JP4268145B2 - 異方導電性接着剤 - Google Patents

Description

本発明は、異方導電性接着剤、これを用いた接着フィルム（ＡＣＦ）に関し、もっと詳しくは、絶縁性接着成分に導電性粒子が含まれる異方導電性接着剤とこれを用いた接着フィルムに関するものである。

異方導電性接着剤は絶縁性接着成分中に導電性粒子を分散させた回路接続材料であって、対向する回路を機械的に接着すると共に、回路電極間には導電性粒子が介在されて電気的な接続をなす。絶縁性接着成分としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂などが使用可能であるが、接続信頼性の側面から、主に、熱硬化性樹脂を使用している。

接着成分として熱硬化性樹脂を使用する場合、異方導電性接着剤を被接続部材間に介在させて熱圧着することにより接続がなされるが、十分な接続信頼性や接着強度のために高温で相当な硬化反応進行時間を必要とする。代表的に、エポキシ樹脂系の場合、１４０乃至１８０℃で約２０秒または１８０乃至２１０℃で約１０秒の接続時間を必要とする。

しかし、このような接続条件では、配線の脱落、隣接電極間のショート及び位置のずれが発生するなどの問題がある。さらに、最近精密電子機器分野では回路の高密度化が進行しており、電極幅、電極間隔が非常に狭くなるにつれてこのような問題は深化されている。また、長時間に亘った接続時間は生産効率を低下させ、効率向上のために１０秒以下の接続時間が要求されることになった。

なお、上記の問題点を克服するために、低温での加熱、或いは光硬化によりラジカル重合が生じ、架橋により硬化することを特徴とするラジカル重合性樹脂を使用する接続材料が考案された。しかし、この場合にも重合反応による収縮が大きいため、硬化後に、接続部分に内部応力が蓄積されて剥離されやすい。そのため、電極間隔が狭い場合、接続材料の収縮により電極間隔が縮小され、これによりショートが発生する問題点が依然として存在していた。

本発明は上記のような問題点を考慮して創案されたものであって、本発明が解決しようとする技術的な課題は、異方導電性接着剤を用いた回路接続時、重合または硬化反応中に起きる異方導電性接着剤の収縮を最小化することにより接着剤の剥離または電極の移動によるショート現象を防止し、長期信頼性の優れた異方導電性接着剤を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、上記異方導電性接着剤を用いた接着フィルムを提供することにある。

上記の技術的な課題を解決するために本発明による異方導電性接着剤は、絶縁性接着成分及び上記絶縁性接着成分に分散された多数の導電性粒子から構成され、
前記絶縁性接着成分に、架橋性ゴム状樹脂と、重合開始剤と、ラジカル重合性樹脂と、 が含まれ、
前記架橋性ゴム状樹脂は、架橋し得るゴム状の樹脂であり、かつ、オレフィン樹脂、ブ タジエン樹脂、アクリロニトリルブタジエン共重合体、スチレンブタジエンスチレン共重 合体、イソブチレンイソプレン共重合体ＩＩＲ、ニトリルブタジエンゴム状樹脂、クロロ プレンゴム状樹脂、ビニールブチラル樹脂、或いはシリコンゴム状樹脂からなる群から選 択された１または２以上の成分からなり、
前記重合開始剤として、カルボニル化合物と、硫黄化合物と、アゾ系化合物と、を含む 光重合開始剤の何れか１つ以上が使用され、
前記絶縁性接着成分は、充填材、軟化剤、促進剤、着色剤、難軟化剤、光安定剤、カッ プリング剤、重合禁止剤のうち、少なくとも一つ以上を更に含む、ことを特徴とする。

上記の異方導電性接着剤はフィルム状、ペイスト状、粉体状の形態で使用することができる。

前述したように、本発明の異方導電性接着剤は、回路接続時、重合または硬化反応中に起きる異方導電性接着剤の収縮を最小化することにより接着剤の剥離または電極の移動によるショート現象を防止し、長期信頼性に優れる。

図１は本発明の実施の形態に係る異方導電性接着フィルムの概略的な模式図である。図１に図示されたように、異方導電性接着剤による接着フィルム３０は架橋性ゴム状樹脂を含む絶縁性接着成分４０と導電性粒子５０とから構成されている。

本発明による異方導電性接着剤において、上記架橋性ゴム状樹脂はオレフィン樹脂、ブタジエン樹脂、アクリロニトリルブタジエン共重合体、スチレンブタジエンスチレン共重合体、イソブチレンイソプレン共重合体（ＩＩＲ）、ニトリルブタジエンゴム状樹脂、クロロプレンゴム状樹脂、ビニールブチラル樹脂、或いはシリコンゴム状樹脂からなる群から選択される１または２以上の成分が使用されることができる。ここで、ゴム状樹脂とは、ゴム類似の構造または特性を有する樹脂を意味する。

上記において、オレフィン樹脂として、エチレン樹脂、ブリル系ゴム状樹脂、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）などが望ましい。

本発明による異方導電性接着剤において、上記架橋性ゴム状樹脂は絶縁性接着成分の１００重量部に対して１〜２０重量部であることが望ましい。

もし、上記架橋性ゴム状樹脂成分の含量が２０重量部以上であれば、復元弾性力と硬化密度とがあまりに高く誘発されて接着力が減少する問題点があり、１重量部以下であれば、回路接続時、硬化反応が十分に進行されない問題点がある。

本発明での架橋性ゴム状樹脂は、回路接続時、重合または硬化反応中に起きる異方導電性接着剤の収縮を最小化することにより接着剤の剥離または回路の接着強度の低下を防止し、長期信頼性に優れた異方導電性接着剤を提供する。

本発明の異方導電性接着剤の絶縁性接着成分として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、或いはラジカル重合性樹脂を１種または２種以上混合して使用することができる。

上記において、熱可塑性樹脂としては、スチレンブタジエン樹脂、エチレンビニール樹脂、エステル系樹脂、シリコン樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル系樹脂、アミド系樹脂、アクリレート系樹脂、或いはポリビニールブチラル樹脂などが使用可能である。

上記において、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などが使用されることができ、エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、クレゾルノボラク型エポキシ樹脂、脂肪族ポリエポキシ樹脂、ダイマー酸変性エポキシ樹脂などを使用することができる。

本発明で接着成分に熱硬化性樹脂を含む場合には、常温では不活性であり、加熱溶融後に活性化して熱硬化性樹脂を硬化させる硬化剤を使用する。このような硬化剤としては、イミダゾル変性物（複素環含有アミン誘導体）、二塩基酸ジヒドラジド、ジシアンジアミドなどを使用することができる。上記硬化剤は熱硬化性樹脂の１００重量部に対して１〜２００重量部を使用する。

上記において、ラジカル重合性樹脂はラジカルにより重合する官能基を有する物質であって、単量体またはオリゴマーなどが使用可能であり、単量体とオリゴマーとを併用することも可能である。ラジカル重合性樹脂としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ビスフェノールＡエチレングリコール変性ジアクリレート、イソシアヌル酸エチレングリコール変性ジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチルグリコールジアクリレート、ペンタエリストールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンプロピレングリコールトリアクリレート、トリメチロールプロパンエチレングリコールトリアクリレート、イソシアヌル酸エチレングリコール変性トリアクリレート、ジペンタエリストールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリストールテトラアクリレート、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などのアクリレート系、メタクリレート系、マレイミド化合物、不飽和ポリエステル、アクリル酸、ビニールアセテート、アクリロニトリル、メタトリルロニトリル化合物などが使用されることができる。

本発明で接着成分にラジカル重合性樹脂が含まれる場合、重合開始剤を使用し、ラジカル重合性樹脂を活性化して高分子ネット構造または高分子ＩＰＮ構造を形成する機能を遂行し、このような架橋構造の形成によって絶縁性接着成分が硬化される。重合開始剤としては、過酸化化合物のような熱重合開始剤及び／またはカルボニル化合物、硫黄化合物及びアゾ系化合物のような光重合開始剤を使用することができる。重合開始剤の含量はラジカル重合性樹脂の種類と目的とする回路接着工程の信頼性と作業性などに応じて調節することができ、ラジカル重合性樹脂の１００重量部に対して０．１〜１０重量部であることが望ましい。

また、本発明の異方導電性接着剤の接着成分には必要な場合、充填材、軟化剤、促進剤、着色剤、難軟化剤、光安定剤、カップリング剤、重合禁止剤などが更に添加されることができる。例えば、充填材の添加により、接続信頼性などを向上させることができ、カップリング剤を添加する場合には異方導電性接着剤の接着界面の接着性を改善し、接着強度や耐熱性、耐湿性を向上して接続信頼性を増大させることができる。このようなカップリング剤としては、特に、シランカップリング剤、例えば、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−マーカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシトロピルトリメトキシシランなどがある。

本発明で上記絶縁性接着成分に分散される多数の導電性粒子はニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、亜鉛、クロム、コバルト、銀、金などの金属または金属酸化物、半田、カーボンなど導電性のある粒子自体を使用することができる。また、ガラス、セラミックス、高分子などの核材表面に無電解メッキ法などの薄層形成方法を通じて金属箔層を形成させた粒子、或いは上記導電性粒子自体や核材表面に金属箔層が形成された粒子表面を絶縁性樹脂で被覆した粒子を導電性粒子として使用することができる。

上記において、導電性粒子の径は接続しようとする回路のピッチなどによって異なるが、径が１〜２０μｍであるものを使用することが望ましく、径が２〜１０μｍであるものを使用することがもっと望ましい。

上記において、導電性粒子の含量は上記架橋性ゴム状樹脂が含まれた接着成分の０．１〜５体積％を使用することが望ましい。０．１体積％以下であれば、接続回路間に存在する導電性粒子の量が少ないため、接続信頼性が低下し、５体積％を超えると、微細回路を接続する場合に隣接する電極間にショートが発生しやすい。

以下、本発明の異方導電性接着剤を使用して回路を接続する時の作用について説明する。

図１を参照すると、本発明の異方導電性接着剤には多数の導電性粒子が絶縁性接着成分に分散されている。

まず、前述した異方導電性接着剤を互いに対向する回路電極を備えた上基板１０と下基板２０との間に介在させる（図１）。

続いて、所定の温度と圧力とで加熱加圧すると、絶縁性接着成分が硬化される前に回路電極間は導電性粒子を介して電気的に接続される。

その後、絶縁性接着成分が完全に硬化されて上基板と下基板とが堅固に接着、固定されることにより本発明による異方導電性接着剤により対向する回路電極間が電気的に接続された、信頼性の高い回路接続構造体が形成される（図２）。

以下、本発明を具体的に説明するために、実施例を挙げて詳しく説明する。しかし、本発明による実施例などは種々の異なる形態に変形されることができ、本発明の範囲が下記において記述する実施例などに限定されるものであると解釈されてはいけない。本発明の実施例などは当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

（実施例１）
フェノキシ樹脂（Ｉｎｃｈｅｍ Ｉｎｃ．、商品名ＰＫＨＣ、平均分子量４５，０００）５０ｇをトルエン（沸点１１０．６℃、ＳＰ値８．９０）／アセトン（沸点５６．１℃、ＳＰ値１０．０）が５０／５０の重量比で混合された混合溶剤に溶解させて固形分が４０％である溶液を製造した。次いで、ラジカル重合性樹脂であるエチレングリコール変性ビスフェノールＡジアクリレート（Ｄｏｎｇａ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｃｏ．、商品名Ｍ−２１０）を２５ｇ、重合開始剤であるｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート（Ｎｉｐｐｏｎ ｕｓｈｉ Ｉｎｃ．、商品名パーキュア ＨＯ）を５ｇ、架橋性ゴム状樹脂としてムーニー粘度ＭＬ１＋４＠１００℃：３４であるＥＰＤＭ（Ｋｕｍｈｏｐｏｌｙｃｈｅｍ Ｃｏ．、商品名Ｖｉｓｔａｌｏｎ ５０３Ｋ）を７ｇ添加した。ここに、金属被覆された樹脂粒子（Ｊｅｏｋｓｏｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、商品名Ｍｉｃｒｏｐｅａｒｌ ＡＵ２０５，５．０μｍ）からなった導電性粒子を前記接着成分の３体積％になるように添加した後均一に分散して異方導電性接着剤を製造した。その後、厚さ５０μｍの片面を異形処理したＰＥＴフィルムに塗工装置を使用して異方導電性接着剤を塗布し、７０℃で１０分間熱風乾燥させて接着剤層の厚さが３５μｍである異方導電性接着フィルムを得た。

（実施例２）
架橋性ゴム状樹脂としてＥＰＤＭ（Ｋｕｍｈｏｐｏｌｙｃｈｅｍ Ｃｏ．、商品名ＫＥＰ−３３０、ムーニー粘度ＭＬ１＋４＠１２５℃：２８）ゴム状樹脂を７ｇ添加したことを除いては、実施例１と同一な方法で異方導電性接着フィルムを製造した。

（実施例３）
架橋性ゴム状樹脂としてブチルゴム状樹脂（ＩｎｔｅｒＳｅｒｖｉｃｅ社、商品名ＢＫ−１６７５Ｎ、ムーニー粘度ＭＬ１＋８＠１２５℃：４７−５４）７ｇを添加したことを除いては、実施例１と同一な方法で異方導電性接着フィルムを製造した。

（比較例１）
架橋性ゴム状樹脂を添加しなかったことを除いては、実施例１と同一な方法で異方導電性接着フィルムを製造した。

（比較例２）
架橋性ゴム状樹脂であるＤＰＤＭゴム状樹脂の代わりに、架橋性ゴム状樹脂でないＳＢＲゴム状樹脂（ＳＥＥＴＥＣ社、商品名ＳＢ １５００Ｈ、ムーニー粘度ＭＬ１＋４＠１００℃：５２）を添加したことを除いては、実施例１と同一な方法で異方導電性接着フィルムを製造した。

（比較例３）
架橋性ゴム状樹脂であるＥＰＤＭゴム状樹脂の代わりに、架橋性ゴム状樹脂でないＮＢＲゴム状樹脂（Ｚｅｏｎ社、商品名Ｎ２１Ｌ、ムーニー粘度ＭＬ１＋４＠１００℃：６２．５）を添加したことを除いては、実施例１と同一な方法で異方導電性接着フィルムを製造した。

上記実施例１乃至３及び比較例１乃至３に従って製造した異方導電性接着フィルムを線幅５０μｍ、ピッチ１００μｍ、厚さ１８μｍの銅回路を５００個有する柔軟な回路板（ＦＰＣ）間にそれぞれ介在させ、一方のＦＰＣ上に異方導電性接着フィルムの接着面を付着した後、７０℃、５ｋｇ／ｃｍ^２で５秒間加熱加圧して幅２ｍｍにかけて仮接続させ、ＰＥＴフィルムを剥離して他の一方のＦＰＣと接続することにより回路を接続した。次いで、１６０℃、３０ｋｇ／ｃｍ^２で１０秒間加熱加圧して回路接続構造体を完成した。

このように製造された回路接続構造体を６５℃、相対湿度９５％の条件で１０００時間放置した後に接着強度、接続抵抗を測定し、また、各試片を１００枚ずつ圧着してショート発生率を測定した。その結果を下記の表１に表した。

表１を参照すると、本発明による実施例１乃至３の異方導電性接着剤を使用した回路接続構造体は接着強度、通電抵抗及びショート発生率においてすべて良好であることがわかる。

反面、比較例１乃至３の場合、すべてショート発生が生じ、接着強度及び通電抵抗においても本発明の異方導電性接着剤を使用して回路接続した場合よりも劣悪であることがわかる。

本発明の実施の形態に係る異方導電性接着フィルムの概略的な模式図である。 本発明による異方導電性接着フィルムの両面に柔軟性回路基板と印刷回路基板とが付着されている状態の概略的な模式図である。

符号の説明

１０ 上基板
２０ 下基板
３０ 異方導電性接着フィルム
４０ 絶縁性接着成分
５０ 導電性粒子

Claims (10)

1. 絶縁性接着成分及び該絶縁性接着成分に分散された多数の導電性粒子からなる異方導電性接着剤において、
   前記絶縁性接着成分に、架橋性ゴム状樹脂と、重合開始剤と、ラジカル重合性樹脂と、 が含まれ、
   前記架橋性ゴム状樹脂は、架橋し得るゴム状の樹脂であり、かつ、オレフィン樹脂、ブ タジエン樹脂、アクリロニトリルブタジエン共重合体、スチレンブタジエンスチレン共重 合体、イソブチレンイソプレン共重合体ＩＩＲ、ニトリルブタジエンゴム状樹脂、クロロ プレンゴム状樹脂、ビニールブチラル樹脂、或いはシリコンゴム状樹脂からなる群から選 択された１または２以上の成分からなり、
   前記重合開始剤として、カルボニル化合物と、硫黄化合物と、アゾ系化合物と、を含む 光重合開始剤の何れか１つ以上が使用され、
   前記絶縁性接着成分は、充填材、軟化剤、促進剤、着色剤、難軟化剤、光安定剤、カッ プリング剤、重合禁止剤のうち、少なくとも一つ以上を更に含む、
   ことを特徴とする異方導電性接着剤。
2. 前記導電性粒子の径が２〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
3. 前記導電性粒子の含量は前記架橋性ゴム状樹脂が含まれた前記絶縁性接着成分の０．１〜５体積％を使用することを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
4. 前記オレフィン樹脂はエチレン樹脂、ブリル系ゴム状樹脂、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）であることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
5. 前記架橋性ゴム状樹脂は前記絶縁性接着成分の１００重量部に対して１〜２０重量部の比率で含有されることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
6. 前記ラジカル重合性樹脂はラジカルにより重合する官能基を有する物質であって、単量体またはオリゴマー、或いは単量体とオリゴマーとを併行して使用することを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
7. 前記ラジカル重合性樹脂はメチルアクリレート、エチルアクリレート、ビスフェノールＡエチレングリコール変性ジアクリレート、イソシアヌル酸エチレングリコール変性ジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチルグリコールジアクリレート、ペンタエリストールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンプロピレングリコールトリアクリレート、トリメチロールプロパンエチレングリコールトリアクリレート、イソシアヌル酸エチレングリコール変性トリアクリレート、ジペンタエリストールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリストールテトラアクリレート、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などのアクリレート系、メタクリレート系、マレイミド化合物、不飽和ポリエステル、アクリル酸、ビニールアセテート、アクリロニトリル、メタトリルロニトリル化合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
8. 前記重合開始剤の含量は前記ラジカル重合性樹脂の１００重量部に対して０．１〜１０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
9. 前記カップリング剤は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、γ−マーカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシトロピルトリメトキシシランのうち、少なくとも１つ以上を含むシランカップリング剤が使用されることを特徴とする請求項１に記載の異方導電性接着剤。
10. 該異方導電性接着剤はフィルム形態であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１ 項に記載の異方導電性接着剤。

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