JP2010121007A - 異方導電性フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】低い実装温度かつ短時間の加熱で回路基板間の十分な電気的接続を達成でき、かつ高温高湿の雰囲気で接続性能が経時的に低下する等の問題のない異方導電性フィルムを提供する。
【解決手段】ラジカル重合性物質、加熱によりラジカルを発生する重合開始剤、分子量３００００以上のフェノキシ樹脂、及び導電粒子を含有する異方導電性フィルムであって、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣ発熱開始温度が、１００℃以下でありかつＤＳＣピーク温度が１２０℃以下であることを特徴とする異方導電性フィルム。
【選択図】 なし

Description

本発明は、２つの回路基板間を接着するとともに、一回路基板内の隣接する回路間を短絡させることなく、異なる回路基板の互いに対向する回路間を電気的に接続する異方導電性フィルムに関する。

近年、電気機器の小型化、高機能化に対応するため、微細な回路を有する複数の回路基板間を接着し電気的に接続した回路基板接続体が使用されている。異方導電性フィルムは、この回路基板間の接着及び電気的接続のために広く用いられており、例えば特許文献１等にその例が開示されている。

このような異方導電性フィルムとして、樹脂からなる接着性フィルム中に導電粒子を分散させたものが用いられている。この異方導電性フィルムを接続しようとする２つの回路基板間に挟み、熱圧着することにより、２つの回路基板間が異方導電性フィルムにより接着されるとともに、２つの回路基板の互いに対向する回路間が電気的に接続される。この際、同一回路基板内の隣接する回路間を短絡させないことが求められる。そこで、異方導電性フィルムには、その厚み方向に対向する回路間の抵抗（接続抵抗）が低いとの接続性能と、その面方向に隣接する回路間を短絡させないとの絶縁性能が求められている。

異方導電性フィルムは、その製造後、通常、実装時（２つの回路基板間に挟み込む時）まで、フィルムの状態（特にロール状に巻いたフィルムの状態）で保存される。従って、フィルムとしての優れた保存安定性も望まれている。

接続性能及び絶縁性能が優れた異方導電性フィルムを用い、前記の熱圧着を、所定の温度、圧力で行うことにより、回路間の接着および電気的接続が達成されるとともに、隣接する回路間での絶縁性も確保される。しかし、熱圧着の温度、即ち異方導電性フィルムの実装温度が高すぎる場合、回路の熱ダメージや熱膨張収縮差等に起因した問題が生じ、例えば、回路基板の接続体を長期間、高温高湿の雰囲気に置いた場合接続性能が経時的に低下する等の問題が生じやすくなる。
特開２００８−１１７７４８号公報

従って、熱圧着の温度、即ち異方導電性フィルムの実装温度はより低いことが望まれる。又、実装の生産性向上のため、実装（即ち熱圧着）に要する時間も短い方が好ましい。そこで、従来の異方導電性フィルムより低い温度（かつ短時間）の加熱での実装が可能で、さらに高温高湿の雰囲気で接続性能が経時的に低下する等の問題をもたらすことのない異方導電性フィルムが求められている。好ましくは、更に保存安定性にも優れる異方導電性フィルムが求められている。

本発明は、従来の異方導電性フィルムよりも低い実装温度かつ短時間の加熱で回路基板間の十分な電気的接続を達成でき、かつ高温高湿の雰囲気で接続性能が経時的に低下する等の問題のない異方導電性フィルムを提供することを課題とする。

前記の課題は、ラジカル重合性物質、加熱によりラジカルを発生する重合開始剤、分子量３００００以上のフェノキシ樹脂、及び導電粒子を含有する異方導電性フィルムであって、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣ発熱開始温度が１００℃以下であり、かつＤＳＣピーク温度が１２０℃以下であることを特徴とする異方導電性フィルム（請求項１）により達成される。

本発明者は、鋭意検討した結果、
異方導電性フィルムを構成する接着性フィルムとして、フェノキシ樹脂とともにラジカル重合性物質及びその重合開始剤を含有する樹脂組成物からなるフィルムを用い、前記のフィルム構成材料の種類や配合量等を適宜選択することにより、その熱硬化反応の開始温度を１００℃以下とするとともに反応ピーク温度を１２０℃以下とすることができること、及び
硬化反応の開始温度及び反応ピーク温度を前記範囲内とすることにより、低い実装温度で回路基板間の十分な電気的接続を達成でき、かつ高温高湿の雰囲気での接続性能の経時的低下等の問題のない異方導電性フィルムが得られること
を見出し、前記の発明を完成した。

前記熱硬化反応の開始温度は、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣ発熱開始温度として規定される。前記反応ピーク温度とは、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣピーク温度として規定される。ＤＳＣ発熱開始温度が１００℃を超える場合は、低い実装温度条件、例えば１４０℃で１０秒程度の加熱では、十分な接続性能が得られず、高温高湿の雰囲気での接続性能の経時的低下、即ち接続体を高温高湿の雰囲気に置いたとき２つの回路基板の対向する回路間の抵抗が時間とともに増加するとの問題が生じる。

又、ＤＳＣピーク温度が１２０℃を超える場合は、低い実装温度条件、例えば１４０℃で１０秒程度の加熱では、２つの回路基板の対向する回路間の抵抗を低くすることができず、この点で十分な接続性能が得られない。ＤＳＣ発熱開始温度が１００℃以下で、ＤＳＣピーク温度が１２０℃以下との条件を満たすことにより、熱硬化反応が低温で開始し速やかに活性化することで低温での反応性が向上するので、低い実装温度でも優れた接続性能が得られるのである。なお、ＤＳＣ発熱開始温度とＤＳＣピーク温度との差は小さい方が好ましく、具体的にはこの差を２０℃以下とすることによりさらに優れた接続性能が得られる。

フェノキシ樹脂、ラジカル重合性物質、及び重合開始剤の種類やこれらの配合量は、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣ発熱開始温度が１００℃以下となり、かつＤＳＣピーク温度が１２０℃以下となる範囲で選択される。この条件を満たす限りその種類やこれらの配合量は特に限定されないが、以下に示すものが例示される。

本発明の異方導電性フィルムを構成するフェノキシ樹脂とは、ビスフェノールとエピハロヒドリンより合成される高分子量ポリヒドロキシポリエーテルである。前記ビスフェノールがビスフェノールＡであり、下記構造式で表わされるビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂が代表例として挙げられるが、ビスフェノールＦ型フェノキシ樹脂、ビスフェノールＡビスフェノールＦ混合型フェノキシ樹脂、ビスフェノールＡビスフェノールＳ混合型フェノキシ樹脂、フルオレン環含有フェノキシ樹脂、カプロラクトン変性ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂等も例示することができる。

フェノキシ樹脂は、強靭で柔軟性があり接着性が良好であるとともに、優れたフィルム形成性を有し異方導電性フィルムのフィルム形成に必須の成分である。フェノキシ樹脂は分子量が大きいほどフィルム形成性に優れるが、本発明では、異方導電性フィルムの形成のために分子量３００００以上のフェノキシ樹脂が使用される。その結果、フィルム形成性に優れるとともに、高接着力も発現できる。ここで、分子量とは、ＧＰＣで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。

ラジカル重合性物質は、実装温度、例えば１４０℃でラジカル重合をし、かつ分子量３００００以上のフェノキシ樹脂と相溶性のあるモノマー、オリゴマーから選択される。例えば、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステルが挙げられ、より具体的には、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、２，２−ビス［４−（アクリロキシポリエトキシ）フェニル］プロパンや２，２−ビス［４−（アクリロキシジエトキシ）フェニル］プロパン等のビスフェノールＡ型アクリレート、２，２−ビス［４−（メタクリロキシポリエトキシ）フェニル］プロパンや２，２−ビス［４−（メタクリロキシジエトキシ）フェニル］プロパン等のビスフェノールＡ型メタクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、及びこれらのメタクリレート等を挙げることができる。これらは単独または併用して用いることができる。

ラジカル重合開始剤は、分子量３００００以上のフェノキシ樹脂と相溶させることができ、かつ室温では安定であるが、実装温度、例えば１４０℃の加熱によりラジカルを発生し、前記ラジカル重合性物質の重合反応を開始させる能力を有する化合物から選択される。具体的には、パーオキサイド、ケトンパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステル、パーオキシケタール、ジアルキルパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド等を挙げることができる。

有機バインダー成分中に分散させる導電性粒子としては、金、銀、銅、ニッケル、鉛、錫などの金属粒子を挙げることができ、更に、前記金属からなる合金、例えば、はんだ、銀銅合金等の粒子、カーボン等の導電性粒子、導電性粒子または非導電性のガラス、セラミックス、プラスチック粒子を核として表面に他の導電性材料例えば金属やＩＴＯを被覆したもの等も挙げることができる。

又、熱圧着（実装）により、導電性粒子自体が変形するもの、導電性粒子が凝集体を形成している場合は圧着により凝集構造が変わり変形するものを用いると、異方導電性フィルムの接続性能が向上しやすいので好ましい。強磁性を有する金属を用いると、それ自体が有する磁性により配向し、又、後述するように磁場を用いて導電粒子の配向を行うことができ、その結果接続性能が優れた異方導電性フィルムが得られやすいので好ましい。

導電性粒子の粒径は０．０５〜２０μｍであることが好ましい。粒子径が小さすぎる場合は、接続性能が不安定になりやすく、大きすぎる場合は、隣接する回路間の短絡が起こりやすく絶縁性能が低下しやすくなる傾向がある。

導電性粒子の配合量は、ラジカル重合性物質、加熱によりラジカルを発生する重合開始剤及び分子量３００００以上のフェノキシ樹脂の合計体積に対して、０．０１〜２０体積％の範囲が好ましく、より好ましくは、０．０３〜５体積％の範囲である。導電性粒子の配合量が多すぎる場合は、絶縁性能が低下しやすく、少なすぎる場合は、接続性能が低下しやすい傾向にある。

請求項２に記載の発明は、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣ発熱開始温度が７０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性フィルムである。ＤＳＣ発熱開始温度が低すぎる場合、異方導電性フィルムの保存安定性が低下する。特に、夏場や熱帯地域での保存の場合はこの問題が顕著である。ＤＳＣ発熱開始温度が７０℃以上とすれば、夏場や熱帯地域、その他高温となる保存状態でも、十分な保存安定性を得ることができるので好ましい。

請求項３に記載の発明は、前記導電粒子の径に対する長さの比が５以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の異方導電性フィルムである。

本発明に使用する導電粒子として、径と長さの比（アスペクト比）が５以上の導電性粒子を用いると、導電性粒子の配合量が小さい場合であっても、優れた接続性能を得ることができるとともに、絶縁性能をより高くすることができるので好ましい。このアスペクト比は、ＣＣＤ顕微鏡等を用いた観察により直接測定することができる。

断面が円でない粒子の場合は、断面の最大長さを径としてアスペクト比を求める。導電性粒子に曲がりや枝分かれがある場合は、導電性粒子の最大長を長さとしてアスペクト比を求める。アスペクト比が５以上の導電性粒子としては、針状導電性粒子を挙げることができるが、更に微細な金属粒子を多数つなげて針状に形成したもの等も挙げることができる。アスペクト比が１０〜１００であると更に好ましい。

請求項４に記載の発明は、導電粒子の長径方向をフィルムの厚み方向に配向させたことを特徴とする請求項３に記載の異方導電性フィルムである。

アスペクト比が５以上の導電性粒子をフィルムの厚み方向に配向させると、接続性能及び絶縁性能が更に向上するので好ましい。導電性粒子をフィルムの厚み方向に配向させる方法は特に限定されないが、強磁性を有する導電性粒子を用いる場合は、後述するような導電性粒子を分散した樹脂用液に、導電性粒子を配向させる方向に磁場を印加しながら、フィルム形成を行う方法を挙げることができる。

本発明の異方導電性フィルムは、例えば、ラジカル重合性物質、加熱によりラジカルを発生する重合開始剤及び分子量３００００以上のフェノキシ樹脂を溶媒に溶解した樹脂溶液に導電粒子を分散したものを、板上に塗布する等の方法により膜状とし、この膜から溶媒を除去する方法により製造することができる。溶媒としては、ラジカル重合性物質、重合開始剤及びフェノキシ樹脂を溶解し、導電粒子を分散できるものであれば特に限定されない。中でも、成膜が容易で、沸点が低く揮発により除去しやすいものが好ましい。

本発明の異方導電性フィルムは、従来の異方導電性フィルムと同様な方法により、２つの回路基板間の接着、電気的接続に使用するとこができる。即ち、本発明の異方導電性フィルムを、接続しようとする２つの回路基板間に挟み、熱圧着することにより、２つの回路基板間が接着されるとともに、２つの回路基板の互いに対向する回路間が電気的に接続される。本発明の異方導電性フィルムは、優れた絶縁性能を有するので、この際、同一回路基板中の隣接する回路間の短絡は生じない。

本発明の異方導電性フィルムは、低い実装温度かつ短時間の加熱で回路基板間の十分な電気的接続を達成でき、かつ高温高湿の雰囲気で接続性能が経時的に低下する等の問題もない。

次に本発明を実施するための形態を、実施例により説明する。ただし本発明は、この実施例に限定されるものではない。

（導電性粒子）
導電性粒子としては、長径の分布が１μｍから８μｍ、短径の分布が０．１μｍから０．４μｍである直鎖状ニッケル微粒子を用いた。

（樹脂溶液）
２，２−ビス［４−（メタクリロキシジエトキシ）フェニル］プロパン（ラジカル重合性物質、商品名：ＢＰＥ−２００、新中村化学社製）、ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（分子量５００００のフェノキシ樹脂、商品名：エピコート１２５６、ＪＥＲ社製）、及び下記の重合開始剤のそれぞれを、表１に示す組成（重量比）で配合し、２−エトキシエチルアセタートに固形分５０重量％となるように溶解して樹脂溶液を得た。

（重合開始剤）
・パーブチルＯ 日本油脂社製
・パーヘキシルＯ 日本油脂社製
・パーオクタＯ 日本油脂社製

前記で得られた樹脂溶液に前記で得られた導電性粒子を０．１体積％配合し、分散させた。その後、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、６０℃で送風乾燥し、膜厚３５μｍの異方導電性フィルムを得た。

（ＤＳＣ測定）
得られた異方導電性フィルムについて、以下に示す条件でＤＳＣ測定を行った。結果を表２に示す。
使用装置：示差走査熱量計ＤＳＣ−６０、島津製作所社製
測定条件：昇温速度１０℃／ｍｉｎ

（接続抵抗値の測定）
幅１００μｍ、高さ１８μｍの金メッキが施された銅電極が１００μｍ間隔で１００個配列されたフレキシブルプリント回路基板と、幅１００μｍ、高さ１８μｍの金メッキが施された銅電極が１００μｍ間隔で１００個配列されたガラエポ基板とを用意した。このフレキシブルプリント回路基板とガラエポ基板との間に前記で得られた異方導電性フィルムを挟み、１４０℃に加熱しながら、３ＭＰａの圧力で１０秒間加圧して熱接着させ、フレキシブルプリント回路基板とガラエポ基板との接続体を得た。フレキシブルプリント回路基板とガラエポ基板の回路間の抵抗値を測定した。この評価を１０回繰り返し、接続抵抗の平均値を求めた。この測定値を初期接続抵抗値とし、表２に示した。

（耐熱・耐湿試験）
前記接続体を温度８５℃、湿度８５％に設定した恒温恒湿槽内に投入し、５００時間経過後に取り出し、再び前記と同様にして接続抵抗の平均値を求めた。この測定値を高温高湿５００ｈｒ後接続抵抗値とし、表２に示した。

表２より明らかなように、ＤＳＣ発熱開始温度が１００℃以下であり、かつＤＳＣピーク温度が１２０℃以下（かつＤＳＣ発熱開始温度とＤＳＣピーク温度との差が２０℃以下）である実施例１及び実施例２の異方導電性フィルム（本発明例）を用いた場合は、低い実装温度（１４０℃、３ＭＰａ、１０秒間加熱）で接続体の製造を行ったにも係わらず、初期接続抵抗が低く優れた接続性能を示す。又、高温高湿の雰囲気に５００時間放置した後の接続抵抗も低く、高温高湿の雰囲気で接続性能が経時的に低下するとの問題もないことが表２の結果より示されている。一方、ＤＳＣ発熱開始温度が１００℃を超える比較例１の場合では、初期接続抵抗は低いものの、高温高湿の雰囲気で５００時間放置した後接続性能が低下していることが表２の結果より示されている。

Claims (4)

1. ラジカル重合性物質、加熱によりラジカルを発生する重合開始剤、分子量３００００以上のフェノキシ樹脂、及び導電粒子を含有する異方導電性フィルムであって、昇温速度１０℃／分で測定したときのＤＳＣ発熱開始温度が１００℃以下であり、かつＤＳＣピーク温度が１２０℃以下であることを特徴とする異方導電性フィルム。
2. 前記ＤＳＣ発熱開始温度が７０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性フィルム。
3. 前記導電粒子の径に対する長さの比が５以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の異方導電性フィルム。
4. 導電粒子の長径方向をフィルムの厚み方向に配向させたことを特徴とする請求項３に記載の異方導電性フィルム。