(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性回路の製法であって、
少なくとも２００℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも２００℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約１３０〜約３００℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約３０体積％である、導電性ペーストを用意するステップと、
電気部品と、回路を形成した可撓性基板とを、前記導電性ペーストに接触させるステップと、及び
前記基板を、前記導電性ペースト中に含まれる重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
１個以上の貫通するバイアを有する複数の層を電気的に接続して、多層構造を形成する方法において、
少なくとも２００℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも２００℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約１３０〜約３００℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約３０体積％である、導電性ペーストを用意するステップと、
前記導電性ペーストを前記バイアに入れるステップと、
大気中または真空下で加熱して前記導電性ペースト中の溶剤を除去するステップと、
隣接する層の前記バイアを位置合わせするステップと、及び
前記位置合わせされた構造を少なくとも約１５０℃に加熱するステップと
を含む、方法。
【請求項３】
少なくとも２００℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも２００℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約１３０〜約３００℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約３０体積％である、導電性ペーストを用意するステップと、
リードフレームのリードを回路板の基板の対応するパッドと電気的に接触させるステップと、
前記パッド上に前記導電性ペーストを付着させるステップと、及び
前記アセンブリを前記導電性ペースト中に含まれる重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱するステップと
を含む、面実装を行う方法。
【請求項４】
集積回路のチップを回路板に接続して、集積回路を形成する方法において、
少なくとも２００℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも２００℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約１３０〜約３００℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約３０体積％である、導電性ペーストを用意するステップと、
前記導電性ペーストを前記チップ、前記回路板、またはその両方のパッドの上に付着させて、前記チップの前記パッドと、前記回路板の前記パッドとを位置合わせするステップと、及び
前記アセンブリを前記導電性ペースト中に含まれる重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱するステップと
を含む、方法。
【請求項５】
前記位置合わせステップの前に前記ペーストを前記重合体のガラス転移温度より低い温度で加熱して前記ペーストを乾燥するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱可塑性重合体が、ポリ（イミドユリア）、ポリ（エーテルシロキサン）、ポリ（イミドシロキサン）、ポリ（スチレンブタジエン）、ポリ（スチレンイソプレン）、ポリ（アクリロニトリルブタジエン）、ポリ（エチレン酢酸ビニル）およびポリウレタンからなるグループから選択したセグメント化共重合体であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記酸化物を含有しない金属が、金、銀、スズ、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、イリジウム、およびこれらの２種類以上の金属の合金からなるグループから選択された金属であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記極性有機溶剤が、アジピン酸ジメチル、安息香酸エチル、アセトフェノン、２−メトキシエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、およびこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記導電性ペーストは再接続可能である、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
電気部品と、回路を形成した可撓性基板とを有する可撓性回路において、
前記電気部品と前記可撓性基板との間に、少なくとも２００℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも２００℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約１３０〜約３００℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストを、前記熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度で加熱して形成した電気的接続を有し、
前記金属粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約３０体積％であることを特徴とする、可撓性回路。
【請求項１１】
第１の接続端を有する第１の回路と、第２の接続端を有する第２の回路とを有するアセンブリ構造体において、
前記第１の接続端と前記第２の接続端との間に、少なくとも２００℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも２００℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約１３０〜約３００℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストを、前記熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度で加熱して形成した電気的接続を有し、
前記金属粉末は、約２０μｍ以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約３０体積％であることを特徴とする、アセンブリ構造体。
【請求項１２】
前記熱可塑性重合体が、ポリ（イミドユリア）、ポリ（エーテルシロキサン）、ポリ（イミドシロキサン）、ポリ（スチレンブタジエン）、ポリ（スチレンイソプレン）、ポリ（アクリロニトリルブタジエン）、ポリ（エチレン酢酸ビニル）およびポリウレタンからなるグループから選択したセグメント化共重合体であることを特徴とする、請求項１１に記載の構造体。
【請求項１３】
前記酸化物を含有しない金属が、金、銀、スズ、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、イリジウム、およびこれらの２種類以上の金属の合金からなるグループから選択された金属であることを特徴とする、請求項１１に記載の構造体。
【請求項１４】
前記極性有機溶剤が、アジピン酸ジメチル、安息香酸エチル、アセトフェノン、２−メトキシエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、およびこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１１に記載の構造体。
【請求項１５】
前記電気的接続は、再接続可能であることを特徴とする、請求項１１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性部材間に導電性接続を形成するのに有用な導電性ペーストに関するものである。本発明はさらに、前記の導電性ペーストを使用した、導電性部材間に導電性接続を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チップ上のパッド、回路板上に印刷された回路に付随するパッドなどの導電性部材間に、導電性接続を形成するための導電性組成物は、当業者には周知である。事実、鉛とスズの合金など、共融合金からなる従来のはんだ組成物は、古くから知られている。しかし、このような材料は、はんだ金属の表面上の酸化物を除去するために、フラックス組成物を必要とする。これらのフラックス材料は元来酸性であり、電気的に接続された価値の高い電気部品を腐食するため、通常、溶剤を用いて除去する。ところが、従来のフラックスを除去する溶剤は環境的に問題があり、またこれを使用すると製造工程が複雑になる。したがって、現在のコンピュータなどの電気・電子装置に使用する高価な電気部品を接続することが必要な電気アセンブリには、フラックス材料の使用は減少しつつある。
【０００３】
このような共融合金にみられる周知の欠点を考慮して、新しい導電性ペーストが開発された。通常、これらのペーストは、導電性金属の粉末および熱硬化性樹脂材料を含む。このような材料を電気部品に塗布した後、加熱して電気的接続を形成する。この加熱中に熱硬化性樹脂が硬化する。これらの新しいペーストに導電性粉末として非酸化性の金属を使用して、フラックスを使用する必要をなくすことが知られているが、このような材料は再溶融しないという不利な特性を特徴とする。熱硬化性樹脂は硬化するときに、架橋構造を形成することに当業者は気付いている。架橋構造を有する重合体は再溶融または溶解することができない。したがって、このような電気的に接続された部品は、非常に高価であるが、必要に応じて導電性ペーストを単に加熱または再溶解して、部品の接続を外した後、前に使用したものか、あるいは新しい同一のペーストを使用して容易に再接続することができない。
【０００４】
当業界に著しい進歩をもたらした最近の開発が、米国特許第５０６２８９６号明細書に記載されている。この特許は、共融金属合金の粉末をフィラーとした、重合体とはんだの複合ペーストに関するものであり、前記の合金は、融点が２００℃未満で、ペースト全体の重量に対して約８５〜９３重量％の濃度で含まれる。
【０００５】
前記特許のペースト組成物は、第２の成分として熱可塑性重合体を含有する。この特許の利点は、熱可塑性重合体が存在することにある。前記特許のペーストに含まれる熱可塑性重合体により、ペーストが再溶融可能になる。熱可塑性重合体が硬化して三次元ネットワークを形成しないことを当業者は知っている。前記特許では熱可塑性重合体はポリ（イミドシロキサン）が好ましいとされているが、これは本質的に架橋しないため、再溶融または再溶解することができる。
【０００６】
前記特許に含まれる第３の成分は、沸点が合金粉末の融点より高く、複合ペースト組成物の最高リフロー温度より低い揮発性の有機溶剤である。
【０００７】
最後に、前記特許に含まれる第４の不可欠の成分は、一時的フラックス材料で、脂肪族のモノカルボン酸であり、沸点は約１４０〜２００℃である。しかし、２−メトキシ安息香酸などの芳香族モノカルボン酸も使用することができる。このフラックス材料の含有量は、約０．５〜１．５重量％である。
【０００８】
前記特許のペースト組成物は、界面活性剤などの任意の成分を含有するものであってもよく、当業界に著しい進歩をもたらすものではあるが、金属粉末と重合体との複合材料の再溶融に付随する問題がこのように解決されても、従来の技術の材料にともなう他の問題は解決しない。すなわち、第４の不可欠の成分である一時的フラックス材料から発生し、ペーストにより電気的に接続された高価な電気部品に有害な腐食作用を与える酸性流体に付随する問題は解決されていない。
【０００９】
前記特許のペーストは、融点が２００℃未満の金属を使用していることから明らかなように、酸化されやすい金属を含有しているため、フラックス成分を含んでいなければならない。このように、前記特許のペーストがもたらす当業界における進歩は、従来の技術の導電性相互接続材料に付随する問題をすべて解決するものではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は再溶融が可能で、しかも電気部品を腐食させるようなフラックス材料を含有しない、新規の導電性ペーストを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
導電性部材を電気的に接続するのに使用する従来の技術による導電性組成物に付随する問題を解決した、新規の導電性ペーストが開発された。すなわち、本出願の導電性ペーストは、ペーストの再溶融が可能になるばかりではなく、フラックス材料を含有しないため、酸性フラックスに伴う問題も解決される。
【００１２】
本発明によれば、導電性ペーストが提供される。このペーストは、熱可塑性重合体、導電性金属の粉末、および有機溶剤系を含有する。
【００１３】
さらに本発明によれば、導電性複合材料が提供される。この複合材料は、複合材料の全体積に対して、少なくとも３０体積％の導電性金属の粉末を含有する。
【００１４】
さらに本発明によれば、可撓性基板に回路を形成して、可撓性回路を形成する方法が提供される。この方法によれば、集積回路のチップや表面実装装置などの電気部品が、本発明による導電性ペーストにより可撓性基板に接続される。このペーストは、熱の作用により、本発明の導電性複合材料に変換される。
【００１５】
さらに本発明によれば、多層構造（マルチチップ・モジュール積層板ともいう）を相互接続する方法が教示される。この方法では、熱可塑性重合体、たとえばポリイミドなどの多層構造が、本出願の導電性ペーストを利用して適当な加熱および加圧により融着した多層構造の対から、バイアすなわち貫通穴または盲穴により、電気的に相互接続される。
【００１６】
さらに本発明によれば、リードフレーム中の集積回路（ＩＣ）チップを表面実装する方法が開示される。この方法によれば、リードフレームの導電性リード、または表面実装装置、たとえばキャパシタまたは抵抗は、加熱により導電性複合材料に変換される本発明のペースト組成物により、回路板のパッドに電気的に接続される。
【００１７】
最後に本発明によれば、絶縁されていない集積回路チップを回路板に直接接着する方法が教示される。この方法によれば、裸の集積回路チップの端子Ｉ／Ｏパッドが回路板表面上の導電性パッドに接触するように、上下を逆にして置く。本発明のペーストの有効量を、チップのＩ／Ｏパッドと回路板の導電性パッドとの間に置く。ペーストを加熱して、導電性複合材料に変換し、チップと回路板との間に導電性のパスを形成する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ペーストは、３成分を含有する組成物である。これらの成分の第１は、熱可塑性重合体である。重合体は、たとえば、イオウ、酸素、窒素、ケイ素、アルキル基およびフェニル基からなるグループから選択された、少なくとも１個の原子または基を含む反復構造単位を有する熱可塑性重合体から選択されたものでよい。導電性ペーストの熱可塑性重合体の反復構造単位は、２個以上の前記の原子または基を有するものでもよい。
【００１９】
前記熱可塑性重合体は、ホモポリマー、すなわち単一の単量体が反復する重合体、セグメント化共重合体、または少なくとも３個の異なるホモポリマーを有するセグメント化共重合体およびこれらの混合物のいずれでもよい。本発明の熱可塑性重合体で考えられるセグメント化共重合体は、セグメントの形で与えられる少なくとも２種類のコモノマーを含有する。セグメントの形で与えられるコモノマーは、第１の単量体の反復する単量体単位と、これに隣接する少なくとも１個の異なる単量体の反復する単量体単位からなるブロックを有する共重合体を形成し、これらの単量体単位の長さは同じでも異なってもよく、その長さは１個から多数の単量体の長さまで変化してもよい。本発明のセグメント化共重合体は、非極性単位からなる軟質の反復単量体単位、および極性単位からなる硬質の反復単量体単位を有するものが好ましい。
【００２０】
本発明の導電性ペーストの熱可塑性重合体として意図した好ましいホモポリマーには、ポリスルホン類、ポリオレフィン類、およびポリアクリレート類がある。
【００２１】
本発明の意図するセグメント化共重合体には、ポリ（イミドユリア）、ポリ（エーテルシロキサン）、ポリ（イミドシロキサン）、ポリ（スチレンブタジエン）、ポリ（スチレンイソプレン）、ポリ（アクリロニトリルブタジエン）、ポリ（エチレン酢酸ビニル）およびポリウレタンなどの共重合体がある。
【００２２】
上述の好ましいセグメント化共重合体は、熱可塑性エラストマーである。この重合体は、熱可塑性重合体とエラストマーの不利益な特性を備えず、両者の有益な特性を兼ね備えている。すなわち、熱可塑性エラストマーは、従来のエラストマーと異なり、再溶融および形状を変えることができる。同様に、従来の熱可塑性重合体とは異なり、熱可塑性エラストマーは引き伸ばしても良好な弾性回復を示す。
【００２３】
導電性ペーストの成分として使用できる熱可塑性重合体はすべて、良好な熱安定性を有するという必要条件を備えている。そのためには、熱可塑性重合体の分解温度が、少なくとも約２００℃であることが好ましい。熱可塑性重合体の分解温度は、少なくとも約３００℃であることがさらに好ましい。
【００２４】
本発明の導電性ペーストの第２の成分は、導電性金属の粉末である。この導電性金属の粉末は、酸化物を含有しない金属粉で、融点が少なくとも約２００℃であることが好ましい。「酸化物を含有しない」ということは、金属が酸化物を生成しないか、または酸化物を生成してもそれが電気絶縁体として作用しないかのいずれかを意味する。したがって、金、銀、スズ、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、およびイリジウムが、「酸化物を含有しない」金属として使用するのに好ましい。酸化物を含有しない金属は、酸化物を含有しない金属元素、少なくとも２種類の酸化物を含有しない金属元素の合金、または酸化物を含有しない単一の金属元素もしくは少なくとも２種類の酸化物を含有しない金属元素の合金をコーティングした表面酸化物のない金属とすることができる。「粉末」とは、単体で直径もしくは主寸法が５０μｍ未満の粒子、またはこれより小さい粒子の凝集物を意味する。
【００２５】
酸化物を含有しない金属は、単体で使用するにしても合金として使用するにしても、また純粋な形で使用するにしてもコーティングとして使用するにしても、銀または金が好ましい。
【００２６】
当業者であれば、ある種の酸化物を含有しない金属が、酸化されやすい金属のコアに拡散するのを防止するための拡散防止バリア層が必要であることを承知しているであろう。たとえば、コバルト、好ましくはコバルト合金、およびリンを、銅のコアに添加してから金をコーティングすることが多い。これにより、高温でも金のコーティングが銅に拡散するのが防止される。
【００２７】
この第２の成分は、前記の酸化物を含有しない金属ほどは好ましくないが、たとえば有機重合体または無機材料のコアに、酸化物を含有しない金属をコーティングしたものでもよい。
【００２８】
有機重合体材料をコアにしたこのような実施形態では、有機重合体はポリスチレン・ラテックスの球形粒子であることが好ましい。
【００２９】
無機材料をコアにしたさらに他の実施形態では、無機材料はシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどの酸化物、ホウ酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、炭化物、窒化物、または他のセラミック材料の固体粉末である。
【００３０】
導電性金属の粉末の平均粒径は、約２０μｍ以下であることが好ましい。本出願の導電性ペーストに使用する金属粉末の平均粒径は、約１０μｍ以下であればさらに好ましい。金属粉末の平均粒径が約５μｍ以下であれば、さらに好ましい。
【００３１】
本出願の導電性ペーストの第３の成分は、有機溶剤系で、少なくとも１種類の極性有機溶剤を有するものが好ましい。本発明の導電性ペーストに使用する極性有機溶剤は、好ましくは大気圧における沸点が約１３０〜３００℃の範囲のものである。さらに好ましくは、大気圧における沸点が約１５０〜２５０℃の範囲のものである。
【００３２】
前記の基準を満たす極性溶剤は、エステル類、エーテル類、アミド類、ラクトン類、またはスルホン類であるが、これらに限定されるものではない。したがって、アジピン酸ジメチル、安息香酸エチルなどのエステル類、アセトフェノン、２−メトキシエチルエーテルなどのエーテル類、ジメチルアセトアミドなどのアミド類、Ｎ−メチルピロリジノンなどのラクトン類、ジメチルスルホキシドなどのスルホン類が、本発明のペーストに有用な極性溶剤の範囲に含まれる。
【００３３】
本発明のペーストは、好ましくは上述の溶剤のうちの、少なくとも１種類の極性有機溶剤を含有することが好ましいが、複数のこれらの溶剤を含有するものであってもよい。すなわち、溶剤は、複数のこれらの溶剤を混合したものでもよい。１種類以上の極性有機溶剤のほかに、１種類以上の非極性溶剤を含有したものでもよい。
【００３４】
非極性有機溶剤と、少なくとも１種類の極性溶剤とを組み合わせて使用する好ましい実施形態では、非極性溶剤は液体炭化水素であることが好ましい。液体芳香族炭化水素を使用すればさらに好ましい。本発明のペーストに、極性溶剤組成の一部として使用する好ましい芳香族炭化水素は、キシレンおよびトリメチルベンゼンである。
【００３５】
導電性ペーストには、任意選択で腐食抑制剤、界面活性剤などの成分を追加してもよい。しかし、強調すべきことは、導電性ペーストがフラックス材料を含有しないことである。
【００３６】
本発明の第２の態様は、導電性複合材料に関するものである。導電性複合材料は、酸化物を含有しない金属で構成される。酸化物を含有しない金属は、複合材料の体積全体に対して、少なくとも約３０体積％存在することが好ましい。複合材料の金属成分は、導電性ペーストに使用する前記の導電性金属の粉末の特徴を有する。導電性金属の粉末の好ましい実施形態は、上述の導電性ペーストにおける好ましい金属粉末と同一である。
【００３７】
酸化物を含有しない金属は、複合材料の体積全体に対して、少なくとも約４０体積％存在することがさらに好ましい。
【００３８】
導電性複合材料の第２の成分は、熱可塑性重合体である。この複合材料に使用される熱可塑性重合体は、導電性ペーストの熱可塑性重合体成分と同一である。複合材料の熱可塑性重合体は、好ましい実施形態を含めて導電性ペーストの熱可塑性重合体の性質を有する。
【００３９】
本発明の導電性複合材料は、本発明の導電性ペーストを加熱することにより形成する。電気部品の接着を改善または容易にするため、加熱と同時に接着圧力を与える。具体的には、導電性ペーストを２個以上の電気部品の導電性リードの間に注入する。ペーストの温度を、溶剤の沸点を超える温度にして、ペーストから溶剤を蒸発させる。圧力は大気圧である必要はない。溶剤の沸点を低下させるために真空にしてもよい。
【００４０】
代替実施形態では、導電性ペーストを複合材料に変換する工程の、溶剤を除去するステップで、動的ガス交換を用いる。この方法は、当業者には周知の方法であり、溶剤の沸点以下の温度で、大気圧で蒸発により溶剤を除去する方法である。この工程は、通常窒素または他の不活性ガスの流れの中で行われる。
【００４１】
導電性相互接続を形成する方法は、２つの接着方法のいずれかにより行われる。第１の方法では、ペーストを注入した後、熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度で圧力を与える。この第１の方法では、溶剤が蒸発し、熱可塑性重合体が流動し、導電性の接着を形成する。第２の方法では、まず熱可塑性重合体のガラス転移温度より低い温度でペーストを乾燥させる（すなわち溶剤を除去する）。次に、熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度に昇温して、導電性複合材料への変換を完了させる。上述のようにこの方法は時間と温度の影響を受ける。明らかに、接着温度、すなわちペーストが露出される温度が高いほど、所要時間は短くなる。最適な接着条件は、形成すべき具体的な構造と、熱可塑性重合体のガラス転移温度に依存する。
【００４２】
導電性複合材料は、１つまたは複数の任意の成分を含有するものでもよい。これらの任意の成分には、たとえば腐食抑制剤、界面活性剤などがある。本発明の導電性ペーストで形成される導電性複合材料は、ペーストと同様にフラックス剤を含有しない。
【００４３】
処方を選定する基準は、（ｉ）重合体／金属複合材料の導電性、（ｉｉ）重合体／金属／溶剤のペーストの流体力学的特性、および（ｉｉｉ）意図する応用例に応じて、フィラー金属または他の基板に対する重合体の濡れおよび接着特性のバランスに基づいて決められる。
【００４４】
導電性については、金属／絶縁体／金属のトンネル効果の間に「電子トラップ」として作用するイオン性の不純物が、意図した適用例により規定された電流範囲での直線電流（Ｉ）対電圧降下（Ｖ）特性を維持するのに十分なほど低くなければならない。また、導電性（σ）対温度（Ｔ）は、導電性が温度上昇とともに減少する不秩序な系にみられるようなものではなく、金属のような挙動をする、すなわちｌｏｇ（σ）〜Ｔ1/4の法則に従う必要がある。最後に、液体ヘリウムの温度での抵抗率が、できるだけ低い必要がある。接着を良好にするためには、重合対は金属フィラーを濡らし、意図した適用例で規定された基板材料を濡らし、重合体のヤング率は２５℃で０．１ＧＰａを超えるものであることが好ましい。ペーストは、流体力学的挙動に関して、非ニュートン粘度が約３０００〜５０００ポアズの範囲であり、最初の垂直応力差ができるだけ低く、弾性反跳が低いことが必要である。さらに、ペーストは、粘度が安定している通常の粘弾性を有する非ニュートン流体とは対照的に、せん断を受けると粘度が減少する必要がある。
【００４５】
本発明のもう一つの態様は、新規の導電性ペーストを本発明の複合材料に変換することにより、電気部品および装置の製造に使用する方法に関するものである。この方法では、少なくとも１枚の可撓性電気部品基板を電気部品に接着することに関連している。このような接着は、本発明の導電性ペーストを使用するもので、可撓性基板を組み立てて、可撓性の、すなわち「フレックス」回路を形成するために行う。
【００４６】
この方法では、本発明の導電性ペーストを、回路を形成した可撓性基板の導電性の表面と、電気部品の導電性の表面との間に注入する。ペーストをこのように注入した後、導電性ペーストが導電性複合材料に変換して接着を形成するのに十分な時間、熱および圧力を加える。好ましくは、ペーストを少なくとも約０．３５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で加圧し、重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱する。得られた製品は、可撓性基板と電気部品との間に電気的接続が形成され、可撓性の回路が完成する。
【００４７】
本発明の導電性ペーストおよび複合材料の第２の適用例は、多層構造のいわゆる「バイア・バイア」相互接続を行う工程での使用である。この方法を図１に示す。層１０は銅メッキ６を施したバイア８を有する。層１０は、Ｘ方向の金属線４と、Ｙ方向の金属線５を含んでいる。層１０は、誘電層２に囲まれた接地面３を有する。層１０はさらに、接着面７も含んでいる。
【００４８】
層１０は、本発明の導電性ペーストにより、第２の層５０に電気的に相互接続される。具体的には、導電性ペーストの塊１２を、バイア８に、上部および底部から盛り上がるように注入する。これらの面は、接着性の誘電体７を含む。層１０を層５０に電気的に接続するために、１個または複数のバイアに導電性ペーストの塊を同様に充填してから、前記の乾燥工程を行った後、層を位置合わせして、層のバイア中のペーストが溶融して導電性複合材料を形成するように、適当な圧力と、重合体のガラス転移温度より高い温度で加圧する。
【００４９】
本発明の導電性ペーストと複合材料の他の重要な有用性は、表面実装を行う方法にある。この導電性ペーストと複合材料に使用については、図２に示す。図２で、有機重合体、セラミックなどの絶縁回路基板２０は、当業界ではパッドと呼ばれる複数の端子点を有する。これは図２にパッド２２および２４で示す。パッド２２および２４は、導線管２６および２７により、リード・フレーム２５中の集積回路チップと電気的に接続され、これにより基板２０と集積回路チップ２５との間を電気的に接続する。この接続は、本発明の導電性ペーストにより恒久的になる。図２に示すように、導線管２６および２７への各リードとパッド２２および２４との間に注入されたペーストの塊２１および２３が、重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱され、十分な負荷、好ましくは少なくともチップ２５と導線管２６および２７との重量の合計と等しい負荷が与えられると、本発明の複合材料を形成する。
【００５０】
本発明の導電性ペーストおよび複合材料のさらに他の適用例は、米国特許第４４３４４３４号明細書に記載されたような、「フリップ・チップ」接続を得る方法にある。このような接続は、コンピュータ技術の主要な進歩である。「フリップ・チップ」接続によって、配線以外の手段で、集積回路チップを直接回路板に取り付けることができる。配線を行えば労力が大きく、スペースを取り、そのため高価となり時間もかかるが、コンピュータやその他の複雑な装置の製造に、導電性ペーストを使用すれば、多大の進歩がもたらされる。
【００５１】
本発明の方法では、フリップ・チップ接続は本発明の導電性ペーストを利用することにより行える。この方法について、この接続の略図を示した図３を参照して説明する。チップ３０は、「フリップ」すなわち上下を逆にして、その表面上のパッド３４を、回路板３２（基板と呼ぶこともある）のパッド３６と位置合わせする。少量の導電性ペースト３８を、パッド３４とパッド３６との間に注入し、電気的接続が得られるようにする。その後、装置全体を加熱し、好ましくは約０．３５ｋｇ／ｃｍ2に加圧して、ペーストを本発明の導電性複合材料に変換し、この電気的接続を恒久的なものにする。
【００５２】
代替方法として、フリップ・チップ工程で、ペーストを基板のパッド、チップのパッド、または両方に付着させてもよい。その後ペーストを乾燥させ、２つの面を位置合わせし、加圧し、熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱して、急速に、実質的に欠陥のない形で所期の電気的に接続された装置を得る。
【００５３】
前記の適用例は、本発明のペーストおよび複合材料にともなう技術の進歩を強調するものである。ペースト組成物を構成する特異な成分の組合せにより、電気電子部品を損傷させることなく、比較的穏和な温度および圧力条件で、電気電子部品を電気的に接続する恒久的な複合材料に容易に変換することができる。さらに、複合材料の形成が「恒久的」であるにもかかわらず、これらの接続は、複合材料によって接続された部品を損傷させることなく、組成物の熱可塑性成分のガラス転移温度を超える温度を与えることにより容易に接続を外すことができる。
【００５４】
下記実施例は、本発明の範囲を説明するものである。これらの実施例は説明の目的のみであり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５５】
【実施例】
実施例１
溶液の全重量に対して、２８重量％のポリ（イミドシロキサン）をアセトフェノンに溶解して、ポリ（イミドシロキサン）の溶液を生成した。この溶液に、長さおよび幅が約１〜５μｍ、厚み約１μｍの粒子サイズの金属銀のフレークを添加した。銀の粒子の量は、銀とポリ（イミドシロキサン）の合計重量に対して、８７重量％とした。この８７重量％の濃度は、アセトフェノン溶剤の重量に無関係に算出した。
【００５６】
得られたポリ（イミドシロキサン）のアセトフェノン溶液中の銀粒子の分散液を、ミューラー（Mueller）（商標）高せん断ミキサにより高せん断しながら混合することにより、ペーストを生成した。
【００５７】
前記のペースト組成物を、フリップ・チップ接続法（ＦＣＡ）に適用し、金をコーティングした基板上に中心間距離を２００μｍとして、直径１００μｍ、高さ約１００μｍの円形に塗布した。フィーチャのアレイは１１×１１とした。得られた円形のアレイを約１．１ｋｇの接着負荷、温度３４０℃で金をコーティングした他の基板に接着させた。構造全体の抵抗は≦１μΩ・ｃｍ2であった。１１×１１のアレイの接着強度は約２１０ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００５８】
実施例２
溶剤以外は実施例１と同様にして、２８重量％のポリ（イミドシロキサン）をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶かした溶液を、粒子サイズが１〜５μｍの金の粒子と混合した。ポリ（イミドシロキサン）溶液に添加する金の粒子の量は、金の粒子が金とポリ（イミドシロキサン）の合計重量に対して９２重量％になるようにした。この比率は、ＮＭＰ溶剤の重量とは無関係とした。
【００５９】
実施例１と同様に、ポリ（イミドシロキサン）のＮＭＰ溶液への金の分散液を、ミューラー（Mueller）（商標）高せん断ミキサで混合することにより、ペーストを生成した。
【００６０】
このペーストを、実施例１と同様にＦＣＡに使用した。接着負荷約１．２５ｋｇでの接着強度は約２２５ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００６１】
実施例３
ポリ（イミドシロキサン）１３重量％、長さおよび幅が約３〜１０μｍ、厚みが約１μｍの粒子サイズの金属銀のフレーク６８重量％、アセトフェノン１９重量％の混合物を、高せん断ミキサで混合してペーストを生成した。このペーストを、図２に示すような面実装の例として、エポキシ基板上の表面酸化物を除去したＣｕのパッド上に付着させた。ペーストは、パッド１４個を２列に配列した１．２７ｍｍピッチの、１．６５ｍｍ2の２８個のパターンの上に付着させた。２８ピンのＶＳＯＰ（超小型アウトライン・パッケージ）を、未硬化のペーストに取り付けた。取り付け部分は乾燥した後、２２０℃で１０分間硬化させた。回路板への部品の接着強度は、リード当たり約０．２７ｋｇであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のペーストおよび複合材料を使用して、回路を含む２層間のバイア・バイア相互接続を行うことを示す断面図である。
【図２】本発明のペーストおよび複合材料を使用して、リードフレーム中の集積回路のチップを回路板に表面実装することを示す略図である。
【図３】本発明のペーストおよび複合材料を使用して、集積回路のチップと回路板の間に「フリップ・チップ」接続を行って、２個の部品間に接着と電気的接続を行うことを示す略図である。
【符号の説明】
２  誘電層
３  接地面
４  Ｘ方向の金属線
５  Ｙ方向の金属線
６  銅メッキ
７  接着面
８  バイア
１０、５０  層
１２  導電性ペースト
２０  回路板基板
２１、２３  導電性ペースト
２２、２４  パッド
２５  リードフレーム
２６、２７  導線管
３０  チップ
３２  回路板
３４、３６  パッド
３８  導電性ペースト
【図１】
0003771751.tif 000002
【図２】
0003771751.tif 000003
【図３】
0003771751.tif 000004