(57)【要約】【課題】低背化と共に導電接続の信頼性を確保し得るハンダペースト、及び低背化と共に導電接続の信頼性を確保した導電接続構造体を提供する。【解決手段】半導体チップ又は電子部品等の電極と実装用基板の電極とを接続するためのハンダペーストであって、樹脂製基材微粒子の表面に最外層がハンダである１層以上の金属層が形成されてなる導電性微粒子が、フラックスに分散されてなるハンダペースト、及び、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装基板の電極とが上記ハンダペーストを用いて接続されてなる導電接続構造体。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ又は電子部品等の電極と実装用基板の電極とを接続するためのハンダペーストであって、樹脂製基材微粒子の表面に最外層がハンダである１層以上の金属層が形成されてなる導電性微粒子が、フラックスに分散されてなることを特徴とするハンダペースト。
【請求項２】
半導体チップ又は電子部品等の電極と実装基板の電極とが請求項１記載のハンダペーストを用いて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、導電性微粒子を含むハンダペースト、及びこれを用いて接続された、接続信頼性の高い導電接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等のモバイル通信機器、液晶ディスプレー、パーソナルコンピュータ等のエレクトロニクス製品において、電子部品等の電極とプリント基板の電極との電気的接続には、微細な電極を対向させて導電性微粒子やハンダペーストを用いて接続する方法が用いられていた。
近年、上記エレクトロニクス製品の高機能・多機能化及び小型軽量化に伴い、これに使用される半導体素子、半導体部品、電子部品等の高密度化、小型化が求められている。
【０００３】
これに対応するために、半導体パッケージを３次元に配置したり、３次元に配置したものを一つの半導体パッケージとして構成することが行われている。
しかしながら、当然、その結果として半導体パッケージの高さは高くなるという問題点が発生し、より低背化が要望されていた。
上記導電性微粒子を用いる方法では、微粒子の粒径を小さくすることにより半導体パッケージの低背化は比較的容易に達成できるものの、電極部との接合面積が小さくなるため、導電接続の信頼性を確保することが困難であった。
【０００４】
また、通常、ハンダ粉と有機酸からなるフラックスや溶剤とその他の添加剤とを含有してなるハンダペーストを用いる方法は、例えば、実装用基板の実装予定部に予めハンダペーストを印刷しておいて接続端子たる電極を構成し、次いで電子部品をその部分に搭載し、これを自動ライン上でリフローし、はんだ付けをする形で用いられる（例えば、特許文献１参照）。従って、電極部との接合面積は確保できるが、低背化により、電子部品と基板との線膨張係数等の相違から生じる歪み応力に対応し切れず、やはり導電接続の信頼性を確保することが困難であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１０９１８８号公報（段落０００２）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来のハンダペーストが惹起する問題点、及び導電接続構造体の製造方法における問題点に鑑み、低背化と共に導電接続の信頼性を確保し得るハンダペースト、及び低背化と共に導電接続の信頼性を確保した導電接続構造体を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装用基板の電極とを接続するためのハンダペーストであって、樹脂製基材微粒子の表面に最外層がハンダである１層以上の金属層が形成されてなる導電性微粒子が、フラックスに分散されてなるハンダペーストを提供する。
また、請求項２記載の発明は、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装基板の電極とが請求項１記載のハンダペーストを用いて接続されてなる導電接続構造体を提供する。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【０００８】
本発明のハンダペーストは、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装用基板の電極とを接続するために用いられる。
例えば、電子部品としては、コンデンサー、抵抗器、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）形態の半導体デバイス等が挙げられる。
また、本発明において用いられる導電性微粒子は、樹脂製基材微粒子の表面に最外層がハンダである１層以上の金属層が形成されてなるものである。
樹脂製基材微粒子は樹脂の有する応力緩和効果により、接続部に或る程度の応力がかかっても吸収もしくは緩和することができる。
【０００９】
上記樹脂製基材微粒子を構成する樹脂としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、クロロメチルスチレン等のスチレン誘導体；塩化ビニル；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類；アクリロニトリル等の不飽和ニトリル類；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ステアリル、エチレングリコール（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、ペンタフルオロプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル誘導体等を重合した物等が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００１０】
また、上記樹脂製基材微粒子を構成する樹脂を合成する際には、例えばジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジビニルナフタレン、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジアリルフタレート及びその異性体、トリアリルイソシアヌレート及びその誘導体等の架橋性単量体を加えても良い。これら架橋性単量体は単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００１１】
上記樹脂製基材微粒子の形状は特に限定されず、通常、球形、楕円形のもの等が用いられ、導電性微粒子の形状も、一般に、球形、楕円形のもの等が用いられる。
【００１２】
上記金属層は、導電性の高い金属もしくは合金から構成されていることが好ましい。その例としては、例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、錫、鉛、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、珪素等、及び、ハンダ等のこれらの合金等が挙げられる。
【００１３】
上記金属層は、２層以上の多層構造からなるものであってもよい。各層を構成する金属は、同じ金属であってもよいし、層ごとに異なる金属であってもよいが、最外層はハンダから構成されていることを要する。ハンダとしては、通常、鉛と錫との共晶ハンダが用いられるが、鉛と錫に少量の銀、アンチモン、ビスマスもしくはひ素等が含まれていてもよい。
更に、環境に配慮する観点から鉛を含まず、錫と銀、亜鉛、銅、ビスマス、もしくはインジウム等が含まれているものであってもよい。
上記金属層の厚さは特に限定されないが、好ましくは樹脂製基材微粒子の粒径の１０〜３０％程度とされる。
最外層のハンダ層の厚さは特に限定されないが、好ましくは樹脂製基材微粒子の粒径の３０〜５０％とされる。
【００１４】
上記金属層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、上記樹脂製基材微粒子表面に無電解メッキ等により形成する方法等が挙げられる。
本発明のハンダペーストは、上記導電性微粒子が、フラックスに分散されて構成されている。
フラックスは、ハンダ付けする母材（即ち、半導体チップ、各種電子部品、実装用基板等）及びハンダ層の表面の金属酸化物皮膜を溶解・除去して濡れ性を高めると共に、ハンダ付けする際に、熱によって母材及びハンダ層の表面が酸化されないようにこれらの表面を覆い、更に、ハンダの濡れ性を向上させるために用いられる。
【００１５】
フラックスは、通常、活性剤である有機酸、アミン等の塩基性化合物の無機酸塩、その他の活性剤、ロジンまたはそれに代わる樹脂成分、チキソトロピー剤、及び溶剤等を含んでおり、本発明のハンダペーストは、上記導電性微粒子が、一般に、８０〜９０重量％の割合でフラックスに分散されて構成されている。
【００１６】
通常、ハンダペーストはプリント基板の上に定量的にスクリーン印刷などにより塗装され、ハンダペーストを印刷または塗装した場所に回路部品が搭載され、次いではんだペーストがリフローされる。リフローとは、はんだペーストを予備加熱を含めてはんだが充分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。
【００１７】
フラックスとして配合される成分のうち、樹脂成分としては、例えば、天然ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、変成ロジン、合成樹脂としてはポリエステル、ポリウレタン、アクリル系樹脂その他が用いられる。
【００１８】
活性剤としては、アニリン臭化水素酸塩、イソプロピルアミン塩酸塩、モノエチルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩などのアミンハロゲン塩、アミンの有機酸塩、蟻酸、酢酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、安息香酸等の有機モノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸等の有機ジカルボン酸およびその無水物、またハロゲン化炭化水素、例えば２，３−ジブロモ−２−ブテン−１，４−ジオール、１，３−ジブロモ−２−プロパノールのようなハロゲン化アルコール等が挙げられる。
【００１９】
溶剤としてはアルコール、ケトン、エステル、芳香族系の溶剤が挙げられ、具体的にはベンジルアルコール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、ターピネオール、トルエン、キシレン、テトラリン、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルなどが挙げられる。
【００２０】
また印刷性を改善するために添加されるチクソトロピー剤としては、微細なシリカ粒子、カオリン粒子などの無機系のもの、水添ヒマシ油、硬化ヒマシ油などの有機系のものが用いられる。この外に、酸化防止剤、銅害防止剤等の添加剤が加えてあってもよい。
【００２１】
本発明のハンダペーストは、例えば、上記導電性微粒子８０〜９０重量％、活性剤０．０２〜２重量％，溶剤０．０５〜０．１重量％、ロジンまたは樹脂成分８〜１０重量％、必要によりチクソトロピー剤を混合して得られる。混合はプラネタリーミキサー等公知の装置を用いて行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の導電接続構造体は、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装用基板の電極とが本発明のハンダペーストを用いて接続されてなるものであり、以下に図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は、半導体チップの電極と実装用基板の電極との導電接続構造体を得る際の説明図であり、図１は、半導体チップ１の接続端子（電極）１２、１２に、図示しないマスキング部材を用いてハンダペースト３を印刷した直後の状態を示す模式的断面図である。
図２は、図１に示した接続端子（電極）１２上のハンダペースト３を、リフローして略ボール状とした後、予め用意しておいた、電極５４にハンダペースト３を印刷した実装用基板５と、電極同士が対向するように位置を整えた状態を示す模式的断面図である。
図３は、本発明の導電接続構造体の実施形態の一を示す模式的断面図であり、図２の状態から電極１４上のハンダペースト３をリフローして略ボール状とした後、半導体チップ１と実装用基板５とを対向状態で実装して電極１２及び電極５４をハンダペースト３を介して再度リフローを行って接続し、導電接続構造体を得た状態である。
【００２３】
また、図４及び図５は、電子部品の電極と実装用基板の電極との導電接続構造体を得る際の説明図であり、図４は図２と略対応するもので、実装用基板５の電極５４にはハンダペースト３が印刷されており、電子部品６の接続端子（電極）６７、６７を電極５４と相対する位置に整えた状態を示す模式的断面図である。図５は、本発明の導電接続構造体の実施形態の他の一を示す模式的断面図であり、図４の状態から電極４上のハンダペースト３をリフローして略ボール状とした後、電子部品６と実装用基板５とを対向状態で実装して電極６７及び電極５４をハンダペースト３を介して再度リフローを行って接続し、導電接続構造体を得た状態である。
【００２４】
【実施例】
以下実施例により発明の内容をさらに具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
（実施例１及び比較例１）
平均粒径が５μｍのジビニルベンゼン架橋重合体からなる樹脂製基材微粒子に、金属層の第１層としてニッケルめっきを施した後、電解めっき法により銅めっきをして金属層の第２層を形成した。更にその上に、錫９６．５％、銀３．５％からなるハンダ合金めっきを施して、最外層がハンダである３層構成の金属層が形成された粒径１０μｍの導電性微粒子を得た。
【００２５】
この導電性微粒子を、ベースとなる樹脂成分として重合ロジンを９８重量％、活性剤としてステアリン酸１．５重量％、溶剤としてエタノール０．５重量％からなるフラックスに添加・分散させて、導電性のハンダペーストを得た。導電性微粒子とフラックスとの配合割合は、導電性微粒子が８０重量％、フラックスが２０重量％であった。
【００２６】
得られたハンダペーストを、直径φ２４０μｍの接続端子（電極）を８１個有する□６ｍｍ角の半導体チップの前記接続端子に印刷し、１５０℃、１分間のプリヒートの後、ピーク温度２４０℃（２２５℃以上、２０秒）で加熱後、室温まで徐冷し、電極（バンプ）を形成し、半導体パッケージを得た。
得られた半導体パッケージを、直径φ２４０μｍの接続端子（電極）を８１個有するプリント基板に、ハンダペーストを介して搭載し、リフローを行い、半導体パッケージとプリント基板との導電接続構造体を得た。
得られた導電接続構造体は、φ３００μｍの導電性微粒子を上記導電性のハンダペーストの代わりに用いて得た導電接続構造体（比較例１）に比べて、低背化が実現されており、従来のハンダ粉を含んだハンダペーストを使用した印刷法によって得られた導電接続構造体（後述の比較例２）と、同程度の高さにすることができた。
【００２７】
〔接続信頼性の評価〕
得られた導電接続構造体に−２５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を施したところ、実施例１の導電接続構造体は、１０００サイクルの試験終了時点で、不良発生は認められなかった（ｎ＝２０）。尚、−２５℃〜１２５℃各１０分、常温晒し１分を１サイクルとする温度サイクル試験を行った。
（比較例２）
従来のハンダ粉を含んだハンダペーストを使用した以外は実施例１と同様にして、印刷法によって導電接続構造体を作製し、実施例１と同様にして−２５℃〜１２５℃の温度サイクル試験を行った。
その結果、ｎ＝２０の全てが、導通不良を起こした。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のハンダペーストは、樹脂製基材微粒子の表面に最外層がハンダである１層以上の金属層が形成されてなる導電性微粒子が、フラックスに分散されてなるので、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装用基板の電極との接続に用いた際に、導電性微粒子の最外層に形成されたハンダがリフローすることによって、結合した導電性微粒子は恰も一つの焼結された金属のようになって接続部の導電性を改善するとともに、樹脂製基材微粒子の有する応力緩和作用と相俟って耐久性を向上させ、結局、導電接続構造体の低背化を図り得るとともに、接続信頼性の高い導電接続構造体を提供することができる。
一方、一般に、導電接続構造体の接続端子部等の高さを低くすると、接続信頼性は低下するものであるが、本発明の導電接続構造体は、上記本発明のハンダペーストを用いて、半導体チップ又は電子部品等の電極と実装基板の電極とが接続されてなるので、低背化を達成できているとともに、高い接続信頼性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体チップに本発明のハンダペーストを印刷した状態を示す模式的断面図。
【図２】半導体チップと実装基板とを、電極が対向するように配設した状態を示す模式的断面図。
【図３】本発明の導電接続構造体の一例を示す模式的断面図。
【図４】実装基板に電子部品を搭載する直前の状態を示す、部分的模式的断面図。
【図５】本発明の導電接続構造体の他の一例を示す、部分的模式的断面図。
【符号の説明】
１  ・・・半導体チップ
１２・・・接続端子（電極）
３  ・・・ハンダペースト
５  ・・・実装用基板
５４・・・電極
６  ・・・電子部品
６７・・・接続端子（電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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