JP2015196724A - 異方導電性接着剤及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ファインピッチで設けた電極の表面にプリフラックス処理による有機膜が形成されている場合に導通信頼性を向上させることができる異方導電性接着剤の技術を提供する。【解決手段】本発明は、絶縁性接着剤樹脂２中に導電性粒子が分散された異方導電性接着剤１であって、導電性粒子は、第１及び第２のはんだ粒子３１、３２が融着された融着粒子３を含む。融着粒子３は、第１のはんだ粒子３１の粒径ｄ1が第２のはんだ粒子３２の粒径ｄ2より大きく、かつ、第１のはんだ粒子３１の溶融温度が第２のはんだ粒子３２の溶融温度より高く、第２のはんだ粒子３２が第１のはんだ粒子３１の表面に融着され突部状に一体化してなる。【選択図】 図１

Description

本発明は、絶縁性接着剤樹脂中に導電性粒子が分散された異方導電性接着剤に関する。

従来より、例えば液晶表示装置等の配線（ガラス）基板上にフレキシブル基板等を実装する手段として、異方導電性接着剤（フィルム）が用いられている。
この異方導電性接着剤は、例えば配線基板上に設けられた電極と、フレキシブル基板等の実装部品に設けられた電極とを導電性粒子によって電気的に接続するとともに、硬化させた絶縁性接着剤樹脂によって実装部品を配線基板上に接着固定する役割を果たす。

異方導電性接着剤を用いて実装部品の実装を行うには、実装部品の電極と配線基板の電極との間に異方導電性接着剤を介在させ、熱圧着ヘッドによって実装部品を加熱するとともに押圧することによって熱圧着を行う。

このような異方導電性接着剤を用いて配線基板上に電気部品を実装する場合には、電極の酸化防止等の目的で電極表面に金めっきを施すのが一般的であるが、このような金めっきを施すことはコスト高であることから、近年、金めっきの代わりに有機膜によるプリフラックス処理を施すことによってコストダウンを図ることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかし、異方導電性接着剤によって接続される電極の表面にプリフラックス処理による有機膜が形成されている場合には、特にファインピッチで電極を設けた場合に有機膜の存在によって接続不良が生じ導通信頼性が低下するという課題があり、このような課題を解決することが求められている。

特許第４７５１４６４号公報

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ファインピッチで設けた電極の表面にプリフラックス処理による有機膜が形成されている場合に導通信頼性を向上させることができる異方導電性接着剤の技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明は、絶縁性接着剤樹脂中に導電性粒子が分散された異方導電性接着剤であって、前記導電性粒子が、第１及び第２のはんだ粒子が融着された融着粒子を含み、当該融着粒子は、前記第１のはんだ粒子の粒径が前記第２のはんだ粒子の粒径より大きく、かつ、前記第１のはんだ粒子の溶融温度が前記第２のはんだ粒子の溶融温度より高く、前記第２のはんだ粒子が前記第１のはんだ粒子の表面に融着され突部状に一体化してなるものである。
本発明では、前記融着粒子が、前記導電性粒子中に１０体積％以上３０体積％以下含まれている場合にも効果的である。
本発明では、前記融着粒子の粒径が、７μｍ以上２１μｍ以下である場合にも効果的である。
本発明では、前記導電性粒子が、互いに融着されていない前記第１のはんだ粒子と前記第２のはんだ粒子を含む場合にも効果的である。
一方、本発明は、上述したいずれかの異方導電性接着剤を製造する方法であって、複数の前記第１のはんだ粒子を支持部上に離間させて配置する工程と、当該第１のはんだ粒子を前記第２のはんだ粒子の溶融温度で加熱する工程と、当該第１のはんだ粒子に、複数の前記第２のはんだ粒子を混合する工程と、当該第１及び第２のはんだ粒子を振動させ当該第２のはんだ粒子を当該第１のはんだ粒子に融着させて前記融着粒子を形成する工程と、当該融着粒子を前記絶縁性接着剤樹脂中に前記導電性粒子として分散させる工程とを有する異方導電性接着剤の製造方法である。
本発明では、前記第１及び第２のはんだ粒子並びに前記融着粒子をふるい分けして前記融着粒子を選別する工程を有する場合にも効果的である。

本発明においては、導電性粒子に、第１のはんだ粒子より粒径の小さい第２のはんだ粒子が第１のはんだ粒子の表面に融着され突部状に一体化してなる融着粒子が含まれていることから、加圧時に、融着粒子の第２のはんだ粒子による突部が電極のプリフラックス処理膜を突き破ることによって、電極同士を確実に電気的に接続することができる。
したがって、本発明によれば、ファインピッチで設けた電極の表面にプリフラックス処理による有機膜が形成されている場合において導通信頼性を向上させることができる。

また、本発明において融着粒子に用いる第１のはんだ粒子は第２のはんだ粒子より溶融温度が高いことから、融着粒子を作成する際に、例えば第２のはんだ粒子の溶融温度で加熱することにより、第１のはんだ粒子を溶融変形させず、第２のはんだ粒子のみを溶融させた状態で第２のはんだ粒子を第１のはんだ粒子の表面に確実に融着させることができ、これにより融着粒子を容易に作成することができる。

（ａ）：本発明に係る異方導電性接着剤の構成を模式的に示す断面図（ｂ）：本発明に用いる融着粒子の構成及び寸法を示す説明図（ｃ）：本発明に用いる第１及び第２のはんだ粒子の寸法を示す説明図 （ａ）〜（ｅ）：本発明に用いる融着粒子の作成方法の例を示す工程図 図２（ａ）〜（ｅ）に示す方法によって作成した融着粒子を示す顕微鏡写真 実施例及び比較例の導通信頼性の評価結果を示す図

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明は、ペースト状及びフィルム状の異方導電性接着剤のいずれにも適用することができるものである。

図１（ａ）は、本発明に係る異方導電性接着剤の構成を模式的に示す断面図、図１（ｂ）は、本発明に用いる融着粒子の構成及び寸法を示す説明図、図１（ｃ）は、本発明に用いる第１及び第２のはんだ粒子の寸法を示す説明図である。

本発明の異方導電性接着剤は、絶縁性接着剤樹脂中に、はんだからなる複数の導電性粒子が分散された状態で含有してなるものである。
本発明の場合、絶縁性接着剤樹脂としては、特に限定されることはないが、透明性、接着性、耐熱性、機械的強度、電気絶縁性に優れる観点からは、エポキシ系樹脂、フェノキシ系樹脂、エポキシ硬化剤を含む組成物を好適に用いることができる。

本発明に用いるはんだ粒子は、固相線温度が比較的低いため、低温で加熱圧着することができる。また、はんだ粒子は、組成比を種々に組み合わせることによって、固相線温度を精密に調整することができる。はんだ粒子は、例えば、通常の水アトマイズ法により、溶融した合金を所定のノズルから水中に噴霧し、急冷凝固することによって得ることができる。

本発明に用いるはんだ粒子としては、成分的に鉛フリーのものを使用することが好ましい。具体的には、Ｓｎ−Ｃｄ系はんだ、例えばＳｎ（６７％）−Ｃｄ（３３％）共晶はんだ（Ｔｓ＝１７６℃）、Ｓｎ（６０％）−Ｃｄ（４０％）共晶はんだ（Ｔｓ＝１４４℃）；Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ、例えばＳｎ（４２％）−Ｂｉ（５８％）共晶はんだ（Ｔｓ＝１３８℃）、Ｓｎ（４０％）−Ｂｉ（５６％）−Ｚｎ（４％）共晶はんだ（Ｔｓ＝１３０℃）、Ｓｎ（２５．９％）−Ｂｉ（５３．９％）−Ｃｄ（２０．２％）共晶はんだ（Ｔｓ＝１０３℃）；Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、例えば、Ｓｎ（４８％）−Ｉｎ（５２％）共晶はんだ（Ｔｓ＝１１７℃）、Ｓｎ（１７．３％）−Ｂｉ（５７．５％）−Ｉｎ（２５．２％）共晶はんだ（Ｔｓ＝７８．８℃）等が挙げられる。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の異方導電性接着剤１は、絶縁性接着剤樹脂２中に、導電性粒子として、はんだからなる融着粒子３を含む。

本発明の融着粒子３は、第１のはんだ粒子３１の表面に、後述する方法によって第２のはんだ粒子３２が融着され一体化してなるものである。
ここで、融着粒子３としては、第１のはんだ粒子３１の平均粒径（以下、単に「粒径」という。）ｄ₁が、第２のはんだ粒子３２の粒径ｄ₂より大きいものを用いている（図１（ｃ）参照）。

本発明の場合、第１のはんだ粒子３１の粒径ｄ₁は特に限定されることはないが、導通信頼性をより向上させる観点からは、５μｍ以上１５μｍ以下のものを用いることが好ましい。
また、第２のはんだ粒子３２の粒径ｄ₂についても特に限定されることはないが、プリフラックス処理膜を突き破る突部としての機能を十分に発揮させて導通信頼性をより向上させる観点からは、２μｍ以上６μｍ以下のものを用いることが好ましい。

以上のことから、導通信頼性をより向上させる観点からは、融着粒子３として、７μｍ以上２１μｍ以下の粒径Ｄ（図１（ｂ）の一点鎖線で示す範囲）を有するものを用いることが好ましい。
なお、本発明の場合、融着粒子３を作成する際に第２のはんだ粒子３２同士が融着される場合もあるが（後述する図３参照）、その場合であっても融着粒子３の粒径が７μｍ以上２１μｍ以下であれば特に問題が生ずることはない。

一方、本発明の融着粒子３は、第１のはんだ粒子３１の溶融温度が、第２のはんだ粒子３２の溶融温度より高いものを用いている。
本発明の場合、第１のはんだ粒子３１の溶融温度は特に限定されることはないが、融着粒子３を作成する際、第１のはんだ粒子を溶融変形させず、第２のはんだ粒子のみを溶融させた状態で第２のはんだ粒子を第１のはんだ粒子の表面により確実に融着させる観点からは、第１のはんだ粒子３１の溶融温度が、第２のはんだ粒子３２の溶融温度より３０℃以上高いものを用いることが好ましい。

具体的には、好ましい第１のはんだ粒子３１の溶融温度は、１５０℃以上２４０℃以下である。
また、好ましい第２のはんだ粒子３２の溶融温度は、１１０℃以上１６０℃以下である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態の異方導電性接着剤１は、絶縁性接着剤樹脂２中に、上述した融着粒子３のほか、互いに融着されていない第１のはんだ粒子３１及び第２のはんだ粒子３２を含んでいる。

この点に関し、本発明では、導電性粒子が、上述した融着粒子３のみからなることが理想的である。
ただし、融着粒子３のみからなる導電性粒子を作成することは実際上困難であり、また、導電性粒子中に融着粒子３がある程度含まれていれば本発明の効果を奏し、特に導電性粒子中に融着粒子３が１０体積％以上３０体積％以下含まれていれば本発明の効果を奏することが本発明者によって確認されている。

このように、本発明において、導電性粒子中に融着粒子３が１０体積％以上３０体積％以下含むように構成すれば、製造が容易で、しかも導通信頼性の高い異方導電性接着剤１を提供することができる。

図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明に用いる融着粒子の作成方法の例を示す工程図である。
ここでは、まず、図２（ａ）に示すように、上述した複数の第１のはんだ粒子３１を、例えばシート状の支持部１０上に離間させて配置する。

次に、図２（ｂ）に示すように、支持部１０上に配置された第１のはんだ粒子３１を例えば電気オーブン１１内に配置し、電気オーブン１１内の雰囲気を第２のはんだ粒子３２の溶融温度範囲の温度で加熱する。

上述したように第２のはんだ粒子３２の溶融温度は、第１のはんだ粒子３１の溶融温度より低いことから、この状態では第１のはんだ粒子３１は溶融しない。
そして、図２（ｃ）に示すように、第１のはんだ粒子３１の上方から複数の第２のはんだ粒子３２を散布することにより、複数の第１のはんだ粒子３１に、複数の第２のはんだ粒子３２を混合する。

これにより、混合された第２のはんだ粒子３２が溶融し、その表面は濡れた状態になっていることから、散布された第２のはんだ粒子３２のうち、第１のはんだ粒子３１の表面に接触した第２のはんだ粒子３２が第１のはんだ粒子３１に融着する。

さらに、この状態で、支持部１０を振動させることにより第１のはんだ粒子３１に接触する第２のはんだ粒子３２の数が増加することから、第２のはんだ粒子３２の第１のはんだ粒子３１への融着が促進される。

そして、第１及び第２のはんだ粒子３１、３２を冷却することにより、図２（ｄ）に示すように、第２のはんだ粒子３２が第１のはんだ粒子３１の表面に融着（固着）され突部状に一体化してなる融着粒子３が形成される。

その後、第１及び第２のはんだ粒子３１、３２並びに融着粒子３を必要に応じてふるい分けして融着粒子３を選別する。
例えば、後工程や接着剤に含有させる場合に支障となる、融着していない第１及び第２のはんだ粒子３１、３２や、第２のはんだ粒子３２が第１のはんだ粒子３１に多数個融着した融着粒子３が多い場合には、メッシュなどで分別することができる。
これにより、目的とする融着粒子３が得られる。

なお、実際上、ふるい分けにより融着粒子３のみを選別することは困難であることから、ここでは、図２（ｅ）に示すように、融着粒子３のほか、互いに融着されていない第１のはんだ粒子３１及び第２のはんだ粒子３２を含んでいる。

最後に、これら融着粒子３並びに第１及び第２のはんだ粒子３１、３２を絶縁性接着剤樹脂２中に導電性粒子として分散させることにより、図１（ａ）に示す異方導電性接着剤が得られる。

以上述べた本実施の形態においては、導電性粒子に、第１のはんだ粒子３１より粒径の小さい第２のはんだ粒子３２が第１のはんだ粒子３１の表面に融着され突部状に一体化してなる融着粒子３が含まれていることから、加圧時に、融着粒子３の第２のはんだ粒子３２による突部が電極のプリフラックス処理膜を突き破ることによって、電極同士を確実に電気的に接続することができる。
したがって、本実施の形態によれば、ファインピッチで設けた電極の表面にプリフラックス処理による有機膜が形成されている場合において導通信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態において融着粒子３に用いる第１のはんだ粒子３１は第２のはんだ粒子３２より溶融温度が高いことから、融着粒子３を作成する際に、第２のはんだ粒子３２の溶融温度で加熱することにより、第１のはんだ粒子３１を溶融変形させず、第２のはんだ粒子３２のみを溶融させた状態で第２のはんだ粒子３２を第１のはんだ粒子３１の表面に確実に融着させることができ、これにより融着粒子３を容易に作成することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［導電性粒子の作成］
第１のはんだ粒子として、粒径１０μｍで溶融温度２００℃のものと、第２のはんだ粒子として、粒径５μｍで溶融温度１４０℃のものを用いた。

複数の第１のはんだ粒子をシート状の支持部上に離間させて配置して電気オーブン内に搬入し、加熱温度を１９０℃に設定して加熱した。
そして、第１のはんだ粒子の上方から複数の第２のはんだ粒子を散布することにより、複数の第１のはんだ粒子に、複数の第２のはんだ粒子を混合した。

さらに、この状態で、支持部を振動させることにより、第２のはんだ粒子の第１のはんだ粒子への融着を促進した後、第１及び第２のはんだ粒子を冷却することにより、第２のはんだ粒子が第１のはんだ粒子の表面に融着（固着）され一体化してなる融着粒子が形成された。
その後、開口径０．０５のメッシュを用い、製造に支障の出る可能性のある、第２のはんだ粒子が第１のはんだ粒子に多数個融着した融着粒子を取り除き使用粒子とした。

図３は、本実施例の方法によって作成した融着粒子を示す顕微鏡写真である。
図３に示すように、第２のはんだ粒子３２より粒径の大きい第１のはんだ粒子３１の表面に複数の第２のはんだ粒子３２が融着され融着粒子３が形成されていることが理解される。

また、これら融着粒子３の近傍には、第１のはんだ粒子が単独で存在していることも見て取れる。
なお、融着粒子３の導電性粒子全体に対する割合は、２０体積％であった。

＜実施例１＞
絶縁性接着剤樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシタイプフェノキシ樹脂（東都化成社製、商品名ＹＰ−５０）を４５部、２官能アクリルモノマー（新中村化学社製、商品名Ａ−２００）を２０部、ウレタンアクリレート（新中村化学社製、商品名Ｕ−２ＰＰＡ）を２０部、リン酸エステル型アクリレート（日本化薬社製、商品名ＰＭ−２）を２部、ロジン（品名：ＫＥ−６０４、荒川化学工業製）を５部、上述した融着粒子を２０体積％含む導電性粒子を３部、シリカフィラー（粒径５μｍ）を５部、ジラウロイルパーオキサイドを５部を常法により均一に混合することにより異方導電性接着層組成物を調製した。
そして、剥離処理を施したＰＥＴフィルム上に、上述した異方導電性接着層組成物を塗布し、７０℃に設定した電気オーブンで５分間加熱し、乾燥膜厚が３５μｍの異方導電性接着フィルムを作成した。

＜比較例１＞
導電性粒子として、第１のはんだ粒子のみを用いた以外は実施例と同一の方法によって異方導電性接着フィルムを作成した。

＜比較例２＞
導電性粒子として、第１のはんだ粒子と第２のはんだ粒子を体積比５：１で混合したものを用いた以外は実施例と同一の方法によって異方導電性接着フィルムを作成した。

［導通信頼性の評価］
評価用ＰＷＢ（４００μｍピッチ、Ｃｕ３５μｍ厚−銅端子に０．２μｍ厚の水溶性プリフラックス処理を施したもの）と、ＣＯＦ（４００μｍピッチ、Ｃｕ８μｍ厚−Ｓｎめっき、３８μｍ厚−Ｓ’ｐｅｒｆｌｅｘ基材）について、２ｍｍ幅にスリットされた実施例１、比較例１、２の異方導電性接着フィルムを用い、熱圧着後の導通抵抗を測定した。

この場合、温度１４０℃、１６０℃、１９０℃の条件で熱圧着を行い、さらに、−４０℃〜１００℃の温度範囲、サイクル数１００、２５０の条件で温度サイクル試験を行った。その結果を図４に示す。

図４に示すように、導電性粒子として融着粒子を含む実施例１は、熱圧着温度が１４０℃、１６０℃、１９０℃のいずれの場合においても、温度サイクル試験後において導通抵抗の上昇は殆ど見られなかった。

これに対し、導電性粒子として第１のはんだ粒子のみを用いた比較例１は、熱圧着温度が１９０℃の高温の場合は、温度サイクル試験後において導通抵抗の上昇は殆ど見られなかったが、熱圧着温度が１４０℃の低温の場合において、温度サイクル試験の２５０サイクル後における導通抵抗の最大値が相当大きくなる（０．９Ω程度）とともに、熱圧着温度が１６０℃の中温の場合において、温度サイクル試験の２５０サイクル後における導通抵抗の最大値が大きくなった（０．３Ω程度）。

また、導電性粒子として第１のはんだ粒子と第２のはんだ粒子を体積比５：１で混合したものを用いた比較例２は、熱圧着温度が１９０℃の高温の場合は、温度サイクル試験後において導通抵抗の上昇は殆ど見られなかったが、熱圧着温度が１４０℃の低温の場合において、温度サイクル試験の２５０サイクル後における導通抵抗の最大値が大きくなる（０．３Ω程度）とともに、熱圧着温度が１６０℃の中温の場合において、温度サイクル試験の２５０サイクル後における導通抵抗の最大値が相当大きくなった（０．９Ω程度）。
以上より、本発明によれば、特に熱圧着温度が１６０℃以下の場合において、導通信頼性を大幅に向上させることができることが実証された。

１……異方導電性接着剤
２……絶縁性接着剤樹脂
３……融着粒子
３１…第１のはんだ粒子
３２…第２のはんだ粒子

Claims (6)

1. 絶縁性接着剤樹脂中に導電性粒子が分散された異方導電性接着剤であって、
   前記導電性粒子が、第１及び第２のはんだ粒子が融着された融着粒子を含み、
   当該融着粒子は、前記第１のはんだ粒子の粒径が前記第２のはんだ粒子の粒径より大きく、かつ、前記第１のはんだ粒子の溶融温度が前記第２のはんだ粒子の溶融温度より高く、前記第２のはんだ粒子が前記第１のはんだ粒子の表面に融着され突部状に一体化してなる異方導電性接着剤。
2. 前記融着粒子が、前記導電性粒子中に１０体積％以上３０体積％以下含まれている請求項１記載の異方導電性接着剤。
3. 前記融着粒子の粒径が、７μｍ以上２１μｍ以下である請求項１又は２のいずれか１項記載の異方導電性接着剤。
4. 前記導電性粒子が、互いに融着されていない前記第１のはんだ粒子と前記第２のはんだ粒子を含む請求項１乃至３のいずれか１項記載の異方導電性接着剤。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異方導電性接着剤を製造する方法であって、
   複数の前記第１のはんだ粒子を支持部上に離間させて配置する工程と、
   当該第１のはんだ粒子を前記第２のはんだ粒子の溶融温度で加熱する工程と、
   当該第１のはんだ粒子に、複数の前記第２のはんだ粒子を混合する工程と、
   当該第１及び第２のはんだ粒子を振動させ当該第２のはんだ粒子を当該第１のはんだ粒子に融着させて前記融着粒子を形成する工程と、
   当該融着粒子を前記絶縁性接着剤樹脂中に前記導電性粒子として分散させる工程とを有する異方導電性接着剤の製造方法。
6. 前記第１及び第２のはんだ粒子並びに前記融着粒子をふるい分けして前記融着粒子を選別する工程を有する請求項５記載の異方導電性接着剤の製造方法。