JP2014160708A - 異方性導電接着剤、発光装置及び異方性導電接着剤の製造方法 - Google Patents

異方性導電接着剤、発光装置及び異方性導電接着剤の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】放射光の強度が高い発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ２０は、異方性導電接着剤１２によって、電極基板１１に接着されている。異方性導電接着剤１２に含有される導電粒子１は、樹脂粒子２を有しており、樹脂粒子２の表面には、電界メッキ法によって金属薄膜から成る下地層３が形成されている。下地層３の表面にはスパッタリング法で形成された銀合金の光反射層４が形成されており、下地層３の表面は平坦であり、スパッタリング粒子によるダメージが無いから、光反射層４の反射率は高い。光反射層は、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計を１００重量％としたとき、Ｂｉを０．１重量％以上３．０重量％以下の値、Ｎｄを０．１重量％以上２．０重量％以下の値で含有するスパッタリングターゲットを用いた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を電極基板に異方性導電接続するために使用する異方性導電接着剤およびその異方性導電接着剤でＬＥＤ素子を電極基板に実装してなるＬＥＤ発光装置に関する。
近年、ＬＥＤを用いた光機能素子が注目されている。
このような光機能素子としては、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。
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、図７(ａ)〜(ｃ)に示すように、従来、種々のものが知られている。
図７(ａ)は、ワイヤボンディングによる実装方法である。
図７(ａ)に示す発光装置１０１では、ＬＥＤチップ１０３の第１及び第２の電極１０４、１０５を上側(配線基板１０２と反対側)にした状態で、ＬＥＤチップ１０３を配線基板１０２上にダイボンド接着剤１１０、１１１によって固定する。
そして、ボンディングワイヤ１０６、１０８によって配線基板１０２上の第１及び第２のパターン電極１０７、１０９とＬＥＤチップ１０３の第１及び第２の電極１０４、１０５をそれぞれ電気的に接続する。
図７(ｂ)は、導電性ペーストによる実装方法である。
図７(ｂ)に示す発光装置１２１では、ＬＥＤチップ１０３の第１及び第２の電極１０４、１０５を配線基板１０２側に向けた状態で、これら第１及び第２の電極１０４、１０５と配線基板１０２の第１及び第２のパターン電極１２４、１２５とを、例えば銅ペースト等の導電性ペースト１２２、１２３によって電気的に接続するとともに、封止樹脂１２６、１２７によってＬＥＤチップ１０３を配線基板１０２上に接着する。
図７(ｃ)は、異方性導電接着剤による実装方法である。
図７(ｃ)に示す発光装置１３１では、ＬＥＤチップ１０３の第１及び第２の電極１０４、１０５を配線基板１０２側に向けた状態で、これら第１及び第２の電極１０４、１０５と、配線基板１０２の第１及び第２のパターン電極１２４、１２５上に設けたバンプ１３２、１３３とを、異方性導電接着剤１３４中の導電性粒子１３５によって電気的に接続するとともに、異方性導電接着剤１３４中の絶縁性接着剤樹脂１３６によってＬＥＤチップ１０３を配線基板１０２上に接着する。
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実装方法においては、金からなるボンディングワイヤ１０６、１０８が例えば波長が４００〜５００ｎｍの光を吸収するため、発光効率が低下してしまう。
また、この方法の場合、オーブンを用いてダイボンド接着剤１１０、１１１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。
一方、導電性ペースト１２２、１２３を用いる実装方法では、導電性ペースト１２２、１２３のみの接着力は弱く、封止樹脂１２６、１２７による補強が必要となるが、この封止樹脂１２６、１２７により、導電性ペースト１２２、１２３内へ光が拡散したり、導電性ペースト１２２、１２３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。
また、この方法の場合、オーブンを用いて封止樹脂１２６、１２７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。
他方、異方性導電接着剤１３４を用いる実装方法では、異方性導電接着剤１３４中の導電性粒子１３５の色が茶色であるため絶縁性接着剤樹脂１３６の色も茶色になり、異方性導電接着剤１３４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。
このような問題を解決するため、光の反射率が高く、電気抵抗が低い銀(Ａｇ)を用いて導電層を形成することによって光の吸収を抑え、発光効率を低下させることのない異方性導電接着剤を提供することも提案されている。
しかし、銀は化学的に不安定な材料であるため、酸化や硫化しやすいという問題があり、また、熱圧着後において、通電を行うことによってマイグレーションが発生し、これにより配線部分の断線や接着剤の劣化による接着強度の低下を引き起こすという問題がある。
かかる問題を解決するため、例えば特許文献４に記載されているように、反射率、耐食性、耐マイグレーション性に優れたＡｇ系薄膜合金も提案されている。
このＡｇ系薄膜合金を導電性粒子の表面に被覆すれば、耐食性、耐マイグレーション性は向上するが、このＡｇ系薄膜合金を最表層に用い、下地層に例えばニッケルを用いると、ニッケルの反射率がＡｇより低いため、導電性粒子全体の反射率が低下してしまうという問題がある。
また、導電性粒子１３５の表面に、ＡｕやＮｉが露出すると、光の吸収によって、発光効率が低下する。
特開２００５−１２０３７５号公報 特開平５−１５２４６４号公報 特開２００３−２６７６３号公報 特開２００８−２６６６７１号公報
本発明の課題は、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の放出光の強度が高い発光装置を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明は、導電粒子と、接着バインダーとを含有し、ＬＥＤ素子を電極基板に接着させ、前記ＬＥＤ素子の電極と前記電極基板の電極とを電気接続させる異方性導電接着剤であって、前記導電粒子は、樹脂粒子と、前記樹脂粒子表面に電解メッキ法で形成され、０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚の金属薄膜から成る下地層と、前記下地層表面にスパッタリング法で形成され、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして、前記下地層の表面に形成された光反射層とを有する異方性導電接着剤である。
また本発明は、前記異方性導電接着剤の硬化物の反射率が、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長領域において、３０％以上である異方性導電接着剤である。
また、本発明は、前記下地層はニッケル薄膜である異方性導電接着剤である。
また、本発明は、加熱硬化絶縁性の前記接着バインダー１００重量部に対して、前記導電粒子を１重量部以上１００重量部以下の範囲で含有する異方性導電接着剤である。
また、本発明は、ＬＥＤ素子と、基板とが、接着剤に導電粒子が含有された異方性導電接着剤で接着された発光装置であって、前記導電粒子は、樹脂粒子と、前記樹脂粒子表面に電解メッキ法で形成された０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚の金属薄膜から成る下地層と、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして前記下地層表面に形成された光反応層、とを有する発光装置である。
また、本発明は、前記下地層は、ニッケル薄膜である発光装置である。
また、本発明は、導電性粒子を接着剤に分散させて異方性導電接着剤を製造する異方性導電接着剤の製造方法であって、樹脂粒子の表面に電解メッキ法によって０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚の金属薄膜から成る下地層を形成し、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして前記下地層の表面に光反射層を形成して前記導電粒子を形成する異方性導電接着剤の製造方法である。
本発明によれば、異方性導電接着剤の３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の光に対する反射率が高く、導電粒子の耐マイグレーション性も高いので、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の発光光の強度が高く、信頼性も高い発光装置が得られる。
(ａ)：本発明の異方性導電接着剤を説明するための図 (ｂ)：異方性導電接着剤に分散される導電粒子の断面図 (ａ)：電極基板上に異方性導電接着剤を塗布した状態を示す断面図 (ｂ)：ＬＥＤ発光装置を説明するための断面図 本発明に用いられる青色ＬＥＤ素子の発光光のピークを説明するためのグラフ 青色ＬＥＤ素子と蛍光体を用いた本発明の発光装置の放出光の波長分布を示すグラフ 赤、緑、青のＬＥＤ素子の発光光のピークを説明するためのグラフ 本発明に用いられる導電粒子と比較例の金薄膜が形成された導電粒子の反射率と波長の関係を示すグラフ (ａ)：ワイヤボンディングによる実装方法を説明するための断面図 (ｂ)：導電性ペーストを用いる工法を説明するための断面図 (ｃ)：異方性導電接着剤を用いる工法を説明するための断面図
まず、本発明の発光装置について説明する。
図２（ｂ）を参照し、本発明の発光装置７は、ＬＥＤ素子２０と、電極基板１１とを有している。
ＬＥＤ素子２０は切断された半導体基板から成る半導体チップ９を有しており、半導体チップ９の内部には不純物活性層（不図示）が形成され、半導体チップ９の一表面上には、２つの電極１３が離間して設けられている。
電極１３が設けられた半導体チップ９の表面上には、電極１３の少なくとも一部が露出するように、絶縁性の保護膜１７が形成されている。
電極基板１１は、ガラスエポキシ製の基板本体５を有しており、基板本体５上には、金属膜によって構成された２つの接続端子１５が離間して設けられている。
基板本体５の表面上には、接続端子１５の少なくとも一部が露出するように、絶縁性の保護膜２２が形成されており、接続端子１５の露出部分には、上部が平坦にされたバンプ６が設けられている。
なお、バンプ６は、電極基板１１の接続端子１５の表面上、または、ＬＥＤ素子２０の電極１３の表面上の、少なくともいずれか一方に形成されていれば良く、ＬＥＤ素子２０の電極１３上に形成されている場合でも、バンプ６の上部は、平坦であることが望ましい。ここでは、一個の接続端子１５の表面上に、上部が平坦なバンプ６は一個設けられている。
ＬＥＤ素子２０に設けられた２つの電極１３間の距離は、電極基板１１に設けられた２つのバンプ６間の距離と同じであり、ＬＥＤ素子２０と電極基板１１とは、ＬＥＤ素子２０と電極基板１１との間に未硬化の異方性導電接着剤が配置された状態で、電極１３とバンプ６とが一対一に対面して接触するように押圧されて、未硬化の異方性導電接着剤が硬化されてＬＥＤ素子２０が電極基板１１に固定されている。
図１(ａ)の符号２１は、硬化前の異方性導電接着剤を示している。
この異方性導電接着剤２１は、未硬化の状態では接着性を有するバインダー樹脂８と、バインダー樹脂８中に分散された導電粒子１とを有している。
バインダー樹脂８の種類は、特に限定されることはないが、透明性、接着性、耐熱性、機械的強度、電気絶縁性に優れる観点からは、エポキシ系樹脂と、その硬化剤とを含む組成物を好適に用いることができる。
エポキシ系樹脂は、具体的には、脂環式エポキシ化合物や複素環式エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物などである。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、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を好ましく使用することができる。
複素環系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。
水素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式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。
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、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。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など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１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、チレングリコール、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など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ｌｐ−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１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、トリメリット酸、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１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１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１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などから得られるグリシジルアミン１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。
また、硬化剤としては、酸無水物、イミダゾール化合物、ジシアンなどを挙げることができる。中でも、硬化剤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することができる。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。
なお、脂環式の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、脂環式酸無水物形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、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とができる。
バインダー樹脂８は、熱硬化性と、絶縁性とを有する樹脂であり、接着対象物にバインダー樹脂８が接触し、異方性導電接着剤２１が接着対象物に接着した状態で加熱されると、異方性導電接着剤２１は接着対象物に対して接着した状態で硬化される。
図２（ｂ）の符号１２は、硬化した異方性導電接着剤である。
硬化した状態の異方性導電接着剤１２でも導電粒子１が分散された状態が維持されており、電極１３とバンプ６との間には複数の導電粒子１が位置している。
未硬化の異方性導電接着剤２１は、基板本体５上に配置され、更に、その未硬化の異方性導電接着剤２１上にＬＥＤ素子２０が配置され、ＬＥＤ素子２０が未硬化の異方性導電接着剤２１に押圧されると、未硬化の異方性導電接着剤２１の基板本体５側の底面は、基板本体５の保護膜２２とバンプ６とに接触し、ＬＥＤ素子２０側の表面は、ＬＥＤ素子２０の保護膜１７と電極１３とに接触する。
この状態では、電極１３とバンプ６との間には複数の導電粒子１が位置しており、未硬化の異方性導電接着剤２１は、ＬＥＤ素子２０が電極基板１１に押圧されることで、導電粒子１は、電極１３とバンプ６との両方に接触し、電極１３とバンプ６とが電気的に確実に接続される。なお、硬化したバインダー樹脂１９は、絶縁性を有しており、電極１３とバンプ６の間の外側に位置する導電粒子１は、他の導電粒子１と非接触であり、電極１３間やバンプ６間は短絡しないようになっている。
ＬＥＤ素子２０には、内部にｐｎ接合（不図示）が形成されている。
接続端子１５を電源（不図示）の出力端子（不図示）に接続し、ｐｎ接合が順バイアスされるように、２つの接続端子１５間に電圧を印加すると、接続端子１５、バンプ６、導電粒子１、電極１３を通過してｐｎ接合部に電流が流れ、ｐｎ接合が発光する。
ＬＥＤ素子２０の表面のうち、電極基板１１と対面せず、外方に向けられた表面は発光光の放出面であり、透明パッケージ（不図示）で保護された状態で、大気中に発光光を放出するようにされている。
半導体チップ９や半導体チップ９上の保護膜１７は、発光光が透過する透明性を有しており、ｐｎ接合で生成された発光光のうち、放出面側に進行した発光光は半導体チップ９と保護膜１７と透明パッケージ等を通過し、発光装置７の外部に放出される。
硬化したバインダー樹脂１９も発光光に対して透明であり、電極基板１１と対向する面側に進行し、硬化した異方性導電接着剤１２に入射した発光光は、一部が導電粒子１に照射される。
図１(ｂ)に示すように、異方性導電接着剤１２、２１に含有された導電粒子１は、樹脂粒子２と、樹脂粒子２の表面に電解メッキ法によって形成され、０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の範囲の膜厚の金属薄膜から成る下地層３と、下地層３の表面にスパッタリング法によって形成された光反射層４とを有している。
樹脂粒子２については、特に限定されることはないが、高い導通信頼性を得る観点からは、例えば架橋ポリスチレン系、ベンゾグアナミン系、ナイロン系、ＰＭＭＡ（ポリメタクリレート）系などからなる樹脂粒子を好適に用いることができる。
樹脂粒子２の大きさは、特に限定されることはないが、高い導通信頼性を得る観点からは、平均粒径で３μｍ〜５μｍのものを好適に用いることができる。
ここでは、樹脂粒子２は、アクリル樹脂が球状に成形されて構成されており、表面を平滑にして反射率をより向上させる観点から、下地層３は、樹脂粒子２の表面に、電解メッキ法によって形成されたニッケル薄膜である。
光反射層４は、後述の含有率の範囲内で、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄを含有するスパッタリングターゲットが、スパッタリングガス(希ガス)によってスパッタされて形成された薄膜によって構成されている。
スパッタリング法は、物体に薄膜を形成する方法の一つであり、真空中で行うものである。スパッタリング法では、容器内を真空にした状態で、成膜対象物とスパッタリングターゲットとの間に電圧を印加してグロー放電を生じさせる。これにより発生した電子やイオンが高速でターゲットに衝突することにより、ターゲット材料の粒子が弾き飛ばされ、その粒子（スパッタ粒子）が成膜対象物の表面に付着して薄膜が形成される。
ここで、本発明のような微小な粒子にスパッタリングによって薄膜を形成する方法としては、一次粒子まで分散させた微粒子を装置内の容器にセットし、容器を回転させて微粒子を流動させるとよい。すなわち、このような流動状態の微粒子に対してスパッタリングを行うことにより、各微粒子の全面が成膜面となって、成膜面にターゲット材料のスパッタ粒子が衝突し、各微粒子の全面に薄膜を形成させることができる。
また、本発明に適用するスパッタリング法としては、二極スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、反応性スパッタリング法を含む公知のスパッタリング法を採用することが可能である。
スパッタリングの際、スパッタリング粒子が到達する成膜面には下地層３が露出しており、樹脂粒子２の表面は露出していない。スパッタリング粒子は、下地層３の表面に到着するから、樹脂粒子２の表面はスパッタリング粒子によるダメージは受けず、導電粒子１には、表面が平坦な光反射層４が形成されている。
従って、導電粒子１に入射した発光光は、下地層３の表面に形成された光反射層４によって反射され、ＬＥＤ素子２０が位置する方向に返光される。
光反射層４を形成したスパッタリングターゲットは、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄを含有する合金であり、ターゲット中のＡｇ、Ｂｉ、Ｎｄの含有率は、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計を１００重量％としたときに、Ｂｉの含有率は０．１重量％以上３．０重量％以下の値であり、Ｎｄの含有率は０．１重量％以上２．０重量％以下の値にされている。Ａｇの含有率は、１００重量％の値からＢｉの含有率とＮｄの含有率とを差し引いた値である。
この含有率でＡｇ、Ｂｉ、Ｎｄとを含有する銀合金薄膜は、金薄膜やＮｉ薄膜等の銀を含有しない薄膜の光反射率よりも高くなっており、特に、波長３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の範囲の光に対しの反射率が、金薄膜やＮｉ薄膜等の銀を含有しない薄膜に比べて高い。
本発明の発光装置７が有するＬＥＤ素子２０は、ここでは、図３に示すように、波長３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に強度が最も大きいピークが存在するＬＥＤ素子が用いられており、金薄膜やＮｉ薄膜等で反射される場合よりも強い反射光がＬＥＤ素子２０を通って、半導体チップ９の放出面から発光装置７の外部に放出されるが、本発明の発光装置７は、波長３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内にピークが存在するＥＬＤ素子を搭載するものに限定されるものではない。
また、本発明の場合、加熱硬化絶縁性のバインダー樹脂８に対する導電性粒子１の含有量は特に限定されることはないが、光反射率、耐マイグレーション性、絶縁性の確保を考慮すると、バインダー樹脂８を１００重量部に対し、導電性粒子１を１重量部以上１００重量部以下含有させることが好ましい。
バインダー樹脂８の内部には、導電粒子１の他、光反射性絶縁充填物（不図示）が分散されている。本例の光反射性絶縁充填物は、例えば、白色のＳｉＯ2であり、導電粒子１に入射せず、光反射性絶縁充填物に入射した発光光は、導電粒子１より低い反射率で反射され、反射光がＬＥＤ素子２０側に返光される。
また、基板本体５の表面は白色に着色されており、基板本体５表面に入射した発光光は、導電粒子１より低い反射率で反射され、ＬＥＤ素子２０側に返光される。
光反射性絶縁充填物や基板本体５の表面で反射された反射光も、ＬＥＤ素子２０を通って、放出面から外部に放出される。
なお、ＬＥＤ素子２０の発光光は、電極１３とバンプ６と接続端子１５は透過しない。
発光装置７の発光時間が長くなると、導電粒子１に電流が流れる時間が長くなり、Ａｇ薄膜では、(エレクトロ)マイグレーションによる断線を生じる。上記範囲の重量％の値でＢｉとＮｄを含有する銀合金薄膜は、純銀の薄膜に比べてマイグレーションが発生しにくい。従って、本発明の発光装置７では、マイグレーションによる断線が生じない。
金属薄膜の反射率の値は、入射光の波長によって変化する。
図６は、入射光の波長に対する反射率の関係を示すグラフであり、同図グラフの曲線ｆは、上記導電粒子１の光反射層４が、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％としたときに、Ｂｉが０．７重量％、Ｎｄが０．３重量％(Ａｇは９９重量％)の含有率で含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして形成されたときの、異方性導電接着剤の反射率である。
同図のグラフの曲線ｇは、表面にＡｕ層からなる光反射層が露出する導電粒子が分散された異方性導電接着剤の反射率を示している。
曲線ｆ、ｇの異方性導電接着剤は、導電粒子表面の光反射層の構成を除いて、他の構成は同一である。
図６から分かるように、本発明の異方性導電接着剤は、Ａｕ層の導電粒子と比較して、３６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲でも、反射率が３０％以上と大きな値になっている。
本発明の異方性導電接着剤によって基板に貼付した青色ＬＥＤ素子に加え、本発明の発光装置には、白色で点灯する発光装置が含まれる。例えば、図５に示した発光光の強度分布のように、青色、緑色、赤色のＬＥＤ素子が配置された発光装置も含まれる。
また、本発明の異方性導電接着剤によって基板に貼付されたＬＥＤ素子の近傍に蛍光体を配置し、放出光が図４に示す強度分布のような、白色の発光装置も含まれる。
なお、本発明に用いられる導電粒子の下地層は、ニッケル以外の金属薄膜であっても、電解メッキ法で形成されていればよく、例えば、金薄膜や、ニッケル薄膜と金薄膜の二層構造の金属薄膜も本発明に用いることができる。
＜導電粒子、異方性導電接着剤及び発光装置の製造工程＞
本発明の異方性導電接着剤の製造工程を説明する。
まず、粒径２μｍ〜１０μｍの樹脂粒子(ここではアクリル樹脂の粒子)をニッケルメッキ液内に浸漬させ、電解メッキ法によって、０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚のニッケル薄膜を下地層として樹脂粒子の表面に形成する。樹脂粒子の表面は下地層で覆われ、樹脂粒子の表面は露出しない。
予め、スパッタリング装置の内部に、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％としたときに、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットを配置しておき、表面に下地層が形成された樹脂粒子を、スパッタリング装置の内部に設けられた回転容器内に配置する。
スパッタリング装置の内部を真空雰囲気にしてスパッタリングガスを導入し、スパッタリングターゲットに電圧を印加してスパッタリングし、下地層の表面にスパッタリング粒子を到達させ、スパッタリングターゲットと同じ組成の銀合金から成る光反射層を下地層の表面に形成する。
このとき回転容器を回転させ、下地層が形成された樹脂粒子を回転容器内部で転がしながらスパッタリング粒子を下地層の表面に満遍なく到達させ、下地層表面に均一な膜厚の光反射層を形成し、下地層が露出しない導電粒子を得る。
樹脂粒子表面は露出しておらず、光反射層は、膜厚０．０３μｍ以上の金属薄膜の表面に形成されるから、スパッタリング粒子の衝撃による樹脂粒子の表面荒れは発生しない。なお、下地層は、スパッタリング法ではなく、電解メッキ法によって形成されるから、樹脂粒子の表面が荒れることはなく、表面が平坦な下地層が得られている。
光反射層が所定の厚みに形成された後、スパッタリングを終了して、スパッタリング装置から導電粒子を搬出する。図１（ｂ）は、導電粒子１の断面図である。
次に、熱硬化性樹脂から成るバインダー樹脂１００重量部に対して、スパッタリング装置から搬出した導電粒子を１重量部以上１００重量部以下の範囲で混合して分散させ、異方性導電接着剤を作成する。
図２（ａ）に示すように、未硬化で接着性を有する異方性導電接着剤１０を、電極基板１１のバンプ６上に配置し、次いで、同図(ｂ)に示すように、ＬＥＤ素子２０を異方性導電接着剤１０上に乗せ、押圧しながら加熱して硬化させる。
ＬＥＤ素子２０の電極１３は、電極基板１１の表面に向けられ、電極１３とバンプ６との間に導電粒子１が位置した状態で押圧しながら加熱し、異方性導電接着剤１０を硬化させる。
同図(ｂ)の符号１２は、硬化した異方性導電接着剤を示している。
導電粒子１は、電極１３とバンプ６とで挟まれて両方に接触しており、導電粒子１によって電極１３とバンプ６とが電気的に接続され、ＬＥＤ素子２０が電極基板１１に固定され、上述した発光装置７が得られる。
ＬＥＤ素子２０に電流が流れて発光すると、ＬＥＤ素子２０の半導体チップ９と電極基板１１とが対面する部分に位置する導電粒子１が発光光を反射させ、発光装置７の外部に放出させる。
なお、発光装置７の製造において、ＬＥＤ素子２０の全体を覆うように透明モールド樹脂（不図示）で封止することができる。
測定に用いるサンプルを説明する。
まず、アクリル樹脂粒子に電解メッキ法によってニッケル薄膜を下地層として形成した。次に、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％としたときに、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有する４種類のスパッタリングターゲットをスパッタリングして下地層の表面に光反射層をそれぞれ形成し、４種類の導電粒子を作成した。
作成した導電粒子はバインダー樹脂にそれぞれ分散させ、実施例１〜４の異方性導電接着剤を得た。ニッケル薄膜の膜厚は０．１０μｍ、光反射層の膜厚は、０．２μｍである。
実施例１〜４の異方性導電接着剤に分散された導電粒子の光反射層を形成したスパッタリングターゲットの組成を、下記表１の「光反射層」の欄中の「組成比」の欄に示す。
各実施例では、下地層はニッケル薄膜であり、光反射層は銀合金ターゲットをスパッタリングして形成した。下地層の膜厚と、光反射層の組成は、実施例１は、膜厚０．０３μｍ、Ａｇ：Ｂｉ：Ｎｄ＝９９：０．７：０．３、実施例２は、膜厚０．０３μｍ、Ａｇ：Ｂｉ：Ｎｄ＝９９．８：０．１：０．１、実施例３は膜厚０．３μｍ、光反射層の組成は実施例２と同じであり、実施例４は膜厚０．０３μｍ、Ａｇ：Ｂｉ：Ｎｄ＝９５：３：２、実施例５は、膜厚０．３μ、光反射層の組成は実施例１と同じである。
Figure 2014160708
次に、下地層を形成せず、樹脂粒子表面に、電解メッキ法によって形成した金薄膜から成る光反射層と、電解メッキ法によって形成したニッケル薄膜から成る光反射層と、銀合金ターゲットをスパッタリングして形成した光反射層とを形成して導電粒子を作成し、バインダー樹脂に分散させ、比較例１、２、５〜７の異方性導電接着剤を作成した。
また、樹脂粒子の表面に下地層としてニッケル薄膜を形成した後、ニッケル薄膜の表面に、純銀のスパッタリングターゲットと、本発明とはＡｇ、Ｂｉ、Ｎｄの含有率が異なるスパッタリングターゲットとをそれぞれスパッタリングして、純銀薄膜から成る光反射層と、銀合金薄膜から成る光反射層とをそれぞれ形成して導電粒子を作成し、バインダー樹脂にそれぞれ分散させ、比較例３、４の異方性導電接着剤を作成した。
比較例１〜７の導電粒子の光反射層の組成を、下記表２の「光反射層」の欄中の「組成比」の欄に示す。
Figure 2014160708
なお、各導電粒子のバインダー樹脂には、エポキシ硬化系接着剤(ダイセル社製CEL2021P-MeHHPA)を主成分に用いた。
＜樹脂粒子の色＞
実施例１〜５、比較例１〜７の各異方性導電接着剤に含有させる樹脂粒子の色を観察した。観察結果を表１、２の「粒子外観」の欄に示す。比較例１、２の導電粒子は着色されており、発光素子の反射光は着色されて返光されることが分かる。
＜反射率測定＞
実施例１〜５、比較例１〜７の各異方性導電接着剤を、白色板に厚み１００μｍで塗布し、加熱硬化装置内に搬入して加熱硬化させた後、反射率を分光測色計(コニカミノルタ社製ＣＭ−３６００ｄ)によって測定した。硬化は、２００℃、一分間の加熱条件で行った。
測定結果は、上記表１、２の「反射率」の欄に示す。
＜光学特性＞
Ａｕバンプ付きＬＥＤ実装用Ａｕ電極が設けられた電極基板(ガラスエポキシ基板)の表面に、実施例１〜５、比較例１〜７の各異方性導電接着剤を塗布してＬＥＤ素子を搭載し、実施例１〜５、比較例１〜７の異方性導電接着剤をそれぞれ用いた発光装置を作成した。
ＬＥＤ素子の搭載は、２００℃、１ｋｇ／素子の押圧圧力、２０秒間の加熱圧着条件で行った。
得られた発光装置には、３．２Ｖの電圧を印加してＬＥＤ素子に２０ｍＡの電流を流して発光させた。発光装置からの放出光は、全光量測定装置（大塚電子株式会社製の全光束測定システム（積分球）ＬＥ−２１００）を用いて、実施例１〜５、比較例１〜７の各発光装置について、全光束量を測定した。測定条件は、常温常湿度である。
測定結果は、表１、２の「光学特性」の「初期」の欄に示す。
また、実施例１〜５、比較例１〜７の各発光装置を、８５℃、８５％ＲＨの環境下に置いて５００時間点灯させた後、同じ測定装置によって全光束量を測定し、初期の全光束量と、５００時間点灯後の全光束量の差との比である全光束量変化率を算出した。
算出結果は、表１、２の「全光束量変化率」の欄に示す。
Ａｇの含有率が高い比較例３、４は、反射率が高いものの、全光束量変化率が高く、経時変化性に劣る。
＜信頼性試験＞
全光束量の測定に用いた電極基板は、幅１００μｍのスペースを開けて電極が平行に設けられており、実施例１〜５、比較例１〜７の異方性導電接着剤は、電極と接触して塗布され、電極間や、バンプ間は異方性導電接着剤によって充填されている。
８５℃、８５％ＲＨの環境下に置いて５００時間点灯させた結果、Ａｇの含有率が高い比較例３、４の電極間にリーク電流が検出された。表１、２の導通信頼性の欄には、比較例３、４に「×」を記載しておく。
比較例３、４では導電粒子の変色が観察され、マイグレーションの発生が確認された。
＜結論＞
表２の測定結果から分かるように、下地層を設けない場合は、反射率の値が悪い。
他方、表１の測定結果から分かるように、０．０３μｍ以上３μｍ以下の範囲の膜厚の電解メッキ法で形成された金属膜から成る下地層表面に光反射層を形成する場合、スパッタリング法で形成しても樹脂粒子表面が下地層で覆われているため、下地層は荒れず、光反射層は平坦な表面に形成されるため、光反射層の反射率が高くなっている。
特に、Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有する銀合金薄膜から成る光反射層は、図６に示すように、可視光の短波長側の光反射率が高いので、青色ＬＥＤ素子を基板に搭載する異方性導電接着剤に適している。
１……導電粒子
２……樹脂粒子
３……下地層
４……光反射層
７……発光装置
９……半導体チップ
１１……電極基板
１０、１２、２１……異方性導電接着剤
２０……ＬＥＤ素子

Claims (7)

  1. 導電粒子と、接着バインダーとを含有し、
    ＬＥＤ素子を電極基板に接着させ、前記ＬＥＤ素子の電極と前記電極基板の電極とを電気接続させる異方性導電接着剤であって、
    前記導電粒子は、樹脂粒子と、前記樹脂粒子表面に電解メッキ法で形成され、０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚の金属薄膜から成る下地層と、
    前記下地層表面にスパッタリング法で形成され、
    Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして、前記下地層の表面に形成された光反射層とを有する異方性導電接着剤。
  2. 前記異方性導電接着剤の硬化物の反射率が、３６０ｎｍ以上７４０ｎｍ以下の波長領域において、３０％以上である請求項１記載の異方性導電接着剤。
  3. 前記下地層はニッケル薄膜である請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の異方性導電接着剤。
  4. 加熱硬化絶縁性の前記接着バインダー１００重量部に対して、
    前記導電粒子を１重量部以上１００重量部以下の範囲で含有する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の異方性導電接着剤。
  5. ＬＥＤ素子と、基板とが、接着剤に導電粒子が含有された異方性導電接着剤で接着された発光装置であって、
    前記導電粒子は、樹脂粒子と、前記樹脂粒子表面に電解メッキ法で形成された０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚の金属薄膜から成る下地層と、
    Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして前記下地層表面に形成された光反応層、とを有する発光装置。
  6. 前記下地層は、ニッケル薄膜である請求項５記載の発光装置。
  7. 導電性粒子を接着剤に分散させて異方性導電接着剤を製造する異方性導電接着剤の製造方法であって、
    樹脂粒子の表面に電解メッキ法によって０．０３μｍ以上３．０μｍ以下の膜厚の金属薄膜から成る下地層を形成し、
    Ａｇ、Ｂｉ、Ｎｄの合計重量を１００重量％として、Ｂｉが０．１重量％以上３．０重量％以下、Ｎｄが０．１重量％以上２．０重量％以下の範囲でＡｇとＢｉとＮｄとを含有するスパッタリングターゲットをスパッタリングして前記下地層の表面に光反射層を形成して前記導電粒子を形成する異方性導電接着剤の製造方法。
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