CN102668251B - 各向异性导电粘合膜、连接结构体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

在用于各向异性导电连接挠性基板的端子和刚性基板的端子的各向异性导电粘合膜中，使用具有4μm以上的粒径和4500kgf/mm2以上的压缩硬度的粒子作为导电性粒子，使得当以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子与刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。另外，当以导电性粒子的最大粒径为a，以最小粒径为b时，以a/b表示的导电性粒子的球形度为5以下。

Description

各向异性导电粘合膜、连接结构体及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于各向异性导电连接挠性基板的端子和刚性基板的端子的各向异性导电粘合膜、使用该各向异性导电粘合膜使挠性基板和刚性基板的端子之间各向异性导电连接的连接结构体及其制备方法。
背景技术
目前广泛采用以下方法：作为导电性粒子分散于粘合剂树脂组合物中的各向异性导电粘合膜的该导电性粒子，使用为通过各向异性导电连接时的加压加热处理，使导电性粒子本身变形，与端子的接触面积增大，而在树脂芯粒子表面形成无电镀(無電解electroless)镍薄膜，以及根据需要形成无电镀薄镀金薄膜(無電解金フラッシュメッキ薄膜electroless Au-flash-plating thin film)的粒子(专利文献1)。
可是，对于使用含有此类导电性粒子的各向异性导电粘合膜将挠性基板的端子和玻璃基板等刚性基板的端子各向异性导电连接而获得的连接结构体，为确认依赖于各向异性导电粘合膜的连接状态，采取使用显微镜等从挠性基板一侧观察因各向异性导电粘合膜中的导电性粒子而在挠性基板的端子上产生的压痕的方法(专利文献2)。
现有技术文献。
专利文献。
专利文献1：日本特开平9-199206号公报。
专利文献2：日本特开2008-91843号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
但是，对于专利文献1记载有的使用各向异性导电粘合膜各向异性导电连接挠性基板的端子和刚性基板的端子获得的连接结构体，如专利文献2所述，当从挠性基板一侧观察端子的压痕时，存在导电性粒子过软，导电性粒子未充分嵌入挠性基板的端子，端子上未产生可观察的压痕的问题。另外，当在高温高湿环境下保存时，亦存在连接电阻增大，存在连接可靠性降低的情况的问题。
本发明的目的在于意欲解决以上现有技术的课题，对于使用各向异性导电粘合膜各向异性导电连接挠性基板的端子和刚性基板的端子获得的连接结构体，能够从挠性基板一侧观察端子的压痕，而且即使在高温高湿环境下保存时也能够确保良好的连接可靠性。
解决课题的手段
本发明人发现，通过将导电性粒子的大小、压缩硬度和球形度调整至规定的范围，可使各向异性导电粘合膜的导电性粒子充分嵌入挠性基板的端子中而非刚性基板的端子中，由此可达成上述目的，从而完成本发明。
即，本发明提供各向异性导电粘合膜，所述各向异性导电粘合膜为用于各向异性导电连接挠性基板的端子和刚性基板的端子的各向异性导电粘合膜，其特征在于，在导电性粒子分散于粘合剂组合物而成的各向异性导电粘合膜中，导电性粒子具有4μm以上的粒径和4500kgf/mm2以上的压缩硬度，并且以导电性粒子的最大粒径为a，以最小粒径为b时，以a/b表示的导电性粒子的球形度为5以下，使得以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上，。
另外，本发明提供连接结构体，其特征在于，在挠性基板的端子和刚性基板的端子经由导电性粒子分散于粘合剂树脂组合物而成的各向异性导电粘合膜进行各向异性导电连接而成的连接结构体中，应该夹持于挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的各向异性导电粘合膜的导电性粒子具有4μm以上的粒径和4500kgf/mm2以上的压缩硬度，并且以其最大粒径为a，以最小粒径为b时，以a/b表示的导电性粒子的球形度为5以下，导电性粒子以如下状态嵌入挠性基板的端子中：以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。
此外，本发明提供制备方法，所述制备方法为上述连接结构体的制备方法，其特征在于，在刚性基板的端子上暂时贴附(仮リ貼リtemporarily pasting)本发明的各向异性导电粘合膜，配置挠性基板，以夹持该各向异性导电粘合膜，使得挠性基板的端子对应刚性基板的端子；通过从挠性基板一侧用加热接合器加热加压各向异性导电粘合膜来进行各向异性导电连接，使得以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。
发明的效果
在本发明的各向异性导电粘合膜中，分别将导电性粒子的粒径、压缩硬度、球形度限定于特定的范围。因此，以各向异性导电连接后连接结构体中的导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，可使以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。由此，可从连接结构体的挠性基板一侧观察端子的压痕，而且即使在高温高湿环境下保存时也可确保良好的连接可靠性。
附图的简单说明。
[图1] 导电性粒子的压入率的示意图。
实施发明的最佳方式。
本发明的各向异性导电粘合膜为用于各向异性导电连接在聚酰亚胺、聚酯、聚酰胺、聚砜等树脂膜上由铜配线、铝配线等形成的挠性基板的端子和在玻璃基板、陶瓷基板、玻璃环氧树脂(ガラスエポキシ)制印刷配线基板等刚性基板上由ITO配线、铜配线、铝配线等形成的刚性基板的端子的各向异性导电粘合膜，由导电性粒子分散于粘合剂树脂组合物中而成。在这里，作为优选的刚性基板，在透明性的观点下可列举出玻璃基板。需要说明的是，挠性基板或刚性基板上也可安装有半导体芯片等。另外，亦可根据需要事先对各个基板的端子实施镀金等。
在本发明中，如图1所示，使各向异性导电连接后导电性粒子1的粒径为A，以刚性基板2的端子3和挠性基板4的端子5之间的间隔为B时，使得以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上、优选60%以上。由此，可从挠性基板一侧观察端子的压痕，而且在热湿试验下可不使各向异性导电粘合膜所形成的各向异性导电连接部分的连接电阻增大。需要说明的是，当压入率为0%时(A-B为0时)，意味着导电性粒子未嵌入端子中而在端子间被压碎的状态。另外，当压入率为100%时(B为0时)，意味着导电性粒子被完全压入挠性基板的端子中的状态。
构成本发明的各向异性导电粘合膜的导电性粒子的粒径若过小，则导致难以在挠性基板的端子上形成压痕，故为4μm以上、优选6μm以上。就粒径的上限而言，可根据应连接的端子的间距或厚度偏差等酌情决定，但优选为15μm以下。更优选的粒径范围为6~10μm。
本发明中使用的导电性粒子的压缩硬度若过低，则导致难以在挠性基板的端子上形成压痕，故为4500kgf/mm2以上、优选6000kgf/mm2以上。另外，若过高，则有连接可靠性降低的倾向，故优选为7000kgf/mm2以下。在这里，压缩硬度与压缩位移10%时的压缩强度同义，可使用普通的微型压缩试验机测定。
另外，就本发明中使用的导电性粒子而言，在以通过金属显微镜观察得到的粒子最大粒径为a，以最小粒径为b时，将球形度定义为a/b的情况下，呈现出5以下的球形度、优选3以下的球形度。其原因在于：若球形度超过5，则有连接可靠性降低的倾向。需要说明的是，最大粒径a若过小，则有压痕难以显现的倾向，若过大，则有各向异性导电性降低的倾向，故优选为4~15μm，更优选为6~10μm。另一方面，最小粒径b若过小，则有压痕难以显现的倾向，若过大，则有各向异性导电性降低的倾向，故优选为4~15μm，更优选为6~10μm。需要说明的是，在本发明中球形度理论上必须达到1以上。
作为具有以上说明的性状的导电性粒子，可适用镍、钴、银、铜、金、钯、锡等金属粒子，在二乙烯基苯类树脂、苯并胍胺树脂等树脂粒子表面形成有无电镀镀镍膜等无电镀镀膜的粒子。
作为分散此类导电性粒子的粘合剂树脂组合物，可采用公知的用于各向异性导电粘合膜的粘合剂树脂组合物。例如，可由成膜树脂、液态环氧化合物(固化成分)或丙烯酸单体(固化成分)、固化剂、硅烷偶联剂等构成。
作为成膜树脂，可列举出苯氧树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、丁二烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚链烯烃树脂等，可将它们中的2种以上合用。其中，从制膜性、加工性、连接可靠性的观点出发，可优选使用苯氧树脂。
作为液态环氧化合物，可列举出双酚A型环氧化合物、双酚F型环氧化合物、酚醛型环氧化合物(ノボラック型エポキシ化合物)、它们的改性环氧化合物、脂环式环氧化合物等，可将它们中的2种以上合用。此时，作为固化剂，可列举出聚胺、咪唑等阴离子类固化剂或锍盐等阳离子类固化剂，酚类固化剂等潜在性固化剂。
作为丙烯酸单体，可列举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸二甘醇酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯等。此时，作为固化剂(自由基聚合引发剂)，可列举出有机过氧化物、偶氮二丁腈等。
作为硅烷偶联剂，可列举出环氧类硅烷偶联剂、丙烯酸类硅烷偶联剂等。这些硅烷偶联剂主要为烷氧基硅烷衍生物。
粘合剂树脂组合物中可根据需要掺混充填剂、软化剂、催化剂、抗老化剂、着色剂(颜料、染料)、有机溶剂、离子捕集剂等。
本発明的各向异性导电粘合膜中导电性粒子的含量若过少，则连接可靠性降低，若过多，则各向异性导电性降低，更优选为0.3~30%质量，更优选为5~10%质量。
本发明的各向异性导电粘合膜的厚度无特殊限定，但通常为10~45μm。
本发明的各向异性导电粘着剂可通过如下方法制备：向搅拌容器中投入粘合剂树脂组合物构成成分和导电性粒子，依据常规方法混合。
接着，对使用本发明的各向异性导电膜制备的本发明的连接结构体进行说明。
本发明的连接结构体为已说明的挠性基板的端子和刚性基板的端子经由导电性粒子分散于粘合剂树脂组合物中而成的各向异性导电粘合膜而各向异性导电连接的连接结构体，其特征在于，作为应该夹持于挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的各向异性导电粘合膜，使用本发明的各向异性导电膜。该连接结构体由于使用本发明的各向异性导电膜，因此具有导电性粒子以如下状态嵌入挠性基板的端子中的结构：以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上、优选60%以上。此时，为易于从挠性基板观察导电性粒子的压痕，优选导电性粒子不嵌入刚性基板的端子中。
作为这样的本发明连接结构体的具体实例，可列举出液晶显示装置、有机EL显示装置、太阳能电池模块、LED照明装置等。
本发明的连接结构体可按以下说明进行制备。
首先，依据常规方法将本发明的各向异性导电角膜暂时贴附于刚性基板的端子上。然后，配置挠性基板，以夹持该各向异性导电粘合膜，使得挠性基板的端子与刚性基板的端子相对应。
接着，通过从挠性基板一侧用加热接合器将各向异性导电粘合膜加热加压来进行各向异性导电连接。此时，在考虑粘合剂树脂组合物的掺混组成或导电性粒子的材料、端子的表面状态等的同时，进行各向异性导电连接，使得以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。由此，可获得本发明的连接结构体。
需要说明的是，压入率的控制可通过调整各向异性导电连接时的加热加压条件等来进行。例如，通过降低加热温度或提高加压压力，可提高压入率。反之，通过提高加热温度或降低加压压力，可降低压入率。另外，也可通过选择挠性基板、刚性基板、它们的端子、导电粒子等材料来进行调整。另外，也可将它们组合进行调整。
实施例
以下根据实施例对本发明进行具体说明。
实施例1~13、比较例2~5
(导电性粒子的制备)
将100g的具有如表1所示的平均粒径的镍粒子于50mL/L的盐酸水溶液中搅拌5分钟。将其过滤，将实施过1次再制浆(リパルプrepulp)水洗的镍粒子在搅拌的同时添加到装入了1L含有EDTA-4Na (10g/L)和枸橼酸-2Na (10g/L)的水溶液 (pH6、温度60℃)的反应容器中。
接着，经20分钟分别从不同的导入口同时向反应容器中获得的混合水溶液中添加300mL的含有氰化金钾(10g/L，Au为6.8g/L)、EDTA-4Na (10g/L)和枸橼酸-2Na (10g/L)的混合水溶液(A液)和300mL的含有氢硼化钾(30g/L)和氢氧化钠(60g/L)的混合水溶液(B液)，进而继续搅拌10分钟，从而进行无电镀镀金。
待镀金结束后，将混合液过滤，对过滤物进行3次再制浆水洗，然后用100℃的热风进行干燥，获得在镍粉末表面上形成有约10~20nm厚的无电镀镀金薄膜的导电性粒子。该导电性粒子的平均粒径因无电镀镀金薄膜非常薄而可近似于原料镍离子的平均粒径。
需要说明的是，镍粒子的平均粒径为通过激光衍射散射法测定粒度分布(测定装置：Micro Track (マイクロトラック) MT3100，日机装(株))，累积质量相当于50%的点的粒径。
另外，使用微型压缩试验机(PCT-200，岛津制作所(株))测定获得的导电性粒子在压缩位移为10%时的压缩硬度。将获得的结果示出在表1中。
就导电性粒子的球形度而言，使用金属显微镜(MX51，オリンパス(株))对导电性粒子进行拍照，求出粒子的最大粒径a和最小粒径b，算出a/b作为球形度。将获得的结果示出在表1中。
(各向异性导电粘合膜的制备)
向5质量份的导电性粒子中混合22质量份的苯氧树脂(YP-50，NSCC Epoxy Manufacturing Co., Ltd. (新日化エポキシ製造(株)))、5质量份的二环戊二烯二甲基丙烯酸酯(DCP，新中村化学工业(株))、10质量份的聚氨酯丙烯酸酯(M-1600，东亚合成(株))、5质量份的丙烯酸橡胶(SG-80H，Nagase ChemteX Corporation (ナガセケムテックス(株)))、1质量份的含磷甲基丙烯酸酯(PM2、日本化药(株))、2质量份的二酰基过氧化物类引发剂(Nyper (ナイパー) BW，日油(株))和50质量份的甲苯，将获得的混合物涂布于剥离薄板上，使干燥厚度达到35μm，于80℃干燥5分钟，从而获得各向异性导电粘合膜。
使用获得的各向异性导电粘合膜，在170℃、4MPa、5秒的加热加压条件下各向异性导电连接聚酰亚胺挠性基板(聚酰亚胺厚38μm、铜配线间距200μm、配线高8μm)和印刷配线基板(FR-4级，松下(株)：铜配线间距200μm、配线高35μm)，制备连接结构体。
研磨所获得的连接结构体各向异性导电连接部分的断面，用金属显微镜测定粒径A和配线间的间隔B(夹持有导电性粒子的端子间的间隔)，求出导电性粒子的压入率(＝100·(A-B)/A)。将获得的结果示出在表1中。
另外，对于获得的连接结构体，测定在温度85℃、湿度85%的高温高湿环境下保存500小时情况下的连接电阻，根据以下标准评价连接可靠性。将获得的结果示出在表1中。在实际使用方面希望评价结果为A或B。
等级　　评价标准
A：　连接电阻值不足2.0Ω的情形
B：　连接电阻值为2.0Ω以上不足4.0Ω的情形
C：　连接电阻值为4.0Ω以上的情形。
另外，制备具有与日本特开2008-91843号公报的图1~图3中记载的测定装置相同组成的装置，使用该装置针对连接结构体的连接部分从挠性基板一侧观察由导电性粒子造成的配线(端子)的压痕，根据以下标准评价压痕状态。将获得的结果示出在表1中。在实用性方面希望评价结果为A或B。需要说明的是，压痕因挠性基板变形而产生。
等级　　评价标准
A：　在连接部分的10处观察部位中有8处以上可确定压痕的情形
B：　在连接部分的10处观察部位中有1~7处可确定压痕的情形
C：　在连接部分的10处观察部位中无法确认压痕的情形。
比较例1
通过浸渍法使平均粒径为8μm的二乙烯基苯类树脂粒子(5g)担载钯催化剂。接着，使用由硫酸镍六水合物、次磷酸钠、枸橼酸钠、三乙醇胺和硝酸铊制备的无电镀镀镍液(pH12，镀液温度50℃)对该树脂粒子进行无电镀镀镍，获得镀镍层(10~20nm厚)形成于表面的镍包覆树脂芯粒子作为导电性粒子。
通过将获得的镍包覆树脂芯粒子与实施例1一样实施无电镀镀金处理，获得Ni-Au包覆树脂芯粒子作为导电性粒子。
对于获得的导电性粒子，与实施例1一样求出平均粒径、压缩硬度、球形度，将获得的结果示出在表1中。另外，与实施例1一样制备各向异性导电粘合膜，求出导电性粒子的压入率，另外评价可靠性，进而评价压痕状态。将获得的结果示出在表1中。
[表1]
 。
根据表1，在使用实施例1~13的各向异性导电粘合膜制备的连接结构体的情形下，连接可靠性和压痕状态的评价结果均为A或B，在实用性方面不存在问题。
另一方面，在使用比较例1的各向异性导电粘合膜制备的连接结构体的情形下，由于所使用导电性粒子在压缩位移为10%时的压缩硬度特别低，为700kgf/mm2，而导电性粒子的压入率也低，为12%，所以压痕状态的评价为C。
在使用比较例2的各向异性导电粘合膜制备的连接结构体的情形下，由于所使用的导电性粒子的平均粒径小，为3μm，所以压痕状态的评价为C。
在使用比较例3的各向异性导电粘合膜制备的连接结构体的情形下，由于球形度大，为5.3，所以连接可靠性的评价为C。
在使用比较例4的各向异性导电粘合膜制备的连接结构体的情形下，由于所使用的导电性粒子的平均粒径小，为3μm，所以压痕状态的评价为C。
在使用比较例5的各向异性导电粘合膜制备的连接结构体的情形下，由于导电性粒子的压入率低，为35%，压痕状态的评价为C。
产业上的可利用性
本发明的各向异性导电粘合膜分别将所使用的导电性粒子的粒径、压缩硬度、球形度限定于特定的范围。因此，以各向异性导电连接后连接结构体中导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，可使以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。因此，可从连接结构体的挠性基板一侧观察端子的压痕，而且即使在高温高湿环境下保存时也可确保良好的连接可靠性。因此，本发明的各向异性导电粘合膜在将挠性基板和刚性基板各向异性导电连接时有用。
符号说明
1　导电性粒子
2　刚性基板
3　刚性基板的端子
4　挠性基板
5　挠性基板的端子
A　导电性粒子的粒径
B　端子间间隔。

Claims (4)

1.各向异性导电粘合膜，所述各向异性导电粘合膜为用于各向异性导电连接挠性基板的端子和刚性基板的端子的各向异性导电粘合膜，其特征在于，在导电性粒子分散于粘合剂树脂组合物而成的各向异性导电粘合膜中，
导电性粒子具有4μm以上且15μm以下的粒径和4500kgf/mm2以上且7000kgf/mm2以下的压缩硬度，并且以导电性粒子的最大粒径为a，以最小粒径为b时，以a/b表示的导电性粒子的球形度为5以下，使得以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子与刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。
2.连接结构体，其特征在于，在挠性基板的端子和刚性基板的端子经由导电性粒子分散于粘合剂树脂组合物而成的各向异性导电粘合膜进行各向异性导电连接而成的连接结构体中，
夹持于挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的各向异性导电粘合膜的导电性粒子具有4μm以上且15μm以下的粒径和4500kgf/mm2以上且7000kgf/mm2以下的压缩硬度，并且以其最大粒径为a，最小粒径为b时，以a/b表示的导电性粒子的球形度为5以下，
导电性粒子以如下状态嵌入挠性基板的端子中：以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。
3.权利要求2所述的连接结构体，其中，刚性基板为玻璃基板。
4.制备方法，所述制备方法为权利要求2所述的连接结构体的制备方法，其特征在于，
在刚性基板的端子上暂时贴附权利要求1所述的各向异性导电粘合膜，配置挠性基板，以夹持所述各向异性导电粘合膜，使得挠性基板的端子对应刚性基板的端子，
通过从挠性基板一侧用加热接合器加热加压各向异性导电粘合膜来进行各向异性导电连接，使得以各向异性导电连接后导电性粒子的粒径为A，以挠性基板的端子和刚性基板的端子之间的间隔为B时，以100·(A-B)/A定义的压入率达到40%以上。
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