(57)【要約】【課題】電気回路中に発生する応力を緩和できるとともに、高い熱伝導性を有する導電性微粒子及び導電接続構造体を提供する。【解決手段】樹脂からなる多孔質な基材微粒子の表面が金属層に覆われてなることを特徴とする導電性微粒子、及び前記導電性微粒子を用いられてなることを特徴とする導電接続構造体。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂からなる多孔質な基材微粒子の表面が金属層に覆われてな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が用いら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、電気回路の電極接続部に好適に用いられる導電性微粒子及び導電接続構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣやＬＳＩ等の電気回路を製造する際において、基板や回路素子等の電極同士の接続にはハンダ付けによる方法が用いられてきた。しかし、ハンダ付けによる接続では生産効率が悪く、また、ハンダの使用量を均一にすることが困難なために高密度な電気回路を製造することが困難だった。
これを解決するために、ハンダボールと呼ばれる球状のハンダを用いて電極同士を接続するＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）等の技術が開発された。この技術によれば、基板や回路素子等の電極上に設けられたハンダボールを高温で溶融して電極同士を接続することで高生産性、高接続信頼性を両立した電気回路を構成することができる。
【０００３】
また、近年の電気回路は高密度化や多層化等によって高性能化の一途をたどっている。しかし、電気回路の高密度化によって電極同士の接続部の面積が減少するために接続部の強度が低下し、外環境変化による歪みや伸縮等から生じる応力によって接続部が断線しやすくなるという問題がある。さらに、電気回路の多層化によってスペーサー等を用いて層間の距離を一定に維持する必要があるという問題があった。
【０００４】
これらを解決する手段として、電気回路の電極間の接続部等に生じる応力の緩和については、接続部に樹脂等を塗布して補強することが行われている。しかしながら、これは接続信頼性の向上には一定の効果を示すものの、塗布工程には手間がかかり、また塗布工程が増えることにより費用が増大するという問題があった。
また、電気回路の層間距離の維持については、例えば、銅の周りにハンダをコーティングしたボールを用いる方法が開示されている。これは、ハンダのように溶融しない銅が支えとなり、層間の距離を維持することができるというものである。しかしながら、銅は高価であり、また、重量もあることから安価で軽量な材料が求められていた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
これに対して、樹脂からなる基材微粒子の表面に無電解メッキや電解メッキにより金属層を設けた導電性微粒子が開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−７４３１１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平５−３６３０６号号公報（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの樹脂からなる基材微粒子の表面に金属層を設けた導電性微粒子では、コアとなる基材微粒子部分の熱伝導性が低く、電気回路が発生する熱を放熱することが困難だった。そのため、電気回路は充分な放熱をすることができずに高温化し、誤作動を引き起こす原因になるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記現状に鑑み、電気回路中に発生する応力を緩和できるとともに、高い熱伝導性を有する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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、樹脂からなる多孔質な基材微粒子の表面が金属層に覆われてなることを特徴とする導電性微粒子としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導電性微粒子を用いることを特徴とする導電接続構造体としている。
【００１１】
以下に本発明を詳述する。
本発明の導電性微粒子は、樹脂からなる基材微粒子とその表面に形成される金属層とからなる。
【００１２】
基材微粒子は多孔質の形状をなしている。多孔質形状をなした基材微粒子の模式的断面図の例を図１に示す。
【００１３】
基材微粒子を構成する樹脂として、架橋性モノマーの重合体、スチレン誘導体、ビニルエステル類、不飽和ニトリル類、アクリル酸エステル誘導体等からなる樹脂が挙げられる。これらのうち、架橋性モノマーの重合体が好適に用いられる。
【００１４】
架橋性モノマーとしては、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、トリアリルイソシアヌレート、及びこれらの異性体、誘導体等が挙げられる。
これらの架橋性モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００１５】
スチレン誘導体としては、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が挙げられる。
ビニルエステル類としては、例えば、塩化ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等が挙げられる。
不飽和ニトリル類としては、例えば、アクリロニトリル等が挙げられる。
アクリル酸エステル誘導体としては、例えば、（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。
また、基材微粒子を製造する際には、架橋性モノマーが添加された樹脂を用いることが好ましい。
【００１６】
多孔質形状の基材微粒子の製造方法としては特に限定されないが、例えば、懸濁重合、シード重合、乳化重合等の方法によって、以下のようにして製造することができる。
【００１７】
懸濁重合による多孔質形状の基材微粒子の製造方法としては、例えば、重合させるモノマーに対して非反応性の溶媒を添加した状態でモノマーを重合させる方法が挙げられる。非反応性の溶媒の存在によって、多数の凹陥部や空隙を形成した状態の基材微粒子を製造することができる。なお、非反応性の溶媒は乾燥や洗浄等によって除去される。
通常、これらの重合方法は水中で行われるため、吸湿した状態の基材微粒子が得られることが多く、基材微粒子を乾燥させて用いられる。基材微粒子を乾燥させる条件としては、基材微粒子の樹脂の組成等により適宜選択されるが、８０〜１５０℃の温度で６〜３０時間程度真空乾燥させるのが好ましい。
【００１８】
このような非反応性の溶媒は、重合させるモノマーと混和しやすく、洗浄や乾燥等によって容易に除去されるものが好ましい。非反応性の溶媒としては、例えば、芳香族系溶媒、飽和炭化水素系溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒が挙げられる。
芳香族系溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン等が挙げられる。
飽和炭化水素系溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等が挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
【００１９】
懸濁重合による多孔質形状の基材微粒子の他の製造方法としては、例えば、重合させるモノマーに対して分子量の大きいポリマーを添加した状態でモノマーを重合させる方法が挙げられる。
また、シード重合による多孔質形状の基材微粒子の製造方法としては、例えば、分子量の大きいポリマーに架橋性のモノマーを吸収させた状態でモノマーを重合させる方法が挙げられる。このような製造方法として、例えば、ジビニルベンゼンのモノマーの中に高分子量のポリスチレンポリマーを少量添加して重合させる方法が挙げられる。
【００２０】
本発明における基材微粒子は、基材微粒子の表面に金属層が設けられている。また、金属層は、基材微粒子の外側の表面である外部表面のみに設けられていてもよく、多数の凹陥部又は空隙の表面である内部表面とに設けられていてもよい。
【００２１】
本明細書において、基材微粒子の外部表面とは、多孔質部分、即ち図１における多数の凹陥部１又は空隙２（以下、適宜「空隙２等」と記す）が存在しない場合に想定される基材微粒子の表面をいい、内部表面とは、多孔質部分、即ち多数の空隙２等が存在することによって形成される基材微粒子の表面をいう。なお、前記空隙２等は、外界に対して液体のレベルで連通していてもよく、独立していてもよい。
ただし、上記空隙が独立している場合は金属層に覆われず、また、空隙２が連通している場合であっても、本発明の目的達成が可能な範囲で金属層に覆われていない部分があってもよい。
【００２２】
導電性微粒子は、基材微粒子の表面に金属層が設けられていることによって、導電性微粒子は高い熱伝導性を有することができる。
なお、基材微粒子に設けられる金属層は、基材微粒子の外部表面及び内部表面の全面に設けられていなくてもよい。
【００２３】
金属層を形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、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、珪素等が挙げられる。これらの金属は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２４】
金属層の層の数は、１層からなるものであってもよく、多層からなるものであってもよい。金属層が多層からなる場合には、層ごとに異なる金属からなるものであってもよい。例えば、ポリスチレン樹脂からなる基材微粒子の表面に、ニッケル層を設け、更にその上に銅層やスズ層を設けるといった構成等が挙げられる。
【００２５】
金属層の厚みは特に限定されないが、導電接合や基板接合という用途を考えた場合には、０．０１〜５００μｍであることが好ましい。金属層の厚みが０．０１μｍ未満であると充分な導電性が得られない場合があり、５００μｍを超えると導電性微粒子同士が合着したり、基板間の距離を一定に維持することや電子回路中に発生する応力を緩和することが困難となる。
【００２６】
基材微粒子の表面に対して金属層を形成するする方法は特に限定されないが、例えば、無電解メッキ等による方法が挙げられる。
【００２７】
本発明の導電性微粒子は、基材微粒子が多孔質形状をとるので、応力等の外部からの力に対して、空隙等がなす空間の形状が変形されて基材微粒子にかかる応力を緩和することができる。そのため、電気回路の２つ以上の電極を接続する際に、電気回路中に発生する応力を緩和して接続信頼性を向上することができる。
更に、基材微粒子の外部表面及び内部表面に金属層を設けていることにより、導電性微粒子全体の熱伝導性が高く、電気回路が発生する熱を効率よく伝えて放熱することができる。
【００２８】
本発明の導電性微粒子はその粒径や金属層の金属の種類に応じて電気配線基板や各種電気部品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。例えば、以下のような方法等によって得られる構造の導電接続構造体が挙げられる。
（１）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する。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融合し接合して得られる、電極を構成する基板同士の導電接続構造体。
（２）表面に電極が形成された基板又は部品の上に、異方性導電シートを載せた後、もう一方の部品又は基板を電極面が対向するように置き、加熱、加圧し接合して得られる、電極を構成する基板及び部品の組み合わせからなる導電接続構造体。
（３）異方性導電シートを用いる代わりに、スクリーン印刷やディスペンサー等の手段で異方性導電接着剤を供給し接合して得られる、電極を構成する基板及び部品の組み合わせからなる導電接続構造体。
（４）導電性微粒子を介して張り合わせた二つの電極部の間隙に液状のバインダーを供給した後で硬化・接合して得られる、電極部同士からなる導電接続構造体。
【００２９】
【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、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
多孔質形状の基材微粒子の作製
重合させるモノマーとしてジビルベンゼンのモノマー９０重量部と非反応性の溶媒としてトルエン１０重量部とを混合し、室温にて３０分間撹拌させて均一に分散させることによってジビニルベンゼンとトルエンの混合物を得た。
セパラブルフラスコ内で、得られた混合物に対して、水９７重量部と、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド０．９重量部と、非反応溶媒としてポリビニルアルコール３重量部とを添加し、室温で５時間撹拌することによって懸濁状態を調整した。その後、撹拌しながら加熱し、９０℃で８時間重合を行うことによって平均粒子径が２６２．２μｍの基材微粒子を得た。また、電子顕微鏡を用いて得られた基材微粒子を観察したところ、多孔質形状であることが観察された。
【００３１】
金属層の形成
まず、得られた基材微粒子の外部表面及び内部表面に対して、無電解ニッケルメッキ法によってニッケルメッキからなる金属層を形成した。次に、得られたニッケルメッキ微粒子に対して、径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの正五角形状で、側面の１面のみに孔径２０μｍのメッシュフィルタを取りつけたメッキバレルを有するバレルメッキ装置を用いてニッケルメッキの表面に銅メッキからなる金属層を形成し、更にその上に共晶ハンダメッキからなる金属層を形成することによって導電性微粒子を得た。
なお、銅メッキの金属層は、基材微粒子を銅メッキ液中で１時間通電し、メッキバレルを正五角形の中心同士を通る軸を中心に５０ｒｐｍで回転させた後、洗浄をすることによって形成された。次いで、銅メッキが設けられた微粒子を共晶ハンダメッキ液中で３時間通電しながら、同様にメッキバレルを回転し、共晶ハンダメッキからなる金属層を形成した。
【００３２】
得られた導電性微粒子を顕微鏡で観察したところ、凝集せずにすべての微粒子が単粒子として存在していることが確認された。また、この導電性微粒子１００個を測定した結果、平均粒径は３０１．０μｍであった。更に、この導電性微粒子の切断面を測定したところ、ニッケルメッキの厚みは０．３μｍ、銅メッキの厚みは２．８μｍ、共晶ハンダメッキの厚みは１４．５μｍであった。
【００３３】
試験基板の作製
図２に示すように、２枚の熱伝導特性評価用基板２、３の間に得られた導電性微粒子３を挟み込み、熱伝導特性評価用基板２，３と導電性微粒子１とを融着させることによって試験基板を作製した。なお、２枚の熱伝導特性評価用基板２、３の間には１６個の導電性微粒子１が均等の間隔で配置されている。
【００３４】
（実施例２）
非反応性の溶媒としてヘキサン１０重量部を用いること以外は実施例１と同様にして試験基板を作製した。
【００３５】
（実施例３）
重合させるモノマーとして、ジビニルベンゼン４５重量部、テトラメチロールメタンテトラアクリレート４５重量部を用いること以外は実施例１と同様にして試験基板を作製した。
【００３６】
（実施例４）
重合させるモノマーとしてジビルベンゼンのモノマー９０重量部と分子量の大きいポリマーとして分子量３０万のポリスチレンポリマー５重量部を混合し、室温にて８間撹拌させて均一に分散させることによってジビニルベンゼンとポリスチレンポリマーの混合物を得た。
得られた混合物に対して、水９７重量部と、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド０．９重量部と、非反応溶媒としてポリビニルアルコール３重量部とをさらに添加して室温で５時間撹拌することによって懸濁状態を調整した。その後、撹拌しながら加熱し、９０℃で８時間重合を行うことによって平均粒子径が２６２．２μｍの基材微粒子を得た。
その後、実施例１と同様にして金属層を形成し、試験基板を作製した。
【００３７】
（比較例）
非反応性の溶媒を用いずに実施例１と同様にして試験基板を作製した。
【００３８】
これらの実施例１〜４及び比較例で得られた試験基板に対して、以下の方法によって熱伝導性評価試験を行った。
【００３９】
（熱伝導性評価試験）
図２において、得られた試験基板の片側を表側の熱伝導特性評価用基板４とし、基材微粒子３を挟んだもう片方を裏側の熱伝導特性評価用基板５とする。表側の熱伝導特性評価用基板４にヒーター６を取りつけ、室温状態の熱伝導特性評価用基板２を１５０℃で３０秒間加熱したときの熱伝導特性評価用基板４の温度変化を測定した。また、これと同時に裏側の熱伝導特性評価用基板５の温度変化を測定し、それぞれの温度差を算出した。
結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2004265711.tif 000002
【００４１】
【発明の効果】
本発明の導電性微粒子は、上述の通り構成されているので、電気回路中に発生する応力を緩和できるとともに、高い熱伝導性を有することができる。
また、本発明の導電接続構造体は導電性微粒子を用いてなるので、電気回路中に発生する応力を緩和できるとともに、効率よく放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質形状の基材微粒子を示す模式的断面図である。
【図２】実施例における熱伝導性評価試験方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１  基材微粒子の凹陥部
２  基材微粒子の空隙
３  導電性微粒子
４  表側の熱伝導特性評価用基板
５  裏側の熱伝導特性評価用基板
６  ヒーター
【図１】
2004265711.tif 000003
【図２】
2004265711.tif 000004