JP2004111993A

JP2004111993A - 電極の接続方法およびこれに用いる接続部材

Info

Publication number: JP2004111993A
Application number: JP2003402975A
Authority: JP
Inventors: Isao Tsukagoshi; 塚越　功; Hiroshi Matsuoka; 松岡　寛; Nobukazu Koide; 小出　遵一; Koji Kobayashi; 小林　宏治; Katsuyuki Ueno; 上野　勝幸
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】　電極のずれがなく高精度の位置合わせが可能な電極の接続方法およびこれに用いる接続部材を提供する。
【解決手段】　相対峙する電極間に熱硬化性接着剤を含む接続部材を介在させ加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極の位置合わせを行い、次いで活性エネルギー線の照射により接続部材の反応を進行せしめ、その接続部材の活性化温度以上の温度で加熱加圧を行い相対峙する電極の最大ズレ量を５μｍ以下とする電極の接続方法。前記接続部材において、接着剤が異なる温度条件下で活性化する硬化剤と導電粒子とを含有してなり、前記導電粒子の粒径は１〜１５μｍであり加熱加圧もしくは加圧により変形性を有する接続部材。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、電子部品と回路基板や、回路基板同士を接着固定すると共に、両者の電極同士を電気的に接続する電極の接続方法と、これに用いる接続部材に関する。

　近年、電子部品の小型薄型化に伴い、これらに用いる回路は高密度、高精細化しており、このような電子部品と微細電極の接続は、従来のハンダやゴムコネクタなどでは対応が困難であることから、最近では分解能に優れた接着剤や膜状物（以下接続部材）が多用されている。この接続部材としては、絶縁性の接着剤を用いて両電極の直接接触により導電性を得ることや、加圧により厚み方向のみに導電性の得られる程度の導電粒子を含有してなる異方導電性の接着剤を用いて、両電極間に導電粒子を介在させる導電粒子などの導電材料を所定量含有した接着剤からなるものが知られている。これら接続部材の使用法は、接続部材を電子部品と電極や回路との間に介在させ、加圧または加熱加圧手段を講じることによって、両者の電極同士が電気的に接続されると共に、電極に隣接して形成されている電極同士には絶縁性を付与して、電子部品と回路とが接着固定されるものである。上記接続部材の中で、導電粒子を含有する接続部材を高分解能化するための基本的な考えは、導電粒子の粒径を隣接電極間の絶縁部分よりも小さくすることで隣接電極間における絶縁性を確保し、併せて導電粒子の含有量をこの粒子同士が接触しない程度とし、かつ電極上に確実に存在させることにより接続部分における導電性を得ることである。このような微細電極の接続レベルは、最近では回路ピッチが５０μｍ以下も検討されており、接続装置の位置合わせ精度も３μｍ以下が実用化の域にある。

特開平２−８２６３３号公報特開平５−３４３４７３号公報

　上記従来の方法は、個別の材料すなわち、電極・接続部材・接続装置の個々には高レベルの微細な製品が開発されつつあるものの、これらを組み合わせて実際の接続体を得る時の接続方法に問題があった。すなわち、これらの接続部材は加熱加圧手段を講じることによって、両者の電極同士の電気的に接続を得る方式であるため、加熱時に電極間の接続部材の接着剤が溶融流動し、せっかく高精度に位置合わせした電極がずれてしまう欠点があることである。さらに接続電極のリペアが行いにくい欠点もあった。これは接続電極の微小化に対応させるために、接着剤の架橋度が向上しており、そのため接続後に剥離しにくく、また接着剤を除去しにくいことによる。また、導電粒子含有の接続部材の場合、電極面積や隣接電極間（スペース）の微細化により電極上の導電粒子が接続時の加圧または加熱加圧により接着剤と共に隣接電極間に流出してしまい、接続部材の高分解能化の妨げとなっていた。この時、接続部材の接着剤の流出を抑制するために、接着剤を高粘度とすると電極と導電粒子の接触が不十分となり、相対峙する電極の接続が不可能となる。一方、接着剤を低粘度とすると導電粒子の流出に加えてスペース部に気泡を含みやすく、接続信頼性、特に耐湿性が低下してしまう欠点がある。本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、電極のずれがなく高精度の位置合わせが可能で、加えてリペア性に優れ、また導電粒子の電極上からの流出が少なく保持可能で、さらに接続部に気泡を含み難いことから長期接続信頼性に優れた、電極の接続方法に関する。

　請求項１に記載の発明は、相対峙する電極間に熱硬化性接着剤を含む接続部材を介在させ加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極の位置合わせを行い、次いで活性エネルギー線の照射により接続部材の反応を進行せしめ、その接続部材の活性化温度以上の温度で加熱加圧を行い相対峙する電極の最大ズレ量を５μｍ以下とすることを特徴とする電極の接続方法に関する。
　請求項２に記載の発明は、相対峙する電極間に熱硬化性接着剤を含む接続部材を介在させ加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極の位置合わせを行い、次いで活性エネルギー線の照射により接続部材の反応を進行せしめて、通電検査を行い、その接続部材の活性化温度以上の温度で加熱加圧を行い相対峙する電極の最大ズレ量を５μm以下とすることを特徴とする電極の接続方法に関する。
　請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の接続部材において、接着剤が異なる温度条件下で活性化する硬化剤と導電粒子とを含有してなり、前記導電粒子の粒径は１〜１５μｍであり加熱加圧もしくは加圧により変形性を有する接続部材に関する。

　本発明によれば、電極のずれがなく高精度の位置合わせが可能である。また接着剤架橋度の低い状態で電気検査を行えるので、リペアが容易である。また電極上の導電粒子が接続時の加圧または加熱加圧により接着剤と共に隣接電極間に流出し難く、スペース部に気泡を含まないので接続信頼性、特に耐湿性が向上する。従って高精度な微細電極の接続を提供できる。

　本発明を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施例を説明する電極の接続方法を示す断面模式図である。本発明は、相対峙する電極４、５間に接続部材８を介在させ、加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極４、５の位置合わせを行い、活性エネルギー線により接続部材の反応を進行せしめ半硬化させ（第１次接続）、あるいは前記エネルギー線照射後に必要により通電検査を行い、次いで接続部材８に配合された硬化剤の活性化温度以上の温度で加熱加圧（第２次接続）することを特徴とする。第一次接続の反応の進行は、反応率や粘度の上昇の他、両電極の仮固定が可能な状態に達することを目安にできる。なお第１次接続は活性化温度以下で行うことが、第２次接続迄の保存性を確保する点から好ましい。

　接続装置は、上下動可能な加熱ヘッド１と受け台２を有する。受け台２の少なくとも一部は、光の透過が可能な材質、例えば石英やガラス類とする。受け台２の下にはエネルギー線源を有する。活性エネルギー線３としては、赤外線、紫外線、電子線などがある。エネルギー線３は必要に応じて受け台２の下面側を走査できる。またエネルギー線と併用して電熱などの他の電熱手段を使用できる。接続すべき電極４、５は、これを保持する基板６、７に形成されてなるものが一般的である。基板６、７としては、ポリイミドやポリエステルなどのプラスチックフィルム、ガラスエポキシなどの複合体、シリコーンなどの半導体、ガラスやセラミックスなどの無機物などを例示できる。受け台２側の基板６、７としてはエネルギー線３が透過し易いほど好ましく、液晶用基板として多用されるガラスやプラスチックフィルム等の透明性材料が特に好適である。電極４、５としては各種回路類や端子類があり、半導体チップのような電子部品のバンプやパッド類を含むことができる。これらはそれぞれ任意に組み合わせて適用できる。

　接続部材８は、絶縁性接着剤９のみ（図２ａ）でも、導電材料１０と絶縁性接着剤９とよりなる（図２ｂ）加圧方向に導電性を有する異方導電性接着剤でもよい。また絶縁性接着剤と異方導電性接着剤を積層した機能分離構成でも良い。異方導電性接着剤は含有する導電材料により、電極４、５の凹凸や高さのばらつきに対応し易く好ましい。これらはフィルム状であると一定厚みの連続状で得られることから好ましく、これらの表面には不要な粘着性やゴミなどの付着防止のために、図示していないが剥離可能なセパレータが必要に応じて存在して良い。接続部材８の導電材料１０としては、加圧または加熱加圧手段を講じることで接着剤の厚み減少によって導電性を得る。すなわち、接着剤の厚み以下の小粒径のものが接着剤により保持されるので取扱い時に導電材料の脱落防止が可能で好ましい。これはまた、接着剤の厚みに対して一層程度で存在できると、本発明の第１次接続のような甘い接続条件下でも導電性が得やすいので好ましい。接着剤に対する導電材料の割合は、２０体積％以下が導電異方性が得やすく好ましい。また厚み方向の導電性を得易くするため、接続部材の厚さは膜形成の可能な範囲で薄い方が好ましく、３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。

　導電材料である導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン等があり、また、これら導電粒子を核材とするか、あるいは非導電性のガラス、セラミックス、プラスチック等の高分子などからなる核材に前記したような材質からなる導電層を被覆形成したものでも良い。さらに導電材料を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や導電粒子と絶縁粒子の併用なども適用可能である。粒径の上限は微小な電極上に１個以上、好ましくは５個以上と多くの粒子数を確保するには小粒径粒子が好適であり、１５μｍ以下、より好ましくは８μｍ以下である。粒径の上限は粒子の凝集性や、電極面の凹凸に対応可能とするために、０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上である。これら導電粒子の中では、はんだ等の熱溶融金属やプラスチック等の高分子核材に導電層を形成したものが、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、積層時に回路との接触面積が増加し信頼性が向上するので好ましい。特に高分子類を核とした場合、はんだのように融点を示さないので軟化の状態を接続温度で広く抑制でき、電極の厚みや平坦性のばらつきに対応し易い接続部材が得られるので特に好ましい。

　また、例えば、ＮｉやＷ等の硬質金属粒子や、表面に多数の突起を有する粒子の場合、導電粒子が電極や配線パターンに突刺さるので、酸化膜や汚染層の存在する場合にも低い接続抵抗が得られ、信頼性が向上するので好ましい。これら導電粒子は、粒径の分布の狭い均一粒径の球状粒子が好ましい。粒径の分布が狭いと電極接続時の加圧により電極間で保持されて流出が少ない。粒径の分布幅としては、電極表面の凹凸を考慮して最大粒径の１／２以下とすることが好ましい。例えば、高分子核材に導電層を被覆形成した変形性粒子の場合、中心径±０．２μｍ以内といった高精度の粒子もあり、特に好ましく適用できる。また硬質金属粒子の場合、電極に突刺さるので粒径の分布幅は最大粒径の１／２以下と比較的広くても良い。導電粒子１０と併用して絶縁粒子１１を用いる（図２ｃ）ことも可能である。絶縁粒子を併用した場合、隣接電極との絶縁性の向上や接続電極のギャップ調節の作用がある。ギャップ調節の場合、好ましくは絶縁粒子の粒径を変形性の導電粒子より小さくし、導電粒子に比べ硬質とすると良好な結果が期待できる。絶縁粒子１１としては、ガラス、シリカ、セラミックスなどの無機物やポリスチレン、エポキシ、ベンゾグアナミンなどの有機物があり、これらは、球状、繊維状などの形状でも良い。これらは単独または複合して用いることができる。

　接続部材８の接着剤は、反応性接着剤であって異なる条件下で活性化する硬化剤を含有してなるものや、Ｂステージ状態で安定なものが好ましい。異なる条件下とは、熱、光、湿気などがあり、これらで活性化する硬化剤としては、熱分解型のアミンイミド、光分解型の芳香族ジアゾニウム塩、湿気硬化型のケチミンなどの組み合わせがある。また、例えばルイス酸系などのカチオン触媒やベンゾフェノン／ミヒラーケトンなどの紫外線硬化剤と各種アミン類などの熱硬化剤との複合系や、熱硬化剤同士の場合での活性温度の異なる硬化剤との複合系などがある。またＢステージ状態で安定なものとしては、芳香族ポリアミン類やマイクロカプセル等の潜在性硬化剤類を例示できる。接着剤の活性化温度は、反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存混合試料３ｍｇをＤＳＣ（Differential Scanning Calorimeter 指差走査型熱量計）を用い、１０℃／分で常温（３０℃）から２５０℃迄上昇させた時の発熱量の最大を示すピーク温度とする。これらの中でエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性が良く、分子構造上接着性に優れる等の特徴から好ましく適用できる。エポキシ系接着剤は、例えば高分子量のエポキシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタンやポリエステル、アクリルゴム、ＮＢＲ、ナイロン等で変性したエポキシを主成分とし、硬化剤や触媒、カップリング剤、充填剤などを添加してなるものが一般的である。

　本発明によれば、両電極の位置合わせを行い、少なくとも活性エネルギー線により接続部材の反応を進行せしめ（第１次接続）、次いで接続部材の活性化温度以上の温度で加熱加圧（第２次接続）する。すなわち第１次接続は第２次接続に比べて低温度で行うので両電極および基板の熱膨張に基づく変位が少なく、また接続部材の増粘により両電極の仮固定がされているので、電極のずれがなく高精度の位置合わせが可能である。接続部材は第２次接続の高温下でも通常状態に比べ増粘しており、両電極が仮固定され、ずれが少ない。第２次接続では、接着剤の溶融粘度が第２次接続による反応の進行による増粘により高いので、電極上の導電粒子が接続時の加圧または加熱加圧により接着剤と共に隣接電極間に流出し難く、またスペース部に気泡を含まないので接続信頼性、特に耐湿性が向上する。加えて、エネルギー線照射により接続部材が低粘度化して両電極および／または導電材料の加圧接触により第１次接続において両電極の導通が得られるので、この状態で導通などの電気検査を行い、不良が見つかれば剥離して再度接続（リペア）をやり直しても良い。この場合、接着剤の反応が不十分な状態で行えるので、不良部の剥離や洗浄が極めて簡単に行える利点がある。電気検査は接着剤の増粘による凝集力で無加圧でも可能であるが、必要により加圧を併用できる。

　以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
実施例１
（１）異方導電フィルム
　高分子量エポキシ樹脂と液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）の比率を２０／８０とし、芳香族ジアゾニウム塩系の硬化剤を５部含有した酢酸エチルの３０％溶液を得た。この溶液に、粒径５±０．２μｍのポリスチレン系粒子にＮｉ／Ａｕの厚さ０．２／０．０２μｍの金属被覆を形成した導電性粒子を３体積％添加し、混合分散した。この分散液をセパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、１１０℃、２０分乾燥し厚み１５μｍの異方導電フィルム（活性化温度は１３０℃）を得た。
（２）接続回路
　ポリイミドフィルム上に高さ１８μｍの銅の回路を有する２層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは７０μｍ、電極幅３０μｍの平行回路の電極）と、ガラス１．１ｍｍ上に酸化インジウム厚み０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）の薄膜回路を有する平面電極との接続を行った。まず平面電極側に導電性接着層のくるようにした。前記接続部材を１．５ｍｍ幅で載置し、セパレータを剥離した後貼り付けた。この後セパレータを剥離し、他の回路板と上下回路を位置合わせした。
（３）接続
　図１の接続装置のエネルギー線として紫外線を照射（１．５Ｊ／ｃｍ^２）した。接続部の異方導電フィルムの温度は１００℃以下であった。この状態で接着剤の反応率が１０％に進行し、両電極の保持が可能であった。ここに反応率は、前記活性化温度の測定と同じであるが、反応前後の熱量比から求めた。その後で、１７０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で第２次接続した。
（４）評価
　両電極を顕微鏡下で透視し、電極間の最大ずれ量を測定したところ５μｍ以下であり、ほとんどずれがなかった。相対峙する電極間を接続抵抗、隣接する電極間を絶縁抵抗として評価したところ、接続抵抗は２Ω以下、絶縁抵抗は１０^８Ω以上であり、これらは８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後の耐湿信頼性も変化がほとんどなく良好な長期信頼性を示した。芳香族ジアゾニウム塩系の硬化剤は、いわゆるカチオン硬化剤であり、紫外線などの光と熱硬化性とを合わせて持つので、本実施例のような接続が可能である。

比較例１
　実施例１と同様であるが、紫外線照射工程を設けずに、いきなり１７０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で接続（反応率８２％）した。電極間の最大ずれ量を測定したところ２５μｍであり、ずれが大きいために電極間スペースが減少し絶縁性がなくなった。

実施例２
　実施例１と同様であるが、ＦＰＣに変えてＩＣチップ（２×１０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、４辺周囲にバンプと呼ばれる５０μｍ角、高さ２０μｍの金電極が２００個形成）を用いた。ガラス側のＩＴＯ電極を前記ＩＣチップのバンプ電極のサイズに対応するように変更した。この場合の最大ずれ量を測定したところ、３μｍ以下であり、ほとんどずれがなく良好であった。

実施例３
　実施例１と同様であるが、異方導電フィルムの硬化剤をマイクロカプセル型潜在性硬化剤とし、硬化剤の活性化温度が９０℃と１４０℃の１対２の混合体（フィルムの活性化温度１３４℃）とした。接続部の異方導電フィルムの温度が１００℃となるように熱源をコントロールし、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、２０秒熱線をあてた（反応率１２％）。その後で、１５０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で第２次接続した。この場合の最大ずれ量は５μｍ以下でずれが少なく、耐湿信頼性も良好であった。

実施例４
　実施例１と同様であるが、第１次の接続工程の紫外線照射にマスクを用いて強弱を設けた。すなわち、接続部の中央側に紫外線の弱くなるように厚み１００μｍの不織布マスクを受け台の下部に貼り付けた。図３のように接続部材の中央部１２に比べ接続部の周囲の硬化が進行した部分１３を形成した。この場合も最大ずれ量を測定したところ、５μｍ以下であり、ほとんどずれがなかった。本実施例では第２次接続の際、接続部の周囲の硬化が進行しており周辺への接着剤の流出を防止できた。

実施例５および比較例２
　実施例１および比較例１と同様であるが、第１次の接続工程の紫外線照射後に通電検査を行った後で、ＦＰＣを剥離したところ極めて簡単に剥離できた。その部分をアセトンで軽く洗浄し再接続したところ良好な接続を得た（実施例５）。一方、比較例１の接続体は剥離が困難であり剥離部に残った接着剤はアセトンで除去しにくく、再接続後の接続抵抗も比較例１に比べ高かった（比較例２）。

実施例６および比較例３
　実施例２の接続で実施例５および比較例２と同様な工程を行った。実施例６は紫外線照射後に通電検査を行った後で、ＩＣチップを剥離したところ極めて簡単に剥離できた。その部分をアセトンで軽く洗浄し再接続したところ良好な接続を得た。一方、比較例３の接続体は、いきなり１７０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で接続したため剥離が困難であり、強引に治具で剥がそうとしたらＩＣチップが破壊してしまった。

本発明の一実施例を示す電極の接続方法を示す断面模式図である。本発明の一実施例を示す接続部材の断面模式図である。本発明の一実施例を示す接続部材の平面模式図である。

符号の説明

　１　加熱ヘッド　　　　　　　　　２　受け台
　２　エネルギー線　　　　　　　　４　電極
　５　電極　　　　　　　　　　　　６　基板
　７　基板　　　　　　　　　　　　８　接続部材
　９　絶縁性接着剤　　　　　　　１０　導電材料
１１　絶縁粒子　　　　　　　　　１２　中央部
１３　端部

Claims

相対峙する電極間に熱硬化性接着剤を含む接続部材を介在させ加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極の位置合わせを行い、次いで活性エネルギー線の照射により接続部材の反応を進行せしめ、その接続部材の活性化温度以上の温度で加熱加圧を行い相対峙する電極の最大ズレ量を５μｍ以下とすることを特徴とする電極の接続方法。
相対峙する電極間に熱硬化性接着剤を含む接続部材を介在させ加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極の位置合わせを行い、次いで活性エネルギー線の照射により接続部材の反応を進行せしめて、通電検査を行い、その接続部材の活性化温度以上の温度で加熱加圧を行い相対峙する電極の最大ズレ量を５μm以下とすることを特徴とする電極の接続方法。
請求項１または２に記載の接続部材において、接着剤が異なる温度条件下で活性化する硬化剤と導電粒子とを含有してなり、前記導電粒子の粒径は１〜１５μｍであり加熱加圧もしくは加圧により変形性を有する接続部材。