JP3981341B2 - 異方導電性接着剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な回路同志の電気的接続、更に詳しくはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）とフレキシブル回路基板（以下ＦＰＣ）の接続，ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ＯｎＦｐｃ）やＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）との接続や半導体ＩＣとＩＣ搭載用基板のマイクロ接合等に用いることのでき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、ＬＣＤとＴＣＰ、あるいはＴＣＰとＰＣＢ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接着剤樹脂中に導電性粒子を分散させた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つつ、上下端子間では電気的に導通させるものである。
【０００３】
この異方導電性接着剤は、高い接続信頼性を得るため熱硬化タイプの接着剤樹脂が用いられ、その中でも被着体との密着性や耐湿信頼性を実現できるエポキシ樹脂系が用いられる。更に硬化性と保存安定性を両立させるために、エポキシ樹脂の硬化剤として潜在性を持つものを配合したタイプのものが広く用いられている。ここで用いられる潜在性硬化剤としては、ＢＦ３アミン錯体、ジシアンジアミド、有機酸ヒラジド、イミダゾール化合物等が挙げられる。これらの潜在性硬化剤を配合した熱硬化タイプのものは、保存安定性には優れるものの、１７０℃〜２００℃の温度で１０〜３０秒前後加熱硬化することが必要とされているものが通常である（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
最近では、ＬＣＤモジュールの大画面化、高精度化、狭額縁化となり、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ている。そのため、例えば、ＬＣＤとＴＣＰの接続においては、接続時の加熱によるＴＣＰの伸びのために接続部分にずれが生じたり、接続部分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たり、また、ＴＣＰとＰＣＢの接続においては、ＰＣＢが長尺化していたため接続時の加熱によりＰＣＢとＬＣＤが反り、ＴＣＰの配線が断線するという問題等が生じてきた。これらの問題を解決するため、十分な接続信頼性を保ちながら、低温で且つ短時間での接続が可能な異方導電性接着剤が求められてきている。
【０００５】
このような市場の要求に対し、エポキシ樹脂系の熱硬化タイプの異方導電性接着剤は、潜在性硬化剤を適用しても、市場の要求に対応可能なレベルの低温短時間で硬化できるものは保存安定性に劣り、逆に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するといった問題があり、いずれも一長一短で十分に満足できるものはなかった。
一方、低温で且つ短時間での硬化が可能な異方導電性接着剤としては、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を配合した樹脂組成物中に導電性粒子を分散させたものも提案されている（例えば、特許文献３）。しかし、この樹脂系では、低温短時間での接続は可能であるが、硬化収縮が大きく、各種の被着体に対する接続後の密着性が悪いものがあり、接続信頼性の面でも十分なものではなかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２１０９４号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２７１６２号公報
【特許文献３】
特開２０００−４４９０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を鑑みて種々の検討の結果たどり着いたものであり、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、潜在性硬化剤を用いた異方導電性接着剤で低温且つ短時間での接続が可能で、保存安定性、密着性、接続信頼性に優れる異方導電性接着剤を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１）マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物とエポキシ樹脂とを必須成分とする絶縁性接着剤に導電性粒子を分散させた異方導電性接着剤において、マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の平均粒径が０．１〜３μｍであり、マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物のマイクロカプセル壁材膜の厚さが０．０１〜０．３μｍであることを特徴とする異方導電性接着剤、
（２）異方導電性接着剤が、さらにエラストマーを含んでなる（１）項記載の異方導電性接着剤、
（３）（１）または（２）項に記載の異方導電性接着剤を用いて、電子・電機部品の電気的な接合が行われたことを特徴とする電子機器、
（４）該電子・電機部品が半導体素子、半導体装置、プリント回路基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）パネル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル又はフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）パネル、である（３）項記載の電子機器、
である。
【０００９】
【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材に潜在性硬化剤として使用するマイクロカプセル化イミダゾール誘導体エキシ化合物の平均粒径は、０．１〜３μｍであり、好ましくは０．５〜２．５μｍ、さらに好ましくは１〜２μｍである。平均粒径を小さくすることで、潜在性硬化剤と樹脂との反応点の増加により硬化反応性を高め、低温で且つ短時間での接続を可能とした。潜在性硬化剤の平均粒径が下限値未満の場合は、粘度が上昇してマイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の作製が困難となり、保存安定性が得られない。一方、平均粒径が上限値を超える場合は、反応点の減少、硬化時間の増加となり、低温短時間での硬化が難しい。なお、本発明で用いる潜在性硬化剤の平均粒径とは、レーザー回折型測定装置ＲＯＤＯＳ ＳＲ型（ＳＹＭＰＡＴＥＣ ＨＥＲＯＳ＆ＲＯＤＯＳ）での体積換算平均粒径とした。
【００１０】
また、マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物のカプセル壁材膜の厚さは０．００１〜０．３μｍであり、好ましくは０．００５〜０．２μｍ、より好ましくは０．０１〜０．１μｍである。カプセル壁材膜の厚さが下限値未満であると壁材膜の強度が不足するとともに、欠陥の無い壁材膜を作製することが難しくなる。このため、他の原料との調合中に機械的なシェアや溶剤により壁材膜が破損し、保存安定性が悪くなる。一方、上限値を超える場合は、壁材膜は安定し保存安定性は高くなるが、壁材膜が破壊までの時間が長くなり低温短時間での接着が難しい。
【００１１】
本発明に潜在性硬化剤として用いるマイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物は、イミダゾール誘導体とエポキシ化合物との反応生成物をマイクロカプセル化し微粉末化したものであれば特に限定するものではない。マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物とイソシアネート化合物とを反応させ、耐薬品性及び貯蔵安定性を高めたものも更に好適である。
また、ここで用いるエポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ及びブロム化ビスフェノールＡ等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ダイマー酸ジグリシジルエステル、フタル酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。
【００１２】
また、ここで用いられるイミダゾール誘導体としては、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−エチルイミダゾール、１−ベンジル−２−エチル−５−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシジメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等が挙げられる。
【００１３】
本発明では、さらにエラストマーを用いることが好ましい。また本発明に用いるエラストマーは反応性エラストマーであることがさらに好ましい。本発明に用いられるエラストマーは、特に限定するものではないが、フィルム形成性があるようなもの、例えば、フェノキシ樹脂、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、ポリ酢酸ビニル樹脂、ナイロン、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などを用いることができ、単独、あるいは２種以上混合しても良い。
エラストマーの配合量は特に限定されないが、エポキシ樹脂とマイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の合計１００部に対して１０〜３００部であることが好ましい。配合量が３００部を越えると異方導電性接着剤とした時の流動性が不足し、十分な接続信頼性が得られないことや各種被着体との濡れ性が低下し十分な密着性が得られない。また１０部未満であると、異方導電性接着剤とした時の製膜性が悪いことや、硬化物の弾性率が高くなるため各種被着体に対する密着性が悪いと言った問題や熱衝撃試験後の接続信頼性に劣るといった問題が発生する。
【００１４】
本発明ではさらにエポキシ樹脂を用いることが好ましい。本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分子中に少なくとも２個以上のエポキシ基を有するものであれば、特に限定されるものではない。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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、単独でも混合して用いても差し支えない。
エポキシ樹脂の配合量は、マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物１００部に対して１０〜２００部であることが好ましい。配合量が２００部を越えると異方導電性接着剤とした時の硬化性が悪くなり、また、１０部未満であると耐熱・耐湿性に劣るため、異方導電性接着剤とした時の十分な接続信頼性がえられない。
【００１５】
マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の添加量は特に限定するものではないが、エラストマーとエポキシ樹脂の合計１００部に対して２０〜４００部であることが好ましい。配合量が４００部を越えると異方導電性接着剤とした時の耐熱性・耐湿性が不足し、十分な接続信頼性が得られない。また、２０部未満であると、硬化性の低下が懸念されるという問題がある。
【００１６】
本発明に用いられる導電性粒子は、特にその組成は限定されるものではない。例えば、金属粒子としては、金、銀、亜鉛、錫、半田、インジウム、パラジウム等の単体もしくは２種以上を組み合わせても良い。また、高分子核材に金属被覆をした粒子としては、高分子核材に、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体などのポリマーの中から１種あるいは２種以上組み合わせたもの、金属薄膜皮膜に、金、ニッケル、銀、銅、亜鉛、錫、インジウム、パラジウム、アルミニウムなどの中から１種あるいは２種以上組み合わせて良い。また、金属薄膜皮膜の厚さにも特に制限はないが、薄すぎると異方導電性接着剤とした場合接続が不安定になり、厚すぎると凝集が生じるため、異方導電性接着剤とした場合絶縁不良を起こす可能性があるため、０．０１〜１μｍが好ましい。さらに、金属薄膜皮膜にむらや欠けがあると接続が不安定になるため、均一に被覆されていることが好ましい。これらの、導電粒子の粒径や材質、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に選ぶことができる。
【００１７】
導電性粒子の配合量は、エラストマー、エポキシ樹脂、マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の合計に対して０．１〜１０体積％であることが好ましい。配合量が１０体積％を越えると、異方導電性接着剤中の導電性粒子絶対量が多くなるため、被着体接続端子間の絶縁性が極端に低下する。また、０．１体積％未満であると、異方導電性接着剤中の導電性粒子絶対量が少なくなるため、被着体接続端子上の導電性粒子が不足し、接続抵抗値が極端に高くなる。
【００１８】
本発明の異方導電性接着剤には、必要に応じてカップリング剤を適量添加しても良い。カップリング剤を添加する目的は、異方導電性接着剤の接着界面の接着性改質や、耐熱性、耐湿性を向上するものである。カップリング剤としては特に限定するものではないが、シランカップリング剤を好適に使用することができ、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられるが、１種あるいは２種以上混合しても良い。
【００１９】
さらに、本発明の異方導電接着剤には、樹脂の相溶性、安定性、作業性等の各種特性向上のため、各種添加剤、例えば、非反応性希釈剤、反応性希釈剤、揺変性付与剤、増粘剤、無機充填剤等を適宜添加しても良い。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
実施例、比較例で作成した接着剤の配合量／評価結果を表１にまとめた。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
（１）密着性、接続信頼性、保存性測定用サンプルの作製
被着体は銅箔／ポリイミド＝８μｍ／３８μｍに、Ｎｉ／Ａｕメッキを施した２層ＦＰＣ（ピッチ５０μｍ、端子数４００本）とＩＴＯ（インジウム／錫酸化物）ベタガラス（３０Ω□）を用いた。
（２）密着性評価方法
１６０℃、３ＭＰａ、１０ｓｅｃの条件で圧着し、９０度剥離試験によって評価を行った。
（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％、１０００時間放置後の接続抵抗を２端子法により測定した。測定できないものをＯＰＥＮ（導通不良）とした。
（４）保存性測定方法
異方導電性接着剤を２５℃雰囲気中に２週間放置後、１６０℃、３ＭＰａ、１０ｓｅｃの条件で圧着し、接続抵抗を測定した。５．０Ω未満を◎（保存性非常に良好）、５．０Ω以上〜１０．０Ω未満を○（保存性良好）、１０．０Ω以上を×（保存性不良）とした。
【００２４】
＜実施例１＞
ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（Ｍｗ：５０，０００）の酢酸エチル２０％溶液１００重量部、ポリビニルブチラール樹脂（重合度１７００、ブチラール化度７０ｍｏｌ％）の２０％酢酸エチル溶液５０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１８０ｇ／ｅｑ）を２０重量部、マイクロカプセル化２−メチルイミダゾール誘導体エポキシ化合物を５０重量部、平均粒径５μｍのＮｉ／Ａｕメッキアクリル粒子を前記接着剤樹脂混合物の固形分に対して３重量部を混合・均一分させた後、離型処理を施したポリエチレンテレフタレート上に乾燥後の厚さが１５μｍになるように流延・乾燥した後、幅１．５ｍｍに切断して異方導電性接着剤を得た。
【００２５】
＜実施例２〜１２＞
表１及び表２に示す配合割合、条件で実施例１と同様にして異方導電性接着剤を得た。
【００２６】
＜比較例１＞
マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の硬化剤の平均粒子径を６μｍのものに変えた以外は実施例１と同様にして異方導電性接着剤を得た。
【００２７】
＜比較例２、３＞
表２に示す配合割合、条件で比較例１と同様にして異方導電性接着剤を得た。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、保存安定性、低温短時間の接続性に優れた異方導電性接着剤を得ることが出来る。この異方導電性接着剤を用いることによりＬＣＤとＣＯＦ等の微細な回路電極の接続が可能である。

Claims (4)

1. マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物とエポキシ樹脂とを必須成分とする絶縁性接着剤に導電性粒子を分散させた異方導電性接着剤において、該マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物の平均粒径が０．１〜３μｍであり、該マイクロカプセル化イミダゾール誘導体エポキシ化合物のマイクロカプセル壁材膜の厚さが０．０１〜０．３μｍであることを特徴とする異方導電性接着剤。
2. 異方導電性接着剤が、さらにエラストマーを含んでなる請求項１記載の異方導電性接着剤。
3. 請求項１または２に記載の異方導電性接着剤を用いて、電子・電機部品の電気的な接合が行われたことを特徴とする電子機器。
4. 該電子・電機部品が半導体素子、半導体装置、プリント回路基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）パネル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル又はフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）パネルである請求項３記載の電子機器。