JP4155470B2 - 接続部材を用いた電極の接続法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子部品と回路板、或いは回路板同士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接続部材及びその接続部材を用いた電極の接続構造・接続法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の小形薄型化に伴い、これらに用いる回路は高密度化、高精細化しており、このような電子部品と微細電極との接続は、従来のハンダやゴムコネクタ等では対応が困難であることから、最近では分解能に優れた異方導電性の接着剤や膜状物（以下、接続部材）が多用されている。
この接続部材は、導電粒子等の導電材料を所定量含有した接着剤からなるもので、この接続部材を電子部品と電極や回路との間に設け、加圧又は加熱加圧手段を講じることによって、両者の電極同士が電気的に接続されると共に、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。
上記の接続部材を高分解能化するための基本的な考えは、導電粒子の粒径を隣接電極間の絶縁部分よりも小さくすることで、隣接電極間における絶縁性を確保し、併せて導電粒子の含有量をこの粒子同士が接触しない程度とし、且つ電極上に確実に存在させることにより、接続部分における導通性を得ることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の方法は、導電粒子の粒径を小さくすると、粒子表面積の著しい増加により粒子が二次凝集を起こして連結し、隣接電極間の絶縁性が保持出来なくなり、また、導電粒子の含有量を減少すると、接続すべき電極上の導電粒子の数も減少することから接触点数が不足し、接続電極間での導通が得られなくなるため、長期の接続信頼性を保ちながら接続部材を高分解能化することは困難であった。即ち、近年の著しい高分解能化即ち電極面積や隣接電極間（スペース）の微細化により、電極上の導電粒子が接続時の加圧又は加熱加圧により接着剤と共に隣接電極間に流出し、接続部材の高分解能化の妨げとなっていた。
【０００４】
このとき、接着剤の流出を抑制するために接着剤を高粘度とすると、電極と導電粒子との接触が不十分となり、相対峙する電極の接続が不可能となる。一方、接着剤を低粘度とすると、導電粒子の流出に加えてスペース部に気泡を含み易くし、接続信頼性特に耐湿性が低下してしまう欠点がある。このようなことから、導電粒子含有層と絶縁性接着層とを分離した多層構成の接続部材とし、前者の接続時における粘度を高粘度とし、導電粒子を保持する試みも見られるが、電極と導電粒子との接触が不十分であったり、製法が面倒であったりして、実用化されていない。
【０００５】
また、このような微細電極や回路の接続を可能とし、且つ接続信頼性に優れた接続部材として、面方向の必要部に導電粒子の密集領域を有する接続部材の提案もある。これによれば、半導体チップのようなドット状の微細電極の接続が可能となるものの、導電粒子の密集領域とドット状電極との正確な位置合わせが必要で、作業性に劣る欠点がある。
本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので、導電粒子の電極上からの流出が少なく保持可能であり、また、接続部に気泡を含み難いことから長期の接続信頼性に優れ、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れた、高分解能の接続部材及び該接続部材を用いた電極の接続構造・接続法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも一方が突出した電極を有し、相対峙する電極列間に、導電材料及びバインダからなり、加圧方向に導電性を有する接着層の少なくとも片面に絶縁性の接着層を形成してなる接続部材であって、該絶縁性の接着層と該バインダの成分は反応性樹脂と潜在性硬化剤を含有し、該絶縁性の接着層と該バインダの成分中の潜在性硬化剤の種類又は添加量を変更することにより該絶縁性の接着層と前記バインダの成分との間でＤＳＣピーク温度で示される活性化温度による反応性に差を設けた接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、絶縁性接着層とバインダ成分との高温側の活性化温度以上の温度で加熱加圧することを特徴とする電極の接続法、絶縁性の接着層とバインダ成分との間で、ＤＳＣピーク温度で示される活性化温度に１〜５０℃の差を設けた電極の接続法、相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出し、前記接続部材の導電材料が相対峙する電極間に存在し、且つ絶縁性接着層が突出電極の少なくとも基板側の周囲を覆った電極の接続法に関する。
【０００７】
本発明を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施例を説明する接続部材の断面模式図である。本発明の接続部材は、導電材料及びバインダからなり、加圧方向に導電性を有する導電性接着層１の少なくとも片面に、絶縁性接着層２を形成した多層接続部材である。
図２のように、導電性接着層１の両面に絶縁性接着層２及び２´を形成しても良い。これらの表面には不要な粘着性やごみ等の付着を防止するために、図示しないが剥離可能なセパレータが必要に応じて存在しても良い。
図３は、加圧方向に導電性を有する導電性接着層１を説明する断面模式図である。導電性接着層１は、導電材料３を含有したバインダ４からなる。ここに導電材料３としては、図３（ａ）〜（ｄ）のように、加圧又は加熱加圧手段を講じることでバインダ４の厚み減少によって導電性を得る、即ち、バインダ４の厚み以下の小粒径のものが好ましい。また、図３（ｅ）〜（ｇ）のように、バインダ４の表裏面（図示しないが一方だけでも良い）から突出していても良い。
【０００８】
導電材料３がバインダ４の厚み以下の場合、バインダ４により保持されるので取扱時に導電材料３の脱落防止が可能であり、バインダ４の表面より突出していると、簡単な接触により電極と導通可能となり、導電性が得易い。
バインダ４に対する導電材料３の割合は０．１〜３０体積％程度が、導電異方性が得易く好ましい。また、厚み方向の導電性を得易くするために、バインダ４の厚さは膜形成の可能な範囲で薄い方がよく、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。
導電材料３としては、例えば、図３（ａ）〜（ｅ）の例示のように導電粒子で形成することが、製造が容易で入手し易いことから好ましい。また、導電材料３は、図３（ｆ）のようにバインダ４に貫通口を設け、めっき等で導電体を形成したり、図３（ｇ）のようにワイヤ等の導電繊維状としてもよい。
【０００９】
導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、半田等の金属粒子や炭素粉等があり、また、これら導電粒子を核材とするか、或いは非導電性のガラス、セラミックス或いはプラスチックのような高分子等からなる核材に前記のような材質からなる導電層を被覆形成したものでも良い。更に、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なども適用可能である。粒径は、微小な電極上に１個以上好ましくは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７μｍ以下である。
【００１０】
これら導電粒子の中では、半田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、加熱加圧又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、半田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出来、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、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突き刺さるので、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】
バインダ４は、熱や光により硬化性を示す材料が広く適用出来、接着性を有することが好ましい。これらは接続後の耐熱性や耐湿性に優れることから、硬化性材料の適用が好ましい。中でもエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性が良く、分子構造上接着性に優れる等の特長から好ましく適用できる。
エポキシ系接着剤は、例えば高分子量のエポキシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタン、ポリエステル、アクリルゴム、ＮＢＲ、ナイロン等で変性したエポキシを主成分とし、硬化剤や触媒、カップリング剤、充填剤等を添加してなるものが一般的である。
【００１２】
本発明では、バインダ成分４と絶縁性接着層２との反応性に差を設けることを特徴とする。その望ましい実施態様として前記バインダ成分４の活性化温度を低温とし、即ち、硬化速度を絶縁性接着層２に比べ速硬化とする。或いは前記バインダ成分４の活性化温度を高温とし、硬化速度を絶縁性接着層２に比べ遅い硬化とする。前記のバインダ成分４の活性化温度を低温とし、絶縁性接着層２に比べ速硬化とすることで、電極接続時の加熱加圧で先ず導電材料３が電極と接触し、バインダ４の硬化反応が開始され、次いで硬化反応の進行に伴う増粘により、導電材料３がバインダ成分４で固定される。引き続いて絶縁性接着層２は隣接電極間の１２−１２´を充填し、硬化反応の進行に伴い、両基板を接着固定する。
後者の場合、絶縁性接着層２が先に硬化膜を形成するので気泡が発生し難く、やはり導電材料３がバインダ成分４で固定されて、両層が分離して形成可能である。
【００１３】
バインダ成分４と絶縁性接着層２との反応性に差を設ける方法としては、硬化剤の種類や添加量、粒径等の選択が一般的である。硬化剤としては、接続部材の保存性を維持するために潜在性であることが好ましい。本発明でいう潜在性とは、反応性樹脂（例えばエポキシ樹脂）との共存下で３０℃以下で２か月以上の保存性を有し、加熱下で急速硬化するものを云う。また、本発明の反応性とは、反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存下での活性化温度を示す。活性化温度は、反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存混合試料の３ｍｇをＤＳＣ(ＤifferentialＳcanningＣalorimeter示差走査型熱量計)を用い、１０℃／分で常温（３０℃）から２５０℃まで上昇させたときの発熱量の最大を示すピーク温度とする。
【００１４】
導電性接着層１と絶縁性接着層２との活性化温度の差は１℃以上設けてあれば可能であり、接続時の作業性を考慮して５０℃以下とすべきである。反応性の差を明確にして接続可能とするためには１℃以上が必要であり、好ましい活性化温度の差は５℃以上、より好ましくは１０℃以上である。また、活性化温度の差の上限を５０℃以下とした理由は、温度差が拡大するほど接続時の両層の硬化完了に長時間を要し実用的でないためであり、好ましくは４５℃以下、より好ましくは４０℃以下とすることで、本発明の実施がより確実となる。
本発明の接続部材の製法としては、例えば、導電性接着層１と絶縁性接着層２とをラミネートしたり、積層して順次塗工する等の方法が採用できる。
本発明の接続部材を用いた電極の接続構造及びその製法について、図４〜５により説明する。
【００１５】
図４に、基板１１に形成された突出電極１２と基板１１´の平面電極１３とが本発明の接続部材を介して接続された構造を示す。
即ち、相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出した電極列間の接続構造であって、相対峙する電極間１２−１３間に導電材料３が存在し、且つ、突出電極１２の周囲１４よりも導電材料３の密度が高い状態で存在し、相対峙する電極列間が接続されている。また、絶縁性接着層２が突出電極１２の少なくとも突出する電極の周囲を覆っている。
ここに平面電極１３は、基板１１´面からの凹凸がないか、あっても数μｍ以下と僅かな場合を云う。これらを例示すると、アディティブ法や薄膜法で得られた電極類が代表的である。
【００１６】
図５は、基板１１及び１５に形成された電極が突出電極同士１２及び１２´の場合である。即ち、図２で示した両面に絶縁性接着層２及び２´を有する接続部材を介して接続した構造である。絶縁性接着層２及び２´はそれぞれ突出電極同士１２及び１２´の突出する電極の周囲を覆っており、また、それぞれの基板面１１及び１５と接続している。
図４及び５における基板としては、ポリイミド、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、シリコーン等の半導体、ガラス、セラミックス等の無機物などを例示できる。突出電極は上記したほかに各種回路類や端子類も含むことが出来る。なお、図４及び５で示した各種電極類は、それぞれ任意に組み合わせて適用できる。
本発明の接続部材を用いた電極の接続方法は、接続部材の絶縁性接着層２が突出電極の側となるように配置し、導電性接着層１の活性化温度以上の温度で加熱加圧する。
【００１７】
【実施例】
次に実施例を説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
実施例１
（１）導電性接着層の作製
フィルム形成材としてフェノキシ樹脂(高分子エポキシ樹脂)とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）との比率を２０／８０とし、酢酸エチルの３０％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５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、１１０℃で２０分乾燥して、厚み５μｍの導電性接着層を得た。この接着層の活性化温度は１０８℃であった。
【００１８】
（２）絶縁性接着層の形成及び接続部材の作製
（１）の導電性接着層から導電性粒子を除去し、マイクロカプセル型潜在性硬化剤の被膜厚みを増大し、活性化温度を１１９℃とし、厚み１５μｍのシートを前記の（１）と同様に絶縁性接着層を作製した。先ず、（１）の導電性接着層の面と（２）の接着層の面とをゴムロール間で圧延しながらラミネートした。以上で図１の二層構成の多層接続部材を得た。
（３）接続
ポリイミドフィルム上に高さ１８μｍの銅の回路を有する二層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは１００μｍ、電極幅５０μｍの平行回路の電極）と、厚さ１．１mmのガラス上に厚さ０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）の酸化インジウムの薄膜回路を有する平面電極との接続を行った。
先ず、平面電極側に導電性接着層が来るようにした。前記接続部材を１．５mm幅で載置し、セパレータを剥離した後貼り付けた。この後セパレータを剥離し、他の回路板と上下回路を位置合わせし、１５０℃、２０ｋｇf／mm²、１５秒で接続した。
【００１９】
（４）評価
この接続体の断面を研磨し、顕微鏡で観察したところ、図４相当の接続構造であった。隣接電極間のスペースは気泡混入がなく、粒子が球状であったが、電極上には粒子が圧縮成形され、上下電極と接触保持されていた。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結果、接続抵抗は１Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸Ω以上であり、これらは８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後も殆ど変化がなく、良好な長期信頼性を示した。
本実施例では、平面電極のガラス側の接着力がＦＰＣ側に比べて相対的に低いことから、ガラス側から強制的に剥離したとき綺麗に界面剥離し、その後の清浄化が容易であった。このことは、現在同様な構成で多用されている液晶パネルの接続におけるリペア性の付与に好適である。
【００２０】
実施例２
実施例１の導電性接着層に、更に絶縁性接着層を形成し、図２の三層構成の多層接続部材を得た。実施例１のＦＰＣ同士を同様に接続した。この場合、図５の接続体が得られ、実施例１と同様に良好な接続特性を示した。
実施例３
実施例１の導電性接着層及び絶縁性接着層の硬化剤を入れ替えた。即ち、バインダ成分の活性化温度を高温とし、硬化速度を絶縁性接着層に比べて遅い硬化とした。この場合も実施例１と同様に評価した結果、絶縁性接着層が先に硬化膜を形成するので、やはり導電材料がバインダ成分で固定され、両層が分離して形成可能であった。
【００２１】
実施例４
実施例１と同様であるが、ＦＰＣに代えてＩＣチップ（２×１０mm、高さ０．５mm、四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。ガラス側のＩＴＯ電極を、前記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。
また、導電性シートの導電材料を平均粒径３μｍの導電粒子とし、添加量１体積％、マトリックスの厚み１０μｍのシートとし、図３（ａ）〜（ｂ）相当の構成とした。接続体は図４に相当する構成であるが、良好な接続特性を示した。
本実施例では、バンプがマッシュルーム形で頂部を有していたが、粒子は圧縮変形され、上下電極と接触保持されていた。隣接バンプ間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。導電粒子は、相対峙する電極間距離に応じて粒子の変形度が異なり、部分的にバンプに食い込むものも見られた。
【００２２】
実施例５
実施例２の接続部材と同様であるが、絶縁性接着層の厚みを片側２５μｍ、他の面を５０μｍに形成した。電極は、ＱＦＰ形ＩＣのリード（厚み１００μｍ、ピッチ３００μｍ）であり、ガラガラスエポキシ基板上の銅の厚み３５μｍの端子と接続した。本構成は図５相当であるが、片側に基板のない構成である。
本実施例は、高さの大きな電極同士の接続であるが、電極ずれがなく、良好な接続特性を示した。導電性シート中の導電材料は図示していないが、粒子は圧縮変形され、上下電極と接触保持されていた。隣接電極間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。本実施例では、基板の無い部分もリード高さに沿って接着層が形成され、リードを固定出来た。
【００２３】
実施例６
実施例１の接続部材と同様であるが、導電粒子の表面に絶縁被覆処理を実施した。即ち、平均粒径３μｍの導電粒子の表面をガラス転移点１２７℃のナイロン樹脂で厚み約０．２μｍ被覆し、添加量を１０体積％に増加した。
実施例３と同様に評価したが、良好な接続特性を示した。
本実施例では電極１２上の粒子数が著しく増加した。電極接続部１２−１２´は接続時の熱圧による絶縁層２及びバインダ４の軟化により導通可能であるが、隣接電極列のスペース部は熱圧が少なく、導電材料３の表面が絶縁層２で被覆されたままなので、絶縁性も良好であった。
本構成は、導電材料３のバインダ４に対する濃度を高密度に構成できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の接続部材は、導電性接着層のバインダ成分と絶縁性接着層との反応性に差を設けたことから、導電材料は絶縁性接着層と混ざり難く、電極上からの流出が少ない。導電性接着層の導電材料は全面に均一に分散するので、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れる。従って、高分解能で接続信頼性に優れたものとなる。
本発明の電極の接続構造は、導電材料が相対峙する電極間に存在し、且つ絶縁性接着層が突出電極の少なくとも基板側の周囲を覆っている構造であるので、微細電極の接続において、良好な厚み方向の導電性と面方向の絶縁性とが併せて得られる。
本発明の電極の接続方法は、接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、バインダ成分と絶縁性接着剤との高温側の活性化温度以上の温度で加熱加圧する方法であるので、確実な面方向の絶縁性と強固な機械的接続が得られる。
【００２５】
接着層は、その目的に応じ例えば電極基板の材質に適合した組み合わせが可能なことから、材料の選択肢が拡大し、接続部の気泡減少等により、やはり接続信頼性が向上する。また、一方を溶剤に可溶性又は膨潤性としたり、或いは耐熱性に差を持たせることで、一方の基板面から優先的に剥離可能とし、再接続する所謂リペア性を付与することも可能となる。或いは電極基板の材質に適合した任意の組み合わせとすることも可能であり、電極と導電粒子との接触が得易く、製法も簡単である。また、接着層を接続部の外にはみ出させ、封止材的な作用により補強や防湿効果を得ることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続部材の断面模式図である。
【図２】本発明の接続部材の断面模式図である。
【図３】本発明の接続部材における導電性接着層を示す断面模式図である。
【図４】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示す断面模式図である。
【図５】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１…導電性接着層、２…絶縁性接着層、３…導電材料、４…バインダ、１１…基板、、１１´…基板、１２…突出電極、１３…平面電極、１４…周囲、１５…基板

Claims (3)

1. 少なくとも一方が突出した電極を有し、相対峙する電極列間に、導電材料及びバインダからなり、加圧方向に導電性を有する接着層の少なくとも片面に絶縁性の接着層を形成してなる接続部材であって、該絶縁性の接着層と該バインダの成分は反応性樹脂と潜在性硬化剤を含有し、該絶縁性の接着層と該バインダの成分中の潜在性硬化剤の種類又は添加量を変更することにより該絶縁性の接着層と前記バインダとの間でＤＳＣピーク温度で示される活性化温度による反応性に差を設けた接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、絶縁性接着層とバインダ成分との高温側の活性化温度以上の温度で加熱加圧することを特徴とする電極の接続法。
2. 絶縁性の接着層とバインダ成分との間で、ＤＳＣピーク温度で示される活性化温度に１〜５０℃の差を設けた請求項１記載の電極の接続法。
3. 相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出し、請求項１又は２記載の電極の接続法において、接続部材の導電材料が相対峙する電極間に存在し、且つ絶縁性接着層が突出電極の少なくとも基板側の周囲を覆っていることを特徴とする電極の接続法。

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