JP2017004715A - 異方性導電接続構造体、異方性導電材料、および異方性導電接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より確実な異方性導電接続が施された異方性導電接続構造体を提供する。
【解決手段】突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、前記電極と対向する端子を有する電子部品と、前記電極および前記端子の間に挟持された導電粒子を含み、前記セラミック基板と前記電子部品とを接着する異方性導電材料と、を備え、前記導電粒子の平均粒径は、前記電極上の突起部の最大高さに対して、１．２５倍より大きく４倍以下である、異方性導電接続構造体。
【選択図】図２

Description

本発明は、異方性導電接続構造体、異方性導電材料、および異方性導電接続方法に関する。

近年、回路が形成された電子部品や基板を接着する場合に、異方性導電材料を用いることが一般的になっている。

異方性導電材料は、例えば、導電粒子を含み、樹脂を主剤とする接着剤である。異方性導電材料は、電子部品や基板を接着する際に圧縮されることで、含有される導電粒子が基板間に多数の導電路を形成する。このような異方性導電材料を用いることにより、基板に形成された電極間のピッチが狭い場合でも、各電極間の絶縁を確保しつつ、基板間を物理的および電気的に接続することができる。

また、近年、インクジェットプリンタヘッド、圧電素子およびカメラモジュールなどの半導体装置モジュールに対して、さらなる小型化が求められている。そのため、半導体装置モジュールを構成する電子部品や基板上の電極についても、さらに狭いピッチで形成されるようになっている。そこで、このような半導体装置モジュールにおいて、電極のピッチが狭い場合でも電子部品や基板間の導通を容易に形成可能な異方性導電材料の使用が増加している。

例えば、下記の特許文献１には、異方性導電材料を用いることによって、基板同士のスタック構造を容易に形成したインクジェットプリンタヘッドが開示されている。

また、上記のような半導体装置モジュールでは、熱膨張による基板の変形等を防止するために、樹脂基板よりも機械強度が高く、温湿度に対する信頼性が高いセラミック基板を用いることが提案されている。

例えば、下記の特許文献２には、フレキシブル基板とセラミック基板とを異方性導電材料によって導通接続した半導体装置が開示されている。

特開２００２−２１０９５５号公報 特開２００６−３５１７６５号公報

しかし、セラミック基板は、基板の面内に大きな起伏または隆起が存在するため、接着時に均一に加圧することが困難であった。例えば、基板内の加圧が弱い箇所では、基板間の導通が不十分になることがあった。また、基板内の加圧が強い箇所では、セラミック基板の割れ、または電極間の短絡などが発生することがあった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より確実に異方性導電接続を形成することが可能な、新規かつ改良された異方性導電接続構造体、該異方性導電接続構造体を実現可能な異方性導電材料、および異方性導電接続方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、前記電極と対向する端子を有する電子部品と、前記電極および前記端子の間に挟持された導電粒子を含み、前記セラミック基板と前記電子部品とを接着する異方性導電材料と、を備え、前記導電粒子の平均粒径は、前記電極上の突起部の最大高さに対して、１．２５倍より大きく４倍以下である、異方性導電接続構造体が提供される。

前記突起部は、前記電極の端部に形成されてもよい。

前記突起部の最大高さは、１μｍ以上８μｍ以下であってもよい。

前記セラミック基板は、前記電極を複数有し、前記電極間の距離は、前記導電粒子の平均粒径の２倍以上であってもよい。

前記電極の高さは、５μｍ以上であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、前記電極と対向する端子を有する電子部品と、を異方性接続する異方性導電材料であって、平均粒径が前記電極上に形成された突起部の最大高さに対して１．２５倍より大きく４倍以下のである導電粒子を含む、異方性導電材料が提供される。

前記異方性導電材料の最低溶融粘度は、４０００Ｐａ・ｓ以下であってもよい。

前記導電粒子の平均粒径は、２μｍ以上１２μｍ以下であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、前記電極と対向する端子を有する電子部品とを、導電粒子を含む異方性導電材料で接着し、２ＭＰａ以下の圧力で押圧するステップを含み、前記導電粒子の平均粒径は、前記電極上に形成された突起部の最大高さに対して１．２５倍より大きく４倍以下である、異方性導電接続方法が提供される。

前記突起部は、前記電極に対するレーザエッチングを用いたパターニングによって形成されてもよい。

以上説明したように本発明によれば、セラミック基板に形成された電極上に導電粒子をより確実に補足することができるため、セラミック基板の電極と、電子部品の端子との導通をより確実に形成することが可能である。これにより、導通不良および短絡を生じさせずに、より確実にセラミック基板と電子部品とを異方性導電接続した異方性導電接続構造体を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る異方性導電接続構造体を模式的に説明する斜視図である。 同実施形態に係る異方性導電接続構造体を厚み方向に切断し、電極および端子間を拡大した側断面図である。 図２で示した異方性導電接続構造体を製造する一工程を説明する側断面図である。 図２で示した異方性導電接続構造体を製造する一工程を説明する側断面図である。 図２で示した異方性導電接続構造体を製造する一工程を説明する側断面図である。 図２で示した異方性導電接続構造体を製造する一工程を説明する側断面図である。 図２で示した異方性導電接続構造体を製造する一工程を説明する側断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．異方性導電接続構造体の構成＞
［１．１．異方性導電接続構造体の概略］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る異方性導電接続構造体の概略について説明する。図１は、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１を模式的に説明する斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、電極２１が形成されたセラミック基板２、および端子３１が形成された電子部品３を異方性導電材料４にて接着した接続構造体である。

セラミック基板２には、電子部品３の端子３１と電気的に接続される電極２１、および配線パターン２３が形成される。電極２１は、例えば、図１に示すように、セラミック基板２上に複数配列された略矩形の形状にて形成される。また、セラミック基板２は、例えば、アルミナ等の粉末を焼成して形成されたセラミックからなる基板である。

電子部品３には、セラミック基板２の電極２１と電気的に接続される端子３１、および配線パターン３３が形成される。例えば、端子３１は、図１に示すように、電極２１と同様に電子部品３上に複数配列された略矩形状の形状にて形成される。また、電子部品３は、端子３１を有する電子部品である。電子部品３は、例えば、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープ、または液晶パネルなどであってもよい。ＩＣチップの具体例としては、フラットパネルディスプレイ用の液晶画面制御用ＩＣチップなどを例示することができる。

ここで、セラミック基板２上の電極２１と、電子部品３上の端子３１とは、対向する位置に形成され、異方性導電材料４に含まれる導電粒子によって導通が形成されている。

異方性導電材料４は、導電粒子を含み、熱または紫外線硬化性樹脂等を主剤とする接着剤である。異方性導電材料４は、接着時に熱圧着等されることにより、電極２１と端子３１との間で導電粒子が押し潰された状態で硬化する。これにより、異方性導電材料４は、セラミック基板２と、電子部品３とを電気的および機械的に接続することができる。

例えば、異方性導電材料４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのベースフィルム上に導電粒子を含む硬化性樹脂が塗布されてフィルム状に成形された異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）であってもよい。また、異方性導電材料４は、導電粒子および硬化性樹脂を含むペースト状の異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）であってもよい。

本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、セラミック基板２に対しても確実に電子部品３との異方性導電接続を形成することが可能な接続構造体である。以下では、本効果を実現可能な異方性導電接続構造体１の詳細構成について説明する。

［１．２．異方性導電接続構造体の詳細構成］
続いて、図２を参照して、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１の詳細構成を説明する。図２は、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１を厚み方向に切断し、電極２１および端子３１間を拡大した側断面図である。

図２に示すように、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、具体的には、突起部２５を有する電極２１が形成されたセラミック基板２と、電極２１と対向する端子３１が形成された電子部品３とを備える。また、セラミック基板２および電子部品３は、電極２１および端子３１の間に挟持された導電粒子４３、およびバインダ樹脂４１を含む異方性導電材料４によって接着されている。なお、電極２１および端子３１の数は、セラミック基板２と電子部品３との導通形成および信号伝送に必要な数を任意に設定することができる。

セラミック基板２は、例えば、低温同時焼成セラミック基板（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）であってもよく、高温焼成セラミック基板（ＨＴＣＣ：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）であってもよい。セラミック基板２の材質は、公知のものを使用することができるが、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、ケイ酸ガラスなどを単独で、または複数種を混合して使用することができる。

電極２１は、セラミック基板２上に形成され、対向する端子３１と電気的に接続される。電極２１は、導電性を有する材料であれば、どのような材料で形成されてもよいが、導電性が高い金属で形成されることが好ましい。電極２１は、例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、スズ、鉛、クロム、コバルト、タングステン、モリブデン、銀、金、および白金などの金属を単独で、または２種以上用いて形成することができる。

また、電極２１の高さＨは、５μｍ以上であることが好ましい。電極２１の高さＨが５μｍ未満である場合、後述する突起部２５の形成が困難になるため、好ましくない。なお、電極２１を形成する材料のコストを考慮すると、電極２１の高さＨは、例えば、３０μｍ以下であることが好ましい。

さらに、電極２１のパターンサイズＷは、例えば、２５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上１５０μｍ以下であることがより好ましい。なお、電極２１のパターンサイズＷとは、セラミック基板２の面内のいずれかの方向における電極２１の最小寸法を示す。また、電極２１間の距離Ｇは、例えば、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、微細なパターンサイズおよび狭ピッチで形成された電極２１に対しても確実に電極２１と端子３１との間の導通を形成するものである。このような異方性導電接続構造体１は、例えば、インクジェットプリンタヘッド、圧電素子およびカメラモジュールなどの半導体装置モジュールとして好適に用いることができる。

電極２１の少なくともいずれかの端部には突起部２５が形成される。本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、電極２１上に形成された突起部２５により、電極２１上に導電粒子４３を捕捉しやすくなるため、電極２１と端子３１とをより確実に導通させることができる。

また、突起部２５の最大高さＰは、１μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。突起部２５の最大高さＰが１μｍ未満である場合、電極２１上に導電粒子４３を捕捉しにくくなり、異方性導電材料４のバインダ樹脂４１が流動した際に、電極２１上に導電粒子４３が載らない可能性が増加し、確実に導通を形成することができない。また、導電粒子４３が電極２１間に溜まりやすくなることで、電極２１間で短絡が発生する可能性が高くなるため、好ましくない。一方、突起部２５の最大高さＰが８μｍを超える場合、圧着時に突起部２５が折れることで、折れた突起部２５によって電極２１間での短絡、および外観上の欠陥が発生するため、好ましくない。なお、突起部２５の最大高さＰは、例えば、レーザースキャン型の三次元形状測定装置ＫＳ−１１００（キーエンス製）によって測定することが可能である。

上述した突起部２５は、電極２１をレーザエッチングによってパターニングすることにより形成することができる。具体的には、めっき法、蒸着法等にてセラミック基板２全面に導体層を形成し、レーザによって電極２１および配線パターン２３以外の領域の導体層を除去する。この時、セラミック基板２上から除去した導体層が電極２１の端部に付着することにより、突起部２５を形成することができる。

このような場合、突起部２５の高さは、例えば、レーザエッチングに用いるレーザの出力によって制御することができる。具体的には、レーザエッチングに用いるレーザの出力を増加させることで、突起部２５の高さをより高くすることができる。

なお、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、電極２１を微細なパターンサイズおよび狭ピッチで形成するためにも、レーザエッチングによるパターニングにて電極２１を形成することが好ましい。例えば、導電ペーストを用いた印刷法によって電極２１および配線パターン２３を形成する場合、セラミック基板２は多孔質であるため、基板表面の孔に導電ペーストが吸収されて、電極２１および配線パターン２３の輪郭がにじんでしまう。そのため、導電ペーストを用いた印刷法では、電極２１および配線パターン２３を微細なパターンサイズおよび狭ピッチで形成することは困難である。また、レジストを用いたウェットエッチングによって電極２１および配線パターン２３を形成する場合、大量のエッチング液および洗浄液を使用するため、環境負荷が大きく好ましくない。

電子部品３は、特に限定されず、一般的にセラミック基板２に実装されるものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、電子部品３は、ＩＣチップ、フレキシブルプリント基板、ＴＡＢテープ、または液晶パネルなどであってもよい。

端子３１は、電子部品３上に形成され、対向する電極２１と電気的に接続される。端子３１は、電極２１と同様に導電性を有する材料であれば、どのような材料で形成されてもよいが、導電性が高い金属で形成されることが好ましい。端子３１は、例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、スズ、鉛、クロム、コバルト、タングステン、モリブデン、銀、金、および白金などの金属を単独で、または２種以上用いて形成することができる。なお、端子３１の高さおよび大きさは、一般的な端子３１の高さおよび大きさを適宜選択することが可能である。

異方性導電材料４は、バインダ樹脂４１によりセラミック基板２と電子部品３とを接着し、導電粒子４３により電極２１と端子３１との間の導通を形成する。

バインダ樹脂４１は、具体的には、膜形成樹脂、硬化性樹脂、および硬化剤等を含む。また、バインダ樹脂４１は、その他の添加剤として、シランカップリング剤、無機フィラー、着色剤、酸化防止剤、および防錆剤等をさらに含んでもよい。

膜形成樹脂としては、例えば、平均分子量が１００００〜８００００程度の樹脂を用いることが好ましい。具体的には、膜形成樹脂として、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノキシ樹脂などを用いることができる。ただし、膜形成状態および信頼性の観点から、膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂が好ましい。

硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、または脂環式エポキシ樹脂などを用いることができる。アクリル樹脂としては、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、エポキシアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、テトラメチレングリコールテトラアクリレート、２−ヒドロキシ−１，３−ジアクリロキシプロパン、２，２−ビス［４−（アクリロキシメトキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［４−（アクリロキシエトキシ）フェニル］プロパン、ジシクロペンテニルアクリレート、トリシクロデカニルアクリレート、トリス（アクリロキシエチル）イソシアネレート、またはウレタンアクリレートなどを用いることができる。また、これらの硬化性樹脂は、１種単独で用いられてもよく、２種以上を混合して用いられてもよい。

上述した硬化性樹脂は、硬化剤と併用されることにより、圧着時に硬化し、セラミック基板２と電子部品３とを接着させることができる。硬化剤としては、例えば、エポキシ樹脂を硬化させるアニオンまたはカチオン重合型硬化剤、アクリレート樹脂を硬化させるラジカル重合型硬化剤などを適宜選択して用いることができる。また、硬化剤として、通常では反応性が低いものの、熱、光、加圧等のトリガにより活性化されて硬化反応を開始させる硬化剤（いわゆる、潜在性硬化剤）を用いてもよい。

ここで、異方性導電材料４の最低溶融粘度は、４０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。異方性導電材料４の最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓを超える場合、異方性導電材料４の粘性が高いため、圧着時の流動によって電極２１上の突起部２５が折れやすく、折れた突起部２５が、電極２１間の短絡、外観上の欠陥の原因になるため、好ましくない。なお、異方性導電材料４の形状維持のためには、異方性導電材料４の最低溶融粘度は、例えば、５００Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。

なお、異方性導電材料４の最低溶融粘度は、例えば、膜形成樹脂および硬化性樹脂の種類、膜形成樹脂および硬化性樹脂の割合を制御することによって、上記の好ましい範囲に制御することが可能である。また、異方性導電材料４の最低溶融粘度は、公知の方法で測定することが可能であり、例えば、昇温速度１０℃／分、測定圧力５ｇ（一定）、使用測定プレート直径８ｍｍの条件にて、回転式レオメータ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）を用いて測定することが可能である。

異方性導電材料４の最低溶融粘度を上述した範囲に制御するためには、例えば、配合時の固形分濃度（すなわち、溶剤への希釈濃度）などを適宜調整すればよい。

導電粒子４３は、例えば、金属粒子、および金属被覆樹脂粒子である。具体的には、導電粒子４３は、ニッケル、コバルト、銅、銀、金、またはパラジウムなどの金属粒子を用いることができる。また、導電粒子４３は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ベンゾグアナミン樹脂、架橋ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、またはスチレン−シリカ複合樹脂などのコア樹脂粒子の表面をニッケル、銅、金、またはパラジウムなどの金属で被覆した粒子を用いることも可能である。さらに導電粒子４３の表面には、金もしくはパラジウム薄膜、または圧着時には破壊される程度に薄い絶縁樹脂薄膜などが形成されてもよい。

ここで、導電粒子４３の平均粒径は、電極２１上の突起部２５の最大高さに対して、１．２５倍より大きく４倍以下である。

導電粒子４３の平均粒径が突起部２５の最大高さに対して１．２５倍以下である場合、圧着時の電極２１および端子３１による導電粒子４３の押し込みが阻害され、確実に導通を形成することが困難になるため好ましくない。また、圧着時に電極２１上の突起部２５が折れやすくなり、折れた突起部２５によって電極２１間の短絡、外観上の欠陥が発生しやすくなるため、好ましくない。一方、導電粒子４３の平均粒径が突起部２５の最大高さに対して４倍を超える場合、突起部２５によって導電粒子４３を電極２１上に捕捉しにくくなり、電極２１と端子３１との間で確実に導通を形成することが困難になるため、好ましくない。また、電極２１上に捕捉されない導電粒子４３が電極２１間に溜まりやすくなり、電極２１間で短絡が発生する可能性が高くなるため、好ましくない。

また、導電粒子４３の平均粒径は、電極２１間の距離Ｇに対して、１／２以下であることが好ましい。換言すると、電極２１間の距離Ｇは、導電粒子４３の平均粒径の２倍以上であることが好ましい。導電粒子４３の平均粒径が電極２１間の距離Ｇに対して、１／２を超える場合、電極２１間に溜まった導電粒子４３によって、電極２１間で短絡の可能性が高くなるため、好ましくない。

上述した条件を満たす導電粒子４３の好ましい平均粒径は、具体的には、２μｍ以上１２μｍ以下である。このような平均粒径の導電粒子４３を用いることにより、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、電極２１と端子３１とをより確実に導通させることができる。

なお、導電粒子４３の平均粒径は、例えば、画像型の粒子径分析測定装置ＦＰＩＡ−２０００（Ｍａｌｖｅｒｎ製）などによって測定することが可能である。また、導電粒子４３の平均粒径は、圧着によって電極２１と端子３１との間で変形される前の粒径（直径）の個数平均値を表す。

以上にて説明したように、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１によれば、電極２１上に導電粒子４３を確実に補足することができるため、セラミック基板２と、電子部品３とをより確実に異方性導電接続することが可能である。

＜２．異方性導電接続構造体の製造方法＞
続いて、図３〜図７を参照して、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１の製造方法について説明する。図３〜図７は、図２で示した異方性導電接続構造体１を製造する各工程を説明する側断面図である。

なお、以下で示す製造方法は、あくまで一例であって、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１の製造方法が以下の例示に限定されるわけではない。また、各工程における具体的な製造装置および製造条件については、公知の製造装置および製造条件を適用することが可能であるため、詳細な記載は省略する。

図３に示すように、まず、セラミック基板２上に導体層２７が形成される。導体層２７は、後工程でパターニングされ、電極２１および配線パターン２３となるため、導電性を有する材料で形成される。導体層２７の形成方法は、導体層２７の材料に応じて適宜選択することが可能である。例えば、導体層２７が金属である場合、導体層２７は、めっき法、真空蒸着法、またはスパッタ法などを用いて形成することができる。また、導体層２７が導電性高分子である場合、スピンコーティングなどの塗布法、または蒸着法などを用いて形成することができる。

次に、図４に示すように、電極２１および配線パターン２３以外の領域の導体層２７に対してレーザ５が照射されることで、導体層２７のパターニングが行われる。ここで、レーザ５の波長は、特に限定されない。また、レーザ５の光源も特に限定されないが、例えば、半導体レーザまたはエキシマレーザなどを用いることができる。

図４で示したレーザ５によるパターニングにより、レーザ５が照射された領域の導体層２７が除去され、図５に示すようにセラミック基板２上に電極２１および配線パターン２３（図示せず）が形成される。ここで、レーザ５によるパターニング時にセラミック基板２上から除去された導体層２７が電極２１の端部に付着することで、電極２１の端部に突起部２５が形成される。

続いて、図６に示すように、電極２１が形成されたセラミック基板２上に導電粒子４３を含有する異方性導電材料４が塗布される。異方性導電材料４の塗布方法は、異方性導電フィルムを貼り付ける方法であってもよく、異方性導電ペーストを公知のコーティング法を用いて塗布する方法であってもよい。

次に、端子３１と電極２１とが対向するように、異方性導電材料４上に電子部品３が載置され、仮固定される。仮固定の方法および条件は、公知の方法および条件を用いることができるが、例えば、異方性導電材料４が硬化しない程度に加熱および加圧することで、セラミック基板２と電子部品３とを仮固定してもよい。

次に、図７に示すように、仮固定されたセラミック基板２および電子部品３は、公知の熱圧着装置によって加熱・押圧されることで、熱圧着される。これによって、異方性導電材料４は、硬化し、セラミック基板２と電子部品３とを接着する。また、電極２１と端子３１とは、導電粒子４３を挟持することによって導通が形成される。このとき、導電粒子４３は、熱圧着時の押圧によって潰されて変形していてもよい。

ここで、上述した仮固定および熱圧着時の押圧圧力は、２ＭＰａ以下である。押圧圧力が２ＭＰａを超える場合、電極２１上に形成された突起部２５が折れる可能性が高く、折れた突起部２５によって電極２１間の短絡、外観上の欠陥が発生しやすくなるため、好ましくない。

また、押圧圧力が２ＭＰａ以下である場合、セラミック基板２と電子部品３との接着位置のずれが生じにくく、また、セラミック基板２および電子部品３上に形成された他の素子の位置ずれも生じにくくなる。そのため、押圧圧力を２ＭＰａ以下に低くすることが可能な本実施形態に係る異方性導電接続構造体１は、位置精度が重要であり、かつ高価な精密部品が搭載されるインクジェットプリンタヘッド、圧電素子およびカメラモジュールなどの半導体装置モジュールに好適に用いることができる。

以上にて、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１の製造方法について具体的に説明した。

＜３．異方性導電接続構造体の適用例＞
次に、本実施形態に係る異方性導電接続構造体１を好適に適用可能な半導体装置モジュールの具体例について説明する。このような半導体装置モジュールは、例えば、インクジェットプリンタヘッド、圧電素子およびカメラモジュールなどである。以下では、カメラモジュールを例示して説明する。

カメラモジュールは、例えば、直方体形状を有し、上面に撮像レンズが設けられ、上面と対向する下面にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いた撮像素子、ならびに各種電子部品が実装された配線基板が設けられる。

配線基板は、セラミック基板であり、さらに異方性導電フィルムによってフレキシブル基板等と物理的および電気的に接続されている。なお、異方性導電フィルムと接続される配線基板の一面には、異方性導電フィルムによってフレキシブル基板の接続端子と電気的に接続される電極端子が形成される。なお、異方性導電フィルムと接続される配線基板の一面のうち、電極端子が形成された領域以外の領域には、各種回路および実装部品を保護するためにソルダーレジスト層が形成されてもよい。

フレキシブル基板は、可撓性を有する基板である。また、フレキシブル基板には、撮像素子からの信号を伝送する各種信号線、および異方性導電フィルムによって配線基板の電極端子と電気的に接続される接続端子が形成される。

すなわち、上記カメラモジュールでは、配線基板、異方性導電フィルムおよびフレキシブル基板の積層体が、本実施形態に係る異方性導電接続構造体に相当する。このようなカメラモジュールでは、配線基板と、フレキシブル基板とを高圧で圧着した場合、レンズ光軸と光学素子との位置がずれるなどの不良が発生する可能性がある。本実施形態に係る異方性導電接続構造体によれば、低圧の圧着であってもセラミック基板と電子部品とを確実に異方性導電接続することができるため、カメラモジュールなどの高精度が要求される半導体装置モジュールに対して、好適に用いることができる。

以下では、実施例および比較例を参照しながら、本実施形態に係る異方性導電接続構造体について、より詳細に説明する。なお、以下に示す実施例は、本実施形態に係る異方性導電接続構造体の実施可能性および効果を示すための一例であり、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。

［異方性導電接続構造体の製造］
以下に示す方法にて、本実施形態に係る異方性接続構造体を製造した。

（実施例１）
まず、厚み１ｍｍのセラミック基板に対して、スパッタ法により全面に銅からなる導体層を形成し、波長３５５ｎｍおよび出力１．８Ｗの半導体レーザにてレーザエッチングを行うことにより電極および配線パターンを形成した。ここで、形成した電極のパターンサイズ（電極のいずれかの一辺の最小寸法）は、１２０μｍであり、電極間の距離は、２０μｍであった。また、電極の端部には突起部が形成されており、電極の中央部からの突起部の高さを三次元形状測定装置ＫＳ−１１００（キーエンス製）によって測定したところ、突起部の高さの最大値（最大高さ）は、７μｍであった。

また、電子部品として、高さ１５μｍの金めっき端子を形成した厚み０．０３５ｍｍのフレキシブル基板を用意した。

次に、セラミック基板の電極が形成された面に対して、異方性導電材料として、異方性導電フィルムを貼り付けた。異方性導電フィルムは、二官能アクリレート（ＤＣＰ、新中村化学製）３４質量部、フェノキシ樹脂（ＹＰ５０、東都化成製）３４質量部、ウレタンアクリレート（Ｕ−２ＰＰＡ、新中村化学製）２０質量部、リン酸エステル型アクリレート（ＰＭ−２、日本化薬製）３質量部、ベンゾイルパーオキサイド（ナイパーＢＷ、日本油脂製）６質量部、平均粒径が１０μｍである導電粒子（ブライトφ１０μｍ、日本化学工業製）３．３質量部を配合して形成した。なお、使用したブライトφ１０μｍ（導電粒子）は、樹脂コアにＮｉメッキを施し、さらにＡｕメッキを施した導電性樹脂粒子である。また、後述するミクロパールφ４μｍについても同様である。

昇温速度１０℃／分、測定圧力５ｇ（一定）、使用測定プレート直径８ｍｍの条件（以下、測定条件は同様）にて、回転式レオメータ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）によって測定したところ、上記にて形成した異方性導電フィルムの最低溶融粘度は、４０００Ｐａ・ｓであった。

続いて、セラミック基板の電極と金めっき端子とが対向するように、フレキシブル基板を異方性導電フィルム上に載置し、熱圧着装置（東レエンジニアリング製ＦＣ１０００）によって、８０℃−１ＭＰａ−１秒間の条件で仮固定した。さらに、仮固定したセラミック基板、異方性導電フィルム、およびフレキシブル基板を上記の熱圧着装置によって１９０℃−２ＭＰａ−１０秒間の条件で熱圧着し、異方性導電接続構造体を製造した。

（実施例２）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成し、平均粒径が４μｍである導電粒子（ミクロパールφ４μｍ、積水化学工業製）３．７６質量部を用いた以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、１μｍであった。

（実施例３）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成した以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、２．５μｍであった。

（実施例４）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成し、平均粒径が４μｍである導電粒子（ミクロパールφ４μｍ、積水化学工業製）３．７６質量部を用いた以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、３μｍであった。

（比較例１）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成し、固形分濃度を調整することで異方性導電フィルムの最低溶融粘度を６０００Ｐａ・ｓとした以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、５μｍであった。

（比較例２）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成し、平均粒径が４μｍである導電粒子（ミクロパールφ４μｍ、積水化学工業製）３．７６質量部を用いた以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、５μｍであった。

（比較例３）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成した以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、２μｍであった。

（比較例４）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成した以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、８μｍであった。

（比較例５）
セラミック基板に対して、レーザエッチングの出力およびスピードを調整して表１に記載された条件になるように電極および配線パターンを形成し、熱圧着時の条件を１９０℃−４ＭＰａ−１０秒間とした以外は、実施例１と同様の方法で異方性導電接続構造体を製造した。このとき、電極の端部に形成された突起部の最大高さは、４μｍであった。

［異方性導電接続構造体の評価］
製造した実施例１〜４および比較例１〜５に係る異方性導電接続構造体について、各種特性を評価した。

以下の方法で初期導通を評価した。具体的には、デジタルマルチメータ（アジレント・テクノロジー製３４４０１Ａ）を用い、四端子測定法（電流１ｍＡ）によって、セラミック基板とフレキシブル基板との間で導通が形成されているか否かを評価した。具体的には、抵抗値が１．０Ω未満である場合を導通が形成されていると判定して「ＯＫ」と評価し、抵抗値が１．０Ω以上である場合を導通が形成されていないと判定して「ＮＧ」と評価した。なお、上記の抵抗値は、配線パターンの抵抗を含む値である。

また、以下の方法で導通信頼性を評価した。具体的には、製造した異方性導電接続構造体を温度８５℃および湿度（相対湿度）８５％の環境下で５００時間放置した後に、初期導通評価と同様の方法で導通を判定し、評価した。

また、以下の方法で短絡の有無を評価した。具体的には、製造した異方性導電接続構造体の電極間を金属顕微鏡にて２００箇所観察し、導電粒子が連なることによって電極間が電気的に接続されている箇所が１箇所以上あった場合を短絡ありと判定して「ＮＧ」と評価した。また、電極間が電気的に接続されている箇所がなかった場合を短絡なしと判定して「ＯＫ」と評価した。

さらに、以下の方法で突起部における導電粒子の捕捉性を評価した。具体的には、異方性導電接続構造体から研磨によってフレキシブル基板のみを取り除き、セラミック基板の電極上に存在する導電粒子の個数を金属顕微鏡による観察にて計測し、捕捉粒子数とした。捕捉粒子数が１０個以上である場合を捕捉性が高いと判定して「ＯＫ」と評価し、捕捉粒子数が５個以上９個以下である場合を捕捉性が中程度であると判定して「△」と評価し、捕捉粒子数が４個以下である場合を捕捉性が低いと判定して「ＮＧ」と評価した。

ただし、導電粒子の平均粒径によって、導電粒子の個数密度は異なっている。平均粒径が１０μｍである導電粒子では、導電粒子の個数密度は、３．５万個／ｍｍ^３であり、平均粒径が４μｍである導電粒子では、導電粒子の個数密度は、５３万個／ｍｍ^３であった。よって、導電粒子がフィルム体積に占める体積占有率は、略一致している。

以上にて評価した結果を表１に示す。

表１の結果を参照すると、導電粒子の平均粒径が突起部の最大高さに対して１．２５倍より大きく４倍以下である実施例１〜４は、比較例２〜４に対して、良好な評価結果が得られていることがわかる。また、実施例１〜４は、電極間距離、突起部の最大高さ、電極高さ、および導電粒子の平均粒径が本発明の範囲内に収まっているため、良好な評価結果を得られることがわかる。

具体的には、比較例２および４は、導電粒子の平均粒径が突起部の最大高さに対して１．２５倍以下であるため、圧着時に導電粒子の押し込みが阻害され、導通信頼性が低下していることがわかる。特に、比較例２および４は、導電粒子の押し込みが不十分であるため、導電粒子の捕捉性が「ＯＫ」であるものの、捕捉された導電粒子が導通形成に有効な状態（押し込まれて潰れた状態）になっていないため、導通信頼性が低下している。

また、比較例３は、導電粒子の平均粒径が突起部の最大高さに対して４倍を超えているため、突起部による導電粒子の捕捉性が低く、電極間で短絡が発生していることがわかる。

また、比較例１は、異方性導電フィルムの最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓを超えているため、圧着時の樹脂バインダの流動によって突起部が折れやすく、電極間で短絡が発生していることがわかる。さらに、比較例５は、圧着時の押圧圧力が２ＭＰａを超えているため、電極上に形成された突起部が折れ、電極間で短絡が発生していることがわかる。

以上の結果からわかるように、本実施形態に係る異方性導電接続構造体は、導電粒子の平均粒径を電極上の突起部の最大高さに対して１．２５倍より大きく４倍以下とすることによって、短絡を生じさせず、電極と端子との間に確実に導通を形成できることがわかる。これにより、本実施形態に係る異方性導電接続構造体は、セラミック基板と電子部品との間でより確実に異方性導電接続を形成することが可能であることがわかる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 異方性導電接続構造体
２ セラミック基板
３ 電子部品
４ 異方性導電材料
２１ 電極
２５ 突起部
３１ 端子
４１ バインダ樹脂
４３ 導電粒子

Claims (10)

1. 突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、
   前記電極と対向する端子を有する電子部品と、
   前記電極および前記端子の間に挟持された導電粒子を含み、前記セラミック基板と前記電子部品とを接着する異方性導電材料と、を備え、
   前記導電粒子の平均粒径は、前記電極上の突起部の最大高さに対して、１．２５倍より大きく４倍以下である、異方性導電接続構造体。
2. 前記突起部は、前記電極の端部に形成される、請求項１に記載の異方性導電接続構造体。
3. 前記突起部の最大高さは、１μｍ以上８μｍ以下である、請求項１または２に記載の異方性導電接続構造体。
4. 前記セラミック基板は、前記電極を複数有し、
   前記電極間の距離は、前記導電粒子の平均粒径の２倍以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の異方性導電接続構造体。
5. 前記電極の高さは、５μｍ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の異方性導電接続構造体。
6. 突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、前記電極と対向する端子を有する電子部品と、を異方性接続する異方性導電材料であって、
   平均粒径が前記電極上に形成された突起部の最大高さに対して１．２５倍より大きく４倍以下のである導電粒子を含む、異方性導電材料。
7. 前記異方性導電材料の最低溶融粘度は、４０００Ｐａ・ｓ以下である、請求項６に記載の異方性導電材料。
8. 前記導電粒子の平均粒径は、２μｍ以上１２μｍ以下である、請求項６または７に記載の異方性導電材料。
9. 突起部が形成された電極を有するセラミック基板と、前記電極と対向する端子を有する電子部品とを、導電粒子を含む異方性導電材料で接着し、２ＭＰａ以下の圧力で押圧するステップを含み、
   前記導電粒子の平均粒径は、前記電極上に形成された突起部の最大高さに対して１．２５倍より大きく４倍以下である、異方性導電接続方法。
10. 前記突起部は、前記電極に対するレーザエッチングを用いたパターニングによって形成される、請求項９に記載の異方性導電接続方法。
    
    

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