JP2003100806A - 極細ピッチcog技術用異方性導電フィルム及びその製造方法 - Google Patents

極細ピッチcog技術用異方性導電フィルム及びその製造方法

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JP2003100806A
JP2003100806A JP2002195566A JP2002195566A JP2003100806A JP 2003100806 A JP2003100806 A JP 2003100806A JP 2002195566 A JP2002195566 A JP 2002195566A JP 2002195566 A JP2002195566 A JP 2002195566A JP 2003100806 A JP2003100806 A JP 2003100806A
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conductive particles
anisotropic conductive
bumps
particles
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Kyung Wook Paik
ウォク パイク キュン
Jin Imu Myun
ジン イム ミュン
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極細ピッチCOG(Chip-o
n-Glass)技術を具現するに適する異方性導電フ
ィルム及びその製造方法を提供する 。 【解決手段】 本発明によると、既存の導電粒子
に比べて直系が1/20〜1/5の非導電粒子(ポリマ
ー、セラミック等)を、1〜30体積%の含量で更に添
加することを最も大きな特徴とする。それにより、極細
ピッチの駆動回路ICのCOG接続のみならず、他の分
野の極細ピッチフリップチップ分野でも半導体チップの
バンプ間の電気的ショート現象を防止する。従って、A
CAフリップチップ技術を使用する通信分野及び汎用フ
リップチップパッケージに広範囲に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、異方性導電フィル
ム及びその製造方法に関し、特に極細ピッチCOG(C
hip−On−Glass)技術を具現するに適する異
方性導電フィルム及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイ(Liquid Cr
ystal Display;LCD)は、次世代フラ
ットパネルディスプレイの代表的なものであって、省エ
ネルギー、高画質、様々な市場性等の特徴をもってお
り、最近に入って大いに注目を浴びている。液晶ディス
プレイを構成する液晶ディスプレイパネルは、二つの透
明グラス平面の間から液晶ポリマーが注入されてなる
が、この液晶ディスプレイパネルは、多数の画素を有す
る。イメージを現すためには、各画素の透過率が調節さ
れなければならない。従って、このために、電界の磁極
を通じて各画素の液晶を傾けることにより、バックライ
トユニットから出る光の透過率を調節する。かかる電界
の調節のために、信号ラインを介して個々画素の電界形
成装置に電圧を供給する駆動回路ICが液晶ディスプレ
イパネルの周辺に実装されなければならない。
【0003】このような液晶パネルと駆動ICとの電気
的な接続のための技術的な方法である駆動IC実装技術
は、駆動ICの複雑化のため、また、画素数の増加と高
い解像度の要求に応じて、微細ピッチ接続、容易な接続
工程、高い信頼性が求められている。かかる駆動IC実
装技術の要求を満たすために、駆動ICのバンプを液晶
パネルの電極、例えば、ITO電極にフェイスダウンボ
ンディングするCOG技術が開発された。
【0004】様々なCOG技術が各会社により紹介され
ているが、最も普遍的な方式は、バンプを有する駆動I
Cを異方性導電フィルム(Anisotropic C
onductive Film:ACF)を使用し、熱
圧着して液晶パネル基板の上に実装する方式である。過
去数年間、かかる異方性導電フィルムの開発が行われて
きたが、異方性導電フィルムとしては、主に熱硬化性エ
ポキシ樹脂に導電性粒子が分散された構造となってい
る。導電性粒子は、通常、5〜20μmの直径のゴール
ド、銀、ニッケルまたは金属にてコーティングされたポ
リマーまたはグラスボール等が使われる。導電性粒子の
量に応じて、本来非導電性質を有するポリマーマトリッ
クスが異方性導電性質(5〜10体積%の場合)、また
は、等方性導電性質(25〜35体積%の場合)を有す
るようになる。
【0005】画素の増加により駆動ICのバンプの数は
増加し、バンプ間のピッチ間隔は狭くなる。従って、バ
ンプの接続面積が減少すると共に一定の抵抗を維持する
ために、異方性導電フィルム内の導電性粒子の数の増加
が必要となる。しかし、これにより、駆動ICのバンプ
間に導電性粒子が多くなり、バンプ間の電気的ショート
現象が起こる可能性が非常に高くなった。かかるバンプ
間の電気的ショート現象は、次のような順に発生し得
る。異方性導電フィルムが接着された液晶パネルの上に
バンプ形成された駆動ICが熱と圧力を受けて接続され
る時、異方性導電フィルムの粘度の減少により、バンプ
間のスペースを埋めるための異方性導電フィルムの流れ
が起こる間、数多くの導電粒子が流れ込む。この時、バ
ンプ間のピッチ間隔が狭い場合は、数個の導電粒子が互
いに接触し、バンプ間の電気的ショート現象が起こる。
【0006】要約すると、50μm以下の極細ピッチL
CD駆動ICの実装の方法としてCOG技術を具現する
において、最近の液晶パネルと駆動IC上のバンプの精
巧なピット整列から、バンプ間のピッチ間隔が狭くな
り、電気的ショート現象が駆動ICの隣接したバンプの
間で発生する。また、50μm以下の極細ピッチにより
バンプの断面積がより小さくなり、電気的導電性を維持
するために数多くの導電粒子が駆動ICのバンプと液晶
パネルの電極の間で機械的に接触しなければならないた
め、また異方性導電フィルム内の導電粒子の数が多くな
ければならないことから、上述した電気的ショート現象
が起こる確率が高くなる。
【0007】図1は、COG接続をなす過程で生じる極
細ピッチ駆動回路ICのバンプ間のスペースを導電粒子
が埋めることにより、バンプ間の電気的ショートが発生
する現象を説明するための図である。液晶パネル上のI
TO電極と駆動回路ICのバンプとが接続されることを
例として挙げた。図1の(a)は、駆動回路ICを取り
除いた状態を示す平面図であり、図1の(b)は、図1
のC−C’線に沿って切断した断面図であり、駆動回路
ICが存在する状態を示すものである。
【0008】図1の(a)を参照すると、ガラス基板か
らなる液晶パネル200の上で電極パッド235が電極
230に接続されている。このパッド235は、導電粒
子224と無機充填材222とからなる異方性導電フィ
ルム220が介在した状態で、駆動回路ICのバンプ
(図示せず)と整列するようにして熱圧着される。通常
的に、駆動回路ICにおいて出力側のバンプの数が遥か
に多いため、その部分に該当する電極が微細ピッチを有
するようになる。従って、この部分の異方性導電フィル
ム内で導電粒子224同士の接触による電気的ショート
発生の確率が高くなる。図4の(b)に示されるよう
に、従来の異方性導電フィルム220を使用して液晶パ
ネル200の上のパッド235と駆動回路IC210の
バンプ240とを整列させた後、熱圧着すると、COG
接続をなすとき、異方性導電フィルムのフィルム樹脂の
粘度が減少し、これにより、水平方向への樹脂の流れ
が、図1の(a)の矢印の方向に発生する。従って、フ
ィルム樹脂内の導電粒子224も流れるようになるが、
特にバンプ240の周囲でのその流れが多く発生する。
バンプ240の周囲の四方に向けてフィルム樹脂が流れ
ると、導電粒子224の流れも共に起こるため、バンプ
240間のスペースへの導電粒子224の流れ込みが多
くなり、これにより、導電粒子224同士の接触が発生
する。極細ピッチを有する駆動回路のバンプであるほ
ど、導電粒子同士の固まりと接触による電気的発熱が発
生し、電気的ショート現象が起こるようになる。
【0009】かかるCOG工程技術において発生し得る
バンプ間の電気的ショート現象を抑えるために、日本の
ソニー社の場合、金属コーティングされたポリマー粒子
の表面に薄い絶縁性コーティングを施し、導電粒子同士
の電気的接続通路を形成しないようにする方法を採択し
ており、日立社の場合、バンプ間のスペースに流れ込む
樹脂に導電粒子の流動を最小化するために、バンプ側に
導電粒子のない樹脂フィルムが接触し、電気的導電粒子
が含有されたフィルム層がガラス基板に接合されるよう
にした二重構造異方性導電フィルムを使用する方法を採
択している。
【0010】しかし、ソニー社で採択している方法によ
ると、粒子同士の絶縁性は減少するが、全体的にバンプ
とパッドとの間の導電性を劣化する可能性がある。
【0011】また、日立社で採択している方法による
と、異方性導電フィルム構造の複雑化による生産コスト
の増加が発生する可能性がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする技術的課題は、異方性導電フィルムが接着
された液晶パネルの上にバンプ形成された駆動ICが熱
と圧力を受けて接続する時、異方性導電フィルムの粘度
が減少し、バンプ間のスペースを埋めるために異方性導
電フィルムの流れが起こる間、多数の導電粒子が流れ込
むことで起こり得るバンプ間の電気的ショート現象を防
止すると共に、異方性導電フィルムの流れにより駆動I
Cのバンプと液晶パネルの電極との間の導電粒子の数が
減少することを抑えることができる異方性導電フィルム
及びその製造方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るための本発明の異方性導電フィルム及びその製造方法
は、熱硬化性エポキシ樹脂に、導電粒子とこれに比べて
その直径が1/20〜1/5である非導電粒子(ポリマ
ー、セラミック等)とを、1〜30体積%の含量で更に
添加することを最も大きい特徴とする。このような技術
により、(1)導電粒子同士の自然な絶縁をなすように
して、極細ピッチの駆動回路ICの電気的ショート現象
を防止する効果と、(2)異方性導電フィルムの熱圧着
時の粘度の減少と共に、バンプ間のスペースを埋めるた
めの流れが発生する時、相対的に直径が大きい導電粒子
の移動性が、非導電粒子により抑えられるため、駆動I
Cのバンプと液晶パネルの電極との間で接触する導電粒
子の数を一定水準に保ち、(3)非導電粒子の直径が導
電粒子のそれより遥かに小さいため、バンプとパッドと
の間の導電性には大きな影響を与えず、微細ピッチ接続
を具現することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について説明
する。各図面の説明において、同一又は類似する図面符
号は、同一又は類似する構成要素を示す。
【0015】[極細ピッチCOG用異方性導電フィルム
の製造]図2は、本発明の実施例による異方性導電フィ
ルムに含まれた粒子成分の概略図である。図2を参照す
ると、それぞれ一定の大きさを有する導電粒子224と
非導電粒子226とが混合されており、この粒子間のス
ペースは、熱硬化性エポキシ樹脂が埋めている。導電粒
子224は、3μmの直径を有し、非導電粒子は、0.
5μmの直径を有する。本発明の効果を奏するために
は、非導電粒子の直径が、導電粒子のそれの1/20〜
1/5に該当する直径を有し、非導電粒子が、前記エポ
キシ樹脂内に1〜30体積%の含量で分散されるのが好
ましい。また、導電粒子と非導電粒子に対する前記条件
を満たす状態で、導電性粒子の直径は、3〜10μmの
範囲内にあり、前記非導電粒子の直径は、1μm以下の
範囲内にあるのが好ましい。導電性粒子としては、金属
粒子を使用することもでき、金属メッキされたポリマー
粒子を使用することもできる。一方、非導電粒子として
は、ポリマーボールまたはセラミックボールを使用する
ことができるが、ポリマーボールの場合、その材質をテ
フロン(登録商標)またはポリエチレンから選ぶことが
でき、セラミックボールの場合、その材質を、アルミ
ナ、シリカ、グラスまたはシリコンカーバイドから選ぶ
ことができる。
【0016】このような異方性導電フィルムは、次のよ
うな方法により製造される。先ず、固体エポキシ、液体
エポキシ、フェノキシ樹脂及びメチルエチルケトン(M
EK)/トルエンソルベントが混合されたエポキシ樹脂
を用意する。続いて、所定直径の導電粒子と、前記導電
粒子の直径の1/20〜1/5に該当する直径を有する
非導電粒子を常温で0.5〜3時間混合した粒子混合体
を、前記エポキシ樹脂に混合する。導電粒子と非導電粒
子との均一な混合を助けるために、前記結果物に3−グ
リシジルオキシプロピルトリメトキシシランを2〜4重
量%添加する。次に、ここにエポキシイミダゾル硬化剤
をエポキシと50重量%に添加して常温で0.5〜2時
間機械的に掻き混ぜ、気泡を取り除くために真空吸込み
を施す。この硬化剤として、マイクロカプセルで被覆さ
れたイミダゾル硬化剤を使用することができる。その
後、その結果物を離型剤フィルム上に10〜50μmの
厚さにコーティングし、ソルベントを取り除くために、
これを70〜90℃の温度で30秒〜2分間乾燥させる
と、異方性導電フィルムが完成する。この時、混合する
導電粒子の個数は、異方性導電フィルムにより接続され
る駆動回路ICのバンプ間の所望する電気抵抗値に基づ
いて調節するとよい。このようにして製造された異方性
導電フィルムは、通常の駆動回路ICのCOG接続技術
の装置に適するようにリールに巻き付けられて保管され
る。
【0017】1.バンプ形成された駆動ICチップ 図3は、本発明の適用例に使用される駆動回路ICチッ
プ210を示す図であって、低価型非はんだ付けバンプ
形成工程により無電解ニッケル/ゴールドバンプ、ゴー
ルドメッキバンプ等のバンプ240a、240bが、駆
動ICチップ210のI/O上に形成されたことを示す
平面図である。
【0018】駆動回路ICの表面には、異方性導電フィ
ルムを用いたCOG接続のためにバンプが必要となる。
液晶パネルの電極が、はんだ付けを用いて接続すること
ができないITO電極であるため、通常の駆動回路IC
のバンプを非はんだ付けバンプという。図3に示すよう
に、駆動回路ICチップ210は、一方側が長い矩形形
態となっており、長い両側面の周囲に入力側バンプ24
0aと出力側バンプ240bとが配列されている。駆動
回路の出力側のバンプ240bは、液晶パネルの映像信
号線に該当する電極に接続されており、入力側のバンプ
240aは、同じく液晶パネルの電極に接続されてお
り、この電極らは、液晶パネルの上に相互連結線に沿っ
て透明基板の周辺部の端子に接続される。この周辺部の
端子は、さらに伸縮性の印刷回路基板の電極に接続さ
れ、印刷回路板に接続される。通常、出力信号数が入力
信号数より多いため、駆動ICの出力側のバンプ240
bの数が入力側のバンプ240aの数より多い。駆動回
路ICの入力側、出力側の端子は、通常、シリコンチッ
プにシリコン酸化膜で保護し、Al電極が露出されてい
る。このI/Oパッドの上にAuメッキ方法を用いてA
uバンプを形成する。
【0019】無電解メッキ法を用いてバンプを形成する
場合、代表的なバンプが無電解ニッケル/ゴールドバン
プである。これを形成するために、無電解ニッケル/ゴ
ールドメッキ工程を通じて厚さ25μmの無電解バンプ
を形成する。この場合、Alを活性化させるためにジン
カート処理を施し、その後、適切な温度を有する無電解
ニッケルメッキ溶液に適正の時間浸漬してニッケルバン
プを形成する。ニッケルの酸化防止及び電気伝導度の向
上のために薄いゴールドメッキを施す。
【0020】以上のAu電解メッキ方法と無電解メッキ
方法によるバンプは、駆動ICの露出されたI/O形状
の通りバンプの断面構造が決まる。
【0021】メッキ法を利用せずに、Auワイヤ機械を
用いてAuスタッドバンプを形成することもできる。A
uスタッドバンプを形成した後には、各バンプ間の高さ
の偏差を減少させるために平坦化工程を遂行する。これ
は、異方性導電フィルムの接続時、バンプの端部分の変
形量を多くして接続面積を広くするためである。これ
は、バンプの高さが不均一であることで特定のI/Oへ
過剰の接続圧力が加わり、チップが損傷することを防止
することができる。また、チップと基板の整列及び接続
が容易であり、接続面積を広げる効果がある。かかるス
タッドバンプの断面構造は、大概円形であり、断面積も
駆動ICの露出されたI/O電極より小さくなる。
【0022】2.異方性導電フィルムを用いたCOG接
続方法 図4は、液晶パネル上のITO電極用パッドと駆動回路
ICの非はんだ付けバンプ間を、本発明の異方性導電フ
ィルムにより接続する過程を示す図である。一般に、従
来の技術による異方性導電フィルムを使用すると、駆動
回路ICのI/O密度が増加し、バンプの断面積が減少
することにより、バンプとITO電極パッドとの間で接
触する異方性導電フィルム内の導電粒子の減少と不均一
性が発生し得り、バンプ間のスペースの減少による異方
性導電フィルムの熱圧着時の粘度の減少とバンプ間のス
ペース内へのエポキシ樹脂の流れによる導電性粒子の密
度の増加によるバンプ間の電気的ショート現象が問題と
なる。
【0023】本発明の異方性導電フィルムを使用したC
OG接続方法は、従来の技術と同様なものであって、具
体的な例を挙げると、次のとおりである。先ず、図4の
(a)に示されるように、バンプ240が形成された駆
動回路IC210と異方性導電フィルム320が仮圧着
された液晶パネル200のITO電極パッド235とを
整列させた後、熱と圧力を同時に加えて熱圧着させる。
仮圧着は、通常、80〜100℃で50〜100N/c
の圧力にて3〜5分間遂行される。キャリアフィル
ムは取り除かれ、駆動回路IC210と液晶パネル20
0との異方性導電フィルム320を介した本圧着は、1
70〜180℃で200〜400N/cmの圧力にて
20〜30秒間遂行される。20〜30秒間の接続が施
された後は、圧力を加えたままに冷却させ、図4の
(b)に示すような接続構造を完成する。
【0024】3.バンプ間の電気的ショート発生の防止 図5は、本発明の異方性導電フィルムを駆動回路ICの
COG接続用材料として使用した時、駆動回路ICバン
プ間のスペースで導電粒子の充填により発生し得る電気
的ショート現象を、非導電粒子の充填を通じて抑える原
理を説明する図である。図5においては、駆動回路IC
を取り除いた状態のことを示している。図5に示すよう
に、本発明の極細ピッチ駆動回路ICのCOG実装用異
方性導電フィルム320を使用してCOG接続を遂行す
ると、熱圧着時に、異方性導電フィルムの粘度の減少と
フィルム樹脂の流れが発生しても、フィルム樹脂内の導
電粒子224及び非導電粒子226、例えば、無機充填
材の含有により樹脂の流れが既存の異方性導電フィルム
より相対的に小さくなる。そして、バンプ周囲の樹脂の
流れが発生し、導電粒子の流れ込みが多くなるとしても
導電粒子224周囲に存在する、大きさが導電粒子の1
/5以下の非導電粒子226の自然的な絶縁効果により
導電粒子224同士の接触によるバンプ間の電気的ショ
ート現象を防止することができる。また、極細ピッチの
駆動回路バンプであるほど、バンプの平面断面積が狭く
なることにより、バンプと液晶パネルとの間で導電に参
与する導電粒子の数が少なくなるが、フィルム樹脂の流
れを低下させて導電粒子の数が減少しすぎることを防止
することができる。
【0025】
【発明の効果】本発明によると、極細ピッチの駆動回路
ICのCOG接続のみならず、他の分野の極細ピッチの
フリップチップ分野においても半導体チップのバンプ間
の電気的ショート現象を防止することができる。従っ
て、ACAフリップチップの技術を使用する通信分野及
び汎用フリップチップパッケージに広範囲に使用可能で
ある。
【0026】本発明は、前記実施例のみに限定されるこ
とではなく、本発明の技術的思想内で当分野における通
常の知識を有する者により多くの変形が可能であること
は自明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、COG接続をなす過程において生じる
極細ピッチ駆動回路ICバンプ間のスペースを導電粒子
が埋めることによりバンプ間の電気的ショートが発生す
る現象を説明するための図である。
【図2】図2は、本発明の実施例による異方性導電フィ
ルムに含まれた粒子成分の概略図である。
【図3】図3は、本発明の適用例に使用される駆動回路
ICチップを示す図であって、低価型非はんだ付けバン
プの形成工程により無電解ニッケル/ゴールドバンプ、
ゴールドメッキバンプ等のバンプが駆動ICチップのI
/Oの上に形成されたことを示す平面図である。
【図4】図4は、液晶パネル上のITO電極用パッドと
駆動回路ICの非はんだ付けバンプとの間を本発明の異
方性導電フィルムにより接続する過程を示す図である。
【図5】図5は、本発明の異方性導電フィルムを駆動回
路ICのCOG接続用材料として使用した時、駆動回路
ICバンプ間のスペースで導電粒子の充填により発生し
得る電気的ショート現象を非導電粒子の充填を通じて抑
える原理を説明する図である。
【符号の説明】
210 駆動回路ICチップ 224 導電粒子 226 非導電粒子 240a バンプ 240b バンプ 320 導電フィルム
フロントページの続き (72)発明者 キュン ウォク パイク 大韓民国 305−701 デジョン,ユソン− ク,クサン−ドン 373−1,コリア ア ドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー,デパ ートメント オブ マテリアルズ サイエ ンス アンド エンジニアリング (72)発明者 ミュン ジン イム 大韓民国 305−335 デジョン,ユソン− ク,クン−ドン 393−3,ジャ−ユン アパートメント ナンバー 1107 Fターム(参考) 5F044 KK06 LL09

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶ディスプレイの駆動ICをCOG技
    術を使用して接続する等の分野に使用する異方性導電フ
    ィルムにおいて、樹脂と;該樹脂内に分散された所定の
    直径の導電粒子と;該導電粒子の直径の1/20〜1/
    5に該当する直径を有し、該樹脂内に1〜30体積%の
    含量で分散された非導電粒子と;を備えることを特徴と
    する異方性導電フィルム。
  2. 【請求項2】 前記導電性粒子の直径が3〜10μmの
    範囲内に、前記非導電粒子の直径が1μm以下の範囲内
    に、それぞれあることを特徴とする請求項1に記載の異
    方性導電フィルム。
  3. 【請求項3】 前記導電性粒子が、金属粒子または金属
    メッキされたポリマー粒子であることを特徴とする請求
    項2に記載の異方性導電フィルム。
  4. 【請求項4】 前記非導電粒子が、ポリマーボールまた
    はセラミックボールであることを特徴とする請求項2に
    記載の異方性導電フィルム。
  5. 【請求項5】 前記樹脂が、熱硬化性エポキシ樹脂であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の異方性導電フィル
    ム。
  6. 【請求項6】 (a)固体エポキシ、液体エポキシ、フ
    ェノキシ樹脂及びメチルエチルケトン/トルエンソルベ
    ントが混合されたエポキシ樹脂を用意する段階と; (b)所定直径の導電粒子と、該導電粒子の直径の1/
    20〜1/5に該当する直径を有する非導電粒子を常温
    で0.5〜3時間混合した粒子混合体を、該エポキシ樹
    脂に混合する段階と; (c)該(b)段階の結果物に3−グリシジルオキシプ
    ロピルトリメトキシシランを2〜4重量%添加する段階
    と; (d)該(c)段階の結果物にエポキシイミダゾル硬化
    剤をエポキシと50重量%に添加し、常温で0.5〜2
    時間機械的に掻き混ぜる段階と; (e)該(d)段階の結果物から気泡を取り除くために
    真空吸込みを施す段階と; (f)該(e)段階の結果物を離型剤フィルム上に10
    〜50μmの厚さにコーティングする段階と;及び (g)該コーティング物からソルベントを取り除くため
    に、これを70〜90℃の温度で30秒〜2分間乾燥さ
    せる段階と;を備える異方性導電フィルムの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記非導電粒子の含量が、全体異方性導
    電フィルムの1〜30重量%であることを特徴とする請
    求項6に記載の異方性導電フィルムの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記異方性導電フィルムの電気抵抗値
    が、混合される前記導電粒子の個数により調節されるこ
    とを特徴とする請求項6に記載の異方性導電フィルムの
    製造方法。
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