JP2006339163A - 電極の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電粒子が接続時に電極上から流出し難く、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要で、低コストな微細電極の接続方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、下記工程よりなる少なくとも一方が、突出した電極を有する相対峙する電極の接続方法であり、また前記工程内に電極間の検査および／またはリペアを行う工程を付加できる、電極の接続方法に関する。
（１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に、絶縁層として熱可塑性フィルムをラミネートする工程、（２）少なくとも一方の電極面に絶縁層として熱可塑性フィルムがラミネートされた相対峙する電極間に、加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電材料と硬化性の接着剤よりなる接続部材を配置する工程、（３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧により電極面の前記熱可塑性フィルムを導電材料で破壊する工程、（４）加圧した電極間の接続部材を硬化する工程
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品と回路板や回路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、高精細化している。このような電子部品と微細電極の接続は、従来のはんだやゴムコネクタ等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異方導電性の接着剤や膜状物（以下接続部材）が多用されている。
この接続部材は、導電粒子等の導電材料を所定量含有した接着剤からなるもので、この接続部材を電子部品と電極や回路との間に設け、加圧または加熱加圧手段を構じることによって、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。
特開平９−５５２７９号公報 特開平５−１７４８９０号公報 特開平７−７３９２１号公報

上記の従来技術は、導電粒子の粒径を小さくすると、粒子表面積の著しい増加により粒子が２次凝集を起こして連結し、隣接電極間の絶縁性が保持できなくなる。また、導電粒子の含有量を減少すると接続すべき電極上の導電粒子の数も減少することから、接触点数が不足し接続電極間での導通が得られなくなるため、長期接続信頼性を保ちながら、接続部材を高分解能化することは極めて困難である。
すなわち、近年の著しい高分解能化すなわち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、接続部材の高分解能化の妨げとなっていた。

高分解能接続の対策として、突出電極の周壁部に絶縁被膜を形成して接続する試み（特開平６−２３２２１１号公報）も見られるが、対向電極面の絶縁被膜を除去する必要から、感光性樹脂でマスクしたりドライエッチング等で、絶縁被膜を除去するので工程が複雑なため経済的ではない。
さらに、このような微細電極や回路の接続を可能とし、かつ接続信頼性に優れた接続部材として、両方向の必要部に導電粒子の密集領域を有する接続部材の提案もある。これによれば、半導体チップのようなドット状の微細電極の接続が可能となるものの、導電粒子の密集領域とドット状電極との正確な位置合わせが必要なので、作業性に劣る欠点がある。

本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、導電粒子が接続時に電極上から流出し難く、例え流出しても隣接電極間の絶縁性が保持可能であり、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れ、対向電極面の絶縁被膜を除去する必要のない、低コストな微細電極の接続方法に関する。

本発明は、下記工程よりなる少なくとも一方が、突出した電極を有する相対峙する電極の接続方法であり、また前記工程内に電極間の検査および／またはリペアを行う工程を付加できる、電極の接続方法に関する。
（１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に、絶縁層として熱可塑性フィルムをラミネートする工程
（２）少なくとも一方の電極面に絶縁層として熱可塑性フィルムがラミネートされた相対峙する電極間に、加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電材料と硬化性の接着剤よりなる接続部材を配置する工程
（３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧により電極面の前記熱可塑性フィルムを導電材料で破壊する工程
（４）加圧した電極間の接続部材を硬化する工程

本発明によれば、導電材料が接続時に電極上から流出し難く、隣接電極間の絶縁性が保持可能であり、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要のことから作業性に優れた、低コストな微細電極の接続方法が提供可能である。

本発明を図面を参照しながら説明する。図１〜３は、本発明の実施例等を説明する接続部の断面模式図である。本発明は相対峙する電極１−２（図１〜２）や電極１−１’（図３）の少なくとも一方の電極面３上に絶縁層４を設けて、導電材料５と絶縁性接着剤６よりなる接続部材７で接続することを特徴とする。
絶縁層４は、図１〜２のように突出電極１もしくは平面電極２の少なくとも一方の全表面に形成するか、図３のように対向電極の双方に設けても良い。絶縁層４は突出電極１の全表面のみでも（図３）、基板表面８も合わせて（図１〜２）絶縁処理されても良い。基板表面と電極面の全面が、絶縁層４を有する場合は、絶縁処理工程が簡単であり、電極の表面保護も可能なことからより好ましい。

図４は、絶縁層４を電極表面３を含む電極の側面の一部に形成する場合であり、図５は絶縁層４を電極表面３のみに形成した場合である。これらは電極の一部を露出させる工程が必要であるが、絶縁処理部が少ないメリットがある。図４の場合、少なくとも絶縁層１が隣接した突出電極１−１’の対向した一方の側面に形成されれば良い。図１〜５の絶縁層付きの電極は、任意に組み合わせて使用できる。

図１〜３において、相対峙する電極面に絶縁層４、４’が存在しているが、電極の接続条件下すなわち加圧もしくは加熱加圧により、絶縁層４、４’が導電材料５により破壊されることで、相対峙する電極の接続が可能となる。
絶縁層４、４’は、接続時に導電材料５により、破壊可能であれば良いので材質の制限はなく、シリカや窒化珪素、金属酸化物等の無機質や、樹脂類等の有機質ともに可能である。絶縁層４、４’の厚みは、導電材料５の粒子径よりも小さくすることが、加圧による電極間の導通が得やすいので好ましい。また電極間の導通接続が容易なことから、電極の接続部条件下で導電材料５よりも絶縁層４、４’を軟質とし、例えば樹脂等の有機質、中でも熱可塑性材料とすることが好ましい。

熱可塑性材料を限定でなく例示の目的で示すと、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル系ゴム、ポリイソブチレン、ポリビニルブチラール、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ポリブタジエン、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーンゴム、ポリイミド、ポリアミド、ポリクロロプレン等の、高分子化合物やゴム等を挙げることができる。これらは単独もしくは２種類以上併用することもできる。これらフィルム中には、粘着付与剤、架橋剤、老化防止剤、界面力向上剤等の各種調整剤も含有できる。

電極の接続部に際しては、相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧もしくは加熱加圧により、電極面の絶縁層を導電材料で破壊して、両電極の接続を得る。絶縁性接着剤６の種類により、必要に応じて電極列間の接続部材を硬化する。
本発明は、また接続工程内に、電極間の検査および／またはリペアを行う工程を取り入れることも可能である。すなわち、加熱加圧工程を２段階以上分割することで、接着剤の硬化反応に伴う流動過程の粘度制御が可能になるので、気泡のない良好な接続が可能となる。加えて硬化型接着剤の問題点であるリペア性の付与が可能となる。リペア性とは、不要部の接着剤を除去し溶剤等で清浄化し、再接続することである。一般的に硬化型接着剤は、硬化終了後に網状構造が発達し、熱や溶剤等に不溶不融性となり、清浄化が極めて困難なため、従来から問題視されていた。

加熱加圧工程の第一段階は、例えば加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電材料５が突出電極１と接触し、平面電極２との間で導通可能な状態で、両電極の通電検査や外観検査を行う。この時不良電極の接続部があれば、この状態でリペアし再接続を行う。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応の不十分な状態とすることが可能なので、リペア作業が容易である。通電検査は、例えば両電極からリード線を取り出し接続抵抗の測定が可能であり、導電材料５と電極との接触状態を観る等の外観検査も可能である。

接続部材７は、加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電材料５と絶縁性接着剤６よりなり、加圧方向に導電性を有するものが好適である。絶縁性接着剤６に対する導電材料５の割合は０．１〜３０体積％程度、より好ましくは１〜２０体積％が異方導電性が得やすく好ましい。本発明ではこれらは、通常の異方導電接続部材よりも高密度に添加可能である。

導電材料５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等からなる核材に、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良い。さらに導電材料５を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子とガラス、セラミックス、プラスチック等の絶縁粒子の併用等も、さらに分解能が向上し好ましい。導電材料５の粒径は、微小な電極上に１個以上好ましくはなるべく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、７μｍ以下１μｍ以上である。１μｍ以下では絶縁層を突き破って電極と接触し難い。導電材料５が、電極間に単層で存在すると、絶縁層を破壊しやすく好ましい。

本発明では、これら導電粒子の中では、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（図１）を有し、接続に回路との接触面積が増加し、信頼性が向上するので、加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電粒子を用いる。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制御でき、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適である。

絶縁性接着剤６は、熱可塑性材料や、熱や光により硬化性を示す材料が広く適用できる。熱可塑性材料はリペア性が良好であり、硬化性材料は接続後の耐熱性や耐湿性に優れることから、用途に応じて選択する。接続信頼性は一般的に硬化性材料が優れるので好ましく適用できる。なかでも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より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、シリコーン、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、充填剤等を添加してなるものが一般的である。

図において基板９としては、ポリイミドやポリエステル等のプラスチックフィルム、ガラスエポキシ等の複合体、シリコーン等の半導体、ガラスやセラミックス等の無機質等を例示できる。突出電極１は、上記した他に、各種回路類や端子類も含むことができる。平面電極２は、基板面からの凹凸がないか、あっても数μｍ以下とわずかな場合をいう。これらを例示すると、アディティブ法や薄膜法で得られた電極類が代表的である。これら各種電極類や基板類は、それぞれ任意に組み合わせて適用できる。

本発明によれば、少なくとも一方が突出した電極を有する相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に絶縁層を形成し、導電材料と接着剤よりなる接続部材で加圧もしくは加熱加圧により、相対峙する電極を接続する。
そのため、相対峙した電極部の突出電極部が集中的に加圧されるので、電極面の絶縁層が導電材料で破壊するので両電極の接続が可能となる。一方、突出電極部以外では、加圧力はないか、あっても僅かなので絶縁層が導電材料で破壊されずに、隣接電極間間隔が狭い場合も高い絶縁性が得られ、高分解能な接続が可能となる。この時導電材料は、電極上の破壊した絶縁層で保持されるので電極上からの流出が少なく、高い接続信頼性が得られる。また例え、導電材料が接続時に電極上から流出しても、隣接電極のいずれかに絶縁層が形成されている好ましい態様の場合なので絶縁性の保持が可能である。

また本発明によれば、電極上に導電材料が確実に保持され導通可能となるので、導通検査や接続の信頼性が向上する。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応の不十分な状態で導通検査可能なので、リペア作業が容易である。
電極面の絶縁層は、全面に形成可能であり、部分的な絶縁層の除去が原則的に不要なので、低コストな微細電極の接続が可能である。接続部材の導電材料は、全面に均一に分散されてなるので、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れる。

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）接続
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２０μｍの平行回路の電極）を準備した。この回路形成面にラミネートにより、厚み３μｍのフェノキシ樹脂系のフィルム（熱可塑性エポキシ樹脂、軟化点１２０℃）を１８０℃で圧着して絶縁層を形成した。熱可塑性樹脂なので軟化溶融して、回路ピッチに沿って絶縁層の形成が可能であった。接続部材は、フェノキシ樹脂と、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂の比率を２０／８０とし、酢酸エチルの３０％溶液を得た。この溶液に粒径６±０．２μｍのスチレン−ジビニルベンゼン系架橋粒子に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５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２０μｍの接続部材を得た。ガラス０．７ｍｍ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、平面電極側に前記接続部材を２ｍｍ幅で載置し、仮圧着を行いセパレータを剥離した。続いてＦＰＣ回路と相対峙する電極間の位置合わせを行い、接続部材の硬化反応が十分な条件の１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ^２、２０秒で接続した。

（２）評価
この接続体の断面を研磨し顕微鏡で観察したところ、図１相当の接続構造であった。加圧により電極面の絶縁層であるフェノキシを導電材料で破壊できた。隣接電極間のスペースは、気泡混入がなく粒子が球状であったが、電極上は粒子が絶縁層に食い込み圧縮変形されて上下電極と接触保持されていた。架橋粒子なので接続条件温度下での堅さと、加圧による変形性が併せて得られたとみられる。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１Ω以下、絶縁抵抗は１０^８Ω以上であり、これらは８５℃、８５％ＲＨ、１０００時間処理後も変化が殆どなく、良好な長期信頼性を示した。本実施例における電極上（２０μｍ×２ｍｍ）の接続に寄与している有効平均粒子数は、５０個（最大５５個、最小４６個）であり、電極上に多数の導電粒子が確保されそのばらつきも少ない。接続に寄与している有効粒子とは、接続面をガラス側から顕微鏡（×１００）で観察し、電極との接触により光沢を発しているものとした。

比較例１
実施例１と同様であるが、絶縁層を形成しないＦＰＣ回路を用いた。実施例１と同様に評価したところ、電極上（２０μｍ×２ｍｍ）の粒子数は最大３８個、最小０個であり、電極上に有効粒子の無いものが見られ、また実施例１に比べ最大と最小のばらつきが大きかった。また、接続体の絶縁抵抗を測定したところショート不良が発生した。接続時に導電粒子が電極上から流出し、隣接電極間（スペース部）での絶縁性が保持できなくなったと見られる。

参考例１
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（突起電極）と呼ばれる５０μｍ角、高さ２０μｍの金電極が２００個形成）を用いた。このＩＣチップは、ウエハ段階で突起電極形成面に、ポリイミド系（ガラス転移点１７０℃）の溶液をスピンコータで形成後、溶剤を乾燥して、電極上の厚みが２μｍの絶縁層を形成してある。またガラス側のＩＴＯ電極を、前記ＩＣチップのバンプ電極サイズに対応するように変更した。実施例１の接続部材を用いて同様に接続した。接続体は図２に相当する構成（導電材料は図１）である。本実施例も良好な接続特性を示した。

実施例２
実施例１のＦＰＣ同士を同様に接続し、図３相当の接続体（導電材料は図１）を得た。実施例１と同様に評価したところ良好な接続特性を示した。この構成は突起電極にそれぞれ絶縁層を形成した同士の接続であるが、電極上の有効粒子数は、突出電極同士の接続で粒子が流出し易い構成だが全電極において、１５個以上の確保ができた。

参考例２〜３
参考例１と同様であるが、ガラス基板上に５個のＩＣチップを搭載できる基板に変更し、加熱加圧工程を２段階とした。まず、１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ^２、２秒後に加圧しながら各接続点の接続抵抗をマルチメータで測定検査した（参考例２）。同様であるが他の一方は、１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ^２、３秒後に接続装置から除去した。加熱加圧により接着剤の凝集力が向上したので、各ＩＣチップは、ガラス側に仮固定が可能で無加圧であり、同様に検査した（参考例３）。両参考例ともに１個のＩＣチップが異常であった。そこで異常チップを剥離して新規チップで前記同様の接続を行ったところ、今度はいずれも良好であった。接着剤は硬化反応の不十分な状態なので、チップの剥離や、その後のアセトンを用いた清浄化も極めて簡単であり、リペア作業が容易であった。
以上の通電検査工程およびリペア工程の後で、１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ^２、２０秒で接続したところ、両参考例ともに良好な接続特性を示した。バンプ上の有効粒子数は、全電極において７個以上の確保が可能であった。本参考例では、参考例１に比べバンプ上の有効粒子数が増加し、電極上からの流出が少ない。加熱加圧工程を２段階としたことで、粒子の保持性がさらに向上したものと見られる。

本発明の実施例１を示す電極の接続構造の断面模式図である。 本発明の参考例１を示す電極の接続構造の断面模式図である。 本発明の実施例２を示す電極の接続構造の断面模式図である。 本発明の参考例２を示す電極の断面模式図である。 本発明の参考例３を示す電極の断面模式図である。

符号の説明

１ 突出電極 ２ 平面電極
３ 電極面 ４ 絶縁層
５ 導電材料 ６ 絶縁性接着剤
７ 接続部材 ８ 基板面
９ 基板 １０ 基板

Claims (2)

1. 下記工程よりなる少なくとも一方が突出した電極を有する相対峙する電極の接続方法
   （１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に、絶縁層として熱可塑性フィルムをラミネートする工程
   （２）少なくとも一方の電極面に絶縁層として熱可塑性フィルムがラミネートされた相対峙する電極間に、加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電材料と硬化性の接着剤よりなる接続部材を配置する工程
   （３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧により電極面の前記熱可塑性フィルムを導電材料で破壊する工程
   （４）加圧した電極間の接続部材を硬化する工程
2. 下記工程よりなる少なくとも一方が突出した電極を有する相対峙する電極の接続方法
   （１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に、絶縁層として熱可塑性フィルムをラミネートする工程
   （２）少なくとも一方の電極面に絶縁層として熱可塑性フィルムがラミネートされ、相対峙する電極間に、加圧変形性の架橋粒子を核材とする導電材料と硬化性の接着剤よりなる接続部材を配置する工程
   （３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧により電極面の前記熱可塑性フィルムを導電材料で破壊する工程
   （４）電極間の検査および／またはリペアを行う工程
   （５）電極間の接続部材を硬化する工程
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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