(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板間の導通を形成する方法であって、
前記の基板間導通を図る、第１の基板と第二の基板の二つの基板のうち、
第１の基板には、金属バンプが形成されており、
第２の基板には、その表面に導電性材料の配線パターンが形成されており、
前記導電性材料の配線パターンと金属バンプとを、所定の配向に位置合わせする工程と、
前記第２の基板上、位置合わせされる配線パターン部位の表面に、異方性導電材料の塗布層を、さらに、前記塗布層の表面に、接着剤層が積層されて形成された状態で、
前記金属バンプを、積層形成されている前記異方性導電材料の塗布層と接着剤層に、加熱下、圧接して、
前記異方性導電材料の塗布層を介して、金属バンプと配線パターンとの間に導通を形成する工程とを有し、
前記異方性導電材料は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、微細な平均粒子径の金属微粒子を均一に分散してなる材料であり、
前記金属微粒子は、その平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲に選択され、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されており、
前記樹脂組成物中には、前記金属微粒子表面を被覆している窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸が含有されていることを特徴とする異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法。
【請求項２】
前記異方性導電材料中に含有される金属微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子であることを特徴とする請求項１に記載される方法。
【請求項３】
前記異方性導電材料を構成する非導電性の熱硬化性樹脂組成物は、その樹脂成分として、エポキシ樹脂とその硬化剤を、主成分として含むことを特徴とする請求項１に記載される方法。
【請求項４】
基板間の導通を形成する際に利用される異方性導電材料であって、
前記異方性導電材料は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、微細な平均粒子径の金属微粒子を均一に分散してなる材料であり、
前記金属微粒子は、その平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲に選択され、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されており、
前記樹脂組成物中には、前記金属微粒子表面を被覆している窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸が含有されていることを特徴とする異方性導電材料。
【請求項５】
前記異方性導電材料中に含有される金属微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子であることを特徴とする請求項４に記載される異方性導電材料。
【請求項６】
前記異方性導電材料を構成する非導電性の熱硬化性樹脂組成物は、その樹脂成分として、エポキシ樹脂とその硬化剤を、主成分として含むことを特徴とする請求項４に記載される異方性導電材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法、ならびにその際利用される異方性導電材料に関し、より具体的には、金属バンプが形成された基板と、その表面に導電性材料の配線パターンが形成された基板との間で、異方性導電材料の塗布層を介して、金属バンプを配線パターンと加熱下に圧接して、基板間の導通を形成する方法と、その際利用される、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、金属微粒子を分散してなる異方性導電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器、電子部品の小型軽量化が進み、それら小型化した電子部品を実装するプリント配線基板の配線パターンも併せて微細なものとなっている。加えて、実装密度を増すため、例えば、その表面に半導体素子を予め搭載した基板の裏面に、プリント配線基板上の配線パターンとの電気的な導通・固定に利用される金属バンプを形成した上で、配線パターンに対して、金属バンプを加熱・圧接して、両者間の導通を形成する実装方法が利用されている。
【０００３】
その際、半導体素子などが一層集積化が進むとともに、導通を図るべき端子数も増加し、それに付随して、前記金属バンプ自体のサイズの小型化、高密度の配置が進められている。対応する配線パターンも、その線幅、ライン間隔を狭め、高密度が図られ、金属バンプと配線との接合部位の面積も益々狭いものとなっている。
【０００４】
従来より、この金属バンプと配線との接合には、異方性導電材料と称される、金属粉体などの導電性媒体を熱硬化性樹脂成分中に分散した材料を利用して、加熱・圧接することで、プリント配線基板上の配線表面に導電性媒体を密に接触させ、一方、金属バンプ表面と導電性媒体との緻密な接触を図り、異方性導電材料を介した導通を形成する手段が利用されていた。なお、この金属粉体などの導電性媒体相互も、配合されている熱硬化性樹脂成分が加熱・圧接する間に、熱硬化する結果、緊密な接触状態を保ったまま、固定されるため、その圧接方向には、優れた導電性を示す。しかし、この圧接がなされていない周辺部分では、導電性媒体は分散した状態、すなわち、相互に接触がなされていない状態のまま、固定がなされる。結果として、圧接がなされていない周辺部分では、非導電性の樹脂硬化物中に、導電性媒体が孤立して分散したものとなり、原理的には、電気伝導性を示さないものとなる。従って、この特長から、圧接部分においてのみ、その圧接方向に対してのみ「異方」的な導電性を示す、「異方性導電材料」と称されている。
【０００５】
具体的には、プリント配線基板の表面上に形成されている複数の配線に対して、対応する個数の金属バンプをその裏面に形成した基板を、各配線と金属バンプとが相対する配置に位置決めを行い、前記異方性導電材料の塗布層を、複数の配線を跨いだ状態で形成しておき、この異方性導電材料の塗布層と金属バンプを圧接することで、その部分では、異方性導電材料に含まれる余剰な熱硬化性樹脂成分は押し出され、導電性媒体、例えば、金属微粒子が、配線表面と金属バンプとの隙間を埋めるように挟み込まれた状態となる。その状態で、熱硬化性樹脂成分の熱硬化を行うと、この金属バンプが圧接されている部分では、隙間に挟み込まれた金属微粒子と、配線表面ならびに金属バンプとの接触を介して、上下方向に電気的導通路が構成され、硬化後、樹脂成分がバインダーとして、この配置のまま固着する。一方、このような圧接がなされていない周辺部では、異方性導電材料に含まれる導電性媒体、例えば、金属微粒子の相互間で、その接触を引き起こす要因がなく、横方向には、金属微粒子の接触を介した、電気的導通路の伸長が図られない。従って、例え、異方性導電材料の塗布層を、複数の配線を跨いだ状態で形成しても、隣接する配線間の電気的な絶縁は維持される。
【０００６】
従来、多くのプリント配線基板は、その配線パターンの線幅、ならびに、ライン間隔は、最小でも３００μｍ以上であり、その際には、異方性導電材料に用いる導電性媒体として、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子であっても、その最小線幅に比較して、十分に微細なものであった。しかしながら、最小線幅、ライン間隔が３００μｍより狭く、例えば、１００μｍ程度に達する微細な配線パターンとなると、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子であっても、その最小線幅に比較して、十分に微細なものとは言えないものとなる。すなわち、従来の平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を利用する異方性導電材料を用いたのでは、配線表面と導電性媒体との密な接触、あるいは、金属バンプ表面と導電性媒体との緻密な接触が、必ずしも達成できなくなる。従って、この異方性導電材料を介する、金属バンプと配線との接合部における導通特性に、大きなバラツキが生じる結果、より細かな回路パターンになるにつれ、プリント配線基板と、その表面に半導体素子を予め搭載した基板との基板間での良好で、再現性の高い導通形成が困難なものとなっている。
【０００７】
さらには、ライン間隔が例えば、１００μｍ程度に達する微細な配線パターンとなると、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子であっても、その最小ライン間隔に比較して、十分に微細なものとは言えないものとなる。つまり、場合によっては、この横方向に金属微粒子が互いに接触するように配列して、僅かながら、隣接する配線間を電気的に連結する導通路が形成される頻度が、ライン間隔が狭くなるに伴い、反比例して、急速に増していく。換言するならば、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を導電性媒体とする異方性導電材料では、ライン間隔が例えば、１００μｍ程度に達する微細な配線パターンに対しては、十分な異方性が達成できない事態も生じてくる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述するように、電子部品の集積化と、その製造技術が大きく発展し、利用される電子基板、具体的には配線パターンの微細加工が広く行われるようになった。それに伴い、例えば、プリント配線基板上の微細な配線に対して、より細かい部分の接合に対応できる異方性導電性材料が求められている。より具体的には、かかる異方性導電性材料は、例えば、液晶パネル基板と、その駆動用の外部回路基板との間での、両者の接続端子相互の導通形成と、両基板の接着固定を簡便に実施する上で、特に有用な材料であるが、導電性媒体として、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を利用する従来の異方性導電性材料では、高画素密度の液晶におけるピクセルサイズの減少に対して、十分な対応ができなくなっている。
【０００９】
本発明は前記の課題を解決するもので、本発明の目的は、その表面に導電性材料の配線パターンが形成された基板に対して、金属バンプを設けた基板を、この金属バンプと配線パターンとを位置合わせし、異方性導電性材料を介して、その間に選択的な電気的導通路を形成する際、配線パターンの最小線幅、ライン間隔が例えば、３００μｍを下回る場合においても、隣接する配線間の絶縁性は高く、一方、金属バンプと前記微細な配線との間での接続抵抗は極めて低く、かつ、バラツキの少ないものとすることが可能な異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法、ならびにそれに利用される新規な異方性導電材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意研究・検討を進めた結果、従来の異方性導電材料を微細な配線を有する基板相互間で、金属バンプと対応する配線間との導通形成加工を行う際の不具合は、例えば、３００μｍを下回る配線の最小線幅、ライン間隔と比較して、利用されている金属微粒子の平均粒子径が、０．５〜１０μｍ程度であり、十分に細かなものでなく、それが、上述するような横方向の絶縁特性の不良、また、圧接される金属バンプと対応する配線間の接続抵抗の上昇、バラツキを引き起こす主な要因であることを再確認した。さらに、検討を進め、しかしながら、単に、利用する金属微粒子の平均粒子径をより細かな、例えば、１００nm以下の範囲とするのみでは、圧接される金属バンプと対応する配線間の接続抵抗の上昇、バラツキを十分に改善できないことも見出した。具体的には、平均粒子径が１００nm以下の金属超微粒子においては、その表面に自然酸化皮膜が存在しない清浄な金属面を接触させると、簡単に接着を生じ、その結果、乱雑に多数の金属超微粒子間の接着がなされた凝集体を形成する。このような凝集体を多数含む状態となると、金属バンプと対応する配線の隙間で圧接した際、その隙間を金属超微粒子により緻密に埋め込む構造とはならず、金属バンプと対応する配線間の接続抵抗の上昇、ならびにバラツキを伴うことを見出した。加えて、前記のような凝集体を形成すると、その全体径は、相当に大きなものとなり、平均粒子径の極めて微細な金属超微粒子を利用する際の微細加工性を損なうことも判明した。かかる知見に基づき、本発明者らは、更なる研究を進め、異方性導電材料を構成する金属微粒子として、平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲の金属超微粒子を用い、その表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されたものとすると、その表面に被覆分子層を有する形態で、熱硬化性樹脂組成物中に均一に分散したものとなり、金属超微粒子間の接着がなされた凝集体の形成を回避でき、一方、金属バンプと対応する配線の隙間で圧接した際には、その隙間を金属超微粒子により緻密に埋め込む構造とできることを見出した。加えて、表面の被覆分子層は、熱硬化性樹脂の熱硬化を行う間に、その配位的な結合は熱的に解離し、加熱した際、含まれる窒素、酸素、イオウ原子を含む基に対して、反応性を有する有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸を作用させることで、金属表面への再結合防止、また、解離の促進を図ることができ、その結果、緻密に埋め込まれた金属超微粒子は、互いに清浄な金属面を接触できる。その状況に至ると、互いに清浄な金属面を接触する金属超微粒子は、径が０．５μｍを超える金属微粒子と異なり、熱硬化性樹脂の熱硬化温度程度の加熱であっても、比較的容易に焼結・融着が進行し、圧接部分では金属微粒子相互が緻密に連結しあい、良好な電気的導通路が、高い再現性で形成できることを見出した。一方、圧接されていない横方向では、その表面に被覆分子層を有する金属超微粒子は、均一に分散した状態を保持し、隣接する配線間に不要な導通経路を形成することもなく、高い絶縁特性が達成できることをも見��した。本発明者らは、これら一連の知見に基づき、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法は、
基板間の導通を形成する方法であって、
前記の基板間導通を図る、第１の基板と第二の基板の二つの基板のうち、
第１の基板には、金属バンプが形成されており、
第２の基板には、その表面に導電性材料の配線パターンが形成されており、
前記導電性材料の配線パターンと金属バンプとを、所定の配向に位置合わせする工程と、
前記第２の基板上、位置合わせされる配線パターン部位の表面に、異方性導電材料の塗布層を、さらに、前記塗布層の表面に、接着剤層が積層されて形成された状態で、
前記金属バンプを、積層形成されている前記異方性導電材料の塗布層と接着剤層に、加熱下、圧接して、
前記異方性導電材料の塗布層を介して、金属バンプと配線パターンとの間に導通を形成する工程とを有し、
前記異方性導電材料は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、微細な平均粒子径の金属微粒子を均一に分散してなる材料であり、
前記金属微粒子は、その平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲に選択され、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されており、
前記樹脂組成物中には、前記金属微粒子表面を被覆している窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸が含有されていることを特徴とする異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法である。
【００１２】
その際、前記異方性導電材料中に含有される金属微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子であることが好ましい。また、前記異方性導電材料を構成する非導電性の熱硬化性樹脂組成物は、その樹脂成分として、エポキシ樹脂とその硬化剤を、主成分として含むものを好適に利用できる。
【００１３】
加えて、本発明は、上記の方法に利用される異方性導電材料の発明をも提供し、すなわち、本発明の異方性導電材料は、基板間の導通を形成する際に利用される異方性導電材料であって、
前記異方性導電材料は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に、導電性媒体として、微細な平均粒子径の金属微粒子を均一に分散してなる材料であり、
前記金属微粒子は、その平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲に選択され、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆されており、
前記樹脂組成物中には、前記金属微粒子表面を被覆している窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸が含有されていることを特徴とする異方性導電材料である。その際、利用目的に応じて、本発明の異方性導電材料は、前記異方性導電材料中に含有される金属微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子であることを特徴とする異方性導電材料とすることができる。また、前記異方性導電材料を構成する非導電性の熱硬化性樹脂組成物は、その樹脂成分として、エポキシ樹脂とその硬化剤を、主成分として含むものを用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法、ならびに、それに用いる異方性導電材料をより詳細に説明する。
【００１５】
本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法は、その主な用途は、従来の異方性導電材料、具体的には、平均粒子径が０．５〜１０μｍ程度の金属微粒子を導電性媒体とする異方性導電材料を用いた場合には、十分な対応ができなくなってくる、例えば、高画素密度の液晶におけるピクセルサイズの減少に対応して、配線の最小線幅、ライン間隔が３００μｍ以下、例えば、１００μｍ程度である基板を対象とる基板間導通の形成である。まず、かかる用途においては、導通を図る配線の最小線幅、ならびに、金属バンプの大きさに比較して、異方性導電材料において、導電性媒体として利用する金属微粒子の平均粒子径は、十分に微細なものとする必要があり、従って、その平均粒子径は１〜１００ｎｍの範囲に選択する金属超微粒子を利用する。具体的には、圧接される配線と金属バンプとの隙間に応じて、平均粒子径を１〜１００ｎｍの範囲に、好ましくは、２〜１０ｎｍの範囲に選択する。
【００１６】
極めて粒子径の小さな金属超微粒子、少なくとも、平均粒子径が１００ｎｍ以下である金属超微粒子の製造方法の一つとして、特開平３−３４２１１号公報には、ガス中蒸発法を用いて調製される１０ｎｍ以下の金属超微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。また、特開平１１-３１９５３８号公報などには、還元にアミン化合物を用いる還元析出法を利用して、平均粒子径が数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子をコロイド状に分散したものとその製造方法が開示されている。この特開平１１−３１９５３８号公報などに開示される平均粒子径数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子は、コロイド状態を維持するためにその表面が高分子樹脂などで被覆されているものである。
【００１７】
一般に平均粒子径数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の金属超微粒子はその融点よりも格段に低い温度（例えば、銀であれば２００℃）で焼結することが知られている。この低温焼結は、金属の超微粒子においては、十分にその粒子径を小さくすると、粒子表面に存在するエネルギー状態の高い原子の全体に占める割合いが大きくなり、金属原子の表面拡散が無視し得ないほど大きくなる結果、この表面拡散に起因して、粒子相互の界面の延伸がなされ焼結が行われるためである。一方、この性質は、室温近傍においても、金属超微粒子の表面相互が直接接触すると、凝集体を形成するという現象を生じさせる。前記の凝集体形成は、圧接される金属バンプと配線との隙間を埋め込むように、極めて微細な金属微粒子が密な充填状態を形成する結果達成される、電気的に良好な導通達成、また、その再現性を損なう要因となる。
【００１８】
本発明では、この金属超微粒子の凝集体形成を防止する手段として、金属微粒子表面は、かかる金属超微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆された状態としている。この金属超微粒子表面に設けた被覆層は、異方性導電材料中において、含有される金属超微粒子の分散状態を長期に維持する効果を有する。また、異方性導電材料の塗布膜を作製する工程などで、仮に、金属超微粒子相互の接触が生じた際にも、金属超微粒子自体の金属表面が直接接することを防止でき、塗布膜中において、金属超微粒子の凝集体が形成することも回避されている。
【００１９】
加えて、金属の超微粒子表面では、通常の金属塊表面より、金属原子の表面拡散が活発であるだけでなく、化学的な反応性も増しており、例えば、酸素に曝されるとより速やかに表面酸化が進行する。その際には、金属の超微粒子表面における低温焼結の利点は損なわれ、表面酸化で形成される酸化皮膜の影響を排するに必要な、比較的高い温度での加熱処理によって、初めて、超微粒子相互の焼結が達成できる状態となる。従って、形成される酸化皮膜の多少に依存して、導電性のバラツキを生じさせる要因となる。金属超微粒子表面に設けた被覆層は、この表面酸化をも防止する効果を有する。
【００２０】
しかしながら、本発明においては、異方性導電材料を圧接して、金属バンプと配線との隙間を金属超微粒子により埋め込み、金属微粒子が密な充填状態を形成させて、加熱を施し、含有される熱硬化性樹脂の硬化を行った段階では、かかる金属超微粒子表面に設けた被覆層を取り除き、金属超微粒子自体の表面は直接接することが可能としている。具体的には、この金属超微粒子表面に設ける被覆層を、金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物１種以上を用いているので、加熱を行うと、かかる配位的な結合は、熱的に比較的に容易に解離され、金属超微粒子自体の表面が露出する。加えて、この窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下、反応可能な化合物を添加しており、前記熱的な解離に加えて、この反応の進行によって、金属超微粒子自体の表面の露出を促進している。金属微粒子が密な充填状態を形成した状態で、相互の金属表面が直接接触することで、低温においても、速やかな融着・焼結が進み、更に、加重を加えて、圧接することで、一層緻密な融着・焼結による電気的導通経路網が生成する。
【００２１】
一方、この金属バンプと配線との隙間以外の領域でも、加熱により被覆層の除去は同じく進行するものの、金属超微粒子は互いを近接させる加圧がなされず、当初の均一な分散状態を保ったまま、それを取り巻く分散媒体、すなわち、熱硬化樹脂成分の硬化が進む。そのため、金属超微粒子自体の表面が露出するものの、互いに接する配置でないため、融着・焼結自体を引き起こすに至らない。結果として、圧接部分以外では、硬化した異方性導電材料は、高い絶縁性を有するものとできる。
【００２２】
上記の本発明の作用を達成する上で利用される、この表面の被覆に利用される化合物は、金属元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、イオウ原子上に孤立電子対を有する基を利用するもので、例えば、窒素原子を含む基として、アミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基（−ＳＨ）、スルフィド型のスルファンジイル基（−Ｓ−）が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基、エーテル型のオキシ基（−Ｏ−）が挙げられる。
【００２３】
利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。なお、かかるアルキルアミンは、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上となるものが好ましい。ただし、焼結・合金化を行う際には、速やかに、表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、かかる配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジアミン型、１，３−ジアミン型など、近接する二以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。
【００２４】
また、利用可能なスルファニル基（−ＳＨ）を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンチオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上となるものが好ましい。ただし、焼結・合金化を行う際には、速やかに、表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基（−ＳＨ）を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジチオール型などの、二以上のスルファニル基（−ＳＨ）が結合に関与するものも、利用可能である。
【００２５】
また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンジオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、通常、１００℃以下の範囲となるものが好ましい。ただし、焼結・合金化を行う際には、速やかに、表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、１，２−ジオール型、１，３ジオール型などの、近接する二以上のヒドロキシ基が結合に関与するものなどが、より好適に利用可能である。
【００２６】
加えて、本発明の基板間導通の形成方法に利用する異方性導電材料においては、利用する導電性媒体の金属超微粒子は、非導電性の熱硬化性樹脂組成物中に分散したものとする。この非導電性の熱硬化性樹脂は、圧接部においては、緻密な充填状態をとる金属超微粒子の配置を固定する、有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂が利用される。加えて、異方性導電材料を塗布する配線面や基板自体との、硬化後の異方性導電材料膜自体の密着性を付与する機能をも有する。加えて、圧接部分以外では、硬化後、分散されている金属超微粒子間、配線と金属超微粒子間の電気的絶縁を図る機能を果たすため、それ自体は高い絶縁性を示す硬化物となる非導電性の熱硬化性樹脂が利用される。従って、例えば、以下に例示する熱硬化性樹脂成分から、目標とする加熱・硬化温度に応じて、かかる温度での加熱処理により、十分な硬化がなされ、絶縁特性を有する樹脂成分を１種類以上選択して利用するとよい。具体的には、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、オリゴエステルアクリレート樹脂、キシレン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂などを挙げることができる。なかでも、フェノール樹脂、エポキシ樹脂は、密着性が良好であり、勿論、硬化物物性も異方性導電材料に適するので、本発明に利用する樹脂成分としてより好ましいものである。例えば、エポキシ樹脂を利用し、そのエポキシ樹脂とその硬化剤を主成分とする、熱硬化性樹脂成分を用いることがより好ましい。
【００２７】
これら熱硬化性樹脂成分の含有量は、金属超微粒子の全体体積と、非圧接部において、その粒子間に設ける間隔の比率に応じて、適宜選択すべきものであるが、通常、金属超微粒子１００質量部当たり、１〜３０質量部、好ましくは、２〜２０質量部の範囲に選択するとよい。この有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂に加えて、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸、好ましくは、酸無水物または酸無水物誘導体を含有させる。
【００２８】
この酸無水物または酸無水物誘導体は、主に、上述する金属超微粒子の表面を被覆する、金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物による付着層を除去するために利用される。また、用いられる熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂などでは、その硬化剤となる場合もある。その際には、この酸無水物または酸無水物誘導体は、熱硬化の際、前記窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物、例えば、アミン化合物、チオール化合物、ジオール化合物などと反応し、アミド、チオエステル、エステルを形成するために利用される以外に、エポキシ樹脂などに対する硬化剤としても消費される。従って、上記アミン化合物、チオール化合物、ジオール化合物などに含まれる末端アミノ基、スルファニル基（−ＳＨ）、ヒドロキシ基の総和に従って定まる添加量を超えて添加するとよい。なお、例えば、アミン化合物の末端アミノ基も、エポキシ樹脂などと反応するため、この酸無水物または酸無水物誘導体の含有量は、用いるアルキルアミンなどの種類と、その含有量に応じて、さらには、利用される熱硬化性樹脂の種類、その反応性をも考慮に入れ、適宜選択される。
【００２９】
従って、金属超微粒子表面を被覆する化合物を、前記熱硬化性樹脂成分に対する加熱硬化時に、熱的な離脱に加えて、前記酸無水物または酸無水物誘導体と反応させて、効率的にかかる被覆層を排除して、金属超微粒子が相互に直接接触可能とする。その結果、圧接部においては、熱硬化性樹脂成分の硬化とともに、金属超微粒子自体の特質である、低温での焼結が進行し、全体として、金属微粒子は密に充填した状態で、焼結による融着が達成でき、形成される緻密なネットワーク状の導通経路が、良好な電導性を与える。
【００３０】
前記の反応性を示す限り、利用される有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸は特に限定されるものではない。例えば、利用可能な有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ヘキサン酸、オクチル酸などのＣ１〜Ｃ１０の直鎖または分岐した飽和カルボン酸、ならびにアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、安息香酸、ソルビン酸などの不飽和カルボン酸、ならびに、シュウ酸、マロン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの二塩基酸など、種々のカルボン酸に加えて、カルボキシル基に代えて、リン酸基（−O-P(O)（OH）2）あるいは、スルホ基（−SO3H）を有する、リン酸エステル、スルホン酸などのその他の有機酸を挙げることができる。
【００３１】
また、好適に利用できる有機の酸無水物もしくは酸無水物の誘導体として、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメリテート）、グリセロールトリス（アンヒドロトリメリテート）などの芳香族酸無水物、無水マレイン酸、無水コハク酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、アルケニル無水コハク酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物などの環状脂肪族酸無水物、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物などの脂肪族酸無水物を挙げることができる。この中でも、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、およびこれらの誘導体は、本発明が目的とする比較的に低い加熱硬化温度においても、例えば、アミン化合物の末端アミノ基などに対して適度な反応性を有することから好適に用いられる。
【００３２】
本発明の方法において、利用する異方性導電材料は、所定厚さ（高さ）の塗布膜として基板の表面に塗布後、その上面に接着剤層が積層される。従って、異方性導電材料は、均一な厚さ（高さ）の塗布に適する液粘度に調整される。その塗布する際には、前記表面に分子の被覆層を設けた金属超微粒子を、溶液形状の樹脂組成物、すなわち、上記有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂成分、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸、ならびに少なくとも一種以上の有機溶剤を含んでいる溶液を分散媒体として、その中に均一に分散したものとする。その際に利用する有機溶剤は、樹脂組成物を調製する際、その溶媒としての機能を有し、また、用いる金属超微粒子の表面を被覆している、アミン化合物などの化合物の付着層を溶出することのない有機溶媒が好適に利用される。
【００３３】
この二種の用途に用いられる有機溶剤は、異なる種類のものを用いることもできるが、同じ有機溶剤を用いることが好ましい。なお、前記の二種の用途に利用できる限り、その種類は限定されるものではないが、金属超微粒子の表面に付着層を形成している化合物、例えば、アルキルアミンなどの溶解性が高すぎ、金属超微粒子表面の付着層が消失するような高い極性を有する溶剤ではなく、非極性溶剤あるいは低極性溶剤を選択することが好ましい。
【００３４】
加えて、本発明の方法では、塗布後、金属バンプによる圧接を行う際、余剰な樹脂成分を排除して、金属バンプと配線との隙間に金属超微粒子を埋め込む形態とするため、ある程度の流動性を保持した状態を維持することが必要となる。したがって、室温近傍では蒸散は少ないが、加熱硬化を行う温度において、かかる有機溶媒は、比較的速やかに蒸散でき、その間に熱分解などを起こすことがない程度には熱的な安定性を有することが好ましい。また、微細なライン上に塗布膜を形成する際、その塗布の工程において、インクジェット法を利用して、微小な液滴として噴射・塗布するなどの手段を利用する上では、前記の吐出に好適な液粘度範囲に維持することも必要となる。そのハンドリング性の面を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、比較的に高沸点な非極性溶剤あるいは低極性溶剤、例えば、テルピネオール、ミネラルスピリット、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、メシチレンなどが好適に利用でき、さらには、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタンなども用いることができる。
【００３５】
かかる有機溶媒の含有量は、それが溶解すべき、前記熱硬化性樹脂成分、有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸などの量に拠って選択される。その際、通常、異方性導電材料中、金属超微粒子１００質量部当たり、前記有機溶媒を含む樹脂組成物が、１０〜１３０質量部の範囲で含まれ、うち、前記有機溶媒は、５〜１００質量部の範囲で含まれていることが好ましい。この樹脂組成物は、熱硬化性樹脂成分として、上記の熱硬化性樹脂と、必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤、さらには、その他の汎用される添加成分をも含むものとできる。
【００３６】
一方、異方性導電材料中の導電性媒体である、微細な平均粒子径の金属超微粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、錫、亜鉛、チタン、アルミニウムからなる群より選択される、一種類の金属からなる微粒子、または、２種類以上の金属からなる合金の微粒子を、目的に応じて、適宜選択することができる。通常の目的では、金、銀、銅、白金など、それ自体の電気伝導性に優れる金属からなる微粒子を利用することが多い。なお、合金微粒子を用いる際には、通常、熱硬化性樹脂成分の熱硬化温度より、かかる合金の融点が高いものを用いる際に、本発明の効果が発揮されるものとなる。
【００３７】
基板表面への異方性導電材料の塗布は、スクリーニング印刷などの従来からの手段を用いることができる。加えて、本発明の異方性導電材料が、微細加工を目的として、極めて微細な金属微粒子を含有するものであり、インクジェット法を利用する印刷手段を利用することもできる。いずれの印刷手段を採用する際にも、その印刷の線幅のバラツキは、含有される金属微粒子自体の平均粒子径が十分に小さなため、印刷手段に依存する精度が達成できる。
【００３８】
なお、異方性導電材料は、塗布に利用するインクジェット・プリンター・ヘッドの液溜（容器）に入れて用いることもあるが、室温あるいは、保管する際、想定される上限温度の範囲においては、前記する有機の酸無水物などと金属微粒子表面を被覆する化合物の末端アミノ基などとの反応は実質的に進行しないため、本発明の異方性導電材料において、含有される熱硬化性樹脂成分を加熱硬化するため、所定の温度まで加熱しない限り、金属超微粒子の表面を緻密に被覆しているアミン化合物などの分子層は安定に維持される。その作用により、保管時の耐凝集性は高く維持され、また、水分や大気中の酸素分子に因る金属超微粒子の表面の自然酸化膜の形成も抑制される。加えて、含有されている金属超微粒子は、吐出されるまでの間、均一な分散状態を維持されているので、吐出用ノズル部に付着して、塗布液滴量のバラツキを起こすこともなく、凝集分離や沈降により、分散濃度のバラツキを生じさせることもないものとなる。
【００３９】
なお、その際、利用するインクジェット・プリンター・ヘッドには、加熱発泡（バブル）を利用してインクを吐出するサーマル方式と、圧電素子を利用してインクの吐出を行うピエゾ方式の二つがあり、本発明の方法では、前記サーマル方式、ピエゾ方式のいずれの方法をも用いることができる。利用するインクジェット・プリンター・ヘッドの方式に依存して、利用する異方性導電材料の液粘度を調製する必要があり、例えば、有機溶剤の添加量を調整して、最終液粘度を、０．５〜５０Ｐａ・ｓの範囲、好ましくは、１〜２０Ｐａ・ｓの範囲に選択することが望ましい。また、サーマル方式を利用する場合、加熱発泡（バブル）が可能な有機溶剤、具体的には、その沸点がサーマル方式の加熱温度より低い有機溶剤を選択する必要がある。
【００４０】
本発明の方法では、異方性導電材料の塗布層の表面に、さらに、接着剤層が積層されて形成された状態で、金属バンプを、積層形成されている異方性導電材料の塗布層と接着剤層に、加熱下、圧接するが、この接着剤層は、金属バンプの接着固定に利用されるもので、その用途に適するものであり、異方性導電材料中の熱硬化性樹脂に対する熱硬化処理と同時に、接着硬化可能なものが利用される。通常、この接着剤層用の接着剤として、熱硬化性樹脂が利用され、特には、異方性導電材料に利用する熱硬化性樹脂と同じものを利用することがより好ましい。さらには、接着剤においても、有機バインダーとして機能する熱硬化性樹脂成分の組成は、異方性導電材料中に含まれる熱硬化性樹脂成分の組成と同様とすることが一層好ましい。
【００４１】
なお、本発明の異方性導電材料の調製は、上記被覆層が表面に形成された金属超微粒子を分散溶媒中に分散した液を利用し、この分散液に、その他の成分である、非導電性の熱硬化性樹脂成分、窒素、酸素、イオウ原子を含む基を有する化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸などを加えて、均一に混合して調製する。その後、混合の際に混入した気泡の除去などを図るため、例えば、メッシュ径が０．５μｍ程度のフィルターによる濾過を行う工程を設けることもできる。
【００４２】
【実施例】
以下に、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。この実施例は、本発明の最良の実施の形態の一例ではあるものの、本発明はこの実施例により限定を受けるものではない。
【００４３】
（実施例１）
平均粒子径が１００ｎｍ以下の金属超微粒子を導電性媒体として利用し、エポキシ樹脂とその硬化剤として酸無水物を必須成分とする熱硬化性樹脂成分を含む樹脂組成物中に、かかる金属超微粒子を均一に分散した異方性導電材料を下記する手順で調製した。
【００４４】
市販されている銀の超微粒子分散液（商品名：独立分散超微粒子パーフェクトシルバーＡｇ１Ｔ、真空冶金（株））、具体的には、銀微粒子１００質量部、アルキルアミンとして、ドデシルアミン１５質量部、有機溶剤として、トルエン１４０質量部を含む平均粒径８ｎｍの銀微粒子を利用した。この銀の超微粒子表面は、前記ドデシルアミンが、その末端アミノ基を利用して、銀原子に対して配位的に結合して、かかる分子の被覆層を構成し、均一な分散を達成している。
【００４５】
この銀微粒子の分散液に対して、銀微粒子１００質量部当たり、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であるエピコート８２８（商品名；油化シェルエポキシ社製、エポキシ当量約１９０）２０質量部、酸無水物系硬化剤テトラヒドロフタル酸無水物誘導体であるＹＨ−３０７（商品名；油化シェルエポキシ社製、酸無水物当量約２３０）２０質量部、硬化促進剤１−ベンジル−２−メチルイミダゾールであるＢＭＩ１２（商品名；油化シェルエポキシ社製、分子量１７２）２質量部、さらに、前記ドデシルアミンとの反応性を有する酸無水物として、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＨＨＰＡ）６．８質量部を加え、これらを攪拌、混合した。この銀微粒子を前記樹脂組成物の液中に均一に分散したものを、０．５μｍのポリテトラエチレンフィルターを用いてろ過した後、含有される有機溶剤トルエンを部分的に減圧除去して、熱硬化性樹脂成分を濃縮することにより、異方性導電材料を調製した。
【００４６】
次いで、作製された異方性導電材料を利用して、以下の手順に従って、基板間の導通形成を行った。この異方性導電材料を、基板（配線幅２０μｍ、電極間幅５０μｍ）上の接続端子上に、直径１００μｍ、高さ１０μｍで塗布した。この異方性導電材料の塗布膜に対して、その上面を覆うように、硬化剤、および硬化促進剤を含むエポキシ系の接着剤を重ねて塗布した。その後、前記基板上の接続端子に対して、基板間導通ととる金属バンプを形成した一方の基板を、対応する接続端子と金属バンプとの位置合わせをして、両者を重ね合わせた。その状態で、温度１５０℃、付加加重３５ｋｇｆ／ｃｍ2の加熱、加圧条件にて、１分間圧着した。かかる加熱・圧着により、塗布されている異方性導電材料を挟み、接続端子表面と金属バンプの先端表面との圧接と、エポキシ系の接着剤の硬化、異方性導電材料中のエポキシ樹脂の硬化・収縮がなされた。その後、接続端子と金属バンプ間の接続抵抗値を測定したところ、２×１０-4Ωであった。また、前記異方性導電材料の塗布膜がその表面に達している、隣接する電極間の絶縁抵抗値は、５×１０9Ωを示し、その絶縁性は良好に保たれている。
【００４７】
加えて、複数の接続端子と金属バンプ間の接続について、それぞれその接続抵抗値を測定し、そのバラツキを確認したところ、平均値に対して、標準偏差は３０％以下とバラツキが僅かなものとなっている。なお、隣接する電極間の絶縁抵抗値も、少なくとも、１×１０9Ω以上となっており、絶縁性に関しても高い再現性が達成されている。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の異方性導電材料を利用する基板間導通の形成方法は、異方性導電材料として、平均粒子径が１〜１００ｎｍと非常に細かい金属超微粒子を導電性媒体として利用する際、金属微粒子の表面を金属元素と配位的な結合が可能な窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物１種以上により被覆することにより、基板上に異方性導電材料の塗布膜を形成するまでの間に、金属超微粒子が相互に融着を起こして、凝集体を形成する現象を回避し、一方、この窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物と加熱下に反応可能な有機の酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸を添加しておき、金属バンプを圧接しつつ、加熱してその硬化を図る際は、窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物を金属表面からの離脱を促進することで、金属バンプと配線の隙間を埋め込み、緻密な充填状態となる金属超微粒子は、直接その金属表面を接することを可能とし、低温での融着・焼結を起こさせ、良好な電気的な導通路網の構成を可能としている。加えて、この圧接部分以外では、窒素、酸素、イオウ原子を含む化合物による被覆層を設けた金属超微粒子は、均一な分散状態のまま、それを取り巻く熱硬化性樹脂の硬化がなされるので、優れた絶縁特性を示すものとできる。加えて、上記の構成を有する本発明の異方性導電材料は、長期的保存においても、金属超微粒子の凝集、その表面の酸化などにより、当初の特性・安定性が損なわれるという課題もなく、特に、金属超微粒子の凝集に伴い、圧縮性、成形性が悪化することが回避できる。従って、互いに導通を図る、基板上の微細な配線、例えば、最小線幅、ライン間隔が３００μｍより狭い際に要求される、微細な加工に適するものとなる。