JP2020047590A - 導電フィルム及び接続構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る導電フィルムは、バインダー樹脂と、硬化剤及び硬化促進剤の内の少なくとも1種と、フラックスと、複数のはんだ粒子とを含む。本発明に係る導電フィルムでは、上記はんだ粒子の平均粒子径が、10μm以下である。本発明に係る導電フィルムでは、上記導電フィルムの厚みの上記はんだ粒子の平均粒子径に対する比(導電フィルムの厚み/はんだ粒子の平均粒子径)が、1.5以上である。
上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだにより形成されている。上記はんだ粒子は、中心部分及び外表面のいずれもがはんだである粒子である。上記はんだ粒子の代わりに、はんだ以外の材料から形成された基材粒子と該基材粒子の表面上に配置されたはんだ部とを備える導電性粒子を用いた場合には、電極上に導電性粒子が集まり難くなる。また、上記導電性粒子では、導電性粒子同士のはんだ接合性が低いために、電極上に移動した導電性粒子が電極外に移動しやすくなる傾向がある。
ρ:はんだ粒子の粒子径の標準偏差
Dn:はんだ粒子の粒子径の平均値
上記導電フィルムは、バインダー樹脂を含む。上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、公知の絶縁性の樹脂が用いられる。上記バインダー樹脂は、熱可塑性成分(熱可塑性化合物)又は硬化性成分を含むことが好ましく、硬化性成分を含むことがより好ましい。上記硬化性成分としては、光硬化性成分及び熱硬化性成分が挙げられる。上記光硬化性成分は、光硬化性化合物と、光重合開始剤とを含むことが好ましい。上記熱硬化性成分は、熱硬化性化合物と、硬化剤として熱硬化剤を含むことが好ましい。上記導電フィルムでは、上記バインダー樹脂は完全に硬化していないことが好ましい。上記バインダー樹脂は加熱等によりBステージ化していてもよい。
上記熱硬化性化合物は特に限定されない。上記熱硬化性化合物としては、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。導電フィルムの硬化性及び粘度をより一層良好にする観点、接続されるべき電極間の導通信頼性をより一層効果的に高める観点、及び接続されてはならない電極間の絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点からは、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物が好ましく、エポキシ化合物がより好ましい。上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物を含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記導電フィルムは、硬化剤及び硬化促進剤の内の少なくとも1種を含む。上記導電フィルムは、硬化剤又は硬化促進剤を含む。上記導電フィルムは、上記硬化剤を含んでいてもよく、上記硬化促進剤を含んでいてもよく、上記硬化剤と上記硬化促進剤との双方を含んでいてもよい。上記導電フィルムが上記硬化剤を含む場合に、上記導電フィルムは上記硬化促進剤を含んでいなくてもよい。上記導電フィルムが上記硬化促進剤を含む場合に、上記導電フィルムは上記硬化剤を含んでいなくてもよい。上記硬化剤は特に限定されない。上記硬化剤は、熱硬化剤であることが好ましい。上記導電フィルムは、上記熱硬化性化合物と共に、上記熱硬化剤を含むことが好ましい。
上記硬化促進剤は特に限定されない。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、上記熱硬化性化合物との反応において硬化触媒として作用することが好ましい。上記硬化促進剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記導電フィルムは、フラックスを含む。フラックスを用いることで、電極上にはんだをより一層効率的に配置することができる。上記フラックスは特に限定されない。上記フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを用いることができる。
本発明に係る導電フィルムは、フィラーを含んでいてもよい。上記フィラーは、有機フィラーであってもよく、無機フィラーであってもよい。上記導電フィルムがフィラーを含むことにより、基板の全電極上に対して、はんだをより一層均一に凝集させることができる。また、上記導電フィルムがフィラーを含むことにより、上記導電フィルム中に上記はんだ粒子をより一層均一に分散させることができる。
上記導電フィルムは、必要に応じて、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、チキソ剤、レベリング剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤及び難燃剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
本発明に係る接続構造体は、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、上記第1の接続対象部材と、上記第2の接続対象部材を接続している接続部とを備える。本発明に係る接続構造体では、上記接続部の材料が、上述した導電フィルムである。本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極と上記第2の電極とが、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている。
バインダー樹脂1:ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(重量平均分子量43000)、GABRIEL PERFORMANCE PRODUCTS社製「PKHC」
バインダー樹脂2:ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(重量平均分子量52000)、GABRIEL PERFORMANCE PRODUCTS社製「PKHH」
バインダー樹脂3:ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(重量平均分子量57000)、GABRIEL PERFORMANCE PRODUCTS社製「PKHJ」
バインダー樹脂4:ビスフェノールF型エポキシ樹脂、DOW社製「DER354」
バインダー樹脂5:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、DIC社製「EXA−850CRP」
バインダー樹脂6:フェノールノボラック型エポキシ化合物、DOW社製「DEN431」
硬化剤1:酸無水物硬化剤、新日本理化社製「リカシッドTH」
硬化剤2:チオール硬化剤、SC有機化学社製「TMMP」、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)
硬化剤3:潜在性マイクロカプセル化イミダゾール硬化剤、旭化成ケミカルズ社製「ノバキュアHX3941HP」
硬化促進剤1:三フッ化ホウ素、アルドリッチ社製「三フッ化ホウ素エチルアミン錯体」
硬化促進剤2:カチオン重合開始剤、三新化学工業社製「SI−60L」
フラックス1:「グルタル酸ベンジルアミン塩」、融点108℃
フラックス1の作製方法:
ガラスビンに、反応溶媒である水24gと、グルタル酸(和光純薬工業社製)13.212gとを入れ、室温で均一になるまで溶解させた。その後、ベンジルアミン(和光純薬工業社製)10.715gを入れて、約5分間撹拌し、混合液を得た。得られた混合液を5℃〜10℃の冷蔵庫に入れて、一晩放置した。析出した結晶をろ過により分取し、水で洗浄し、真空乾燥し、フラックス1を得た。
はんだ粒子1:SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子、平均粒子径3μm
はんだ粒子2:SnAgCuはんだ粒子、融点221℃、三井金属鉱業社製「Sn96.5Ag3Cu0.5」を選別したはんだ粒子、平均粒子径3μm
はんだ粒子3:SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子、平均粒子径7μm
はんだ粒子4:SnAgCuはんだ粒子、融点221℃、三井金属鉱業社製「Sn96.5Ag3Cu0.5」を選別したはんだ粒子、平均粒子径7μm
はんだ粒子5:SnBiはんだ粒子、融点139℃、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58」を選別したはんだ粒子、平均粒子径13μm
はんだ粒子6:SnAgCuはんだ粒子、融点221℃、三井金属鉱業社製「Sn96.5Ag3Cu0.5」を選別したはんだ粒子、平均粒子径13μm
はんだ粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA−920」)を用いて測定した。
はんだ粒子の融点は、示差走査熱量測定(DSC)を用いて算出した。示差走査熱量測定(DSC)装置としては、SII社製「EXSTAR DSC7020」を用いた。
(1)導電フィルム(異方性導電フィルム)の作製
下記の表1〜3に示す成分を下記の表1〜3に示す配合量(重量部)で配合して、配合物を得た。得られた配合物の固形分が60重量%となるようにメチルエチルケトン(MEK)に、上記配合物を溶解させて、溶解液を得た。遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌した後、バーコーターを用いて乾燥後の厚みが30μmになるよう離型PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に塗工した。室温で真空乾燥することで、MEKを除去することにより、導電フィルムを得た。得られた導電フィルムの厚みは、デジマチックインジケータ(ミツトヨ社製「ID−F」)を用いて測定した。
L/Sが10μm/10μmであるIZO電極パターン(第1の電極、電極表面の金属のビッカース硬度100Hv)が上面に形成された透明ガラス基板(第1の接続対象部材)を用意した。また、L/Sが10μm/10μmであるAu電極パターン(第2の電極、電極表面の金属のビッカース硬度50Hv)が下面に形成された半導体チップ(第2の接続対象部材)を用意した。
(1)導電フィルムの厚みのはんだ粒子の平均粒子径に対する比
得られた導電フィルムの厚みとはんだ粒子の平均粒子径とから、導電フィルムの厚みのはんだ粒子の平均粒子径に対する比(導電フィルムの厚み/はんだ粒子の平均粒子径)を算出した。
導電フィルムの作製に用いるバインダー樹脂のみを含む樹脂組成物を用意した。上記樹脂組成物を用いて、90℃における溶融粘度を測定した。上記樹脂組成物の90℃における溶融粘度は、STRESSTECH(REOLOGICA社製)を用いて、歪制御1rad、周波数1Hz、昇温速度20℃/分、測定温度範囲25℃〜200℃の条件で測定した。得られた測定結果から、90℃での粘度を読み取ることで、上記樹脂組成物の90℃における溶融粘度を算出した。
導電フィルムの作製に用いるバインダー樹脂と、硬化剤又は硬化促進剤とを含む組成物を用意した。上記組成物を用いて、バインダー樹脂の熱硬化開始温度を測定した。バインダー樹脂の熱硬化開始温度は、示差走査熱量測定(DSC)を用いて算出した。示差走査熱量測定(DSC)装置としては、SII社製「EXSTAR DSC7020」を用いた。
得られた接続構造体において、第1の電極及び第2の電極の個数100%中の、はんだが配置されている第1の電極又は第2の電極の個数の割合Xを評価した。はんだの凝集性を以下の基準で判定した。
○○○:割合Xが90%以上
○○:割合Xが70%以上90%未満
×:割合Xが70%未満
得られた接続構造体において、第1の電極及び第2の電極の露出した面積100%中の、はんだが接している面積の割合Yを評価した。はんだ濡れ面積を以下の基準で判定した。
○○○:割合Yが90%以上
○○:割合Yが70%以上90%未満
×:割合Yが70%未満
得られた接続構造体おいて、第1の電極と接続部と第2の電極との積層方向に第1の電極と第2の電極との対向し合う部分をみたときに、第1の電極と第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の、接続部中のはんだ部が配置されている面積の割合Zを評価した。電極上のはんだの配置精度を以下の基準で判定した。
○○○:割合Zが70%以上
○○:割合Zが60%以上70%未満
○:割合Zが50%以上60%未満
×:割合Zが50%未満
得られた接続構造体において、走査型電子顕微鏡により接続部を観察することで、隣接する電極間にブリッジが形成されているか否かを確認した。電極間のブリッジを以下の基準で判定した。
○:電極間のブリッジが形成されていない
×:電極間のブリッジが形成されている
得られた接続構造体において、走査型電子顕微鏡により接続部を観察することで、接続部の周囲に直径100μm以上のはんだサイドボール又は直径100μm未満のはんだサイドボールが形成されているか否かを確認した。はんだサイドボールを以下の基準で判定した。
○○○:接続部の周囲に直径100μm以上のはんだサイドボールが形成されていない ○○:接続部の周囲に形成されている直径100μm以上のはんだサイドボールの個数が3個以下
×:接続部の周囲に形成されている直径100μm以上のはんだサイドボールの個数が4個以上
○○○:接続部の周囲に形成されている直径100μm未満のはんだサイドボールの個数が3個以下
○○:接続部の周囲に形成されている直径100μm未満のはんだサイドボールの個数が4個以上10個以下
×:接続部の周囲に形成されている直径100μm未満のはんだサイドボールの個数が11個以上
得られた接続構造体(n=15個)において、上下の電極間の1接続箇所当たりの接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。導通信頼性を以下の基準で判定した。
○○:接続抵抗の平均値が50mΩ以下
○:接続抵抗の平均値が50mΩを超え70mΩ以下
△:接続抵抗の平均値が70mΩを超え100mΩ以下
×:接続抵抗の平均値が100mΩを超える、又は接続不良が生じている
得られた接続構造体(n=15個)において、85℃及び湿度85%の雰囲気中に100時間放置後、隣接する電極間に、5Vを印加し、抵抗値を25箇所で測定した。絶縁信頼性を以下の基準で判定した。
○○:接続抵抗の平均値が107Ω以上
○:接続抵抗の平均値が106Ω以上107Ω未満
△:接続抵抗の平均値が105Ω以上106Ω未満
×:接続抵抗の平均値が105Ω未満
11…導電フィルム
12…樹脂部
21,21X…接続構造体
22…第1の接続対象部材
22a…第1の電極
23…第2の接続対象部材
23a…第2の電極
24,24X…接続部
24A,24XA…はんだ部
24B,24XB…硬化物部
Claims (6)
- バインダー樹脂と、
硬化剤及び硬化促進剤の内の少なくとも1種と、
フラックスと、
複数のはんだ粒子とを含む導電フィルムであり、
前記はんだ粒子の平均粒子径が、10μm以下であり、
前記導電フィルムの厚みの前記はんだ粒子の平均粒子径に対する比が、1.5以上である、導電フィルム。 - 前記バインダー樹脂の90℃における溶融粘度が、1Pa・s以上1000Pa・s以下である、請求項1に記載の導電フィルム。
- 前記バインダー樹脂が、熱硬化性化合物を含み、
前記バインダー樹脂の熱硬化開始温度が、90℃以上250℃以下である、請求項1又は2に記載の導電フィルム。 - 前記はんだ粒子の融点が、100℃以上250℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電フィルム。
- 前記導電フィルム100重量%中、前記はんだ粒子の含有量が、1重量%以上80重量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電フィルム。
- 第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材と、
第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と、前記第2の接続対象部材を接続している接続部とを備え、
前記接続部の材料が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電フィルムであり、
前記第1の電極と前記第2の電極とが、前記接続部中のはんだ部により電気的に接続されている、接続構造体。
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