JP3522634B2 - 異方導電性接着剤 - Google Patents

異方導電性接着剤

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JP3522634B2 JP2000078106A JP2000078106A JP3522634B2 JP 3522634 B2 JP3522634 B2 JP 3522634B2 JP 2000078106 A JP2000078106 A JP 2000078106A JP 2000078106 A JP2000078106 A JP 2000078106A JP 3522634 B2 JP3522634 B2 JP 3522634B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LCD(液晶ディ
スプレイ)とTCP(テープキャリヤパッケージ)との
接続や、TCPとPCB(プリント回路基板)との接続
などの微細な回路同士の電気的接続に使用される異方導
電性接着剤に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、接着性樹脂中に導電性粒子を分散
させた異方導電性接着剤が液晶ディスプレイLCDとT
CPやTCPとPCBとの接続など各種微細回路接続の
必要性が飛躍的に増大してきており、その接続方法とし
て異方導電性接着剤が使用されてきている。この方法
は、接続したい部材間に異方導電性接着剤を挟み加熱加
圧することにより、面方向の隣接端子間では電気的絶縁
性を保ち、上下の端子間では電気的に導通させるもので
ある。このような用途に異方導電性接着剤が多用されて
きたのは、被着体の耐熱性がないことや微細な回路では
隣接端子間で電気的にショートしてしまうなど半田付け
などの従来の接続方法が適用できないことが理由であ
る。
【0003】この異方導電接着剤は、熱可塑タイプのも
のと熱硬化タイプのものに分類されるが、最近では熱可
塑タイプのものより、信頼性の優れたエポキシ樹脂系の
熱硬化タイプのものが広く用いられつつある。
【0004】熱可塑タイプの異方導電性接着剤について
は、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)、SI
S(スチレン−イソプレン−スチレン)、SEBS(ス
チレン−エチレン−ブタジエン−スチレン)等スチレン
系共重合体が主として用いられてきているが、これら熱
可塑タイプの使用方法は、基本的に溶融融着方式であ
り、その作業性は一般的に条件を選べば熱硬化のものに
比べて、比較的低温・短時間での適用が可能であり良好
であると考えられるが、樹脂の耐湿性・耐薬品性などが
低いため、接続信頼性が低いため長期環境試験に耐えう
るものではなかった。
【0005】一方、現在主流となっている熱硬化タイプ
の異方導電性接着剤は、一般に保存安定性、硬化性のバ
ランスの良いエポキシ樹脂系の熱硬化タイプが広く用い
られている。しかし、実用上これらの熱硬化タイプのも
のは、保存安定性と樹脂の硬化性を両立させるため、そ
の硬化反応性から150〜200℃の温度で30秒前後
加熱、硬化することが必要とされ、たとえば150℃以
下の温度では実用的な接続時間で樹脂を硬化させること
は困難であった。
【0006】更に、保存安定性については、例えば、B
3アミン錯体、ジシアンジアミド、有機酸ヒドラジ
ド、イミダゾール化合物等の潜在性硬化剤を配合した系
のもの等が提案されているが、保存安定性に優れるもの
は硬化に長時間または高温を必要とし、低温・短時間で
硬化できるものは逆に保存安定性に劣るといった問題が
ありいずれも一長一短があった。
【0007】前記問題点に加えて、熱硬化タイプの異方
導電性接着剤を用いた微細な回路同士の接続作業性にお
いて、位置ずれ等の原因によって一度接続したものを被
接続部材を破損または損傷せずに剥離して再度接合(所
謂リペア)したいという要求が多くでてきている。しか
し殆どのものが高接着力、高信頼性といった長所がある
反面、この様な一見矛盾する要求に対しては対応が極め
て難しく、満足するものは得られていない。
【0008】特に最近は、LCDモジュールの大画面
化、高精細化、狭額縁化が急速に進み、これに伴って、
接続ピッチの微細化や接続の細幅化も急速に進んでき
た。このため、たとえば、LCDとTCP接続において
は、接続時のTCPののびのため接続パターンずれが生
じたり、接続部が細幅のため接続時の温度でLCD内部
の部材が熱的影響を受けるなどの問題が生じてきた。ま
た、TCPとPCBの接続においては、PCBが長尺化
してきたため接続時の加熱によりPCBとLCDが反
る、TCPの配線が断線するという問題も生じてきた。
【0009】そこで、より低温で接続することによりこ
れらの問題を解決することが考えられたが、たとえば、
従来の熱可塑性タイプの異方導電性接着剤で接続しよう
とすると、比較的低温での接続は可能であるが樹脂の耐
湿性・耐熱性が低いため接続信頼性が悪いという問題が
あった。また、熱硬化タイプの主流であるエポキシ樹脂
系の異方導電性接着剤で低温で接続しようとすると、樹
脂を硬化させるために接続時間を長くする必要があり、
実用上適用できるものではなかった。
【0010】低温接続を可能とする異方導電性接着剤と
して、カチオン重合性物質とスルホニウム塩とを配合し
た接着性樹脂中に導電性粒子を分散させたもの(特開平
7−90237号公報)や、エポキシ樹脂等と4−(ジ
アルキルアミノ)ピリジン誘導体に導電性粒子を分散さ
せたもの(特開平4−189883号公報)も提案され
ているが、接着剤樹脂の保存性や被接続回路端子の腐食
等の問題があり実用には至っていない。
【0011】また、低温接続を可能にするものとして、
ラジカル重合性樹脂、有機過酸化物、熱可塑性エラスト
マー、マレイミドとを配合した樹脂組成物中に導電性粒
子を分散させた熱硬化型異方導電性接着剤において、ラ
ジカル重合性樹脂がフェノール性水酸基を有する(メ
タ)アクリロイル化ノボラック樹脂で有ることを特徴と
する異方導電性接着剤や、さらに、接着性、接続信頼性
を改良する目的でアミノシランカップリング剤を加えた
ものも提案されているが、硬化性、作業性、高温・高湿
処理後の接着性、接続信頼性、保存性等の全てをバラン
ス良く満足する樹脂系は得られておらず、そのため、よ
り低温短時間で接続でき、且つ、接着性、接続信頼性、
保存安定性、リペア性等に優れる異方導電性接着剤の要
求が強くなっている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
このような問題に鑑みて種々の検討の結果なされたもの
であり、その目的とするところは、LCDとTCPとの
接続や、TCPとPCBとの接続などの微細回路同士の
電気的接続において、特に低温短時間での接続も可能
で、且つ、接着性、接続信頼性、保存安定性、リペア性
にも優れる加熱硬化型異方導電性接着剤を提供しようと
するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、ラジカル重合
性樹脂として(1)式で表される2官能のウレタンアク
リレート樹脂(A)、有機過酸化物(B)、熱可塑性エ
ラストマー(C)、(2)式で表されるリン酸エステル
(D)およびこれら樹脂組成物中に分散された導電粒子
(F)からなる異方導電性接着剤である。
【0014】更に好ましい形態としては、該樹脂組成物
が、さらに(3)式および/又は(4)式で表されるエ
ポキシシランカップリング剤(E)を含んでなる樹脂組
成物である異方導電性接着剤である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関して詳細に説明
する。本発明の異方導電性接着剤は、異方導電性接着剤
を構成する樹脂組成物中に(1)式で表される2官能の
ウレタンアクリレート樹脂を含有することが特徴であ
り、LCD用途のTCPとPCBを接続した場合、従来
のラジカル重合性樹脂では得られなかった接着性、更に
は、それ自身に耐熱・耐湿性があるため十分な接続信頼
性を得ることが出来ることを見いだした。さらに、
(2)式で表されるリン酸エステルを組み合わせること
により、ラジカル重合性樹脂と被着体の金属部分とのカ
ップリング効果得ることができ、(3)、(4)式で表
されるエポキシシランカップリング剤を組み合わせるこ
とにより、ラジカル重合性樹脂と被着体の金属部分との
カップリング効果得ることができ、より一層の接着性、
接続信頼性を得ることが可能となることを見いだした。
(2)式以外のリン酸エステルでは、ラジカル重合性樹
脂と被着体の金属部分とのカップリング効果は低く、
(2)式のリン酸エステルのみが比較的低温短時間でカ
ップリング効果を得ることが出来る。また、(3)、
(4)式で表されるエポキシシランカップリング剤以外
のシランカップリング剤では、樹脂組成物と被着体のカ
ップリング効果は大きくなく、(3)、(4)式で表さ
れるエポキシシランカップリング剤のみが比較的低温短
時間でカップリング効果を得ることが出来る。
【0016】
【化5】
【0017】
【化6】
【0018】
【化7】
【0019】
【化8】
【0020】本発明で用いられるラジカル重合性樹脂
は、(1)式で表される2官能のウレタンアクリレート
樹脂である。その分子中に2個の(メタ)アクリロイル
基を有し、かつ分子中に4個のウレタン結合を有するも
のであり、ポリブチレングリコールとイソホロンジイソ
シアネートとエチレングリコールモノ(メタ)アクリレ
ートとを反応して得られる化合物である。 (1)式で表されるウレタンアクリレート樹脂のポリグ
リコール骨格数は5〜20である。n<5であると硬化
中の収縮が大きくなり被着体界面の接着性が低下する。
また、n>20であると(1)式で表されるウレタンア
クリレートの硬化性が低下し、それに伴い接続信頼性が
低下する。
【0021】また、硬化性、接着性等を確保するため
に、フェノール性水酸基を有する(メタ)アクリロイル
化フェノールノボラック樹脂、ビニルエステル樹脂、ウ
レタンアクリレート樹脂等のアクリレート類、不飽和ポ
リエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド
樹脂等を併用して用いることが出来る。中でも硬化性と
保存性、硬化物の耐熱性、耐湿性、耐薬品性を兼ね備え
たフェノール性水酸基を有する(メタ)アクリロイル化
フェノールノボラック樹脂、ビニルエステル樹脂、マレ
イミド樹脂を好適に用いる事が出来る。さらに、その保
存性を確保するために、予めキノン類、多価フェノール
類、フェノール類等の重合禁止剤を添加することも可能
である(例えば、特開平4−146951号公報な
ど)。さらに硬化性、加熱時の流動性、作業性を改良す
るため、トリメチロールプロパントリアクリレート(T
MPTA)、ペンタエリスリトールジアリレートモノス
テアレート、テトラエチレングリコールジアクリレー
ト、ペンタエリスリトールテトラアクリレートなどのア
クリレート類やスチレンなど各種モノマー類や一般的な
反応性希釈剤で希釈して使用することが可能である。
【0022】本発明で用いられる有機過酸化物(B)と
しては、特に限定されるものではなく、例えば、1,
1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチ
ルヘキサネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘ
キサネート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキ
サネート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−
3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス
(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチル
シクロヘキサン、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシ
ル)パーオキシジカーボネート等が挙げられる。これら
の過酸化物は単独あるいは硬化性をコントロールするた
め2種類以上の有機過酸化物を混合して用いることも可
能である。また、保存性を改良するため各種重合禁止剤
を予め添加しておく事も可能である。さらに樹脂への溶
解作業を容易にするため溶剤等に希釈して用いる事もで
きる。本発明で用いられる有機過酸化物の種類や配合量
は各過酸化物を配合した場合の接着剤の硬化性と保存性
との兼ね合いで決定されることは当然である。
【0023】本発明で用いられる熱可塑性エラストマー
樹脂(C)としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリ
プロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合
体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、
ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アク
リロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル
−ブタジエン−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、
ナイロン樹脂、スチレン−イソプレン共重合体、スチレ
ン−ブチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−
エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体、ポリ
メチルメタクリレート樹脂などを用いることができる。
その中で異方導電性接着剤とした時の接着性、接続信頼
性などの特性を考えるとアクリロニトリル−ブタジエン
−メタクリル共重合体、ポリエステル、ナイロン樹脂、
ポリビニルブチラール樹脂、スチレン−エチレン−ブチ
レン−スチレンブロック共重合体をより好適に用いるこ
とができ、ポリビニルブチラール樹脂がより好ましい。
【0024】ポリビニルブチラール樹脂は、重合度30
0〜1,000、ブチラール化度65mol%以上、フ
ロー軟化点100℃〜150℃であることが好ましく、
下記式で示されるポリビニルブチラール樹脂が好まし
い。重合度が300未満であると、ポリビニルブチラー
ル樹脂の凝集力が不足し十分な接着性が発現しない。ま
た、重合度が1,000を越えると樹脂の流動性が不足
し、被着体の電極間にうまく導電性粒子が介在すること
が出来ず十分な接続信頼性が得られない。また、ブチラ
ール化度が65mol%未満であると、水酸基或いはア
セチル基の割合が増加し耐熱・耐湿性が損なわれる。さ
らに、フロー軟化点が100℃未満であると、樹脂の流
動性が大きくなり接続後の被着体の電極間の樹脂が不足
し、十分な接着性、接続信頼性が得られない。また、フ
ロー軟化点が150℃を越えると十分な接続信頼性が得
られない。
【0025】
【化9】
【0026】熱可塑性エラストマー(C)の配合割合
は、(C)/{(A)+(C)}=(5〜50)/10
0であることが好ましい。(C)/{(A)+(C)}
=5/100未満であると、接着剤組成物の流動性が大
きくなり被着体の電極間の樹脂が不足することや硬化収
縮が大きくなることが発生し、十分な接着性が得られな
い。また、(C)/{(A)+(C)}=50/100
を越えると接着剤組成物の耐湿性が低下することや被着
体の電極間に導電性粒子がうまく介在することができず
十分な接続信頼性が得られない。
【0027】本発明におけるリン酸エステル(D)と
は、(2)式で表されるものであれば特に限定される物
ではなく、単独或いは2種以上混合して用いても良い。
具体的なリン酸エステルとしては、(メタ)アクリロイ
ルオキシエチルアシッドホスフェート、(メタ)アクリ
ロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、(メタ)
アクリロイルオキシイソプロピルアシッドホスフェー
ト、(メタ)アクリロリルオキシポリオキシエチレング
リコールアシッドホスフェート、(メタ)アクリロイル
オキシポリオキシプロピレングリコールアシッドホスフ
ェート、カプロラクトン変性(メタ)アクリロイルオキ
シエチルアシッドホスフェート、ジ(メタ)アクリロイ
ルオキシプロピルアシッドホスフェート、ジ[カプロラ
クトン変性(メタ)アクリロイルオキシエチル]アシッ
ドホスフェート等が挙げられる。
【0028】本発明に用いられるエポキシシランカップ
リング剤(E)は、(3)、(4)式で表されるもので
あれば限定されるものではなく、単独或いは2種以上混
合して用いても良い。具体的なエポキシシランカップリ
ング剤としては、β−(3,4エポキシシクロヘキシ
ル)エチルトリメトキシシラン、β−(3,4エポキシ
シクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β−
(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルジメトキシメ
チルシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エ
チルメトキシジメチルシラン、β−(3,4エポキシシ
クロヘキシル)エチルジエトキシエチルシラン、β−
(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルエトキシジエ
チルシラン,γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−グリシドキシプロピルメトキシジメチルシラン、γ−
グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グ
リシドキシプロピルエトキシジエチルシラン等が挙げら
れる。
【0029】(2)式で表されるリン酸エステル(D)
の配合量は重量割合で、 {(D)}/{(A)+(B)+(C)}=(0.1〜
50)/100 であることが好ましい。配合量が0.1重量%未満であ
るとカップリング効果が得られないため十分な接着力が
得られず、また、配合量が50重量%を越えると硬化性
の低下および保存安定性の低下といった問題が生じる。
【0030】また、(2)式で表されるリン酸エステル
(D)と(3)、(4)式で表されるエポキシシランカ
ップリング剤(E)の配合量は重量割合で、 {(D)+(E)}/{(A)+(B)+(C)}=
(0.1〜20)/100 であることがさらに好ましい。配合量が0.1重量%未
満であるとカップリング効果が得られないため十分な接
着力が得られず、また、配合量が20重量%を越えると
硬化性の低下および保存安定性の低下といった問題が生
じる。
【0031】(1)式で表されるリン酸エステル(D)
と、(3)、(4)式で表されるエポキシシランカップ
リング剤(E)の配合割合は重量割合で、 (D)/(E)=90/10〜10/90 あることが好ましい。リン酸エステル(D)の割合が9
0/10を越えると樹脂組成物のpHが小さくなるため
保存安定性の低下といった問題が生じる。また、10/
90未満であると十分なカップリング効果が得られず接
着力が悪くなるといった問題が生じる。
【0032】本発明に用いられる導電性粒子は、導電性
を有するものであれば特に制限するものではなく、ニッ
ケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバル
ト、銀、金などの各種金属や金属合金、金属酸化物、カ
ーボン、グラファイト、ガラスやセラミック、プラスチ
ック粒子の表面に金属をコートしたもの等が適用でき
る。これらの導電性粒子の粒径や材質、配合量は、接続
したい回路のピッチやパターン、回路端子の厚みや材質
等によって適切なものを選ぶことができる。
【0033】本発明によれば、ラジカル重合性樹脂、有
機過酸化物、熱可塑性エラストマーとしてポリビニルブ
チラール樹脂とを配合した接着剤中に導電性粒子を分散
させる事により得られる異方導電性接着剤において、該
接着剤中に(2)式で表されるリン酸エステルおよび
(3)、(4)式で表されるエポキシシランカップリン
グ剤が含まれることから、優れた接着性および接続信頼
性が得られ、極めて低温・短時間での接続も可能であ
り、接着性、接続信頼性、保存安定性、リペア性に優れ
た異方導電性接着剤が得られる。
【0034】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により説明
する。実施例、比較例で用いた物質を第1表にまとめ
た。
【0035】
【表1】
【0036】
【化10】
【0037】
【化11】
【0038】
【化12】
【0039】
【化13】
【0040】
【化14】
【0041】<実施例1> (1)式の構造を有するウレタンアクリレート樹脂を4
0重量部、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオ
キシヘキサノエート2重量部、(8)式の構造を有する
ポリビニルブチラール樹脂(重合度450,ブチラール
化度68mol%,フロー軟化点110℃)をメチルエ
チルケトンに溶解した20%溶液を300重量部、カプ
ロラクタン変性(メタ)アクリロイルオキシエチルアシ
ッドホスフェートを2重量部、β−(3,4エポキシシ
クロヘキシル)エチルトリメトキシランを0.6重量
部、Ni/Auメッキポリスチレン粒子2.8重量部を
混合し、均一に分散させた後、離型処理を施したポリエ
チレンテレフタレートフィルム上に乾燥後の厚さが45
μmになるように流延・乾燥して異方導電性接着剤を得
た。得られた異方導電性接着剤について下記の評価を行
った。
【0042】<実施例2〜実施例8>表2に示す配合割
合で、実施例1と同様に異方導電性電接着剤を得た。得
られた異方導電性接着剤について下記の評価を行った。
【0043】
【表2】
【0044】<比較例1〜比較例7>表3に示す配合割
合で、実施例1と同様にして異方導電性接着剤を得た。
得られた異方導電性接着剤について下記の評価を行っ
た。
【表3】
【0045】1.評価サンプルの作製 被着体は銅箔/ポリイミド=25/75μmに0.5μ
mの錫メッキを施したTCP(ピッチ0.30mm、端
子数60本)と0.8mm厚4層板((FR−4)内層
・外層銅箔18μmフラッシュ金メッキPCB(ピッチ
0.30mm、端子数60本))を用いた。
【0046】2.接着強度測定方法 130℃、30kg/cm2、15sの条件で圧着し、9
0度剥離試験によって評価を行った。
【0047】3.接続信頼性測定方法 サンプル作製直後および温度85℃、湿度85%、10
0時間放置後の接続抵抗を測定した。測定できないもの
を導通不良(OPEN)とした。
【0048】4.保存性測定方法 異方導電フィルムを25℃雰囲気中に2週間保存後、1
30℃、30kg/ cm2、15sの条件で圧着し、接続
抵抗を測定した。1.5Ω以下を○、1.5Ωを越える
ものを×とした。
【0049】
【発明の効果】本発明の異方導電性接着剤を用いること
により130℃前後の低温での微細な回路電極の接続が
可能となり、且つ作業性、長期信頼性に優れた異方導電
性接着剤を得ることが出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01B 5/16 H01B 5/16 (56)参考文献 特開2000−256641(JP,A) 特開2000−234083(JP,A) 特開2001−115132(JP,A) 特開 平11−35913(JP,A) 特開 平11−21531(JP,A) 特開 平11−209713(JP,A) 特開 平11−279500(JP,A) 特開2001−126541(JP,A) 特開 平10−168413(JP,A) 特開 平10−330441(JP,A) 特開2001−254058(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09J 4/00 - 201/10 H01B 1/22 - 1/24 H01B 5/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂組成物中に導電粒子を分散してなる
    異方導電性接着剤において、該樹脂組成物が、ラジカル
    重合性樹脂として(1)式で表される2官能のウレタン
    アクリレート樹脂(A)、有機過酸化物(B)、熱可塑
    性エラストマー樹脂(C)、および(2)式で表される
    リン酸エステル(D)を含むことを特徴とする異方導電
    性接着剤。 【化1】 【化2】
  2. 【請求項2】 該樹脂組成物が、さらに(3)式および
    /又は(4)式で表されるエポキシシランカップリング
    剤(E)を含んでなる樹脂組成物である請求項1記載の
    異方導電性接着剤。 【化3】 【化4】
  3. 【請求項3】 該樹脂組成物中の各成分の配合割合が重
    量割合で (D)/{(A)+(B)+(C)}=(0.1〜5
    0)/100 なる範囲にある請求項1記載の異方導電性接着剤。
  4. 【請求項4】 該樹脂組成物中の各成分の配合割合が重
    量割合で {(D)+(E)}/{(A)+(B)+(C)}=
    (0.1〜20)/100 なる範囲にある請求項2記載の異方導電性接着剤。
  5. 【請求項5】 (1)式で表されるリン酸エステル
    (D)と(2)式および/又は(3)式で表されるエポ
    キシシランカップリング剤(E)の合計の配合割合が重
    量割合で (D)/(E)=90/10〜10/90 である請求項2または4記載の異方導電性接着剤。
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