(57)【要約】【課題】温度変化等により電気回路の電極間の接続部に発生する応力を緩和し、高い接続信頼性を持つ導電性微粒子及び導電接続構造体を提供する。【解決手段】樹脂からなる基材微粒子１の表面が最外層はハンダ層４である１層以上の金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記ハンダ層の厚さがハンダ層を除いた粒子径の１〜４０％である導電性微粒子、及び該導電性微粒子により接続されてなる導電接続構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂からなる基材微粒子の表面が最外層はハンダ層である１層以上の金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記ハンダ層の厚さがハンダ層を除いた粒子径の１〜４０％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、電気回路の２つ以上の電極を接続するのに好適に使用され、接続信頼性を向上することができる導電性微粒子、及びそれを用いてなる導電接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気回路の電極の接続として例えば、半導体チップとこれを搭載する配線基板の電極間等の接続には、ハンダを球状にしたハンダボールによるＢＧＡ、ＣＳＰ又はＦＣと呼ばれる接続方法がある。
しかしながら、ハンダボールによる接続では、温度変化による半導体チップと配線基板間の線膨張係数の違いにより、ハンダボール部に応力が発生し、ハンダボールに亀裂が入り導通不良を起こすという問題があった。
【０００３】
この応力を緩和し接続信頼性を向上するため、半導体チップと配線基板の隙間に樹脂を入れ固定する方法（アンダーフィル）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、この方法では半導体チップと配線基板の隙間に樹脂を入れる工程を持たせる必要があり、コストアップとなる等の問題があることから、安価で簡便に使用できる材料が求められていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２６７４７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑み、温度変化等により電気回路の電極間の接続部に発生する応力を緩和し、高い接続信頼性を持つ導電性微粒子及び導電接続構造体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、樹脂からなる基材微粒子の表面が最外層はハンダ層である１層以上の金属層に覆われてなる導電性微粒子であって、前記ハンダ層の厚さがハンダ層を除いた粒子径の１〜４０％である導電性微粒子を提供する。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の導電性微粒子により接続されてなる導電接続構造体を提供する。
【０００８】
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明の導電性微粒子は、樹脂からなる基材微粒子の表面が最外層はハンダ層である１層以上の金属層に覆われてなるものである。
上記基材微粒子を構成する樹脂としては特に限定されず、例えば、ジビニルベンゼン重合体、ジビニルベンゼン−スチレン共重合体、ジビニルベンゼン−アクリル酸エステル共重合体等のジビニルベンゼン系重合体；フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の架橋型又は非架橋型合成樹脂；有機−無機ハイブリッド重合体等が挙げられ、なかでも、ジビニルベンゼン系重合体が好ましい。
これらは単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。
【０００９】
本発明の導電性微粒子は、表面が１層以上の金属層に覆われていることが必要である。
上記金属層を構成する金属としては特に限定されず、例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム、珪素、錫−鉛合金（ハンダ）、錫−銅合金、錫−銀合金等が挙げられ、なかでも、ニッケル、銅、金、ハンダ、錫−銅合金、錫−銀合金が好ましい。
【００１０】
本発明の導電性微粒子の金属層は、最外層がハンダ層である。ハンダ層は、リフローにより電極間の接合を行うためのものである。なお、リフローとはハンダを溶融するまで加熱し、次いで冷却固化させる一連の工程を意味する。
上記ハンダ層の厚さは、ハンダ層を除いた粒子径の１〜４０％であることが必要である。１％未満であると、電極間の接合が不完全となり、４０％を超えると、他の端子とショートする恐れがある。好ましい範囲は７〜４０％であり、より好ましい範囲は１０〜４０％である。
【００１１】
本発明の導電性微粒子の表面に金属層を覆う方法としては特に限定されず、例えば、無電解メッキによる方法、電気メッキによる方法、金属微粉を単独又はバインダーに混ぜ合わせて得られるペーストを基材微粒子にコーティングする方法；真空蒸着、イオンプレーティング、イオンスパッタリング等の物理的蒸着方法等が挙げられる。
【００１２】
本発明の導電性微粒子のハンダ層を除いた粒子径は、金属層がハンダ層単層の場合は基材微粒子の粒子径であり、金属層が複数層の場合は基材微粒子の粒子径と、ハンダ層を除いた金属層の直径方向の両側厚さ、を加えた粒子径を表す。
【００１３】
上記基材微粒子の粒子径としては特に限定されないが、１０〜１０００μｍであることが好ましい。１０μｍ未満であると、金属層を形成する際に凝集しやすく、単粒子としにくくなることがあり、１０００μｍを超えると、金属層がひび割れを起こして、基材微粒子から剥離し易くなることがある。
また、ハンダ層を除いた金属層の厚さとしては特に限定されないが、１００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５０μｍ以下である。１００μｍを超えると、凝集しやすくなる。
【００１４】
本発明における基材微粒子の粒子径及び金属層の厚さはそれぞれ以下の方法により測定した。
〔基材微粒子の粒子径測定〕
拡大表示した円上の３点を指定することでその円の直径を自動的に計測する機能を持つＣＣＤマイクロスコープ（キーエンス製  ＶＨ−７０００）を使い粒子径を測定した。基材微粒子を拡大表示し、その最も外側（直径となる部分）を測定し粒子径とした。
【００１５】
〔金属層の厚さ測定〕
導電性微粒子を断面研磨用樹脂に埋め込み、樹脂硬化後断面研磨した。直径部断面があらわれた導電性微粒子を選び、その金属層部分の厚さをＣＣＤマイクロスコープにより測定し金属層の厚さとした。
【００１６】
本発明の導電性微粒子は、例えば、半導体チップの電極と配線基板の電極や半導体パッケージの電極と配線基板の電極等の、電気配線基板や各種電気部品の電極間の接合に広く用いられ、これらが電気的に接続されて、本発明の導電接続構造体として供される。本発明の導電性微粒子により接続されてなる導電接続構造体もまた、本発明の１つである。
【００１７】
本発明の導電接続構造体は、例えば、基板上に形成された電極の上に本発明の導電性微粒子を置き、加熱溶融することで電極上に固定し、その後、もう一方の基板を電極が対向するように置き加熱溶融することによって両基板が接合されてなるものである。
【００１８】
（作用）
このように、本発明の導電性微粒子を、樹脂からなる基材微粒子の表面に最外層が特定の厚さとしたハンダ層である１層以上の金属層を形成した導電性微粒子とすることにより、リフローによる電極間の接合を行ったときに、接続部の断面は図２に示した電極７、７間の如くハンダ層８は電極間で円柱状、または、図３に示した電極７、７間の如くハンダ層９は電極間の中央付近で膨らんだ太鼓状とすることができる。
【００１９】
この電極間の所定の厚さを伴ったハンダ層の形状によって接続部の全体に応力を分散し、接続部に亀裂が生じることを押さえることができ、上記導電性微粒子を用いて例えば、半導体チップと配線基板間を接続する際に、温度変化等で発生する応力を緩和する効果が得られ、接続信頼性が向上すると考えられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示した導電性微粒子は、基材微粒子１の表面は、最外層がハンダ層４でありその内側に銅層３、更にその内側にニッケル層２が設けられてなる三層構成の金属層により覆われて構成されている。
【００２１】
また、図２及び図３は半導体チップと配線基板間を本発明の導電性微粒子で接続した模式的断面図である。
図２における半導体チップ５と配線基板６とが、電極７、７を介して、基材微粒子１の表面が、２、３及び８の三層構成からなる金属層に覆われてなる導電性微粒子によって接合されており、リフローによる電極間の接合でハンダ層８は電極間で円柱状となっている状態が示されている。
【００２２】
また、図３では半導体チップ５と配線基板６とが、電極７、７を介して、基材微粒子１の表面が、２、３及び９の三層構成からなる金属層に覆われてなる導電性微粒子によって接合されており、リフローによる電極間の接合でハンダ層９は電極間の中央付近で膨らんだ太鼓状となっている状態が示されている。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
ジビニルベンゼン及びテトラメチロールメタンテトラアクリレートを用い懸濁重合により樹脂微粒子を作製した。この樹脂微粒子を選別し、平均粒子径２４８μｍ、標準偏差１．２μｍの樹脂基材微粒子を得た。
得られた樹脂基材微粒子の表面に無電解ニッケルメッキによりニッケル層を０．３μｍ形成し、その上に電気メッキにより銅層を６μｍ形成した。さらに電気メッキによりハンダ層を２０μｍ形成し、粒子径約３００μｍの最外層がハンダ層である導電性微粒子を作製した。ハンダ組成は分析の結果、錫６３％及び鉛３７％であった。
【００２５】
上記のようにして作製した導電性微粒子を試験用基板１（ランド径２４０μｍ、ランド数６４個）にリフローにより実装し、さらに試験用基板２にリフローにより搭載し、温度サイクル試験用の試験体とした。なお、試験用基板２は試験用基板１のランドに対応するようにランドを配置し、各ランドを導電性微粒子で接続するとデージーチェーンとなっており１個所でも導通不良が起これば検出できるように構成されている。
上記の試験体を用い以下に示す温度サイクル試験を行った。結果は表１に示した。
【００２６】
〔温度サイクル試験〕
試験体を低温側−４０℃、高温側１２５℃の設定で、１サイクル３０分の温度サイクル試験を実施した。試験中は各試験体の導通状態を測定し、最初に導通不良が発生するまでのサイクル数で評価した。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様にして粒子径２２８μｍの樹脂基材微粒子を作製し、ハンダ層の厚さを３０μｍとし、粒子径約３００μｍの最外層がハンダ層である導電性微粒子を作製した。
上記導電性微粒子を用いて実施例１と同様にして温度サイクル試験用の試験体を作製し、温度サイクル試験を行った。結果は表１に示した。
【００２８】
（比較例１）
実施例１と同様にして粒子径２８５μｍの樹脂基材微粒子を作製し、ハンダ層の厚さを１．５μｍとし、粒子径約３００μｍの最外層がハンダ層である導電性微粒子を作製した。
上記導電性微粒子を用いて実施例１と同様にして温度サイクル試験用の試験体を作製し、温度サイクル試験を行った。結果は表１に示した。
【００２９】
（比較例２）
実施例１と同様にして粒子径１５２μｍの樹脂基材微粒子を作製し、ハンダ層の厚さを６８μｍとし、粒子径約３００μｍの最外層がハンダ層である導電性微粒子を作製した。
上記導電性微粒子を用いて実施例１と同様にして温度サイクル試験用の試験体を作製し、温度サイクル試験を行った。結果は表１に示した。
【００３０】
（比較例３）
粒子径３００μｍの通常のハンダボール（ボール全てが錫６３％及び鉛３７％で構成）を用いた以外は実施例１と同様にして温度サイクル試験用の試験体を作製し、温度サイクル試験を行った。結果は表１に示した。
【００３１】
【表１】
2004260094.tif 000003
【００３２】
以上のように、本発明の導電性微粒子により接続した試験体である実施例では、比較例と比べ３倍以上の温度サイクル数に耐えた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の導電性微粒子は、上述の構成からなるので、温度変化等により電気回路の電極間の接続部に発生する応力を緩和し、高い接続信頼性を持つ導電接続構造体を提供することができる。
また、本発明の導電接続構造体は、本発明の導電性微粒子を用いてなるので、温度変化等により電気回路の電極間の接続部に発生する応力を緩和し、高い接続信頼性を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性微粒子の一実施例で、表面が三層構成の金属層で覆われ、最外層がハンダ層である導電性微粒子の断面の模式図である。
【図２】半導体チップと配線基板間を本発明の導電性微粒子で接続した断面の一つの模式図である。
【図３】半導体チップと配線基板間を本発明の導電性微粒子で接続した断面の他の模式図である。
【符号の説明】
１  基材微粒子
２  基材微粒子表面を覆っているニッケル層
３  基材微粒子表面を覆っている銅層
４  基材微粒子表面を覆っているハンダ層
５  半導体チップ
６  配線基板
７  電極
８  基材微粒子表面を覆っているハンダ層でリフローにより円柱状となったもの
９  基材微粒子表面を覆っているハンダ層でリフローにより太鼓状となったもの
【図１】
2004260094.tif 000004
【図２】
2004260094.tif 000005
【図３】
2004260094.tif 000006