(57)【要約】【課題】本発明は、押圧し接触接続させる電極に酸化膜を発生させず、更に酸化膜を成長させないことにより接続の信頼性を改善する方法及び導電接続構造体を提供することを目的とする。【解決手段】押圧し接触接続させる微細電極の片方または両方の電極に還元材または酸化防止材を付着させる。更に、電極を樹脂コアを持つメッキ粒子とし、電極間の固定を接着材により行う接続方法及びそれから得られる導電接続構造体とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
片方または両方の微細電極にあらかじめ還元材または酸化防止材を付着させておいた微細電極を押圧し接続することを特徴とする導電接続方法。
【請求項２】
少なくとも片方の電極が導電性微粒子を含む樹脂であることを特徴とする請求項１記載の導電接続方法。
【請求項３】
少なくとも片方の電極がメッキされた樹脂微粒子であることを特徴とする請求項１記載の導電接続方法。
【請求項４】
少なくとも片方の電極表面がアルミであることを特徴とする請求項１，２及び３の何れかに記載の導電接続方法。
【請求項５】
請求項１、２、３、又は４の何れかに記載の方法を用いて接続された導電接続構造体。
【請求項６】
接続された電極間が接着されている請求項５記載の導電接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細電極の導通接続方法及びこれにより得られた導電接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレー、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器等のエレクトロニクス製品では、半導体素子等の小型部品を基板に電気的に接続したり、基板同士を電気的に接続するなど対向する微細な電極を接続している。微細な電極は金属バンプ等を用いハンダや導電ペーストで接続したり、金属バンプ等を直接圧着したりする方法で接続されている。
【０００３】
対向する微細な電極を接続する方法では、低温低圧で接続できるため部品を損傷しにくく低コストで接続できることから接触型の導電接続方法が増えてきている。例えば、金属バンプ電極をシート状の接着剤を介して直接圧着して接続する方法が挙げられる。しかし、接触型の導電接続方法はハンダ等の合金接合に比べると高温高湿環境下において接着力が持続しにくく接続信頼性が著しく低いといった問題があった。
【０００４】
このような問題点を解決する方法として、部品全体を封止樹脂に封入したり、導電性微粒子を含む接着剤で強固に接着する方法がある。例えば、特開昭６３―２３１８８９号公報、特開平４―２５９７６６号公報等があげられる。また、導電性微粒子を対向する電極ではさんで電極間を接続したり、導電ペーストを固め表面に金メッキを施した接続材料を電極間にはさんで電極間を接続するなど接続信頼性をより高める方法もある。
【０００５】
しかし、一定の効果は得られるものの信頼性を著しく改善できるものではなかった。本発明者らは、高温高湿環境下において接続信頼性が低下する最大の原因は接触する電極表面に金属酸化膜が形成されているためであることを見出した。通常、電極表面には薄い金属酸化膜が存在しており、電極を接続する際に押圧により酸化膜が破れ導通するものと考えられていたが、実際には導通部分に残った酸化膜がしだいに成長するため接続信頼性が低下することを見出した。この現象は電極表面がたとえ金であっても発生することも見出された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑み、電極表面に存在する酸化膜を発生させない、あるいは成長させない導電接続方法を提供することにより接続信頼性の高い導電接続構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、押圧接触接続させる微細電極の片方または両方の電極に還元材または酸化防止材を付着させる。また、少なくとも片方の電極が樹脂成分を含み、電極が樹脂コアを持つメッキ粒子とする。更に、少なくとも片方の電極表面がアルミとする。そして、上記接続方法を用いて接続してなる導電接続構造体と電極間の固定を接着剤により行う接続方法であり及び導電接続構造体である。
【０００８】
本発明の導電接続方法は、押圧接触接続させる微細電極の片方または両方の電極に還元材または酸化防止材を付着させる。
【０００９】
本発明で用いる還元材または酸化防止材としては、例えば、フェノール系酸化防止剤；２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）、ビスフェノール系酸化防止剤；２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、高分子型フェノール系酸化防止剤；１，１，３−トリス（２−）メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、トコフェロール、硫黄系酸化防止剤；ジラウリル３，３’−チオジプロピネート、リン系酸化防止剤；トリフェニルホスファイト、芳香族アミン；ジフェニルアミン、フェニレンジアミン誘導体、亜燐酸エステル；亜燐酸トリフェニルや二酸化チオ尿素、ジエチルヒドロキシルアミン、ヒドロキシキノン等のキノン類が挙げられるが、これらの混合物や含有物でも良く、還元作用や酸化防止作用があるものであれば特にこれらに限定されるものではない。
【００１０】
上記微細電極は少なくとも片方の電極が導電性微粒子を含む樹脂であることが好ましい。両方の電極が金属電極であると接触時に弾性反発がすくなく電極間に隙間が生まれ導通不良を起こす可能性があるが、樹脂を含む電極材料は電極に弾性があるため隙間が生まれにくい。導電性微粒子を含む樹脂である電極とは特に限定されるものではないが、例えば導電ペーストを固め金属メッキを施した電極材料などが挙げられる。また、樹脂に金属メッキを施した電極材料なども電極に弾性があるため隙間が生まれにくく好ましい。特に金属メッキが施された樹脂微粒子は、対向する電極間の間にはさんだ場合は電極材料でありながら対向する電極間を接続するギャップ調整材として用いることもでき好ましい。
【００１１】
なお、微細電極を接続するという観点から金属メッキが施された樹脂微粒子の平均粒径は、１５〜３００μｍであることが好ましく、より好ましくは３０〜１５０μｍである。
【００１２】
また、金属メッキが施された樹脂微粒子のアスペクト比はギャップ間を均一に保つという点から１．２未満であることが好ましく、より好ましくは１．０５未満である。ここでいうアスペクト比とは粒子の平均長径を平均短径で割った値である。
【００１３】
金属メッキが施された樹脂微粒子のＣＶ値は５％以下であることが好ましく、より好ましくは１％以下である。ＣＶ値が５％を超えるとギャップ間を均一に保つことが困難となる。ＣＶ値は、（σ／Ｄｎ）×１００％（σは粒子径の標準偏差を表し、Ｄｎは数平均粒子径を表す）で表される。
【００１４】
なお、樹脂微粒子としては、例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、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、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などの硬化性樹脂、架橋樹脂、有機無機ハイブリッド重合体などからなる粒子が挙げられる。これらのうち、耐熱性に優れることから微粒子は架橋樹脂であることが好ましい。また、必要に応じて樹脂微粒子は充填材を含んでいてもよい。
【００１５】
電極間が接着されている場合は、ペースト状の接着剤で接着されていてもシート状の接着剤で接着されていてもよい。例えば、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、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、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などの硬化性樹脂、架橋樹脂、有機無機ハイブリッド重合体等を用いた接着剤が挙げられる。これらのうち、不純物が少なく電極の接続に適した特性を有する点からエポキシ樹脂を用いた接着剤が特に好ましい。なお、未硬化のエポキシ樹脂だけでなく半硬化状態のエポキシ樹脂を含む接着剤を用いてもよい。また、接着剤は必要に応じてガラス繊維やアルミナ粒子等の補強材を含んでいてもよい。
なかでも、熱硬化性樹脂を用いた接着剤は加熱しながら押しつけることにより強固な接着力が得られ接続信頼性が高く好ましい。
【００１６】
本発明の導電接続方法の用途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、携帯通信機器等のエレクトロニクス製品における、半導体素子等の小型部品と基板の接続、基板同士の接続、対向する微細な電極端子の接続に好適である。
【００１７】
より具体的には例えば、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；ベアチップ等と基板の接続が挙げられる。特に、本発明の導電接続方法は、ベアチップ同士もしくはベアチップと基板とを接続する方法として好適である。
【００１８】
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、任意形状のもの等が挙げられる。電極の材質としては、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されていてもよい。電極の厚みは、０．１〜３００μｍが好ましい。電極の幅は、１〜５００μｍが好ましい。
【００１９】
ＩＣチップ等の電極には種々の事情から通常アルミ電極が用いられるが、アルミ電極は表面の酸化が早いため、電極に還元作用を与える本発明の接続方法は、少なくとも片方の電極表面がアルミである場合に特に好ましい。さらに、電極を接触させ接続する場合は電極同士を常に一定以上の力で押しつけておく必要があることから電極間を接着して固定することが好ましい。
【００２０】
本発明の導電接続方法において還元材または酸化防止材を電極に付着させる方法としては、例えば、電極に直接シリンジなどを用いて少量付着させる方法や表面に電極が形成された基板又は部品の電極の位置に孔の空いたフィルムを乗せスキージで付着させる方法があげられる。また、溶液または分散液としてインクジェット方式または印刷により付着させる方法もあげられる。少量を均一に付着させることができる点で優れている。
【００２１】
（実施例）
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
０．２μｍのニッケルメッキが施された樹脂微粒子に更に金を１．３μｍ電気メッキした。得られた粒子を分級し平均粒径１００μｍ、アスペクト比１．０３、ＣＶ値１％、回復率６０％、抵抗値０．０１Ωの金属被覆微粒子を得た。また、厚さ８０μｍの熱硬化性エポキシ樹脂テープにＩＣチップの電極位置に合うように約２００μｍのピッチで１６０個の穴を空けた。穴はＣＯ２レーザーを用いて表面が１３０μｍであり裏面が８０μｍであるテーパー状の穴を空けた。また、ＣＶ値２％、アスペクト比１．０４の穴を空けた。この穴に金属被覆微粒子を配置しテープに埋め込み導電接続テープを得た。電極パターンが描かれた回路基板（「ＦＲ−４」）の電極位置と導電接続テープの金属被覆微粒子の位置を合わせ軽く押しつけ仮固定した。
【００２２】
アルミ電極にブチル化ヒドロキシアニソールのエタノール溶液をＩＣテストチップ（１０ｍｍ角、電極は０．１ｍｍ角、配線はデイジーチェーン状）の電極に塗布し乾燥させたあと、ＩＣテストチップの電極と金属被覆微粒子の位置を合わせ１ｍ２あたり４ｋｇの圧力で加熱しながら圧着し、エポキシ樹脂シートを硬化させ導電接続を行った。
【００２３】
これにより得られた接続構造体は、全ての電極で安定した導通が得られ、隣接する電極間でのリークもなく、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗は配線抵抗を入れても約３０Ωと低抵抗であった。また、冷熱サイクルテストを１０００サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）と高温高湿テストを５００時間（８５℃、８５％）を行ったが、全ての電極で安定した導通が維持されており隣接電極間でのリークもなく、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗もほとんど変化が見られず高い接続信頼性が得られた。
【００２４】
（実施例２）
回路基板（「ＦＲ−４」）の電極上に銀ペーストを印刷し加熱してペーストを硬化させた。硬化したペーストの上に更に金メッキを施した。一方、シリンジを用いてＩＣテストチップの電極にトコフェロールを付着させた。ついで、電極を熱硬化性エポキシ樹脂シートを介して対向するよう位置を合わせ加熱しながら圧着し、エポキシ樹脂に電極を埋め込みつつ電極同士を接触させ接続した。得られた接続構造体は、全ての電極で安定した導通が維持されており隣接電極でのリークもなく、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗は配線抵抗を入れても約３０Ωと低抵抗であった。また、冷熱サイクルテストを１０００サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）と高温高湿テストを５００時間（８５℃、８５％）を行ったが全ての電極で安定した導通がとれ隣接電極でのリークもなく、デイジーチェーン状の抵抗部分の抵抗は若干上昇したもののわずかであり高い接続信頼性が得られた。
【００２５】
（実施例３）
回路基板（「ＦＲ−４」）の電極上にジフェニルアミンを付着させた。この基板と、アルミ電極に金ワイヤーを接続したＩＣテストチップのスタッドバンプを熱硬化性エポキシ樹脂テープを介して対向させ加熱しながら圧着し、エポキシ樹脂に電極を埋め込ませつつ電極同士を接触させて接続した。得られた接続構造体は、全ての電極で安定した導通が維持さて隣接電極でのリークもなく、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗は配線抵抗を入れて約３０Ωと低抵抗であった。また、高温高湿テスト５００時間（８５℃、８５％）を行ったが全ての電極で安定した導通が維持され隣接電極でのリークもなく、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗は若干上昇したもののほとんど変わらなかった。冷熱サイクルテストを１０００サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）おこなったところ、８００サイクルで導通不良が発生したものの、−２５℃〜１１０℃の条件では１０００サイクルでも導通不良は発生せず液晶分野等の使用では十分に実使用に耐えられるものと判断された。
【００２６】
（比較例１）
アルミ電極にブチル化ヒドロキシアニソールを塗布されていないＩＣテストチップを用いたこと以外は実施例１と同様に行って導電接続構造体を作成した。
【００２７】
得られた導電接続構造体は全ての電極で安定した導通が維持され隣接電極でのリークもなかったが、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗は配線抵抗を入れると約４０Ωであり高い抵抗値となった。また、冷熱サイクルテストを１０００サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）と高温高湿テストを５００時間（８５℃、８５％）を行ったが、徐々に抵抗値が上がり冷熱サイクルでは５００サイクルで抵抗値が初期に比べて１．５倍以上となり、高温高湿テストでは２００時間で初期の抵抗値に比べて１．５倍以上となった。
【００２８】
（比較例２）
電極にトコフェロールを付着させないことを除いては実施例２と同様に行って導電接続構造体を作成した。全ての電極で安定した導通が維持され隣接電極でのリークもなかったが、デイジーチェーン状の配線部分の抵抗は配線抵抗を入れると約４０Ωとなり高い抵抗値となった。また、冷熱サイクルテストを１０００サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）と高温高湿テストを５００時間（８５℃、８５％）を行ったが、徐々に抵抗値が上がり冷熱サイクルでは１００サイクルで初期の抵抗値に比べて１．５倍以上となり、高温高湿テストでは５０時間で初期の抵抗値に比べて１．５倍以上になった。
【００２９】
（比較例３）
回路基板（「ＦＲ−４」）の電極上にジフェニルアミンを付着させないこと以外は同様に行って導電接続構造体を作成した。全ての電極で安定した導通が維持され隣接電極でのリークもなかったが、デイジーチェーン状の抵抗は配線抵抗を入れて約３０Ωと低抵抗であった。また、冷熱サイクルテストを１０００サイクル（−４０℃〜１２５℃、各３０分）と高温高湿テストを５００時間（８５℃、８５％）を行ったが、徐々に抵抗値が上がり冷熱サイクルでは１００サイクルで、高温高湿テストでは１００時間で導通不良が発生した。冷熱サイクルテストについては、−２５℃〜１１０℃の条件でもテストを行ったが、５００サイクルで導通不良が発生した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の導電接続方法により信頼性の高い導電接続構造体が得られる。
また、少なくとも片方の微細電極が導電性微粒子を含む樹脂である場合は、接触時に弾性反発により、小さなギャップの変化による導通不良を防止できる。