以下、本発明の詳細を説明する。
(導電材料)
本発明に係る導電材料は、ピン転写又はディップ転写に用いられる。本発明に係る導電材料は、ピン転写に用いられてもよく、ディップ転写に用いられてもよい。本発明に係る導電材料は、熱硬化性成分と、複数のはんだ粒子と、フラックスとを含み、上記はんだ粒子の含有量が、70重量%以上93重量%以下である。本発明では、冷凍保管された上記導電材料を解凍し、25℃に達した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度をηAとし、冷凍保管された上記導電材料を解凍し、25℃に達した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度をηBとする。本発明に係る導電材料では、ηAが、10Pa・s以上80Pa・s以下であり、ηB/ηAが、1.5以上である。
本発明に係る導電材料では、上記の構成が備えられているので、転写面積のばらつきを抑えることができる。
近年、2階建て実装等の実装プロセスの複雑化が進行している。また、表面に凹凸を有する基板や、ファインピッチ化された基板等の基板デザインの複雑化も進行している。従来のスクリーン印刷による方法及びディスペンスによる方法では、上記のような複雑化した実装プロセス及び基板デザインに対応することは困難である。また、従来の導電材料を用いたピン転写及びディップ転写による方法でも、転写面積がばらつくため、上記のような複雑化した実装プロセス及び基板デザインに対応することは困難である。特に、導電材料に含まれるはんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合には、転写面積のばらつきを十分に抑えることは困難である。
これに対して、本発明に係る導電材料では、転写面積のばらつきを抑えることができるので、複雑化した実装プロセス及び基板デザインに対応することができる。また、本発明に係る導電材料では、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、転写面積のばらつきを抑えることができる。
また、本発明では、はんだ凝集性を高めることができる。このため、本発明では、電極間の導電接続時に、複数のはんだ粒子が上下の対向した電極間に集まりやすく、複数のはんだ粒子を電極(ライン)上に配置することができる。また、複数のはんだ粒子の一部が、接続されてはならない横方向の電極間に配置され難く、接続されてはならない横方向の電極間に配置されるはんだ粒子の量をかなり少なくすることができる。結果として、本発明では、接続されてはならない横方向の電極間において、はんだの残存量を少なくすることができる。
さらに、本発明では、電極間の位置ずれを防ぐことができる。本発明では、導電材料を上面に配置した第1の接続対象部材に、第2の接続対象部材を重ね合わせる際に、第1の接続対象部材の電極と第2の接続対象部材の電極とのアライメントがずれた状態でも、そのずれを補正して電極同士を接続させることができる(セルフアライメント効果)。
本発明では、冷凍保管された上記導電材料を解凍し、25℃に達した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度をηAとする。本発明では、冷凍保管された上記導電材料を解凍し、25℃に達した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度をηBとする。本発明では、作製直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度をηCとする。本発明では、作製直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度をηDとする。
本発明の効果を発揮する観点から、ηAは、10Pa・s以上80Pa・s以下である。
上記ηAは、好ましくは20Pa・s以上、より好ましくは30Pa・s以上、好ましくは60Pa・s以下、より好ましくは40Pa・s以下である。上記ηAが上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。さらに、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記ηAは、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
本発明の効果を発揮する観点から、ηB/ηA(ηBのηAに対する比)は、1.5以上である。
上記ηB/ηA(ηBのηAに対する比)は、好ましくは1.8以上、より好ましくは2.5以上であり、好ましくは6.0以下、より好ましくは4.5以下である。上記ηB/ηAが上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。さらに、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記ηB/ηAは、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記ηBは、好ましくは36Pa・s以上、より好ましくは50Pa・s以上、好ましくは360Pa・s以下、より好ましくは180Pa・s以下である。上記ηBが上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。さらに、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記ηBは、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記ηCは、好ましくは25Pa・s以上、より好ましくは35Pa・s以上、好ましくは65Pa・s以下、より好ましくは45Pa・s以下である。上記ηCが上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。さらに、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記ηCは、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記ηDは、好ましくは41Pa・s以上、より好ましくは55Pa・s以上、好ましくは370Pa・s以下、より好ましくは190Pa・s以下である。上記ηDが上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。さらに、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記ηDは、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記ηD/ηC(ηDのηCに対する比)は、好ましくは1.5以上、より好ましくは1.8以上、さらに好ましくは2.5以上であり、好ましくは6.0以下、より好ましくは4.5以下である。上記ηD/ηCが上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径が小さい場合であっても、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。さらに、接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記ηD/ηCは、配合成分の種類及び配合量により適宜調整することができる。
上記粘度(ηA)、上記粘度(ηB)、上記粘度(ηC)及び上記粘度(ηD)は、例えば、E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)等を用いて、測定することができる。
なお、本明細書において、粘度を測定するための導電材料の冷凍保管の条件は、-40℃で48時間保管する条件である。一方で、導電材料の実際の使用時の上記冷凍保管の条件は特に限定されない。導電材料の実際の使用時の上記冷凍保管の温度は特に限定されず、0℃未満であればよい。導電材料の実際の使用時の上記冷凍保管の温度は、-10℃以下であってもよく、-20℃以下であってもよく、-40℃以下であってもよい。導電材料の実際の使用時の上記冷凍保管の期間は特に限定されず、180日間以下であればよい。該冷凍保管の期間は、30日間以上であってもよく、60日間以上であってもよく、90日間以上であってもよく、120日間以上であってもよい。
また、本明細書において、粘度を測定するための導電材料の解凍条件は、25℃で保管する条件である。一方で、導電材料の実際の使用時の冷凍保管された上記導電材料を解凍する方法は特に限定されない。導電材料の実際の使用時の冷凍保管された上記導電材料を解凍する方法としては、室温条件下で解凍する方法、冷蔵条件下で解凍する方法、及び加熱条件下で解凍する方法等が挙げられる。上記室温条件は、20℃以上25℃以下であることが好ましい。上記冷蔵条件は、0℃を超え10℃以下であることが好ましい。上記加熱条件は、30℃以上35℃以下であることが好ましい。
はんだ粒子の融点での導電材料の粘度(ηmp)は、好ましくは0.1Pa・s以上、より好ましくは1Pa・s以上であり、好ましくは10Pa・s以下、より好ましくは5Pa・s以下、さらに好ましくは2Pa・s以下である。上記粘度(ηmp)が上記下限以上であると、接続部でのボイドを抑制し、接続部以外への導電材料のはみだしを抑制することができる。上記粘度(ηmp)が上記上限以下であると、電極上にはんだ粒子を効率的に凝集させることができる。
上記粘度(ηmp)は、例えば、Thermo Fisher Scientific社製レオメーター「HAAKE MARS III」を用いて、周波数2Hz、昇温速度0.11℃/秒、測定温度範囲25℃~200℃(但し、はんだ粒子の融点が200℃を超える場合には温度上限をはんだ粒子の融点とする)の条件で測定可能である。測定結果から、はんだ粒子の融点(℃)での粘度が評価される。
上記導電材料は、導電ペースト等として使用され得る。本発明の効果をより一層効果的に発揮する観点からは、上記導電材料は、25℃で液状であることが好ましく、導電ペーストであることが好ましい。上記導電ペーストは、異方性導電ペーストであることが好ましい。電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置する観点からは、上記導電材料は、導電ペーストであることが好ましい。上記導電材料は、電極の電気的な接続に好適に用いられる。上記導電材料は、回路接続材料であることが好ましい。
以下、上記導電材料に含まれる各成分を説明する。なお、本明細書中において、「(メタ)アクリル」は「アクリル」と「メタクリル」との一方又は双方を意味する。
(熱硬化性成分)
上記導電材料は、熱硬化性成分を含む。上記熱硬化性成分としては、熱硬化性化合物、熱硬化剤、及び硬化促進剤等が挙げられる。上記導電材料は、熱硬化性成分として、熱硬化性化合物を含んでいてもよく、熱硬化性化合物と硬化促進剤とを含んでいてもよく、熱硬化性化合物と熱硬化剤と硬化促進剤とを含んでいてもよい。
(熱硬化性成分:熱硬化性化合物)
上記熱硬化性化合物は、加熱により硬化可能な化合物である。
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。導電材料の硬化性及び粘度をより一層良好にする観点、導通信頼性をより一層効果的に高める観点から、上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物又はエピスルフィド化合物を含むことが好ましく、エポキシ化合物を含むことがより好ましい。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。
上記エポキシ化合物は、少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物である。上記エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物、ビフェニルノボラック型エポキシ化合物、ビフェノール型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、フルオレン型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ナフトールアラルキル型エポキシ化合物、ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、アントラセン型エポキシ化合物、アダマンタン骨格を有するエポキシ化合物、トリシクロデカン骨格を有するエポキシ化合物、ナフチレンエーテル型エポキシ化合物、及びトリアジン核を骨格に有するエポキシ化合物等が挙げられる。上記エポキシ化合物は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。
上記エポキシ化合物は、常温(25℃)で液状又は固体であり、上記エポキシ化合物が常温で固体である場合には、上記エポキシ化合物の溶融温度は、上記はんだ粒子の融点以下であることが好ましい。上記の好ましいエポキシ化合物を用いることで、接続対象部材を貼り合わせた段階では、粘度が高くなるため、搬送等の衝撃により加速度が付与された際に、第1の接続対象部材と、第2の接続対象部材との位置ずれを抑制することができる。さらに、硬化時の熱により、導電材料の粘度を大きく低下させることができ、はんだ粒子の凝集を効率よく進行させることができる。
電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置する観点からは、上記熱硬化性化合物は、ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物を含むことが好ましい。
上記ポリエーテル骨格を有する熱硬化性化合物としては、炭素数3~12のアルキル鎖の両末端にグリシジルエーテル基を有する化合物、並びに炭素数2~4のポリエーテル骨格を有し、該ポリエーテル骨格2個~10個が連続して結合した構造単位を有するポリエーテル型エポキシ化合物等が挙げられる。
硬化物の耐熱性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化性化合物は、イソシアヌル骨格を有する熱硬化性化合物を含むことが好ましい。
上記イソシアヌル骨格を有する熱硬化性化合物としてはトリイソシアヌレート型エポキシ化合物等が挙げられ、日産化学工業社製TEPICシリーズ(TEPIC-G、TEPIC-S、TEPIC-SS、TEPIC-HP、TEPIC-L、TEPIC-PAS、TEPIC-VL、TEPIC-UC)等が挙げられる。
上記導電材料100重量%中、上記熱硬化性化合物の含有量は、好ましくは4重量%以上、より好ましくは6重量%以上、さらに好ましくは8重量%以上、好ましくは25重量%以下、より好ましくは15重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。上記熱硬化性化合物の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、接続されてはならない電極間の絶縁信頼性及び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ことができる。また、上記熱硬化性化合物の含有量が上記下限以上であると、耐衝撃性を高めることができる。
上記導電材料100重量%中、上記エポキシ化合物の含有量は、好ましくは4重量%以上、より好ましくは6重量%以上、さらに好ましくは8重量%以上、好ましくは25重量%以下、より好ましくは15重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。上記エポキシ化合物の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができ、また、接続されてはならない電極間の絶縁信頼性及び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ことができる。また、上記エポキシ化合物の含有量が上記下限以上であると、耐衝撃性を高めることができる。
(熱硬化性成分:熱硬化剤)
上記導電材料は、熱硬化剤を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。上記導電材料は、上記熱硬化性化合物とともに熱硬化剤を含んでいることが好ましい。上記熱硬化剤は、上記熱硬化性化合物を熱硬化させる。
上記熱硬化剤は特に限定されない。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、チオール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、酸無水物硬化剤、熱カチオン開始剤及び熱ラジカル発生剤等が挙げられる。上記熱硬化剤は、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。
導電材料を低温でより一層速やかに硬化可能とする観点からは、上記熱硬化剤は、イミダゾール硬化剤、チオール硬化剤、又はアミン硬化剤であることが好ましい。また、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤とを混合したときの保存安定性を高める観点からは、上記熱硬化剤は、潜在性の硬化剤であることが好ましい。潜在性の硬化剤は、潜在性イミダゾール硬化剤、潜在性チオール硬化剤又は潜在性アミン硬化剤であることが好ましい。なお、上記熱硬化剤は、ポリウレタン樹脂又はポリエステル樹脂等の高分子物質で被覆されていてもよい。
上記イミダゾール硬化剤は特に限定されない。上記イミダゾール硬化剤としては、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテート、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン及び2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-ベンジル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-パラトルイル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-メタトルイル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-メタトルイル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-パラトルイル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール等における1H-イミダゾールの5位の水素をヒドロキシメチル基で、かつ、2位の水素をフェニル基またはトルイル基で置換したイミダゾール化合物等が挙げられる。
上記チオール硬化剤は特に限定されない。上記チオール硬化剤としては、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、ペンタエリスリトールテトラキス-3-メルカプトプロピオネート及びジペンタエリスリトールヘキサ-3-メルカプトプロピオネート等が挙げられる。
上記アミン硬化剤は特に限定されない。上記アミン硬化剤としては、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラスピロ[5.5]ウンデカン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、メタフェニレンジアミン及びジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
上記酸無水物硬化剤は特に限定されず、エポキシ化合物等の熱硬化性化合物の硬化剤として用いられる酸無水物であれば広く用いることができる。上記酸無水物硬化剤としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、フタル酸誘導体の無水物、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水グルタル酸、無水コハク酸、グリセリンビス無水トリメリット酸モノアセテート、及びエチレングリコールビス無水トリメリット酸等の2官能の酸無水物硬化剤、無水トリメリット酸等の3官能の酸無水物硬化剤、並びに、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、及びポリアゼライン酸無水物等の4官能以上の酸無水物硬化剤等が挙げられる。
上記熱カチオン開始剤は特に限定されない。上記熱カチオン開始剤としては、ヨードニウム系カチオン硬化剤、オキソニウム系カチオン硬化剤及びスルホニウム系カチオン硬化剤等が挙げられる。上記ヨードニウム系カチオン硬化剤としては、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。上記オキソニウム系カチオン硬化剤としては、トリメチルオキソニウムテトラフルオロボラート等が挙げられる。上記スルホニウム系カチオン硬化剤としては、トリ-p-トリルスルホニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。
上記熱ラジカル発生剤は特に限定されない。上記熱ラジカル発生剤としては、アゾ化合物及び有機過酸化物等が挙げられる。上記アゾ化合物としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等が挙げられる。上記有機過酸化物としては、ジ-tert-ブチルペルオキシド及びメチルエチルケトンペルオキシド等が挙げられる。
上記熱硬化剤の反応開始温度は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下、特に好ましくは140℃以下である。上記熱硬化剤の反応開始温度が上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだ粒子がより一層効率的に配置される。電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置する観点及び接続されるべき上下の電極間の導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化剤の反応開始温度は、80℃以上140℃以下であることが特に好ましい。
電極上にはんだ粒子をより一層効果的に配置する観点からは、上記熱硬化剤の反応開始温度は、上記はんだ粒子の融点よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことがさらに好ましい。
上記熱硬化剤の反応開始温度は、DSCでの発熱ピークの立ち上がり開始の温度を意味する。
上記熱硬化剤の含有量は特に限定されない。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記熱硬化剤の含有量は、好ましくは0.01重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、好ましくは200重量部以下、より好ましくは100重量部以下、さらに好ましくは75重量部以下である。上記熱硬化剤の含有量が上記下限以上であると、導電材料を十分に硬化させることが容易である。上記熱硬化剤の含有量が上記上限以下であると、硬化後に硬化に関与しなかった余剰の熱硬化剤が残存し難くなり、かつ硬化物の耐熱性がより一層高くなる。
(熱硬化性成分:硬化促進剤)
上記導電材料は硬化促進剤を含んでいてもよい。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。
上記硬化促進剤としては、ホスホニウム塩、三級アミン、三級アミン塩、四級オニウム塩、三級ホスフィン、クラウンエーテル錯体、アミン錯体化合物及びホスホニウムイリド等が挙げられる。具体的には、上記硬化促進剤としては、イミダゾール化合物、イミダゾール化合物のイソシアヌル酸塩、ジシアンジアミド、ジシアンジアミドの誘導体、メラミン化合物、メラミン化合物の誘導体、ジアミノマレオニトリル、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエタノールアミン、ジアミノジフェニルメタン、有機酸ジヒドラジド等のアミン化合物、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素-アミン錯体化合物、並びに、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン及びメチルジフェニルホスフィン等の有機リン化合物等が挙げられる。
上記ホスホニウム塩は特に限定されない。上記ホスホニウム塩としては、テトラノルマルブチルホスホニウムブロマイド、テトラノルマルブチルホスホニウムO-Oジエチルジチオリン酸、メチルトリブチルホスホニウムジメチルリン酸塩、テトラノルマルブチルホスホニウムベンゾトリアゾール、テトラノルマルブチルホスホニウムテトラフルオロボレート、及びテトラノルマルブチルホスホニウムテトラフェニルボレート等が挙げられる。
上記熱硬化性化合物が良好に硬化するように、上記硬化促進剤の含有量は適宜選択される。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記硬化促進剤の含有量は、好ましくは0.5重量部以上、より好ましくは0.8重量部以上であり、好ましくは10重量部以下、より好ましくは8重量部以下である。上記硬化促進剤の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、上記熱硬化性化合物を良好に硬化させることができる。
(はんだ粒子)
本発明に係る導電材料は、はんだ粒子を含む。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り、電極間の位置ずれの抑制効果も低くなる傾向がある。
上記はんだは、融点が450℃以下である金属(低融点金属)であることが好ましい。上記はんだ粒子は、融点が450℃以下である金属粒子(低融点金属粒子)であることが好ましい。上記低融点金属粒子は、低融点金属を含む粒子である。該低融点金属とは、融点が450℃以下の金属を示す。低融点金属の融点は好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下である。上記はんだ粒子は、融点が300℃未満の低融点はんだであることが好ましい。
上記はんだ粒子の融点は、好ましくは80℃以上、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは130℃以上、好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは220℃以下である。上記はんだ粒子の融点が上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができ、絶縁信頼性及び導通信頼性をより一層効果的に高めることができる。
上記はんだ粒子の融点は、示差走査熱量測定(DSC)により求めることができる。示差走査熱量測定(DSC)装置としては、SII社製「EXSTAR DSC7020」等が挙げられる。
また、上記はんだ粒子は錫を含むことが好ましい。上記はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、錫の含有量は、好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは70重量%以上、特に好ましくは90重量%以上である。上記はんだ粒子における錫の含有量が上記下限以上であると、はんだ部と電極との接続信頼性がより一層高くなる。
なお、錫の含有量は、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(堀場製作所社製「ICP-AES」)、又は蛍光X線分析装置(島津製作所社製「EDX-800HS」)等を用いて測定することができる。
上記はんだ粒子を用いることで、はんだが溶融して電極に接合し、はんだ部が電極間を導通させる。例えば、はんだ部と電極とが点接触ではなく面接触しやすいため、接続抵抗が低くなる。また、上記はんだ粒子の使用により、はんだ部と電極との接合強度が高くなる結果、はんだ部と電極との剥離がより一層生じ難くなり、導通信頼性及び接続信頼性がより一層高くなる。
上記はんだ粒子を構成する金属は特に限定されない。該金属は、錫、又は錫を含む合金であることが好ましい。該合金は、錫-銀合金、錫-銅合金、錫-銀-銅合金、錫-ビスマス合金、錫-亜鉛合金、錫-インジウム合金等が挙げられる。電極に対する濡れ性に優れることから、上記低融点金属は、錫、錫-銀合金、錫-銀-銅合金、錫-ビスマス合金、錫-インジウム合金であることが好ましい。錫-ビスマス合金、錫-インジウム合金であることがより好ましい。
上記はんだ粒子は、JIS Z3001:溶接用語に基づき、液相線が450℃以下である溶加材であることが好ましい。上記はんだ粒子の組成としては、例えば亜鉛、金、銀、鉛、銅、錫、ビスマス、インジウム等を含む金属組成が挙げられる。低融点で鉛フリーである錫-インジウム系(117℃共晶)、又は錫-ビスマス系(139℃共晶)が好ましい。すなわち、上記はんだ粒子は、鉛を含まないことが好ましく、錫とインジウムとを含むか、又は錫とビスマスとを含むことが好ましい。
はんだ部と電極との接合強度をより一層高めるために、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム、亜鉛、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、コバルト、ビスマス、マンガン、クロム、モリブデン、パラジウム等の金属を含んでいてもよい。また、はんだ部と電極との接合強度をさらに一層高める観点からは、上記はんだ粒子は、ニッケル、銅、アンチモン、アルミニウム又は亜鉛を含むことが好ましい。はんだ部と電極との接合強度をより一層高める観点からは、接合強度を高めるためのこれらの金属の含有量は、はんだ粒子に含まれる金属100重量%中、好ましくは0.0001重量%以上、好ましくは1重量%以下である。
上記はんだ粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは2.0μm以上であり、好ましくは5.0μm以下、より好ましくは4.0μm以下、さらに好ましくは3.0μm以下である。上記はんだ粒子の平均粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。平均粒子径の比較的小さいはんだ粒子を含む従来の導電材料では、転写面積のばらつきを十分に抑えることは困難であるものの、本発明では、はんだ粒子の平均粒子径が比較的小さい場合であっても、転写面積のばらつきを効果的に抑えることができる。また、上記はんだ粒子の平均粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができ、導通信頼性及び接続信頼性をより一層効果的に高めることができる。上記はんだ粒子の平均粒子径は2μm以下であってもよく、1μm以下であってもよく、1μm未満であってもよい。本発明では、上記はんだ粒子の平均粒子径がかなり小さくても、本発明の効果が効果的に奏される。
上記はんだ粒子の最大粒子径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上であり、好ましくは10μm以下、より好ましくは5.0μm以下である。上記はんだ粒子の最大粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。最大粒子径の比較的小さいはんだ粒子を含む従来の導電材料では、転写面積のばらつきを十分に抑えることは困難であるものの、本発明では、はんだ粒子の最大粒子径が比較的小さい場合であっても、転写面積のばらつきを効果的に抑えることができる。また、上記はんだ粒子の最大粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができ、導通信頼性及び接続信頼性をより一層効果的に高めることができる。
上記はんだ粒子の平均粒子径は、数平均粒子径であることが好ましい。上記はんだ粒子の平均粒子径は、例えば、任意のはんだ粒子50個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各はんだ粒子の粒子径の平均値を算出することや、レーザー回折式粒度分布測定を行うことにより求められる。
上記はんだ粒子の最大粒子径は、例えば、任意のはんだ粒子50個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、はんだ粒子の粒子径の最大値を算出することや、レーザー回折式粒度分布測定を行うことにより求められる。
上記はんだ粒子の粒子径の変動係数(CV値)は、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上であり、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下である。上記はんだ粒子の粒子径の変動係数が上記下限以上及び上記上限以下であると、電極上にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができる。但し、上記はんだ粒子の粒子径のCV値は、5%未満であってもよい。
上記変動係数(CV値)は、以下のようにして測定できる。
CV値(%)=(ρ/Dn)×100
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
上記はんだ粒子の形状は特に限定されない。上記はんだ粒子の形状は、球状であってもよく、球状以外の形状であってもよく、扁平状等の形状であってもよい。
ピン転写又はディップ転写に用いる観点及び本発明の効果を発揮する観点から、上記導電材料100重量%中、上記はんだ粒子の含有量は70重量%以上93重量%以下である。
上記導電材料100重量%中、上記はんだ粒子の含有量は、好ましくは80重量%以上、より好ましくは85重量%以上、好ましくは91重量%以下、より好ましくは89重量%以下である。上記はんだ粒子の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。
上記はんだ粒子の含有量の、上記フラックスの含有量に対する重量比(上記はんだ粒子の含有量/上記フラックスの含有量)は、好ましくは5以上、より好ましくは6以上、好ましくは10以下、より好ましくは9以下である。上記重量比(上記はんだ粒子の含有量/上記フラックスの含有量)が上記下限以上及び上記上限以下であると、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。
(フラックス)
上記導電材料は、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。
上記フラックスとしては、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸アミン塩、リン酸の誘導体、有機酸、有機酸アミン塩、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、リン酸アミン塩及び有機酸アミン塩の双方とは異なるアミン化合物、並びに松脂等が挙げられる。上記フラックスは、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。
上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。
上記リン酸アミン塩としては、アシッドホスフェートアミン塩等が挙げられる。上記アシッドホスフェートアミン塩としては、アルキルアシッドホスフェートアミン塩等が挙げられ、より具体的には、エチルアシッドホスフェートビス(2-エチルヘキシルアミン塩)、ブチルアシッドホスフェートビス(2-エチルヘキシルアミン塩)、ブチルアシッドホスフェートビス(ジメチルドデシルアミン)、ブチルアシッドホスフェートビス(2-エチルエキシルアミン)等が挙げられる。
上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びグルタル酸等が挙げられる。
上記有機酸アミン塩としては、グルタル酸ベンジルアミン塩及びアジピン酸ベンジルアミン塩等が挙げられる。
リン酸アミン塩及び有機酸アミン塩の双方とは異なる上記アミン化合物としては、ジシクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ベンズヒドリルアミン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、フェニルイミダゾール、カルボキシベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、及びカルボキシベンゾトリアゾール等が挙げられる。
上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。上記ロジン類としては、アビエチン酸、及びアクリル変性ロジン等が挙げられる。
上記フラックスは、有機酸、リン酸、有機酸アミン塩、又はリン酸アミン塩を含むことが好ましい。上記有機酸は、カルボキシル基を2個以上有する有機酸であることが好ましい。上記有機酸アミン塩は、カルボン酸アミン塩であることが好ましく、カルボキシル基を2個以上有する有機酸アミン塩であることがより好ましい。上記リン酸アミン塩は、アシッドホスフェートアミン塩であることが好ましく、アルキルアシッドホスフェートアミン塩であることがより好ましい。これらの好ましいフラックスを用いることにより、本発明の効果をより一層効果的に発揮することができる。
上記カルボキシル基を2個以上有する有機酸及び有機酸アミン塩における有機酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、及びセバシン酸等が挙げられる。
上記フラックスの活性温度(融点)は、好ましくは50℃以上、より好ましくは70℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、好ましくは200℃以下、より好ましくは190℃以下、より一層好ましくは160℃以下、さらに好ましくは150℃以下、さらに一層好ましくは140℃以下である。上記フラックスの活性温度が上記下限以上及び上記上限以下であると、フラックス効果がより一層効果的に発揮され、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。
上記フラックスの融点は、示差走査熱量測定(DSC)により求めることができる。示差走査熱量測定(DSC)装置としては、SII社製「EXSTAR DSC7020」等が挙げられる。
また、上記フラックスの沸点は200℃以下であることが好ましい。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点からは、上記フラックスの融点は、上記熱硬化剤の反応開始温度よりも、高いことが好ましく、5℃以上高いことがより好ましく、10℃以上高いことがさらに好ましい。
上記フラックスは、導電材料中に分散されていてもよく、はんだ粒子の表面上に付着していてもよい。
上記フラックスは、加熱によりカチオンを放出するフラックスであることが好ましい。加熱によりカチオンを放出するフラックスの使用により、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。
上記加熱によりカチオンを放出するフラックスとしては、上記熱カチオン開始剤(熱カチオン硬化剤)が挙げられる。
電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、接続されてはならない電極間の絶縁信頼性及び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からは、上記フラックスは、酸化合物と塩基化合物との塩であることが好ましい。
上記酸化合物は、カルボキシル基を有する有機化合物であることが好ましい。上記酸化合物としては、脂肪族系カルボン酸であるマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、クエン酸、リンゴ酸、環状脂肪族カルボン酸であるシクロヘキシルカルボン酸、1,4-シクロヘキシルジカルボン酸、芳香族カルボン酸であるイソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、及びエチレンジアミン四酢酸等が挙げられる。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点、及び導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記酸化合物は、グルタル酸、シクロヘキシルカルボン酸、又はアジピン酸であることが好ましい。
上記塩基化合物は、アミノ基を有する有機化合物であることが好ましい。上記塩基化合物としては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ベンズヒドリルアミン、2-メチルベンジルアミン、3-メチルベンジルアミン、4-tert-ブチルベンジルアミン、N-メチルベンジルアミン、N-エチルベンジルアミン、N-フェニルベンジルアミン、N-tert-ブチルベンジルアミン、N-イソプロピルベンジルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、イミダゾール化合物、及びトリアゾール化合物が挙げられる。電極上にはんだをより一層効率的に配置する観点、絶縁信頼性をより一層効果的に高める観点、及び導通信頼性をより一層効果的に高める観点からは、上記塩基化合物は、ベンジルアミンであることが好ましい。
上記導電材料100重量%中、上記フラックスの含有量は、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上であり、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下である。上記フラックスの含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ及び電極の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ及び電極の表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。
(フィラー)
本発明に係る導電材料は、フィラーを含んでいてもよい。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。上記導電材料がフィラーを含むことにより、基板の全電極上に対して、はんだを均一に凝集させることができる。
上記導電材料は、上記フィラーを含まないか、又は上記フィラーを5重量%以下で含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物を用いている場合には、フィラーの含有量が少ないほど、電極上にはんだが移動しやすくなる。
上記導電材料100重量%中、上記フィラーの含有量は、好ましくは0重量%(未含有)以上であり、好ましくは5重量%以下、より好ましくは2重量%以下、さらに好ましくは1重量%以下である。上記フィラーの含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだが電極上により一層均一に配置される。
(他の成分)
上記導電材料は、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。
転写面積のばらつきを抑える観点からは、上記導電材料は、溶剤を含まないか又は8重量%以下で含むことが好ましい。上記導電材料が上記溶剤を含む場合に、上記導電材料100重量%中、上記溶剤の含有量は、好ましくは8重量%以下、より好ましくは7重量%以下、より一層好ましくは6重量%以下、さらに好ましくは5重量%以下、さらにより一層好ましくは3重量%以下、特に好ましくは2重量%以下である。上記導電材料は上記溶剤を含まないことが最も好ましい。
上記溶剤としては、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル2-アセテート、及び2-オクタノール等が挙げられる。
(接続構造体及び接続構造体の製造方法)
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の接続対象部材と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、上述した導電材料である。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。
本発明に係る接続構造体の製造方法は、上述した導電材料を用いて、第1の電極を表面に有する第1の接続対象部材の表面上又は第2の電極を表面に有する第2の接続対象部材の表面上に、ピン転写又はディップ転写により上記導電材料を転写する工程を備える。本発明に係る接続構造体の製造方法は、上記第1の電極と上記第2の電極とが上記導電材料を介して対向するように、上記第1の接続対象部材に対して、上記第2の接続対象部材を配置する工程を備える。本発明に係る接続構造体の製造方法は、上記はんだ粒子の融点以上に上記導電材料を加熱することで、上記第1の接続対象部材と上記第2の接続対象部材とを接続している接続部を、上記導電材料により形成し、かつ、上記第1の電極と上記第2の電極とを、上記接続部中のはんだ部により電気的に接続する工程を備える。
本発明に係る接続構造体及び接続構造体の製造方法では、特定の導電材料を用いているので、第1の電極と第2の電極との間において、はんだ部を良好に形成させることができる。また、はんだの一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置されるはんだの量をかなり少なくすることができる。従って、第1の電極と第2の電極との間の導通信頼性を高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続を防ぐことができ、絶縁信頼性を高めることができる。
ピン転写により上記導電材料を転写する工程及び上記第2の接続対象部材を配置する工程は、例えば、以下のように行うことができる。
導電材料をピンの先端面に付着させる。次いで、ピンの先端面に付着した導電材料を、第1の接続対象部材の表面上に接触させる。より具体的には、ピンの先端面に付着した導電材料を、第1の電極上に接触させる。このようにして、第1の接続対象部材の表面上(第1の電極上)に導電材料を配置することができる。次いで、導電材料が配置された第1の接続対象部材に対して、上記第1の電極と上記第2の電極とが対向するように第2の接続対象部材を配置する。このようにして、上記第1の電極と上記第2の電極との間に導電材料を配置することができる。
ピン転写に用いられるピンの形状は、特に限定されず、従来公知のピンを用いることができる。ピンの先端面の径は、好ましくは10μm以上、より好ましくは50μm以上、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。ピンの先端面の径が上記下限以上及び上記上限以下であると、より微細な部分に導電材料を転写することができる。
ディップ転写により上記導電材料を転写する工程及び上記第2の接続対象部材を配置する工程は、例えば、以下のように行うことができる。
第2の接続対象部材の表面を導電材料に浸漬(ディップ)する。より具体的には、第2の電極の表面を導電材料に浸漬する。このようにして、第2の接続対象部材の表面上(第1の電極上)に導電材料を配置することができる。次いで、第1の接続対象部材に対して、上記第1の電極と上記第2の電極とが対向するように、導電材料が配置された第2の接続対象部材を配置する。このようにして、上記第1の電極と上記第2の電極との間に導電材料を配置することができる。
本発明に係る接続構造体の製造方法では、上記第2の接続対象部材を配置する工程及び上記接続部を形成する工程において、加圧を行わず、上記導電材料には、上記第2の接続対象部材の重量が加わることが好ましい。本発明に係る接続構造体の製造方法では、上記第2の接続対象部材を配置する工程及び上記接続部を形成する工程において、上記導電材料には、上記第2の接続対象部材の重量の力を超える加圧圧力は加わらないことが好ましい。これらの場合には、複数のはんだ部において、はんだ量の均一性をより一層高めることができる。さらに、はんだ部の厚みをより一層効果的に厚くすることができ、はんだが電極間に多く集まりやすくなり、はんだを電極(ライン)上により一層効率的に配置することができる。また、はんだの一部が、電極が形成されていない領域(スペース)に配置され難く、電極が形成されていない領域に配置されるはんだの量をより一層少なくすることができる。従って、電極間の導通信頼性をより一層高めることができる。しかも、接続されてはならない横方向に隣接する電極間の電気的な接続をより一層防ぐことができ、絶縁信頼性をより一層高めることができる。
次に、はんだ粒子の融点以上に導電材料を加熱する。好ましくは、熱硬化性成分(熱硬化性化合物)の硬化温度以上に導電材料を加熱する。この加熱時には、電極が形成されていない領域に存在していたはんだ粒子は、第1の電極と第2の電極との間に集まる(自己凝集効果)。また、はんだ粒子は溶融し、互いに接合する。また、熱硬化性成分は熱硬化する。第1の接続対象部材と第2の接続対象部材とを接続している接続部が、導電材料により形成される。導電材料により接続部が形成され、複数のはんだ粒子が接合することによってはんだ部が形成され、熱硬化性成分が熱硬化することによって硬化物部が形成される。
本実施形態では、特定の導電材料を用いているので、導電材料の流動が発生する比較的低い温度で、はんだ粒子を沈降させることができ、はんだ粒子の移動を抑制し、本来配置される場所(電極上)にはんだ粒子を配置させることができる。結果として、接続されるべき電極間にはんだ粒子をより一層効率的に配置することができ、導通信頼性及び絶縁信頼性をより一層効果的に高めることができる。
上記はんだ粒子の融点以上に導電材料を加熱する工程における上記加熱温度は、好ましくは140℃以上、より好ましくは160℃以上であり、好ましくは450℃以下、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは250℃以下、特に好ましくは200℃以下である。
上記はんだ粒子の融点以上に導電材料を加熱する工程における加熱方法としては、はんだ粒子の融点以上及び熱硬化性成分の硬化温度以上に、接続構造体全体を、リフロー炉を用いて又はオーブンを用いて加熱する方法や、接続構造体の接続部のみを局所的に加熱する方法が挙げられる。
局所的に加熱する方法に用いる器具としては、ホットプレート、熱風を付与するヒートガン、はんだゴテ、及び赤外線ヒーター等が挙げられる。
また、ホットプレートにて局所的に加熱する際、接続部直下は、熱伝導性の高い金属にて、その他の加熱することが好ましくない個所は、フッ素樹脂等の熱伝導性の低い材質にて、ホットプレート上面を形成することが好ましい。
電極間でのはんだ部の厚みは、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であり、好ましくは60μm以下、より好ましくは40μm以下である。電極の表面上のはんだ濡れ面積(電極の露出した面積100%中のはんだが接している面積)は、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上であり、好ましくは100%以下である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る導電材料を用いて得られる接続構造体を模式的に示す断面図である。
図1に示す接続構造体1は、第1の接続対象部材2と、第2の接続対象部材3と、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とを接続している接続部4とを備える。接続部4は、上述した導電材料により形成されている。本実施形態では、上記導電材料は、熱硬化性成分と、はんだ粒子と、フラックスとを含む。上記熱硬化性成分は、熱硬化性化合物と硬化促進剤とを含む。
接続部4は、複数のはんだ粒子が集まり互いに接合したはんだ部4Aと、熱硬化性化合物が熱硬化された硬化物部4Bとを有する。
第1の接続対象部材2は表面(上面)に、複数の第1の電極2aを有する。第2の接続対象部材3は表面(下面)に、複数の第2の電極3aを有する。第1の電極2aと第2の電極3aとが、はんだ部4Aにより電気的に接続されている。従って、第1の接続対象部材2と第2の接続対象部材3とが、はんだ部4Aにより電気的に接続されている。なお、接続部4において、第1の電極2aと第2の電極3aとの間において、はんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)では、はんだ粒子は存在しない。はんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)では、はんだ部4Aと離れたはんだ粒子は存在しない。なお、少量であれば、第1の電極2aと第2の電極3aとの間において、はんだ部4Aとは異なる領域(硬化物部4B部分)に、はんだ粒子が存在していてもよい。
図1に示すように、接続構造体1では、第1の電極2aと第2の電極3aとの間に、複数のはんだ粒子が集まり、複数のはんだ粒子が溶融した後、はんだ粒子の溶融物が電極の表面を濡れ拡がった後に固化して、はんだ部4Aが形成されている。このため、はんだ部4Aと第1の電極2a、並びにはんだ部4Aと第2の電極3aとの接続面積が大きくなる。すなわち、はんだ粒子を用いることにより、導電性の外表面がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、はんだ部4Aと第1の電極2a、並びにはんだ部4Aと第2の電極3aとの接触面積が大きくなる。このことによっても、接続構造体1における導通信頼性及び接続信頼性が高くなる。なお、フラックスは、一般に、加熱により次第に失活する。
図1に示す接続構造体1では、はんだ部4Aの全てが、第1,第2の電極2a,3a間の対向している領域に位置している。また、図1に示す接続構造体1では、硬化物部4Bの全てが、第1,第2の電極2a,3a間の対向している領域に位置している。なお、上記接続構造体では、はんだ部の多くが、第1,第2の電極の対向している領域に位置しており、はんだ部の一部が第1,第2の電極の対向している領域から側方にはみ出していてもよい。第1,第2の電極の対向している領域から側方にはみ出しているはんだ部は、はんだ部の一部であり、はんだ部から離れたはんだ粒子ではない。なお、本実施形態では、はんだ部から離れたはんだ粒子の量を少なくすることができるが、はんだ部から離れたはんだ粒子が硬化物部中に存在していてもよい。また、上記接続構造体では、硬化物部の多くが、第1,第2の電極の対向している領域に位置しており、硬化物部の一部が第1,第2の電極の対向している領域から側方にはみ出していてもよい。
接続構造体1では、第1の電極2aと接続部4と第2の電極3aとの積層方向に第1の電極2aと第2の電極3aとの対向し合う部分をみたときに、第1の電極2aと第2の電極3aとの対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、接続部4中のはんだ部4Aが配置されていることが好ましい。接続部4中のはんだ部4Aが、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の50%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の60%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることがより好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の70%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることがさらに好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の80%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが特に好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分の面積100%中の90%以上に、上記接続部中のはんだ部が配置されていることが最も好ましい。上記接続部中のはんだ部が、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の60%以上が配置されていることが好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の70%以上が配置されていることがより好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の90%以上が配置されていることがさらに好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の95%以上が配置されていることが特に好ましい。上記第1の電極と上記接続部と上記第2の電極との積層方向と直交する方向に上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分をみたときに、上記第1の電極と上記第2の電極との対向し合う部分に、上記接続部中のはんだ部の99%以上が配置されていることが最も好ましい。上記接続部中のはんだ部が、上記の好ましい態様を満足することで、導通信頼性をより一層高めることができる。
上記第1,第2の接続対象部材は、特に限定されない。上記第1,第2の接続対象部材としては、具体的には、半導体チップ、半導体パッケージ、LEDチップ、LEDパッケージ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びに樹脂フィルム、プリント基板、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル、リジッドフレキシブル基板、ガラスエポキシ基板及びガラス基板等の回路基板等の電子部品等が挙げられる。上記第1,第2の接続対象部材は、電子部品であることが好ましい。
上記第1の接続対象部材及び上記第2の接続対象部材の内の少なくとも一方が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。上記第2の接続対象部材が、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板であることが好ましい。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル及びリジッドフレキシブル基板は、柔軟性が高く、比較的軽量であるという性質を有する。このような接続対象部材の接続に導電フィルムを用いた場合には、はんだ粒子が電極上に集まりにくい傾向がある。これに対して、導電ペーストを用いることで、樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いたとしても、はんだ粒子を電極上に効率的に集めることで、電極間の導通信頼性を十分に高めることができる。樹脂フィルム、フレキシブルプリント基板、フレキシブルフラットケーブル又はリジッドフレキシブル基板を用いる場合に、半導体チップ等の他の接続対象部材を用いた場合と比べて、加圧を行わないことによる電極間の導通信頼性の向上効果がより一層効果的に得られる。
上記接続対象部材に設けられている電極としては、金電極、ニッケル電極、錫電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極、SUS電極、及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、錫電極、銀電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極、銀電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物層の材料としては、3価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び3価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記3価の金属元素としては、Sn、Al及びGa等が挙げられる。
本発明に係る接続構造体では、上記第1の電極及び上記第2の電極は、エリアアレイ又はペリフェラルにて配置されていることが好ましい。上記第1の電極及び上記第2の電極が、エリアアレイ又はペリフェラルにて配置されている場合において、本発明の効果がより一層効果的に発揮される。上記エリアアレイとは、接続対象部材の電極が配置されている面にて、格子状に電極が配置されている構造のことである。上記ペリフェラルとは、接続対象部材の外周部に電極が配置されている構造のことである。電極が櫛型に並んでいる構造の場合は、櫛に垂直な方向に沿ってはんだ粒子が凝集すればよいのに対して、上記エリアアレイ又はペリフェラル構造では電極が配置されている面において、全面にて均一にはんだ粒子が凝集する必要がある。そのため、従来の方法では、はんだ量が不均一になりやすいのに対して、本発明の方法では、全面にて均一にはんだ粒子を凝集させることができる。
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。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。
熱硬化性成分(熱硬化性化合物):
熱硬化性化合物1:フェノールノボラック型エポキシ化合物、DOW社製「DEN431」
熱硬化性化合物2:ビスフェノールA型エポキシ化合物、DOW社製「DER354」
熱硬化性化合物3:1,6ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、共栄社化学社製「Epolite1600」
熱硬化性化合物4:ビスフェノールF型エポキシ化合物、新日鉄住金化学社製「YDF-8170C」
熱硬化性成分(硬化促進剤):
硬化促進剤:三フッ化ホウ素エチルアミン、東京化成社製
はんだ粒子:
はんだ粒子1:SnAgCuはんだ粒子、三井金属鉱業社製「SnAg3Cu0.5 Type5」、平均粒子径20μm、最大粒子径25μm、融点220℃
はんだ粒子2:SnBiはんだ粒子、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58 Type5」、平均粒子径20μm、最大粒子径25μm、融点139℃
はんだ粒子3:SnAgCuはんだ粒子、三井金属鉱業社製「SnAg3Cu0.5 DS10」、平均粒子径10μm、最大粒子径15μm、融点:220℃
はんだ粒子4:SnBiはんだ粒子、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58 DS10」、平均粒子径10μm、最大粒子径15μm、融点139℃
はんだ粒子5:SnBiはんだ粒子、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58 STC-5」、平均粒子径5μm、最大粒子径9μm、融点139℃
はんだ粒子6:SnBiはんだ粒子、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58 STC-3」、平均粒子径3μm、最大粒子径7μm、融点139℃
はんだ粒子7:SnBiはんだ粒子、三井金属鉱業社製「Sn42Bi58 STC-3」の表面を酸処理したはんだ粒子、平均粒子径3μm、最大粒子径6μm、融点139℃
なお、はんだ粒子の平均粒子径及び最大粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「LA-920」)を用いて上述の方法により求めた。
フラックス:
フラックス1:エチルアシッドホスフェート、城北化学工業社製「JP-502」、25℃で液体
フラックス2:ブチルアシッドホスフェート、城北化学工業社製「JP-504」、25℃で液体
フラックス3:アジピン酸ベンジルアミン塩、昭和化学工業社製「アジピン酸ベンジルアミン塩」、25℃で固体
フラックス4:ブチルアシッドホスフェートビス(2-エチルヘキシルアミン塩)、城北化学工業社製、25℃で液体
フラックス5:ブチルアシッドホスフェートビス(ジメチルドデシルアミン)、城北化学工業社製、25℃で液体
フラックス6:ブチルアシッドホスフェートビス(2-エチルエキシルアミン)、城北化学工業社製、25℃で液体
フラックス7:アゼライン酸、東京化成社製、25℃で固体
フラックス8:ダイマー酸、アリゾナケミカル社製「UNIDYME14」、25℃で液体
フラックス9:ロジン系フラックス、荒川化学工業社製「WHP-002」、25℃で液体
フラックス10:ロジン系フラックス、荒川化学工業社製「PHA-214」、25℃でろう状(固体と液体との混合物)
その他の成分:
フェノール樹脂:明和化成社製「MEH-8000H」
溶剤:ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル
(実施例1~20及び比較例1~5)
導電材料(異方性導電ペースト)の作製:
下記の表1~3に示す成分を下記の表1~3に示す配合量で配合して、導電材料(異方性導電ペースト)を得た。
(評価)
(1)導電材料の粘度
E型粘度計(東機産業社製「TVE22L」)を用いて、得られた導電材料の以下の粘度を測定した。
冷凍保管された導電材料を解凍し、25℃に達した直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度ηA
冷凍保管された導電材料を解凍し、25℃に達した直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度ηB
作製直後の導電材料の25℃及び5rpmでの粘度ηC
作製直後の導電材料の25℃及び0.5rpmでの粘度ηD
また、測定結果から、ηB/ηA、及びηD/ηCを算出した。
なお、ηA及びηBは、より具体的には、得られた導電材料を-40℃で48時間冷凍保管した後、25℃で保管して解凍し、25℃に達した直後の導電材料の粘度を測定して求めた。
[ηA,ηCの判定基準]
A:20Pa・s以上60Pa・s以下
B:10Pa・s以上20Pa・s未満
C:60Pa・sを超え80Pa・s以下
D:10Pa・s未満
E:80Pa・sを超える
[ηB/ηA,ηD/ηCの判定基準]
A:2.0以上
B:1.5以上2.0未満
C:1.5未満
(2)転写面積のばらつき
先端面の径が300μmである1点転写ピン(武蔵エンジニアリング社製)の先端から20μmの位置までを導電材料に接触させて、転写ピンに上記導電材料を付着させた。上記導電材料が付着した転写ピンを、スライドガラスに転写した。この転写作業を5回行い、転写された5点の導電材料の転写面積をHirox社製「Hirox KH-1300」を用いて測定した。転写された導電材料の転写面積をそれぞれA1~A5とし、A1~A5の平均値をAAveとしたときに、下記の関係式を満足するか否かで、転写面積のばらつきを評価した。
式:0.85≦(An/AAve)≦1.15
[転写面積のばらつきの判定基準]
〇:n=1~5のすべてが上記関係式を満足する
×:n=1~5の少なくとも1つが上記関係式を満足しない
(3)はんだ凝集性
縦100μm×横300μm×厚み30μmの開口部を有するメタルマスクを用い、導電材料をスライドガラスに塗布した。はんだ粒子の融点よりも20℃高い温度にセットしたホットプレートで上記導電材料を加熱した。加熱後の導電材料及びはんだを観察し、以下の基準ではんだ凝集性を判定した。
[はんだ凝集性の判定基準]
〇:導電材料中のはんだが1つの玉になる
×:導電材料中のはんだが1つの玉にならない
導電材料の組成及び結果を下記の表1~3に示す。