JP2005251647A

JP2005251647A - 異方性導電膜及びその製造方法

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Publication number: JP2005251647A
Application number: JP2004062939A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Ejiri; 清美江尻
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】高密度に集積された回路の結線を低コストで効率よく行なうことができる異方性導電膜を提供する。
【解決手段】導電性を有する柱状の磁性体結合体９を一定方向に配向させた状態で樹脂４に分散させて異方性導電膜１０を構成する。磁性体結合体９は、２５ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有する板状の導電性を有する硬質強磁性材料からなる粉末を磁気的に結合させることにより、すなわちスタッキングを起こさせることにより形成される。磁性体結合体９は製造時に磁場配向させることによって整列される。磁場配向された磁性体結合体９は残留磁化により一定方向に整列し続けるので、電子部品の接続時に磁界を印加する必要は無い。また、導通部として機能する磁性体結合体９は柱状であるので、配線間隔に短い高密度に集積された回路の結線が可能となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、異方性導電膜及びその製造方法に関し、例えば、電子部品の電気的な接続のために用いられる異方性導電膜及びその製造方法に関する。

半導体の実装、携帯電話の配線、フラットパネルディスプレーの配線などの微小部分の電気的な接続のために異方性導電膜が用いられており、様々な機能に基づく異方性導電膜の接続方法が提案されている（非特許文献１及び特許文献１）。

例えば、非特許文献１には、球状の樹脂フィラーに金属メッキを施した導電性粒子を樹脂に分散させたものが開示されている。すなわち、導電性粒子を希薄な濃度で樹脂中に分散することにより形成した導電性膜に２０〜３０μｍの高さのバンプ電極端子を加熱下でめり込ませ、バンプ電極端子によって挟まれた部分を加圧して変形させることで、導電性膜中に含まれる導電性粒子の間隔を小さくして、その部分の電気抵抗を低減させて通電させている。この方法では導電性膜は５０μｍ以上の厚みが必要であり、導電性膜を薄くするには導電性粒子の濃度を高めなければならないが、導電性粒子の濃度を高くするとバンプ電極端子同士がショートするという問題があった。さらに、導電性粒子の粒子サイズが５〜２０μｍと大きいことと、加熱圧縮する際に圧力が拡散してしまうことを考慮すると、接続可能な隣接端子間の距離（端子のピッチ）は５０μｍ以上でなければならず、高密度に形成された端子の接続には不向きであった。

また、特許文献１には、微細な導電粒子を、加圧によって破壊されるような絶縁性の樹脂からなるマイクロカプセルで包み込み、そのマイクロカプセルによって包み込まれた導電粒子を樹脂及び溶剤でなる異方性導電接着剤に混入し、それをフィルム状に形成した異方性導電膜が開示されている。マイクロカプセルを加圧することによって破壊することによって基板に端子を接続する方式を採用しているため、下地となる基板としてフレキシブルな基板を用いた場合に、接続のために圧力をかけたときに基板がその圧力により変形してしまうという問題がある。

以上のような問題を解決するためには、導電性物質を通電方向に配向することが有効であり、これを実現するために種々の方法が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照）。

エレクトロニクス実装技術、第１４巻７号ｐｐ５０−５５特開平８−３１１４２０号公報特開２００２−７５０６４号公報特開２００２−８４４９号公報特開平６−６９６４３号公報特開平５−１１２６５号公報

特許文献２には、フィルムの厚み方向の貫通孔を設け、その貫通孔の中に導電性粒子を充填した異方導電性フィルムが開示されている。しかしながら、端子ピッチの短い電子部品を接続するためには、フィルムに微小な貫通孔を形成するとともに貫通孔の間隔を狭めることが必要であり、フィルムにそのような加工をすることには限界がある。

また、特許文献３には、電子部品の導通機能の検査用として好ましい異方導電性フィルムが開示されており、この異方導電性フィルムは、絶縁性を有するフィルム基材と、外フィルム基材中に複数個配置される導通路とを有する領域が形成されている。この異方性導電性フィルムは、導電性材料からなる線材に絶縁性材料からなる被覆層を形成して絶縁導線を作製し、それら絶縁導線を芯材に巻きつけて巻き線とし、巻き付けられた絶縁導線の被覆層同士を圧着させて一体化させ、絶縁導線に対して垂直な面でスライスすることによって作製される。しかしながら、各導通路は導電性材料からなる線材により形成されており、それらの直径は１０〜２００μｍで、ピッチが３０〜１００μｍであり、線材の直径をこれ以上細くすることは困難であり、端子ピッチの短い電子部品を接続するには限界がある。

また、特許文献４には、エポキシ系バインダでなる熱硬化性樹脂に、プラスチックビーズに磁性体でなるニッケルをメッキすることによって形成された導電性粒子を分散させることによって形成された異方性導電膜が開示されている。そして、この異方性導電膜を電極間に介挿して、電極間に磁界を印加すると共に、異方性導電膜を所定温度に加熱して導電性粒子が熱硬化樹脂中を移動できるようにし、この状態で押圧して電極間を接続する方法が開示されている。しかしながら、導電性粒子は球状であるために、磁場を印加している間に導電性粒子同士がランダムな凝集を起こしてしまい、電気抵抗の異方性が十分でない。また、導電性粒子は、プラスチックビーズを軟磁性のニッケルで被覆しているため、熱硬化樹脂の硬化が終了するまで磁場を印加しつづけなければ配向を維持することができず、塗膜単独では所定の方向に導電性粒子を配向させ続けることが困難であるという不都合があった。

また、特許文献５には、熱可塑性樹脂からなり少なくとも一方向に圧縮可能なペースト材中に、ニッケルの導電性ウィスカーを分散させ、このペースト材を回路パターン上に印刷することにより、回路パターン上に異方性導電膜を形成する方法が開示されている。しかし、特許文献５の異方性導電膜においては、導電性ウィスカーは、長さが１０μｍ〜２０μｍであり、１０μｍ以下の膜厚を得ることができないという問題があった。また、導電性ウィスカーは軟磁性を示すため、上記と同様に配向を維持することが困難であるという不都合があった。

本発明は、上記問題を解消するためになされたものであり、本発明の目的は、高密度に集積された回路の結線を低コストで効率よく行なうことができ、接続時の取扱いを簡便にすることができる異方性導電膜及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、絶縁性の樹脂と、保磁力が２５ｋＡ／ｍ以上である板状の導電性強磁性粉末が磁気的に結合されることによって形成された柱状の磁性体結合体とを有し、前記磁性体結合体が、前記樹脂の内部において一定の方向に配向して分散している異方性導電膜を提供する。

本発明の異方性導電膜は、前記導電性強磁性粉末の最大径が０．０３〜５μｍの範囲内にあることが好ましい。

また、本発明の異方性導電膜において、前記導電性強磁性粉末は、その表面に導電性物質により形成される皮膜を有することが好ましい。導電性物質としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属若しくはそれらの合金又はカーボンが好ましい。

また、本発明の異方性導電膜において、前記磁性体結合体は、その長さ方向が膜厚方向と平行になるように配向していることが好ましい。

本発明の第２の態様は、支持体上に、保磁力が２５ｋＡ／ｍ以上である板状の導電性強磁性粉末が分散された樹脂を形成し、前記支持体に対して、所定方向に磁場を印加して前記強磁性粉末を磁気的に結合させて柱状の磁性体結合体を形成するとともに、該磁性体結合体を配向させる異方性導電膜の製造方法を提供する。

本発明の異方性導電膜は、導電性強磁性粉末が磁気的に結合されて形成された柱状の磁性体結合体を導電部として用いており、その磁性体結合体を構成する強磁性粉末が２５ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有する硬質強磁性材料であるので、磁場の印加により磁性体結合体を使用時の通電方向に一旦配向させておけば、残留磁化により磁性体結合体の配向が維持される。それゆえ、本発明の異方性導電膜によれば、例えば、電子部品と基板とを接続する際に外部から磁界を印加する必要がなくなり、それらを簡便に、しかも低コストで接続させることができる。

また、本発明の異方性導電膜は、導電性部として機能する磁性体結合体が柱状形状を有しているために、接続可能な電極間隔（電極ピッチ）を狭くすることができ、高密度に集積された回路の結線を効率よく行なうことができる。

本発明の第２の態様の製造方法によれば、保磁力が２５ｋＡ／ｍ以上である板状の導電性強磁性粉末が磁気的に結合されることによって形成された柱状の磁性体結合体が、絶縁性の樹脂中に所定の方向に配向された状態で分散された異方性導電膜を得ることができるので、本発明の異方性導電膜を製造する方法として最適である。

以下、本発明の異方性導電膜及びその製造方法について、好適な態様に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の異方性導電膜の概略断面図を示す。本発明の異方性導電膜１０は、絶縁性を示す樹脂４の内部に、板状の導電性強磁性粉末が磁気的に結合されることによって形成された柱状の磁性体結合体２を有し、その磁性体結合体２が一定方向に配向した状態で分散された構造を有する。樹脂４の内部に存在する柱状の磁性体結合体２は、それぞれ、図１に示すように、その長さ方向の軸が互いに平行になるようように一定方向に向いた状態で整列している。このような構造を有する異方性導電膜１０は、磁性体結合体２が導電部として機能し、磁性体結合体２の長さ方向に通電可能である。この異方性導電膜１０を、例えば、基板と電子部品との間に介在させることによって、電子部品は、基板と、異方性導電膜中の磁性体結合体を介して電気的に接続される。

板状の導電性強磁性粉末は、板面に対して垂直な方向の磁気異方性を有することが好ましい。このような板状の強磁性粉末は、磁界が印加されたときに、その板面同士が接触した状態で磁気的に結合する、いわゆるスタッキング（重なり合い）を起こす。本発明では、樹脂内の強磁性粉末に磁場を印加してスタッキングを生じさせて、複数の強磁性粉末からなる柱状の磁性体結合体を形成するとともに、それぞれの磁性体結合体を樹脂の内部で磁場によって一定方向に配向させている。本発明の異方性導電膜は、このような磁性体結合体によって、樹脂内に安定に導通路を形成している。本発明の異方性導電膜では、樹脂内の強磁性粉末は、その板面同士が接触して磁気結合しているので、従来の球状粒子に比べて接触面積が大きくなる。それゆえ、電気抵抗が低くなり、本発明の異方性導電膜は、従来よりも導電性が高められている。

本発明の異方性導電膜は、強磁性粉末が配向している方向と、それ以外の方向とにおいて電気抵抗率が異なっており、強磁性粉末の配向方向において高い電気伝導性を示す。強磁性粉末の配向方向における電気抵抗率は１０^３Ωｃｍ以下であることが好ましく、１０^２Ωｃｍ以下であることが一層好ましい。一方、配向方向に対して垂直な方向は、実質的に絶縁状態となっており、１０^１０Ωｃｍ以上の電気抵抗率を示すことが好ましい。

強磁性粉末から構成される磁性体結合体は、樹脂内で均一に分散されていることが好ましく、磁性体結合体の分散率は、例えば、接続する電子部品の端子のピッチに応じて適宜選択することができる。樹脂中に含ませる強磁性粉末の密度を高めて導電部として機能する磁性体結合体の分散率を上げることにより、例えば、端子間隔の短い電子部品であっても、隣接端子をショートさせることなく基板に接続することが可能となる。

ここで、本発明の異方性導電膜に用いる強磁性粉末について詳細に説明する。
本発明の異方性導電膜に用いる板状の強磁性粉末は、２５ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有する導電性の硬質磁性材料により形成されている。強磁性粉末の保磁力を２５ｋＡ／ｍ以上としたのは、２５ｋＡ／ｍ以上であれば、強磁性粉末がスタッキングを起こすことにより生成される磁性体結合体を磁場配向させた後、磁場が印加されていない状態としても残留磁化が残り、磁性体結合体の配向を保持しやすくなるからである。一方、強磁性粉末の保磁力を２５ｋＡ／ｍよりも低くすると、残留磁化が少なくなり、磁性体結合体の配向が乱れやすくなる。一方、保磁力が高すぎると磁場配向に大きな磁力が必要となるので、現実的には３００ｋＡ／ｍ以下であることが好ましい。

このような強磁性粉末を構成する粒子は、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライトなどの六方晶フェライト粒子、六方晶Ｃｏ金属粒子などが好ましい。これらは、六角形の板面に対して垂直な磁化容易軸を有するので、磁場による配向が容易だからである。

強磁性粉末を構成する粒子の板径は、接続可能な配線間隔又は端子間隔を短くして分解能を高めるという観点から、０．０３〜５μｍであることが好ましく、０．０５〜３μｍであることが一層好ましい。強磁性粉末を構成する粒子の板径を０．０３μｍよりも小さくすると、粒子間の接点が多くなりすぎて、粒子間に存在する樹脂の量も増え、電気抵抗が増加する恐れがある。また、アスペクト比は（板径／厚み）３〜２０であることが好ましく、４〜１５であることが一層好ましい。ここで、板径とは、強磁性粉末を構成する粒子の外径の最大値を意味するものとする。強磁性粉末を構成する粒子の外径は、例えば、透過型電子顕微鏡などを利用して測定することができる。

強磁性粉末は、その表面にＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属膜あるいはカーボン膜などの皮膜を有することが好ましい。Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属膜は、例えば無電解メッキにより形成することができ、カーボン膜はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成することができる。このような皮膜を強磁性粉末の表面に形成することにより、強磁性粉末の電気抵抗を低くすることができる。更には、強磁性粉末の酸化を防止又は抑制することもできる。

本発明の異方性導電膜に含まれる強磁性粉末は、２５ｋＡ／ｍ以上の保磁力を有している。このような保磁力の大きな硬質磁性材料を強磁性粉末に用いているので、外部磁界を印加した後、外部磁場が無い状態でも、樹脂中に分散する磁性体結合体の配向を長期にわたって維持し続けることができる。すなわち、電子部品を基板等に接続する時に外部から磁界を印加しておく必要が無いので、従来よりも簡便に電子部品を基板等に接続することができる。

本発明の異方性導電膜を構成する絶縁性の樹脂は、特に限定されないが、絶縁性の観点から疎水性樹脂であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれも使用することができるが、熱安定性の観点から、乾燥後の塗膜のガラス転移点Ｔｇは５０℃以上が好ましい。また、樹脂には、強磁性粉末の分散性を高めるための吸着性極性基（例えば、−ＳＯ_３Ｍ、−ＰＯ_４Ｍ、−ＣＯＯＭ；Ｍは水素又はアルカリ金属）を含むことが好ましい。好適な熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂を挙げることができる。また、好適な熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂を挙げることができる。
また、電子部品等を接着するために、ある程度の可撓性を有することが好ましい。

本発明において、異方性導電膜の膜厚は用途に応じて適宜選択することができる。

上述したような本発明の異方性導電膜は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、有機溶媒を必要に応じて用いて、強磁性粉末及び絶縁性の樹脂を混練（混合）し分散して導電性塗料を作製する。導電性塗料を支持体上に塗布し、導電性塗料に対して外部から強磁性粉末の保磁力よりも大きな磁界強度の磁場を印加する。板状の強磁性粉末の磁化容易軸は板面に垂直な方向であるため、このような磁場の印加により、強磁性粉末はスタッキングを起こして厚み方向に磁気的に結合して磁性体結合体を構成するとともに、磁性体結合体は外部磁場方向に配向する。そして、導電性塗料を乾燥させた後、支持体から乾燥状態の導電性塗料を剥離して異方性導電膜を得る。

上記異方性導電膜の製造方法において、樹脂と強磁性粉末の配合量は、導電性塗料の固形分全体に対して１０〜７０％の範囲内であることが好ましい。
また、支持体上に塗布された導電性塗料に印加する外部磁界の大きさは、強磁性粉末の保磁力よりも大きいことが必要であり、強磁性粉末の保磁力の２倍以上の磁界強度であることが好ましい。外部磁場には永久磁石又は電磁石による磁場を用いることができる。

導電性塗料を塗布するための支持体としては、例えば、離型紙、金属板又はプラスチック板を用いることができる。支持体の導電性塗料が形成される面には、導電性塗料の剥離を容易にするために離型剤等を形成しておくことが好ましい。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
［実施例１］
まず、板状の強磁性粉末が分散された導電性塗料を作製する。以下に、導電性塗料の組成を示す。以下の記載において量比を表す「部」は特に断らない限り「重量部」を意味するものとする。

＜導電性塗料の組成＞
板状強磁性粉末バリウムフェライト１００部
ポリウレタン２００部
メチルエチルケトン１００部
シクロヘキサン５０部
トルエン５０部

導電性塗料に含まれる板状強磁性粉末及びポリウレタンの特性は下記のとおりである。
＜板状強磁性粉末の特性＞
板径０．５μｍ
アスペクト比５
保磁力Ｈｃ７２ｋＡ／ｍ
飽和磁化σｓ６０Ａｍ^２／ｋｇ
表面にＣｕを無電解メッキ

＜ポリウレタンの特性＞
Ｔｇ１６０℃
分子量４．５万
−ＳＯ_３Ｎａ５×１０^−４ｅｑ／ｇ含有

＜異方性導電膜の作製＞
上記組成を有する導電性塗料を離型紙上にブレードアプリケターを用いて、乾燥後の厚みが５μｍになるように塗布した。図２（ａ）に、導電性塗料８が離型紙６上に塗布されている様子の概略断面図を示す。図２（ａ）に示すように、この状態では、板状の導電性強磁性粉末２はランダムな方向に向いている。そして、図２（ｂ）に示すように、塗布した導電性塗料８が湿潤状態のうちに、表面磁場０．６Ｔの永久磁石を用いて厚み方向に磁場を印加した。導電性塗料８中の板状の導電性強磁性粉末２の磁化容易軸は板面に垂直な方向であるため、このような磁場の印加により、図２（ｂ）に示したように、強磁性粉末２はスタッキングを起こして厚み方向に磁気的に結合して磁性体結合体９を構成するとともに、その磁性体結合体９が印加磁界方向に配向する。

次いで、離型紙６上に形成されている導電性塗料８を磁場中で自然乾燥させた後、乾燥状態の導電性塗料８の膜を離型紙６から剥離して、図１に示す構造を有する異方性導電膜１０を得た。

［実施例２及び３］
強磁性粉末の材料の種類、組成比、形状及び磁気特性を下記表１に記載したように変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例２及び３の異方性導電膜を製造した。

［比較例１及び２］
強磁性粉末の材料の種類、組成比、形状及び磁気特性を下記表１に記載したように変更した以外は、実施例１と同様にして、比較例１及び２の異方性導電膜を製造した。

［評価］
実施例１〜３、比較例１及び２のそれぞれの異方性導電膜について、異方性導電膜の表面に平行な方向と垂直の方向の電気抵抗率を測定した。

異方性導電膜の表面に対して垂直の方向の電気抵抗率は、異方性導電膜の両面にＡｕを蒸着してオーミック接触をとり、これに電極を接続し、１００ｇ／ｃｍ^２の圧力を与えて測定した。また、異方性導電膜の表面に平行な方向（面内方向とする）の電気抵抗率は、１０μｍのギャップを有する櫛歯電極を用いて測定した。測定結果を上記表１に示した。ここでは、異方性導電膜の垂直方向における電気抵抗率の実用的な目標値を１×１０^４Ωｃｍ以下とし、異方性導電膜の面内方向における電気抵抗率の実用的な目標値を１０^１０Ωｃｍ以上とした。表１に示した結果からわかるように、実施例１〜３の異方性導電膜は、垂直方向の電気抵抗率が１０^３Ωｃｍ以下と低く、面内方向の電気抵抗率が１０^１０Ωｃｍ以上と高くなっており、電気的に十分な異方性を有している。そして、電極のピッチが１０μｍであっても垂直方向において十分な電気伝導性を示すとともに、面内方向において実質的に絶縁性を示していることがわかる。

以上、本発明の異方性導電膜及びその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施態様及び実施例に限定はされず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の異方性導電膜の概略断面図である。本発明の異方性導電膜の製造工程を説明するための図であり、（ａ）は支持体である離型紙上に導電性塗料を塗布したときの様子を模式的に示した図であり、（ｂ）は導電性塗料に外部磁界を印加したときの様子を模式的に示した図である。

符号の説明

２導電性強磁性粉末
４樹脂
６支持体
８導電性塗料
９磁性体結合体
１０異方性導電膜

Claims

絶縁性の樹脂と、
保磁力が２５ｋＡ／ｍ以上である板状の導電性強磁性粉末が磁気的に結合されることによって形成された柱状の磁性体結合体とを有し、
前記磁性体結合体が、前記樹脂の内部において一定の方向に配向して分散している異方性導電膜。
前記導電性強磁性粉末の最大径が０．０３〜５μｍの範囲内にある請求項１に記載の異方性導電膜。
前記導電性強磁性粉末は、その表面に導電性物質により形成される皮膜を有する請求項１または２に記載の異方性導電膜。
前記磁性体結合体は、その長さ方向が膜厚方向と平行になるように配向している請求項１〜３のいずれか一項に記載の異方性導電膜。
支持体上に、保磁力が２５ｋＡ／ｍ以上である板状の導電性強磁性粉末が分散された樹脂を形成し、前記支持体に対して、所定方向に磁場を印加して前記強磁性粉末を磁気的に結合させて柱状の磁性体結合体を形成するとともに、該磁性体結合体を配向させる異方性導電膜の製造方法。