JP4896585B2

JP4896585B2 - 接続方法

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Publication number: JP4896585B2
Application number: JP2006141929A
Authority: JP
Inventors: 保博須賀; 尚安藤; 幸男山田
Original assignee: Sony Chemical and Information Device Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: JP2006312743A

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイと回路基板とを電気的、機械的に接続するための異方導電性接着剤フィルムに関する。

回路基板に液晶ディスプレイ等の電子部品を接続する方法としては、半田付け法や異方導電性接着剤フィルムを用いる方法等が挙げられる。しかし、回路がファインピッチである場合、半田付けだと選択性が悪く接続部同士でブリッジが生じてしまう虞れがあることから、異方導電性接着剤フィルムを用いる方法の方が有利である。

異方導電性接着剤フィルムとは、ウレタン、ポリエステル、クロロプレン等の熱可塑性樹脂あるいはエポキシ等の熱硬化性樹脂に、導電性粒子としてニッケル、金、ハンダ等の金属粒子、又はプラスチックポリマ球状粒子に金等の導電層をコーティングした金属被覆プラスチック粒子を均一に分散混入させ、この混合物を、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の剥離フィルム上に、フィルム形成してなるものである。

この異方性導電性樹脂によって配線基板と電子部品とを接続するには、当該異方導電性接着剤フィルムを、配線基板と電子部品の接続端子同士の間に介在させ、熱を印加しつつ上下から圧力をかける。すると、フィルム内の導電性粒子が上下につぶれ、接続端子に対して面接触したかたちになる。その結果、配線基板と液晶ディスプレイの接続端子同士が電気的に接続された状態で一体固定されることになる。

このような異方導電性接着剤フィルムのうちでは、樹脂に熱硬化性樹脂を用いる熱硬化性タイプのものが接続信頼性に優れることから、主流を占めているのが現状である。

この熱硬化性タイプの異方導電性樹脂は、樹脂及び導電性粒子の他に、樹脂を硬化させるための硬化剤が含有される。この硬化剤としては、保存中に硬化反応が進行してしまうのを抑える都合上、硬化剤として潜在性硬化剤を用いることが例えば特開昭６２−１４１０８３号公報に提案されている。

潜在性硬化剤とは、硬化剤が被膜で被覆されてマイクロカプセル状になされているものであり、常温では不溶であるが、熱を加えることにより被膜内から硬化剤が溶出し、瞬時に硬化反応が開始されるようになされたものである。

ところで、以上のような熱硬化性タイプの異方導電性接着剤フィルムで接続を行う場合、樹脂を短時間で硬化させ、接続に要する時間を節約するには、熱圧着温度を１６０〜２００℃と比較的高い温度に設定する必要がある。

しかし、熱圧着温度をこのように高く設定すると、その温度による液晶ディスプレイや回路基板へ与えるダメージが問題になってくる。また、熱膨張等によって寸法精度も損なわれ、特に回路がファインピッチである場合、影響が大きい。

このため、比較的低い圧着温度でも硬化反応が進行する速硬化性の硬化剤や樹脂の検討もなされている。しかし、一般に知られている速硬化性の硬化剤や樹脂は、混合すると５分以内でゲル化する。このため、この樹脂と硬化剤の混合物を、剥離フィルム上に塗布、乾燥してフィルム化しようとしても、乾燥のための熱によって、硬化反応が進行し製品とすることができない。

そこで、本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、速硬化性の硬化剤や樹脂を用いることが可能であり、熱圧着温度を比較的低く設定した場合でも、短時間で配線基板と電子部品とを接続する接続方法を提供することを目的とする。

また、上述の目的を達成するために、本発明の接続方法は、異方導電性接着剤フィルムを介して配線基板と電子部品とを接続する接続方法において、上記異方導電性接着剤フィルムを上記配線基板の接続端子と上記電子部品の接続端子との間に介在させ、１００℃以下の熱を印加しつつ圧力を掛けて該配線基板の接続端子と該電子部品の接続端子とを一体固定化させ、上記異方導電性接着剤フィルムは、熱硬化性樹脂を主成分とする主剤層のための主剤塗料を剥離フィルム上に塗布、乾燥して該主剤層を形成し、隔離層のための隔離塗料を該主剤層上に塗布、乾燥して該隔離層を形成し、硬化剤と熱可塑性樹脂を混合してなり該硬化剤を主成分とする硬化剤層のための硬化剤塗料を該隔離層上に塗布、乾燥して該硬化剤層を形成することで、該主剤層と該硬化剤層とが、該隔離層を介して積層されてなり、上記主剤層には導電性粒子が含有され、上記主剤層、上記硬化剤層及び上記隔離層の厚みは、それぞれ０．７〜３３μｍであり、上記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であり、上記硬化剤は、上記熱硬化性樹脂と反応する速硬化性硬化剤として、ＢＦ_３系硬化剤、ポリアミン系硬化剤、変性アミン系硬化剤及び芳香族チオエーテル系硬化剤のいずれか１つ以上であり、上記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂であり、上記隔離層は、上記配線基板の接続端子と上記電子部品の接続端子とを一体固定化させる際の上記１００℃以下の圧着温度よりもガラス転移点Ｔｇが低いポリエステル樹脂からなるものである。

本発明に係る異方導電性接着剤フィルムは、熱硬化性樹脂を主成分とする主剤層と、硬化剤と熱硬化性樹脂を混合してなり、硬化剤を主成分とする硬化剤層とが、隔離層を介して積層され、主剤層、硬化剤層又は隔離層のいずれかに導電性粒子が含有されているので、硬化剤や熱硬化性樹脂として速硬化性のものを用いた場合でも製造工程や保存中に硬化反応が進行してしまうといったことがない。

したがって、硬化剤、熱硬化性樹脂として速硬化性のものを用いることが可能であり、そのような材料を用いることにより、例えば１００℃以下の比較的低い圧着温度範囲でも高速圧着がなされ、圧着温度による配線基板や電子部品へのダメージを抑えながら圧着時間の短縮化を図ることが可能である。

本発明が適用された異方導電性接着剤フィルムは、図１に示すように、熱硬化性樹脂を主成分とする主剤層１と、硬化剤を主成分とする硬化剤層２とが、隔離層３を介して積層され、主剤層１、硬化剤層２又は隔離層３のいずれかに導電性粒子４が含有されて構成されている。

このような構成の異方導電性接着剤フィルムを製造するには、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の剥離フィルム上に、熱硬化性樹脂よりなる主剤塗料を塗布、乾燥して主剤層を形成し、次いで樹脂を主成分とする隔離塗料を塗布、乾燥して隔離層を形成する。そして、この隔離層上に、さらに、硬化剤を主成分とする硬化剤塗料を塗布、乾燥して硬化剤層を形成する。

このように、この異方性導電性接着剤フィルムは、熱硬化性樹脂と硬化剤とを混合する工程なしで製造され、製品となる前に熱硬化性樹脂と硬化剤とが接触することがない。このため、硬化剤や熱硬化性樹脂として速硬化性のものを用いても、製造工程で硬化反応が進行し、製品が製造できなくなるといった事がない。また、熱硬化性樹脂と硬化剤とが隔離層によって隔離された構成であるので、保存中に硬化反応が進行してしまうこともなく、十分な保存性が得られる。したがって、速硬化性の硬化剤や熱硬化性樹脂を用いることが可能である。

このような構成の異方導電性接着剤フィルムによって配線基板と電子部品とを接続するには、当該異方導電性接着剤フィルムを、配線基板と電子部品の接続端子同士の間に介在させ、熱を印加しつつ上下から圧力をかける。すると、異方導電性接着剤フィルムの隔離層が溶融し、ここで初めて主剤層と硬化剤層とが接触する。そして、これら主剤層の熱硬化性樹脂と硬化剤層の硬化剤とが熱溶融し、硬化反応が進行する。一方、フィルム内の導電性粒子は、圧着力によって上下につぶれ、接続端子に対して面接触したかたちになる。その結果、配線基板と液晶ディスプレイの接続端子同士が電気的に接続された状態で一体固定されることになる。

ここで、この異方導電性フィルムでは、硬化剤や熱硬化性樹脂として速硬化性のものを用いることが可能であり、そのような材料を用いることにより、例えば１００℃以下の比較的低い圧着温度でも硬化反応が速やかに進行し、圧着温度による配線基板や電子部品へのダメージを抑えながら圧着時間の短縮化が図れるようになる。

なお、主剤層に用いる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂には、ＥＰ１００９（油化シェルエポキシ社製，商品名）、ＤＴ６１３（大都産業社製，商品名）があり、このうちＤＴ６１３は速硬化性のエポキシ樹脂である。これらエポキシ樹脂はそれ単独で用いても２種類以上を混合して用いても良い。

また、硬化剤層に用いる硬化剤には、速硬化性硬化剤としてＡＦ０２０（ＢＦ _３系硬化剤；大都産業社製，商品名）、Ｄ１０１（ポリアミン系硬化剤；大都産業社製，商品名）、ＤＳＸ１４６０（ポリアミン系硬化剤；ヘンケル社製，商品名）、バーサミンＦ１９（変成アミン系硬化剤；ヘンケル社製，商品名）、バーサミン３６８（変成アミン系硬化剤；ヘンケル社製，商品名）、ＱＸ２０（芳香族チオエーテル系硬化剤；油化シェルエポキシ社製，商品名）、ＱＸ１１（芳香族チオエーテル系硬化剤；油化シェルエポキシ社製，商品名）、Ｂ００２Ｗ（芳香族チオエーテル系硬化剤；油化シェルエポキシ社製，商品名）等が挙げられる。これら硬化剤も単独使用、混合使用のいずれでもよい。

なお、硬化剤層と主剤層の厚さは、０．７〜３３μｍが適当である。これら各層の厚さが余り薄過ぎると接続強度が不足し、逆に、厚過ぎると接続部分からフィルムがはみ出してしまう。

一方、主剤層と硬化剤層とを隔離する隔離層としては、（１）成膜性があること、（２）１００℃以下の圧着温度によって溶融するように、ガラス転位点Ｔｇがその圧着温度よりも低いこと、（３）主剤層と硬化剤層とを一体化でき、主剤層や硬化剤層に対する相溶性が良いこと、といった条件を満たす樹脂を用いるのが望ましい。そのような樹脂としては、例えばポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独あるいは２種類以上を混合して用いてもいずれでも良い。

この隔離層の厚さも、０．７〜３３μｍが適当である。隔離層の厚さが０．５μｍ未満では、フィルムに少しの応力がかけられただけでも当該隔離層が破断し、十分な保存性が得られない。また、隔離層の厚さが３０μｍより厚い場合には、圧着した時に当該隔離層が破断せず、エポキシ層と硬化剤層との接触、反応が生じなくなる。

本発明の異方性導電性樹脂において、導電性粒子が含有されるのは、主剤層である。導電性粒子としては、ニッケル、半田等の金属粒子、樹脂粒子に金、合金等の導電性材料を被覆したもの等が挙げられる。

熱硬化性樹脂を主成分とする主剤層と、硬化剤と熱可塑性樹脂を混合してなり、硬化剤を主成分とする硬化剤層とが、隔離層を介して積層され、主剤層に導電性粒子が含有されている異方導電性接着剤フィルムは、熱硬化性樹脂と硬化剤とを混合する工程なしで製造され、製品となる前に熱硬化性樹脂と硬化剤とが接触してしまうことがない。このため、硬化剤や熱硬化性樹脂として速硬化性のものを用いても、製造工程で硬化反応が進行し、製品が製造できないといった事がない。また、熱硬化性樹脂と硬化剤とが隔離層によって隔離された構成であるので、保存中に硬化反応が進行してしまうこともなく、十分な保存性が得られる。

したがって、硬化剤や熱硬化性樹脂として速硬化性のものを用いることが可能であり、そのような材料を用いることにより、例えば１００℃以下の比較的低い圧着温度範囲でも硬化反応が速やかに進行し、圧着温度による配線基板や電子部品へのダメージを抑えながら圧着時間の短縮化が図れるようになる。

本発明の好適な実施例について実験結果に基づいて説明する。
本実施例では、３層構成の異方導電性接着剤フィルムを作成し、その保存性、熱圧着性を評価した。

まず、２種類のエポキシ樹脂，ＥＰ１００９（油化シェルエポキシ社製，商品名）とＤＴ６１３（大都産業社製，商品名）を５０重量部ずつ混合し、これに粒径５μｍの樹脂粒子にニッケル、金を被覆した導電粒子を、５重量部添加することで主剤塗料を調製した。そして、この主剤塗料をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）上に塗布、乾燥することで厚さ１５μｍの主剤層を形成した。

次に、この主剤層上に、ガラス転位点Ｔｇが４５℃のポリエステル樹脂（ユニチカ社製，商品名ＵＥ３２１０）を１００重量部含有する隔離塗料を塗布、乾燥して厚さ３μｍの隔離層を形成した。

そして、この隔離層上に、フィルム形成剤となるＹＰ５０（フェノキシ樹脂；東都化成社製，商品名）と、硬化剤となるＡＦ０２０（ＢＦ _３系硬化剤；大都産業社製，商品名）を混合した硬化剤塗料を塗布、乾燥することで厚さ１５μｍの硬化剤層を形成し、異方導電性接着剤フィルム（実施例フィルム）を作成した。

以上のようにして作成された異方導電性接着剤フィルムについて保存性を調べるとともに、温度１００℃、圧力４０ｋｇｆ／ｃｍ2 の条件で、熱圧着を２０秒間行い、硬化度、ピール強度及びはみ出し性を調べた。その結果を表１に示す。

なお、保存性は、熱圧着前の異方導電性接着剤フィルムを温度４０℃のオーブン中に２０日間放置した後、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）に対する溶解性を調べることで評価した。表中、◎、○、△、×はそれぞれ以下の場合を表す。

◎：フィルムがＭＥＫによって完全に溶解する場合
○：フィルムがＭＥＫによってほぼ溶解する場合
△：溶解は生じないが、フィルムがポロポロくずれる状態になる場合
×：フィルムが溶解せず、フィルム状を維持する場合（ゲル化）
硬化度は、異方導電接着剤フィルムを熱圧着した後、ＭＥＫに対する溶解性を調べることで評価した。表中、◎、○、△、×はそれぞれ以下の場合を表す。
◎：フィルムが溶解せず、フィルム状を維持する場合
○：フィルムがほとんど溶解せず、フィルム状をほぼ維持する場合
△：溶解は生じないが、フィルムがポロポロくずれる状態になる場合
×：フィルムが溶解し、ＭＥＫが白濁する場合
ピール強度は、引張り試験機（オリエンチック社製，商品名ＵＣＴ−２．５Ｔ）を用い、以下の条件で測定した。
被着体：２５μｍユーピレックス基材１８μｍＣｕ０．２ｍｍピッチ１５０本パターン／ＩＴＯベタガラス
測定方法：９０°
ピール測定条件：２５℃
また、表中、◎、○、△、×はそれぞれ以下の場合を表す。
◎：ピール強度が１０００ｇ／ｃｍ以上である場合
○：ピール強度が５００ｇ／ｃｍ以上１０００ｇ／ｃｍ未満である場合
△：ピール強度が２００ｇ／ｃｍ以上５００ｇ／ｃｍ未満である場合
×：ピール強度が２００ｇ／ｃｍ未満である場合
はみ出し性は、圧着部からはみ出したフィルムのはみ出し量ｘを測定することで評価した。表中、◎、○、△、×はそれぞれ以下の場合を表す。
◎：はみ出し量ｘがｘ＝０ｍｍである場合
○：はみ出し量ｘが０ｍｍ＜ｘ≦１ｍｍである場合
△：はみ出し量ｘが１ｍｍ＜ｘ≦３ｍｍである場合
×：はみ出し量ｘが３ｍｍ＜ｘである場合
また、比較として１層中に熱硬化性樹脂、硬化剤、導電性粒子が含有されている、従来のタイプの異方導電性接着剤フィルム〔ＣＰ７１３１（膜厚２５μｍ）；比較例フィルム〕についても同様にして、保存性及び熱圧着後の硬化度、ピール強度、はみ出し性を調べた。その結果も表１に併せて示す。なお、比較例フィルムについては、参考のため温度１７０℃、圧力４０ｋｇｆ／ｃｍ^２、圧着時間２０秒間の条件で熱圧着を行った場合についても評価を行った。

表１からわかるように、単層構成の比較例フィルムは、熱圧着温度が１７０℃であれば良好な熱圧着が行えるが、熱圧着温度が１００℃と低くなると、硬化度、ピール強度が不十分になり良好な圧着が行われない。
一方、３層構成の実施例フィルムは、速硬化性の硬化剤を用いているが十分な保存性が得られており、また熱圧着温度が１００℃であっても、十分な硬化度、ピール強度が得られる。
このことから、異方導電性接着剤フィルムを、熱硬化性樹脂よりなる主剤層、隔離層、硬化剤層の３層で構成すると、硬化剤として速硬化性のものを用いることが可能になり、１００℃程度の圧着温度であっても十分に圧着が行えるようになることがわかった。
３層構成の異方導電性接着剤フィルムの層厚の検討
主剤層、隔離層、硬化剤層の厚さを表２に示すように変えたこと以外は実施例フィルムと同様にして異方導電性接着剤フィルム（実験例フィルム１〜実験例フィルム５、比較例フィルム１〜４）

以上のようにして作成された異方導電性接着剤フィルムについて、上述と同様にして保存性を調べるとともに、温度１００℃、圧力４０ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件で熱圧着を２０秒間行い、硬化度、ピール強度及びはみ出し性を調べた。評価結果を表３に示す。

表３からわかるように、まず主剤層や硬化剤層の厚さが比較的薄い比較例フィルム３ではピール強度が不足する。逆にこれらの厚さが比較的厚い比較例フィルム４では、硬化度やピール強度は優れているが圧着部分からフィルムがはみ出してしまう。圧着部分からのフィルムのはみ出しを抑えながら、十分な接続強度を得るには、主剤層や硬化剤層の厚さは０．７〜３３μｍが適当である。

一方、隔離層の厚さが比較的薄い比較例フィルム１では、保存中に硬化反応が進行してしまい保存性が悪い。逆に、この厚さが比較的厚い比較例フィルム２では、圧着に際して硬化反応が十分に進行せず、硬化度、ピール強度が不足する。保存性を確保しながら、十分な接着強度を確保するには、隔離層の厚さは０．７〜３３μｍが適当である。

本発明を適用した異方導電性接着剤フィルムの１例を示す概略断面図である。

符号の説明

１主剤層、２硬化剤層、３隔離層

Claims

異方導電性接着剤フィルムを介して配線基板と電子部品とを接続する接続方法において、
上記異方導電性接着剤フィルムを上記配線基板の接続端子と上記電子部品の接続端子との間に介在させ、１００℃以下の熱を印加しつつ圧力を掛けて該配線基板の接続端子と該電子部品の接続端子とを一体固定化させ、
上記異方導電性接着剤フィルムは、熱硬化性樹脂を主成分とする主剤層のための主剤塗料を剥離フィルム上に塗布、乾燥して該主剤層を形成し、隔離層のための隔離塗料を該主剤層上に塗布、乾燥して該隔離層を形成し、硬化剤と熱可塑性樹脂を混合してなり該硬化剤を主成分とする硬化剤層のための硬化剤塗料を該隔離層上に塗布、乾燥して該硬化剤層を形成することで、該主剤層と該硬化剤層とが、該隔離層を介して積層されてなり、
上記主剤層には導電性粒子が含有され、
上記主剤層、上記硬化剤層及び上記隔離層の厚みは、それぞれ０．７〜３３μｍであり、
上記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であり、
上記硬化剤は、上記熱硬化性樹脂と反応する速硬化性硬化剤として、ＢＦ_３系硬化剤、ポリアミン系硬化剤、変性アミン系硬化剤及び芳香族チオエーテル系硬化剤のいずれか１つ以上であり、
上記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂であり、
上記隔離層は、上記配線基板の接続端子と上記電子部品の接続端子とを一体固定化させる際の上記１００℃以下の圧着温度よりもガラス転移点Ｔｇが低いポリエステル樹脂からなることを特徴とする接続方法。