導電性微粒子、異方性導電材料、及び、接続構造体
【課題】高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体を提供する。
【解決手段】基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有し、かつ、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４〜４ｖｏｌ％である導電性微粒子。
【解決手段】基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有し、かつ、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４〜４ｖｏｌ％である導電性微粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子回路基板において、ＩＣやＬＳＩは、電極をプリント基板にハンダ付けすることによって接続されていた。しかし、ハンダ付けでは、プリント基板と、ＩＣやＬＳＩとを効率的に接続することはできなかった。また、ハンダ付けでは、ＩＣやＬＳＩの実装密度を向上させることが困難であった。
これを解決するためにハンダを球状にした、いわゆる「ハンダボール」でＩＣやＬＳＩを基板に接続するＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）が開発された。この技術によれば、チップ又は基板上に実装されたハンダボールを高温で溶融し基板とチップとを接続することで高生産性、高接続信頼性を両立した電子回路を製造することができる。
【０００３】
しかし、近年、基板の多層化が進み、多層基板は使用環境の影響を受けやすいことから、基板に歪みや伸縮が発生し、基板間の接続部に断線が発生するという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、特許文献１には、樹脂微粒子の表面に、導電性の高い金属が含まれる金属層が形成され、さらに、金属層の表面に、錫等の金属からなる低融点金属層が形成された導電性微粒子が開示されている。このような導電性微粒子を用いれば、柔軟な樹脂微粒子が導電性微粒子に加わる応力を緩和することができ、かつ、最表面に低融点金属層が形成されているため、電極間を容易に導電接続することができる。
【０００５】
一方、導電性微粒子を電極に配置して接続する場合は、通常、ハンダのぬれ性を改善させることを目的として、電極表面にフラックスを塗布することが行われている。
しかしながら、電極に塗布されたフラックスは、電極が接続された後は不要となるばかりか、余分のフラックスは種々の弊害をもたらすことがあるので、洗浄を行ってフラックスの除去を行う必要があった。そのため、フラックスを洗浄するための工程が別途必要となる上に、洗浄工程に有機溶剤を使用しなければならないという問題点があった。
【０００６】
これに対して、特許文献２には、基材微粒子の外表面に形成された金属層に、フラックスを内包するマイクロカプセルをホットメルト接着剤で表面に固着させたフラックス付き導電性微粒子が記載されている。しかしながら、このような導電性微粒子を作製するためには、マイクロカプセルを固着させる工程を別途行う必要があり、製造工程の煩雑化を招いていた。また、フラックスを内包するマイクロカプセルが導電性微粒子の表面に露出していることにより、バインダー樹脂中に分散させ異方性導電材料として用いる際にも、バインダー樹脂等と混合する際にマイクロカプセルが脱離してしまうという弊害が生じていた。更に、実装工程においてボールマウンタを用いて吸引する際に、導電性微粒子を吸引できなくなるという不具合も発生していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２０６９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体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】
本発明は、基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有し、かつ、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４〜４ｖｏｌ％である導電性微粒子である。
以下に本発明を詳述する。
【００１０】
本発明の導電性微粒子は、基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、上記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有する。
本発明の導電性微粒子は、フラックス内包マイクロカプセルを低融点金属層中に内包することにより、低融点金属層を溶融させて導電接続を行う場合、内包されていたフラックスが外部に溶出する。これにより、従来行われていたフラックスの塗布工程が不要となり、更に、必要最低限のフラックスしか溶出しないため、余剰フラックスの洗浄工程も不要となる。その結果、電極の接続工程を大幅に簡略化することができる。また、余分のフラックスが生じることによって、作業環境の悪化等を招くこともない。
更に、フラックスを内包するマイクロカプセルをホットメルト接着剤で表面に固着させる場合と比較して、容易に製造できるだけでなく、マイクロカプセルの脱離やボールマウンタでの吸引不良等の不具合の発生を防止することができる。
【００１１】
図１は、本発明の導電性微粒子の一例を示す断面図である。図１に示すように、本発明の導電性微粒子は、基材微粒子１と、低融点金属層２と、シェル４内にフラックス３を内包するフラックス内包マイクロカプセル５とから構成されており、低融点金属層２の内部にフラックス内包マイクロカプセル５が含まれる構造となっている。
図２は、本発明の導電性微粒子を電極に接続した場合の状態を示す断面図である。図２に示すように、低融点金属層２が熱で溶融する際に、フラックス内包マイクロカプセル５のシェル４も熱により破壊されることで、フラックス３´が電極６上に溶出する。この場合、フラックス３´の量は必要最低限となり、電極６付近上にのみ存在する構成となる。
【００１２】
上記基材微粒子は特に限定されず、例えば、樹脂微粒子、無機微粒子、有機無機ハイブリッド微粒子、金属微粒子等が挙げられる。上記基材微粒子としては、特に樹脂微粒子が好ましい。
【００１３】
上記樹脂微粒子は特に限定されず、例えば、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリアルキレンテレフタレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等で構成される樹脂微粒子が挙げられる。
上記ポリオレフィン樹脂は特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂等が挙げられる。上記アクリル樹脂は特に限定されず、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００１４】
上記樹脂微粒子を作製する方法は特に限定されず、例えば、重合法による方法、高分子保護剤を用いる方法、界面活性剤を用いる方法等が挙げられる。
上記重合法は特に限定されず、乳化重合、懸濁重合、シード重合、分散重合、分散シード重合等の重合法が挙げられる。
【００１５】
上記無機微粒子は特に限定されず、例えば、シリカ、アルミナ等の金属酸化物で構成される微粒子が挙げられる。上記有機無機ハイブリッド微粒子は特に限定されず、例えば、オルガノシロキサン骨格の中にアクリルポリマーを含有するハイブリッド微粒子が挙げられる。
上記金属微粒子は特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、金、銀等の金属からなる微粒子が挙げられる。なかでも、銅微粒子が好ましい。上記銅微粒子は、実質的に銅金属のみで形成された銅微粒子であってもよく、銅金属を含有する銅微粒子であってもよい。なお、上記基材微粒子が銅微粒子である場合は、後述する導電層を形成しなくてもよい。
【００１６】
上記基材微粒子が樹脂微粒子である場合、上記樹脂微粒子の１０％Ｋ値の好ましい下限は１０００ＭＰａ、好ましい上限は１５０００ＭＰａである。上記１０％Ｋ値が１０００ＭＰａ未満であると、樹脂微粒子を圧縮変形させると、樹脂微粒子が破壊されることがある。上記１０％Ｋ値が１５０００ＭＰａを超えると、導電性微粒子が電極を傷つけることがある。上記１０％Ｋ値のより好ましい下限は２０００ＭＰａ、より好ましい上限は１００００ＭＰａである。
【００１７】
なお、上記１０％Ｋ値は、微小圧縮試験器（例えば、島津製作所社製「ＰＣＴ−２００」）を用い、樹脂微粒子を直径５０μｍのダイアモンド製円柱の平滑圧子端面で、圧縮速度２．６ｍＮ／秒、最大試験荷重１０ｇの条件下で圧縮した場合の圧縮変位（ｍｍ）を測定し、下記式により求めることができる。
Ｋ値（Ｎ／ｍｍ２）＝（３／√２）・Ｆ・Ｓ−３／２・Ｒ−１／２
Ｆ：樹脂微粒子の１０％圧縮変形における荷重値（Ｎ）
Ｓ：樹脂微粒子の１０％圧縮変形における圧縮変位（ｍｍ）
Ｒ：樹脂微粒子の半径（ｍｍ）
【００１８】
上記基材微粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限は１μｍ、好ましい上限は２０００μｍである。上記基材微粒子の平均粒子径が１μｍ未満であると、基材微粒子が凝集しやすく、凝集した基材微粒子の表面に低融点金属層を形成した導電性微粒子を用いると、隣接する電極間を短絡させることがある。上記基材微粒子の平均粒子径が２０００μｍを超えると、回路基板等の電極間の接続に適した範囲を超えることがある。上記基材微粒子の平均粒子径のより好ましい下限は３μｍ、より好ましい上限は１０００μｍである。
なお、上記基材微粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ５０個の基材微粒子の粒子径を測定し、測定した粒子径を算術平均することにより求めることができる。
【００１９】
上記基材微粒子の平均粒子径の変動係数は特に限定されないが、１０％以下であることが好ましい。上記変動係数が１０％を超えると、導電性微粒子の接続信頼性が低下することがある。なお、上記変動係数とは、粒子径分布から得られる標準偏差を平均粒子径で除して得られる値を百分率（％）で示した数値である。
【００２０】
上記基材微粒子の形状は、対向する電極の間隔を維持できる形状であれば特に限定されないが、真球形状であることが好ましい。また、上記基材微粒子の表面は平滑であってもよいし、突起を有していてもよい。
【００２１】
本発明の導電性微粒子は、上記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有する。本発明では、フラックス内包マイクロカプセルを低融点金属層中に含有する構造であるため、実装時やバインダー混合時に不良を起こすことがない。
【００２２】
上記フラックス内包マイクロカプセルは、シェルとフラックスとから構成される。
上記フラックス内包カプセルに使用されるフラックスは特に限定されず、例えば、ロジン、ロジン誘導体等のロジン類を主成分とする非活性ロジンフラックス、上記ロジン類と活性化剤とを主成分とする活性ロジンフラックス、カルボン酸、ジカルボン酸を主成分とするフラックス等が挙げられる。
上記活性化剤は特に限定されず、例えば、トリエタノールアミン塩酸塩、トリエチレンテトラミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、塩酸アニリンなどのアミン化合物の有機酸又は無機酸の塩等が挙げられる。
上記カルボン酸は特に限定されず、例えば、ステアリン酸、アジピン酸、アントラニル酸、ラウリン酸、グリコール酸、アゼライン酸、コハク酸、セバシン酸等が挙げられる。
【００２３】
また、本発明の導電性微粒子では、フラックス内包マイクロカプセルを用いることで、フラックスとして市販のフラックスをそのまま使用することができる。従って、予め活性化等を行われている市販のフラックスを好適に使用できるという利点を有する。
更に、液状、ペースト状等のフラックスの形態を問わず、広範な範囲のフラックスを使用することができる。
【００２４】
上記フラックス内包マイクロカプセルのシェルとしては、上記フラックスをその内部に内包でき、低融点金属層の融点以下の加熱で溶融又は破壊される材質であれば特に限定されず、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、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、塩化ビニリデン等の重合体やこれらの共重合体、ポリビニルアルコール（ポバール）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（エバール）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等、セルロース誘導体等が挙げられる。
【００２５】
また、上記シェル部分がアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、塩化ビニリデン等の重合性モノマーを重合させて得られる重合体や共重合体である場合、多官能重合性モノマーを架橋剤として用いて架橋された架橋体であることが好ましい。
【００２６】
上記フラックス内包マイクロカプセルは、例えば、フラックスを溶媒に分散させた後、（メタ）アクリル酸エチル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等の重合性モノマーを添加し、これらの重合性モノマーを重合させることで製造することができる。
【００２７】
本発明の導電性微粒子に含有されるフラックス内包マイクロカプセルの含有量の下限は０．０４ｖｏｌ％、上限は４ｖｏｌ％である。上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４ｖｏｌ％未満であると、溶出されるフラックスの量が少なくなり、ハンダのぬれ性等が不充分となることがある。上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が４ｖｏｌ％を超えると、余剰のフラックスが多くなるため洗浄工程が必要となり、作業環境の悪化等を招くことがある。上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量の好ましい下限は０．１ｖｏｌ％、好ましい上限は２．５ｖｏｌ％である。なお、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量は、導電性微粒子全体に対する容積比で表す。
【００２８】
本発明の導電性微粒子は、基材微粒子の表面に低融点金属層が形成されている。上記低融点金属層は、リフロー工程により溶融して電極に接合するため、接続信頼性を高めることができる。
【００２９】
上記低融点金属層は、錫又は錫と他の金属の合金からなる。上記合金は特に限定されず、例えば、錫−銅合金、錫−銀合金、錫−ビスマス合金、錫−亜鉛合金、錫−インジウム合金等が挙げられる。なかでも、形成される低融点金属層の融点を低下させることができることから、錫−銀合金が好適である。
【００３０】
更に、上記低融点金属層と電極との接合強度を向上させるために、上記低融点金属層に、ニッケル、アンチモン、アルミニウム、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、ガリウム、コバルト、マンガン、クロム、モリブデン、パラジウム、インジウム等の金属を含有させてもよい。なかでも、上記低融点金属層と電極との接合強度を向上させる効果に優れていることから、上記低融点金属微粒子にニッケル、アンチモン、アルミニウムを含有させることが好適である。
上記低融点金属層に含有される金属の合計に占める上記金属の含有量は特に限定されないが、好ましい下限は０．０００１重量％、好ましい上限は２重量％である。上記金属の含有量が０．０００１重量％未満であると、上記低融点金属層と電極との接合強度が充分に得られないことがある。上記金属の含有量が２重量％を超えると導電性微粒子の融点が変わることがある。
【００３１】
上記低融点金属層の厚さは特に限定されないが、好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は２００μｍである。上記低融点金属層の厚さが０．１μｍ未満であると、リフローして溶融させても充分に電極に接合できないことがあり、上記低融点金属層の厚さが２００μｍを超えると、上記低融点金属層を形成する際に凝集が生じやすく、凝集した導電性微粒子は隣接電極間の短絡を引き起こすことがある。上記低融点金属層の厚さのより好ましい下限は０．２μｍ、より好ましい上限は５０μｍである。
なお、上記低融点金属層の厚さは、無作為に選んだ１０個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察して測定し、測定値を算術平均した厚さである。
【００３２】
上記低融点金属層は、上記基材微粒子の表面に直接形成されていてもよい。また、上記低融点金属層は、上記低融点金属層と上記基材微粒子との間に、更に、導電層（下地金属層）が形成されていてもよい。
上記導電層を形成する金属は特に限定されず、例えば、金、銀、銅、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、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム等が挙げられる。なかでも、導電性に優れることから、上記導電層を形成する金属は、金、銅又はニッケルであることが好ましい。
【００３３】
上記基材微粒子の表面に、上記導電層を形成させる方法は特に限定されず、例えば、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンスパッタリング法等が挙げられる。
【００３４】
上記導電層の厚さは特に限定されないが、好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は１００μｍである。上記導電層の厚さが０．１μｍ未満であると、導電性が充分に得られないことがある。上記導電層の厚さが１００μｍを超えると、導電性微粒子の柔軟性が低下することがある。上記導電層の厚さのより好ましい下限は０．２μｍ、より好ましい上限は５０μｍである。
なお、上記導電層の厚さは、無作為に選んだ１０個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察して測定し、これらを算術平均した厚さである。
【００３５】
本発明の導電性微粒子の製造方法は、上述のようにフラックス内包マイクロカプセルを含有する低融点金属層が得られる方法であれば特に限定されないが、例えば、基材微粒子に、錫を含有する低融点金属微粒子と、フラックス内包マイクロカプセルを接触させ、せん断圧縮によって低融点金属微粒子を溶融軟化させることにより、基材微粒子に低融点金属層を形成する工程を有する方法（乾式被覆法）、フラックス内包マイクロカプセルをめっき液に添加し、電気めっきによって基材微粒子に低融点金属層を形成する工程を有する方法（電気めっき法）等により製造することができる。
【００３６】
上記乾式被覆法では、例えば、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いる方法等が挙げられる。上記シータコンポーザは、楕円形のキャビティを備えるベッセルと、キャビティ内でこのベッセルと同一軸上において別個に回転されるローターとを備えており、混合に際しては、ベッセルとローターとを逆回転させることにより、キャビティの短径とローターの長径とが一致する付近の間隙内で、せん断圧縮力を作用することができる。このせん断圧縮によって、低融点金属微粒子の低融点金属を溶融軟化させ、低融点金属微粒子及びフラックス内包マイクロカプセルを基材微粒子に付着させることを繰り返すことにより、基材微粒子の表面に、フラックス内包マイクロカプセルを含有する低融点金属層が形成された導電性微粒子を製造することができる。
【００３７】
上記低融点金属層を形成するときに用いる低融点金属微粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は１００μｍである。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、低融点金属微粒子が凝集しやすくなるため、低融点金属層を形成することが困難となることがある。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が１００μｍを超えると、せん断圧縮時に溶融しきらず、低融点金属層を形成することが困難となることがある。なお、上記低融点金属微粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ５０個の低融点金属微粒子の粒子径を測定し、測定した粒子径を算術平均することにより求めることができる。
また、上記低融点金属微粒子の平均粒子径は、上記基材微粒子の平均粒子径の１／１０以下であることが好ましい。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が、上記基材微粒子の平均粒子径の１／１０を超えると、せん断圧縮時に上記低融点金属微粒子を上記基材微粒子に付着、皮膜化させることができないことがある。
【００３８】
上記フラックス内包マイクロカプセルの平均粒子径の好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は１００μｍである。
【００３９】
このような製造方法で得られた低融点金属層は、フラックス内包マイクロカプセルを含有するものとなる。これにより、低融点金属層を溶融させて導電接続を行う場合、内包されていたフラックスが外部に溶出するため、従来行われていたフラックスの塗布工程が不要となる。また、必要最低限のフラックスしか溶出しないため、余剰フラックスの洗浄工程も不要となり、電極の接続工程を大幅に簡略化することができる。更に、余分のフラックスが生じることによる作業環境の悪化等を招くことを防止することができる。
【００４０】
本発明の導電性微粒子をバインダー樹脂に分散させることにより異方性導電材料を製造することができる。このような異方性導電材料もまた、本発明の１つである。
【００４１】
本発明の異方性導電材料として、例えば、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電接着剤、異方性導電フィルム、異方性導電シート等が挙げられる。
【００４２】
上記バインダー樹脂は特に限定されないが、絶縁性の樹脂が用いられ、例えば、ビニル樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、熱可塑性ブロック共重合体、エラストマー等が挙げられる。
上記ビニル樹脂は特に限定されないが、例えば、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等が挙げられる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
上記硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂、湿気硬化型樹脂であってもよい。上記硬化性樹脂は硬化剤と併用してもよい。
上記熱可塑性ブロック共重合体は特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。
上記エラストマーは特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００４３】
本発明の異方性導電材料は、本発明の導電性微粒子、及び、上記バインダー樹脂の他に、本発明の課題達成を阻害しない範囲で、例えば、増量剤、可塑剤、粘接着性向上剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、難燃剤、有機溶媒等を含有してもよい。
【００４４】
本発明の異方性導電材料の製造方法は特に限定されず、例えば、上記バインダー樹脂に本発明の導電性微粒子を添加し、均一に混合して分散させ、例えば、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電接着剤等を製造する方法が挙げられる。また、上記バインダー樹脂に本発明の導電性微粒子を添加し、均一に分散させるか、又は、加熱溶解させて、離型紙や離型フィルム等の離型材の離型処理面に所定のフィルム厚さとなるように塗工し、例えば、異方性導電フィルム、異方性導電シート等を製造する方法も挙げられる。
また、上記バインダー樹脂と、本発明の導電性微粒子とを混合することなく、別々に用いて異方性導電材料としてもよい。
【００４５】
本発明の導電性微粒子又は本発明の異方性導電材料を用いてなる接続構造体もまた、本発明の１つである。
【００４６】
本発明の接続構造体は、一対の回路基板間に、本発明の導電性微粒子又は本発明の異方性導電材料を充填することにより、一対の回路基板間を接続させた導電接続構造体である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の導電性微粒子の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の導電性微粒子を電極に接続した場合の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
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ない。
【００５０】
（実施例１）
テトラメチロールメタンテトラアクリレートとジビニルベンゼンとの共重合体からなる樹脂微粒子（平均粒子径２６０μｍ）の表面に、電気めっきにより厚さ１０μｍの銅層を形成することにより、基材微粒子を得た。
次いで、市販のフラックス（ガンマラックス３６０、千住金属工業社製）を分散させた水分散液中にアクリル酸エチル、アクリロニトリル及びメタクリルロニトリルを添加した後、重合させることにより、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセル（平均粒子径５μｍ）を作製した。
得られた基材微粒子５０ｇ、フラックス内包マイクロカプセル０．０２ｇ、及び、錫９６．５銀３．５合金微粒子（粒子径分布５〜１５μｍ）７５ｇをシータコンポーザに投入して、混合した。これにより、ロジン誘導体と錫９６．５銀３．５合金微粒子を基材微粒子に付着、皮膜化させて、基材微粒子の表面に、フラックスが内包された厚さ２５μｍの錫９６．５銀３．５合金層を形成し、導電性微粒子を得た。なお、導電性微粒子全体に対するフラックス内包マイクロカプセルの含有量は０．１ｖｏｌ％であった。
【００５１】
（実施例２〜３）
フラックス内包マイクロカプセルの含有量を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５２】
（比較例１〜２）
フラックス内包マイクロカプセルの含有量を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５３】
（比較例３）
フラックス内包マイクロカプセルに代えて、粉砕処理したオクタデカン二酸（平均粒子径５μｍ）を添加した以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５４】
（比較例４）
シータコンポーザにフラックス内包マイクロカプセルを投入しなかった以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５５】
（比較例５）
比較例４で得られた導電性微粒子５０ｇに、実施例１で得られたフラックス内包マイクロカプセルを１ｇとホットメルト接着剤とを添加し、加熱しながら混合すること以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５６】
＜評価＞
実施例及び比較例で得られた導電性微粒子について以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００５７】
（１）実装表面の観察
得られた導電性微粒子を、銅電極を有するシリコンチップ上に１１２個搭載し、２７０℃に設定したリフロー炉に投入し溶融させた。その後、走査型電子顕微鏡を用いて実装表面を観察し、フラックスが、銅電極上からはみ出しているものの総数を計測した。
なお、比較例４で得られた導電性微粒子に関しては電極上が濡れずバンプ形成不可であった。また、比較例５で得られた導電性微粒子に関してはボールマウンタで吸引できず実装不可であった。
【００５８】
（２）シェア試験
シリコンチップ上に実装された各導電性微粒子に対して、シェア試験機（デイジ社製「 シリーズ４０００」）を用いて、２５０ｇｆの横応力を印加し、銅電極表面において、破壊が生じたものの総数を計測した。
【００５９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体を提供することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子回路基板において、ＩＣやＬＳＩは、電極をプリント基板にハンダ付けすることによって接続されていた。しかし、ハンダ付けでは、プリント基板と、ＩＣやＬＳＩとを効率的に接続することはできなかった。また、ハンダ付けでは、ＩＣやＬＳＩの実装密度を向上させることが困難であった。
これを解決するためにハンダを球状にした、いわゆる「ハンダボール」でＩＣやＬＳＩを基板に接続するＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）が開発された。この技術によれば、チップ又は基板上に実装されたハンダボールを高温で溶融し基板とチップとを接続することで高生産性、高接続信頼性を両立した電子回路を製造することができる。
【０００３】
しかし、近年、基板の多層化が進み、多層基板は使用環境の影響を受けやすいことから、基板に歪みや伸縮が発生し、基板間の接続部に断線が発生するという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、特許文献１には、樹脂微粒子の表面に、導電性の高い金属が含まれる金属層が形成され、さらに、金属層の表面に、錫等の金属からなる低融点金属層が形成された導電性微粒子が開示されている。このような導電性微粒子を用いれば、柔軟な樹脂微粒子が導電性微粒子に加わる応力を緩和することができ、かつ、最表面に低融点金属層が形成されているため、電極間を容易に導電接続することができる。
【０００５】
一方、導電性微粒子を電極に配置して接続する場合は、通常、ハンダのぬれ性を改善させることを目的として、電極表面にフラックスを塗布することが行われている。
しかしながら、電極に塗布されたフラックスは、電極が接続された後は不要となるばかりか、余分のフラックスは種々の弊害をもたらすことがあるので、洗浄を行ってフラックスの除去を行う必要があった。そのため、フラックスを洗浄するための工程が別途必要となる上に、洗浄工程に有機溶剤を使用しなければならないという問題点があった。
【０００６】
これに対して、特許文献２には、基材微粒子の外表面に形成された金属層に、フラックスを内包するマイクロカプセルをホットメルト接着剤で表面に固着させたフラックス付き導電性微粒子が記載されている。しかしながら、このような導電性微粒子を作製するためには、マイクロカプセルを固着させる工程を別途行う必要があり、製造工程の煩雑化を招いていた。また、フラックスを内包するマイクロカプセルが導電性微粒子の表面に露出していることにより、バインダー樹脂中に分散させ異方性導電材料として用いる際にも、バインダー樹脂等と混合する際にマイクロカプセルが脱離してしまうという弊害が生じていた。更に、実装工程においてボールマウンタを用いて吸引する際に、導電性微粒子を吸引できなくなるという不具合も発生していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２２０６９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体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】
本発明は、基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有し、かつ、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４〜４ｖｏｌ％である導電性微粒子である。
以下に本発明を詳述する。
【００１０】
本発明の導電性微粒子は、基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、上記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有する。
本発明の導電性微粒子は、フラックス内包マイクロカプセルを低融点金属層中に内包することにより、低融点金属層を溶融させて導電接続を行う場合、内包されていたフラックスが外部に溶出する。これにより、従来行われていたフラックスの塗布工程が不要となり、更に、必要最低限のフラックスしか溶出しないため、余剰フラックスの洗浄工程も不要となる。その結果、電極の接続工程を大幅に簡略化することができる。また、余分のフラックスが生じることによって、作業環境の悪化等を招くこともない。
更に、フラックスを内包するマイクロカプセルをホットメルト接着剤で表面に固着させる場合と比較して、容易に製造できるだけでなく、マイクロカプセルの脱離やボールマウンタでの吸引不良等の不具合の発生を防止することができる。
【００１１】
図１は、本発明の導電性微粒子の一例を示す断面図である。図１に示すように、本発明の導電性微粒子は、基材微粒子１と、低融点金属層２と、シェル４内にフラックス３を内包するフラックス内包マイクロカプセル５とから構成されており、低融点金属層２の内部にフラックス内包マイクロカプセル５が含まれる構造となっている。
図２は、本発明の導電性微粒子を電極に接続した場合の状態を示す断面図である。図２に示すように、低融点金属層２が熱で溶融する際に、フラックス内包マイクロカプセル５のシェル４も熱により破壊されることで、フラックス３´が電極６上に溶出する。この場合、フラックス３´の量は必要最低限となり、電極６付近上にのみ存在する構成となる。
【００１２】
上記基材微粒子は特に限定されず、例えば、樹脂微粒子、無機微粒子、有機無機ハイブリッド微粒子、金属微粒子等が挙げられる。上記基材微粒子としては、特に樹脂微粒子が好ましい。
【００１３】
上記樹脂微粒子は特に限定されず、例えば、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリアルキレンテレフタレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等で構成される樹脂微粒子が挙げられる。
上記ポリオレフィン樹脂は特に限定されず、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂等が挙げられる。上記アクリル樹脂は特に限定されず、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００１４】
上記樹脂微粒子を作製する方法は特に限定されず、例えば、重合法による方法、高分子保護剤を用いる方法、界面活性剤を用いる方法等が挙げられる。
上記重合法は特に限定されず、乳化重合、懸濁重合、シード重合、分散重合、分散シード重合等の重合法が挙げられる。
【００１５】
上記無機微粒子は特に限定されず、例えば、シリカ、アルミナ等の金属酸化物で構成される微粒子が挙げられる。上記有機無機ハイブリッド微粒子は特に限定されず、例えば、オルガノシロキサン骨格の中にアクリルポリマーを含有するハイブリッド微粒子が挙げられる。
上記金属微粒子は特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、金、銀等の金属からなる微粒子が挙げられる。なかでも、銅微粒子が好ましい。上記銅微粒子は、実質的に銅金属のみで形成された銅微粒子であってもよく、銅金属を含有する銅微粒子であってもよい。なお、上記基材微粒子が銅微粒子である場合は、後述する導電層を形成しなくてもよい。
【００１６】
上記基材微粒子が樹脂微粒子である場合、上記樹脂微粒子の１０％Ｋ値の好ましい下限は１０００ＭＰａ、好ましい上限は１５０００ＭＰａである。上記１０％Ｋ値が１０００ＭＰａ未満であると、樹脂微粒子を圧縮変形させると、樹脂微粒子が破壊されることがある。上記１０％Ｋ値が１５０００ＭＰａを超えると、導電性微粒子が電極を傷つけることがある。上記１０％Ｋ値のより好ましい下限は２０００ＭＰａ、より好ましい上限は１００００ＭＰａである。
【００１７】
なお、上記１０％Ｋ値は、微小圧縮試験器（例えば、島津製作所社製「ＰＣＴ−２００」）を用い、樹脂微粒子を直径５０μｍのダイアモンド製円柱の平滑圧子端面で、圧縮速度２．６ｍＮ／秒、最大試験荷重１０ｇの条件下で圧縮した場合の圧縮変位（ｍｍ）を測定し、下記式により求めることができる。
Ｋ値（Ｎ／ｍｍ２）＝（３／√２）・Ｆ・Ｓ−３／２・Ｒ−１／２
Ｆ：樹脂微粒子の１０％圧縮変形における荷重値（Ｎ）
Ｓ：樹脂微粒子の１０％圧縮変形における圧縮変位（ｍｍ）
Ｒ：樹脂微粒子の半径（ｍｍ）
【００１８】
上記基材微粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限は１μｍ、好ましい上限は２０００μｍである。上記基材微粒子の平均粒子径が１μｍ未満であると、基材微粒子が凝集しやすく、凝集した基材微粒子の表面に低融点金属層を形成した導電性微粒子を用いると、隣接する電極間を短絡させることがある。上記基材微粒子の平均粒子径が２０００μｍを超えると、回路基板等の電極間の接続に適した範囲を超えることがある。上記基材微粒子の平均粒子径のより好ましい下限は３μｍ、より好ましい上限は１０００μｍである。
なお、上記基材微粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ５０個の基材微粒子の粒子径を測定し、測定した粒子径を算術平均することにより求めることができる。
【００１９】
上記基材微粒子の平均粒子径の変動係数は特に限定されないが、１０％以下であることが好ましい。上記変動係数が１０％を超えると、導電性微粒子の接続信頼性が低下することがある。なお、上記変動係数とは、粒子径分布から得られる標準偏差を平均粒子径で除して得られる値を百分率（％）で示した数値である。
【００２０】
上記基材微粒子の形状は、対向する電極の間隔を維持できる形状であれば特に限定されないが、真球形状であることが好ましい。また、上記基材微粒子の表面は平滑であってもよいし、突起を有していてもよい。
【００２１】
本発明の導電性微粒子は、上記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有する。本発明では、フラックス内包マイクロカプセルを低融点金属層中に含有する構造であるため、実装時やバインダー混合時に不良を起こすことがない。
【００２２】
上記フラックス内包マイクロカプセルは、シェルとフラックスとから構成される。
上記フラックス内包カプセルに使用されるフラックスは特に限定されず、例えば、ロジン、ロジン誘導体等のロジン類を主成分とする非活性ロジンフラックス、上記ロジン類と活性化剤とを主成分とする活性ロジンフラックス、カルボン酸、ジカルボン酸を主成分とするフラックス等が挙げられる。
上記活性化剤は特に限定されず、例えば、トリエタノールアミン塩酸塩、トリエチレンテトラミン塩酸塩、シクロヘキシルアミン塩酸塩、塩酸アニリンなどのアミン化合物の有機酸又は無機酸の塩等が挙げられる。
上記カルボン酸は特に限定されず、例えば、ステアリン酸、アジピン酸、アントラニル酸、ラウリン酸、グリコール酸、アゼライン酸、コハク酸、セバシン酸等が挙げられる。
【００２３】
また、本発明の導電性微粒子では、フラックス内包マイクロカプセルを用いることで、フラックスとして市販のフラックスをそのまま使用することができる。従って、予め活性化等を行われている市販のフラックスを好適に使用できるという利点を有する。
更に、液状、ペースト状等のフラックスの形態を問わず、広範な範囲のフラックスを使用することができる。
【００２４】
上記フラックス内包マイクロカプセルのシェルとしては、上記フラックスをその内部に内包でき、低融点金属層の融点以下の加熱で溶融又は破壊される材質であれば特に限定されず、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、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、塩化ビニリデン等の重合体やこれらの共重合体、ポリビニルアルコール（ポバール）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（エバール）、ポリスチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等、セルロース誘導体等が挙げられる。
【００２５】
また、上記シェル部分がアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、塩化ビニリデン等の重合性モノマーを重合させて得られる重合体や共重合体である場合、多官能重合性モノマーを架橋剤として用いて架橋された架橋体であることが好ましい。
【００２６】
上記フラックス内包マイクロカプセルは、例えば、フラックスを溶媒に分散させた後、（メタ）アクリル酸エチル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等の重合性モノマーを添加し、これらの重合性モノマーを重合させることで製造することができる。
【００２７】
本発明の導電性微粒子に含有されるフラックス内包マイクロカプセルの含有量の下限は０．０４ｖｏｌ％、上限は４ｖｏｌ％である。上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４ｖｏｌ％未満であると、溶出されるフラックスの量が少なくなり、ハンダのぬれ性等が不充分となることがある。上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が４ｖｏｌ％を超えると、余剰のフラックスが多くなるため洗浄工程が必要となり、作業環境の悪化等を招くことがある。上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量の好ましい下限は０．１ｖｏｌ％、好ましい上限は２．５ｖｏｌ％である。なお、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量は、導電性微粒子全体に対する容積比で表す。
【００２８】
本発明の導電性微粒子は、基材微粒子の表面に低融点金属層が形成されている。上記低融点金属層は、リフロー工程により溶融して電極に接合するため、接続信頼性を高めることができる。
【００２９】
上記低融点金属層は、錫又は錫と他の金属の合金からなる。上記合金は特に限定されず、例えば、錫−銅合金、錫−銀合金、錫−ビスマス合金、錫−亜鉛合金、錫−インジウム合金等が挙げられる。なかでも、形成される低融点金属層の融点を低下させることができることから、錫−銀合金が好適である。
【００３０】
更に、上記低融点金属層と電極との接合強度を向上させるために、上記低融点金属層に、ニッケル、アンチモン、アルミニウム、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、ガリウム、コバルト、マンガン、クロム、モリブデン、パラジウム、インジウム等の金属を含有させてもよい。なかでも、上記低融点金属層と電極との接合強度を向上させる効果に優れていることから、上記低融点金属微粒子にニッケル、アンチモン、アルミニウムを含有させることが好適である。
上記低融点金属層に含有される金属の合計に占める上記金属の含有量は特に限定されないが、好ましい下限は０．０００１重量％、好ましい上限は２重量％である。上記金属の含有量が０．０００１重量％未満であると、上記低融点金属層と電極との接合強度が充分に得られないことがある。上記金属の含有量が２重量％を超えると導電性微粒子の融点が変わることがある。
【００３１】
上記低融点金属層の厚さは特に限定されないが、好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は２００μｍである。上記低融点金属層の厚さが０．１μｍ未満であると、リフローして溶融させても充分に電極に接合できないことがあり、上記低融点金属層の厚さが２００μｍを超えると、上記低融点金属層を形成する際に凝集が生じやすく、凝集した導電性微粒子は隣接電極間の短絡を引き起こすことがある。上記低融点金属層の厚さのより好ましい下限は０．２μｍ、より好ましい上限は５０μｍである。
なお、上記低融点金属層の厚さは、無作為に選んだ１０個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察して測定し、測定値を算術平均した厚さである。
【００３２】
上記低融点金属層は、上記基材微粒子の表面に直接形成されていてもよい。また、上記低融点金属層は、上記低融点金属層と上記基材微粒子との間に、更に、導電層（下地金属層）が形成されていてもよい。
上記導電層を形成する金属は特に限定されず、例えば、金、銀、銅、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、アンチモン、ビスマス、ゲルマニウム、カドミウム等が挙げられる。なかでも、導電性に優れることから、上記導電層を形成する金属は、金、銅又はニッケルであることが好ましい。
【００３３】
上記基材微粒子の表面に、上記導電層を形成させる方法は特に限定されず、例えば、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、イオンスパッタリング法等が挙げられる。
【００３４】
上記導電層の厚さは特に限定されないが、好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は１００μｍである。上記導電層の厚さが０．１μｍ未満であると、導電性が充分に得られないことがある。上記導電層の厚さが１００μｍを超えると、導電性微粒子の柔軟性が低下することがある。上記導電層の厚さのより好ましい下限は０．２μｍ、より好ましい上限は５０μｍである。
なお、上記導電層の厚さは、無作為に選んだ１０個の導電性微粒子の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察して測定し、これらを算術平均した厚さである。
【００３５】
本発明の導電性微粒子の製造方法は、上述のようにフラックス内包マイクロカプセルを含有する低融点金属層が得られる方法であれば特に限定されないが、例えば、基材微粒子に、錫を含有する低融点金属微粒子と、フラックス内包マイクロカプセルを接触させ、せん断圧縮によって低融点金属微粒子を溶融軟化させることにより、基材微粒子に低融点金属層を形成する工程を有する方法（乾式被覆法）、フラックス内包マイクロカプセルをめっき液に添加し、電気めっきによって基材微粒子に低融点金属層を形成する工程を有する方法（電気めっき法）等により製造することができる。
【００３６】
上記乾式被覆法では、例えば、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いる方法等が挙げられる。上記シータコンポーザは、楕円形のキャビティを備えるベッセルと、キャビティ内でこのベッセルと同一軸上において別個に回転されるローターとを備えており、混合に際しては、ベッセルとローターとを逆回転させることにより、キャビティの短径とローターの長径とが一致する付近の間隙内で、せん断圧縮力を作用することができる。このせん断圧縮によって、低融点金属微粒子の低融点金属を溶融軟化させ、低融点金属微粒子及びフラックス内包マイクロカプセルを基材微粒子に付着させることを繰り返すことにより、基材微粒子の表面に、フラックス内包マイクロカプセルを含有する低融点金属層が形成された導電性微粒子を製造することができる。
【００３７】
上記低融点金属層を形成するときに用いる低融点金属微粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は１００μｍである。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、低融点金属微粒子が凝集しやすくなるため、低融点金属層を形成することが困難となることがある。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が１００μｍを超えると、せん断圧縮時に溶融しきらず、低融点金属層を形成することが困難となることがある。なお、上記低融点金属微粒子の平均粒子径は、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて無作為に選んだ５０個の低融点金属微粒子の粒子径を測定し、測定した粒子径を算術平均することにより求めることができる。
また、上記低融点金属微粒子の平均粒子径は、上記基材微粒子の平均粒子径の１／１０以下であることが好ましい。上記低融点金属微粒子の平均粒子径が、上記基材微粒子の平均粒子径の１／１０を超えると、せん断圧縮時に上記低融点金属微粒子を上記基材微粒子に付着、皮膜化させることができないことがある。
【００３８】
上記フラックス内包マイクロカプセルの平均粒子径の好ましい下限は０．１μｍ、好ましい上限は１００μｍである。
【００３９】
このような製造方法で得られた低融点金属層は、フラックス内包マイクロカプセルを含有するものとなる。これにより、低融点金属層を溶融させて導電接続を行う場合、内包されていたフラックスが外部に溶出するため、従来行われていたフラックスの塗布工程が不要となる。また、必要最低限のフラックスしか溶出しないため、余剰フラックスの洗浄工程も不要となり、電極の接続工程を大幅に簡略化することができる。更に、余分のフラックスが生じることによる作業環境の悪化等を招くことを防止することができる。
【００４０】
本発明の導電性微粒子をバインダー樹脂に分散させることにより異方性導電材料を製造することができる。このような異方性導電材料もまた、本発明の１つである。
【００４１】
本発明の異方性導電材料として、例えば、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電接着剤、異方性導電フィルム、異方性導電シート等が挙げられる。
【００４２】
上記バインダー樹脂は特に限定されないが、絶縁性の樹脂が用いられ、例えば、ビニル樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、熱可塑性ブロック共重合体、エラストマー等が挙げられる。
上記ビニル樹脂は特に限定されないが、例えば、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等が挙げられる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
上記硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。なお、上記硬化性樹脂は、常温硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、光硬化型樹脂、湿気硬化型樹脂であってもよい。上記硬化性樹脂は硬化剤と併用してもよい。
上記熱可塑性ブロック共重合体は特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体の水素添加物、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体の水素添加物等が挙げられる。
上記エラストマーは特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。
これらの樹脂は、単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００４３】
本発明の異方性導電材料は、本発明の導電性微粒子、及び、上記バインダー樹脂の他に、本発明の課題達成を阻害しない範囲で、例えば、増量剤、可塑剤、粘接着性向上剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、難燃剤、有機溶媒等を含有してもよい。
【００４４】
本発明の異方性導電材料の製造方法は特に限定されず、例えば、上記バインダー樹脂に本発明の導電性微粒子を添加し、均一に混合して分散させ、例えば、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電接着剤等を製造する方法が挙げられる。また、上記バインダー樹脂に本発明の導電性微粒子を添加し、均一に分散させるか、又は、加熱溶解させて、離型紙や離型フィルム等の離型材の離型処理面に所定のフィルム厚さとなるように塗工し、例えば、異方性導電フィルム、異方性導電シート等を製造する方法も挙げられる。
また、上記バインダー樹脂と、本発明の導電性微粒子とを混合することなく、別々に用いて異方性導電材料としてもよい。
【００４５】
本発明の導電性微粒子又は本発明の異方性導電材料を用いてなる接続構造体もまた、本発明の１つである。
【００４６】
本発明の接続構造体は、一対の回路基板間に、本発明の導電性微粒子又は本発明の異方性導電材料を充填することにより、一対の回路基板間を接続させた導電接続構造体である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の導電性微粒子の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の導電性微粒子を電極に接続した場合の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
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ない。
【００５０】
（実施例１）
テトラメチロールメタンテトラアクリレートとジビニルベンゼンとの共重合体からなる樹脂微粒子（平均粒子径２６０μｍ）の表面に、電気めっきにより厚さ１０μｍの銅層を形成することにより、基材微粒子を得た。
次いで、市販のフラックス（ガンマラックス３６０、千住金属工業社製）を分散させた水分散液中にアクリル酸エチル、アクリロニトリル及びメタクリルロニトリルを添加した後、重合させることにより、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセル（平均粒子径５μｍ）を作製した。
得られた基材微粒子５０ｇ、フラックス内包マイクロカプセル０．０２ｇ、及び、錫９６．５銀３．５合金微粒子（粒子径分布５〜１５μｍ）７５ｇをシータコンポーザに投入して、混合した。これにより、ロジン誘導体と錫９６．５銀３．５合金微粒子を基材微粒子に付着、皮膜化させて、基材微粒子の表面に、フラックスが内包された厚さ２５μｍの錫９６．５銀３．５合金層を形成し、導電性微粒子を得た。なお、導電性微粒子全体に対するフラックス内包マイクロカプセルの含有量は０．１ｖｏｌ％であった。
【００５１】
（実施例２〜３）
フラックス内包マイクロカプセルの含有量を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５２】
（比較例１〜２）
フラックス内包マイクロカプセルの含有量を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５３】
（比較例３）
フラックス内包マイクロカプセルに代えて、粉砕処理したオクタデカン二酸（平均粒子径５μｍ）を添加した以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５４】
（比較例４）
シータコンポーザにフラックス内包マイクロカプセルを投入しなかった以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５５】
（比較例５）
比較例４で得られた導電性微粒子５０ｇに、実施例１で得られたフラックス内包マイクロカプセルを１ｇとホットメルト接着剤とを添加し、加熱しながら混合すること以外は実施例１と同様にして導電性微粒子を作製した。
【００５６】
＜評価＞
実施例及び比較例で得られた導電性微粒子について以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００５７】
（１）実装表面の観察
得られた導電性微粒子を、銅電極を有するシリコンチップ上に１１２個搭載し、２７０℃に設定したリフロー炉に投入し溶融させた。その後、走査型電子顕微鏡を用いて実装表面を観察し、フラックスが、銅電極上からはみ出しているものの総数を計測した。
なお、比較例４で得られた導電性微粒子に関しては電極上が濡れずバンプ形成不可であった。また、比較例５で得られた導電性微粒子に関してはボールマウンタで吸引できず実装不可であった。
【００５８】
（２）シェア試験
シリコンチップ上に実装された各導電性微粒子に対して、シェア試験機（デイジ社製「 シリーズ４０００」）を用いて、２５０ｇｆの横応力を印加し、銅電極表面において、破壊が生じたものの総数を計測した。
【００５９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、高い接続信頼性を実現することができ、かつ、電極の接続工程を簡略化することが可能な導電性微粒子、該導電性微粒子を用いてなる異方性導電材料、及び、接続構造体を提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有し、かつ、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４〜４ｖｏｌ％であることを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】
フラックス内包マイクロカプセルは、低融点金属層の融点以下の加熱で溶融又は破壊され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】
低融点金属層は、錫又は錫と他の金属との合金からなることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性微粒子。
【請求項４】
基材微粒子は、樹脂微粒子であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の導電性微粒子。
【請求項５】
基材微粒子は、銅微粒子であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の導電性微粒子。
【請求項６】
基材微粒子は、更に、基材微粒子と低融点金属層との間に導電層を有することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の導電性微粒子。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６記載の導電性微粒子がバインダー樹脂に分散されてなることを特徴とする異方性導電材料。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５或いは６記載の導電性微粒子、又は、請求項７記載の異方性導電材料を用いてなることを特徴とする接続構造体。
【請求項１】
基材微粒子の表面に、低融点金属層が形成されている導電性微粒子であって、前記低融点金属層中に、フラックスを内包するフラックス内包マイクロカプセルを含有し、かつ、上記フラックス内包マイクロカプセルの含有量が０．０４〜４ｖｏｌ％であることを特徴とする導電性微粒子。
【請求項２】
フラックス内包マイクロカプセルは、低融点金属層の融点以下の加熱で溶融又は破壊され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】
低融点金属層は、錫又は錫と他の金属との合金からなることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性微粒子。
【請求項４】
基材微粒子は、樹脂微粒子であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の導電性微粒子。
【請求項５】
基材微粒子は、銅微粒子であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の導電性微粒子。
【請求項６】
基材微粒子は、更に、基材微粒子と低融点金属層との間に導電層を有することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の導電性微粒子。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６記載の導電性微粒子がバインダー樹脂に分散されてなることを特徴とする異方性導電材料。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５或いは６記載の導電性微粒子、又は、請求項７記載の異方性導電材料を用いてなることを特徴とする接続構造体。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−７６９３９（Ｐ２０１１−７６９３９Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２８７２０（Ｐ２００９−２２８７２０）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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