(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４の表面が最外層はハンダ層７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、前記ハンダ層に前記基材微粒子の粒径より小さい多数の樹脂微小粒子８が付着されてなる導電性微粒子、好ましくは、前記樹脂微小粒子の表面が１層以上の金属層に覆われてなる導電性微粒子、及びさらに好ましくは、樹脂微小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、並びに、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、前記ハンダ層に前記基材微粒子の粒径より小さい多数の樹脂微小粒子が付着されてなることを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】
樹脂微小粒子の表面が１層以上の金属層に覆われてなることを特徴とする請求項１記載の導電性微粒子。
【請求項３】
樹脂微小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ことを特徴とする請求項１記載の導電性微粒子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項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、半導体パッケージとこれを搭載する配線基板の電極間等の接続には、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）と呼ばれるハンダを球状にした、いわゆるハンダボールで接続する方法が開発された。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パッケージ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、最外層がハンダ層で内部が樹脂からなる構造の導電性微粒子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、この構造の導電性微粒子でも接続信頼性が十分でない場合があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３６３０６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、前記ハンダ層に前記基材微粒子の粒径より小さい多数の樹脂微小粒子が付着されてな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、さらに、樹脂微小粒子の表面が１層以上の金属層に覆われてなる請求項１記載の導電性微粒子を提供する。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、さらに、樹脂微小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請求項１記載の導電性微粒子を提供する。
【０００９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、膜厚は、基材微粒子の粒径の０．１〜１０％が好ましい。０．１％未満であると、電極間の接合が不完全となり、１０％を超えると、他の端子とショートする恐れがある。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。
【００１２】
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、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。
【００１３】
本発明の導電性微粒子の粒径としては特に限定されないが、１〜１０００μｍであることが好ましい。１μｍ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。
【００１４】
本発明の導電性微粒子は、前記ハンダ層に前記基材微粒子の粒径より小さい多数の樹脂微小粒子が付着されてなるものである。
上記樹脂微小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、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。
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。
【００１５】
本発明における樹脂微小粒子の粒径は、前記基材微粒子の粒径より小さいことが必要であり、基材微粒子の粒径の０．１〜３０％であることが好ましく、１〜１０％であることがより好ましい。０．１％未満であると、応力緩和効果が得られないことがあり、３０％を越えると、周囲の電極とショートすることがある。
【００１６】
本発明における樹脂微小粒子を基材微粒子のハンダ層に付着させる方法としては特に限定されず、例えば、ハンダ層にフラックスを塗布後、樹脂微小粒子の入った容器に入れ振り混ぜ付着させる方法、ハンダ層にフラックスを噴霧した後、樹脂微小粒子を散布し付着させる方法、樹脂微小粒子をフラックスに分散しハンダ層に塗布する方法等が挙げられる。なお、フラックスとは一般に、ハンダ付けする部材表面の酸化膜を除去しハンダのぬれを良好にするために用いられる組成物をいい、樹脂微小粒子を付着させるのに利用することができる。
【００１７】
本発明における樹脂微小粒子は、導電性微粒子のリフローの際ハンダ内への分散性が良くなるために、表面が１層以上の金属層に覆われていることが好ましい。
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。
また、最外層は、導電性微粒子のリフローの際ハンダ内への分散性がさらに良くなるために、ハンダ層であることが好ましい。
【００１８】
上記樹脂微小粒子の表面を金属層で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、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樹脂微小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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（作用）
このように、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に最外層がハンダ層である１層以上の金属層を形成した導電性微粒子最外層に粒径がより小さな、樹脂からなる微粒子（樹脂微小粒子）を多数付着させることにより、上記導電性微粒子を用いて例えば、半導体パッケージと配線基板間を接続する際に、溶融したハンダの内部にも樹脂微小粒子が分散し、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。
【００２２】
さらに、樹脂微小粒子の表面が１層以上の金属層で覆われたものを用いることによって、ハンダ溶融時にハンダ内への分散性が向上し、また、上記金属層の最外層をハンダ層とすることでハンダ溶融時のハンダ内への分散性はさらに良くなると考えられる。
【００２３】
【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においては、基材微粒子４の表面は、最外層がハンダ層７でありその内側に銅層６、更にその内側にニッケル層５が設けられてなる三層構成の金属層によって覆われており、ハンダ層７には、基材微粒子４より粒径の小さい樹脂微小粒子８が多数付着されて構成されている。
【００２４】
また、図２に示した導電性微粒子は、樹脂微小粒子８の替わりに、表面が金属層に覆われている樹脂微小粒子９が用いられている点を除いて、図１の導電性微粒子と同様の構成となされている。図３は表面が金属層に覆われている樹脂微小粒子９の拡大図であり、本形態では、樹脂微小粒子８の表面が、最外層がハンダ層１２であり、その内側に銅層１１、更にその内側にニッケル層１０が設けられてなる三層構成の金属層によって覆われている。
なお、この金属層は必ずしも三層構成とする必要はなく、ニッケル層１０及び銅層１１の二層構成でもよく、他の組み合わせの二層構成でもよく、また、ハンダ層等の単層からなるものであってもよい。
【００２５】
また、図４は半導体パッケージ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り、半導体パッケージ１と配線基板２とが、電極端子３、３を介して、基材微粒子４の表面が、５、６及び７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、金属層、特にハンダ層には樹脂微小粒子８が分散している状態が明示されている。
【００２６】
【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。
【００２７】
（実施例１）
ジビニルベンゼンとスチレンとを共重合させた粒径７６０μｍの樹脂基材微粒子の表面に無電解ニッケルメッキを行い、厚みが０．３μｍのニッケル層を作製した。さらにニッケル層の表面に銅メッキ、ハンダメッキをそれぞれ行い、６μｍの銅層、１４μｍのハンダ層を作製し、粒径８００μｍの最外層がハンダ層である導電性微粒子を得た。
【００２８】
一方、上記導電性微粒子に付着させる樹脂微小粒子として、ジビニルベンゼンとテトラメチロールメタンテトラアクリレートとを共重合させた粒径３０μｍの樹脂微小粒子を作製した。
次に、粒径８００μｍの導電性微粒子にフラックスを塗布した後、粒径３０μｍの樹脂微小粒子の入った容器に入れ振り混ぜて粒径８００μｍの導電性微粒子の周囲に樹脂微小粒子を付着させた。
なお、樹脂微小粒子を付着させた導電性微粒子の断面は上述の如く図１に模式的に示す通りであった。
【００２９】
上記のようにして作製した導電性微粒子をφ６４０μｍの電極端子を８１個持つ試験用基板に搭載し、リフローにより接合した。さらに各電極端子に対応する位置に電極端子を持つ配線基板に試験用基板を搭載し、リフローにより接合した。８１個の電極端子はデージーチェーン（電気的に１つながりとなる接続）になっており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。
上記の試験用基板２０枚で−２５〜＋１２５℃（３０分１サイクル）の温度サイクル試験を行った結果、１５００サイクルまで導通不良の発生はなかった。
【００３０】
（実施例２）
実施例１の樹脂微小粒子の替わりに、表面をニッケル層０．３μｍ、及び銅層２μｍで覆った樹脂微小粒子を用いた以外は実施例１と同様にして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と同様にして試験用基板を２０枚作製し、温度サイクル試験を行った結果、１５００サイクルまで導通不良の発生はなかった。
【００３１】
（実施例３）
実施例１の樹脂微小粒子の替わりに、表面をニッケル層０．３μｍ、銅層２μｍ並びに、錫６３％及び鉛３７％からなるハンダ層の三層構成の金属層で覆った樹脂微小粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
なお、表面が三層構成の金属層に覆われている樹脂微小粒子の断面は上述の如く図３に模式的に示す通りであった。
上記導電性微粒子を用いて実施例１と同様にして試験用基板を２０枚作製し、温度サイクル試験を行った結果、１５００サイクルまで導通不良の発生はなかった。
【００３２】
（比較例１）
通常のハンダボール（ボール全てが錫６３％及び鉛３７％で構成）を用いて実施例１と同様にして試験用基板を２０枚作製し、温度サイクル試験を行った結果、１０００サイクルまでに全ての基板で導通不良が発生した。
【００３３】
（比較例２）
実施例１で作製した粒径８００μｍの導電性微粒子（表面に樹脂微小粒子を付着させないもの）を用いて実施例１と同様にして試験用基板を２０枚作製し、温度サイクル試験を行った結果、１５００サイクルで試験用基板５枚で導通不良が発生した。
【００３４】
以上のように、実施例では全て１５００サイクルまで導通不良の発生はなく、良好であった。
【００３５】
【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、樹脂微小粒子を付着させた導電性微粒子の断面の模式図。
【図２】本発明の導電性微粒子の他の実施例で、表面が金属層により覆われている樹脂微小粒子を付着させた導電性微粒子の断面の模式図。
【図３】表面が三層構成の金属層で覆われている樹脂微小粒子の断面の模式図。
【図４】半導体パッケージ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模式図。
【符号の説明】
１    半導体パッケージ
２    配線基板
３    電極端子
４    基材微粒子
５    基材微粒子表面を覆っているニッケル層
６    ニッケル層表面を覆っている銅層
７    銅層表面を覆っているハンダ層
８    樹脂微小粒子
９    表面が金属層に覆われている樹脂微小粒子
１０  樹脂微小粒子表面を覆っているニッケル層
１１  ニッケル層表面を覆っている銅層
１２  銅層表面を覆っているハンダ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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