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JP2014067507A - 接続構造体の製造方法 - Google Patents

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JP2014067507A
JP2014067507A JP2012210225A JP2012210225A JP2014067507A JP 2014067507 A JP2014067507 A JP 2014067507A JP 2012210225 A JP2012210225 A JP 2012210225A JP 2012210225 A JP2012210225 A JP 2012210225A JP 2014067507 A JP2014067507 A JP 2014067507A
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conductive adhesive
solder particles
connection structure
manufacturing
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秀次 波木
Moriyuki Kanizawa
士行 蟹澤
Akira Ishigami
明 石神
Masaharu Aoki
正治 青木
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Dexerials Corp
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Abstract

【課題】接続信頼性が高く、しかも高い放熱性が得られる異方性導電接着剤を用いた接続構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】はんだ粒子３１が、エポキシ樹脂と酸無水物とを含有する熱硬化性接着剤組成物３３に分散された異方性導電接着剤を、第１の電子部品及び第２の電子部品の端子との間に配置する工程と、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子のいずれか一方を、所定の加熱温度で押圧して、はんだ粒子３１を第１及び第２の電子部品の端子間に捕捉させる工程を有する。加熱温度をはんだ粒子３１の融点未満とすることにより、高い接続信頼性及び高い放熱性を有する接続構造体を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性粒子が分散された異方性導電接着剤を用いた接続構造体の製造方法に関し、特に、ドライバーＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のチップ（素子）が発する熱を放熱することが可能な接続構造体の製造方法に関する。
従来、ＬＥＤ素子を基板に実装する工法として、ワイヤーボンド工法が用いられている。ワイヤーボンド工法は、図３に示すように、ＬＥＤ素子の電極（第１導電型電極１０４ａ及び第２導電型電極１０２ａ）面を上に向け（フェイスアップ）、そのＬＥＤ素子と基板の電気的接合をワイヤーボンド（ＷＢ）３０１ａ、３０１ｂで行い、ＬＥＤ素子と基板との接着には、ダイボンド材３０２を用いる。
しかし、このようなワイヤーボンドで電気的接続を得る方法では、電極（第１導電型電極１０４ａ及び第２導電型電極１０２ａ）からのワイヤーボンドの物理的破断・剥離のリスクがあるため、より信頼性の高い技術が求められている。さらに、ダイボンド材３０２の硬化プロセスは、オーブン硬化で行われるため、生産に時間が掛かる。
ワイヤーボンドを用いない工法として、図４に示すように、ＬＥＤ素子の電極（第１導電型電極１０４ａ及び第２導電型電極１０２ａ）面を基板側に向け(フェイスダウン、フリップチップ)、そのＬＥＤ素子と基板との電気的接続に、銀ペーストに代表される導電性ベースト３０３ａ、３０３ｂを用いる方法がある。
しかし、導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂは、接着力が弱いため、封止樹脂３０４による補強が必要である。さらに、封止樹脂３０４の硬化プロセスは、オーブン硬化で行われるため、生産に時間が掛かる。
導電性ペーストを用いない工法として、図５に示すように、ＬＥＤ素子の電極面を基板側に向け(フェイスダウン、フリップチップ)、そのＬＥＤ素子と基板との電気的接続及び接着に、絶縁性の接着剤バインダー３０５中に導電性粒子３０６を分散させた異方性導電接着剤を用いる方法がある。異方性導電接着剤は、接着プロセスが短いため、生産効率が良い。また、異方性導電接着剤は、安価であり、透明性、接着性、耐熱性、機械的強度、電気絶縁性等に優れている。
また、近年、フリップチップ実装するためのＬＥＤ素子が開発されている。このＦＣ実装用ＬＥＤ素子は、パッシベーション１０５により、電極面積を大きく取る設計が可能であるため、バンプレス実装が可能となる。また、発光層の下に反射膜を設けることによって光取り出し効率が良くなる。
ＦＣ実装用ＬＥＤ素子を基板に実装する工法としては、図６に示すように、金スズ共晶接合が用いられている。金スズ共晶接合は、チップ電極を金とスズの合金３０７で形成し、フラックスを基板に塗布し、チップを搭載、加熱することで基板電極と、共晶接合させる工法である。しかし、このようなはんだ接続工法は、加熱中のチップズレや洗浄しきれなかったフラックスによる信頼性への悪影響があるため歩留まりが悪い。また、高度な実装技術が必要である。
金スズ共晶を用いない工法として、図７に示すように、ＬＥＤ素子の電極面と基板との電気的接続に、はんだペーストを用いるはんだ接続工法がある。しかし、このようなはんだ接続工法は、ペーストが等方性の導電性を有するため、ｐｎ電極間がショートしてしまい歩留まりが悪い。
はんだペーストを用いない工法として、図８に示すように、ＬＥＤ素子と基板との電気的接続及び接着に、図５と同様、絶縁性のバインダー中に導電性粒子を分散させたＡＣＦなどの異方性導電接着剤を用いる方法がある。異方性導電接着剤は、ｐｎ電極間に絶縁性のバインダーが充填される。よって、ショートが発生しにくいため歩留まりが良い。また、接着プロセスが短いため、生産効率が良い。
ところで、ＬＥＤ素子の活性層（ジャンクション）１０３は、光の他に多くの熱を発生し、発光層温度（Ｔｊ＝ジャンクション温度）が１００℃以上になると、ＬＥＤの発光効率が低下し、ＬＥＤの寿命が短くなる。このため、活性層１０３の熱を効率良く逃がすための構造が必要である。
図３に示すようなＷＢ実装では、活性層１０３がＬＥＤ素子の上側に位置するため、発生した熱が基板側に効率良く伝わらないため放熱性が悪い。
また、図４、６、７に示すようなフリップチップ実装を行うと、活性層１０３が基板側に位置するため、熱が基板側に効率良く伝わる。図４、７に示すように、電極間を導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂで接合した場合、高効率で放熱することができるが、導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂによる接続は、上記で述べたように接続信頼性が悪い。また、図６に示すように、金スズ共晶接合を行った場合も、上記で述べたのと同様に接続信頼性が悪い。
また、図５、８に示すように、導電性ペースト３０３ａ、３０３ｂを用いずにＡＣＦ（Anisotropic conductive film）やＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等の異方性導電接着剤でフリップチップ実装することで、活性層１０３が基板側近く配置され、熱が基板側に効率良く伝わる。また、接着力が高いため、高い接続信頼性が得られる。
また、はんだペーストを類似する技術として、特許文献１〜４には、異方性導電接着剤に、導電性粒子としてはんだ粒子を配合することが記載されている。
また、特許文献５には、ＬＥＤ素子に使用される異方性導電接着剤に、接着層内部に入射する光を効率的に利用するために、白色無機粒子を含有させることにより、当該光を反射させてＬＥＤ素子の全光束量を高めることが記載されている。
特開平１１−４０６４号公報 特開昭６０−１７８６９０号公報 特開平１１−１７６８７９号公報 特開平８−１８６１５６号公報 特開２０１１−０５７９１７号公報
しかしながら、従来の異方性導電接着剤の硬化物の熱伝導率は、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるため、ＬＥＤ素子から発生する熱を基板側に十分に逃がすことができない。また、異方性導電接着剤を用いたフリップチップ実装では、電気接続部分の導電性粒子のみが放熱路となるため、放熱性が悪い。
特許文献１〜４のように、異方性導電接着剤にはんだ粒子を用いれば、接続信頼性の確保はもとより、放熱性の確保も期待できる。しかしながら、はんだ粒子全体を溶融させてしまうと、必要以上にはんだ粒子と端子との接触面積が高くなり、その状態で熱サイクル試験を行うと、クラックなどの不良が発生してしまう。
また、特許文献５に記載された白色無機粒子を含有する異方性導電接着剤は、その熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・ｋ）と従来の異方性導電接着剤よりも多少熱伝導率が高く、放熱性が期待できる。しかし、白色無機粒子の粒子径が導電性粒子と同じ又は大きい場合、ＬＥＤ素子と基板の端子間に対して接続不良の原因となる。また、白色無機粒子の粒径が小さい場合、端子間同士で接触しないため放熱路となりえない。結局、接続信頼性を確保しようとすると、白色無機粒子は放熱性に寄与させることができないのが現実である。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、接続信頼性が高く、しかも高い放熱性が得られる異方性導電接着剤を用いた接続構造体の製造方法を提供する。
本件発明者は、鋭意検討を行った結果、導電性粒子としてはんだ粒子を使用すること、異方性導電接着剤を用いて、はんだ粒子の融点未満の温度で加熱押圧することで、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明に係る接続構造体の製造方法は、第１の電子部品及び第２の電子部品の夫々の端子を、はんだ粒子を介して電気的に接続されてなる接続構造体の製造方法において、はんだ粒子が、エポキシ樹脂と酸無水物とを含有する熱硬化性接着剤組成物に分散された異方性導電接着剤を、前記第１の電子部品及び前記第２の電子部品の端子との間に配置する工程と、前記第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子のいずれか一方を、所定の加熱温度で押圧して、前記はんだ粒子を前記第１及び第２の電子部品の端子間に捕捉させる工程を有し、前記所定の加熱温度が、前記はんだ粒子の融点未満であることを特徴としている。
また、本発明に係る接続構造体は、前述の接続構造体の製造方法に使用される異方性導電接着剤であって、はんだ粒子が、エポキシ樹脂と酸無水物とを含む熱硬化性接着剤組成物に分散されてなることを特徴としている。
本発明によれば、はんだ粒子の融点未満で加熱押圧するため、はんだ粒子の表面は濡れるものの、はんだ粒子全体は溶融しない。そのために、はんだ粒子と端子表面とは金属結合を確保できるものの、接触面積が必要以上に大きくならない効果を有し、熱サイクル試験によるクラックなどの発生を防止することができる。また、金属結合により形成された接触は、放熱路としての役割を果たす。したがって、接続信頼性が高く、放熱性の高い、特に、ＬＥＤ素子の接続に有用な接続構造体の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施の形態に係るＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 本発明の他の一実施の形態に係るＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ワイヤーボンド工法によるＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 導電性ペーストを用いたＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 異方性導電接着剤を用いたＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ＦＣ実装用ＬＥＤを金スズ共晶接合により実装したＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ＦＣ実装用ＬＥＤを導電性ペーストにより実装したＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。 ＦＣ実装用ＬＥＤを異方性導電接着剤により実装したＬＥＤ実装体の一例を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．異方性導電接着剤及びその製造方法
２．接続構造体及びその製造方法
３．実施例
＜１．異方性導電接着剤及びその製造方法＞
本実施の形態における異方性導電接着剤は、はんだ粒子がエポキシ樹脂と酸無水物とを含有するバインダー（接着剤成分）中に分散されたものであり、その形状は、ペースト、フィルムなどであり、目的に応じて適宜選択することができる。
本実施の形態では、異方性導電接着剤を後述する構成とすることにより、圧着時に、はんだ粒子がその融点未満の温度で加熱加圧されるため、はんだ粒子の表面は濡れるものの、はんだ粒子全体は溶融しない。このため、はんだ粒子と端子表面とは金属結合を確保できるものの、接触面積が必要以上に大きくならず、熱サイクル試験によるクラックなどの発生を防止することができる。また、金属結合により形成された接触は、放熱路としての役割を果たす。したがって、接続信頼性が高く、放熱性の高い、特に、ＬＥＤ素子の接続に有用な接続構造体の製造方法を提供することができる。
はんだ粒子は、例えばＪＩＳ Ｚ ３２８２−１９９９に規定されている、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ａｇ系などから、電極材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。また、はんだ粒子の形状は、粒状、燐片状などから適宜選択することができる。なお、はんだ粒子は、異方性を向上させるために絶縁層で被覆されていても構わない。
本実施の形態では、加熱押圧する際の加熱温度がはんだ粒子の融点よりも低く設定されるが、この加熱押圧の際の加熱温度は、熱硬化性接着剤組成物の反応開始温度と等しい又はそれ以上であることが好ましい。具体的には、熱硬化性樹接着剤組成物の反応温度が、一般的な１４０〜２２０℃である場合、はんだ粒子の融点が２１０〜２４０℃の範囲のものを選択することが好ましい。
はんだ粒子の中には、いわゆる固相点及び液相点を有するはんだ粒子と、固相点と液相点が実質的に合致して一つの融点として把握される共晶はんだ粒子がある。本実施の形態においては、そのいずれものはんだ粒子も使用が可能であるが、前者のはんだ粒子を使用する場合には、固相点未満で加熱押圧し、後者の場合には共晶融点未満で加熱押圧することになる。すなわち、本明細書において、はんだ粒子の融点は、大気圧雰囲気で固相（固体）のはんだが溶け始める固相線温度を云う。
はんだ粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、１〜２０μｍであることが好ましく、より好ましくは２〜１０μｍである。また、はんだ粒子の配合量は、接続信頼性及び絶縁信頼性の観点から異方性導電接着剤全量に対して１〜５０体積％の範囲であることが好ましく、特に、３〜２５体積％の範囲であることが好ましい。はんだ粒子の配合量が、３体積％以上であると、接続信頼性と放熱性を確実に確保され、２５体積％以下であると、隣接するはんだ粒子の接触に伴うショート等を避けることができる。
なお、導電性粒子として、はんだ粒子以外にも、本発明の効果に影響を与えない範囲において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の樹脂粒子の表面をＡｕ、Ｎｉ、Ｚｎ等の金属で被覆した金属被覆樹脂粒子を併用することができる。
また、本実施の形態における異方性導電接着剤中に白色無機粒子が分散されていることが好ましい。白色無機粒子は、異方性導電接着剤に光反射性を与えるとともに、異方性導電接着剤に多少の熱伝導性を高める目的で配合される。
白色無機粒子としては、金属酸化物、金属窒素化物、金属硫化物等の無機微粒子が用いられ、自然光の下で灰色から白色を呈する粒子であることが好ましい。具体的な白色無機粒子としては、酸化チタン、窒化ホウ素、酸化亜鉛、及び酸化アルミニウム等の中から種々選択して使用することがこのましい。
また、白色無機粒子の熱伝導率は、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。白色無機粒子の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、接続構造体の放熱性を向上させることができる。
白色無機粒子の形状は、球状、鱗片状、不定形状、針状等で良いが、反射率を考慮すると、球状又は鱗片状であることが好ましい。白色無機粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、はんだ粒子よりも大きいと端子間接続の際の障害となるため、はんだ粒子よりも小さいことが好ましい。具体的な平均粒径（Ｄ５０）は、白色無機粒子が球状の場合、０．０２〜２０μｍ、より好ましくは０．２〜１．０μｍである。
また、白色無機粒子の配合量は、少なすぎると光反射性の実現の効果がなく、また多すぎるとはんだ粒子の接続の障害となるため、異方導電接着剤全量において１〜５０体積％、より好ましくは２〜２５体積％である。
熱硬化性接着剤組成物としては、従来の異方性導電接着剤や異方性導電フィルムにおいて使用されている接着剤組成物を利用することができる。熱硬化性接着剤組成物の主剤としては、脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物等を主成分としたエポキシ硬化系接着剤が好ましく挙げられる。
脂環式エポキシ化合物としては、分子内に２つ以上のエポキシ基を有するものが好ましく挙げられる。これらは、液状であっても固体状であってもよい。具体的には、グリシジルヘキサヒドロビスフェノールＡ、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等を挙げることができる。中でも、硬化物にＬＥＤ素子の実装等に適した光透過性を確保でき、速硬化性にも優れている点から、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートを好ましく使用することができる。
複素環状エポキシ化合物としては、トリアジン環を有するエポキシ化合物を挙げることができ、特に好ましくは１，３，５−トリス（２，３−エポキシプロピル）−１，３，５−トリアジン−２，４，６−（１Ｈ，３Ｈ，５Ｈ）−トリオンを挙げることができる。
水添加エポキシ化合物としては、先述の脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物の水素添加物や、その他公知の水素添加エポキシ樹脂を使用することができる。
脂環式エポキシ化合物や複素環系エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物は、単独で使用してもよいが、２種以上を併用することができる。また、これらのエポキシ化合物に加えて本発明の効果を損なわない限り、他のエポキシ化合物を併用してもよい。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、テトラメチルビスフェノールＡ、ジアリールビスフェノールＡ、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、クレゾール、テトラブロモビスフェノールＡ、トリヒドロキシビフェニル、ベンゾフェノン、ビスレゾルシノール、ビスフェノールヘキサフルオロアセトン、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＦ、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、ビキシレノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等の多価フェノールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテル；グリセリン、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル；ｐ−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル；フタル酸、メチルフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラハイドロフタル酸、エンドメチレンテトラハイドロフタル酸、エンドメチレンヘキサハイドロフタル酸、トリメット酸、重合脂肪酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルエステル；アミノフェノール、アミノアルキルフェノールから得られるグリシジルアミノグリシジルエーテル；アミノ安息香酸から得られるグリシジルアミノグリシジルエステル；アニリン、トルイジン、トリブロムアニリン、キシリレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、ビスアミノメチルシクロヘキサン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン等から得られるグリシジルアミン；エポキシ化ポリオレフィン等の公知のエポキシ樹脂類が挙げられる。
主剤を反応させる硬化剤としては、酸無水物、イミダゾール化合物、ジシアン等を挙げることができる。中でも、硬化物を変色させ難い酸無水物、特に脂環式酸無水物系硬化剤を好ましく使用できる。具体的には、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物等を好ましく挙げることができる。
また、酸無水物は、はんだ粒子に対するフラックスとして機能することができ、主剤のエポキシ樹脂の当量を超えて、酸無水物を配合することも差し支えない。具体的には、反応の観点からは、エポキシ樹脂の１．０当量に対して酸無水物が０．７〜１．０当量で十分であるが、さらに、フラックスとして機能させるために、１．０〜１．３当量の間で配合することが好ましい。
このような構成からなる異方性導電接着剤は、後述の製造方法と相まって、端子間のある程度の接触面積を維持しながら、高い放熱性及び高い接続信頼性を得ることができる。
＜２．接続構造体及びその製造方法＞
次に、前述した異方性導電接着剤を用いた接続構造体について説明する。本実施の形態における接続構造体は、第１の電子部品の端子と、第２の電子部品の端子とが、樹脂粒子の表面に導電性金属層が形成された導電性粒子を介して電気的に接続されてなる接続構造体において、第１の電子部品の端子と前記第２の電子部品の端子との間に、はんだ粒子が捕捉されている。
本実施の形態における電子部品としては、熱を発するドライバーＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のチップ（素子）が好適である。
図１は、ＬＥＤ実装体の構成例を示す断面図である。このＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子と基板とを、前述したはんだ粒子が接着剤成分中に分散された異方性導電接着剤を用いて接続したものである。
ＬＥＤ素子は、例えばサファイヤからなる素子基板１１上に、例えばｎ−ＧａＮからなる第１導電型クラッド層１２と、例えばＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層からなる活性層１３と、例えばｐ−ＧａＮからなる第２導電型クラッド層１４とを備え、いわゆるダブルヘテロ構造を有する。また、第１導電型クラッド層１２上の一部に第１導電型電極１２ａを備え、第２導電型クラッド層１４上の一部に第２導電型電極１４ａを備える。ＬＥＤ素子の第１導電型電極１２ａと第２導電型電極１４ａとの間に電圧を印加すると、活性層１３にキャリアが集中し、再結合することにより発光が生じる。
基板は、基材２１上に第１導電型用回路パターン２２と、第２導電型用回路パターン２３とを備え、ＬＥＤ素子の第１導電型電極１２ａ及び第２導電型電極１４ａに対応する位置にそれぞれ電極２２ａ及び電極２３ａを有する。
異方性導電接着剤は、前述と同様、はんだ粒子３１と、白色無機粒子３２とがバインダー３３に分散されている。
図１に示すように、ＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）と、基板の端子（電極２２ａ、２３ａ）とが、はんだ粒子３１を介して電気的に接続される。また、ＬＥＤ素子と基板との間に白色無機粒子３２が分散されている。
これにより、ＬＥＤ素子の活性層１３で発生した熱をはんだ粒子３１を介して効率良く基板側に逃がすことができ、発光効率の低下を防ぐとともにＬＥＤ実装体を長寿命化させることができる。また、白色無機粒子３２が、白又は灰色の無彩色であることにより、活性層１３からの光を反射し、高い輝度を得ることができる。
また、フリップチップ実装するためのＬＥＤ素子は、図２に示すように、パッシベーション１５により、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）が大きく設計されているため、ＬＥＤ素子の端子（電極１２ａ、１４ａ）と基板の端子（回路パターン２２、２３）との間にはんだ粒子３１がより多く捕捉される。これにより、ＬＥＤ素子の活性層１３で発生した熱をさらに効率良く基板側に逃がすことができる。
また、ＬＥＤ素子の端子（１２a、１４a）及び基板の端子（２２、２３）の端子の材質は、はんだ粒子との共晶結合のために、金（Ａｕ）又は金−錫合金（ＡｕＳｎ）であることが好ましい。
次に、上述した接続構造体の製造方法について説明する。本実施の形態における実装体の製造方法は、前述したはんだ粒子が、エポキシ樹脂と酸無水物とを含有する熱硬化性接着剤組成物に分散された異方性導電接着剤を、第１の電子部品及び第２の電子部品の端子との間に配置する配置工程と、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子のいずれか一方を、所定の加熱温度で押圧して、はんだ粒子を第１及び第２の電子部品の端子間に捕捉させる押圧工程を有する。押圧工程では、第１の電子部品と第２の電子部品とを、加熱ヘッド等の加熱ツールを使って、加熱押圧する。
この加熱押圧により、はんだ粒子を前記第１及び第２の電子部品の端子間に捕捉させる際、その加熱温度は、はんだ粒子の融点未満とすることで、はんだ粒子全体を溶融させずに各端子に接触させる。より具体的な加熱温度としては、熱硬化性接着剤組成物の反応開始温度以上、はんだ粒子の融点の１５℃以下であることが好ましい。これにより、はんだ粒子と端子との接触面積が必要以上に大きくならず、熱サイクル試験におけるクラック等の発生を防止することができる。
なお、加熱押圧の際の加熱温度は、加熱ツールのみを使用する場合は、加熱ツールの温度で近似することができる。また、接続構造体を配置するステージが加熱される場合、加熱ツールよりも異方性導電接着剤に与えられる温度が高いことがあるため、加熱ツールの温度を基準とするのではなく、加熱される異方性導電接着剤自体を熱電対等の測定機器を使って、実測を行うことが望ましい。
＜３．実施例＞
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［異方性導電接着剤の作製］
実施例１〜３、比較例２、３として、白色無機粒子として、その表面がＳｉ及びＡｌによりコートされた平均粒子径が０．５μｍ酸化チタン（品名：ＪＲ、テイカ（株）製）、及びはんだ粒子（Ｍ７０７、千住金属（株）製）をエポキシ樹脂硬化系接着剤に分散し、目的の異方性導電接着剤を作成した。
なお、上記のはんだ粒子の成分は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕであり、その融点（固相点）は２１７℃である。また、白色無機粒子の屈折率は、２．７１である。また、エポキシ樹脂硬化系接着剤は、脂環式エポキシ樹脂（商品名：ＣＥＬ２０２１Ｐ、（株）ダイセル化学製）及び酸無水物（ＭＨ７００、新日本理化（株）製）が、夫々当量１．０：１．１の割合で配合されている。
実施例４は、はんだ粒子（Ｍ１０、千住金属（株）製）に代えた以外は、実施例１と同様に異方性導電接着剤を作成した。ここで、はんだ粒子の成分は、Ｓｎ−５．０Ｓｂであり、その融点（固相点）は２４０℃である。
実施例５は、白色無機粒子が配合されていない以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接着剤を作成した。
比較例１は、はんだ粒子の代わりに、導電性粒子（アクリル樹脂粒子に０．２μｍの無電解金メッキを施した粒子、日本化学工業社製）を使用した以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接着剤を作成した。
比較例２は、酸無水物を使用しないこと以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接着剤を作成した。
比較例３は、実施例１と同様の異方性導電接着剤であるが、後述する通り、加熱押圧する際の温度がはんだの融点より高い点が相違する。
［異方性導電接着剤の光反射率の測定］
上記の各異方性導電接着剤をセラミックス製の白色板に乾燥厚で１００μｍとなるように塗布し、２００℃で１分間加熱硬化させた。この硬化物について、分光光度計（Ｕ３３００、日立製作所（株））を用いて、波長４５０ｎｍの光に対する反射率（ＪＩＳ Ｋ７１５０）を測定した。得られた結果を表１に示す。反射率は、実用上３０％以上であることが望まれる。
［ＬＥＤ実装体の作製］
実施例１、２、４、５及び比較例１〜３の異方性導電接着剤を用いてＡｕバンプを必要としないフリップチップ用ＬＥＤチップ（青色ＬＥＤ、Ｖｆ＝３．２Ｖ（Ｉｆ＝３５０ｍＡ））をＡｕ電極基板に搭載した。異方性導電接着剤をＡｕ電極基板に塗布した後、ＬＥＤチップをアライメントして搭載し、加熱ヘッドの温度を変えて（１８０℃、２００℃、２２０℃、２６０℃）、６０秒−１ｋｇ／ｃｈｉｐの条件で加熱圧着を行った。なお、加熱ヘッドの温度に基づく実際の異方性導電接着剤を熱電対測定器（品名：データロガー、グラフテック社製）を用いて測定した。
また、Ａｕ電極基板は、バンプボンダーにてＡｕバンプを形成した後、フラットニング処理を行ったものを使用した（ガラスエポキシ基板、導体スペース＝１００μｍＰ、Ｎｉ／Ａｕメッキ＝５．０／０．３μｍ、金バンプ＝１５μｍｔ）。
得られたＬＥＤ実装体について、放熱特性、光学特性、接着性、及び電気特性を表１に示す。なお、各測定方法は、下記の通りである。
なお、実施例３においては、ＡｕＳｎバンプを有するＬＥＤチップを前記Ａｕ電極基板に搭載した。
［放熱性の評価］
過渡熱抵抗測定装置（ＣＡＴＳ電子設計社製）を用いて、ＬＥＤ実装体の熱抵抗値（℃／Ｗ）を測定した。測定条件はＩｆ＝２００ｍＡ（定電流制御）で行った。
［光特性の評価］
積分球による全光束測定装置（ＬＥ−２１００、大塚電子株式会社製）を用いて、ＬＥＤ実装体の全光束量（ｍｌｍ）を測定した。測定条件はＩｆ＝２００ｍＡ（定電流制御）で行った。
[接着特性の評価（ダイシェア強度）]
チップ／異方性導電接着剤／基板のダイシェア強度を測定した。ダイシェア強度は、実装したＬＥＤチップを横方向に引っかき、チップが外れるときの強度を測定するものである。測定環境２５℃において、測定速度２０μｍ／ｓｅｃで測定した。測定装置は、ボンドテスターＰＴＲ−１１００（レスカ社製）を用いた。
［電気特性の評価］
（導通特性）
初期Ｖｆ値として、Ｉｆ＝２０ｍＡ時のＶｆ値を測定した。また、−４０℃／３０ｍｉｎ＜＞１００℃／３０ｍｉｎ、１０００サイクルの熱衝撃試験に投入し、Ｉｆ＝２０ｍＡ時のＶｆ値を測定した。熱衝撃試験の初期の評価は、導通の破断を確認した場合（ＯＰＥＮ）を「×」と評価し、それ以外を「○」と評価した。熱衝撃試験後の評価は、初期Ｖｆ値よりも５％以上上昇した場合を導通ＮＧとして「×」評価し、それ以外を「○」と評価した。
（絶縁特性）
逆電圧５Ｖ印加時の初期Ｉｒ値を測定し、Ｉｒ＝１μＡ以上でリークＮＧとして「×」と評価し、それ以外を「○」と評価した。
表１に、実施例１〜５、及び比較例１〜３の評価結果を示す。
Figure 2014067507
実施例１では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２１７℃）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が６５％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い２００℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は９ｌｍ、電気接続部分の熱抵抗値は１５Ｋ／Ｗ、ダイシェア強度は５０Ｎ／１ｍｍ□であった。ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、ＬＥＤチップ側電極とはんだ粒子、及び基板側電極とはんだ粒子とがＡｕ−Ｓｕ共晶結合しており、はんだ粒子は潰れ広がることなく、接着層の厚みが保持されていることを確認した。また、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であり、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においても安定した導通特性が得られた。
実施例２では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２１７℃）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が６５％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い１８０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は９ｌｍ、電気接続部分の熱抵抗値は１５Ｋ／Ｗ、ダイシェア強度は５０Ｎ／１ｍｍ□であった。ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、ＬＥＤチップ側電極とはんだ粒子、及び基板側電極とはんだ粒子とがＡｕ−Ｓｕ共晶結合しており、はんだ粒子は潰れ広がることなく、接着層の厚みが保持されていることを確認した。また、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であり、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においても安定した導通特性が得られた。
実施例３では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２１７℃）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が６５％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕＳｎめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い１８０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は９ｌｍ、電気接続部分の熱抵抗値は１５Ｋ／Ｗ、ダイシェア強度は４５Ｎ／１ｍｍ□であった。ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、ＬＥＤチップ側電極とはんだ粒子、及び基板側電極とはんだ粒子とがＡｕ−Ｓｕ共晶結合しており、はんだ粒子は潰れ広がることなく、接着層の厚みが保持されていることを確認した。また、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であり、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においても安定した導通特性が得られた。
実施例４では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２４０℃）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が６０％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い２２０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は８．５ｌｍ、電気接続部分の熱抵抗値は１４Ｋ／Ｗ、ダイシェア強度は４０Ｎ／１ｍｍ□であった。ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、ＬＥＤチップ側電極とはんだ粒子、及び基板側電極とはんだ粒子とがＡｕ−Ｓｕ共晶結合しており、はんだ粒子は潰れ広がることなく、接着層の厚みが保持されていることを確認した。また、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であり、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においても安定した導通特性が得られた。
実施例５では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２４０℃）を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が８％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い１８０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は５ｌｍと低いものの、電気接続部分の熱抵抗値は１５Ｋ／Ｗ、ダイシェア強度は５０Ｎ／１ｍｍ□であった。ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、ＬＥＤチップ側電極とはんだ粒子、及び基板側電極とはんだ粒子とがＡｕ−Ｓｕ共晶結合しており、はんだ粒子は潰れ広がることなく、接着層の厚みが保持されていることを確認した。また、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であり、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においても安定した導通特性が得られた。
比較例１では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、導電性粒子（粒径１０μｍ、樹脂コアＡｕめっき粒子）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が５５％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い１８０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は７ｌｍであったが、電気接続部分の熱抵抗値は３０Ｋ／Ｗと高く、ダイシェア強度は２０Ｎ／１ｍｍ□と低かった。また、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であり、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においても安定した導通特性が得られた。
比較例２では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）とアミン系硬化剤を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２１７℃）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が６５％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも低い１８０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。このＬＥＤモジュールの全光束量は９ｌｍであったが、電気接続部分の熱抵抗値は２５Ｋ／Ｗと高く、ダイシェア強度は２０Ｎ／１ｍｍ□と低かった。ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、ＬＥＤチップ側電極とはんだ粒子、及び基板側電極とはんだ粒子とがＡｕ−Ｓｕ共晶結合していないことを確認した。その結果、ＬＥＤモジュールの初期導通特性、初期絶縁特性は良好であったが、ＴＣＴ試験（−４０＜＞１００）においては１０００ｃｙｃｌｅ経過後に導通ＯＰＥＮが発生した。
比較例３では、エポキシ樹脂（ＣＥＬ２０２１Ｐ）と酸無水物（ＭＨ７００）を主成分としたバインダーに、はんだ粒子（粒径１０μｍ、ｍｐ２１７℃）と、白色無機粒子を混合し、４５０ｎｍの光で反射率が６５％の異方性導電接着剤を得た。この異方性導電接着剤を用いてＬＥＤチップ側電極にＡｕめっきを施したＬＥＤチップと、基板側にＡｕめっきを施した基板とをはんだ粒子の融点よりも高い２６０℃で加熱圧着して電気接続し、ＬＥＤモジュールを得た。その結果、ＬＥＤモジュールの初期導通特性はショートが発生した。また、ＬＥＤモジュールの電気接続部分の断面観察の結果、はんだ粒子は溶融し、ＰＮ電極間に広がっていることを確認した。
以上のように、ＬＥＤ素子の電極と基板電極とを電気的に接続する方法として、はんだ粒子を含む異方性導電接着剤を使用し、はんだ融点よりも低い温度で加熱圧着することにより、高い放熱特性及び高い接着特性を有するＬＥＤモジュールを製造することができることが分かった。また、加熱温度とはんだ粒子の融点とは、実施例１〜実施例４においては、１７℃、２０℃、３７℃の差異があり、すなわち、はんだ粒子の融点との差が１５℃以上あれば良いことがわかった。また、実施例１〜４のＬＥＤチップの接続構造体は、白色無機粒子の配合により、反射率が高く、そのために光学特性が向上することが分かった。また、実施例１〜５では、硬化剤として酸無水物を使用し、酸無水物が主剤のエポキシ樹脂の硬化に加え、フラックスとしても機能するため、酸無水物が配合されていない比較例２と比較して、高い接着特性が得られることが分かった。
１１ 素子基板、１２ 第１導電型クラッド層、１３ 活性層、１４ 第２導電型クラッド層、１５ パッシベーション、２１ 基材、２２ 第１導電型用回路パターン、２３ 第２導電型用回路パターン、３１ はんだ粒子、３２ 白色無機粒子、３３ バインダー、１０１ 素子基板、１０２ 第１導電型クラッド層、１０３ 活性層、１０４ 第２導電型クラッド層、１０５ パッシベーション、２０１ 基材、２０２ 第１導電型用回路パターン、２０３ 第２導電型用回路パターン、３０１ ワイヤーボンド、３０２ ダイボンド材、３０３ 導電性ペースト、３０４ 封止樹脂、３０５ バインダー

Claims (13)

  1. 第１の電子部品及び第２の電子部品の夫々の端子を、はんだ粒子を介して電気的に接続されてなる接続構造体の製造方法において、
    はんだ粒子が、エポキシ樹脂と酸無水物とを含有する熱硬化性接着剤組成物に分散された異方性導電接着剤を、前記第１の電子部品及び前記第２の電子部品の端子との間に配置する工程と、
    前記第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子のいずれか一方を、所定の加熱温度で押圧して、前記はんだ粒子を前記第１及び第２の電子部品の端子間に捕捉させる工程を有し、
    前記所定の加熱温度が、前記はんだ粒子の融点未満であることを特徴とする接続構造体の製造方法。
  2. 前記所定の加熱温度が、前記はんだ粒子の融点の１５℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の接続構造体の製造方法。
  3. 前記所定の加熱温度が、前記熱硬化性接着剤組成物の反応開始温度以上である請求項１又は２に記載の接続構造体の製造方法。
  4. 前記はんだ粒子の融点が、２１０℃〜２５０℃の範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載の接続構造体の製造方法。
  5. 前記熱硬化性接着剤組成物に白色無機粒子が分散されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の接続構造体の製造方法。
  6. 前記白色無機粒子の熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である請求項５項に記載の接続構造体の製造方法。
  7. 前記第１の電子部品が、ＬＥＤ素子であり、前記第２の電子部品が、前記ＬＥＤ素子を搭載する基板である請求項１〜６のいずれか１項に記載の接続構造体の製造方法。
  8. 前記ＬＥＤ素子の端子が金であり、前記基板の端子が金である請求項７に記載の接続構造体の製造方法。
  9. 前記ＬＥＤ素子の端子が金錫合金であり、前記基板の端子が金である請求項８に記載の接続構造体の製造方法。
  10. 請求項１乃至９に記載のいずれか１項に記載の接続構造体の製造方法に使用される異方性導電接着剤であって、はんだ粒子が、エポキシ樹脂と酸無水物とを含む熱硬化性接着剤組成物に分散されてなる異方性導電接着剤。
  11. 白色無機粒子が分散されてなる請求項１０に記載の異方性導電接着剤。
  12. 前記白色無機粒子の平均粒径が０．２〜１０μｍであり、前記白色無機粒子が当該異方性導電接着剤全量に対して１〜５０体積％の範囲で配合され、
    前記はんだ粒子の平均粒子径が１〜２０μｍであり、前記はんだ粒子が当該異方性導電接着剤全量に対して１〜５０体積％の範囲で配合され、
    前記酸無水物がエポキシ樹脂１．０当量に対して０．７〜１．３当量の範囲で配合されてなる請求項１１に記載の異方性導電接着剤。
  13. 前記酸無水物がエポキシ樹脂１．０当量に対して１．０当量を超えて配合されてなる請求項１２記載の異方性導電接着剤。
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