JP2012142247A - 異方性導電材料及び接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、電極間の接続が容易であり、導通信頼性を高めることができ、更に冷熱サイクルなどの熱衝撃に対する接続構造体の耐熱衝撃特性を高めることができる異方性導電材料を提供する。
【解決手段】本発明に係る異方性導電材料は、導電性粒子１と、バインダー樹脂とを含む。導電性粒子１は、樹脂粒子２と、該樹脂粒子２の表面２ａを被覆している導電層３とを有する。導電層３の少なくとも外側の表面層が、はんだ層５である。導電性粒子１中の樹脂粒子２の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の導電性粒子１を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値は１５ｐｐｍ／℃以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、はんだ層を有する導電性粒子を含む異方性導電材料に関し、より詳細には、例えば、電極間の電気的な接続に用いることができる異方性導電材料、並びに該異方性導電材料を用いた接続構造体に関する。

ＩＣチップとフレキシブルプリント回路基板との接続、液晶駆動用ＩＣチップ間の接続、及びＩＣチップとＩＴＯ電極を有する回路基板との接続等に、導電性粒子が用いられている。例えば、ＩＣチップの電極と回路基板の電極との間に導電性粒子を配置した後、加熱及び加圧により導電性粒子を電極に接触させて、上記電極同士を電気的に接続できる。

また、上記導電性粒子は、バインダー樹脂中に分散され、異方性導電材料としても用いられている。

上記導電性粒子の一例として、下記の特許文献１には、ニッケル又はガラスにより形成された基材粒子と、該基材粒子の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子が開示されている。この導電性粒子は、ポリマーマトリックスと混合され、異方性導電材料として用いられている。

下記の特許文献２には、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆しているニッケルめっき層と、該ニッケルめっき層の表面を被覆しているはんだ層とを有する導電性粒子が開示されている。

特許第２７６９４９１号公報 特開平９−３０６２３１号公報

特許文献１に記載の導電性粒子では、導電性粒子における基材粒子の材料がガラス又はニッケルであるため、異方性導電材料において、導電性粒子が沈降することがある。このため、導電接続の際に、異方性導電材料を均一に塗工できず、上下の電極間に導電性粒子が配置されないことがある。さらに、凝集した導電性粒子によって、横方向に隣り合う電極間の短絡が生じることがある。

なお、特許文献１では、導電性粒子における基材粒子の材料がガラス又はニッケルである構成が記載されているにすぎず、具体的には、基材粒子をニッケルのような強磁性金属により形成することが記載されているにすぎない。

特許文献２に記載の導電性粒子は、バインダー樹脂に分散されて用いられていない。これは、導電性粒子の粒子径が大きいので、該導電性粒子は、バインダー樹脂に分散された異方性導電材料として用いるには好ましくないためである。特許文献２の実施例では、粒子径が６５０μｍの樹脂粒子の表面を導電層で被覆しており、粒子径が数百μｍの導電性粒子を得ており、この導電性粒子は、バインダー樹脂と混合された異方性導電材料として用いられていない。

特許文献２では、導電性粒子を用いて接続対象部材の電極間を接続する際には、１つの電極上に１つの導電性粒子を置き、次に導電性粒子上に電極を置いた後、加熱している。加熱により、はんだ層は、溶融して電極と接合する。しかしながら、このように、電極上に導電性粒子を置く作業は煩雑である。また、接続対象部材間には、樹脂層が存在しないため、接続信頼性が低い。

さらに、従来の導電性粒子を含む異方性導電材料では、該異方性導電材料を電極間の接続に用いた接続構造体において、冷熱サイクルなどの熱衝撃が与えられると、電極間の導通信頼性が低下することがある。すなわち、従来の異方性導電材料を用いた接続構造体では、耐熱衝撃特性が低いことがある。

本発明の目的は、接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、電極間の接続が容易であり、導通信頼性を高めることができ、更に冷熱サイクルなどの熱衝撃に対する接続構造体の耐熱衝撃特性を高めることができる異方性導電材料、並びに該異方性導電材料を用いた接続構造体を提供することである。

本発明の広い局面によれば、導電性粒子と、バインダー樹脂とを含み、上記導電性粒子が、樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、該導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層であり、上記導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値が１５ｐｐｍ／℃以下である、異方性導電材料が提供される。

本発明に係る異方性導電材料のある特定の局面では、上記バインダー樹脂が硬化性化合物であり、異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の線膨張係数は、異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の線膨張係数である。

本発明に係る異方性導電材料の他の特定の局面では、上記バインダー樹脂は、エポキシ化合物である。

本発明に係る異方性導電材料の別の特定の局面では、上記導電性粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上、５０μｍ以下である。

本発明に係る異方性導電材料のさらに別の特定の局面では、フラックスがさらに含まれている。

本発明に係る接続構造体は、第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、該第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備えており、該接続部が、本発明に従って構成された異方性導電材料により形成されている。

本発明に係る異方性導電材料は、特定の上記導電性粒子とバインダー樹脂とを含むので、該異方性導電材料を接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、電極間を容易に接続できる。さらに、上記導電性粒子が樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ該導電層の少なくとも外側の表面層がはんだ層であるので、接続構造体の導通信頼性を高くすることができる。

さらに、本発明に係る異方性導電材料では、特定の上記導電性粒子を用い、しかも該導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値が１５ｐｐｍ／℃以下であるので、冷熱サイクルなどの熱衝撃に対する接続構造体の耐熱衝撃特性を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る異方性導電材料に含まれている導電性粒子を示す断面図である。 図２は、導電性粒子の変形例を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る異方性導電材料を用いた接続構造体を模式的に示す正面断面図である。 図４は、図３に示す接続構造体の導電性粒子と電極との接続部分を拡大して示す正面断面図である。

以下、本発明の詳細を説明する。

本発明に係る異方性導電材料は、導電性粒子とバインダー樹脂とを含む。該導電性粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有する。上記導電性粒子における導電層の少なくとも外側の表面層は、はんだ層である。上記導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値は１５ｐｐｍ／℃以下である。

本発明に係る異方性導電材料は上記構成を備えているので、該異方性導電材料を接続構造体における電極間の接続に用いた場合に、電極間の接続が容易である。例えば、接続対象部材上に設けられた電極上に導電性粒子を１個ずつ配置せずに、接続対象部材上に異方性導電材料を塗工又は積層するだけで、電極上に導電性粒子を配置できる。さらに、接続対象部材上に異方性導電材料層を形成した後、該異方性導電材料層に他の接続対象部材を電極が対向するように積層するだけで、電極間を電気的に接続できる。従って、接続対象部材の電極間が接続された接続構造体の製造効率を高めることができる。さらに、接続対象部材間には、導電性粒子だけでなくバインダー樹脂も存在するので、接続対象部材を強固に接着させることができ、接続信頼性を高めることができる。

さらに、本発明に係る異方性導電材料を電極間の接続に用いた場合に、得られる接続構造体の導通信頼性を高くすることができる。導電性粒子における導電層の外側の表面層がはんだ層であるので、例えば、加熱によりはんだ層を溶融させることにより、はんだ層と電極との接触面積を大きくすることができる。従って、本発明に係る異方性導電材料では、導電層の外側の表面層が金層又はニッケル層等のはんだ層以外の金属である導電性粒子を含む異方性導電材料と比較して、導通信頼性を高めることができる。

加えて、導電性粒子の基材粒子が、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子ではなく、樹脂により形成された樹脂粒子であるので、導電性粒子の柔軟性を高めることができる。このため、導電性粒子に接触した電極の損傷を抑制できる。さらに、樹脂粒子を有する導電性粒子を用いることにより、ニッケルなどの金属又はガラスにより形成された粒子を有する導電性粒子を用いた場合と比較して、該導電性粒子を介して接続された接続構造体の冷熱サイクルなどの熱衝撃に対する耐熱衝撃特性を高めることができる。

さらに、特定の上記導電性粒子を用いて、しかも特定の上記導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値が１５ｐｐｍ／℃以下であることにより、冷熱サイクルなどの熱衝撃に対する接続構造体の耐熱衝撃特性をかなり高めることができる。

接続構造体の耐熱衝撃特性をより一層高める観点からは、上記導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値は、０ｐｐｍ／℃以上であり、好ましくは１０ｐｐｍ／℃以下、より好ましくは５ｐｐｍ／℃以下である。上記導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数とは同じであてもよい。

上記樹脂粒子及び異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の線膨張係数は、以下のようにして測定できる。

上記樹脂粒子と同配合、同重合条件で作製したシート状サンプルを用意する。そして熱・応力・歪測定装置（Ｓｅｉｋｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社製「ＥＸＳＴＡＲ ＴＭＡ／ＳＳ１２０」）を用いて、樹脂粒子の３０℃〜６０℃での線膨張係数を測定する。

また、異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料を用意する。バインダー樹脂が硬化性化合物である場合には、異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物を用意する。そして熱・応力・歪測定装置（Ｓｅｉｋｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社製「ＥＸＳＴＡＲ ＴＭＡ／ＳＳ１２０」）を用いて、上記材料又は該材料の硬化物の３０℃〜６０℃での線膨張係数を測定する。

なお、バインダー樹脂が硬化性化合物である場合には、異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の線膨張係数は、異方性導電材料中の導電性粒子を除く成分を２００℃で１０分間硬化させた硬化物を用いて測定されることが好ましい。

（導電性粒子）
図１に、本発明の一実施形態に係る異方性導電材料に含まれている導電性粒子を断面図で示す。

図１に示すように、導電性粒子１は、樹脂粒子２と、該樹脂粒子２の表面２ａを被覆している導電層３とを有する。導電性粒子１は、樹脂粒子２の表面２ａが導電層３により被覆された被覆粒子である。従って、導電性粒子１は導電層３を表面１ａに有する。

導電層３は、樹脂粒子２の表面２ａを被覆している第１の導電層４と、該第１の導電層４の表面４ａを被覆しているはんだ層５（第２の導電層）とを有する。導電層３の外側の表面層が、はんだ層５である。このように、導電層３は、多層構造を有していてもよく、２層又は３層以上の多層構造を有していてもよい。

上記のように、導電層３は２層構造を有する。図２に示す変形例のように、導電性粒子１１は、単層の導電層として、はんだ層１２を有していてもよい。導電性粒子における導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層であればよい。ただし、導電性粒子の作製が容易であるので、導電性粒子１と導電性粒子１１とのうち、導電性粒子１が好ましい。

樹脂粒子２の表面２ａに導電層３を形成する方法、並びに樹脂粒子２の表面２ａ又は導電層の表面にはんだ層を形成する方法は特に限定されない。導電層３及びはんだ層５，１２を形成する方法としては、例えば、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、物理的な衝突による方法、物理的蒸着による方法、並びに金属粉末もしくは金属粉末とバインダーとを含むペーストを樹脂粒子の表面にコーティングする方法等が挙げられる。なかでも、無電解めっき又は電気めっきが好適である。上記物理的蒸着による方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びイオンスパッタリング等の方法が挙げられる。また、上記物理的な衝突による方法では、例えば、シータコンポーザ等が用いられる。

はんだ層５，１２を形成する方法は、物理的な衝突による方法であることが好ましい。はんだ層５，１２は、物理的な衝撃により形成されていることが好ましい。

従来、導電層の外側の表面層にはんだ層を有する導電性粒子の粒子径は、数百μｍ程度であった。これは、粒子径が数十μｍであり、かつ表面層がはんだ層である導電性粒子を得ようとしても、はんだ層を均一に形成できなかったためである。これに対して、シータコンポーザを用いることによって、導電性粒子の粒子径が数十μｍ、特に粒子径が０．１μｍ以上、粒子径が５０μｍ以下である導電性粒子を得る場合であっても、導電層の表面上にはんだ層を均一に形成できる。

はんだ層以外の導電層３は、金属により形成されていることが好ましい。はんだ層以外の導電層３を構成する金属は、特に限定されない。該金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、亜鉛、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、ゲルマニウム及びカドミウム、並びにこれらの合金等が挙げられる。また、上記金属としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）も用いることができる。上記金属は１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

第１の導電層４は、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は金層であることが好ましく、ニッケル層、銅層又は金層であることがより好ましく、銅層であることが更に好ましい。導電性粒子は、ニッケル層、パラジウム層、銅層又は金層を有することが好ましく、ニッケル層、銅層又は金層を有することがより好ましく、銅層を有することが更に好ましい。これらの好ましい導電層を有する導電性粒子を電極間の接続に用いることにより、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。また、これらの好ましい導電層の表面には、はんだ層をより一層容易に形成できる。なお、第１の導電層４は、はんだ層であってもよい。導電性粒子は、複数層のはんだ層を有していてもよい。

はんだ層５，１２の厚みは、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、更に好ましくは２０ｎｍ以上、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下である。はんだ層５，１２の厚みが上記下限以上であると、導電性が十分に高くなる。はんだ層５，１２の厚みが上記上限以下であると、樹脂粒子２とはんだ層５，１２との線膨張率の差が小さくなり、はんだ層５，１２の剥離が生じ難くなる。

導電層が多層構造を有する場合には、導電層の合計厚みは、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上、更に好ましくは３０ｎｍ以上、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下である。

樹脂粒子２を形成するための樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスルホン等が挙げられる。樹脂粒子２の硬度を好適な範囲に容易に制御できるので、樹脂粒子２を形成するための樹脂は、エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を１種又は２種以上重合させた重合体であることが好ましい。

導電性粒子１，１１の平均粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下、更に好ましくは５０μｍ以下、特に好ましくは４０μｍ以下である。導電性粒子１，１１の平均粒子径が上記下限以上及び上記上限以下であると、導電性粒子１，１１と電極との接触面積を充分に大きくすることができ、かつ導電層を形成する際に凝集した導電性粒子１，１１が形成されにくくなる。また、導電性粒子１，１１を介して接続された電極間の間隔が大きくなりすぎず、かつ導電層が樹脂粒子２の表面２ａから剥離し難くなる。

異方性導電材料における導電性粒子に適した大きさであり、かつ電極間の間隔をより一層小さくすることができるので、導電性粒子１，１１の平均粒子径は、０．１μｍ以上、５０μｍ以下であることが特に好ましい。

導電性粒子１，１１の「平均粒子径」は、数平均粒子径を示す。導電性粒子１，１１の平均粒子径は、任意の導電性粒子５０個を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、平均値を算出することにより求められる。

導電性粒子のＣＶ値（粒度分布の変動係数）は、１０％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。ＣＶ値が１０％を超えると、導電性粒子により接続された電極間の間隔にばらつきが生じ難くなる。

上記ＣＶ値は下記式で表される。

ＣＶ値（％）＝（ρ／Ｄｎ）×１００
ρ：導電性粒子の直径の標準偏差
Ｄｎ：平均粒子径

（異方性導電材料）
本発明に係る異方性導電材料は、上述した導電性粒子と、バインダー樹脂とを含む。すなわち、本発明に係る異方性導電材料に含まれている導電性粒子は、樹脂粒子と、該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、かつ該導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層である。本発明に係る異方性導電材料は、液状であることが好ましく、異方性導電ペーストであることが好ましい。

上記バインダー樹脂は特に限定されない。上記バインダー樹脂として、例えば、絶縁性の樹脂が用いられる。上記バインダー樹脂としては、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及びエラストマー等が挙げられる。上記バインダー樹脂は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記ビニル樹脂の具体例としては、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂及びスチレン樹脂等が挙げられる。上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びポリアミド樹脂等が挙げられる。上記硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及び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、光硬化型樹脂又は湿気硬化型樹脂であってもよい。上記熱可塑性ブロック共重合体の具体例としては、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、及びスチレン−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。上記エラストマーの具体例としては、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、及びアクリロニトリル−スチレンブロック共重合ゴム等が挙げられる。

上記バインダー樹脂は、熱硬化性化合物であることが好ましい。この場合には、電極間を電気的に接続する際の加熱により、導電性粒子のはんだ層を溶融させるとともに、バインダー樹脂を硬化させることができる。このため、はんだ層による電極間の接続と、バインダー樹脂による接続対象部材の接続とを同時に行うことができる。

接続構造体の耐熱衝撃特性をより一層高める観点からは、上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物であることが好ましい。

本発明に係る異方性導電材料は、バインダー樹脂を硬化させるために、硬化剤を含むことが好ましい。

上記硬化剤は特に限定されない。上記硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤及び酸無水物硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

本発明に係る異方性導電材料は、フラックスをさらに含むことが好ましい。フラックスの使用により、はんだ層の表面に酸化被膜が形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜を効果的に除去できる。

上記フラックスは特に限定されない。フラックスとして、はんだ接合等に一般的に用いられているフラックスを使用できる。フラックスとしては、例えば、塩化亜鉛、塩化亜鉛と無機ハロゲン化物との混合物、塩化亜鉛と無機酸との混合物、溶融塩、リン酸、リン酸の誘導体、有機ハロゲン化物、ヒドラジン、有機酸及び松脂等が挙げられる。フラックスは１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

上記溶融塩としては、塩化アンモニウム等が挙げられる。上記有機酸としては、乳酸、クエン酸、ステアリン酸、グルタミン酸及びヒドラジン等が挙げられる。上記松脂としては、活性化松脂及び非活性化松脂等が挙げられる。上記フラックスは、松脂であることが好ましい。松脂の使用により、電極間の接続抵抗を低くすることができる。

上記松脂はアビエチン酸を主成分とするロジン類である。フラックスは、ロジン類であることが好ましく、アビエチン酸であることがより好ましい。この好ましいフラックスの使用により、電極間の接続抵抗をより一層低くすることができる。

上記フラックスは、バインダー樹脂中に分散されていてもよく、導電性粒子の表面上に付着していてもよい。

本発明に係る異方性導電材料は、フラックスの活性度を調整するために、塩基性有機化合物を含んでいてもよい。上記塩基性有機化合物としては、塩酸アニリン及び塩酸ヒドラジン等が挙げられる。

異方性導電材料による導通性と絶縁性とを両立する観点からは、異方性導電材料１００重量％中、上記バインダー樹脂の含有量は好ましくは３０重量％以上、より好ましくは５０重量％以上、更に好ましくは８０重量％以上、好ましくは９９．９９重量％以下、より好ましくは９９．９重量％以下である。上記バインダー樹脂の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、隣り合う電極間の短絡を一層防止することができ、かつ異方性導電材料により接続された接続対象部材の接続信頼性をより一層高めることができる。

硬化剤を用いる場合には、上記バインダー樹脂１００重量部に対して、上記硬化剤の含有量は好ましくは０．０１重量部以上、より好ましくは０．１重量部以上、好ましくは１００重量部以下、より好ましくは５０重量部以下である。上記硬化剤の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、上記バインダー樹脂を十分に硬化させることができ、更に硬化後に硬化剤に由来する残渣が生じ難くなる。

異方性導電材料１００重量％中、上記導電性粒子の含有量は好ましくは０．０１重量％以上、より好ましくは０．１重量％以上、好ましくは２０重量％以下、より好ましくは１０重量％以下である。上記導電性粒子の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、隣り合う電極間の短絡を一層防止することができ、かつ電極間の導通信頼性がより一層高くなる。

異方性導電材料１００重量％中、フラックスの含有量は０重量％以上、好ましくは０．５重量％以上、好ましくは３０重量％以下、より好ましくは２５重量％以下である。異方性導電材料は、フラックスを含んでいなくてもよい。フラックスの含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、はんだ層の表面に酸化被膜がより一層形成され難くなり、さらに、はんだ層又は電極表面に形成された酸化被膜をより一層効果的に除去できる。

本発明に係る異方性導電材料は、例えば、充填剤、増量剤、軟化剤、可塑剤、重合触媒、硬化触媒、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、帯電防止剤又は難燃剤等の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。

上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法は、従来公知の分散方法を用いることができ特に限定されない。上記バインダー樹脂中に導電性粒子を分散させる方法としては、例えば、バインダー樹脂中に導電性粒子を添加した後、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、導電性粒子を水又は有機溶剤中にホモジナイザー等を用いて均一に分散させた後、バインダー樹脂中へ添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法、並びにバインダー樹脂を水又は有機溶剤等で希釈した後、導電性粒子を添加し、プラネタリーミキサー等で混練して分散させる方法等が挙げられる。

本発明に係る異方性導電材料は、異方性導電ペースト、異方性導電インク、異方性導電粘接着剤、異方性導電フィルム、又は異方性導電シート等として使用できる。本発明の導電性粒子を含む異方性導電材料が、異方性導電フィルム又は異方性導電シート等のフィルム状の接着剤として使用される場合には、該導電性粒子を含むフィルム状の接着剤に、導電性粒子を含まないフィルム状の接着剤が積層されていてもよい。ただし、上述のように、本発明に係る異方性導電材料は、液状であることが好ましく、異方性導電ペーストであることが好ましい。

（接続構造体）
本発明に係る異方性導電材料を用いて、接続対象部材を接続することにより、接続構造体を得ることができる。

上記接続構造体は、第１の接続対象部材と、第２の接続対象部材と、第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備え、該接続部が本発明に係る異方性導電材料により形成されていることが好ましい。第１，第２の接続対象部材は、電気的に接続されていることが好ましい。

図３に、本発明の一実施形態に係る異方性導電材料を用いた接続構造体を模式的に正面断面図で示す。

図３に示す接続構造体２１は、第１の接続対象部材２２と、第２の接続対象部材２３と、第１，第２の接続対象部材２２，２３を接続している接続部２４とを備える。接続部２４は、導電性粒子１を含む異方性導電材料を硬化させることにより形成されている。なお、図３では、導電性粒子１は、図示の便宜上、略図的に示されている。

第１の接続対象部材２２の上面２２ａには、複数の電極２２ｂが設けられている。第２の接続対象部材２３の下面２３ａには、複数の電極２３ｂが設けられている。電極２２ｂと電極２３ｂとが、１つ又は複数の導電性粒子１により電気的に接続されている。従って、第１，第２の接続対象部材２２，２３が導電性粒子１により電気的に接続されている。

上記接続構造体の製造方法は特に限定されない。接続構造体の製造方法の一例としては、第１の接続対象部材と第２の接続対象部材との間に上記異方性導電材料を配置し、積層体を得た後、該積層体を加熱及び加圧する方法等が挙げられる。加熱及び加圧により、導電性粒子１のはんだ層５が溶融して、該導電性粒子１により電極間が電気的に接続される。さらに、バインダー樹脂が熱硬化性化合物である場合には、バインダー樹脂が硬化して、硬化したバインダー樹脂により第１，第２の接続対象部材２２，２３が接続される。

上記加圧の圧力は９．８〜１０^４〜４．９×１０^６Ｐａ程度である。上記加熱の温度は、１２０〜２２０℃程度である。

図４に、図３に示す接続構造体２１における導電性粒子１と電極２２ｂ，２３ｂとの接続部分を拡大して正面断面図で示す。図４に示すように、接続構造体２１では、上記積層体を加熱及び加圧することにより、導電性粒子１のはんだ層５が溶融した後、溶融したはんだ層部分５ａが電極２２ｂ，２３ｂと十分に接触する。すなわち、表面層がはんだ層５である導電性粒子１を用いることにより、導電層の表面層がニッケル、金又は銅等の金属である導電性粒子を用いた場合と比較して、導電性粒子１と電極２２ｂ，２３ｂとの接触面積を大きくすることができる。このため、接続構造体２１の導通信頼性を高めることができる。なお、加熱により、一般にフラックスは次第に失活する。

上記接続対象部材としては、具体的には、半導体チップ、コンデンサ及びダイオード等の電子部品、並びにプリント基板、フレキシブルプリント基板及びガラス基板等の回路基板等が挙げられる。

上記接続対象部材に設けられている電極としては、金電極、ニッケル電極、錫電極、アルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極及びタングステン電極等の金属電極が挙げられる。上記接続対象部材がフレキシブルプリント基板である場合には、上記電極は金電極、ニッケル電極、錫電極又は銅電極であることが好ましい。上記接続対象部材がガラス基板である場合には、上記電極はアルミニウム電極、銅電極、モリブデン電極又はタングステン電極であることが好ましい。なお、上記電極がアルミニウム電極である場合には、アルミニウムのみで形成された電極であってもよく、金属酸化物層の表面にアルミニウム層が積層された電極であってもよい。上記金属酸化物としては、３価の金属元素がドープされた酸化インジウム及び３価の金属元素がドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。上記３価の金属元素としては、Ｓｎ、Ａｌ及びＧａ等が挙げられる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。本発明は、以下の実施例のみに限定されない。

（導電性粒子の作製例１）
平均粒子径２０μｍの樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＳＰ」、３０〜６０℃の線膨張係数：６８ｐｐｍ／℃）を無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面に厚さ０．３μｍの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚さ１μｍの銅層を形成した。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み１μｍのはんだ層を形成した。このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層の表面上に厚み１μｍのはんだ層（錫：ビスマス＝４２重量％：５８重量％）が形成されている導電性粒子Ａを作製した。

尚、導電性粒子の作製例１で用いた樹脂粒子の３０〜６０℃における線膨張係数は、上記樹脂粒子と同配合、同重合条件で別途作製したシート状サンプルを用意し、熱・応力・歪測定装置（Ｓｅｉｋｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社製「ＥＸＳＴＡＲ ＴＭＡ／ＳＳ１２０」）を用いて測定した。後述の導電性粒子の作製例２で用いた樹脂粒子の３０〜６０℃における線膨張係数も同様にして測定した。

（導電性粒子の作製例２）
平均粒子径２０μｍの樹脂粒子（積水化学工業社製「ミクロパールＬＰ」、３０〜６０℃の線膨張係数：８５ｐｐｍ／℃）を無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面に厚さ０．３μｍの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚さ１μｍの銅層を形成した。その後、シータコンポーザ（徳寿工作所社製）を用いて、得られた粒子の銅層の表面上で、はんだ微粉末（錫４２重量％とビスマス５８重量％とを含む、平均粒子径３μｍ）を溶融させて、銅層の表面上に厚み１μｍのはんだ層を形成した。このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み１μｍの銅層が形成されており、該銅層の表面上に厚み１μｍのはんだ層（錫：ビスマス＝４２重量％：５８重量％）が形成されている導電性粒子Ｂを作製した。

（実施例１）
Ｇ−０２５０Ｓ（日油社製）５０重量部、ＨＰ−７２００ＨＨ（ＤＩＣ社製）５０重量部、２ＭＡＯＫ（四国化成工業社製）１０重量部、及び作製例１で得られた導電性粒子Ａ１０重量部をメチルエチルケトン中で分散し、ＰＥＴフィルム上に塗膜を形成して異方性導電材料を得た。尚、導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の３０〜６０℃における線膨張係数は６６ｐｐｍ／℃であった。導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の３０〜６０℃における線膨張係数は、上記異方性導電材料から導電性粒子を除いたサンプルを２００℃で１０分間加熱した硬化物を別途用意し、熱・応力・歪測定装置（Ｓｅｉｋｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．社製「ＥＸＳＴＡＲ ＴＭＡ／ＳＳ１２０」）を用いて測定した。後述の導電性粒子を除く全成分を含む硬化物の３０〜６０℃における線膨張係数も同様にして測定した。

（実施例２）
Ｇ−２０５０Ｍ（日油社製）５０重量部、ＥＯＣＮ−１０２０−５５（日本化薬社製）５０重量部、ＹＨ−３０６（三菱化学社製）４０重量部、２ＭＡＯＫ（四国化成工業社製）５重量部、及び作製例１で得られた導電性粒子Ａ１５重量部をメチルエチルケトン中で分散し、ＰＥＴフィルム上へ塗膜して異方性導電材料を得た。尚、導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の３０〜６０℃における線膨張係数は７５ｐｐｍ／℃であった。

（実施例３）
Ｇ−２０５０Ｍ（日油社製）５０重量部、ＨＰ−７２００ＨＨ（ＤＩＣ社製）５０重量部、ＨＮＡ−１００（新日本理化社製）５０重量部、２ＭＡＯＫ（四国化成工業社製）５重量部、及び作製例１で得られた導電性粒子Ａ１５重量部をメチルエチルケトン中で分散し、ＰＥＴフィルム上へ塗膜して異方性導電材料を得た。尚、導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の３０〜６０℃における線膨張係数は８２ｐｐｍ／℃であった。

（実施例４）
作製例１で得られた導電性粒子Ａを、作製例２で得られた導電性粒子Ｂに変更したこと以外は実施例２と同様にして、異方性導電材料を得た。

（実施例５）
作製例１で得られた導電性粒子Ａを、作製例２で得られた導電性粒子Ｂに変更したこと以外は実施例３と同様にして、異方性導電材料を得た。

（比較例１）
はんだ粒子（錫：ビスマス＝４３重量％：５７重量％、平均粒子径２０μｍ）を用意した。作製例１で得られた導電性粒子Ａを、上記はんだ粒子に変更したこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。

（比較例２）
はんだ粒子（錫：ビスマス＝４２重量％：５８重量％、平均粒子径２０μｍ）を用意した。作製例１で得られた導電性粒子Ａを、上記はんだ粒子に変更したこと以外は実施例３と同様にして、異方性導電材料を得た。

（比較例３）
エピコート８２８（三菱化学社製）１００重量部、ＭＨ−７００（新日本理化社製）４０重量部、及び作製例１で得られた導電性粒子Ａ１５重量部を攪拌することにより、異方性導電材料を得た。尚、導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の３０〜６０℃における線膨張係数は１０４ｐｐｍ／℃であった。

（比較例４）
作製例１で得られた導電性粒子Ａを、作製例２で得られた導電性粒子Ｂに変更したこと以外は実施例１と同様にして、異方性導電材料を得た。

（比較例５）
作製例１で得られた導電性粒子Ａを、作製例２で得られた導電性粒子Ｂに変更したこと以外は比較例３と同様にして、異方性導電材料を得た。

（評価）
（１）接続構造体の作製
Ｌ／Ｓが３００μｍ／３００μｍの金電極パターンが上面に形成されたＦＲ−４基板を用意した。また、Ｌ／Ｓが３００μｍ／３００μｍの金電極パターンが下面に形成されたポリイミド基板（フレキシブル基板）を用意した。

上記ＦＲ−４基板の上面に、得られた異方性導電材料を用いて、厚さ４０μｍとなるように異方性導電材料層を形成した。

次に、異方性導電材料層の上面にポリイミド基板（フレキシブル基板）を、電極同士が対向するように積層した。その後、異方性導電材料層の温度が２００℃となるようにヘッドの温度を調整しながら、半導体チップの上面に加圧加熱ヘッドを載せ、はんだを溶融させながら異方性導電材料層を硬化させ、接続構造体を得た。

（２）横方向に隣接する電極間の絶縁性試験
得られた接続構造体において、隣接する電極間のリークの有無を、テスターで抵抗を測定することにより評価した。抵抗が５００ＭΩを越える場合にリーク無として結果を「○」、抵抗が５００ＭΩ以下である場合にリーク有として結果を「×」と判定した。

（３）上下の電極間の導通試験
得られた接続構造体の上下の電極間の接続抵抗をそれぞれ、４端子法により測定した。２つの接続抵抗の平均値を算出した。なお、電圧＝電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。接続抵抗の平均値が２．０Ω以下である場合を「○」、接続抵抗の平均値が２Ωを超える場合を「×」と判定した。

（４）耐熱衝撃特性
得られた接続構造体をそれぞれ２０個用意し、−３０℃で３０分間保持し、次に８０℃まで昇温させて３０分間保持した後、−３０℃まで降温する過程を１サイクルとする冷熱サイクル試験を実施した。５００サイクル及び１０００サイクル後に、それぞれ１０個の接続構造体を取り出した。

５００サイクルの冷熱サイクル試験後の１０個の接続構造体、並びに１０００サイクルの冷熱サイクル試験後の１０個の接続構造体について、上下の電極間の導通不良が生じているか否かを評価した。１０個の接続構造体のうち、導通不良が生じている個数が１個以下である場合を「○」、２個以上である場合を「×」と判定した。

また、さらに過酷な条件として−４０℃で３０分間保持し、次に１２５℃まで昇温させて３０分間保持した後、−３０℃まで降温する過程を１サイクルとする冷熱サイクル試験を５００サイクル及び１０００サイクル同様に実施した。

結果を下記の表１に示す。なお、下記の表１において、「−」は評価していないことを示す。また、下記の表１では、−３０℃〜８０℃の冷熱サイクル試験結果を耐熱衝撃特性（１）、−４０℃〜１２５℃の冷熱サイクル試験結果を耐熱衝撃特性（２）として示す。

表１に示すように、実施例１〜５の導電性粒子を分散させた異方性導電材料を用いた接続構造体では、横方向に隣接する電極間のリークが無く、上下の電極間が十分に接続されていることがわかる。さらに、実施例１〜５の異方性導電材料を用いた接続構造体では、耐熱衝撃特性に優れていることがわかる。

１…導電性粒子
１ａ…表面
２…樹脂粒子
２ａ…表面
３…導電層
４…第１の導電層
４ａ…表面
５…はんだ層
５ａ…溶融したはんだ層部分
１１…導電性粒子
１２…はんだ層
２１…接続構造体
２２…第１の接続対象部材
２２ａ…上面
２２ｂ…電極
２３…第２の接続対象部材
２３ａ…下面
２３ｂ…電極
２４…接続部

Claims (6)

1. 導電性粒子と、バインダー樹脂とを含み、
   前記導電性粒子が、樹脂粒子と該樹脂粒子の表面を被覆している導電層とを有し、該導電層の少なくとも外側の表面層が、はんだ層であり、
   前記導電性粒子中の上記樹脂粒子の３０〜６０℃においての線膨張係数と異方性導電材料中の上記導電性粒子を除く全成分を含む材料の３０〜６０℃においての線膨張係数との差の絶対値が１５ｐｐｍ／℃以下である、異方性導電材料。
2. 前記バインダー樹脂が硬化性化合物であり、
   異方性導電材料中の前記導電性粒子を除く全成分を含む材料の線膨張係数が、異方性導電材料中の前記導電性粒子を除く全成分を含む材料の硬化物の線膨張係数である、請求項１に記載の異方性導電材料。
3. 前記バインダー樹脂がエポキシ化合物である、請求項１又は２に記載の異方性導電材料。
4. 前記導電性粒子の平均粒子径が、０．１μｍ以上、５０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異方性導電材料。
5. フラックスをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の異方性導電材料。
6. 第１の接続対象部材と、
   第２の接続対象部材と、
   前記第１，第２の接続対象部材を接続している接続部とを備え、
   前記接続部が、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異方性導電材料により形成されている、接続構造体。

Images