JP2000003621A - 異方性導電膜及び導電接続構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続抵抗が低く、接続時の電気容量が大き
く、接続が安定していて、リーク現象を起こさない異方
性導電膜を提供する。 【解決手段】 平均粒子径が０．２〜１０００μｍの導
電性微粒子を少なくとも圧着時に実質的に流動しない特
性を有する耐熱性樹脂層中に分散させたことを特徴とす
る異方性導電膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細電極間の接続
に用いられる異方性導電膜、及び、該異方性導電膜が用
いられた導電接続構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ、パーソナルコンピュ
ータ、携帯通信機器等のエレクトロニクス製品におい
て、半導体素子等の小型電気部品を基板に電気的に接続
したり、基板同士を電気的に接続するため、いわゆる異
方性導電材料といわれるものが使用されている。上記異
方性導電材料のなかで、導電性微粒子をバインダー樹脂
に混合して膜状にした異方性導電膜が広く用いられてい
る。

【０００３】上記異方性導電膜に用いる導電性微粒子と
して、有機基材粒子又は無機基材粒子の表面に金属メッ
キが施されたものが用いられてきた。このような導電性
微粒子は、例えば、特公平６−９６７７１号公報、特開
平４−３６９０２号公報、特開平４−２６９７２０号公
報、特開平３−２５７７１０号公報等に開示されてい
る。

【０００４】導電性微粒子をバインダー樹脂と混ぜ合わ
せてフィルム状又はペースト状にした異方性導電接着剤
材料は、例えば、特開昭６３−２３１８８９号公報、特
開平４−２５９７６６号公報、特開平３−２９１８０７
号公報、特開平５−７５２５０号公報等に開示されてい
る。

【０００５】従来の異方性導電接着剤材料は、導電性微
粒子を構成する基材として、電気絶縁材料が使用されて
いることから、接続時の電気容量が小さいという問題が
あった。

【０００６】近年、電子機器や電子部品が小型化するに
ともない、基板等の配線が微細になり、接続部の電気抵
抗が大きくなる傾向にある。また、最近開発されている
プラズマディスプレー用途等の素子は大電流駆動タイプ
となっていることもあり、大電流対応が必要とされてき
ている。電流容量を大きくするためには、導電性微粒子
の濃度を上げる必要があるが、導電性微粒子の濃度を上
げると隣接する電極間でのリークが発生しやすくなると
いう問題がある。

【０００７】この問題を解決するため、表面が絶縁材で
被覆された導電性微粒子を含み、接続時に電極との接触
面の絶縁材を破壊させて用いる異方性導電膜や、導電性
微粒子の密な部分と粗な部分が設けられた異方性導電膜
が提案されている。しかし、これらの異方性導電膜は、
その製造方法が非常に煩雑であり生産性が低いため、実
際にはあまり用いられていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、接続抵抗が低く、接続時の電気容量が大きく、接続
が安定していて、リーク現象を起こさない異方性導電
膜、及び、該異方性導電膜が用いられた導電接続構造体
を提供することを目的とする。以下に、本発明を詳述す
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒子径が
０．２〜１０００μｍの導電性微粒子が、少なくとも圧
着時に実質的に流動しない耐熱性樹脂層中に分散されて
なることを特徴とする異方性導電膜である。

【００１０】本発明において用いられる導電性微粒子
は、その平均粒子径が０．２〜１０００μｍである。
０．２μｍ未満であると、接合すべき電極面に導電性微
粒子が接触しにくくなり、電極間に隙間が生じて接触不
良の原因となる場合があり、１０００μｍを超えると、
隣接する電極と接触しやすくなり、電極間においてショ
ートが発生しやすくなるため上記範囲に限定される。好
ましくは、１〜５０μｍであり、より好ましくは、３〜
２５μｍである。

【００１１】上記導電性微粒子としては特に限定され
ず、例えば、金、銀、パラジウム、ニッケル、銅、タン
グステン、スズ等の金属、ハンダ等の合金、金属の混合
体、金属同士又は高分子微球、ガラスビーズ等と金属と
の複合体等が挙げられる。上記複合体は、金属粒子、高
分子微球、ガラスビーズ等を核とし、その表面が金属で
被覆されたものであり、上記金属同士の複合体として
は、金属粒子にメッキ処理が施されたもの等が挙げられ
る。これら導電性微粒子のなかでは、ＣＶ値の小さいも
のが得られるという点から、ガラスビーズ又は高分子微
球を核にしたものが好ましく、接続抵抗を小さくできる
という点から、金属粒子に貴金属メッキが施されたもの
が好ましく、中でも、金メッキが施されたものが特に好
ましい。

【００１２】上記導電性微粒子は、接続の際の電気抵抗
を小さくするという点から、上記耐熱性樹脂層中の含有
量が１０重量％以上であるのが好ましい。好ましくは２
０重量％以上であり、より好ましくは４０重量％以上で
ある。

【００１３】上記導電性微粒子としては、ＣＶ値が４０
％以下であるものが好ましい。ここで、ＣＶ値とは、下
記の式（１）； ＣＶ値（％）＝（σ／Ｄｎ）×１００・・・・（１） （式中、σは、粒子径の標準偏差を表し、Ｄｎは、数平
均粒子径を表す）で表される値である。上記標準偏差及
び数平均粒子径は、導電性微粒子１００個を電子顕微鏡
で観察することにより得られる数値である。上記ＣＶ値
が４０％を超えると、粒子径が不揃いとなるため、導電
性微粒子を介して電極同士を接触させる際に接触しない
粒子が多量に発生し接続抵抗が大きくなったり、隣接電
極間でのリーク現象が発生しやすくなることがある。よ
り好ましくは、２０％以下である。

【００１４】上記導電性微粒子は、アスペクト比が１．
３以下のものが好ましい。本明細書において、上記アス
ペクト比とは、導電性微粒子１００個を電子顕微鏡で観
察することにより得られる上記導電性微粒子の平均長径
を平均短径で割った値とする。上記アスペクト比が１．
３を超えると、粒子径が不揃いとなるため、導電性微粒
子を介して電極同士を接触させる際、電極に接触しない
粒子が多数発生し導電抵抗が大きくなったり、隣接電極
間でのリーク現象が発生しやすくなる。より好ましく
は、１．１以下である。

【００１５】本発明の異方性導電膜を構成する耐熱性樹
脂層は、圧着時に実質的に流動しないものならば特に限
定されず、例えば、架橋アクリレート樹脂、架橋エチレ
ン−酢酸ビニル樹脂、架橋ポリウレタン樹脂等の架橋樹
脂；フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の
熱硬化性樹脂；ポリイミド、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリスルホン等の耐熱性樹脂が挙げられる。

【００１６】従来の異方性導電膜では、熱圧着時に異方
性導電膜を構成する樹脂が流動するため、導電性微粒子
もそれに伴って流動し、元々電極間にあった導電性微粒
子が電極以外の場所へ移動する現象が発生する。そのた
め、導通に関与しない導電性微粒子が多数発生し、導電
粒子を効率的に働かせることができなかった。また、こ
の移動した導電性微粒子が連なり、リークの発生原因と
なっていた。

【００１７】しかしながら、本発明で使用されている上
記耐熱性樹脂層は、圧着時に実質的に流動しないため樹
脂中の導電性微粒子は流動することがない。このため、
非常に効率的に導電性微粒子を働かせることができ、導
電性微粒子が高濃度になってもリークの発生が起こりに
くい。

【００１８】更に、上記異方性導電膜は、それを構成す
る耐熱性樹脂層中に導電性微粒子を配列させることによ
り、より効率的に導電性微粒子を働かせることができ
る。この場合、導電性微粒子の平均粒子径は２０〜１０
００μｍが好ましい。２０μｍ未満であると配列させに
くくなり、１０００μｍを超えると隣接する電極と接触
しやすくなり、電極間においてショートが発生しやすく
なることがある。

【００１９】本発明の異方性導電膜は、導電性微粒子を
分散させた少なくとも圧着時に流動しない耐熱性樹脂層
単独から構成されるか、又は、上記耐熱性樹脂層と接着
層とから構成される。

【００２０】上記耐熱性樹脂層が接着性を有するもので
あっても、接着性を有さないものであっても、上記耐熱
性樹脂層単独で異方性導電膜を構成することができる。
すなわち、上記耐熱性樹脂層が接着性を有する場合に
は、そのまま電極が形成された基板同士等を上記耐熱性
樹脂層を介して熱圧着することにより接着することがで
き、一方、上記耐熱性樹脂層が接着性を有さない場合に
は、接着剤を基板等に予め塗っておくことにより、同様
に基板同士等を上記耐熱性樹脂層を介して接着すること
ができる。

【００２１】しかし、上記耐熱性樹脂層自体が接着性を
有さない場合、基板等に接着剤を塗布して接着を行うの
は、作業が非常に煩雑になる。そこで、上記耐熱性樹脂
層表面に接着層を存在させた異方性導電膜を作製し、そ
のまま基板同士等を異方性導電膜を介して接着させるの
が好ましい。

【００２２】上記耐熱性樹脂層表面に接着層を存在させ
る方法としては、上記耐熱性樹脂層表面に接着剤を分布
させる方法と、上記耐熱性樹脂層の表面全体に接着剤か
らなる接着層を形成する方法とがあり、導電性微粒子の
直径と耐熱性樹脂層との厚さ等を考慮して、適切な方法
をとればよい。

【００２３】上記耐熱性樹脂層の厚さは、導電性微粒子
と電極が接触し易いように、導電性微粒子の平均粒子径
より薄いことが好ましい。

【００２４】上記接着剤用のバインダー樹脂としては、
例えば、アクリレート樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹
脂、スチレンーブタジエンブロック共重合体等の熱可塑
性樹脂；グリシジル基を有するモノマーやオリゴマーと
イソシアネート等の硬化剤との反応により得られる硬化
性樹脂組成物等の熱や光によって硬化する組成物等が挙
げられる。

【００２５】上記異方性導電膜により接続される対象物
としては、例えば、表面に電極部が形成された基板、半
導体等の電気部品等が挙げられる。上記基板は、フレキ
シブル基板とリジッド基板とに大別される。上記フレキ
シブル基板としては、例えば、５０〜５００μｍの厚み
の樹脂シートが挙げられる。上記樹脂シートの材質とし
ては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリスルホン等が挙げられる。

【００２６】上記リジッド基板は、樹脂製のものとセラ
ミック製のものに大別される。上記樹脂製のものとして
は、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、セルロース繊維強化フェノール樹脂等が挙げられ
る。上記セラミック製のものとしては、例えば、二酸化
ケイ素、アルミナ、ガラス等が挙げられる。

【００２７】上記基板の構成は特に限定されず、単層の
ものであってもよく、単位面積当たりの電極数を増加さ
せるために、例えば、複数の層が形成され、スルーホー
ル形成等の手段により、これらの層が相互に電気的に接
続されている多層基板であってもよい。

【００２８】上記電気部品としては特に限定されず、例
えば、トランジスタ、ダイオード、ＩＣ、ＬＳＩ等の半
導体等の能動部品；抵抗、コンデンサ、水晶振動子等の
受動部品等が挙げられる。上記基板又は電気部品の表面
に形成される電極の形状としては特に限定されず、例え
ば、縞状、ドット状、任意形状のもの等が挙げられる。

【００２９】上記電極の材質としては、例えば、金、
銀、銅、ニッケル、パラジウム、カーボン、アルミニウ
ム、ＩＴＯ等が挙げられる。接触抵抗を低減させるため
に、銅、ニッケル等の上に更に金が被覆された電極を用
いることができる。

【００３０】上記異方性導電膜を用いた接着方法として
は、例えば、表面に電極が形成された基板又は電気部品
の上に、上記異方性導電膜を配置し、その上に、他の基
板又は電気部品の電極を置き、熱圧着する方法が挙げら
れる。上記熱圧着には、ヒーターが付いた圧着機やボン
ディングマシーン等が用いられる。上記異方性導電膜の
厚さは、３〜２００μｍが好ましい。

【００３１】このようにして作製された導電接続構造体
では、上記異方性導電膜中に分散された導電性微粒子を
介して電流が流れる。本発明の異方性導電膜によれば、
圧着時に導電性微粒子は流動しないため、隣接する電極
間でのリークが防止され、導電性微粒子の濃度を上げる
ことが可能であり、これにより接続抵抗を小さくし電気
容量を大きくすることができる。

【００３２】さらに、製造プロセスに関し、既存の異方
性導電膜と同様の方法で製造できるため、容易で生産性
が高く、導電性微粒子の表面を絶縁材で被覆する等の煩
雑で生産性の低いプロセスを必要としない。

【００３３】上記基板又は電気部品の電極部同士が、上
記異方性導電膜等を用いて接続された導電接続構造体も
また、本発明の一つである。

【００３４】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３５】実施例１ 平均粒子径１８μｍ、アスペクト比１．０７、ＣＶ値２
０％のニッケルに０．０５μｍの厚さの金メッキを施し
た導電性微粒子を、その含有量が５０重量％になるよう
に厚み１０μｍのポリイミド膜中に分散させた。さら
に、その両面に接着層として、エポキシ樹脂及びアクリ
ル樹脂の混合物を１０μｍの厚みに塗布した。次に、厚
み１．６ｍｍのガラス−エポキシ基板（電極；配線幅８
０μｍ、電極ピッチ１６０μｍ）に得られた異方性導電
膜を貼り付けた。この上に厚み８０μｍのポリイミドフ
ィルム基板（電極；厚み３０μｍ、配線幅８０μｍ、電
極ピッチ１６０μｍ）を重ね合わせ、１５０℃、２分間
加熱、加圧して導電接続構造体を作製した。圧着の際、
接着層は加熱、加圧により流動したがポリイミド膜は実
質的に流動せず、導電性微粒子も実質的に流動していな
かった。この導電接続構造体の接続抵抗値は０．００１
Ω以下と充分に低く、隣接する電極間の線間絶縁性は充
分保たれていた。また、−２０〜１００℃の冷熱サイク
ルを１０００回行ったが、特に問題は発生しなかった。

【００３６】実施例２ 平均粒子径２５μｍ、アスペクト比１．２、ＣＶ値３０
％の金メッキを施したニッケルを導電性微粒子として、
その含有量が１５重量％になるように厚み２５μｍの架
橋ポリウレタン膜中に分散させた以外は、実施例１と同
様に導電接続構造体を作製した。圧着の際、接着層は加
熱、加圧により流動したが架橋ポリウレタン膜は実質的
に流動せず、導電性微粒子も実質的に流動していなかっ
た。この導電接続構造体の接続抵抗値は０．００６Ωと
充分に低く、隣接する電極間の線間絶縁性は充分保たれ
ていた。また、−２０〜１００℃の冷熱サイクルを１０
００回行ったが、特に問題は発生しなかった。

【００３７】実施例３ 平均粒子径２５μｍ、アスペクト比１．０４、ＣＶ値１
０％の金メッキを施したジビニルベンゼンの微球を導電
性微粒子として、その含有量が３０重量％になるように
分散させた以外は、実施例１と同様に導電接続構造体を
作製した。圧着の際、接着層は加熱、加圧により流動し
たが、ポリイミド膜は実質的に流動せず、導電性微粒子
も実質的に流動していなかった。この導電接続構造体の
接続抵抗値は０．００８Ωと充分に低く、隣接する電極
間の線間絶縁性は充分保たれていた。また、−２０〜１
００℃の冷熱サイクルを１０００回行ったが、特に問題
は発生しなかった。

【００３８】実施例４ 平均粒子径５０μｍ、アスペクト比１．０５、ＣＶ値１
０％のニッケルに０．０５μｍの厚さの金メッキを施し
た導電性微粒子を、２００μｍのピッチで厚み２５μｍ
の架橋アクリル膜中に分散させた。さらに、その両面に
接着層として、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の混合物
を３０μｍの厚みに塗布した。ガラス−エポキシ基板上
に、縦、横が１００μｍ×１００μｍの金バンプを２０
０μｍのピッチで８×８個設け、得られた異方性導電膜
を、位置合わせを行った後貼り付けた。次に、この上に
同じ基板を重ね合わせ、１５０℃、２分間加熱、加圧し
て導電接続構造体を作製した。圧着の際、接着層は加
熱、加圧により流動したが架橋アクリル膜は実質的に流
動せず、導電性微粒子も実質的に流動していなかった。
この導電接続構造体の接続抵抗値は０．００１Ω以下と
充分に低く、隣接する電極間の線間絶縁性は充分保たれ
ていた。また、−２０〜１００℃の冷熱サイクルを１０
００回行ったが、特に問題は発生しなかった。

【００３９】比較例１ ポリイミド膜の代わりに接着層と同じエポキシ樹脂及び
アクリル樹脂の混合物を用いた以外は、実施例１と同様
に導電接続構造体を作製した。圧着の際、エポキシ樹脂
及びアクリル樹脂の混合物層は加熱、加圧により流動
し、導電性微粒子も流動した。この導電接続構造体の接
続抵抗値は０．００３Ωと充分低かったものの、隣接す
る電極間の一部でリークが観測された。−２０〜１００
℃の冷熱サイクルを１０００回行ったが、特に問題は発
生しなかった。

【００４０】比較例２ ２５μｍのポリウレタン膜の代わりに４０μｍのエポキ
シ樹脂及びアクリル樹脂の混合物を用いた以外は、実施
例２と同様に導電接続構造体を作製した。圧着の際、エ
ポキシ樹脂及びアクリル樹脂の混合物層は加熱、加圧に
より流動し、導電性微粒子も流動した。この導電接続構
造体は、隣接する電極間の線間絶縁性は充分保たれてい
たものの接続抵抗値は０．０２Ωと高かった。−２０〜
１００℃の冷熱サイクルを１０００回行ったが、特に問
題は発生しなかった。

【００４１】比較例３ 金メッキを施したニッケル粒子の代わりにＣＶ値が４２
％のニッケル粒子を用いた以外は、比較例２と同様に導
電接続構造体を作製した。圧着の際、エポキシ樹脂及び
アクリル樹脂の混合物層は加熱、加圧により流動し、導
電性微粒子も流動した。この導電接続構造体は、隣接す
る電極間の線間絶縁性は充分保たれていたものの接続抵
抗値は０．０８Ωと高かった。また、−２０〜１００℃
の冷熱サイクルを１０００回行ったところ、抵抗値の大
幅な上昇が観測された。

【００４２】比較例４ 架橋アクリル膜の代わりにエポキシ樹脂及びアクリル樹
脂の混合物を用いた以外は、実施例４と同様に導電接続
構造体を作製した。圧着の際、エポキシ樹脂及びアクリ
ル樹脂の混合物層は加熱、加圧により流動し、導電性微
粒子も流動した。このため、一部のバンプで導電不良部
分が観測された。

【００４３】比較例５ 金メッキを施したニッケル粒子の代わりに平均粒子径
０．２μｍ未満のニッケル粒子を用いた以外は、実施例
１と同様に導電接続構造体を作製した。この際、ポリイ
ミド膜を薄くしても導通不良が観測された。

【００４４】比較例６ 平均粒子径１８μｍの金メッキを施したニッケル粒子の
代わりに、平均粒子径１２００μｍの金メッキを施した
ニッケル粒子を用いた以外は、実施例１と同様に導電接
続構造体を作製した。この際、微細電極に対応できない
ため隣接する電極間でショートが観測された。

【００４５】

【発明の効果】本発明の異方性導電膜は、上述の構成よ
りなるので、電極が形成された基板又は電気部品等を良
好に導電接合することができる。また、本発明の導電接
続構造体は、上述の構成よりなるので、接続抵抗が低
く、接続時の電流容量が大きく、接続が安定していて、
リーク現象を起こさない導電接続構造体を提供すること
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｒ 11/01 Ｈ０１Ｒ 11/01 Ｋ // Ｃ０８Ｋ 3/08 Ｃ０８Ｋ 3/08 Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｆターム(参考） 4F213 AA10 AA21 AA29 AB13 AB28 AD03 AE03 AG01 AH81 WA06 WA15 WA53 WA58 WB01 4J002 BB061 BG031 BP011 CC031 CD001 CF031 CK001 CL001 CM041 CN031 DA076 DA086 DA116 DC006 DL006 FB046 FD116 GQ00 GQ05 5G301 DA03 DA05 DA06 DA10 DA11 DA13 DA14 DA29 DA34 DA42 DA45 DA51 DA53 DA55 DA59 DD08 5G307 HA02 HB03 HC01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒子径が０．２〜１０００μｍの導
   電性微粒子が、少なくとも圧着時に実質的に流動しない
   耐熱性樹脂層中に分散されてなることを特徴とする異方
   性導電膜。
2. 【請求項２】 導電性微粒子は、その平均粒子径が、１
   〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の異方
   性導電膜。
3. 【請求項３】 導電性微粒子は、金属であることを特徴
   とする請求項１又は２記載の異方性導電膜。
4. 【請求項４】 導電性微粒子は、耐熱性樹脂層中の含有
   量が１０重量％以上であることを特徴とする請求項１、
   ２又は３記載の異方性導電膜。
5. 【請求項５】 導電性微粒子は、金メッキが施されてい
   ることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の異方
   性導電膜。
6. 【請求項６】 異方性導電膜は、圧着時に実質的に流動
   する接着剤を含むことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４又は５記載の異方性導電膜。
7. 【請求項７】 異方性導電膜は、圧着時に実質的に流動
   する接着層を含むことを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５又は６記載の異方性導電膜。
8. 【請求項８】 導電性微粒子は、アスペクト比が１．３
   以下、ＣＶ値が４０％以下であることを特徴とする請求
   項１、２、３、４、５、６又は７記載の異方性導電膜。
9. 【請求項９】 導電性微粒子は、その平均粒子径が２０
   〜１０００μｍであって、一定の配列をなしていること
   を特徴とする請求項１、３、４、５、６、７又は８記載
   の異方性導電膜。
10. 【請求項１０】 耐熱性樹脂層の厚さは、導電性微粒子
    の平均粒子径よりも薄いことを特徴とする請求項１、
    ２、３、４、５、６、７、８又は９記載の異方性導電
    膜。
11. 【請求項１１】 基板又は電気部品を構成する電極部同
    士が、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は
    １０記載の異方性導電膜を用いて接続されていることを
    特徴とする導電接続構造体。