(57)【要約】【課題】  ボールグリップアレイやフリップチック等の導電接合方法によって電極基板及び半導体チップ等の素子、又は、電極基板同士の接合を良好に行うことができ、かつ、弾力性に優れた導電性微粒子、並びに、それを用いて導電接合され、熱サイクルによる接続不良がない基板を提供する。【解決手段】  樹脂からなる基材微粒子の表面にハンダ濡れ性を有する金属メッキ層を有してなる導電性微粒子。【選択図】    なし【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にハンダ濡れ性を有する金属メッキ層を有してなることを特徴とする導電性微粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の素子、電極基板等を導電接合する際に用いられる導電性微粒子及びそれを用いて導電接合された基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子等の電子機器を製造する際に、集積回路（ＬＳＩ）半導体チップと液晶表示パネル等の電極を有する基板との接合においては、従来より導電接合が行われている。導電接合に使用される材料としては、例えば、特開昭６２−６１２０４号公報には、ハンダ合金とプラスチック材料とを混練してなる導電性接着シートが開示されており、特開昭６２−６１３９６号公報、特開昭６２−１６１１８７号公報、特開昭６２−１２７１９４号公報には、電極基板と半導体チップ等の電子部品とをハンダを利用して導電接合するための材料が開示されている。
【０００３】
また、導電性微粒子を用いて導電接合させる方法としては、例えば、特開昭６２−４１２３８号公報には、銅からなる芯体の表面に厚さ０．１〜５μｍのニッケル又はニッケル合金の被覆層を設けた導電性充填材が開示されており、実開昭６２−８６０１１号公報には、ハンダコートされたニッケル粒子が開示されており、これらの導電性充填材は、有機高分子材料や塗料に配合して接着剤として使用される。
【０００４】
特開昭６２−１９９６１１号公報には、プラチナ、パラジウム、金より選ばれる金属からなる導電性外表面を有する球状粒子を含有した導電性組成物が開示されており、特開平１−２４６７０５号公報、特開平１−２４６７０６号公報には、銅粒子の表面に銀、ニッケル、金、パラジウム等の耐酸化性金属からなる層を有する球状微粒子を含有した導電性ペーストが開示されている。この他に、銀の微粉をエポキシ樹脂中に混合させ、粒子状に成型した導電性微粒子を使用する方法も提案されている。
【０００５】
これらの技術では、銅、ニッケル等の金属球状粒子を芯体としており、その表面がパラジウム、金等の金属で被覆された微粒子を使用している。しかしながら、銅等の金属粒子を芯体として使用すると、導電性微粒子が硬く、弾力性が悪いので、接合部分に応力が集中しやすく、得られる電子機器の信頼性を低下させる欠点があり、芯体となる金属球状粒子の粒径分布が広くなりすぎたり、表面を被覆している金属が高価である等の問題点もあった。また、銀の微粉をエポキシ樹脂中に混合したものを粒子状に成型して使用すると、電気抵抗値を下げることが困難である。
【０００６】
更に、接合に際して、有機高分子材料等を接着剤として使用しているため、導電性微粒子により電気的接続が行われ、有機高分子材料等により機械的接続が行われるので、このような接合方法で接合された電子部品は、高温になると有機高分子材料等が熱膨張して電気的接続が不良となったり、電気抵抗値が増大する等の問題点があった。
【０００７】
有機高分子材料等の接着剤を使用しない導電接合方法としては、現在、ボールグリップアレイ（ＢＧＡ）やフリップチック等が行われており、導電性微粒子としてハンダ粒子が広く使用されている。しかしながら、ハンダ粒子は、加熱溶融させて接合する際に、接合部分のハンダが拡がりやすいこと、隣接する電極をショートさせやすいこと、電極基板と半導体チップ等の電子部品との間隔が変化すると、特定の接合部分に負荷が掛かりやすいこと等の問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、ＢＧＡやフリップチック等の導電接合方法によって電極基板及び半導体チップ等の素子、又は、電極基板同士の接合を良好に行うことができ、かつ、弾力性に優れた導電性微粒子、並びに、それを用いて導電接合され、熱サイクルによる接続不良がない基板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】
【０００９】
上記の目的は、樹脂からなる基材微粒子の表面にハンダ濡れ性を有する金属メッキ層を有してなる導電性微粒子によって達成することができる。以下に本発明を詳述する。
【００１０】
本発明で使用される基材微粒子は、樹脂からなる。上記樹脂としては特に限定されず、例えば、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る。
【００１１】
上記基材微粒子の圧縮硬さ（Ｋ値）は、１００〜１０００ｋｇ／ｍｍ2 が好ましい。１００ｋｇ／ｍｍ2 未満であると、実用的でなく、１０００ｋｇ／ｍｍ2を超えると、硬すぎるために導電性微粒子として使用すると、接合部分に応力が掛かりやすい。ここで、Ｋ値とは、下記式（１）で定義される値であり、球体の硬さを普遍的かつ定量的に表すものである。
Ｋ＝（３／√２）・Ｆ・Ｓ-3/2／Ｒ-1/2 （１）
式中、Ｆは、基材微粒子の１０％圧縮変形における荷重値（ｋｇ）を表し、Ｓは、圧縮変位（ｍｍ）を表し、Ｒは、粒子の半径（ｍｍ）を表す。
【００１２】
上記基材微粒子の平均粒子径は、１μｍ〜３ｍｍが好ましい。１μｍ未満であると、電極基板同士が直接接触してショートするおそれがあり、３ｍｍを超えると、微細ピッチ電極接合が困難となることがある。
【００１３】
本発明１の導電性微粒子は、基材微粒子の表面にハンダ濡れ性を有する金属メッキ層を有する。本明細書中、ハンダ濡れ性とは、加熱溶融されたハンダを均一かつ途切れることなく滑らかに拡がらせる性質、及び、加熱時に、溶融されたハンダと一つの液相を形成することができ、冷却時に共晶することができる性質を意味する。
【００１４】
上記ハンダ濡れ性を有する金属メッキ層を形成する金属としては特に限定されず、例えば、銅、金、鉄、ニッケル、錫、高融点ハンダ等が挙げられる。なかでも、ハンダ濡れ性が良好である高融点ハンダを使用してメッキ層を形成することが好ましい。上記高融点ハンダの融点は、３００℃以上が好ましい。
【００１５】
上記金属メッキ層の厚みは、０．０１〜５００μｍが好ましい。０．０１μｍ未満であると、導電接合に使用された場合、加熱により表面から金属メッキ層が剥離するおそれがあり、更に、導電メッキ層の厚みが薄いために好ましい導電性が得られないことがある。一方、５００μｍを超えると、導電メッキ層の厚みが厚くなりすぎて、基材微粒子の機械的特性が失われることがある。上記金属メッキ層を形成する金属として、高融点ハンダを使用する場合、金属メッキ層の厚みは、０．０１〜１００μｍが好ましい。
【００１６】
上記金属メッキ層の形成方法としては特に限定されず、例えば、無電解メッキ、溶融メッキ、拡散メッキ、電気メッキ、溶射、蒸着等が挙げられる。これらの方法を単独で、又は、これらを組み合わせることにより上記金属メッキ層を形成することができる。
【００１７】
本発明１の導電性微粒子は、必要に応じて、上記金属メッキ層の下地メッキ層を形成してもよい。上記下地メッキ層を形成する金属としては特に限定されず、例えば、ニッケル等が挙げられる。
【００１８】
本発明１の導電性微粒子は、基材微粒子として樹脂粒子を使用しているので、弾力性に優れ、導電接合に使用された場合に接合部分に応力が掛かりにくいうえ、対向する電極基板等の間隔を一定に保持することができる。また、温度変化による電極基板、素子等の熱膨張及び収縮による電極間の相対位置のズレによる剪断応力を緩和することができる。
【００１９】
更に、本発明１の導電性微粒子は、基材微粒子の表面にハンダ濡れ性を有する金属メッキ層を有しているので、導電接合に使用された場合、接合部分に充分量の共晶ハンダが浸透し、接合させる電極基板等に本発明１の導電性微粒子が充分に接着されるため、接触抵抗値を極めて低いレベルに保つことができる。
【００２０】
本発明２は、素子及び電極基板、又は、２枚以上の電極基板が、導電接合されてなる基板である。上記素子としては特に限定されず、例えば、ＬＳＩ半導体チップ、コンデンサーチップ等が挙げられる。上記電極基板としては特に限定されず、例えば、ガラス板、セラミック板、合成樹脂製板等の表面にＩＴＯ等で電極を形成させたもの等が挙げられる。
【００２１】
上記導電接合は、上記素子及び上記電極基板の接合部分、又は、上記２枚以上の電極基板の接合部分が、上記導電性微粒子を介して接合されているものである。上記導電接合の方法としては特に限定されず、例えば、ＢＧＡ、フリップチック等が挙げられる。上記導電接合は、例えば、以下のようにして行うことができる。ＬＳＩ半導体チップの接合部分に、クリームハンダを５０〜８０μｍの厚さでスクリーン印刷する。その上に、本発明１の導電性微粒子を配置し、上記ＬＳＩ半導体チップと同様に接合部分にクリームハンダをスクリーン印刷した電極基板を重ね合わせ、約３００℃で加熱して接合する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の導電性微粒子及び基板は上述の構成よりなるので、電極基板及び素子、又は、電極基板同士の接合を良好に行うことができ、熱サイクルによる接続不良がなく、ＬＳＩ半導体チップ等の電子部品と電極基板とを導電接合する液晶表示素子等の製造に好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここで、本発明２の基板を、図を参照しながら詳述する。図１は、Ｃｕ電極３を有するセラミック板２と、Ｃｕ電極３を有するガラスファイバー強化エポキシ板６とを導電性微粒子４を用いて導電接合した基板である。セラミック板２には、ＬＳＩ半導体チップ１が接続されている。導電性微粒子４は、本発明１の導電性微粒子である。
【００２４】
セラミック板２側のＣｕ電極３及びガラスファイバー強化エポキシ樹脂板６側のＣｕ電極３の間は、共晶ハンダ５によって導電性微粒子４が接着されている。また、電極基板同士だけではなく、ＬＳＩ半導体チップ１とセラミック板２との接続部分も、導電性微粒子４を使用して導電接合したものであってもよい。
【００２５】
本発明２の基板は、ＬＳＩ半導体チップ等の素子や電極基板と導電性微粒子とが接触する部分が共晶ハンダにより充分に接合されているので、接触抵抗値を極めて低いレベルに保つことができ、接合部分のハンダが拡がることなく、隣接する電極をショートさせることはない。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
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（重量比１／１）からなる共重合架橋体微粒子を基材微粒子として用いた（平均粒子径６５０μｍ、標準偏差１９μｍ）。無電解メッキ法により、０．１８μｍ厚みのニッケル層を下地メッキ層として形成した。この微粒子２７ｇを用いて図２に示した電気メッキ装置により、高融点ハンダメッキを行った。メッキ浴は、鉛が１１．５ｇ／Ｌ、錫が３．５ｇ／Ｌの組成からなる水溶液を使用し、浴電圧１１．６Ｖ、電流密度２Ａ／ｄｍ2 の条件下で、５分間メッキを行った。その結果、５μｍ厚さのハンダ層を有する導電性微粒子を得た。
【００２８】
図１に示したガラスファイバー強化エポキシ樹脂製電極基板のＣｕ電極部に、スクリーン印刷によりクリームハンダを８０μｍの厚さで形成した。ついで、この上に、上記導電性微粒子を配置した。同様に、クリームハンダを塗布したセラミック製の電極基板を互いの電極部が対向する配置で重ね合わせ、３００℃に加熱しながら接合させた。両基板電極間の導電接合状態は良好であり、−４０℃／１２０℃の熱サイクル試験を１０００サイクル実施した後も、性能低下は全く認められなかった。
【００２９】
実施例２
ニッケルメッキ時間を９分間としたこと以外は実施例１と同様の条件でメッキを行った。その結果、１１μｍ厚さのハンダ層を有する導電性微粒子を得た。この微粒子を用いて、実施例１と同様の基板接合試験を行った結果、両基板電極間の導電接合状態は良好であり、−４０℃／１２０℃の熱サイクル試験を１０００サイクル実施した後も、性能低下は全く認められなかった。
【００３０】
比較例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（重量比１／１）からなる共重合架橋体微粒子を基材微粒子として用いた（平均粒子径６５０μｍ、標準偏差１９μｍ）。無電解メッキ法により、０．１８μｍ厚みのニッケル層を形成した。この微粒子を用いて、図１に示したガラスファイバー強化エポキシ樹脂製電極基板のＣｕ電極部にスクリーン印刷によりクリームハンダを８０μｍ厚さで形成した。ついで、この上に、上記ニッケル被覆微粒子を配置した。同様に、クリームハンダを塗布したセラミック製の電極基板を互いの電極部が対向する配置で重ね合わせ、３００℃に加熱しながら接合させた。両基板電極間の導電接合状態は不良であり、その原因を調べたところ、加熱時にクリームハンダ中のフラックスの作用により、ニッケルメッキ層の基材表面からの剥離が生じていることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の基板の一実施形態を表す断面図である。
【図２】本発明の導電性微粒子を製造する際に使用する電気メッキ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ ＬＳＩ半導体チップ
２ セラミック板
３ Ｃｕ電極
４ 導電性微粒子
５ 共晶ハンダ
６ ガラスファイバー強化エポキシ樹脂板
１１ カバー
１２ 電極
１２ａ陽極
１３ 回転軸
１４ 蓋
１５ 容器
１６ メッキ液供給管
１７ メッキ液排出管
１８ 開口部
２１ 底板
２２ 接触リング（陰極）
２３ 多孔質リング
【図１】
2004149923.tif 000002
【図２】
2004149923.tif 000003