导电粒子、各向异性导电性粘接剂膜以及连接结构体的制作方法_2

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。由此,在 将导电粒子2、12高压缩进行压接连接的情况下,能够抑制压缩后的树脂粒子203与包含镶 和铜的第1层200彼此剥离。第1部分208a中的镶含量上限为100质量%。
[006引第1部分208a的厚度优选为20-200A(2~20nm)的范围,更优选为30~150A(3~15nm)的范围,进一步优选为40 ~lOOA(4~lOnm)的范围。通过使第1部 分208a的厚度大于或等于20A(2nm),能够抑制锻敷时的凝聚,通过使其小于或等于20為 (2nm),在将导电粒子高压缩进行压接连接的情况下,能够抑制金属在镶部分破裂。
[0069] 第2部分208b含有W镶和铜为主成分的合金。第2部分208b中的镶含量与铜含 量的合计优选大于或等于97质量%,更优选大于或等于98. 5质量%,进一步优选大于或等 于99. 5质量%。如果镶含量与铜含量的合计大于或等于97质量%,则在将导电粒子2、12 高压缩进行压接连接的情况下,能够进一步抑制压缩后的金属层破裂。镶含量与铜含量的 合计上限为100质量%。
[0070] 第2部分208b的厚度优选为20 ~ 500為|(2~50nm)的范围,更优选为20~ 400A(2~40nm)的范围,进一步优选为20 ~ 200A(2~20nm)的范围。如果第2部分 208b的厚度小于20A(2nm),则具有在锻敷时容易凝聚的倾向,如果超过500A(5〇11111),贝。 在将导电粒子2、12高压缩进行压接连接的情况下,具有容易在含有镶的部分产生金属破 裂的倾向。
[0071] 第3部分208cW铜为主成分。第3部分208c中的铜含量优选大于或等于97质 量%,更优选大于或等于98. 5质量%,进一步优选大于或等于99. 5质量%。如果铜含量大 于或等于97质量%,则在将导电粒子2、12高压缩进行压接连接的情况下,能够进一步抑制 压缩后的金属层破裂。铜含量的上限为100质量%。
[007引第3部分208c的厚度优选为100-2000备(10~200nm)的范围,更优选为 200 ~ 1500A(20~150nm)的范围,进一步优选为300 ~lOOOA(30~lOOnm)的范围。 通过使第3部分208c的厚度大于或等于100各(lOnm),能够良好地保持导电性,通过使其 小于或等于2000A(200nm),能够抑制锻敷时的导电粒子凝聚。
[0073] 第1部分208a、第2部分208bW及第3部分208c优选均通过包含镶、铜和甲醒的 化学锻而形成,更优选在一个建浴槽的化学锻液中依次形成。通过在一个建浴槽中依次形 成多层,能够良好地保持各层间的密合性。
[0074] 作为用于利用相同的化学锻液连续制作第1部分208a、第2部分208bW及第3部 分208c的化学锻液的组成,优选例如添加有(a)硫酸铜等水溶性铜盐、化)硫酸镶等水溶 性镶盐、(C)甲醒等还原剂、(d)罗谢尔盐、邸TA等络合剂、化及(e)氨氧化碱等抑调整剂。 [00巧]为了通过化学锻在树脂粒子203表面形成包含镶和铜的第1层200,例如可W通 过对树脂粒子203表面赋予钮催化剂,然后进行化学锻,来形成锻敷被膜。作为通过化学锻 形成第1部分208a、第2部分208bW及第3部分208c的具体方法,例如可W通过在添加 有(a)硫酸铜等水溶性铜盐、化)硫酸镶等水溶性镶盐、(C)甲醒等还原剂、(d)罗谢尔盐、 邸TA等络合剂、W及(e)氨氧化碱等抑调整剂的建浴液中,加入赋予了钮催化剂的树脂粒 子,从而形成第1部分208aW及第2部分208b,然后通过补充添加有(a)硫酸铜等水溶性 铜盐、(C)甲醒等还原剂、(d)罗谢尔盐、邸TA等络合剂、W及(e)氨氧化碱等抑调整剂的 补充液,从而形成第3部分208c。
[0076]作为添加有(a)硫酸铜等水溶性铜盐、(b)硫酸镶等水溶性镶盐、(C)甲醒等还原 剂、(d)罗谢尔盐、邸TA等络合剂、W及(e)氨氧化碱等抑调整剂的建浴液中的化)硫酸镶 等水溶性镶盐的浓度,优选为0. 0005~0. 05mol/l,更优选为0. 001~0. 03mol/l,进一步 优选为0. 005~0. 02mol/L。在化)硫酸镶等水溶性镶盐的浓度低于0. 0005mol/L的情况 下,树脂粒子203表面的钮催化剂上无法由锻镶被膜覆盖,容易在钮催化剂上局部出现析 出铜的部位,粒子彼此容易凝聚,并且容易在树脂粒子203表面的一部分产生未析出金属 部位。在化)硫酸镶等水溶性镶盐的浓度高于0. 05mol/L的情况下,由于镶浓度变高,因此 液体活性变高而容易发生粒子之间的凝聚。
[0077]作为添加有(a)硫酸铜等水溶性铜盐、化)硫酸镶等水溶性镶盐、(C)甲醒等还原 剂、(d)罗谢尔盐、邸TA等络合剂、W及(e)氨氧化碱等抑调整剂的建浴液中的(a)硫酸铜 等水溶性铜盐的浓度,优选为0. 0005~0. 05mol/l,更优选为0. 001~0. 03mol/l,进一步 优选为0. 005~0. 02mol/L。在(a)硫酸铜等水溶性铜盐的浓度低于0. 0005mol/L的情况 下,具有第2部分208b或者第3部分208c的形成变得不均匀的倾向。在(a)硫酸铜等水 溶性铜盐的浓度高于0. 05mol/L的情况下,由于铜浓度变高,因此液体活性变高而容易发 生粒子之间的凝聚。
[0078] 通过使化学锻液中同时包含(a)硫酸铜等水溶性铜盐和化)硫酸镶等水溶性镶 盐,能够利用相同的化学锻液连续制作第1部分208aW及第2部分208b。作为其理由,认 为如下。目P,通过使用甲醒作为还原剂,在树脂表面的钮催化剂上,镶比铜更优先析出,因此 形成第1部分208a,然后在第1部分208a的外侧形成第2部分208b。第2部分208b的铜 相对于镶的浓度比例具有随着第2部分208b的厚度生长而变高的倾向。认为:如果在钮催 化剂上优先析出镶,钮催化剂被镶被覆,则铜的析出也会立即发生,因此开始形成含有W镶 和铜为主成分的合金的层(第2部分208b)。并且认为;随着锻敷被膜(第3部分208c)的 厚度变厚,钮催化剂的影响变弱,因此与镶的析出相比,铜的析出更占优势,作为结果,从树 脂粒子203侧向锻敷被膜中的厚度方向上,铜的比例变高。
[0079] 在树脂粒子203表面形成第1部分208a的情况下,与在树脂粒子203表面直接形 成锻铜层的情况相比,能够抑制树脂粒子203彼此的凝聚。作为其理由,认为如下。化学锻 铜中从铜离子到铜的析出过程,是铜的价数发生化(2价)一化(1价)一化(0价)变化的 反应,生成不稳定的1价铜离子作为反应中间体。认为;由于该一价铜离子引起歧化反应, 因此例如在锻液中产生化(0价)等,液体的稳定性变得非常低。而化学锻镶中从镶离子到 镶的析出过程,是镶的价数发生Ni(2价)一Ni(0价)变化的反应,不经过生成不稳定的1 价镶离子作为反应中间体的过程。由此,如果将钮催化剂表面上的化学锻铜与化学锻镶比 较,则化学锻铜液缺乏稳定性,反应更激烈,因此容易在反应开始的同时发生粒子彼此的凝 聚。而化学锻镶如前所述稳定性高,抑制粒子彼此的凝聚,因此认为能够形成锻敷被膜。
[0080] 在导电粒子2中,使用镶含量与铜含量的合计大于或等于97质量%的包含镶和铜 的层作为第1层200的情况下,具有与使用了包含大于或等于97质量%的铜的层的情况相 比不易产生针孔的倾向。作为其原因,本发明人等推测是因为;在使用包含大于或等于97 质量%的铜的层的情况下,在锻敷被膜形成时,粒子彼此凝聚。目P,在锻敷初期阶段粒子凝 聚,之后粒子彼此分离的情况下,由于发生了凝聚的部位在初期阶段未被锻敷,因此即使在 之后使锻敷被膜生长也不会被锻敷,从而会形成针孔。
[0081] 接着,将树脂粒子203表面的钮催化剂表面上的化学锻铜的反应、第1部分208a 上的第2部分208b的反应、第2部分208b上的第3部分208c的反应和第3部分208c的 生长该四者比较,进行研究。
[0082] 在树脂粒子203表面的钮催化剂表面上的化学锻铜的反应中,容易在钮催化剂表 面上进行甲醒等还原剂的氧化反应,因此容易进行化学锻铜的反应而不稳定化,粒子彼此 容易凝聚。另一方面,在第1部分208a上的第2部分208b的反应中,第1部分208a成为 自催化剂的表面,还原剂被氧化。此外,在第2部分208b表面的第3部分208c的反应中, 第2部分208b成为自催化剂的表面,还原剂被氧化。此外,在第3部分208c的生长中,铜 本身成为自催化剂的表面,发生铜的生长。如果将第1部分208a、第2部分208bW及第3 部分208c表面的甲醒等还原剂的氧化反应与钮催化剂表面上的甲醒等还原剂的氧化反 应比较,则第1部分208a、第2部分208bW及第3部分208c表面的甲醒等还原剂的氧化反 应与钮催化剂表面上相比更难W进行。因此,在钮催化剂表面上的化学锻铜中粒子彼此容 易凝聚,即使发生镶与铜的合金或者铜被膜的生长也难W发生粒子彼此的凝聚。
[0083] 作为本实施方式中所使用的化学锻液的还原剂,例如可W使用次亚磯酸钢、棚氨 化钢、二甲胺棚烧、阱等还原剂,最优选单独使用甲醒。在添加次亚磯酸钢、棚氨化钢、二甲 胺棚烧等的情况下,磯或者棚容易共析,因此为了使第1部分208a中的镶含量大于或等于 97质量%,优选调整浓度。通过使用甲醒作为还原剂,容易形成第1部分208a中的镶含量 大于或等于99质量%的锻敷被膜。此时,在将导电粒子2、12高压缩进行压接连接的情况 下,能够抑制压缩后的金属破裂。另一方面,在第1部分208a中的镶含量低于97质量%的 情况下,容易发生压缩后的金属破裂。另外,在使用次亚磯酸钢、棚氨化钢、二甲胺棚烧、阱 等还原剂的情况下,优选将它们中的至少1种与甲醒并用。
[0084] 作为本实施方式中所使用的化学锻液的络合剂,例如可W使用甘氨酸等氨基酸, 己二胺、烷基胺等胺类,邸TA、焦磯酸等铜络合剂,巧樣酸、酒石酸、哲基己酸、苹果酸、乳酸、 葡糖酸等。
[0085] 化学锻铜结束后的水洗优选在短时间内高效地进行。水洗时间越短,越难W在铜 表面形成氧化被膜,因此具有后续锻敷变得有利的倾向。
[0086]第2层202优选按照离第1层200由近及远的顺序具有包含镶的第1含镶层206 和包含镶的第2含镶层207。
[0087] 第1含镶层206优选镶含量为83~98质量%,更优选为85~93质量%,进一步 优选为86~91质量%。通过将含量设为上述范围,在第1含镶层206上形成包含钮的粒 子的情况下,能够抑制包含钮的粒子的形状偏差,进而容易使包含钮的粒子高密度地分布。 由此,能够抑制金属层204外表面的突起形状的偏差,从而高密度地形成突起。
[0088] 第1含镶层206例如可W通过化学锻镶来形成。在该种情况下,优选对第1层200 表面进行钮催化剂化处理。钮催化剂化处理可W通过公知的方法进行,其方法没有特别限 审IJ,例如有使用被称为碱性催化剂、酸性催化剂的催化剂化处理液的催化剂化处理方法。此 夕F,还有被称为置换锻钮的催化剂化处理方法,可列举使第1层200表面的铜溶解,同时使 钮置换析出的催化剂化处理方法。
[0089] 作为使用碱性催化剂的催化剂化处理方法,例如有W下方法。通过使树脂粒子浸 溃在配位有2-氨基化晚的钮离子溶液中而使钮离子吸附在树脂粒子表面,水洗后,进一步 使吸附有钮离子的树脂粒子分散在包含次亚磯酸钢、棚氨化钢、二甲胺棚烧、阱、福尔马林 等还原剂的溶液中进行还原处理,将吸附在包含铜或者镶和铜的第1层200表面的钮离子 还原为金属钮。
[0090] 另外,作为使用酸性催化剂的催化剂化处理方法,例如有W下方法。使树脂粒子分 散在氯化亚锡溶液中,进行使锡离子吸附在树脂粒子表面的敏化处理后,进行水洗。接着, 分散在包含氯化钮的溶液中,进行使钮离子捕捉在树脂粒子表面的活化处理后,进行水洗。 进一步分散在包含次亚磯酸钢、棚氨化钢、二甲胺棚烧、阱、福尔马林等还原剂的溶液中进 行还原处理,将吸附在包含铜或者镶和铜的第1层200表面的钮离子还原为金属钮。
[0091] 在该些钮催化剂化处理方法中,通过使钮离子吸附在表面后进行水洗,进一步分 散在包含还原剂的溶液中而将吸附在表面的钮离子还原,从而形成原子水平大小的钮析出 核。
[0092] 第1含镶层206优选包含磯或者棚,更优选包含磯。由此,能够提高第1含镶层 206的硬度,容易将对导电粒子进行了压缩时的电阻值保持较低水平。
[0093] 在通过化学锻镶来形成第1含镶层206的情况下,通过使用次亚磯酸钢等含磯化 合物作为还原剂,能够使磯共析,从而能够形成包含镶-磯合金的第1含镶层206。此外,通 过使用二甲胺棚烧、棚氨化钢、棚氨化钟等含棚化合物作为还原剂,能够使棚共析,从而能 够形成包含镶-棚合金的第1含镶层206。由于镶-磯合金与镶-棚合金相比硬度更低,因 此在将导电粒子高压缩进行压接连接的情况下,从抑制第1含镶层206破裂的观点考虑,优 选第1含镶层206包含镶-磯合金。
[0094] 另外,第1含镶层206中的元素含量例如可W如下算出;使用超薄切片法切出导电 粒子的截面,使用透射电子显微镜(下面称为TEM)W25万倍的倍率进行观察,通过TEM所 附带的能量分散型X射线检测器(下面称为邸幻进行成分分析。
[0095] 第1含镶层206的厚度优选为2~100皿,更优选为3~50皿,进一步优选为5~ 30nm。通过将第1含镶层206的厚度设为小于或等于lOOnm,能够抑制将导电粒子高压缩时 W第1含镶层206为起点的锻敷被膜的破坏(断裂)。另一方面,通过将厚度设为大于或等 于2nm,第1层200表面充分被第1含镶层206被覆,能够均匀形成包含钮的粒子201。从 该样的理由出发,认为;如果第1含镶层206的厚度为上述范围,则容易均匀地形成第2含 镶层207的突起形状而得到低连接电阻值,此外,即使在将导电粒子高压缩进行压接连接 的情况下,也容易抑制第1含镶层206的破裂,因此能够维持低导通电阻。
[0096] 金属层204含有包含钮的粒子201。金属层204优选在第1层200与第2层202 之间、或者在第2层202内含有包含钮的粒子201。另外,所谓金属层204在第1层200与 第2层202之间含有包含钮的粒子201,是指在包含钮的粒子201的树脂粒子203侧存在第 1层200,并且在包含钮的粒子201的与树脂粒子203相反的一侧存在第2层202 (但是,排 除在第2层202内含有包含钮的粒子201的情况)。此时,第1层200和第2层202与包含 钮的粒子201各自可W彼此接触,也可W不接触。
[0097] 包含钮的粒子201优选散布在金属层内部。
[0098] 图4和图5是表示在W通过导电粒子中屯、附近的面切断本实施方式的导电粒子时 截面的一部分的示意图。在图4和图5中,为了易于说明包含钮的粒子大小W及存在的位 置,显示了切断面通过相邻的2个突起的顶点,进一步切断面通过包含钮的粒子的中屯、附 近时的截面。
[0099] 包含钮的粒子201优选在金属层204的厚度方向上的长度D1大于或等于4nm,更 优选大于或等于6nm,进一步优选大于或等于8nm。通过在金属层中包含具有上述范围长度 的包含钮的粒子,容易在金属层的外表面形成充分高的突起。此外,从散布包含钮的粒子从 而在金属层的外表面容易形成充分高的突起的观点考虑,优选D1小于或等于35nm,更优选 小于或等于25nm。
[0100] 为了求出包含钮的粒子的长度D1,首先通过超薄切片法、聚焦离子束加工法、冷冻 超薄切片加工法等制作薄膜切片状的样品并切出导电粒子截面。接着,使用TEMW25万倍 的倍率观察薄膜切片上的样品,由通过TEM所附带的邸X得到的钮的绘图求出D1。
[0101] 在本实施方式中,在W通过该粒子中屯、附近的面切断导电粒子时,通过上述方法 确认的包含钮的粒子的平均长度优选为4~35皿,更优选为6~25皿,进一步优选为12~ 20nm。取平均的粒子数可W设为10个。
[0102] 在本实施方式中,优选金属层204含有如下的粒子;在将金属层204的平均厚度记 为d时,到金属层与树脂粒子界面的最短距离大于或等于0. 1Xd的包含钮的粒子。目P,优 选图4所示的包含钮的粒子201的树脂粒子203侧的表面S1与金属层204和树脂粒子203 的界面S2的最短距离D2大于或等于0. 1Xd。另外,图4的虚线H1表示金属层204的平均 厚度。
[0103] 通过在含钮的粒子201与树脂粒子203之间存在大于或等于0.IXd的第1层200、 或者包含第1层200和第1含镶层206的金属层,能够容易地形成在金属层的厚度方向上 的长度大于或等于4nm的包含钮的粒子201。目P,通过存在大于或等于0. 1Xd的金属层,还 原剂吸附在第1层200或者包含第1含镶层206的金属层上,还原剂的氧化反应即钮离子 的还原反应连续地进行,因此能够使包含钮的粒子生长。作为结果,能够使在金属层的厚度 方向上的长度大于或等于4皿的包含钮的粒子201生长,在设置于其上的第2含镶层207 外表面形成突起205。由此,获得能够得到低导通电阻的导电粒子。
[0104] 另外,难W在树脂粒子203表面形成长度大于或等于4皿的包含钮的粒子201。长 度大于或等于4nm的包含钮的粒子201通过包含钮离子和还原剂的化学锻钮液使其还原析 出而形成,但即使例如想要在树脂粒子203表面形成一定W上(长度大于或等于4nm)的包 含钮的粒子,也由于还原剂难W吸附在树脂粒子203表面,还原剂的氧化反应不进行,因此 难W使包含钮的粒子变大。认为此时的钮析出核的大小为原子水平,即使在其上形成例如 第2含镶层207也成为平滑的被膜,不能形成具有突起的形状,因此无法得到低导通电阻。
[0105] 与此相对,在本实施方式中,能够在第1层200上、或者在包含第1含镶层206的 金属层上形成长度大于或等于4皿的包含钮的粒子201。认为;由于与树脂粒子203表面 相比,包含铜或者镶和铜的第1层200、第1含镶层206为金属表面,因此还原剂容易吸附在 表面,进行还原剂的氧化反应,从而能够使包含钮的粒子变大。
[0106] 如果将包含钮的粒子201在第1层200上的形成性与包含钮的粒子201在包含第 1含镶层206的金属层上的形成性比较,则从钮析出核的析出性的均匀性的方面出发,在 包含第1含镶层206的金属层上的均匀性更高,形成第2含镶层207后的突起形状的均匀 性更高。因此,为了容易稳定地得到低导通电阻,优选包含钮的粒子201形成在包含第1含 镶层206的金属层上。
[0107] 另外,为了在1个导电粒子的整个表面将突起的大小控制为一定程度大小,进一 步降低导电粒子间的突起形状的偏差,即使在导电粒子间也稳定地得到低导通电阻,更优 选上述D2大于或等于0.2Xd,进一步优选大于或等于0.4Xd。此外,为了得到低导通电阻 值和高绝缘可靠性,优选上述D2小于或等于0. 7X山更优选小于或等于0. 4Xd。
[010引另外,关于金属层204的平均厚度山使用超薄切
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