(57)【要約】【課題】簡便な工程で第一の電気回路基体に形成された電極端子と第二の電気回路基体に形成された電極端子との相互接続に用いることができるとともに、相対峙する電極端子間の電気的接続信頼性、及び、機械的接続信頼性の高い導電接続構造体を得ることができる導電性微粒子を提供する。【解決手段】樹脂からなる球状基材微粒子と、前記球状基材微粒子の表面に形成された金属層と、前記金属層の表面に形成された接着剤層とからなる導電性微粒子であって、前記金属層は、２層以上の多層構造を有し、かつ、少なくとも最外層が半田層である導電性微粒子。【選択図】　　　図１
2004127612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂からなる球状基材微粒子と、前記球状基材微粒子の表面に形成された金属層と、前記金属層の表面に形成された接着剤層とからなる導電性微粒子であって、
前記金属層は、２層以上の多層構造を有し、かつ、少なくとも最外層が半田層であることを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】
請求項１に記載の導電性微粒子を用いて第一の電気回路基体に形成された電極端子と第二の電気回路基体に形成された電極端子とを相互に電気的に接続させて保持固定させる電極端子の相互接続方法であって、
前記第一の電気回路基体又は前記第二の電気回路基体の少なくとも一方に形成された電極端子の上に前記導電性微粒子を配置する工程１と、
前記第一の電気回路基体に形成された電極端子と前記第二の電気回路基体に形成された電極端子との位置合わせをして、加熱圧着する工程２とを有する
ことを特徴とする電極端子の相互接続方法。
【請求項３】
請求項２記載の電極端子の相互接続方法により接続されてなることを特徴とする導電接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性微粒子、電極端子の相互接続方法及び導電接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
球状基材微粒子の表面に導電性金属被膜が形成された導電性微粒子は、電子部品におけるリード電極、配線基板等を接合する際に使用される導電ペースト、電磁波シールドの導電性材料、上下導通用接着剤、異方性導電接着剤等に使用されるものである。
【０００３】
従来、導電性微粒子を配線基板の電極端子上に配置し、この導電性微粒子を介して相対峙する配線基板の電極端子を電気的に相互接続する方法として、一方の配線基板の電極端子上に導電性微粒子を散布し、他方の配線基板の電極端子を位置合わせした後、加圧しながら絶縁性接着剤により接着、固定する方法が知られている。
しかしながら、このような方法では、導電性微粒子の物理的接着強度が弱く接続信頼性が低下しやすいという問題があった。
【０００４】
これに対して、その表面が接着剤で被覆された導電性微粒子を帯電させ、この帯電させた導電性微粒子を第一の配線基板の電極端子上に散布し、加熱により固定した後、第二の配線基板を載置し、加熱圧着によって接着、固定することにより、導電性微粒子を介して相対峙する配線基板の電極端子を相互接続する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に開示の電極端子の相互接続方法では、配線基板の電極端子上に付着させた導電性微粒子は、加熱されることで接着剤により電極端子上に固定されるため、導電性微粒子の物理的接着強度は向上されたものであった。
しかしながら、相対峙する配線基板の電極端子を接着する導電性微粒子に被覆された接着剤の接着力は余り高くなく、相対峙する配線基板の電極端子間の機械的接続信頼性を充分に高くするためには、電極端子間に絶縁性接着剤を封止し、電極端子同士を接着する必要があった。また、電極端子と導電性微粒子との電気的接続は、板状の電極端子の表面と球状の導電性微粒子の表面とが接触している点のみで確保されており、電極端子と導電性微粒子との電気的接続が点接続となっていたため、相対峙する配線基板の電極端子間の電気的接続信頼性が低くなるという問題があった。更に、電極端子の位置合わせを行う前に導電性微粒子を帯電させる必要があり、工程が煩雑になるという問題もあった。
【０００６】
一方、金属めっきされた球状高分子粒子の表面にホットメルト接着剤が被覆されてなる導電性微粒子が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に開示の導電性微粒子に被覆されたホットメルト接着剤は、特許文献１に開示の導電性微粒子に比べてより接着力が高いものであったため、特許文献２に開示の導電性微粒子を用いて相対峙する配線基板の電極端子の相互接続を行うと、電極端子間を絶縁性接着剤で封止し、電極端子同士を接着しなくても、ある程度高い機械的接続信頼性を得ることができ、また、電極端子の位置合わせを行う前に導電性微粒子を帯電させる必要がなく工程が簡便なものであった。
しかしながら、相対峙する配線基板の電極端子間の機械的接続信頼性は、充分であるとは言い難く、また、電極端子と導電性微粒子との電気的接続は、板状の電極端子の表面と球状の導電性微粒子の表面とが接触している点のみで確保されており、電極端子と導電性微粒子との電気的接続が点接続となっていたため、未だ相対峙する配線基板の電極端子間の電気的接続信頼性が低くなるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１１９３３７号公報
【特許文献２】
特開平９−２０４８１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑み、簡便な工程で電気的接続信頼性及び機械的接続信頼性の高い導電接続構造体を得ることができる導電性微粒子、該導電性微粒子を用いた電極端子の相互接続方法、及び、導電接続構造体を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明を解決するため手段】
本発明は、樹脂からなる球状基材微粒子と、前記球状基材微粒子の表面に形成された金属層と、前記金属層の表面に形成された接着剤層とからなる導電性微粒子であって、前記金属層は、２層以上の多層構造を有し、かつ、少なくとも最外層が半田層である導電性微粒子である。
以下に本発明を詳述する。
【００１０】
本発明は、樹脂からなる球状基材微粒子と、上記球状基材微粒子の表面に形成された金属層と、上記金属層の表面に形成された接着剤層とからなる導電性微粒子である。
【００１１】
図１は、本発明の導電性微粒子の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示すように本発明の導電性微粒子１０は、球状基材微粒子１１と、球状基材微粒子１１の表面に形成された金属層１２と、金属層１２の表面に形成された接着剤層１４とから構成されており、金属層１２は、その最外層が半田層１３となっている。
【００１２】
球状基材微粒子１１を構成する樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリスチレン、ポリスチレン共重合体、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル共重合体、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
また、球状基材微粒子１１の形状は、球状であれば特に限定されず、例えば、中空状であってもよく、その内部にまで密に充填されていてもよい。
【００１３】
球状基材微粒子１１の直径の好ましい下限は１μｍ、好ましい上限は３０００μｍである。１μｍ未満であると、本発明の導電性微粒子１０の粒径が小さくなりすぎ、導電性微粒子１０を用いて相対峙する電極端子の相互接続を行うと、電極端子の平滑性の問題から導電性微粒子１０が電極端子と接触せず、導通不良を発生する可能性があり、３０００μｍを超えると、微細ピッチの電極端子に対応できず隣接電極端子間でショートを発生することがある。より好ましい下限は１０μｍ、より好ましい上限は１０００μｍである。
【００１４】
本発明の導電性微粒子において金属層は、２層以上の多層構造であり、かつ、少なくとも金属層の最外層が半田層である。図１に示した導電性微粒子１０において、金属層１２は、その最外層が半田層１３である２層構造であるが、最外層の半田層１３の内側の層は、更に複数の層からなるものであってもよく、また、これらの複数の層は、同じ金属材料からなるものであってもよく、異なる金属材料からなるものであってもよい。
最外層を半田層とすることにより、上記構造の本発明の導電性微粒子を電極端子上に配置し、他の電極端子の位置合わせを行った後、加熱圧着することで、上記半田層が溶融されて上記電極端子が半田接合されるとともに、半田層の内側の金属表面が露出して電極端子と接触することから、電気的接続信頼性に優れる電極端子の相互接続を実現することができる。
【００１５】
半田層１３を構成する半田材料としては特に限定されず、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ半田、Ｐｂフリー半田等公知の半田材料が挙げられる。なかでも、融点が３００℃以下のものが好ましい。
【００１６】
金属層１２のうち、最外層の半田層１３の内側の層を構成する金属材料としては、その融点が、半田層１３を構成する半田材料の融点よりも高いことが好ましい。上記金属材料の融点が半田層１３を構成する半田材料の融点と同じか、それよりも低いと、本発明の導電性微粒子１０を用いて相対峙する電極端子の相互接続を行う際における半田層１３を溶融させるための加熱時に、金属層１２全体が溶融してしまい、樹脂からなる球状基材微粒子１１の表面が露出して電極端子間の電気的接続が図れないことがある。
上記半田材料の融点よりも高い融点を有する金属材料としては特に限定されず、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル等が挙げられる。なかでも、導電性に優れる銅であることが好ましい。
【００１７】
金属層１２の厚さの好ましい下限は０．０１μｍ、好ましい上限は５００μｍである。０．０１μｍ未満であると、上記金属材料の量が少なくなりすぎ、本発明の導電性微粒子を用いて相対峙する電極端子間の相互接続を行うと、上記電極端子間の導電性を充分に確保することができず、電気的接続信頼性が低下するおそれがあり、５００μｍを超えると、上記金属材料の量が多くなりすぎ、本発明の導電性微粒子が硬くなり、電極端子間に生じる応力等を緩和させることができなくなることがある。より好ましい下限は０．１μｍ、より好ましい上限は２００μｍである。
【００１８】
また、半田層１３の厚さの好ましい下限は０．００５μｍ、好ましい上限は４００μｍである。０．００５μｍ未満であると、半田の量が少なくなり、本発明の導電性微粒子を用いて相対峙する電極端子の相互接続を行うと、電極端子間の電気的接続を面接続とすることができず、電極端子間の導電性を充分に確保することができなくなることがあり、４００μｍを超えると、半田の量が多くなり、ブリードアウトして隣接電極端子間でショートを発生することがある。より好ましい下限は０．０５μｍ、より好ましい上限は１５０μｍである。
【００１９】
金属層１２は、球状基材微粒子１１の表面に上記金属材料を用いた無電解めっき方法、電解めっき方法、イオンスパッタリングによるめっき方法等の公知のめっき方法により金属めっきして得ることができる。
【００２０】
接着剤層１４を構成する接着剤としては特に限定されないが、ホットメルト接着剤であることが好ましい。
上記ホットメルト接着剤は、熱可塑性ホットメルト接着剤であってもよく、熱硬化性ホットメルト接着剤であってもよく、例えば、スチレン−イソプレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレンブロック共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。なかでも、信頼性の高い接合を得ることができることから、熱硬化性ホットメルト接着剤であることが好ましい。
なお、接着剤層１４を構成する接着剤としては、非加熱状態では接着力を発揮しないものであることが好ましい。非加熱状態で接着力を発揮する接着剤であると、凝集等が発生してしまうことがある。
【００２１】
接着剤層１４の厚さの好ましい下限は０．０５μｍ、好ましい上限は２０００μｍである。０．０５μｍ未満であると、接着剤の量が少なくなり、本発明の導電性微粒子を用いて相対峙する電極端子の相互接続を行うと、電極端子間の接合強度を充分に確保することができなくなることがあり、２０００μｍを超えると、接着剤の量が多くなり、ブリードアウトして電極端子を汚染することがある。より好ましい下限は０．１μｍ、より好ましい上限は１０００μｍである。
【００２２】
上記球状基材微粒子、金属層及び接着剤層から構成される本発明の導電性微粒子の大きさとしては特に限定されないが、例えば、その平均粒径の好ましい下限は１０μｍ、好ましい上限は８００μｍである。１０μｍ未満であると、本発明の導電性微粒子を用いて相対峙する電極端子の相互接続を行うと、電極端子の平滑性の問題から導電性微粒子が電極端子と接触せず、導通不良を発生する可能性があり、８００μｍを超えると、微細ピッチの電極端子に対応できず隣接電極端子間でショートを発生することがある。より好ましい下限は１５μｍ、より好ましい上限は３００μｍである。
なお、上記平均粒径は、任意の導電性微粒子１００個の粒径を顕微鏡を用いて測定し、その値を平均して得られる値である。
【００２３】
本発明の導電性微粒子を用いて電極端子を相互接続する方法としては特に限定されないが、例えば、第一の電気回路基体又は上記第二の電気回路基体の少なくとも一方に形成された電極端子の上に本発明の導電性微粒子を配置する工程１と、上記第一の電気回路基体に形成された電極端子と上記第二の電気回路基体に形成された電極端子との位置合わせをして、加熱圧着する工程２とを有する電極端子の相互接続方法が好適である。
この方法によれば、簡便な工程で電気的接続信頼性及び機械的接続信頼性の高い導電接続構造体を得ることができる。
このような電極端子の相互接続方法も本発明の１つである。
【００２４】
本発明の電極端子の相互接続方法の工程１では、第一又は第二の電気回路基体の少なくとも一方に形成された電極端子上に上記本発明の導電性微粒子を配置する。
本発明の電極端子の相互接続方法において、上記導電性微粒子は、上記第一の電気回路基体に形成された電極端子、又は、第二の電気回路基体に形成された電極端子のいずれか一方にのみに配置してもよいが、上記第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子の両方に導電性微粒子を配置してもよい。この場合、上記導電性微粒子は、第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子の位置合わせをした際に、重なり合わない位置に配置する必要がある。
また、上記導電性微粒子は、１の電極端子上に１個だけ配置してもよいが、導電性微粒子及び電極端子の大きさの関係によっては、１の電極端子上に２個以上を並べて配置してもよい。この場合、隣接する導電性微粒子は、互いに接触していてもよい。
【００２５】
また、必要に応じて、上記第一又は第二の電気回路基体に形成された電極端子上に配置した導電性微粒子が移動することがないように、加熱処理を施して上記導電性微粒子を仮固定させてもよい。
上記加熱処理時の加熱温度としては特に限定されず、導電性微粒子に形成された接着剤層及び半田層を構成する材料の融点により適宜決定されるが、上記導電性微粒子を電極端子上に仮固定できればよいので、上記接着剤層のみを溶融させることができる温度であることが好ましい。
【００２６】
本発明の電極端子の相互接続方法の工程２では、第一の電気回路基体に形成された電極端子と第二の電気回路基体に形成された電極端子との位置合わせをして、加熱圧着する。
【００２７】
上記第一の電気回路基体に形成された電極端子と第二の電気回路基体に形成された電極端子との位置合わせを行う方法としては特に限定されず、例えば、赤外線カメラを用いて、各電気回路基体に形成された電極端子と該電極端子上に配置した導電性微粒子との位置を確認して行う方法；ＣＣＤカメラを用いて、各電気回路基体に形成された電極端子と該電極端子上に配置した導電性微粒子との位置を確認して行う方法；超音波顕微鏡を用いて、各電気回路基体に形成された電極端子と該電極端子上に配置した導電性微粒子との位置を確認して行う方法等任意の方法が挙げられる。
【００２８】
上記位置合わせを行った第一及び第二の電気回路基体を加熱圧着する方法としては特に限定されず、例えば、ヒーターが付いた圧着機を用いる方法や、ボンディングマシーンを用いる方法等が挙げられる。
【００２９】
上記第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子及び導電性微粒子を加熱圧着することで、図２に示すように、第一の電気回路基体２１に形成された電極端子２１０と第二の電気回路基体２２に形成された電極端子２２０とは、本発明の導電性微粒子に形成された半田層及び接着剤層が溶融されて形成された半田接合層２３及び接着剤接合層２４により相互に接続される。
【００３０】
本発明の電極端子の相互接続方法によって接続される電気回路基体としては特に限定されず、例えば、液晶ディスプレー、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器等の小型部品、チップ、基板等が挙げられる。
【００３１】
上記チップとしては特に限定されず、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体等の能動部品；コンデンサ、水晶振動子等の受動部品；ベアチップ等が挙げられる。
上記基板としては、フレキシブル基板とリジッド基板とに大別される。
上記フレキシブル基板としては、例えば、５０〜５００μｍ厚さを有するポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン等からなる樹脂シート等が挙げられる。
上記リジッド基板としては、樹脂製のものとセラミック製のものとに分けられ、上記樹脂製のものとしては、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂、セルロース繊維強化フェノール樹脂等からなるものが挙げられ、上記セラミック製のものとしては、例えば、二酸化ケイ素、アルミナ等からなるものが挙げられる。
上記基板としては、単層基板であってもよいし、また、単位面積当たりの電極数を増やすために、例えば、スルーホール形成等の手段により、複数の層を形成し、相互に電気的接続を行わせる多層基板であってもよい。
【００３２】
上記電気回路基体に形成された電極端子の材質としては特に限定されず、例えば、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、カーボン、アルミニウム、ＩＴＯ等が挙げられる。接触抵抗を低減させるために、銅、ニッケル等の上に更に金を被覆したものを用いてもよい。上記電極の形状としては特に限定されず、例えば、縞状、ドット状、任意形状等が挙げられる。上記電極の厚さは、０．１〜１００μｍが好ましい。上記電極の幅は、１〜５００μｍが好ましい。
上記電極端子は、上記電気回路基体に１個だけ形成されていてもよく、相対応する位置に２個以上形成されていてもよい。
【００３３】
本発明の電極端子の相互接続方法によれば、第一の電気回路基体に形成された電極端子と第二の電気回路基体に形成された電極端子との相互接続を本発明の導電性微粒子を用いて行うため、上記第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子と本発明の導電性微粒子とは、本発明の導電性微粒子に形成された半田層の内側の金属表面が電極端子に接触して接続されるとともに、溶融した半田層により半田接合されて面接続となるため、電気的に接続される面積が大きくなり、上記第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子間の電気的接続信頼性が高くなる。また、上記第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子と本発明の導電性微粒子とは、上記半田接合に加えて接着剤層により接着剤接合されるため、第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子間の機械的接続信頼性も高くなる。
更に、本発明の導電性微粒子の中心部分は、樹脂からなる球状基材微粒子により構成されており、上記樹脂の応力緩和効果により、本発明の導電性微粒子は優れた応力緩和効果を有するものとなる。従って、本発明の導電性微粒子を用いて第一の電気回路基体に形成された電極端子と第二の電気回路基体に形成された電極端子との相互接続を行った場合に、上記第一及び第二の電気回路基体の熱膨張係数の違いにより接続部に応力が発生しても、本発明の導電性微粒子により発生した応力を緩和することができ、断線等が生じるのを抑制できることから、上記第一及び第二の電気回路基体に形成された電極端子間の機械的及び電気的接続信頼性を優れたものとすることができる。
また、本発明の電極端子の相互接続方法によると、２種の接合が一工程でなされるのでより簡便な接続方法となり、この方法で作製された導電接続構造体を供給できる。
本発明の電極端子の相互接続方法により作製された導電接続構造体も本発明の１つである。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
直径２６４μｍの球状基材微粒子に、厚さ３μｍの銅めっき、厚さ１５μｍの半田めっき（スズ−鉛共晶）が施された直径３００μｍの微粒子の表面に、厚さ１０μｍの熱硬化性ホットメルト接着剤を塗布することにより図１に示す構造の導電性微粒子を得た。
得られた導電性微粒子を２枚の配線基板でデイジーチェインを構成する一方の配線基板（５００μｍピッチ、８×８ピン）の電極端子（ランド直径２４０μｍ）上に配置し、他方の配線基板の電極端子を位置合わせした後、１９０℃、０．２ｋｇ／ｃｍ２で５分加熱圧着して電極端子と導電性微粒子とを接合し、電極端子を相互に接続し、図２に示す構造の導電接続構造体を作製した。
【００３５】
（比較例１）
半田めっき層の代わりにニッケルめっき層を設けた以外は、実施例１と同様の導電性微粒子を作製し、得られた導電性微粒子を用いて実施例１と同様にして配線基板を接続し、導電接続構造体を作製した。
【００３６】
実施例１及び比較例１に係る導電接続構造体の電気接続抵抗と１８０度引張試験による機械的接合強度とを測定した。
その結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2004127612.tif 000003
【００３８】
表１に示した結果から明らかなように、実施例１に係る導電接続構造体は、比較例１に係る導電接続構造体よりも、電気接続抵抗及び機械的接合強度のいずれにも優れるものであった。
即ち、導電性微粒子に形成された金属めっきの最外層が半田であることにより、互いに相対応する電極端子の電気的接続信頼性と機械的接続信頼性が明らかに向上した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成からなるので、簡便な工程で電気的接続信頼性及び機械的接続信頼性の高い導電接続構造体を得ることができる導電性微粒子、該導電性微粒子を用いた電極端子の相互接続方法、及び、導電接続構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極端子の相互接続方法において用いる導電性微粒子の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の導電接続構造体の一例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０　導電性微粒子
１１　球状基材微粒子
１２　金属層
１３　半田層
１４　接着剤層
２０　導電接続構造体
２１　第一の電気回路基体
２２　第二の電気回路基体
２３　半田接合層
２４　接着剤接合層
２１０、２２０　電極端子
【図１】
2004127612.tif 000004
【図２】
2004127612.tif 000005