導(dǎo)電性微粒、各向異性導(dǎo)電材料和導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電性微粒，其是即使施加因下落等所帶來(lái)的沖擊，也不易發(fā)生 因電極與該導(dǎo)電性微粒的連接界面的破壞所導(dǎo)致的斷線(xiàn)，即使反復(fù)受到加熱和冷卻，也不 易疲勞的導(dǎo)電性微粒。本發(fā)明還涉及使用該導(dǎo)電性微粒而成的各向異性導(dǎo)電材料和導(dǎo)電連 接結(jié)構(gòu)體。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，在電子電路基板中，1C或LSI通過(guò)將電極焊接于印制電路板而被連接。但 是，在焊接的情況下，無(wú)法將印制電路板與1C或LSI有效地連接。另外，在焊接的情況下， 難以使1C或LSI的安裝密度得以提高。
[0003] 為了解決該問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了利用將焊料制成球狀的所謂"焊料球"將1C或LSI連 接于基板的BGA(球柵陣列）。如果使用BGA，那么使安裝于芯片或基板的焊料球在高溫下 熔融，能夠使基板與芯片連接。因此，電子電路基板的生產(chǎn)效率得到改善，能夠制造芯片的 安裝密度得到了提高的電子電路基板。
[0004] 但是，近年來(lái)，基板的多層化正在推進(jìn)，多層基板容易受到使用環(huán)境的影響，因此 存在基板中發(fā)生變形、伸縮，在基板間的連接部發(fā)生斷線(xiàn)這樣的問(wèn)題。
[0005] 例如，若使用焊料球而將半導(dǎo)體連接于基板上，則由于半導(dǎo)體與基板的線(xiàn)膨脹系 數(shù)不同，所以會(huì)對(duì)焊料球施加應(yīng)力。其結(jié)果是，有時(shí)在焊料球中產(chǎn)生龜裂、斷線(xiàn)。
[0006] 對(duì)于這樣的問(wèn)題，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了，在樹(shù)脂微粒的表面形成有包含導(dǎo)電性高 的金屬的導(dǎo)電金屬層，進(jìn)一步在導(dǎo)電金屬層的表面形成有焊料層的導(dǎo)電性微粒。若使用這 樣的導(dǎo)電性微粒，則能夠緩和柔軟的樹(shù)脂微粒對(duì)導(dǎo)電性微粒所施加的應(yīng)力。由于在導(dǎo)電性 微粒的最表面形成有焊料層，因此能夠容易地將電極間進(jìn)行導(dǎo)電連接。
[0007] 將形成有焊料層的導(dǎo)電性微粒安裝于基板的電極時(shí)，在形成于一方基板的電極上 配置導(dǎo)電性微粒，通過(guò)回流焊使焊料層熔融，將導(dǎo)電性微粒固定于電極。隨后，形成于另一 方基板的電極與形成于所述一方基板的電極以對(duì)置的方式配置，通過(guò)回流焊而使基板的電 極間被導(dǎo)電連接。
[0008] 但是，將如專(zhuān)利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的在芯粒子的表面形成有焊料層的導(dǎo)電性微粒用于 近年來(lái)成為主流的具有包含銅的電極的電子電路基板的導(dǎo)電連接的情況下，存在如下問(wèn) 題，在施加因下落等所帶來(lái)的沖擊時(shí)，容易發(fā)生因連接界面的破壞所導(dǎo)致的斷線(xiàn)。另外，若 使用電子設(shè)備，則不斷進(jìn)行所謂"熱循環(huán)"，即，由于電子部件的發(fā)熱而使電子設(shè)備內(nèi)部的溫 度上升，而電子設(shè)備使用后，電子設(shè)備內(nèi)部的溫度返回到室溫這樣的加熱-冷卻的反復(fù)。反 復(fù)進(jìn)行該熱循環(huán)時(shí)，有時(shí)發(fā)生電極與導(dǎo)電性微粒的連接界面被破壞，發(fā)生斷線(xiàn)。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2001-220691號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的課題
[0013] 本發(fā)明的目的在于，提供一種導(dǎo)電性微粒，其是即使施加因下落等所帶來(lái)的沖擊， 也不易發(fā)生因電極與該導(dǎo)電性微粒的連接界面的破壞所導(dǎo)致的斷線(xiàn)，即使反復(fù)受到加熱和 冷卻，也不易疲勞的導(dǎo)電性微粒。另外，本發(fā)明的目的在于，提供使用該導(dǎo)電性微粒而成的 各向異性導(dǎo)電材料和導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)體。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 本發(fā)明的導(dǎo)電性微粒是在包含樹(shù)脂或金屬的芯粒子的表面，至少依次層疊有導(dǎo)電 金屬層、阻擋層、銅層、和含有錫的焊料層的導(dǎo)電性微粒，其中，上述銅層和焊料層直接接 觸，與上述焊料層直接接觸的銅層中的銅相對(duì)于上述焊料層中包含的錫的比率為0. 5~5 重量％。
[0016] 以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述。
[0017] 本發(fā)明人潛心研宄的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將在芯粒子的表面形成有焊料層的導(dǎo)電性微粒用 于具有包含銅的電極的電子電路基板的導(dǎo)電連接的情況下，在施加因下落等所帶來(lái)的沖擊 或反復(fù)進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)，發(fā)生因連接界面的破壞所導(dǎo)致的斷線(xiàn)的原因在于，在連接界面生成 錫一銅的金屬間化合物（以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為"金屬間化合物"。）。即可認(rèn)為，焊料層中包含 錫，在回流焊時(shí)進(jìn)行加熱而使焊料層熔融，此時(shí)，將構(gòu)成電極的銅的一部分帶納入而使電極 的純粹的銅減少，在連接界面形成大量的金屬間化合物（以下，將該現(xiàn)象稱(chēng)為"銅蝕"。）。 金屬間化合物相比于銅、焊料，具有硬且脆的性質(zhì)，因此，可認(rèn)為在施加因下落等所帶來(lái)的 沖擊或反復(fù)進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)，包含形成于連接界面的金屬間化合物的部位被破壞，發(fā)生斷線(xiàn)。
[0018] 本發(fā)明人進(jìn)一步潛心研宄的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以相對(duì)于焊料層中包含的錫的比率成為一 定的范圍內(nèi)的方式使焊料層直接接觸銅層，由此可得到即使施加因下落等所帶來(lái)的沖擊或 反復(fù)進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)，也不易發(fā)生因連接界面的破壞所導(dǎo)致的斷線(xiàn)的導(dǎo)電性微粒，從而完成 本發(fā)明。
[0019] 可認(rèn)為這是由于，通過(guò)預(yù)先使導(dǎo)電性微粒的焊料層直接接觸銅層，從而在回流焊 時(shí)進(jìn)行加熱熔融時(shí)，首先銅從銅層中擴(kuò)散至焊料層中，焊料層中的銅熔化，由此，抑制要將 更多的銅納入的"銅蝕"的趨勢(shì)，能夠防止殘留電極的純粹的銅而在連接界面形成大量的金 屬間化合物這一情況。
[0020] 本發(fā)明的導(dǎo)電性微粒具有在包含樹(shù)脂或金屬的芯粒子的表面，至少依次層疊有導(dǎo) 電金屬層、阻擋層、銅層、和含有錫的焊料層的結(jié)構(gòu)。
[0021] 作為形成上述芯粒子的樹(shù)脂，例如可列舉出聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù) 月旨、聚異丁烯樹(shù)脂、聚丁二烯樹(shù)脂、聚氯乙烯樹(shù)脂、聚偏氯乙烯樹(shù)脂、聚四氟乙烯樹(shù)脂等聚烯 烴樹(shù)脂；聚甲基丙烯酸甲酯樹(shù)脂、聚丙烯酸甲酯樹(shù)脂等丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂；聚對(duì)苯二甲酸烷二 醇酯（步y(tǒng)uu7夕u-卜）樹(shù)脂、聚砜樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、苯酚 甲醛樹(shù)脂、三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂、苯胍胺-甲醛樹(shù)脂、尿素甲醛樹(shù)脂等。
[0022] 作為形成上述芯粒子的金屬，例如可列舉出銅、鎳、銀等。
[0023] 其中，在使用包含樹(shù)脂的芯粒子的情況下，對(duì)于導(dǎo)電連接有本發(fā)明的導(dǎo)電性微粒 的基板而言，即使發(fā)生因外環(huán)境變化所帶來(lái)的變形、伸縮，也能夠緩和柔軟的樹(shù)脂對(duì)導(dǎo)電性 微粒所施加的應(yīng)力。另一方面，在使用包含金屬的芯粒子的情況下，即使芯片發(fā)熱，也可期 待通過(guò)借助粒子而傳遞至基板，從而使散熱性提高。
[0024] 在上述芯粒子包含樹(shù)脂的情況下，從使導(dǎo)電性微粒壓縮變形時(shí)的形狀、對(duì)電極的 損傷的觀點(diǎn)出發(fā)，上述芯粒子的10%K值的優(yōu)選下限為lOOOMPa，優(yōu)選上限為15000MPa，上 述10%K值的更優(yōu)選下限為2000MPa，更優(yōu)選上限為lOOOOMPa。
[0025] 需要說(shuō)明的是，上述10%K值是使用微小壓縮試驗(yàn)器（例如，島津制作所公司制 "PCT-200")，測(cè)定利用直徑50ym的金剛石制圓柱的平滑壓頭端面，在壓縮速度2. 6mN/秒、 最大試驗(yàn)載荷l〇g的條件下，將包含樹(shù)脂的芯粒子壓縮時(shí)的壓縮位移（_)，可以通過(guò)下述 式求出。
[0026]
[0027] F:包含樹(shù)脂的芯粒子的10%壓縮變形的載荷值（N)
[0028] S:包含樹(shù)脂的芯粒子的10%壓縮變形的壓縮位移（mm)
[0029] R:包含樹(shù)脂的芯粒子的半徑（mm)
[0030] 從芯粒子、導(dǎo)電性微粒的分散性、作為各向異性導(dǎo)電材料的適合性的觀點(diǎn)出發(fā)，上 述芯粒子的平均粒徑的優(yōu)選下限為10ym，優(yōu)選上限為2000ym。上述平均粒徑的更優(yōu)選下 限為30ym，更優(yōu)選上限為1500ym。上述平均粒徑的進(jìn)一步優(yōu)選下限為50ym，進(jìn)一步優(yōu)選 上限為1000um。
[0031] 需要說(shuō)明的是，上述芯粒子的平均粒徑是指，使用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察 隨機(jī)選擇的50個(gè)芯粒子而得到的直徑的平均值。
[0032] 從導(dǎo)電性微粒的連接可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，上述芯粒子的粒徑的CV值的優(yōu)選上限 為15%。CV值的更優(yōu)選上限為10%。需要說(shuō)明的是，CV值是由標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均粒徑而 得的值的百分率（％ )所表示的數(shù)值。
[0033] 制作上述包含樹(shù)脂的芯粒子的方法沒(méi)有特別限定，例如可列舉出基于聚合法的方 法，使用高分子保護(hù)劑的方法，使用表面活性劑的方法等。
[0034] 上述基于聚合法的方法沒(méi)有特別限定，可列舉出基于乳化聚合、懸濁聚合、種子聚 合、分散聚合、分散