JP2007335392A - 回路部材の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異方導電性フィルムを用いて回路部材同士を接続する際に、低温かつ短時間の加熱により異方導電性フィルムを硬化して、周辺部材の損傷を抑制することを可能にすること。
【解決手段】熱硬化性樹脂組成物中に導電性粒子が分散してなる異方導電性フィルムを第一の回路部材と第二の回路部材の間に介在させ、異方導電性フィルムを硬化させることにより第一の回路部材と前記第二の回路部材を接続する回路部材の接続方法において、異方導電性フィルムの硬化は、当該異方導電性フィルムにマイクロ波を照射するステップを含む、接続方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、回路部材の接続方法に関する。

半導体素子や液晶表示素子と回路基板との接続等、回路部材同士を接続する方法として、接着性を有するテープ状の異方導電性の接続部材を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この接続部材を対向する回路部材間に配置し、その状態で加圧しながら接続部材を加熱することにより、同一回路部材中で隣接する電極間の絶縁性を維持しながら対向する電極同士が電気的に接続され、同時に回路部材同士が接着固定される。このときの接続部材の硬化のための加熱方法としては、従来、オーブン、熱プレス等の外部加熱手段が用いられている。

上記接続部材としては、熱硬化性樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂組成物からなる接着性のバインダ中に所定量の金、銀、銅、ニッケル等の導電性粒子を分散した異方導電性材料が一般に用いられる。この異方導電性材料は、接続する回路部材上に直接塗布しこれを乾燥して製膜する方法により用いられる場合もあるし、ポリエチレンテレフタレートなどのキャリアーフィルム上に製膜されたフィルムの形態で供給される場合もある。
特開昭６１−２９４７８３号公報

近年の半導体素子の高集積化、液晶表示の高精細化に伴い、素子間及び配線間隔の狭小化が進んでいる。そして、素子間隔等が狭小化されると、従来のように外部加熱手段によって異方導電性材料を加熱してこれを硬化する方法の場合、熱履歴を受けた周辺部材が損傷するという問題が顕在化することが明らかとなった。これは、十分な硬化のためには長時間かつ高温の加熱が必要とされるために、異方導電性材料ばかりでなく、周辺部材も長時間にわたって高温に曝されてしまうためであると考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、異方導電性フィルムを用いて回路部材同士を接続する際に、低温かつ短時間の加熱により異方導電性フィルムを硬化して、周辺部材の損傷を抑制することを可能にすることを目的とする。

本発明は、熱硬化性樹脂組成物中に導電性粒子が分散してなる異方導電性フィルムを第一の回路部材と第二の回路部材の間に介在させ、異方導電性フィルムを硬化させることにより第一の回路部材と第二の回路部材を接続する回路部材の接続方法において、異方導電性フィルムの硬化が、当該異方導電性フィルムにマイクロ波を照射するステップを含む、接続方法である。

上記本発明に係る接続方法によれば、マイクロ波の照射を加熱手段として採用したことにより、異方導電性フィルムを用いて回路部材同士を接続する際に、低温かつ短時間の加熱により異方導電性フィルムを硬化して、周辺部材の損傷を抑制することが可能になった。

物質にマイクロ波を照射すると、物質内の双極子の配向が発生する振動電界に追従しようとするが、双極子の配向が振動電界の時間変化についていけなくなり、遅れが生じる。このとき、電磁エネルギーが熱として物質内に吸収されるため、物質内部から加熱昇温が起こる。このように、照射されたマイクロ波は物質内で双極子を形成している極性部位に作用する一方、無極性部位には作用しない。そのため、マイクロ波照射による加熱によって化学反応を進行させる場合、反応とは関係のない無極性部位の温度は高くならないと考えられている。したがって、マイクロ波の照射によって異方導電性材料を加熱する場合、異方導電性材料が到達する温度が比較的低くなるような条件で加熱したときであっても、従来の外部加熱手段による加熱の場合と比較して、硬化反応がより短時間で進行することが期待される。

マイクロ波の照射は、塊状の材料の加熱手段としては多く検討されているものの、一般にフィルム状の材料を加熱する手段として積極的には採用されていない。これは、フィルム状の材料の場合、マイクロ波の照射によって発生する熱が系外へ発散しやすく、材料自体の昇温が困難であると予測されるためであると考えられる。これに対して、本発明者らは、熱硬化性樹脂組成物を含有する異方導電性フィルムの硬化において、周辺部材の損傷を抑制するために、マイクロ波の照射による加熱方法を敢えて採用する方法について鋭意検討し、本願発明を完成させた。

異方導電性フィルム中の熱硬化性樹脂組成物は、ラジカル反応により硬化するものであることが好ましい。ラジカル反応による硬化の場合、特に短時間での硬化が可能であり、マイクロ波を採用する本発明の効果がより顕著に得やすくなる。

本発明に係る接続方法によれば、異方導電性フィルムを用いて回路部材同士を接続する際に、低温かつ短時間の加熱により異方導電性フィルムを硬化して、周辺部材の損傷を抑制することが可能になる。周縁部剤の損傷が抑制されることにより、得られる接続体の信頼性が向上する。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態に係る回路部材の接続方法は、異方導電性フィルムにマイクロ波を照射するステップを含む。このステップにおいては、例えば、接続する第一回路部材及び第二の回路部材の間に未硬化の異方導電性フィルムが挟まれるように積層された積層構造を有する積層体に対して、マイクロ波が照射される。硬化後の異方導電性フィルムによって第一の回路部材と第二の回路部材が接続される。接続される回路部材としては、半導体素子、液晶表示素子、基板上に回路電極が形成された回路基板等がある。

なお、マイクロ波の照射による物質の発熱にかかる電力（Ｐ）は、次式で表せる。
Ｐ＝（５／９）・ｆ・Ｅ^２・εｒ・ｔａｎδ×１０^−１０［Ｗ／ｍ^３］
（ｆ：マイクロ波の周波数［Ｈｚ］，Ｅ：電界強度［Ｖ／ｍ］，εｒ：物質の比誘電率，ｔａｎδ：物質の誘電正接）

上記ステップにおいては、マイクロ波を照射された異方導電性フィルムの到達する温度が、外部加熱手段による加熱の場合に当該異方導電性フィルムが硬化する温度と比較して低くなるように出力や照射時間等が調整された条件でマイクロ波（典型的には周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波）が照射されることが好ましい。

このように比較的低い温度の加熱であっても、マイクロ波の照射によれば短時間で異方導電性フィルムの硬化を十分に進行させることが可能である。異方導電性フィルムの到達する温度が低いことから、硬化の際の周辺部材の損傷が抑制される。

マイクロ波を照射された異方導電性フィルムの到達する温度は、例えば、外部加熱手段のみで異方導電性フィルムを加熱した場合に異方導電性フィルムの硬化反応が実質的に進行しない温度であるか、または進行したとしてもその反応率が１０秒間の加熱で９０％未満に留まるような温度である。この場合の硬化反応の反応率は、硬化反応に由来する発熱量の変化に基づいて決定することができる。発熱量は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される。加熱前の単位質量当たりの発熱量を１００％として、これに対する加熱後の単位質量当たりの発熱量の比が反応率とされる。

マイクロ波を照射された当該異方導電性フィルムの到達する上記温度は、外部加熱手段による加熱の場合に当該異方導電性フィルムの硬化反応の反応率が１０秒間の加熱で９０％未満となるような温度であってもよい。この温度は、より具体的には１００℃以下であることが好ましい。

マイクロ波と比較される外部加熱手段としては、オーブン等を用いて高温雰囲気内に配置する方法、熱板と接触させる方法などがある。なお、熱履歴による著しい信頼性低下が生じない程度であれば、外部加熱手段をマイクロ波と併用してもよい。

マイクロ波の照射の際、回路部材が有する金属部位においてアーク放電が発生することを防ぐために、金属部位を接地するとともに等電位化した状態でマイクロ波を照射することが好ましい。金属部位を接地及び等電位化するためには、例えば、金属などの電気伝導体で形成された留め金が銅線などのリード線の端部に接続された治具を用い、留め金を金属部位に接続する。

マイクロ波照射装置全体が接地されている場合、マイクロ波にさらされない場所で、かつ装置内で回路部材との距離が近い金属部位を介して接地することが可能である。あるいは、マイクロ波照射装置とは別に、コンセントの接地極などに上記治具のリード線を接続する方法により接地してもよい。

本実施形態に係る方法において用いられる異方導電性フィルムは、熱硬化性樹脂組成物及び該熱硬化性樹脂組成物中に分散している導電性粒子からなる異方導電性材料をフィルム状に成形したものである。

導電性粒子としては、例えば金、銀、銅、ニッケル、はんだ等の金属やカーボンの粒子が挙げられる。あるいは、非導電性のガラス、セラミック、プラスチック等を核とし、この核を上記の金属やカーボンで被覆した被覆粒子でもよい。導電性粒子の平均粒径は分散性、導電性の観点から１〜１８μｍであることが好ましい。

導電性粒子の配合割合は、熱硬化性樹脂組成物１００体積％に対して、０．１〜３０体積％であることが好ましく、０．１〜１０体積％であることがより好ましい。この配合割合が０．１体積％未満であると電極間の抵抗が高くなりことが困難となる傾向にあり、３０体積Ｖｏｌ％を超えると回路の短絡が生じやすくなる傾向がある。

熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂及び必要に応じてその硬化剤を含有する。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ラジカル重合性化合物等が挙げられるが、マイクロ波照射によって低温短時間で硬化させるためには、ラジカル重合性化合物を用いるのが好ましい。すなわち、熱硬化性樹脂組成物は、ラジカル反応によって硬化するものであることが好ましい。

ラジカル重合性化合物とは、何らかのエネルギーが与えられることによってラジカルが発生し、そのラジカルが連鎖反応によって重合してポリマーを形成する化合物をいう。ラジカル重合性化合物としては、例えば、アクリレート、メタクリレート、マレイミド化合物及びスチレン誘導体等の、分子内にオレフィンを有する化合物が用いられる。ラジカル重合性化合物は、単独で用いてもよく、数種を混合して用いてもよい。

アクリレート又はメタクリレートの具体例としては、メチルアクリレート及びエチルアクリレート等のモノアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート及び２，２−ビス［４−（アクリロキシメトキシ）フェニル］プロパン等のジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート及びテトラメチロールメタンテトラアクリレート等の多官能アクリレート化合物、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレートなどの変性アクリレート類、ウレタンアクリレート類、並びにこれらのアクリレートに対応するメタクリレートが挙げられる。ただしこれらに制限されるものではない。アクリレートは、単独で用いてもよく、数種を組合わせて用いてもよい。

マレイミド化合物は、分子中にマレイミド基を２個以上含むことが好ましい。例えば、１−メチル−２，４−ビスマレイミドベンゼン、Ｎ，Ｎ’−４，４−ビフェニレンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−４，４−ジフェニルプロパンビスマレイミド及び２，２−ビス［４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン等が挙げられるがこれらに制限するものではない。マレイミド化合物は、単独で用いてもよく、数種を混合して用いてもよい。

ラジカル重合性化合物を用いる場合、熱硬化性樹脂組成物は、ラジカル重合開始剤を更に含有することが好ましい。ラジカル重合開始剤は、過酸化物、アゾ系化合物等の加熱によって分解して遊離ラジカルを発生するものであり、その種類、配合量は所望の接続時間、ポットライフなどに応じて決定することができる。

熱硬化性樹脂組成物を含む異方導電性材料にフィルム形成機能を与える目的で、熱硬化性樹脂組成物は、硬化を阻害せず、他の成分と相溶可能な範囲でポリマーを含有することが好ましい。このポリマーとしては、例えば、フェノキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエーテルイミド、ポリイミド、アクリル共重合体及び有機合成反応等によってこれらを変性したポリマーが挙げられる。ただしこれらに制限するものではない。ポリマーは、単独で用いてよく、数種を混合して用いてもよい。

熱硬化性樹脂組成物は、さらに、充填剤、軟化材、老化防止剤、難燃化剤、色素、チキソトロピック剤、カップリング剤等を含有していてもよい。

異方導電性フィルムは、例えば、熱硬化性樹脂組成物及び導電性粒子を混合した異方導電性材料を有機溶剤に溶解した溶液を、塗工機を使用してＰＥＴフィルムのようなキャリアーフィルム上に塗布し、その後加熱乾燥を行う方法によって作製される。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし本発明はこれらに制限されるものではない。

実施例１
フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、商品名：ＰＫＨＣ）５０重量部、イソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート（東亞合成社製、商品名：Ｍ−２１５）２５重量部、ウレタンアクリレート（共栄社化学社製、商品名：ＡＴ−６００）２０重量部、２−アクリロイロキシエチルホスフェート（共栄社化学社製、商品名：ライトエステルＰ−２Ｍ）５重量部、ｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート（日本油脂社製、商品名：パーヘキシルＯ）１．５重量部及びｔ−ヘキシルパーオキシ−ベンゾエート（日本油脂社製、商品名：パーヘキシルＺ）１．５重量部を混合して、ラジカル反応により硬化する熱硬化性樹脂組成物を得た。

得られた熱硬化性樹脂組成物１００体積％に対して１．５体積％のニッケル／金めっきポリスチレン粒子（平均粒径４μｍ、比重２．５）を加えて異方導電性材料を得、これを厚みが３５μｍのフィルム状に製膜して、異方導電性フィルム作製した。この異方導電性フィルムを２０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切り出し、ポリイミドフィルムに載せた。そして、ポリイミドフィルム上の異方導電性フィルムに対して、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１０秒間照射し、異方導電性フィルムを硬化させた。このとき、２．４５ＧＨｚのマイクロ波照射によって発生した電界強度は３２ｋＶ／ｍであった。

マイクロ波照射後の異方導電性接着フィルムの反応率を、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される発熱量に基づいて決定した。具体的には、マイクロ波照射前及び照射後の異方導電性フィルムの発熱量を測定し、照射前の発熱量に対する照射後の発熱量の比率を反応率とした。その結果、１０秒間の加熱で反応率が９０％に達したことが確認された。また、マイクロ波照射の際の異方導電性フィルムの温度は最大で９５℃であった。

比較例１
実施例１と同様にして作製し、ポリイミドフィルムに載せた異方導電性フィルムを、マイクロ波照射に代えて、圧着試験機を用いて１００℃、２ＭＰａの条件で１０秒間加熱した。この場合の異方導電性フィルムの反応率は０％であり、硬化反応が実質的に進行しなかった。一方、圧着試験機を用いて、異方導電性フィルムを１５０℃以上の温度で１０秒間加熱した場合、異方導電性フィルムの反応率は９０％以上に達した。すなわち、外部加熱手段である圧着試験機を用いた加熱の場合、９０％以上の反応率を達成するためには、実施例１における異方導電性フィルムの温度（９５℃）よりも５０℃以上高い温度での加熱が必要とされた。言い換えると、マイクロ波を照射された異方導電性フィルムの到達する温度（９５℃）が、外部加熱手段による加熱の場合に異方導電性フィルムが硬化する温度（１５０℃以上）と比較して５０℃以上低かった。

Claims (2)

1. 熱硬化性樹脂組成物中に導電性粒子が分散してなる異方導電性フィルムを第一の回路部材と第二の回路部材の間に介在させ、前記異方導電性フィルムを硬化させることにより前記第一の回路部材と前記第二の回路部材を接続する回路部材の接続方法において、
   前記異方導電性フィルムの硬化は、当該異方導電性フィルムにマイクロ波を照射するステップを含む、接続方法。
2. 前記熱硬化性樹脂組成物がラジカル反応により硬化する、請求項１記載の接続方法。