JP4032320B2 - 電極の接続方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶パネルや半導体チップ等の実装法に関し、回路基板と電子部品や、回路基板同士とを接着固定すると共に、両者の電極同士を電気的に接続する電極の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の小型薄型化に伴い、これらに用いる回路は高密度、高精細化している。このような電子部品と微細電極の接続は、従来のハンダやゴムコネクタ等では対応が困難なことから、最近では分解能に優れた接着剤や膜状物（以下接続部材と称す）が多用されている。
この接続部材としては、圧力を加えることにより厚み方向のみに導電性の得られる程度の導電粒子を含有してなる異方導電性の接着剤を用いて、両電極間に導電粒子を介在させるようにしたもの（例えば特開昭５５−１０４００７号公報）や、絶縁性の接着剤のみを用いて、両電極の直接接触により導電性を得る（例えば特開昭６０−２６２４３０号公報）ことが知られており、フィルム状やペースト状として実用化されつつある。
これら接続部材の使用法は、接続部材を電子部品と電極や回路との間に介在させ、加圧または加熱加圧手段を構じることによって、両者の電極同士を電気的に接続すると共に、電極に隣接して形成されている電極同士には絶縁性を付与して、電子部品と回路とが接着固定されるものである。このような微細電極の接続レベルは、最近では回路ピッチが５０μｍ以下も検討されており、接続装置の位置合わせ精度も３μｍ以下が実用化の域にある。
上記接続部材の中で、接着剤が熱硬化性の場合、耐熱性が良く接続信頼性が向上する。しかしながら、接着剤の熱硬化反応を促進しかつ生産性を考慮すると、接続条件は、例えば３０秒以内で１５０℃以上が必要なレベルである。最近の電極の微細化により接続時の接続温度による周辺部材の熱影響が大きく、影響低減のために接続温度の低下が要求されている。これは接続温度が高いと基板の熱膨張率の差が大きな場合、回路の位置ずれが発生し、また偏向膜等の周辺部材の劣化や焼損が発生するためである。また、生産性を上げてコストダウンを図るため、接続の短時間化も求められている。これらの対策の一つとして、紫外線等のエネルギー線を用いた低温短時間硬化が試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エネルギー線の代表である光硬化反応を用いる場合、押圧型や基板が光の非透過材料であると、光エネルギーが接続部材に到達できずに適用が不可能とされていた。したがって、ガラス基板等の一部の基板に限定して適用の試みがなされているのが現状である。
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、基板が光の非透過材料であっても適用可能な電極の接続方法に関する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回路基板に設けられた相対峙する電極間に光硬化性と熱反応性の両特性（併用型）を持つ架橋反応性接着剤からなるフィルム状接続部材を介在させ、加圧または加熱加圧手段により両電極の接続を得る方法であって、電極間に介在させる接続部材の幅を少なくとも一方の基材の幅と同等以上として両電極の位置合わせおよび加圧もしくは加熱加圧を行い、電極外にはみ出した接続部材の反応をエネルギー線により進行せしめ、次いで加熱もしくは加熱加圧することを特徴とする電極の接続方法に関する。またこの実施態様として、電極間に介在させる接続部材の幅を少なくとも一方の基材の幅と同等以上とする基材の幅が接続すべき基板重なり部もしくは加圧型の幅であることを特徴とする電極の接続方法に関する。また、基板が光の非透過材料である電極の接続方法に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明を図面を参照しながら説明する。
図１、３、５は、本発明の実施例を説明する電極の接続方法を示す断面模試図である。本発明は、相対峙する電極４、５間に接続部材８を介在させ、加熱加圧により両電極の接続を得る方法であって、両電極４、５の位置合わせおよび加圧を行い、基板外にはみ出したおよび／または予めはみ出して形成した接続部材の架橋反応をエネルギー線により進行せしめる。次いで、加熱もしくは加熱加圧するが、この時には熱以外にも嫌気や湿気硬化等も使用できる。
図２、４は、本発明の一実施例を説明する基板上の電極配置を示す平面模式図である。基板６上の電極４は、図２のようにドット状でも、図４のようにライン状でも適用できる。これらにおいて、電極間に介在させる接続部材の大きさは、少なくとも一方の基板の幅と同等以上であることが、はみ出しを形成しやすいことから本発明の実施に好適である。なお、図３は図４に示すライン状電極のｘ方向の、同じく図５はｙ方向の断面模式図である。
【０００６】
接続装置は、上下動可能な加圧型を兼ねた加熱ヘッド１と、受け台２を有する。本発明においては図１、３および５のように、基板外にはみ出した接続部材の反応をエネルギー線３により進行せしめるので基板の透明性の制限はないが、図５のように受け台２の少なくとも一部は、光の透過が可能な材質例えば、石英やガラスとしたものでもよい。エネルギー線３は、赤外線、紫外線、電子線等がある。エネルギー線３は、必要に応じて照射部を走査するようにしてもよい。また、エネルギー線と併用して、電熱等の他の加熱手段を使用することができる。この場合エネルギー線と併用することで、従来の熱単独に比べ低温処理が可能である。
【０００７】
接続すべき電極４、５は、これを保持する基板６、７に形成されてなるものが一般的である。基板６、７としては、ポリイミドやポリエステル等のプラスチックフィルム、ガラスエポキシ等の複合体、シリコン等の半導体、ガラスやセラミックス等の無機物等を例示できる。電極４、５としては、各種回路類や端子類があり、半導体チップのような電子部品のバンプやパッド類を含むことができる。これらは、それぞれ任意に組み合わせて適用することができる。
【０００８】
接続部材８は、絶縁性接着剤９のみ（図１例示）でも、導電材料１０と絶縁性接着剤９とよりなる（図３、５例示）加圧方向に、導電性を有する異方導電性接着剤でもよい。また、絶縁性接着剤と異方導電性接着剤を積層した機能分離構成でもよい。異方導電性接着剤は含有する導電材料により、電極４、５の凹凸や高さのばらつきに対応し易く好ましい。これらは、フィルム状であると、一定厚みの連続状で得られることから好ましい。
本発明の接続部材８の接着剤は、光硬化性と熱反応性の両特性を持つものが好ましく適用できる。エネルギー線として最も一般的な光硬化性の場合は、熱反応性も合わせて有するが、その主な構成材料は、光硬化性樹脂、光開始剤、および樹脂類の混合物やその他の添加剤よりなるものが代表的である。
【０００９】
光硬化性樹脂としては、エポキシアクリレートオリゴマ等の光重合性オリゴマ類や、トリメチロールプロパントリアクリレート等の光重合性多官能アクリレートモノマ類等に代表される光重合性の樹脂類がある。
光開始剤としては、ベンゾインエチルエーテル等のベンゾインエーテル、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のベンジルケタール類、ベンゾフェノン、アセトフェノン等のケトン類や、これらの誘導体、チオキサントン類、ビイミダゾール類等があり、これらの光開始剤に必要に応じてアミン類、イオウ化合物、リン化合物等の増感剤を任意の割合で添加できる。この際、用いる光源の波長や所望の硬化特性等に応じて選択する。硬化に用いる光は、紫外線の場合、水銀ランプ、メタルハライドランプ等で発生することができる。
また樹脂類としては、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはフェノキシ樹脂やエラストマ等と混合して用いることができる。さらに、光硬化性に加えて熱反応性硬化剤を加える場合は、芳香族ポリアミン類やマイクロカプセル等の潜在性硬化剤類を混合することも可能である。これらの樹脂類は、フィルム形成剤や耐熱性、弾性率、流動性等の調整に有効である。添加剤としては、カップリング剤等の界面強化剤、老化防止剤や安定化剤等がある。
【００１０】
接続部材８の導電材料１０としては、加圧または加熱加圧手段を構じることで、接着剤の厚み減少によって導電性を得る、すなわち接着剤の厚み以下の小粒径のものが、接着剤により保持されるので取扱時に導電材料の脱落防止が可能で好ましい。これはまた、接着剤の厚みに対して一層程度で存在できると、本発明の第１次接続のような甘い接続条件下でも、導電性が得やすいので好ましい。
接着剤に対する導電材料の割合は、２０体積％以下が、導電異方性が得やすく好ましい。また、厚み方向の導電性を得易くするため、接続部材の厚さは、膜形成の可能な範囲で薄い方が好ましく、３０μｍ以下より好ましくは２０μｍ以下である。導電材料である導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン等があり、またこれら導電粒子を核材とするか、あるいは非導電性のガラス、セラミックス、プラスチック等の高分子等からなる核材に、前記したような材質からなる導電層を被覆形成したものでもよい。さらに、導電材料を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子と絶縁粒子の併用等も適用可能である。粒径の上限は、微小な電極上に１個以上、好ましくは５個以上と多くの粒子数を確保するには小粒径粒子が好適であり、１５μｍ以下、より好ましくは８μｍ以下である。粒径の上限は、粒子の凝集性や、電極面の凹凸に対応可能とするために０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上である。これら導電粒子の中では、はんだ等の熱溶融金属や、プラスチック等の高分子核材に導電層を形成したものが、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、積層時に回路との接触面積が増加し、信頼性が向上するので好ましい。特に高分子類を核とした場合、はんだのように融点を示さないので軟化の状態を接続温度で広く制御でき、電極の厚みや平坦性のばらつきに対応し易い接続部材が得られるので特に好ましい。
また、例えばＮｉやＷ等の硬質金属粒子や、表面に多数の突起を有する粒子の場合、導電粒子が電極や配線パターンに食込むので、酸化膜や汚染層の存在する場合にも、低い接続抵抗が得られ、信頼性が向上するので好ましい。
【００１１】
これら導電粒子は、粒径の分布が少ない均一粒径の球状粒子が好ましい。粒径の分布が少ないと、電極接続時の加圧により電極間で保持されて流出が少ない。粒径の分布幅としては、電極表面の凹凸を考慮して、最大粒径の１／２以下とすることが好ましい。例えば、高分子核材に導電層を被覆形成した変形性粒子の場合、中心径±０．２μｍ以内といった高精度の粒子もあり、特に好ましく適用できる。また、硬質金属粒子の場合、電極に突き刺さるので粒径の分布幅は、最大粒径の１／２以下と比較的広くても良い。
導電粒子１０と絶縁粒子を併用することも可能である。絶縁粒子を併用した場合、隣接電極との絶縁性の向上や、接続電極のギャップ調節の作用がある。ギャップ調節の場合、好ましくは、絶縁粒子の粒径を変形性の導電粒子より小さくし、導電粒子に比べ硬質とすると良好な結果が期待できる。
絶縁粒子１１としては、ガラス、シリカ、セラミックス等の無機物や、ポリスチレン、エポキシ、ベンゾグアナミン等の有機物があり、これらはまた、球状、繊維状等の形状でも良い。これらは、単独または複合して用いることができる。
【００１２】
本発明によれば、両電極の位置合わせおよび加圧により両電極が仮接続され、その状態でエネルギー線により接続部材の基板外にはみ出した接続部材の反応を進行せしめ、第１次接続を得た後、次いで加熱もしくは加熱加圧（第２次接続）を行い反応を完結する。
したがって、基板が光の非透過材料であっても、エネルギー線による光硬化材料の適用が可能となる。第１次接続の反応の進行は、反応率や粘度の上昇の他、両電極の仮固定が可能な状態に達することを目安にできる。
光硬化材料が適用できるので、接続温度の低温化や短時間化が可能となる。接続温度の低温化や接続工程を２段階に分割することで、電極のずれがなく高精度の位置合わせが可能である。
加えて第１次接続は、はみ出し部の硬化のみであるためリペア性に優れる。
また、好ましく実施態様として、電極間に介在させた接続部材の大きさが、少なくとも一方の基板の幅と同等以上とすることで、はみ出した接続部材と合わせてはみ出し接続部材の形成が容易となり、反応が有効に進行できるので本発明に好適である。
第２次接続では、従来に比べ低温反応が可能であり、加えてはみ出し部の硬化により接続部の一部好ましくは周辺が固定されているので、回路ずれが極めて少なくなる。また、両電極および／または導電材料の加圧接触により、第１次接続において両電極の導通が得られるので、この状態で導通等の電気的検査を行い、不良が見つかれば剥離して再度接続（リペア）をやり直してもよい。この場合、接着剤の反応が不十分な状態で行えるので、不良部の剥離や洗浄が極めて簡単に行える利点がある。電気的検査は接着剤の増粘による凝集力で無加圧でも可能であるが、必要により加圧を併用できる。
【００１３】
【実施例】
以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
実施例１
（１）接続部材
フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、商品名ＰＫＨＡ）４０ｇをトルエン／酢酸エチル＝１／１の混合溶媒に溶解して、４０重量％溶液を得た。光硬化樹脂は、エポキシアクリルオリゴマおよびアクリレートモノマを３／１の重量比で用い、光開始剤はベンゾフェノン、増感剤ミヒラーケトンを５／１の重量比で用いた。固形分重量比でフェノキシ樹脂５０、光硬化樹脂５０、光開始剤５、増感剤１、ビニルシランカップリング剤５のトルエン／酢酸エチルの７０％溶液を得た。この溶液に、粒径５±０．２μｍのポリスチレン系粒子にＮｉ／Ａｕの厚さ０．２／０．０２μｍの金属被覆を形成した導電性粒子を３体積％添加し、混合分散した。この分散液をセパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、７０℃、２０分乾燥し厚み１５μｍの異方導電性のフィルム状接続部材を得た。
（２）接続回路
ガラスエポキシ基板上に、高さ１８μｍの銅の回路を有する印刷回路板（ＰＷＢ）と、ポリイミド２層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは１００μｍ、電極幅４０μｍの平行回路の電極）の接続を行った。まず、ＰＷＢ側に前記接続部材を１．５ｍｍ幅で裁置し、セパレータを剥離した後、接続部材幅の中央にＦＰＣを重なり幅１．０ｍｍで貼り付け、他の回路板と上下回路を位置合わせした。すなわち基板重なり部から０．２５ｍｍ接続部材が大きな形で形成した。
【００１４】
（３）接続
第１次接続として、図１のような接続装置（加熱ヘッド幅１．０ｍｍ）により、室温で５ｋｇｆ／ｍｍ² 、５秒で加圧しながら、エネルギー線として紫外線を接続部材のはみ出し部に照射（１．５Ｊ／ｃｍ² ）した。接続部の異方導電フィルムの温度は８０℃以下であった。
第２次接続は第１次接続品を１００℃恒温槽中で１０分加熱した。
（４）評価
両電極を顕微鏡下で透視し、電極間の最大ずれ量を測定したところ、５μｍ以下であり殆どずれがなかった。相対峙する電極間を接続抵抗、隣接する電極間を絶縁抵抗として評価したところ、接続抵抗は０．２Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸ Ω以上であり、これらは８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後の耐湿信頼性も変化が殆どなく、良好な長期信頼性を示した。
本実施例では、押し圧型や基板が光の非透過材料であるにもかかわらず、基板重なり部から０．２５ｍｍはみ出して形成した接続部材を紫外線で優先的に硬化させ、接続工程を１００℃の工程で接続できた。評価結果も従来の熱硬化型の場合と同様に高信頼性であった。低温硬化が可能なため電極のずれがなく、高精度の位置合わせが可能で、さらに接続部に気泡を含み難いことから長期接続信頼性に優れた接続が可能であった。
【００１５】
比較例１
実施例１と同様であるが、紫外線照射工程を設けずに、いきなり１７０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ² 、１５秒で接続（反応率８２％）した。電極間の最大ずれ量を測定したところ２０μｍであり、ずれが大きいために電極間スペースが減少し絶縁性がなくなった。本接続部材は、紫外線等の光と熱硬化性とを合わせて持つので、本例のような接続が可能である。
【００１６】
実施例２
実施例１と同様であるが、第１次接続として８０℃で５ｋｇｆ／ｍｍ² 、５秒で加圧した。加熱加圧により接続部材のはみ出し量が増加し、基板重なり部から０．４ｍｍ接続部材が大きな形であった。第２次接続は第１次接続品を８０℃で５ｋｇｆ／ｍｍ² のオートクレープで１０分間加熱した。
この場合の電極間の最大ずれ量を測定したところ５μｍ以下であり、殆どずれがなかった。本実施例では、第１および第２次接続共に加熱加圧としたが、接続抵抗、絶縁抵抗、長期信頼性共に良好であった。
【００１７】
実施例３
実施例１と同様であるがＦＰＣに変えて、ＩＣチップ（１０×１０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、４辺周囲にバンプと呼ばれる５０μｍ角、高さ２０μｍの金電極が２００個形成）を用いた。またＰＷＢ側のＣｕ電極を、前期ＩＣチップのバンプ電極のサイズに対応するように変更した。
まず、ＰＷＢ側に前記接続部材を１２．０ｍｍ幅で裁置しセパレータを剥離した後、接続部材幅の中央にＩＣチップを電極の位置合わせを行い、接続部材の有する室温粘着性により貼り付けた。この場合ＩＣチップ各辺より１．０ｍｍ接続部材が大きな形で形成した。この場合の最大ずれ量を測定したところ、３μｍ以下であり殆どずれがなく、良好であった。
【００１８】
実施例４および比較例２
実施例１および比較例１と同様であるが、第１次の接続工程の紫外線照射後に、通電検査を行った後でＦＰＣを剥離したところ、極めて簡単に剥離できた。その部分をアセトンで軽く洗浄し再接続したところ、良好な接続を得た（実施例４）。一方、比較例１の接続体は剥離が困難であり、剥離部に残った接着剤はアセトンで除去しにくく、再接続後の接続抵抗も比較例１に比べ高かった（比較例２）。
【００１９】
実施例５および比較例３
実施例３の接続で、実施例４および比較例２と同様な工程を行った。実施例５は、紫外線照射後に通電検査を行った後で、ＩＣチップを剥離したところ、極めて簡単に剥離できた。その部分をアセトンで軽く洗浄し再接続したところ、良好な接続を得た。一方、比較例３の接続体は、いきなり１７０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で接続したため剥離が困難であり、強引に治具で剥がそうとしたらＩＣチップが破壊してしまった。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、押し圧型や基板が光の非透過材料であるにもかかわらず、はみ出して形成した接続部材をエネルギ−線で優先的に硬化させ、次いで加熱もしくは加熱加圧を行うことで、低温硬化が可能で電極のずれがなく、高精度の位置合わせが可能で、さらに接続部に気泡を含み難いことから、長期接続信頼性に優れた接続が可能であった。また、接着剤架橋度の低い状態で電気検査を行えるので、リペアが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する電極の接続方法を示す断面模試図。
【図２】本発明の一実施例を説明する基板上の電極配置を示す平面模式図。
【図３】本発明の別の実施例を説明する電極の接続方法を示すもので図４に示すライン状電極のｘ方向の断面模式図。
【図４】本発明の一実施例を説明する基板上の電極配置を示す平面模式図。
【図５】本発明の別の実施例を説明する電極の接続方法を示すもので図４に示すライン状電極のｙ方向の断面模式図。
【符号の説明】
１ 加熱ヘッド ２ 受け台
３ エネルギー線 ４ 電極
５ 電極 ６ 基板
７ 基板 ８ 接続部材
９ 絶縁性接着剤 １０ 導電材料

Claims (3)

1. 回路基板に設けられた相対峙する電極間に光硬化性と熱反応性の両特性（併用型）を持つ架橋反応性接着剤からなるフィルム状接続部材を介在させ、加圧または加熱加圧手段により両電極の接続を得る方法であって、電極間に介在させる接続部材の幅を少なくとも一方の基材の幅と同等以上として両電極の位置合わせおよび加圧もしくは加熱加圧を行い、電極外にはみ出した接続部材の反応をエネルギー線により進行せしめ、次いで加熱もしくは加熱加圧することを特徴とする電極の接続方法。
2. 請求項１において、基材の幅が接続すべき基板重なり部もしくは加圧型の幅であることを特徴とする電極の接続方法。
3. 請求項１または請求項２において、基板が光の非透過材料である電極の接続方法。

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