JP2007189091A - 等方導電性接着シート及び回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製補強板を回路基板本体に貼り合せる工程を簡素化するとともに、導通信頼性や電磁シールド効果を回路基板に対して付与する等方導電性接着シートと、この等方導電性接着シートを用いて得られる回路基板とを提供する。
【解決手段】等方導電性接着シート１は、離型フィルム２と、離型フィルム２の表面に形成された等方導電性接着剤層３とを備えている。５は回路基板本体（接着部のみ図示）、６は絶縁層、７は銅などからなる電極、８は補強板である。等方導電性接着剤層３は導電性粒子４を含むバインダーからなる。導電性粒子４は、５〜５０μｍの平均粒子径を有する金属粉又は低融点金属粉であるとともに、バインダー１００重量部に対し１５０〜２５０重量部配合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板や回路部品等を電気的に相互接続するために用いる等方導電性接着シートと、この等方導電性接着シートを用いて得られる回路基板とに関するものである。

従来、回路基板の補強板としては、ガラスエポキシ樹脂よりなるものが使用されてきたが、小型化するために薄い補強板の要求があり、ステンレス補強板が使用されるようになってきた。

このような補強板をフレキシブルプリント基板に貼り付けるために、電気的絶縁性を有する接着シートが従来から使用されている。しかし、ステンレス補強板を使用する場合、補強効果に加えて、ステンレス板をグランド層と接続することにより、電磁シールド効果を発現させることが可能であるため、例えば下記特許文献１、２のように、ステンレス板とフレキシブルプリント基板の電極とを接続することが考えられた。

特許文献１の半導体装置は、フレキシブルプリント基板の複数の電極部が異方導電性接着材料を介して別の被接続基体の対応する電極部と電気的に接続される領域を具備し、前記異方導電性接着材料と共に前記領域内における複数の電気的接続部相互間を埋める絶縁部材を設けたことを特徴とすることをその主旨としている。特許文献２の配線基板は、２層以上の配線基板において、層間の電気的接続が異方性導電材料とランド部に形成された突起状導電体からなることを特徴とすることをその主旨としている。

特開２０００−１９５８９９号公報 特開２００３−１３３６７４号公報

特許文献１の半導体装置は、最初に配線基板や回路基板等を形成してから、異方導電性接着材料によって電極同士を電気的に接続して形成するものであるが、その製造工程の簡素化がさらに望まれている。特許文献２の配線基板は、配線パターン上に突起状導電体を形成し、その上にさらに異方導電性フィルムを加圧、加熱して、配線パターンと銅箔とを導電させるものであるが、これについても製造工程の簡素化が望まれている。また、導電性の小さいあるいは導電性を有しない補強板を用いた場合においても、回路基板と補強板との間においても導通信頼性や電磁シールド効果を備えるようにしたいという要望がある。

そこで、本発明の目的は、電磁シールド効果を備える金属製補強板を回路基板本体に貼り合せる工程を簡素化することができるとともに、導通信頼性や電磁シールド効果を回路基板に対して付与することができる等方導電性接着シートと、この等方導電性接着シートを用いて得られる回路基板とを提供することである。

本発明の等方導電性接着シートは、離型フィルムと、この離型フィルムの表面に形成された等方導電性接着剤層とを備えている。本発明の等方導電性接着シートを用いることにより、電磁シールド効果を備える金属製補強板を回路基板本体に貼り合せる製造工程を簡素化することができるとともに、導通信頼性や電磁シールド効果を回路基板に対して付与することができる。また、離型フィルムによって、加工のハンドリング性や、加圧加工の際のクッション材としての効果を奏する。

また、本発明の等方導電性接着シートにおいては、前記等方導電性接着剤が、導電性粒子とバインダーとを含むものであることが好ましい。これにより、導電性を有した等方導電性接着シートを確実に提供できる。

また、本発明の等方導電性接着シートにおいては、前記導電性粒子が、金属粉又は低融点金属粉であることが好ましい。これにより、金属製補強板や回路基板における電極などと金属結合を形成することができるので、回路基板と金属製補強板とを貼り合せた際、金属製補強板と回路基板における電極との間において高い導通信頼性を有した等方導電性接着シートを提供できる。

また、本発明の等方導電性接着シートにおいては、前記導電性粒子が低融点金属粉である場合には、前記バインダーが還元性添加物を含むことが好ましい。これにより、接着剤の安定性を損なうことがなく、上述した金属結合をさらに容易に形成させることが可能となる効果を奏する。なお、従来は上述のような金属結合を形成させる方法として、フラックスを添加することが行われていたが、このフラックスは活性であるため、本発明において用いられる樹脂接着剤に添加するとゲル化を生じるので、使用することができない。

また、本発明の等方導電性接着シートにおいては、前記導電性粒子が、５〜５０μｍの平均粒子径を有するものであるとともに、前記バインダー１００重量部に対し１５０〜２５０重量部配合されていることが好ましい。これにより、導電性粒子が、金属製補強板と回路基板における電極との間に挟まれて接触するので、電極との接触に加えて、導電性粒子が相互に接触するため、高い導通信頼性を有した等方導電性接着シートを提供できる。

また、前記バインダーが、構造用接着剤又は耐熱性接着剤を含んでいることが好ましい。これにより、本発明の等方導電性接着シートを介して回路基板本体と回路部品とが接着されて回路基板が形成された後、部品を実装する際の半田リフロー工程を経ても、導電性接着剤層は膨れないので、回路基板本体と回路部品との電気的導通信頼性を高くできるとともに、外観異常を防止するという効果をも奏する。

また、本発明の回路基板は、表面に電極を有する回路基板本体と、前記回路基板本体を補強するための金属製補強板とを備え、前記回路基板本体の表面側において、請求項１記載の等方導電性接着シートを貼って、前記等方導電性接着剤層が残るように前記離型フィルムを剥離した後、前記金属製補強板が前記等方導電性接着剤層に接着され、回路基板本体と前記金属製補強板とが電気的に接続されている。

上記構成により、等方導電性接着剤層のみを介して、金属製補強板と回路基板本体の電極とが電気的に接続されているので、簡素な構成で導電性に優れた回路基板を提供できる。

次に、本発明の実施形態に係る等方導電性接着シートと、この等方導電性接着シートを用いた回路基板について説明する。

まず、本発明の第１実施形態に係る等方導電性接着シートについて説明する。本実施形態に係る等方導電性接着シート１は、離型フィルム２と、離型フィルム２の表面に形成された等方導電性接着剤層３とを備えている。この接着シート１は、離型フィルム２に導電性接着剤を塗布して等方導電性接着剤層３を形成することにより作製される。なお、塗布方法は特に限られないが、リップコート、コンマコートに代表されるコーティング機器を用いることが好ましい。

離型フィルム２は、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート等のベースフィルム上に、シリコン系、非シリコン系の離型剤が導電性接着剤層３が形成される側の表面に塗布されたものを使用することができる。なお、離型フィルム２の厚みは特に限定されるものではなく、適宜使い易さを考慮して決定される。

等方導電性接着剤層３は、導電性粒子４を含むバインダーからなり、１００〜２００℃で加熱圧着可能な接着剤である。この導電性粒子４は、５〜５０μｍの平均粒子径を有する金属粉又は低融点金属粉であるとともに、バインダー１００重量部に対し１５０〜２５０重量部配合されている。ここでの低融点金属粉とは、融点が３００℃以下のものであり、溶融後、融点が初期融点より上昇する合金粒子を含むものとする。なお、バインダーには、構造用接着材（図示せず）、耐熱性接着剤（図示せず）のどちらか一方または両方を含むものが用いられ、還元性添加剤（図示せず）をさらに含んでいてもよい。

金属粉としては、銅粉、銀粉、ニッケル粉、銀コ−ト銅粉、金コート銅粉、銀コートニッケル粉、金コートニッケル粉があり、これら金属粉は、電解法、アトマイズ法、還元法により作成することができる。

低融点金属粉としては、錫‐銀‐銅、錫‐銀‐銅‐ビスマス、錫‐銀‐銅‐インジウム、錫‐銀‐銅‐ビスマス‐インジウム、錫‐銀‐ビスマス‐インジウム、錫‐ビスマス、錫‐銀‐ビスマス、錫‐亜鉛‐ビスマス、錫‐亜鉛、錫‐インジウムなどの金属組成よりなるものであってもよい。具体的には、千住金属工業（株）製 エコソルダー（品番：Ｍ２０、Ｍ３０、Ｍ３１、Ｍ３３、Ｍ３５、Ｍ３７、Ｍ４１、Ｍ４２、Ｍ５１、Ｍ７０４、Ｍ７０５、Ｍ７０６、Ｍ７０７、Ｍ７１５、Ｍ７１６、Ｌ１１、Ｌ２０、Ｌ２１、Ｌ２３）や、旭化成（株）製 合金粉（特開２０００−１４４２０３号公報、特開２００１−１７６３３１号公報に開示されている）などを使用することができる。

構造用接着材としては、ニトリルゴム−エポキシ、ニトリルゴム−フェノリック、ニトリルゴム−エポキシ、ＣＴＢＮ−エポキシ、ナイロン−エポキシ、飽和無定形ポリエステル−エポキシ、エポキシ−フェノリック、エポキシ−芳香族ポリアミド、エラストマ−エポキシなどを挙げることができる。ここで、エラストマーとしては、ポリエステル系、ポリアミド系エラストマーが好ましい。

耐熱性接着剤としては、エポキシ−シリカハイブリッド樹脂、フェノ−ル−シリカハイブリッド、ポリイミド−シリカハイブリッド、可溶性ポリイミド−シリカハイブリッド、ポリアミドイミド−シリカハイブリッド、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

還元性添加剤としては、アミノフェノール、キノン、ハイドロキノン、カテコール、ピロガロール、ユグロン、ヒドロキシアントラキノン、アリザリン、アントラルフィン、クリサジン、プルプリン、キナリザリン等の還元性物質を使用することができる。

上記のように構成された本実施形態の等方導電性接着シート１を用いることによって、電磁シールド効果を備える金属製補強板を回路基板本体に貼り合せる製造工程を簡素化することができるとともに、導通信頼性や電磁シールド効果を回路基板に対して付与することができる。また、離型フィルム４を有するので、加工のハンドリング性や、加圧加工の際のクッション材としての効果も奏する。

次に、等方導電性接着シート１の使用方法について説明する。この等方導電性接着シートは、例えば、補強板と回路基板本体とを接着するのに使用される。特に、補強板が金属製のものであるとき、回路基板本体における電極と、この金属製補強板とを接着させるだけでなく、電気的に導通させる目的で使用される。

図２は、図１に示す等方導電性接着シートを用いて、回路基板本体へ補強板を接着する工程を順に示す図であって、５は回路基板本体（接着部のみ図示）、６は絶縁層、７は銅などからなる電極、８は補強板である。なお、絶縁層６の材料としては、絶縁性を有し、絶縁層を形成することができる材料であればどのようなものでもよいが、その代表例としてポリイミド樹脂が挙げられる。また、補強板８の材料としては、ステンレスやアルミニウム、銅などの金属が挙げられる。

この図２を用いて等方導電性接着シート１の使用方法について説明する。まず、離型フィルム付きの接着シート１を回路基板５に仮止めした（図２（ａ）〜（ｂ）参照）後、離型フィルム２を剥がす（図２（ｃ））。次に、補強板８を導電性接着剤層３表面に重ね合わせ、プレス加工（１３０〜１９０℃、１〜４ＭＰａ）で熱圧着し、補強板８と電極７とを低融点金属粉４を介して電気的に接続させる。

上記のように等方導電性接着シート１を用いて回路基板本体５と補強板８とを接着すれば、補強板８によって回路基板本体５が補強され回路信号の安定化が図れるだけでなく、金属製の補強板８に電磁シールド効果をも発現させることができる。また、回路基板本体５と補強板８とは、導電性接着剤層３に含まれる低融点金属４とそれぞれ金属結合し、直接電気的に導通されるので、電気的導通の信頼性が高い回路基板９を提供できる。

また、底部に電極７がある凹部を表面に有している回路基板本体５と補強板８とが接着されて回路基板が形成された場合、低融点金属粉４（低融点金属粉４よりも融点が高い金属粉が存在する場合には、この金属粉も含む）が凹部にはまり込み、確実に電極同士を低融点金属粉４を介して電気接続することが可能である。なお、当然、凸部を表面に有している回路基板本体と補強板とが接着されて回路基板が形成される場合にも本実施形態の等方導電性接着シート１を使用して、回路基板本体と補強板とを電気的に接続することができる。

なお、低融点金属粉４は圧力により変形しやすいので、絶縁層６が樹脂製である場合に、上述の圧着時においても、この絶縁層６を破壊しないですむ。特に、低融点金属粉４が旭化成（株）製のＡＰＡＦ粉であれば、絶縁層６を破壊することはほぼない。

また、導電性接着剤層３の組成のほとんどが構造用接着材、耐熱性接着剤のどちらか一方または両方を含むものである場合、上述のようにして形成された回路基板９における導電性接着剤層３は、部品を実装する際の半田リフロー工程を経ても膨れないので、回路基板本体５と補強板８との電気的導通信頼性を高くできるとともに、外観異常を防止するという効果をも奏する。

なお、等方導電性接着シート１は、回路基板の電極が凸形状のものの場合にも使用することができる。

次に、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。まず、各実施例及び各比較例の等方導電性接着シートの製造方法について説明する。表１に示す各材料を配合し、所定のペーストを作成する。これを、離型処理されたＰＥＴフィルム上に、ドクターブレイド（板状のヘラ）を用いてハンドコートし、１００℃×３分の乾燥を行って等方導電性接着シートを作製した。なお、ドクターブレイドは、作製する等方導電性接着シートの厚みにより、１ｍｉｌ〜５ｍｉｌ品を適切に選択する。なお、１ｍｉｌ＝１／１０００インチ＝２５．４μｍである。なお、各実施例及び各比較例においては、等方導電性接着剤層の厚みが約４０μｍとなるように各等方導電性接着シートを作製した。

次に、各実施例及び各比較例の等方導電性接着シートを用いた金属補強板付き回路基板（図２（ｅ）の回路基板９と同様の構成）の製造方法について説明する。上述のようにして得られた等方導電性接着シートの等方導電性接着剤層側を回路基板に押し当て、仮止めプレスを行い回路基板（本実施例では、フレキシブルプリント基板）に固定する。そして、仮止めされた等方導電性接着シートのＰＥＴフィルムを剥がした後、その上に金属補強板（本実施例では、ステンレス板）を重ねあわせ、回路基板とともに一体でプレス加工した。本実施例におけるプレス加工条件は、温度：１７０℃、時間：１５分、圧力：３ＭＰａである。このようにして、各実施例及び各比較例の等方導電性接着シートを用いた金属補強板付き回路基板を作製した。

ここで、上記の方法で作成した金属補強板付き回路基板のそれぞれについて電気的評価を実施した。特に、部品実装を行う際に、リフロー工程を通過するので、接続抵抗の耐リフロー特性を測定した。接続抵抗は、フレキシブルプリント基板に設けられたグランド間の抵抗を測定するという方法で評価を実施し、リフロー通過後の評価を行った。なお、リフローの温度条件としては、鉛フリーハンダを想定し、最高２６５℃の温度プロファイルを設定した。具体的には、上述の条件で、各実施例及び各比較例の試験片を、ＩＲリフローに３回通過させ、抵抗値の変化を測定して判断した。３回のリフロー後においても金属補強板と回路基板のグランドが電気的に安定して接続していることが確認できた（表１参照）。

また、接続部（図２における電極７の存在する絶縁層６の凹部）の開口径がφ１．０ｍｍのグランドを模擬したフレキシブルプリント基板を作成し、等方導電性接着シートを補強板との間でプレス加工した際の金属補強板付き回路基板の接続抵抗（初期抵抗）も測定した（表１参照）。なお、１Ω以下を○としたのは、この値以下の場合にシールド特性が確保されるためである。

また、フレキシブルプリント基板と補強板（ステンレス板）との密着力を、１８０°ピール試験を用いて測定した。具体的には、図３に示すように、ステンレス板１０と、ポリイミド層と薄膜状の銅層とを有する無地の銅張積層板１１におけるポリイミド層の表面側とを本実施例の等方導電性接着シートの等方導電性接着剤層１２を介して、上記実施形態の等方導電性接着シートの使用方法で説明したようにプレス接合した後、銅張積層板１１を引っ張って剥した。本実施例の等方導電性接着シートの密着力は、銅張積層板１１におけるポリイミド層表面との接合面の方がステンレス板１０表面との接合よりも強大であるため、本実施例の等方導電性接着剤層１２のはく離は、ステンレス板１０との界面で起こる。このときの単位幅あたりの引張り応力をステンレス板１０との密着力とした。

また、上記実施例などとは別の実施例であるが同構成で、本発明に係る金属補強板付き回路基板について、エポキシ−ナイロンに添加する銀コート銅粉の粒径を１５μｍに定めた上での銀コート銅粉の配合量と接続抵抗との関係を調べた。この結果を図４に示す。なお、図４における各点は測定データの平均値を示しており、その上下の横棒は測定データの上限と下限とを示している。この結果は、導電性粒子の配合部数が１５０部以上では接続抵抗は１Ω以下になり、それ以上で接続抵抗が減少する傾向を示す（ステンレス板の抵抗 ＞ 等方導電性接着シートの等方導電性接着剤層の抵抗）。１００部以下の配合部数で接続抵抗がほぼ一定で変化しなくなるのは、その接着シートによって形成した回路の電気抵抗に対して、シート自体の等方導電性による電気抵抗よりも、接合したステンレス板の内部抵抗が支配因子になるからである（ステンレス板の抵抗 ＜ 等方導電性接着シートの等方導電性接着剤層の抵抗）。

また、上記実施例などとは別の実施例であるが同構成で、金属補強板付き回路基板について、エポキシ−ナイロンに添加する銀コート銅粉の粒径を１５μｍに定めた上での銀コート銅粉の配合量とピール強度との関係を調べた。なお、ピール強度は、上述した１８０°ピール試験によって測定した。結果を図５に示す。密着力は等方導電性接着シートに含まれる接着剤の配合比率に関係し、導電性粒子の配合部数が１００部を超えたあたりから、導電性粒子の配合部数の増加に伴って低下していくことがわかった。実用上、等方導電性接着シートの接着剤層として機能するのに必要な密着力が５Ｎ／ｃｍ以上の場合、今回の実験結果から導電性粒子の配合部数は２５０部までが妥当と考える。

これらの結果から、実施例の等方導電性接着シートは、比較例のものに比べ、金属補強板と、回路基板表面の電極との電気的導通信頼性が高く、リフロー特性や密着性に優れていることがわかる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

本発明に係る等方導電性接着シートの断面図である。 図１に示す等方導電性接着シートの製造工程を示す図である。 実施例における１８０°ピール試験を説明するための図である。 本発明の実施例に係る金属補強板付き回路基板について、エポキシ−ナイロンに添加する銀コート銅粉の粒径を１５μｍに定めた上での銀コート銅粉の配合量と接続抵抗との関係を示すグラフである。 本発明の実施例に係る金属補強板付き回路基板について、エポキシ−ナイロンに添加する銀コート銅粉の粒径を１５μｍに定めた上での銀コート銅粉の配合量とピール強度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 等方導電性接着シート
２ 離型フィルム
３、１２ 等方導電性接着剤層
４ 導電性粒子
５ 回路基板本体
６ 絶縁層
７ 電極
８ 補強板
９ 回路基板
１０ ステンレス板
１１ 銅張積層板

Claims (7)

1. 離型フィルムと、この離型フィルムの表面に形成された等方導電性接着剤層とを備えていることを特徴とする等方導電性接着シート。
2. 前記等方導電性接着剤が、導電性粒子とバインダーとを含むものであることを特徴とする請求項１に記載の等方導電性接着シート。
3. 前記導電性粒子が、金属粉又は低融点金属粉であることを特徴とする請求項２に記載の等方導電性接着シート。
4. 前記導電性粒子が低融点金属粉であるとともに、前記バインダーが還元性添加物を含むことを特徴とする請求項２に記載の等方導電性接着シート。
5. 前記導電性粒子が、５〜５０μｍの平均粒子径を有するものであるとともに、前記バインダー１００重量部に対し１５０〜２５０重量部配合されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の等方導電性接着シート。
6. 前記バインダーが、構造用接着剤又は耐熱性接着剤を含んでいることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の等方導電性接着シート。
7. 表面に電極を有する回路基板本体と、前記回路基板本体を補強するための金属製補強板とを備え、
   前記回路基板本体の表面側において、請求項１記載の等方導電性接着シートを貼って、前記等方導電性接着剤層が残るように前記離型フィルムを剥離した後、前記金属製補強板が前記等方導電性接着剤層に接着され、回路基板本体と前記金属製補強板とが電気的に接続されていることを特徴とする回路基板。

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