JP4191567B2 - 導電性接着剤による接続構造体及びその製造方法 - Google Patents

導電性接着剤による接続構造体及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、導電性接着剤による接続構造体及びその製造方法に関する。さらに詳細には、電子部品における半田フリー実装、特に、導電性接着剤を用いた電子部品の実装体及び実装方法に関する。
電子デバイス実装において、はんだ接合よりもプロセス温度を低温化できる導電性接着剤による接続技術が注目されている。この導電性接着剤ははんだに比べ応力緩和機能に優れていることから、熱歪信頼性を向上できる可能性を持っている。しかし、接着強度が低いことから、界面剥離等の破断が問題となっている。
ここで、二つの電気構造物を接合する技術であって、各々に電極を有し、各々の電極に接続する部分Ａ（Ａ部）と当該Ａ部の間の中間部Ｂ（Ｂ部）とで構成し、接続強度不足の対策としてＡ部は「剛接続」、Ｂ部は「柔接続」とする発明が考えられている。特開２００２−２７１００５号公報に記載されたものでは、Ａ部の「剛接続」の方法として電極と導電性フィラーを「合金化」させて剛接続とし、Ｂ部の「柔接続」は「導電性粒子（導電性フィラー）を含む導電性接着剤」を用いている。しかし、このものにおける「合金化」方式は、酸化被膜で被覆した導電性フィラー（導電性粒子）を「合金化」して剛接続させるために、超音波振動や加圧、加熱などの専用工程が必要であり、加熱の場合は加熱温度が高いためデバイスや基板にダメージを与える恐れがあるという問題がある。
特開２００２−２７１００５号公報
この発明の課題は、第一の電気構造物と第二の電気構造物とが、導電性接着剤により接続された接続構造体において、その電極接続部の界面を金属微粒子の融着により、専用工程を必要とすることなく、導電性接着剤の熱硬化処理によって「剛接続」させることである。
〔解決手段１〕（請求項１に対応）
上記課題を解決するための解決手段１は、第一の電気構造物と第二の電気構造物が、導電性接着剤により接続された接続構造体において、その第一の電気構造物と第二の電気構造物との接続に金属微粒子の融着現象、即ち、前記導電性接着剤の加熱硬化温度以下の温度で起こる金属微粒子の融着現象を利用し、前記第一の電気構造物に設けられた第一の電極と前記第二の電気構造物に設けられた第二の電極の少なくとも一方の電極と、前記導電性接着剤中の導電性フィラーとの導通が、金属微粒子の融着による剛接続により確保されている電極接続部と、前記第一の電極と第二の電極の間の中間部における導通が、前記導電性接着剤による柔接続により確保されている中間接続部とから成り、前記金属微粒子は前記導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子であり、前記導電性接着剤は該導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こらない粒径の導電性フィラーを含む導電性接着剤であることである。
〔作用〕
第一の電極又は第二の電極と導電性接着剤の接続部に金属微粒子が存在しており、この状態で導電性接着剤を熱硬化させると、前記金属微粒子が前記導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着するから、この加熱処理によって、前記第一の電極又は第二の電極と前記導電性接着剤中の導電性フィラーとの接触部分が融着接合されるので、前記電極と導電性接着剤との電極接続部が「剛接続」される。前記「剛接続」部の間の中間部では、前記導電性接着剤は熱硬化されて導電性フィラーが結合され導通状態になるが、導電性フィラー同士が融着することはないので該中間部は「柔接続」である。
〔実施態様１〕（請求項２に対応）
実施態様１は、解決手段１による接続構造体おいて、電極接続部の金属微粒子が界面活性剤被膜又は酸化被膜等により被覆され、融着現象が制御されていることである。
〔作用〕
金属微粒子を被覆する界面活性剤等の被膜の特性を変えることにより、融着現象が起こる温度を制御することができる。
〔実施態様２〕（請求項３に対応）
実施態様２は、上記解決手段１又は実施態様１の接続構造体において、その中間接続部の導電性接着剤中の導電性フィラーが一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーであることである。
〔作用〕
中間接続部の導電性フィラーを一軸方向に伸びた針形状のものにすることにより、導電性フィラーは３次元的な網目構造で相互接触が可能であり、導電性フィラーの配合比を低くしても安定した低抵抗を確保することができる。
〔実施態様３〕（請求項４に対応）
実施態様３は、上記解決手段１、実施態様１、又は実施態様２の接続構造体において、その中間接続部の導電性接着剤がシリコーン樹脂であることである。
〔作用〕
シリコーン樹脂は弾性特性に優れており、応力緩和機能を更に向上することができる。
〔実施態様４〕（請求項５に対応）
実施態様４は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様３のいずれかの接続構造体において、第一の電極又は第二の電極のうち、一方の電極に対して金属微粒子の融着を利用して接続を行い、他方の電極に対して導電性接着剤の接着力により接続を行うことである。
〔作用〕
一方の電極のみに金属微粒子による融着接続を行い、他方の電極に界面剥離が可能な接続を行っているので、せん断力を加えることにより任意の電極界面で剥離することができる。このため、リペアする際に電極上の再生処理が不要であり、再接続を容易に行うことができる。
〔実施態様５〕（請求項６に対応）
実施態様５は、上記解決手段１、又は実施態様１〜実施態様４のいずれかの接続構造体において、電極接続部が、導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子と、導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こらない粒径の導電性フィラーと、接着剤とから成る導電性接着剤によって接続されていることである。
〔作用〕
金属微粒子により電極と導電性フィラーとの間、及び導電性フィラー同士が融着するため、界面での接着力が向上する。
〔実施態様６〕（請求項７に対応）
実施態様６は、上記実施態様５の接続構造体において、その電極接続部の導電性フィラーが一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーであることである。
〔作用〕
導電性フィラーとして針形状の導電性フィラーを用いることにより、従来のフレーク状又は球状フィラーに比べると、樹脂中での可動能力が高く相対的に応力緩和機能を有している。
〔実施態様７〕（請求項８に対応）
実施態様７は、上記実施態様５の接続構造体において、その電極接続部の導電性フィラーが導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子を表面に付けた一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーであることである。
〔作用〕
針形状の導電性フィラー表面に金属微粒子を付着させた状態で接着剤中に混練し接続しているため、金属微粒子による電極と針形状の導電性フィラーとの融着、及び針形状の導電性フィラー同士の融着が促進される。
〔実施態様８〕（請求項９に対応）
実施態様８は、上記実施態様５〜実施態様７の接続構造体において、その電極接続部の導電性接着剤の弾性率が中間接続部の導電性接着剤の弾性率より高いことである。
〔作用〕
導電性接着剤による接続界面での接着力の向上が図れると共に、導電性フィラー接触導通部での応力緩和機能が確保される。
〔実施態様９〕（請求項１０に対応）
実施態様９は、上記実施態様５〜実施態様８のいずれかにおいて、その中間接続部の導電性接着剤が針形状の導電性フィラーを含んでいることである。
〔作用〕
針形状の導電性フィラーを含むことにより、中間接続部において応力緩和機能を向上することができる。
〔実施態様１０〕（請求項１１に対応）
実施態様１０は、上記実施態様５〜実施態様９のいずれかの接続構造体において、その電極接続部の導電性フィラーの接着剤に対する配合比が、中間接続部の導電性フィラーの接着剤に対する配合比よりも大きいことである。
〔作用〕
電極接続部において、導電性フィラーの配合比が大きいので、金属微粒子による電極と導電性フィラーの融着、及び導電性フィラー同士の融着が多くなる。
〔実施態様１１〕（請求項１２に対応）
実施態様１１は、解決手段１又は実施態様１〜実施態様４のいずれかの接続構造体において、その電極接続部が金属微粒子の融着層を介して導電性接着剤により接続されていることである。
〔作用〕
電極接続部の接続界面において、金属微粒子による融着により電極表面上に微細な凹凸形状が形成されるため、接着剤のアンカー効果により接着強度が高められる。
〔実施態様１２〕（請求項１３に対応）
実施態様１２は、解決手段１又は実施態様１〜実施態様１１のいずれかの接続構造体において、第一の電極と第二の電極の少なくとも一方がベアチップ上のバンプであることである。
〔作用〕
ベアチップ上のバンプと導電性接着剤中の導電性フィラーとが金属微粒子により融着するため、接続面積が小さくても接続強度を大きくできる。
〔実施態様１３〕（請求項１４に対応）
実施態様１３は、実施態様２、実施態様３、実施態様６、又は実施態様７の接続構造体において、電極接続部の一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーと、中間接続部の一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーが、ウイスカー表面に金属を被覆したものであることである。
〔作用〕
一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーとして、ウイスカー表面に金属被覆したフィラーを用いることにより、小径でアスペクト比の高い針形状の導電性フィラーを低コストで利用することができる。また、小径化することで狭ピッチ接続が可能となるとともに、アスペクト比が高いので３次元的な網目構造での接触が得られ、所定の導電率を得るための導電性フィラー配合比を低く抑えることができる。
〔解決手段２〕（請求項１５に対応）
上記課題を解決するための解決手段２は、上記解決手段１、実施態様１〜実施態様３、又は実施態様１１のいずれかの接続構造体を製造する方法であって、第一の電極又は第二の電極の少なくとも一方の電極上に、金属微粒子を付着した後、導電性接着剤により前記両電極を加熱接続する際、金属微粒子の融着と導電性接着剤の硬化とを同時に行うことである。
〔実施態様１４〕（請求項１６に対応）
実施態様１４は、上記解決手段２の接続構造体を製造する方法において、電極上に金属微粒子を含むコロイド溶液を供給し、前記溶液中の溶媒を揮発させて乾燥状態とすることによって、前記電極上に金属微粒子を付着することである。
本発明の効果を主な請求項毎に整理すれば、次のとおりである。
(１) 請求項１及び請求項２に係る発明
接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子の融着を利用して電極接続部を接続するので、導電性接着剤の加熱硬化による接続時に、同時に電極接続部が融着される。したがって、電極接続部の融着接続のために特殊な工程を必要とせず、また、電子デバイスにダメージを与える恐れのない低温プロセスにも拘わらず、電極接続部において十分な接続強度を確保することができる。
また、中間接続部は、接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こらない粒径の導電性フィラーの接触により導通するよう構成されるので、応力緩和特性に優れた接続が可能となる。
(２) 請求項３に係る発明
中間接続部の導電性フィラーが針形状の導電性フィラーであるので、接着剤中で３次元的な網目構造で相互接触が可能であり、導電性フィラー配合比を低くしても安定した低抵抗を確保することができる。これにより、導電性接着剤としては弾性率を低く抑えることができ、熱歪等に対する応力緩和機能と接続信頼性とを向上させることができる。
(３) 請求項４に係る発明
中間接続部の接着剤をシリコーン樹脂としたものであるから、中間接続部が弾性特性に優れ、このため応力緩和特性に優れた接続がなされる。
(４) 請求項５に係る発明
一方の電極のみに金属微粒子による融着接続を行い、他方の電極に界面剥離が可能な接続を行うことにより、せん断力を加えることにより任意の電極界面で剥離することができる。このため、リペアする際に電極上の再生処理が不要である。
また、このような接続により導電性接着剤部での応力緩和特性が極めて優れているため、熱歪等により接続界面に加わる応力を低減することができる。
(５) 請求項６に係る発明
電極接続部が、金属微粒子と導電性フィラーと接着剤を含む導電性接着剤により接続されており、電極と導電性フィラーとの間、及び導電性フィラー同士が金属微粒子により融着しているため、接続界面での接着力が向上する。
(６) 請求項７に係る発明
導電性フィラーとして針形状の導電性フィラーを用いることにより、従来のフレーク状あるいは球状フィラーに比べて、樹脂中での可動能力が高く相対的には応力緩和機能を有しているため、熱歪等に対する接続信頼性が更に向上する。
(７) 請求項８に係る発明
針形状の導電性フィラー表面に金属微粒子を付着させた状態で接着剤中に混練して接続しているため、金属微粒子による電極と針形状の導電性フィラーとの融着、及び針形状の導電性フィラー同士の融着が促進され、接続強度の向上と電気抵抗の低減が図られる。
(８) 請求項９に係る発明
電極接続部の導電性接着剤を弾性率が高いものとし、中間接続部の導電性接着剤を弾性率の低いものとしているので、接着剤による接続界面での接着力向上を図ることができ、且つ導電性フィラー接触導通部での応力緩和機能が向上する。
(９) 請求項１０に係る発明
中間接続部の導電性接着剤が針形状の導電性フィラーを含むことにより、該導電性フィラーの接触により導通を確保している中間接続部において、応力緩和機能を向上することができる。
(10) 請求項１１に係る発明
電極接続部の導電性接着剤中の導電性フィラーの配合比を中間接続部の導電性接着剤中の導電性フィラーの配合比よりも高くすることにより、電極接続部での電極と導電性フィラー、及び導電性フィラー同士の金属微粒子による融着を多くすることができるので、接着強度を大きくすることができ、また、中間接続部での応力緩和機能を高めることができる。
(11) 請求項１２に係る発明
電極接続部が金属微粒子の融着層を介して導電性接着剤により接続されているので、電極接続部の接続界面において、金属微粒子による融着により電極表面上に微細な凹凸形状が形成されるため、接着剤のアンカー効果を活用することができ、これにより、接着強度を高めることができる。
(12) 請求項１３に係る発明
ベアチップ上のバンプと導電性接着剤中の導電性フィラーとが金属微粒子により融着しているため、接続面積が小さくても接続強度を大きくすることができ、その結果、膨張差が大きい基板上へもベアチップを実装することができる。
(13) 請求項１４に係る発明
一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーとして、ウイスカー表面に金属被覆したフィラーを用いることにより、小径でアスペクト比の高い針形状の導電性フィラーを低コストで利用することができる。また、小径化することで狭ピッチ接続が可能となり、アスペクト比が高いので３次元的な網目構造での接触が得られ、その結果、所定の導電率を得るための導電性フィラー配合比を低く抑えることができる。これにより、導電性接着剤としての応力緩和特性を向上できると共に、接着剤による接着力を高めることができる。
(14) 請求項１５及び請求項１６に係る発明
電極上に金属微粒子を付着した後、導電性接着剤により両電極を接続する際、金属微粒子の融着と導電性接着剤の硬化を同時に行うことにより接続を完了することが可能であり、非常に簡便なプロセスで、電極接続構造を作製することができる。
また、電極上に金属微粒子を含むコロイド溶液を供給し、その溶媒を揮発させることにより、電極上へ金属微粒子を付着することができる。
本発明は、第一の電気構造物と第二の電気構造物を導電性接着剤により接続して接続構造体とするとき、前記第一の電気構造物に設けられた第一の電極と前記第二の電気構造物に設けられた第二の電極のうち、少なくとも一方の電極との接続は金属微粒子の融着による「剛接続」とし、前記第一の電極と第二の電極の間の中間部における接続は導電性接着剤による「柔接続」とする。前記金属微粒子は、前記導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子であり、前記導電性接着剤は、該導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こらない粒径の導電性フィラーを含む導電性接着剤であるから、加熱処理によって導電性接着剤を熱硬化させるとき、同時に前記少なくとも一方の電極と導電性接着剤中の導電性フィラーとが融着接合されるものである。
本発明の実施例を説明するに前に、先ず、本発明に直接関係がある金属微粒子の融着現象について説明する。
金属粒子径が１００ｎｍ以下、特に、１０ｎｍレベルになると粒子の表面エネルギーが急激に高くなり、融点よりも低い温度で融着現象を含めた凝集が起こる。例えば、Ａｇの融点は９６１℃であるが、数ｎｍのＡｇ微粒子は常温においても融着現象を起こす。この金属微粒子の融着現象を利用するときの金属微粒子の構造としては、次の２種類がある。
(１) 金属微粒子の表層を界面活性剤にて被膜し、溶媒中にコロイド溶液として分散したもので、所定温度以上に加熱されると金属微粒子同士が融着する。金属微粒子は常温でも融着を起こしてしまう特性を持っており、その融着を抑制するために界面活性剤を被覆しているので、界面活性剤を改良することで融着反応温度を制御できるという利点をもっている（低温化も可能）。このような現象を利用するものとして、金属微粒子を含有する導電性ペースト（金属ナノペースト）が配線パターン形成用に開発されてきている。この金属ナノペーストは、１５０℃程度まで加熱すると金属微粒子が融着し始める。この場合、金属微粒子としては、金、銀、白金、銅、ニッケル等が適用可能であるが、金属表面に酸化膜が存在すると安定した融着現象を起こさないため、金、銀、白金等の貴金属であることが望ましい。
(２) 酸化銀の還元作用を利用したもので、酸化銀は１６０℃以上に加熱されると酸素を離して銀に戻る性質があるので、この性質を利用している。この酸化銀を微粒子化した状態で溶媒中に分散させる。この酸化銀微粒子は加熱により、還元されることで銀微粒子が形成され融着現象を起こすものである。
本発明は導電性接着剤により接続するとき、上記金属微粒子の低温での融着現象を利用して、電極と導電性接着剤中の導電性フィラーを接合することによって、電極界面の接着強度を向上させるものである。
本発明の実施例１（請求項１及び請求項２に対応）について、図１を参照しながら説明する。
実施例１は、基板１（第一の電気構造物）の電極１１に対して電子デバイス２（第二の電気構造物）の電極２１を導電性接着剤３によって接続するものである。前記導電性接着剤３は、接着剤３２の中に導電性フィラー３１が混入されたものであり、この導電性フィラー３１は金属微粒子融着接合部５において、電極１１及び電極２１に接合されている。このように基板１に対して電子デバイス２を接続するとき、先ず、それぞれの電極１１,２１の表面に金属微粒子を付着させた後、少なくとも一方の電極に導電性接着剤３を塗布し、基板１に電子デバイス２を搭載する。そして、１５０℃程度に加熱することにより、金属微粒子を融着して各電極１１,２１と導電性フィラー３１を接合する。
このような実施例１の構成によれば、導電性接着剤中の接着剤硬化と金属微粒子の融着を１５０℃程度の低温プロセスにより同時に行うことができると共に、加圧工程が不要であり、電子デバイスにダメージを与えることのない低温プロセスによって接続を完了することができる。
なお、以下において「金属微粒子」は、１５０℃程度の低温プロセスで融着現象を生じる金属微粒子を意味する。
接続界面近傍のイメージを図１(ｂ)に示す。この図では電極１１の界面のみが融着している状態を示しているが、導電性フィラー３１,３１,…間の一部が金属微粒子により融着していても問題はない。ただし、接続部での応力緩和機能を確保するために、導電性フィラー３１,３１,…間が接触のみで導通している導電性接着剤の接続部位が存在している。 また、電極表面における金属微粒子の融着は、導電性フィラー接触部のみならず全面において起こっていても問題はない。
本発明の実施例２（請求項３、請求項４、及び請求項１４に対応）について、図２を参照しながら説明する。
この実施例２の導電性接着剤３は、第一の電極と第二の電極の間の中間部であり、導電性フィラーの接触により導通を確保する部位の導電性フィラーとして、一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラー３３を用いるものである。この場合、全てが針形状の導電性フィラーであっても他形状の導電性フィラーが含まれていてもよい。
この針形状導電性フィラー３３は、接着剤３２中で３次元的な網目構造で相互接触が可能であり、導電性フィラー配合比を低くしても安定した低抵抗を確保することができる。これにより、導電性接着剤としては弾性率を低く抑えることができ、熱歪等に対する応力緩和機能と接続信頼性とを向上させることができる。
ここで、導電性接着剤３の接着剤３２としてシリコーン樹脂を用いており、このシリコーン樹脂は弾性特性に優れている。しかし、従来は導電性フィラーの配合比を多くしないと低抵抗化が困難であると共に、外力による変形時に導電性フィラー間の接触が安定せず、大きな抵抗変動を招いていた。これに対して、本発明では、このシリコーン樹脂と一軸方向に伸びた針形状導電性フィラー３３を配合することにより、配合比が低い場合でも安定した低抵抗が得られると共に、変形時の抵抗変動も抑えることができるようになった。つまり、このように構成することによって、シリコーン樹脂の弾性特性を活かすと共に、応力緩和機能を格段に向上することが可能となり、高導電性と低弾性率を兼ね備えることができるので、膨張差の大きい部材間の接続が可能となった。
〔具体例〕
上記実施例２について、具体的な例を説明する。
シリコーン樹脂としてＴＳＥ３２５０を用い、導電性フィラーとしてはセラミックスウイスカーにＡｇ被覆した針形状の導電性フィラーを採用し、針形状の導電性フィラーの配合比を１５〜２５容量％として、導電性接着剤の試作を行った。ここで使用したセラミックスウイスカーは、径が約０．５μｍ、平均長さが１０〜２０μｍのものを使用した。結果として弾性率は０．４〜１．０ＭＰａが得られており、従来のシリコーン樹脂系導電性接着剤、例えばＤＡ６５２３（東レダウコーニング）の１９．６ＭＰａに比べて、１桁以上の低弾性率を達成することができた。この場合は、弾性変形特性にも優れており、接続部の応力緩和能力が極めて高くなっている。
実施例３（請求項５に対応）について、図３を参照しながら説明する。
この実施例３は、基板１に対して電子デバイス２を接続する場合、シリコーン樹脂中に針形状の導電性フィラーを主とした導電性フィラーを混練した導電性接着剤３により接続するものであるが、一方（電子デバイス２側）の電極２１とは金属微粒子の融着を利用した接続を行い、他方（基板１側）の電極１１とは導電性接着剤３の接着力により接続を行っている。
シリコーン樹脂中に針形状の導電性フィラーを混練した導電性接着剤３は、導電性フィラーの配合比が低くても安定した低抵抗が得られ、機械的特性もシリコーン樹脂特性と同様な弾性特性を示す。また、機械的な強度においても、シリコーン樹脂の材料内破壊強度が接着強度よりも大きいときは、前記導電性接着剤３においても同様の特性を示すから、強制的なせん断力を加えると電極界面（接着面）で剥離することができる。
つまり、一方の電極２１のみに金属微粒子による融着接続を行い、他方の電極１１に界面剥離が可能な接続を行うことにより、せん断力を加えることにより任意の電極界面で剥離することができる。このため、リペアする際に電極上の再生処理が不要であり、再接続することが容易となる。なお、このような接続においては導電性接着剤部での応力緩和特性が極めて優れているため、熱歪等により接続界面に加わる応力を低減することができ、接続信頼性を満足することが可能である。
これに対して一般的な導電性接着剤による接続部にせん断力を加えると、材料内での凝集破壊を起こし、電極上に残さが残ってしまうため、リペア等を行う際は電極の再生処理を行った後に接続する必要がある。
実施例４（請求項６〜請求項８、及び請求項１４に対応）について、図４及び図５を参照しながら説明する。
この実施例４においては、電極１１,２１の接続界面は、少なくとも接着剤３２、金属微粒子、及び導電性フィラーを含む導電性接着剤６により接続されており、前記金属微粒子により電極１１,２１と導電性フィラーとの間、及び導電性フィラー同士が融着されている。これにより、接続界面での接着力が向上する。ここで、導電性フィラーとして針形状導電性フィラー３３を活用することにより、針形状導電性フィラー３３同士も金属微粒子により融着されるが、従来のフレーク状あるいは球状フィラーに比べると、樹脂（接着剤）中での可動能力が高く相対的には応力緩和機能を有しているため、熱歪等に対する接続信頼性が更に向上する。
また、少なくとも接着剤３２、金属微粒子、及び針形状導電性フィラー３３を含有する導電性接着剤６について、針形状導電性フィラーの表面に金属微粒子を付着させた状態で（図５参照）接着剤中に混練することにより、金属微粒子による電極と針形状導電性フィラーとの融着、及び針形状導電性フィラー同士の融着を促進することができ、接続強度の向上と更なる低抵抗化が可能である。
針形状導電性フィラー３３表面への金属極微粒子７の付着方法としては、金属微粒子７が分散したコロイド溶液と針形状導電性フィラーとを混ぜ合わせた後、溶媒を揮発させることにより、金属微粒子を針形状導電性フィラーの表面に均等に付着させることができる。その後、この金属微粒子を付着させた針形状導電性フィラーを接着剤に混ぜてこれを混練することにより、非常に簡便に、金属微粒子が針形状導電性フィラーとともに混入された導電性接着剤を製作することができる。
〔具体例〕
金属微粒子が針形状導電性フィラーとともに混入された導電性接着剤について、具体的な例を説明する。
遊星式（自転公転型）撹拌器を用いて、Ａｇコロイド溶液２容量％と、Ａｇ被覆針形状導電性フィラー２０容量％とを撹拌し、この撹拌中に溶媒を揮発させる。その後、シリコーン樹脂ＴＳＥ３２２１を７８容量％を加え、遊星式撹拌器にて混練する。その結果、同一の配合比にてＡｇ被覆針形状導電性フィラーとシリコーン樹脂との混練後に、Ａｇコロイド溶液を加えた場合に比して、導電性フィラー間の融着を促進することができ、硬化物の弾性率を高めることができる。
実施例５（請求項９〜請求項１１に対応）について、図４を参照しながら説明する。
本発明では、電極と導電性フィラーとを金属微粒子の融着により接合して接着強度を向上させるものであるが、接続部の信頼性を向上するためには、接着強度の向上だけではなく、接続部での熱歪に対する応力緩和機能が求められている。そこで、この実施例５においては、電極１１と導電性フィラー３３とを金属微粒子の融着により接合する接続部において、導電性接着剤６の接着剤特性を弾性率の高いものとするのに対し、導電性フィラーの接触により導通を確保している中間接続部において、導電性接着剤３の接着剤特性を弾性率の低いものにしている。これにより、導電性接着剤による接続界面での接着強度は高められると共に、導電性フィラー接触導通部での応力緩和機能が確保される。
〔具体例〕
上記実施例５の具体的な例について説明する。
電極接続用の導電性接着剤６の構成を、
(１) シリコーン樹脂ＴＳＥ３２２１：ＪＩＳ−Ａ硬さ２８（ＧＥ東芝シリコーン製）を７８容量％
(２) Ａｇ金属微粒子：平均粒径１０〜２０ｎｍを２容量％
(３) Ａｇ被覆針形状導電性フィラー：径０．５μｍ、長さ１０〜２０μｍを２０容量％とし、
導電性フィラー接触接続用の導電性接着剤３の構成を、
(４) シリコーン樹脂ＴＳＥ３２５０：ＪＩＳ−Ａ硬さ９（ＧＥ東芝シリコーン製）を８０容量％
(５) Ａｇ被覆針形状導電性フィラー：径０．５μｍ、長さ１０〜２０μｍを２０容量％として、接続を行った。
これについて、せん断力を加え破壊試験を実施した結果、破壊モードは導電性フィラー接触接続用の導電性接着剤３の凝集破壊であった。また、この導電性接着剤３による接続構造は弾性変形能力が極めて高いため、電極との接着強度向上と応力緩和機能の両特性が優れた接続構造である。
電極と導電性フィラーとを金属微粒子の融着により接合している電極接続部における導電性接着剤６中の導電性フィラーの配合比は、導電性フィラーの接触によって導通している中間接続部の導電性接着剤３中のそれよりも高されている。このように電極接続部の導電性フィラーの配合比を高くすることにより、電極と導電性フィラー及び導電性フィラー同士の金属微粒子による融着を多くすることができるから、接着強度を高めることができる。また、一般的なフレーク状又は球状導電性フィラーを配合する場合に比較して、針形状導電性フィラーでは、その形状効果により配合比を低くすることができ、かつ、接着剤の接着力も十分に活用することができる。
実施例６（請求項１２に対応）について、図６を参照しながら説明する。
この実施例６は、電極１１,２１上の金属微粒子の融着層８を介して、導電性接着剤３により接続しているものである。電極１１,２１上の金属微粒子は、導電性接着剤３中の導電性フィラー３３が接触していない部位においても前記電極上で融着している。また、この金属微粒子の融着により、電極１１,２１と導電性フィラー３３とを融着接合している。
前記金属微粒子の電極１１,２１上での融着は、これらの電極と導電性フィラー３３との融着による接続強度の強化だけでなく、前記導電性フィラー３３が接触していない電極１１,２１上においても金属微粒子の融着が起こっており、前記電極上に微小な凹凸や空孔が形成されるため、接着剤のアンカー効果により接続強度が更に向上される。
電極１１,２１上へ金属微粒子の融着層８を形成する方法は、先ず、これらの電極上に金属微粒子を含むコロイド溶液を供給し、その溶媒を揮発させることにより、前記電極１１,２１上に金属微粒子層を形成する。その状態で導電性接着剤により電子デバイス等を搭載した後、金属微粒子の融着と導電性接着剤の硬化を同時に行うことにより接続を完了することができる。このように、非常に簡便なプロセスにより接続構造体を生産することができる。
実施例７（請求項１３に対応）について、図７を参照しながら説明する。
この実施例７は、ベアチップ４の電極４１上にバンプ４２が形成されており、このバンプ４２と導電性接着剤３中の導電性フィラーとを金属微粒子により融着接合させている。このバンプ界面との接続部９においては、金属微粒子のみ、金属微粒子と針形状の導電性フィラーの混合状態、又は金属微粒子と針形状の導電性フィラーと接着剤を混合した状態のいずれかによって接続されてもよい。
また、導電性フィラーの接触によって導通が確保されている中間接続部においては、応力緩和機能の向上のために、針形状の導電性フィラーを活用した導電性接着剤３であることが望ましいが、フレーク状又は球状導電性フィラーを含む導電性接着剤３でもよい。そして、金属微粒子の融着による接続は、両接続界面に存在する場合に限らず、一方の接続界面のみに存在していてもかまわない。ただし、ベアチップ４のバンプ４２側に金属微粒子の融着を利用することが望ましい。
〔具体例〕
上記実施例７の具体的な例について説明する。
原稿読み取り用のＣＣＤラインセンサは長尺チップであるが、この長尺ＣＣＤベアチップを白板ガラス基板上に実装し、温度サイクル試験を行った。
長尺ＣＣＤチップサイズは７５×１．３ｍｍサイズである。このＣＣＤベアチップの電極上にバンプを形成し、このバンプ上に転写方式によって、Ａｇ微粒子、Ａｇ被覆針形状導電性フィラー及びシリコーン樹脂を混練した導電性接着剤を供給する。一方、ガラス基板上には、Ａｇ被覆針形状導電性フィラー及びシリコーン樹脂を混練した導電性接着剤をスクリーン印刷によって供給し、前記ＣＣＤベアチップをマウントした後、加熱硬化処理により接続を完了する。
パッケージングなしの状態で、温度サイクル試験（温度範囲：−２５℃⇔１００℃、サイクル回数：１０００回）において正常動作することを確認した。この結果から、Ｓｉベアチップと白板ガラスの線膨張差に起因する大きな熱歪を接続部により応力緩和して、接続界面においても十分な強度を有していることが確認できた。
実施例８（請求項２及び請求項４に対応）について説明する。
実施例８は、一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラー（図２、図４、図５等を参照）として、ウイスカー表面に金属被覆したフィラーを用いたものである。導電性フィラーのコア材としてウイスカーを用いることにより、小径でアスペクト比の高い針形状導電性フィラーを低コストで得ることができる。金属被覆方法としては、無電解めっき等を採用することができる。
この針形状の導電性フィラーは、接着剤中で３次元的な網目構造で相互接触しており、小径化できるので狭ピッチ接続が可能であると共に、アスペクト比が高いことから３次元的な網目構造での接触が得られるので、所定の導電率を得るための導電性フィラーの配合比を低く抑えることができる。これにより、導電性接着剤としての応力緩和特性を向上することができると共に、接着剤による接着力も大きくすることができる。
実施例１の拡大断面の模式図である。 実施例２における接続界面付近の拡大断面の模式図である。 実施例３の拡大断面の模式図である。 実施例４及び実施例５の拡大断面の模式図である。 実施例４の針形状導電性フィラーの拡大模式図である。 実施例６における接続界面付近の拡大断面の模式図である。 実施例７の拡大断面の模式図である。
符号の説明
１：基板
２：電子デバイス
３：導電性接着剤
４：ベアチップ
５：金属微粒子融着接合部
６：導電性接着剤
７：金属微粒子
８：電極上の融着層
９：バンプ界面の接続部
１１：電極
２１：電極
３１：導電性フィラー
３２：接着剤
３３：針形状導電性フィラー
４１：電極
４２：バンプ

Claims (16)

  1. 第一の電気構造物と第二の電気構造物とが、導電性接着剤により接続された接続構造体であって、
    前記第一の電気構造物に設けられた第一の電極と前記第二の電気構造物に設けられた第二の電極の少なくとも一方の電極と、前記導電性接着剤中の導電性フィラーとの導通が、金属微粒子の融着による剛接続により確保されている電極接続部と、
    前記第一の電極と第二の電極の間の中間部における導通が、前記導電性接着剤による柔接続により確保されている中間接続部とから成り、
    前記金属微粒子は、前記導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子であり、
    前記導電性接着剤は、該導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こらない粒径の導電性フィラーを含む導電性接着剤であること、
    を特徴とする接続構造体。
  2. 上記電極接続部の金属微粒子が界面活性剤被膜又は酸化被膜等により被覆され、融着現象が制御されていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造体。
  3. 上記中間接続部の導電性接着剤中の導電性フィラーが一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接続構造体。
  4. 上記中間接続部の導電性接着剤がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の接続構造体。
  5. 上記第一の電極又は第二の電極のうち、一方の電極に対して金属微粒子の融着を利用して接続を行い、他方の電極に対して導電性接着剤の接着力により接続を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の接続構造体。
  6. 上記電極接続部が、導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子と、導電性接着剤の熱硬化温度以下では融着が起こらない粒径の導電性フィラーと、接着剤とから成る導電性接着剤によって接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の接続構造体。
  7. 上記電極接続部の導電性フィラーが、一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーであることを特徴とする請求項６に記載の接続構造体。
  8. 上記電極接続部の導電性フィラーが、導電性接着剤の熱硬化温度以下で融着が起こる金属微粒子を表面に付けた一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーであることを特徴とする請求項６に記載の接続構造体。
  9. 上記電極接続部の導電性接着剤の弾性率が、上記中間接続部の導電性接着剤の弾性率より高いことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の接続構造体。
  10. 上記中間接続部の導電性接着剤が針形状の導電性フィラーを含んでいることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の接続構造体。
  11. 上記電極接続部の導電性フィラーの接着剤に対する配合比が、上記中間接続部の導電性フィラーの接着剤に対する配合比よりも大きいことを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の接続構造体。
  12. 上記電極接続部が金属微粒子の融着層を介して導電性接着剤により接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の接続構造体。
  13. 上記第一の電極と上記第二の電極の少なくとも一方がベアチップ上のバンプであることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の接続構造体。
  14. 上記電極接続部の一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーと、上記中間接続部の一軸方向に伸びた針形状の導電性フィラーが、ウイスカー表面に金属を被覆したものであることを特徴とする請求項３、請求項４、請求項７、又は請求項８に記載の接続構造体。
  15. 上記第一の電極又は第二の電極の少なくとも一方の電極上に、上記金属微粒子を付着した後、導電性接着剤により前記両電極を加熱接続する際、金属微粒子の融着と導電性接着剤の硬化とを同時に行うことを特徴とする請求項１〜請求項４、又は請求項１２のいずれかに記載の接続構造体の製造方法。
  16. 上記電極上に金属微粒子を含むコロイド溶液を供給し、前記溶液中の溶媒を揮発させて乾燥状態とすることによって、前記電極上に金属微粒子を付着することを特徴とする請求項１５に記載の接続構造体の製造方法。
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