JP2015167223A - 接続構造体の製造方法、及び回路接続材料 - Google Patents

接続構造体の製造方法、及び回路接続材料 Download PDF

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Abstract

【課題】ライフの維持及び低温圧着が可能な接続構造体の製造方法、及び回路接続材料を提供する。【解決手段】第1の回路部材と第2の回路部材とを回路接続材料を介在させて配置する配置工程と、第1の回路部材と第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着し、接続構造体を得る圧着工程とを有し、回路接続材料が、ラジカル重合性化合物と、前記所定温度より高く、前記所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物と、導電性粒子とを含有する。【選択図】図1

Description

本発明は、低温圧着が可能な接続構造体の製造方法、及び回路接続材料に関する。
近年、タッチパネル用途などにシクロオレフィンポリマーやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板を使用する傾向があるが、プラスチック基板は、圧着温度が100〜110℃程度の極端に低い温度としなければ、熱による基板の変形やそれに伴う同通不良が発生してしまう。
異方性導電フィルムとして、ラジカル重合性モノマーと、有機過酸化物を含有するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。しかし、この提案の技術は、近年更に高まっている異方性導電フィルムのライフを維持しながら、高いレベルの低温圧着を可能にするという観点からは満足のいくものとはいえず、改良の余地があった。
特開2011−32491号公報
本発明は、前述した従来技術における課題を解決するものであり、ライフの維持及び低温圧着が可能な接続構造体の製造方法、及び回路接続材料を提供する。
前述した課題を解決するために、本発明に係る接続構造体の製造方法は、第1の回路部材と第2の回路部材とを回路接続材料を介在させて配置する配置工程と、前記第1の回路部材と前記第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着し、接続構造体を得る圧着工程とを有し、前記回路接続材料が、ラジカル重合性化合物と、前記所定温度より高く、前記所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有することを特徴とする。
また、本発明に係る接続構造体は、前記接続構造体の製造方法により得られることを特徴とする。
また、本発明は、第1の回路部材と第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着させる回路接続材料において、ラジカル重合性化合物と、前記所定温度より高く、前記所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有することを特徴とする。
本発明は、回路接続材料が、圧着時の所定温度より高く、所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有するため、ライフを維持しながら低温圧着を行うことができる。
図1は、90度剥離試験を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について、下記順序にて詳細に説明する。
1.接続構造体の製造方法
2.実施例
<1.接続構造体の製造方法>
本実施の形態に係る接続構造体の製造方法は、第1の回路部材と第2の回路部材とを回路接続材料を介在させて配置する配置工程と、第1の回路部材と第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着し、接続構造体を得る圧着工程とを有し、回路接続材料が、ラジカル重合性化合物と、所定温度より高く、所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有する。
以下、各工程について詳細に説明する。
[配置工程]
配置工程では、第1の回路部材と第2の回路部材とを回路接続材料を介在させて配置する。第1の回路部材及び第2の回路部材は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、第1の回路部材としてタッチパネル用途のシクロオレフィンポリマー(COP)やポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板、ガラス基板、LCD(Liquid Crystal Display)パネル用途のガラス基板などが挙げられる。また、第2の回路部材としてCOF(Chip On Film)などのフレキシブル基板(FPC:Flexible Printed Circuits)、IC(Integrated Circuit)などが挙げられる。
回路接続材料は、ラジカル重合性化合物と、有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有する。回路接続材料としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisortropic Conductive Film)、接着フィルム(NCF:Non Conductive Film)などが挙げられる。本実施の形態では、低温圧着が可能なため、シクロオレフィンやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板及び異方性導電フィルムを用いた異方性導電接続を好適に用いることができる。
ラジカル重合性化合物としては、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート、リン酸エステル型アクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ウレタンアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、o−フタル酸ジグリシジルエーテルアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、ビスフェノールA型エポキシアクリレート、エポキシアクリレート、及びこれらに相当する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、導通信頼性の向上、接着性の向上などの観点から、トリシクロデカンジメタノールジアクリレートとリン酸エステル型アクリレートとを併用することが好ましい。
有機過酸化物は、所定温度より高く、所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する。ここで、所定温度は、圧着時における回路接続材料の温度をいう。また、所定温度は、90℃以上120℃以下であることが好ましい。所定温度が90℃以上120℃以下であることにより、シクロオレフィンなどのプラスチック基板を使用することが可能となる。
有機過酸化物としては、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(1分間半減期温度112.6℃)、ジラウロイルパーオキサイド(1分間半減期温度116.4℃)、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド(1分間半減期温度128.2℃)、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(1分間半減期温度124.3℃)、t−ブチルパーオキシピバレート(1分間半減期温度110.3℃)等が挙げられる。これらの有機過酸化物は、1種を単独又は2種以上を併用して用いることが可能である。
有機過酸化物は、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドを少なくとも含む1種以上であることが好ましい。有機過酸化物として、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドを用いることにより、圧着温度が1分間半減期温度よりも低い100℃程度でも圧着が可能となる。また、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数は、ラジカル重合性化合物の官能基のモル数の0.2倍以上であることが好ましい。このような配合量により、ラジカル重合性化合物の高い反応率を得ることが可能となる。ここで、発生ラジカル換算のモル数は、純度が100%の有機過酸化物が完全に熱分解したときのラジカル発生量であり、有機過酸化物のモル数×分子内の過酸化結合の数×2で計算される。
2級チオール化合物としては、連鎖移動剤として公知のチオール化合物を使用することができる。2級チオール化合物の具体例としては、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチリルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)などが挙げられる。なお、1級チオールは、安定性が低いため、回路接続材料のライフを低下させてしまう。
2級チオール化合物の官能基のモル数は、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数の2倍以上であることが好ましい。ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数の2倍以上の多量の2級チオール化合物を用いることにより、低温においても十分な反応を生じさせることができる。
また、回路接続材料に配合する他の添加物として、必要に応じて、膜形成樹脂、アクリル酸エステル系共重合樹脂(アクリルゴム)、シランカップリング剤、各種アクリルモノマー等の希釈用モノマー、充填剤、軟化剤、着色剤、難燃化剤、チキソトロピック剤等を含有することができる。また、導電性粒子を添加することで導電性接着剤とすることができる。
膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド、EVA等の熱可塑性エラストマー等を使用することができる。これらの中でも、耐熱性、接着性のために、フェノキシ樹脂及びポリウレタン樹脂を併用することが好ましい。
導電性粒子としては、異方性導電接着剤において使用されている公知の導電性粒子を用いることができる。例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金等の各種金属や金属合金の粒子を挙げることができる。また、金属酸化物、カーボン、グラファイト、ガラス、セラミック、プラスチック等の粒子の表面に金属をコートしたもの、これらの粒子の表面に更に絶縁薄膜をコートしたもの等が挙げられる。樹脂粒子の表面にNi、Au等の金属をコートしたものである場合、樹脂粒子としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン(AS)樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を用いることができる。
[圧着工程]
圧着工程では、第1の回路部材と第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着し、接続構造体を得る。圧着工程では、例えばヒートツールなどの圧着ツールを用いて、第2の回路部材を押圧することにより行われる。ここで、所定温度は、圧着時における回路接続材料の温度をいう。また、所定温度は、90℃以上120℃以下であることが好ましい。所定温度が90℃以上120℃以下であることにより、シクロオレフィンなどのプラスチック基板を使用することが可能となる。
また、圧着ツールと第2の回路部材との間に緩衝材を介装して圧着してもよい。緩衝材を介装することにより、押圧ばらつきを低減できると共に、圧着ツールが汚れるのを防止することができる。
圧着ツールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、押圧対象よりも大面積である押圧部材を用いて押圧を1回で行ってもよく、また、押圧対象よりも小面積である押圧部材を用いて押圧を数回に分けて行ってもよい。
圧着ツールの先端形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平面状、曲面状などが挙げられる。なお、先端形状が曲面状である場合、曲面状に沿って押圧することが好ましい。
このような接続構造体の製造方法によれば、回路接続材料が、圧着時の所定温度より高く、所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有するため、ライフを維持しながら低温圧着を行うことができる。
<2.実施例>
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、異方性導電フィルム(ACF)の有機過酸化物の温度よりも低い圧着温度にて、第1の回路部材と第2の回路部材とを接続し、接続構造体を得た。そして、接続構造体の圧着部分について、接着強度、気泡の有無、及び反応率について評価した。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
接続構造体の作製、実装体の圧着部分における接着強度、気泡の有無、及び反応率は、次のように測定、評価を行った。
[接続構造体の作製]
シクロオレフィン(COP)回路基板にACFを、45℃、1MPa、2秒の条件で加熱及び加圧し、PETを剥離することによってCOP表面にACFを仮貼りした。そして、厚さ12μmのポリイミドフィルムに、ピッチ400μm、厚さ12μの銅配線が形成されたフレキシブル配線基板を、COP基板のACF上に配線を合わせて配置し、100℃、2MPa、10秒の条件で加熱及び加圧し、幅4cmにわたり接続して接続構造体を作製した。
[接着強度の測定]
図1に示すように、フレキシブル配線基板11を短形のACF12の圧着部分に対し垂直に10mm幅の切り込みを入れた。そして、COP回路基板13に対してフレキシブル配線基板11の切り込み部11aを、剥離試験機を用いて、剥離速度50mm/分で90度剥離試験(JIS K6854−1)を行い、ピール強度を接着強度として測定した。
[気泡の有無]
実装体の圧着部分の外観を目視にて観察し、気泡の有無を確認した。気泡が観察されなかった場合を「○」と評価し、気泡が観察された場合を「×」と評価した。なお、気泡は、未反応の有機過酸化物により発生される。
[反応率の測定]
接続構造体からフレキシブル配線基板を引き剥がし、ACF圧着部分からサンプリングを行い、HPLC分析装置を用いて測定した。サンプル0.005mgをアセトニトリルに溶解し、これを分離カラム(10cm、40℃)に注入し、クロマトグラムを得た。分析条件は以下の通りとした。
アセトニトリル常温抽出−HPLC/DAD法
抽出:アセトニトリル 40μL
機器:UPLC(Waters社製)、Method:Hannouritu
グラジェント条件:A60%、B40%(1分間保持)→5分後にA1%、B99%(6分間保持)、Aは水、Bはアセトニトリル
解析波長:210−400nm
得られたクロマトグラムからアクリルモノマーの測定強度を求め、予め作成したアクリルモノマーの測定強度と反応率との関係線より、反応率を算出した。
<2.1 有機過酸化物と2級チオールとの関係>
先ず、有機過酸化物と2級チオールとの関係について検証した。
<実施例1>
フェノキシ樹脂(商品名:YP50、新日鉄住金化学(株))40質量部、ポリウレタン樹脂(商品名:N−5196、日本ポリウレタン工業(株))40質量部、リン酸エステル型アクリレート(商品名:PM−2、日本化薬(株))2質量部、シランカップリング剤(商品名:A−187、モメンティブ・パフォーマンスマテリアルズ(株))2質量部、アクリル酸エステル系共重合樹脂(商品名:SG−P3、(長瀬ケムテックス(株))5質量部、平均粒径10μmの導電性粒子(積水化学(株))2質量部、2官能アクリレートであるトリシクロデカンジメタノールジメタクリレート(分子量332、商品名:DCP、新中村化学工業(株))5質量部、2官能の2級チオールである1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン(商品名:BD−1、昭和電工(株))4質量部、及びジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(分子量:314.47、商品名:パーロイル355、日本油脂(株))6質量部をPETに塗布し、60℃の熱風で4分間乾燥させ、厚み16μmのACFを作製した。
表1に示すように、実施例1のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は7N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は90%であった。
<実施例2>
硬化剤として、ジラウロイルパーオキサイド(商品名:パーロイルL、日油(株))を5質量部、及びジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(商品名:パーロイル355、日本油脂(株))を1質量部配合した以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表1に示すように、実施例2のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は4N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は80%であった。
<実施例3>
硬化剤として、ジラウロイルパーオキサイド(商品名:パーロイルL、日本油脂(株))を4質量部、及びジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(商品名:パーロイル355、日油(株))を2質量部配合した以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表1に示すように、実施例3のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は7N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は85%であった。
<実施例4>
硬化剤として、ジラウロイルパーオキサイド(商品名:パーロイルL、日本油脂(株))を3質量部、及びジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(商品名:パーロイル355、日油(株))を3質量部配合した以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表1に示すように、実施例4のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は7N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は88%であった。
<実施例5>
硬化剤として、ジラウロイルパーオキサイド(商品名:パーロイルL、日本油脂(株))を6質量部配合した以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表1に示すように、実施例5のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は3.5N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は75%であった。
<比較例1>
硬化剤として、ジベンゾイルパーオキサイド(商品名:ナイパーBW、日本油脂(株))を6質量部配合した以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表1に示すように、比較例1のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は1N/cm、外観の評価は×、ACFの反応率は10%であった。
<比較例2>
2級チオールを配合しなかった以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表1に示すように、比較例2のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は2N/cm、外観の評価は×、ACFの反応率は50%であった。
比較例1のように、熱圧着温度より高く、熱圧着温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物を含有していないACFでは、100℃の圧着温度におけるアクリルモノマーの反応率を高くすることができなかった。また、比較例2のように、2級チオールを含有していないACFでも、同様に100℃の圧着温度におけるアクリルモノマーの反応率を高くすることができなかった。
一方、実施例1〜5のように、熱圧着温度より高く、熱圧着温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と2級チオールとを含有するACFでは、100℃の圧着温度におけるアクリルモノマーの反応率を高くすることができた。また、特にジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドと2級チオールとを含有する実施例1〜4のACFでは100℃の圧着温度におけるアクリルモノマーの反応率をさらに高くすることができた。
また、実施例2では、分子量が332であるトリシクロデカンジメタノールジメタクリレート5部に対し、分子量が314.47であるジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドを1部配合した。すなわち、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレートの官能基のモル数0.0302molに対し、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドを発生ラジカル換算のモル数で0.00635mol配合した。よって、実施例1〜4より、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数が、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレートの官能基のモル数の0.2倍以上であれば、80%以上の反応率を得ることが可能であることがわかる。なお、これらの計算は、純度を100%とした理論値である。
<2.2 2級チオールとアクリルモノマーとの関係>
実施例2が接着強度及び外観に効果が現れる最低限の配合であることから、実施例2の有機過酸化物の配合を一定にして、2級チオールとアクリルモノマーとの関係について検証した。
<実施例6>
2級チオールの配合量を3質量部とした以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表2に示すように、実施例6のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は4N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は80%であった。
<実施例7>
2級チオールの配合量を2質量部とした以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表2に示すように、実施例7のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は3.5N/cm、外観の評価は○、ACFの反応率は75%であった。
<実施例8>
2級チオールの配合量を1質量部とした以外は、実施例1と同様にしてACFを作製した。
表2に示すように、実施例8のACFを用いて作製した接続構造体の接着強度は2.5N/cm、外観の評価は×、ACFの反応率は50%であった。
実施例8のように、2級チオールの配合量を1質量部としたACFでは、アクリルモノマーの反応率が低く、気泡が発生した。
一方、実施例6,7のように、2級チオールの配合量を2〜3質量部としたACFでは、気泡の発生もなく、アクリルモノマーの反応率も良好であった。
実施例7では、分子量が314.47であるジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド1質量部に対し、分子量が294.4である1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタンを2部配合した。すなわち、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数0.00635molに対し、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタンを官能基のモル数で0.0133mol配合した。よって、実施例2,6,7より、2級チオールの官能基のモル数が、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数の2倍以上であれば、良好な外観と良好な反応率を得ることが可能であることがわかる。なお、これらの計算は、純度を100%とした理論値である。
また、実施例2,6〜8において、ジラウロイルパーオキサイド(商品名:パーロイルL、日本油脂(株))は、120℃以上で圧着を行った場合は、接着強度などの特性を向上させることができる。
11 フレキシブル配線基板、11a 切り込み部、12 ACF、13 COP回路基板

Claims (11)

  1. 第1の回路部材と第2の回路部材とを回路接続材料を介在させて配置する配置工程と、
    前記第1の回路部材と前記第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着し、接続構造体を得る圧着工程とを有し、
    前記回路接続材料が、ラジカル重合性化合物と、前記所定温度より高く、前記所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有することを特徴とする接続構造体の製造方法。
  2. 前記有機過酸化物が、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドを少なくとも含む1種以上である請求項1記載の接続構造体の製造方法。
  3. 前記2級チオール化合物の官能基のモル数が、前記ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数の2倍以上である請求項2記載の接続構造体の製造方法。
  4. 前記ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数が、前記ラジカル重合性化合物の官能基のモル数の0.2倍以上である請求項2記載の接続構造体の製造方法。
  5. 前記所定温度が、90℃以上120℃以下である請求項1に記載の接続構造体の製造方法。
  6. 第1の回路部材と第2の回路部材とを回路接続材料を介在させて配置する配置工程と、
    前記第1の回路部材と前記第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着し、接続構造体を得る圧着工程とを有し、
    前記回路接続材料が、ラジカル重合性化合物と、前記所定温度より高く、前記所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有する接続構造体の製造方法により得られることを特徴とする接続構造体。
  7. 第1の回路部材と第2の回路部材とを所定温度にて熱圧着させる回路接続材料において、
    ラジカル重合性化合物と、前記所定温度より高く、前記所定温度の+20℃以下の1分間半減期温度を有する有機過酸化物と、2級チオール化合物とを含有することを特徴とする回路接続材料。
  8. 前記有機過酸化物が、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドを少なくとも含む1種以上である請求項7記載の回路接続材料。
  9. 前記2級チオール化合物の官能基のモル数が、前記ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数の2倍以上である請求項8記載の回路接続材料。
  10. 前記ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドの発生ラジカル換算のモル数が、前記ラジカル重合性化合物の官能基のモル数の0.2倍以上である請求項8記載の回路接続材料。
  11. 前記所定温度が、90℃以上120℃以下である請求項7に記載の回路接続材料。
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