JP4394547B2

JP4394547B2 - 異方性導電膜を用いた接続方法

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Publication number: JP4394547B2
Application number: JP2004265876A
Authority: JP
Inventors: 博之熊倉; 尚安藤; 幸男山田; 保博須賀
Original assignee: Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2025-01-06
Also published as: JP2005026234A

Description

本発明は、フレキシブルプリント基板の端子や、いわゆるＴＡＢ型の端子等の電気的、機械的接続に用いられる異方性導電膜を用いた接続方法に関する。

各種電子機器におけるフレキシブルプリント基板の端子や、液晶表示装置におけるＴＡＢ型の端子と液晶パネルのガラス基板上に形成されたＩＴＯ膜よりなる端子等を電気的、機械的に接続する場合においては、異方性導電膜が多用されている。

上記異方性導電膜は、例えばウレタン，ポリエステル，クロロプレン等の熱可塑性のホットメルト樹脂或いはエポキシ等の熱硬化性樹脂等よりなる絶縁性接着剤中に、ニッケル，金，半田等の金属粒子或いはスチレン樹脂等よりなる粒子表面をニッケル−金等の導電層により被覆した粒子等の導通のための導電用粒子が分散されたものであり、使用上の便宜さから熱硬化性樹脂を用いたものが主流となりつつある。

このような熱硬化性樹脂を用いた異方性導電膜を使用して液晶表示装置のＴＡＢ型の端子とＩＴＯ膜よりなる端子の接続を行う場合には、上記端子間に異方性導電膜を挟むようにして配し、これを加熱するとともに、ＴＡＢ型の端子の配される基板とＩＴＯ膜よりなる端子の配されるガラス基板を圧接させる。

すると、異方性導電膜内の導電用粒子が端子間に潰されるような形で挟み込まれ、端子間の接続が行われ、導通がなされることとなる。

また、異方性導電膜の絶縁性接着剤は熱硬化を開始し、端子間の導通を保った状態で固化し、ＴＡＢ型の端子とＩＴＯ膜よりなる端子間を電気的、機械的に接続する。

ところで、近年、液晶表示装置の軽量化、薄型化が進められており、基板としてガラス基板の代わりにポリエチレンテレフタレートやポリエーテルスルホン等の樹脂のフィルムよりなる基板を使用した液晶パネルが実用化されつつある。

上述のような樹脂のフィルムよりなる基板は当然のことながら、ガラス基板よりも耐熱性が低い。そこで、上記のような異方性導電膜においては、樹脂のフィルムよりなる基板を使用した液晶パネルに対応できるような従来よりも低温で硬化を開始するものが要求されている。

また、上述のように、液晶表示装置のＴＡＢ型の端子と液晶パネルのＩＴＯ膜よりなる端子を異方性導電膜により電気的、機械的に接続する際には、多数の箇所において接続をとる必要があるため、接続時の端子の位置ずれは接続不良を引き起こし、製造不良の要因となる。従って、上記異方性導電膜においては、ＴＡＢ型端子とＩＴＯ膜よりなる端子の接続後にこれらを剥して再度位置合わせを行える程度に硬化し、リペアー性が高いことが望まれている。

しかしながら、従来の異方性導電膜においては、加熱により硬化が急速に進み、接続後に剥すことは困難で、リペアー性が低い。また、加熱温度を低く設定すると、硬化の進みが遅すぎて確実な接続を行うことが困難である。

そこで本発明は、従来の実情に鑑みて提案されたものであり、比較的低温で硬化を開始し、確実な接続を行うことができ、且つリペアー性も高い異方性導電膜を用いた接続方法を提供することを目的とする。

上述のような目的を達成するために提案される本発明に係る接続方法は、端子間を絶縁性接着剤中に導電性粒子を含有する異方性導電膜を用いて電気的な接続を行う接続方法において、上記異方性導電膜は、熱硬化性の絶縁性接着剤と、硬化剤成分及び樹脂成分を含む潜在性硬化剤とを含有し、上記絶縁性接着剤中に少なくとも導電性粒子が分散されてなり、上記異方性導電膜を１４０℃、４０ｋｇｆ／ｃｍ^２で２０秒間加熱加圧した直後のＤＳＣ反応率が４０％以上４７％未満であり、加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときのＤＳＣ反応率が６３％以上７５％未満であるものである。

以上の説明からも明らかなように、本発明は、絶縁性接着剤中に導電性粒子が分散されてなる異方性導電膜の加熱加圧直後のＤＳＣ反応率が４０％以上４７％未満であることから、加熱加圧により急激に硬化することはなく、加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときのＤＳＣ反応率が６３％以上７５％未満であり、硬化は加熱終了後に除々に進むこととなる。従って、これを用いて端子間等の接続を行う接続方法は、加熱加圧して接続した後に剥離することができ、リペアー性が高い。また、硬化が十分になされることから端子間が確実に接続される。

まず、本発明方法に用いられる異方性導電膜を説明する。この異方性導電膜の特性を示すと、加熱加圧後に常温（２５℃）中に放置した時間とこのときのＤＳＣ反応率の関係は、図１に示すようになる。なお、上記ＤＳＣ反応率の詳細については後で説明するが、反応率の数値はそのまま樹脂の硬化の度合いを示している。

本発明に用いられる異方性導電膜においては、図１中に示すように、放置時間が零の時点（加熱加圧直後）ではＤＳＣ反応率があまり高くなく（６０％未満）、放置時間が２４時間の時点でＤＳＣ反応率が６０％を越え、その後はＤＳＣ反応率が７０％前後まで徐々に高まっている。すなわち、本発明の異方性導電膜は、上述のように加熱によって重合反応による硬化を開始させた後、加熱を停止しても硬化が除々に進む、起爆反応性を有している。

上記ＤＳＣ反応率は、以下に示すようにして測定される。すなわち、先ず、試料Ａとして未硬化の絶縁性接着剤、試料Ｂとして絶縁性接着剤のフィルムを加熱加圧したもの、試料Ｃとして絶縁性接着剤のフィルムを試料Ｂと同一条件下で加熱加圧した後に２５℃にて２４時間放置したものを用意し、各試料１０ｍｇを測定セルにそれぞれ精秤する。

そして、これらをそれぞれ示差走差熱量計ＤＳＣ２００（機種名、セイコー電子工業社製）により、３０℃から２３０℃まで昇温速度１０℃／分で昇温させた場合の発熱ピーク面積から各試料の発熱量を求める。なお、各試料の発熱量を便宜上、Ａ〜Ｃとする。次に、これらＡ〜Ｃを用いて、加熱加圧直後のＤＳＣ反応率Ｒ_１（％）を下記式１により求め、加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときの反応率Ｒ_２（％）を下記式２により求める。

Ｒ_１（％）＝（１−Ｂ／Ａ）×１００・・・（式１）
Ｒ_２（％）＝（１−Ｃ／Ａ）×１００・・・（式２）
すなわち、試料ＡのＤＳＣチャートが図２で示すものであり、試料ＢのＤＳＣチャートが図３で示すものであり、試料ＣのＤＳＣチャートが図４で示すものであった場合、発熱量Ａ，Ｂ，Ｃの絶対値は各図中に示すようにそれぞれ２３３．７ｍＪ／ｍｇ，１４８．５ｍＪ／ｍｇ，８２．０ｍＪ／ｍｇとなる。従って、これらを上記式１及び式２に代入すれば、上記反応率Ｒ_１は３６．５％、反応率Ｒ_２は６４．９％と求められる。

なお、上記起爆反応性は、異方性導電膜中に潜在性硬化剤を添加し、これに加熱を行って硬化剤を活性化することにより得ることができ、本発明の異方性導電膜においては、潜在性硬化剤を含むようにして起爆反応性を付与してもよい。

さらに、本発明に用いられる異方性導電膜においては、絶縁性接着剤１００重量部に対して潜在性硬化剤の硬化剤成分が５〜４５重量部配合されていることが好ましい。

本発明に用いられる異方性導電膜においては、熱硬化性の絶縁性接着剤として、従来の異方性導電膜において使用されているエポキシ樹脂等が使用可能であり、上記エポキシ樹脂としては、ＢＰＡ型エポキシ樹脂，ＢＰＦ型エポキシ樹脂，ノボラック型エポキシ樹脂や、ゴム，ウレタン等の各種変成エポキシ樹脂等が例示され、これらを単独で用いても２種以上を混合して用いても良い。

また、導電性粒子としては、電気的に良好な導体であるものであれば使用でき、例えば、銅，銀，ニッケル等の金属粉末や樹脂よりなる粒子を上記金属により被覆したものが挙げられる。

さらに、潜在性硬化剤としては一般的に使用されているマイクロカプセル化等により表面が不活性化されており、硬化剤が露出後に活性となるものが使用可能であるが、特に、イミダゾール系の潜在性硬化剤が好ましい。

さらにまた、本発明に用いられる異方性導電膜においては、必要に応じて溶剤，硬化促進剤，接着付与剤等の各種添加剤を添加することも可能である。

本発明に用いられる異方性導電膜においては、加熱加圧直後のＤＳＣ反応率が６０％未満であることから、加熱加圧により急激に硬化することはなく、また加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときのＤＳＣ反応率が６０％以上であり、硬化は加熱終了後に除々に進むこととなる。従って、これを用いて端子間等の接続を行った場合、加熱加圧して接続した後に剥離することができ、リペアー性が高い。また、硬化が十分になされることから端子間が確実に接続される。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について実験結果に基づいて説明する。本実験例においては、絶縁性接着剤と潜在性硬化剤の種類及び分量を変えて異方性導電膜を製造し、これらの加熱加圧直後のＤＳＣ反応率及び加熱加圧後に常温中で２４時間放置した後のＤＳＣ反応率、異方性導電膜の保存安定性、これらを用いて端子間の接続を行った場合の導通信頼性，ピール強度，リペアー性について調査した。

先ず、異方性導電膜の製造を行った。絶縁性接着剤としてエポキシ当量が２０００〜４０００のＢＰＡ型エポキシ樹脂（ＥＰ１００９：商品名、油化シェルエポキシ社製）とエポキシ当量が１８０〜２００のＢＰＡ型エポキシ樹脂（ＥＰ８２８：商品名、油化シェルエポキシ社製）とを用意した。なお、前者の樹脂を樹脂Ａ、後者の樹脂を樹脂Ｂと称する。

一方、潜在性硬化剤としては、イミダゾール系の潜在性硬化剤であり、表面処理されてマイクロカプセル化されたノバキュアＨＸ３７４１（商品名、旭化成社製、以下硬化剤ａと称する。）及びノバキュアＨＸ３９２１ＨＰ（商品名、旭化成社製、以下硬化剤ｂと称する。）、アミキュアＰＮ−２３（商品名：味の素社製、以下硬化剤ｃと称する。）、ＡＣＲハードナーＨ−３６１５（商品名：ＡＣＲ社製、以下硬化剤ｄと称する。）を用意した。また、比較のために硬化剤としてイミダゾール系硬化剤であるキュアゾール２Ｅ４ＭＺ（商品名：四国化成社製、以下硬化剤ｅと称する。）を用意した。なお、潜在性硬化剤ａ，ｂは硬化剤成分と樹脂Ｂ成分が１：２の割合で配合されているものである。

そして、これら樹脂及び潜在性硬化剤，硬化剤を表１に示すような分量で混合し実施例１〜４及び比較例１〜５を用意した。さらに、表１中には実施例１〜４及び比較例１〜５における樹脂成分量と硬化剤成分量も併せて示す。なお、表１中の数値の単位はそれぞれ重量部である。

続いて、上記実施例１〜４及び比較例１〜５のそれぞれとトルエンを混合して固形分７０ｗｔ％に調整し、これらに粒径５〜１０μｍの導電用粒子を５ｗｔ％の割合で混合し、これらを厚さ２５μｍに調整して異方性導電膜を製造した。なお、便宜上、実施例１〜４及び比較例１〜５を用いた異方性導電膜をそれぞれ実施例１〜４及び比較例１〜５と称する。

次に、上記実施例１〜４及び比較例１〜５の異方性導電膜を用い、ＴＡＢ型端子とガラス基板上に形成されたＩＴＯ膜よりなるピッチ０．２ｍｍの端子間の接続を行った。なお、上記接続は１４０℃に加熱し、４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の強さで２０秒間圧着して行った。

また、上記実施例１〜４及び比較例１〜５の異方性導電膜の加熱加圧が終了したときのＤＳＣ反応率と加熱加圧後に常温で２４時間放置した後のＤＳＣ反応率を測定した。なお、上記加熱加圧は１４０℃で４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を加えて２０秒間行い、放置は２５℃の常温下で行うものとし、ＤＳＣ反応率の測定は前述の測定方法により行った。

次に、上記実施例１〜４及び比較例１〜５の異方性導電膜の保存安定性について調査した。この種の異方性導電膜においては、一般に常温下で３ヶ月保存可能であるという程度の保存安定性が求められることから、各異方性導電膜を２５℃の温度下で３ヶ月保存した場合の安定性について調査し、十分な安定性を有し、初期と同じ特性の得られるものを○、安定性が不十分であるものを×として評価した。

さらに、実施例１〜４及び比較例１〜５の異方性導電膜を用いて接続したＴＡＢ型端子とＩＴＯ膜よりなる端子間の導通信頼性，ピール強度，リペアー性を測定した。

上記導通信頼性は、隣接するＴＡＢ型端子間の導通特性の変化を測定して調査した。すなわち、端子間を接続した直後に隣接するＴＡＢ型端子間の導通特性（抵抗）を測定し、また、１００℃の環境下で１０００時間放置した後の抵抗を測定した。そして、この種の異方性導電膜を使用して端子間の接続を行った場合、接続直後の抵抗として５０Ω以下が求められることから、接続直後の抵抗が５０Ω以下であり、放置後の抵抗が接続直後の抵抗の３倍以下であるるものを○、それ以外を×として評価した。

上記ピール強度は、接続後、常温中にて１２時間放置したもののＴＡＢ端子をガラス基板から引張速度５０ｍｍ／分で直角方向で剥したときの強度を測定し、この種の異方性導電膜を使用して端子間の接続を行った場合には５００ｇｆ／ｃｍのピール強度が必要とされることから、ピール強度が５００ｇｆ／ｃｍ以上のものを○、５００ｇｆ／ｃｍ未満のものを×として評価した。

上記リペアー性は、接続後に常温中にて１２時間放置したもののＴＡＢ端子をガラス基板から剥した後に、ガラス基板上に残存する異方性導電膜をアセトンを十分に染み込ませた綿棒で１００往復擦って調査し、残存する異方性導電膜が剥がれたものを○、剥がれなかったものを×として評価した。

上述の各特性の結果を表２に示す。なお、ピール強度についてはピール強度の数値も併せて示す。

表２からわかるように、加熱加圧が終了したときのＤＳＣ反応率が６０％未満で、加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときのＤＳＣ反応率が６０％以上であり、絶縁性接着剤１００重量部に対して潜在性硬化剤の硬化剤成分が５〜４５重量部配合されている実施例１〜４の異方性導電膜においては、各特性とも良好な結果が得られ、これらの異方性導電膜においては、比較的低温で硬化を開始し、確実な接続を行うことができ、且つリペアー性も高いことが確認された。

一方、比較例１においては、樹脂成分量に対して硬化剤成分量が少ないために硬化が十分になされず、ピール強度が低くなってしまった。

また、比較例２においては、加熱加圧直後のＤＳＣ反応率が６０％以上であり、リペアー性が良好ではなかった。

さらに、比較例３，４においては、加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときのＤＳＣ反応率が６０％未満であり、硬化が十分になされておらず、ピール強度が低くなってしまった。

さらにまた、比較例５においては、硬化剤として潜在性硬化剤ではなく、通常の硬化剤を使用しており、加熱加圧直後、急速に硬化が進むため、リペアー性が良好ではなかった。

放置時間とＤＳＣ反応率の関係を示す特性図である。試料ＡのＤＳＣチャートを示す特性図である。試料ＢのＤＳＣチャートを示す特性図である。試料ＣのＤＳＣチャートを示す特性図である。

Claims

端子間を絶縁性接着剤中に導電性粒子を含有する異方性導電膜を用いて電気的な接続を行う接続方法において、
上記異方性導電膜は、熱硬化性の絶縁性接着剤と、硬化剤成分及び樹脂成分を含む潜在性硬化剤とを含有し、上記絶縁性接着剤中に少なくとも導電性粒子が分散されてなり、上記異方性導電膜を１４０℃、４０ｋｇｆ／ｃｍ^２で２０秒間加熱加圧した直後のＤＳＣ反応率が４０％以上４７％未満であり、加熱加圧後、常温中に２４時間放置したときのＤＳＣ反応率が６３％以上７５％未満である接続方法。
上記絶縁性接着剤は、エポキシ当量が２０００〜４０００のＢＰＡ型エポキシ樹脂であり、上記潜在性硬化剤の樹脂成分は、エポキシ当量１８０〜２００のＢＰＡ型エポキシ樹脂である請求項１記載の接続方法。
上記絶縁性接着剤の樹脂成分量と上記潜在性硬化剤の樹脂成分量との総量１００重量部に対して上記潜在性硬化剤の硬化剤成分が２０〜４０重量部配合されている請求項１記載の接続方法。