JP4703306B2 - 導電粒子の連結構造体 - Google Patents
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Description
この分野では、回路接続部の信頼性を考慮して、接着剤として、エポキシ系などの熱硬化性接着剤が使用されている。これら接着剤での接続後、電気的な接続不良や回路、電気部品の不良が起こると、回路間を剥がした後、溶剤などで接着剤を除去して、再利用されることが一般的に行われ、接着剤には、高い信頼性を維持したままで、簡便に再利用できること、即ち、リペア性が求められている。これに対し、接着剤組成物中にアクリルポリマー等の熱可塑性樹脂を配合する試みが成されている(特許文献4)。
これに対し、導電粒子が樹脂で連結されている導電粒子密集域を、接続すべき電極の中心点と一致する様に配置した接続部材が検討されている(特許文献6)。
上記課題を解決するために本出願以前に行われた上記開示の技術では、例えば、特許文献4では、接着剤組成物中にアクリルポリマーを配合するため、リペア性を発現するには多量のアクリルポリマーが必要である上、接着剤全体にアクリルポリマーが存在することとなり、信頼性の低下を招く場合があり、特許文献6では、リペア性を向上する効果に乏しい上に、接続時に導電粒子の密集域全体が流動してしまう恐れがあり、その場合、折角電極パターンにあわせて配置した導電粒子の密集域が電極位置とは異なる場所で接続され、接続信頼性が確保できず、更に、接続すべき電極パターンにあわせて、接続部材も準備する必要があり、在庫管理の観点からも改良が求められる等、満足の行くものが得られていなかった。
即ち、本発明は、下記の通りである。
(1)剥離可能な基材上に、複数の導電粒子が相互に隔てられて配置され、個々の導電粒子が平均2個以上の他の導電粒子とそれぞれアクリルポリマーで連結され、かつ、1組2個の導電粒子が1本の線状アクリルポリマーで連結され、別の導電粒子とは別の線状アクリルポリマーで連結されていることを特徴とする導電粒子の連結構造体。
(2)前記導電粒子の連結構造体が、導電粒子を頂点、アクリルポリマーを辺とする多角形が互いに連結しあった蜘蛛の巣状の構造をとっていることを特徴とする前記(1)に記載の導電粒子の連結構造体。
本発明の導電粒子の連結構造体は、剥離可能な基材上に、相互に隔てられて配置さた導電粒子がそれぞれ独立にアクリルポリマーで連結された構造を有している。
本発明に用いられる導電粒子としては、金属粒子、炭素からなる粒子や高分子核材に金属薄膜を被覆した粒子等を用いることができる。
金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、半田、インジウム、パラジウム等の単体や、これらの金属の2種以上が層状あるいは傾斜状に組み合わされている粒子が例示される。
導電粒子の平均径は、接続しようとする隣接電極間距離よりも小さい必要があると共に、接続する電子部品の電極高さのバラツキよりも大きいことが好ましい。そのために導電粒子の平均径は、0.3μm以上30μm未満の範囲が好ましく、更に好ましくは0.5μm以上20μm未満、更に好ましくは0.7μm以上15μm未満、更に好ましくは1μm以上10μm未満、更に好ましくは2μm以上7μm未満である。導電粒子の粒子径分布の標準偏差は平均粒子径の50%以下が好ましい。
導電粒子の間隔は、接続信頼性と隣接電極間の絶縁性とのバランスの観点から、導電粒子の粒子間距離の平均が、導電粒子の平均径の1.2倍以上20倍以下が好ましく、更に好ましくは1.3倍以上10倍以下、一層好ましくは1.5倍以上7倍以下である。尚、近接する6粒子の中心間距離の平均値をその導電粒子の粒子間距離とした。
本発明の導電粒子の連結構造体は、個々の導電粒子が平均2個以上の他の導電粒子とそれぞれ独立にアクリルポリマーで連結されている。
ここで独立にとは、1組2個の導電粒子が1本の線状アクリルポリマーで連結され、別の導電粒子とは別の線状アクリルポリマーで連結されていることを意味し、面状や立体状のアクリルポリマーに複数の導電粒子が固定されているものとは異なることを意味する。好ましくは、導電粒子を頂点、アクリルポリマーを辺とする多角形が互いに連結しあった蜘蛛の巣状の構造をとっている。この様な構造をとることで、複数の導電粒子が連結され、接続時に導電粒子の流動が抑制されていて好ましく、更に、アクリルポリマーが面内に広く分布することができるため、リペア性を向上することができる。
本発明の連結構造体においては、アクリルポリマーは導電粒子間で線状に形成されているが、線状アクリルポリマーの最大幅は導電粒子径の2倍以下が好ましい。より好ましくは、0.1〜1.8倍であり、更に好ましくは0.2〜1.6倍、一層好ましくは0.3〜1.4倍、更に一層好ましくは0.4〜1.2倍である。
本発明の導電粒子の連結構造体は、剥離可能な基材上に形成される。剥離可能な基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ナイロン、塩化ビニル、ポリビニルアルコール等のフィルムや、これらフィルムをシリコーン処理、フッ素処理、アルキド処理やコロナ処理等をして剥離性を制御したフィルム等の基材が挙げられる。
本発明の導電粒子の連結構造体を製造する方法としては、例えば、剥離可能な基材に塗工したアクリルポリマー上に、導電粒子を単層に充填し、アクリルポリマーの凝集を起こさせながら延伸し、凝集力と延伸力のバランスを取ることによって、本発明の導電粒子の連結構造体を作ることができる。具体的には、例えば、延伸可能な基材上にアクリルポリマーを好ましくは導電粒子径の30〜200%の厚みで塗布、アクリルポリマーの表面または内部に導電粒子を単層として充填する。単層として形成する方法としては、例えば、アクリルポリマー表面が粘着性を有する条件で、その表面を覆う以上に導電粒子を配置し、その後アクリルポリマー層に到達していない導電粒子をエアーブロー等により排除することにより得られる。必要に応じ、単層に配置した導電粒子をアクリルポリマー内に埋め込むことができる。
絶縁性接着剤は、アクリルポリマーよりも高い流動性を有する温度領域が存在することが好ましく、それによって、絶縁性接着剤を優先的に流動させる接続条件を選択することができる。絶縁性接着剤を優先的に流動させる温度領域としては、100℃以上300℃以下が好ましく、より好ましくは120℃以上280℃以下、更に好ましくは130℃以上260℃以下、一層好ましくは140℃以上240℃以下である。
絶縁性接着剤は単一組成であっても構わないし、異なる組成の接着剤が2層以上積層されていても構わないが、単一組成のほうが、内部応力の蓄積がなく好ましい。
絶縁性接着剤の製造は、例えば、各成分を溶剤中で混合、塗工液を作成し、基材上にアプリケーター塗装等により塗工、オーブン中で溶剤を揮散させることで製造できる。
[実施例1]
100μm無延伸ポリプロピレンフィルム上にブレードコーターを用いて酢酸エチルで樹脂分3質量%に希釈したアクリルポリマーを塗布、80℃で10分間乾燥し、粘着性を有するアクリルポリマーを厚さ3μmで形成した。ここで用いたアクリルポリマーは、アクリル酸メチル62質量部、アクリル酸−2−エチルヘキシル30.6質量部、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル7質量部、アクリル酸0.4質量部を、酢酸エチル233質量部中で、アゾビスイソブチロニトリル0.2質量部を開始剤とし、窒素ガス気流中65℃で8時間重合して得られた重量平均分子量が95万のものである。尚、重量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフ法(GPC)により測定した(以下同じ)。
このアクリルポリマー上に、直径4μmの導電粒子を充填した後、エアーブローによりアクリルポリマーに到達していない導電粒子を排除し、全面積に対する導電粒子の充填面積率で定義される充填率が81%の単層導電粒子層を形成した。ここで導電粒子はジビニルベンゼン系樹脂をコアとし、その表層に無電解メッキで0.07μmのニッケル層を形成し、更に電気メッキで0.04μmの金層を形成した、長軸に対する短軸の比が0.95、粒径の標準偏差が0.2μmのものを用いた。
得られた延伸後のフィルムをマイクロスコープ(株式会社キーエンス製、商品名:VHX−100、以下同じ)で観察した結果、導電粒子は相互に隔てられて配置し、個々の導電粒子は平均5.1個の他の導電粒子とそれぞれ独立にアクリルポリマーで連結された構造を有し、剥離可能なポリプロピレンフィルム上に形成された導電粒子の連結構造体−1を得た。導電粒子の連結構造体−1のマイクロスコープで得られた画像から、画像処理ソフト(旭化成株式会社製、商品名:A像くん、以下同じ)を用いて、導電粒子の近接6粒子との中心間距離の平均値およびその変動係数を求めた結果、平均値が10.3μm、変動係数が0.16であった。
200μm無延伸ポリプロピレンフィルム上にブレードコーターを用いて酢酸エチルで樹脂分3質量%に希釈したアクリルポリマーを塗布、80℃で10分間乾燥し、粘着性を有するアクリルポリマーを厚さ2μmで形成した。ここで用いたアクリルポリマーは、アクリル酸メチル67.1質量部、アクリル酸−2−エチルヘキシル10.9質量部、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル3.5質量部、アクリル酸3.5質量部、アクリロニトリル15質量部を、酢酸エチル233質量部中で、アゾビスイソブチロニトリル0.25質量部を開始剤とし、窒素ガス気流中65℃で8時間重合して得られた重量平均分子量が60万のものである。
このアクリルポリマー上に、直径2.5μmの導電粒子を充填した後、エアーブローによりアクリルポリマーに到達していない導電粒子を排除し、全面積に対する導電粒子の充填面積率で定義される充填率が59%の単層導電粒子層が形成された。ここで導電粒子はベンゾグアナミン系樹脂をコアとし、その表層に無電解メッキで0.12μmのニッケル層を形成し、更に電気メッキで0.02μmの金層を形成した、長軸に対する短軸の比が0.95、粒径の標準偏差が0.2μmのものを用いた。
得られた延伸後のフィルムをマイクロスコープで観察した結果、導電粒子は相互に隔てられて配置し、個々の導電粒子は平均3.9個の他の導電粒子とそれぞれ独立にアクリルポリマーで連結された構造を有し、剥離可能なポリプロピレンフィルム上に形成された本発明の導電粒子の連結構造体−2を得た。導電粒子の連結構造体−2のマイクロスコープで得られた画像から、画像処理ソフトを用いて、導電粒子の近接6粒子との中心間距離の平均値およびその変動係数を求めた結果、平均値が8.3μm、変動係数が0.48であった。
実施例1で得たポリプロピレンフィルム上に形成された導電粒子の連結構造体−1をフィルム状の絶縁性接着剤に熱ロールを使ってラミネートし、絶縁性接着剤に導電粒子の連結構造体−1を埋め込み、その後ポリプロピレンフィルムを絶縁性接着剤と導電粒子の連結構造体から剥離し、接続部材とした。ここで用いた絶縁性接着剤は、フェノキシ樹脂(インケム社製、商品名:PKHC)100質量部、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名:エピコートYL980)50質量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤と液状エポキシ樹脂の混合物(旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名:ノバキュアHX−3941HP)50質量部、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン0.25質量部、酢酸エチル200質量部を混合して接着剤ワニスとし、この接着剤ワニスを離型処理した50μmのPETフィルム製セパレーター上にブレードコーターを用いて塗布、溶剤を乾燥除去して得た平均膜厚20μmのフィルム状の絶縁性接着剤である。
次に、リペア性を評価した。接続されているITOガラス基板とベアチップの1組みをアセトンに30分間浸漬した後、ベアチップをITOガラス基板から剥離した。ITOガラス基板に残存する接続部材を、アセトンを染み込ませた綿棒で拭き取るのに要した時間をリペア性の指標とした所、リペア性は25秒であり、優れたリペア性を示した。
実施例2で得た導電粒子の接続構造体−2を用いた以外は参考例1と同様にして、接続部材を得、ベアチップとITOガラス基板を接続し、金バンプとITO電極間に挟まれた導電粒子をカウントした結果、平均が8.9個、標準偏差2.1個で、最小接続間粒子数は2.6個であり、安定した電気的接続が可能であった。
更に、参考例1と同様にして、接続信頼性とリペア性を評価した結果、配線抵抗を含む導通抵抗は9.8kΩであり、300対の全ての電極が電気接続されていた。一方、絶縁抵抗は109 Ω以上であり、80対の櫛型電極間でショートの発生がなかった。更に、温度85℃、湿度85%の環境で1000時間置いた後、絶縁抵抗と導通抵抗を測定した結果、導通抵抗9.9kΩ、絶縁抵抗109 Ω以上であり、長期信頼性も高く、本発明の連結構造体がファインピッチ接続において有用であった。
更に、リペア性は18秒であり、優れたリペア性を示した。
実施例1で用いた導電粒子を帯電させた後、気流と共に飛散させ、参考例1で用いたセパレーター付のフィルム状絶縁性接着剤の表面に付着させ、その上に、50μmPET製のカバーフィルムを被せてロールで導電粒子を絶縁性接着剤中に埋め込んだ後、カバーフィルムを剥離し、接続部材を得た。この接続部材をマイクロスコープで観察し、得られた画像から、画像処理ソフトを用いて、導電粒子の近接6粒子との中心間距離の平均値およびその変動係数を求めた結果、平均値が9.7μm、変動係数が0.61であった。
次に参考例1と同様にしてベアチップとITOガラス基板を接続し、接続後の金バンプとITO電極間に挟まれている導電粒子をカウントした結果、平均が5.7個、標準偏差3.1個であり、最小接続間粒子数は−3.6個であった。このことから確率的に導電粒子が存在しない接続箇所が発生し、安定した接続が期待できないことが判る。
更に、参考例1と同様にして、接続信頼性とリペア性を評価した結果、配線抵抗を含む導通抵抗、絶縁抵抗ともに109 Ω以上であり、80対の櫛型電極間でショートの発生がなかったものの、300対の何れかで電極がオープンと成っており、導電粒子が連結構造をしていない本比較参考例ではファインピッチ接続には不向きであった。
更に、リペア性を評価した所120秒以内で接続部材は剥離できず、リペア性に劣っていた。
Claims (2)
- 剥離可能な基材上に、複数の導電粒子が相互に隔てられて配置され、個々の導電粒子が平均2個以上の他の導電粒子とそれぞれアクリルポリマーで連結され、かつ、1組2個の導電粒子が1本の線状アクリルポリマーで連結され、別の導電粒子とは別の線状アクリルポリマーで連結されていることを特徴とする導電粒子の連結構造体。
- 前記導電粒子の連結構造体が、導電粒子を頂点、アクリルポリマーを辺とする多角形が互いに連結しあった蜘蛛の巣状の構造をとっていることを特徴とする請求項1に記載の導電粒子の連結構造体。
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