬＥＤ実装体の放熱性の評価、電気特性の評価、及び導電性粒子の潰れ具合を評価は、次のように行った。
［異方性導電接着剤の作製］
エポキシ硬化系接着剤（エポキシ樹脂（商品名：ＣＥＬ２０２１Ｐ、（株）ダイセル化学製）及び酸無水物（ＭｅＨＨＰＡ、商品名：ＭＨ７００、新日本理化（株）製）を主成分としたバインダー）中に、樹脂粒子の表面にＡｕが被覆された平均粒径５μｍの導電性粒子（品名：ＡＵＬ７０５、積水化学工業社製）を１０質量％配合した。この樹脂組成物にダイヤモンド粒子を配合し、熱伝導性を有する異方性導電接着剤を作製した。
［ＬＥＤ実装体の作製］
異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ（青色ＬＥＤ、Ｖｆ＝３．２Ｖ（Ｉｆ＝２０ｍＡ））をＡｕ電極基板に搭載した。異方性導電接着剤をＡｕ電極基板に塗布した後、ＬＥＤチップをアライメントして搭載し、２００℃−２０秒−１ｋｇ／ｃｈｉｐの条件で加熱圧着を行った。Ａｕ電極基板は、バンプボンダーにてＡｕバンプを形成した後、フラットニング処理を行ったものを使用した（ガラスエポキシ基板、導体スペース＝１００μｍＰ、Ｎｉ／Ａｕメッキ＝５．０／０．３μｍ、金バンプ＝１５μｍｔ）。
［放熱性の評価］
過渡熱抵抗測定装置（ＣＡＴＳ電子設計社製）を用いて、ＬＥＤ実装体の熱抵抗値（℃／Ｗ）を測定した。測定条件はＩｆ＝２００ｍＡ（定電流制御）で行った。
［電気特性の評価］
初期Ｖｆ値として、Ｉｆ＝２０ｍＡ時のＶｆ値を測定した。また、８５℃、８５％ＲＨ環境下でＬＥＤ実装体をＩｆ＝２０ｍＡで５００時間点灯させ（高温高湿試験）、Ｉｆ＝２０ｍＡ時のＶｆ値を測定した。接続信頼性の評価は、導通の破断（ＯＰＥＮ）を確認した場合を×、ショート（初期Ｖｆ値よりも５％以上低下）を確認した場合を△、それ以外を○と評価した。
［導電性粒子の潰れ具合の評価］
ボンディング後のＬＥＤ実装体のＬＥＤチップを剥離し、バンプ上に捕捉されている導電性粒子の状態を金属顕微鏡で観察した。目視により、最適な潰れ具合（導電性粒子が半分ほど潰れている状態）を良、導電性粒子が潰れきっていない状態（導電性粒子の潰れ具合が半分以下の状態）を不足と評価した。
［実施例１］
熱伝導フィラーとして、平均粒径（Ｄ５０）が２．０μｍのダイヤモンド粒子（商品名：ＩＲＭ、トーメイダイヤ社製）を８体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗の測定結果は、１７３℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［実施例２］
熱伝導フィラーとして、ダイヤモンド粒子（商品名：ＩＲＭ、トーメイダイヤ社製）を１２体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗の測定結果は、１６０℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［実施例３］
熱伝導フィラーとして、ダイヤモンド粒子（商品名：ＩＲＭ、トーメイダイヤ社製）を２０体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗の測定結果は、１３８℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［実施例４］
熱伝導フィラーとして、ダイヤモンド粒子（商品名：ＩＲＭ、トーメイダイヤ社製）を５０体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗の測定結果は、１２３℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［実施例５］
熱伝導フィラーとして、ダイヤモンド粒子（商品名：ＩＲＭ、トーメイダイヤ社製）を６０体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗の測定結果は、１２８℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で×であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は不足であった。
［比較例１］
ダイヤモンド粒子を配合せずに異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗の測定結果は、２００℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［比較例２］
熱伝導フィラーとして、平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍのダイヤモンド粒子（商品名：ＩＲＭ、トーメイダイヤ社製）を２０体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を得た。
このＬＥＤ実装体の熱抵抗は、初期の導通信頼性評価において破断を確認したため、測定できなかった。また、導通信頼性の評価は、初期で△、高温高湿試験後で×であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は不足であった。
表１及び表２に、実施例１〜５及び比較例１、２の評価結果を示す。
Figure 2014065765
Figure 2014065765
比較例１のように、ダイヤモンド粒子添加していないＡＣＰを用いた場合、ＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が２００(℃／Ｗ)であった。このＬＥＤ実装サンプルを８５℃８５％ＲＨ環境下での点灯保存試験では試験５００ｈにおいて電気接続信頼性も良好であった。また、導電粒子の潰れ具合は最適であった。
実施例１のように、ダイヤモンド粒子(２μｍ)をバインダーに対して８体積％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１７３(℃／Ｗ)であり、比較例１よりも熱抵抗値を下げることができ、ＬＥＤパッケージの放熱特性を向上させることができた。さらに、ＬＥＤ実装サンプルを８５℃８５％ＲＨ環境下で５００ｈ点灯させた点灯保存試験でも、接続信頼性が艮好であった。また、導電粒子の潰れ具合も最適であった。
実施例２のように、ダイヤモンド粒子(２μｍ)をバインダーに対して１２体積％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１６０（℃／Ｗ）であり、比較例１よりも熱抵抗値を下げることができ、ＬＥＤパッケージの放熱特性を向上させることができた。さらに、ＬＥＤ実装体を８５℃８５％ＲＨ環境下で５００ｈ点灯させた点灯保存試験でも、接続信頼性が艮好であった。また、導電粒子の潰れ具合も最適であった。
実施例３のように、ダイヤモンド粒子(２μｍ)をバインダーに対して２０体積％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１３８（℃／Ｗ）であり、比較例１よりも熱抵抗値を下げることができ、ＬＥＤパッケージの放熱特性を向上させることができた。さらに、ＬＥＤ実装体を８５℃８５％ＲＨ環境下で５００ｈ点灯させた点灯保存試験でも、接続信頼性が艮好であった。また、導電粒子の潰れ具合も最適であった。
実施例４のように、ダイヤモンド粒子(２μｍ)をバインダーに対して５０体積％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１２３（℃／Ｗ）であり、比較例１よりも熱抵抗値を下げることができ、ＬＥＤパッケージの放熱特性を向上させることができた。さらに、ＬＥＤ実装体を８５℃８５％ＲＨ環境下で５００ｈ点灯させた点灯保存試験でも、接続信頼性が艮好であった。また、導電粒子の潰れ具合も最適であった。
実施例５のように、ダイヤモンド粒子(２μｍ)をバインダーに対して６０体積％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１２８（℃／Ｗ）であり、比較例１よりも熱抵抗値を下げることができ、ＬＥＤパッケージの放熱特性を向上させることができた。しかしながら、ＬＥＤ実装体を８５℃８５％ＲＨ環境下で５００ｈ点灯させた点灯保存試験では、初期Ｖｆ値よりも５％以上の低下が見られた。また、導電性粒子の潰れ具合を確認したところ、過剰量のダイヤモンド粒子がバンプ上でスペーサーの役割をしており、導電性粒子の潰れ具合が不十分であった。
比較例２のように、ダイヤモンド粒子（２０μｍ）をバインダーに対して２０体積％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、初期Ｖｆ値の測定で導通の破断を確認した。また、導電性粒子の潰れ具合を確認したところ、粒径の大きいダイヤモンド粒子がバンプ上でスペーサーの役割をし、導電性粒子が満足に潰れていなかった。さらに、大きな粒子がチヅブに食い込み、ＬＥＤ素子のチップ破壌を起こしていた。
以上のように、異方性導電接着剤にダイヤモンド粒子を添加することにより、ＬＥＤパッケージの熱抵抗値を下げることができ、ＬＥＤ素子からでた熱を効率よく基板側へ放熱することができた。また、ダイヤモンド粒子を異方性導電接着剤に対して８〜５０体積％配合することにより、高い接続信頼性を得ることができた。
＜３．２ ダイヤモンド粒子以外の熱伝導性粒子について＞
本実験では、ダイヤモンド粒子以外の熱伝導性粒子を用いた異方性導電接着剤（ＡＣＰ）を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。異方性導電接着剤の作製、ＬＥＤ実装体の作製、電気特性の評価、及び導電性粒子の潰れ具合を評価は、前述の＜３．１ ダイヤモンド粒子の配合量について＞と同様に行い、ＡＣＰ硬化物の熱伝導率の測定は、次のように行った。
＜ＡＣＰ硬化物の熱伝導率測定＞
異方性導電接着剤をガラス板で挟み込み、これを１５０℃、１時間の条件で硬化し、厚み１ｍｍｔの硬化物を得た。そして、レーザーフラッシュ法による測定装置（キセノンフラッシュアナライザーＬＦＡ４４７、ＮＥＴＺＳＣＨ製）を用いて、硬化物の熱伝導率の測定を行った。
［比較例３］
熱伝導フィラーとして、平均粒径（Ｄ５０）が０．７μｍのアルミナ粒子（外観：透明／白色、屈折率：１．７６、電気抵抗率：１×１０１５Ω・ｃｍ、熱伝導率：３８Ｗ／（ｍ・Ｋ）を２３体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
ＡＣＰ硬化物の熱伝導率は０．５４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＬＥＤ実装体の熱抵抗は１８１℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［比較例４］
平均粒径（Ｄ５０）が１．１μｍの窒化アルミ粒子（外観：灰色、電気抵抗率：０．１×１０１５Ω・ｃｍ、熱伝導率：２００Ｗ／（ｍ・Ｋ））を２０体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
ＡＣＰ硬化物の熱伝導率は０．５８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＬＥＤ実装体の熱抵抗は１７０℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で○であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
［比較例５］
平均粒径（Ｄ５０）が１．５μｍの銀粒子（外観：銀光沢／灰色、電気抵抗率：１．６×１０−６Ω・ｃｍ、熱伝導率：４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を１２体積％配合して異方性導電接着剤を作製し、ＬＥＤ実装体を作製した。
ＡＣＰ硬化物の熱伝導率は０．３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ＬＥＤ実装体の熱抵抗は１３３℃／Ｗであった。また、導通信頼性の評価は、初期で○、高温高湿試験後で△であった。また、導電性粒子の潰れ具合の評価は良であった。
表３に、実施例３、比較例３〜５の評価結果を示す。
Figure 2014065765
比較例３のように、アルミナ粒子をバインダーに対して２３％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１８１℃／Ｗであり、同様な熱伝導フィラー配合量である実施例３よりも熱抵抗が高く、高い放熱特性が得られなかった。
比較例４のように、窒化アルミ粒子をバインダーに対して２０％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１７０℃／Ｗであり、同様な熱伝導フィラー配合量である実施例３よりも熱抵抗が高く、高い放熱特性が得られなかった。
比較例５のように、窒化アルミ粒子をバインダーに対して１２％添加したＡＣＰを用いたＬＥＤ実装体は、熱抵抗値が１３３℃／Ｗであり、同様な熱伝導フィラー配合量である実施例３と同等の高い放熱特性が得られた。しかしながら、ＬＥＤ実装体を８５℃８５％ＲＨ環境下で５００ｈ点灯させた点灯保存試験では、初期Ｖｆ値よりも５％以上の低下が見られた。
１１ 素子基板、１２ 第１導電型クラッド層、１３ 活性層、１４ 第２導電型クラッド層、１５ パッシベーション、２１ 基材、２２ 第１導電型用回路パターン、２３ 第２導電型用回路パターン、３１ 導電性粒子、３２ ダイヤモンド粒子、３３ バインダー、１０１ 素子基板、１０２ 第１導電型クラッド層、１０３ 活性層、１０４ 第２導電型クラッド層、１０５ パッシベーション、２０１ 基材、２０２ 第１導電型用回路パターン、２０３ 第２導電型用回路パターン、３０１ ワイヤーボンド、３０２ ダイボンド材、３０３ 導電性ペースト、３０４ 封止樹脂、３０５ バインダー、３０６ 導電性粒子、３０７ 金スズ合金

Claims (7)

  1. 導電性粒子と、前記導電性粒子よりも平均粒径が小さいダイヤモンド粒子とがバインダーに分散されてなる異方性導電接着剤。
  2. 前記ダイヤモンド粒子の含有量が、８〜５０体積％である請求項１記載の異方性導電接着剤。
  3. 前記ダイヤモンド粒子が、白又は灰色の無彩色である請求項１又は２記載の異方性導電接着剤。
  4. 熱抵抗値が２００℃／Ｗ未満である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異方性導電接着剤。
  5. 第１の電子部品の端子と、第２の電子部品の端子とが導電性粒子を介して電気的に接続され、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間にダイヤモンド粒子が捕捉されてなる接続構造体。
  6. 第１の電子部品が、ＬＥＤ素子であり、
    第２の電子部品が、基板である請求項５記載の接続構造体。
  7. 前記ダイヤモンド粒子が、白又は灰色の無彩色である請求項６記載の接続構造体。
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