JP5013067B2 - 異方性導電フィルム - Google Patents

Description

本発明は、異方性導電フィルム、それを用いた接続構造体及びその製造方法に関する。

液晶パネルのガラス基板上に形成されたＩＴＯ電極と、駆動用ＩＣを搭載したＴＡＢとを接続する際や、液晶表示装置のフレキシブル配線基板とプリント配線基板とを接続する際には、一般に、熱硬化性エポキシ樹脂、重合開始剤及び導電性粒子を含む熱硬化性樹脂組成物をフィルム状に成形した異方性導電フィルムが広く用いられている。この場合、通常、圧着温度が１８０〜２５０℃程度で、圧着時間が５〜１０秒程度である。

ところで、近年、フレキシブル基板の電極部や液晶パネルのガラス基板上のＩＴＯ電極への熱的ストレスを低減するために、異方性導電フィルムを用いて熱圧着する際の圧着温度を下げることや、更に、熱的ストレスの低減のみならず生産効率の向上のために、圧着時間の短縮が求められている。このため、異方性導電フィルムを構成する熱硬化性エポキシ樹脂に代えて、それよりも低温・短時間での硬化が可能な重合性アクリル系化合物をフィルム形成樹脂と共に使用することが試みられている。この場合、重合開始剤として、自己分解に伴ってガスを発生しない有機過酸化物であって、一分間半減期温度が比較的低い１００℃〜１３０℃程度の有機過酸化物（例えば、ジベンゾイルパーオキサイド（一分間半間温度 １３０℃）、ジラウロイルパーオキサイド（一分間半間温度 １１６．４℃）、ジ（３，５，５−トリメチルヘキサイノイル）パーオキサイド（一分間半間温度 １１２．６℃）等）の使用が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−１９９８２５号公報

しかしながら、重合性アクリル系化合物と上述したような有機過酸化物とを含有する異方性導電フィルムで異方性導電接続を行う際に、圧着温度と圧着時間との低減を目的として、圧着温度１３０℃以下で圧着時間３秒という条件で圧着を行った場合、電子部品やフレキシブル基板に対する異方性導電フィルムの接着強度が不十分となり、そのため、接続信頼性が充分ではないという問題があった。このため、エポキシ樹脂よりも硬化温度を低く且つ硬化時間を短縮できる重合性アクリル系化合物を使用しているにもかかわらず、圧着温度を１５０℃以上で圧着時間を５秒以上としなければならなかった。

本発明は、以上の従来の技術の課題を解決しようとするものであり、熱硬化性エポキシ樹脂よりも比較的低温・短時間での硬化が可能な重合性アクリル系化合物をフィルム形成樹脂と共に使用する異方性導電フィルムを用いて、高くとも１３０℃の圧着温度で長くとも３秒間の圧着時間という圧着条件で異方性接続を行った場合に、高い接着強度と良好な導通信頼性とを実現できるようにすることを目的とする。

本発明者等は、有機過酸化物として、分解により酸素ガスを発生せず且つ一分間半減期温度の異なる２種類の有機過酸化物を使用し、その２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の高い有機過酸化物として、分解により安息香酸を発生するものを使用することにより、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、重合性アクリル系化合物、フィルム形成樹脂、導電性粒子及び重合開始剤を含有してなる異方性導電フィルムにおいて、該重合開始剤が、分解により酸素ガスを発生せず且つ一分間半減期温度の異なる２種類の有機過酸化物を含有し、該２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の高い有機過酸化物が分解により安息香酸を発生するものであることを特徴とする異方性導電フィルムを提供する。

また、本発明は、第１の配線基板の接続部と第２の配線基板の接続部との間を、請求項１〜７のいずれかに記載の異方性導電フィルムで異方性接続した接続構造体を提供する。更に、本発明は、第１の配線基板の接続部と第２の配線基板の接続部との間に請求項１〜７のいずれかに記載の異方性導電フィルムを挟持させ、一分間半減期温度の低い有機過酸化物が分解しない第１の温度で仮貼りした後、一分間半減期温度の高い有機過酸化物が分解する第２の温度で熱圧着することを特徴とする接続構造体の製造方法を提供する。

本願発明の異方性導電フィルムは、重合性アクリル系化合物の重合開始剤として、分解により酸素ガスを発生しない有機過酸化物を使用する。このため、圧着時にガスが発生しないために、接続信頼性を向上させることができる。しかも、有機過酸化物として、一分間半減期温度の異なる２種類の有機過酸化物を使用し、そのうちの一分間半減期温度の高い有機過酸化物として、分解により安息香酸若しくはその誘導体を発生するものを使用する。このため、相対的に一分間半減期温度の低い有機過酸化物の存在により、高温分解過酸化物の分解を促進させる相対的に高い温度での短時間の熱圧着の際に、加熱温度の上昇に伴って、熱ストレスを考慮する必要がない相対的に低い温度から低温分解過酸化物を分解させて、重合性アクリル系化合物を十分に硬化させることが可能となる。

そして、最終的に高温分解過酸化物を分解させ、重合性アクリル系化合物の硬化を完了させると共に、安息香酸を生じさせる。生じた安息香酸の一部は、硬化した異方性導電フィルムと被接続物との界面及びその近傍に存在することになるため、接着強度を向上させることが可能となる。

本発明の異方性導電フィルムは、重合性アクリル系化合物、フィルム形成樹脂、導電性粒子及び重合開始剤を含有するものである。ここで、重合開始剤が、分解により酸素ガスを発生せず且つ分解温度の異なる２種類の有機過酸化物を含有し、該２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の高い有機過酸化物が分解により安息香酸またはその誘導体を発生するものである。ここで安息香酸の誘導体としては、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ｔ−ブチル等を挙げることができる。

本発明において、重合開始剤として使用する２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度が低い有機過酸化物（以下、低温分解過酸化物と称する場合がある）の１分間半減期温度は、低すぎると硬化前の保存安定性が短くなり、高すぎると異方性導電フィルムの硬化が不充分となる傾向があるので、好ましくは８０℃以上１２０℃未満、より好ましくは９０℃以上１２０℃未満である。他方、一分間半減期温度の高い有機過酸化物（以下、高温分解過酸化物と称する場合がある）の１分間半減期温度は、低いものが上市されておらず、高すぎるとそもそも想定した熱圧着温度では安息香酸またはその誘導体を発生させない傾向があるので、好ましくは１２０℃以上１５０℃以下である。

また、低温分解過酸化物と高温分解過酸化物の間の１分間半減期温度差は、その差が小さすぎると低温分解過酸化物と高温分解過酸化物とが重合性アクリレート化合物と反応してしまい、接着強度の向上に寄与する安息香酸量が減少してしまう結果となり、大きすぎると異方性導電フィルムの低温での硬化反応性が低下する傾向があるので、好ましくは１０℃以上３０℃以下である。

このような低温分解過酸化物と高温分解過酸化物との重量比は、前者が後者に対し相対的に少なすぎると異方性導電フィルムの低温での硬化反応性が低下し、逆に多すぎると接着強度が低下する傾向があるので、好ましくは１０：１〜１：５である。

本発明で使用し得る低温分解過酸化物の具体例としては、ジイソブチリル パーオキサイド（１分間半間温度 ８５．１℃）、１，１，３，３−テトラメチルブチル パーオキシ−２−エチルヘキサノエート（１分間半間温度 １２４．３℃）、ジラウロイル パーオキサイド（１分間半間温度 １１６．４℃）、ジ（３，５，５−トリメチルヘキサイノイル）パーオキサイド（１分間半間温度 １１２．６℃）、ｔ−ブチル パーオキシピバレート（１分間半間温度 １１０．３℃）、ｔ−ヘキシル パーオキシピバレート（１分間半間温度 １０９．１℃）、ｔ−ブチル パーオキシネオヘプタノエート（１分間半間温度 １０４．６℃）、ｔ−ブチル パーオキシネオデカノエート（１分間半間温度 １０３．５℃）、ｔ−ヘキシル パーオキシネオデカノエート（１分間半間温度 １００．９℃）、ジ（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート（１分間半間温度 ９０．６℃）、ジ（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート（１分間半間温度 ９２．１℃）、１，１，３，３−テトラメチルブチル パーオキシネオデカノエート（１分間半間温度 ９２．１℃）、ジ−ｓｅｃ−ブチル パーオキシジカーボネート（１分間半間温度 ８５．１℃）、ジ−ｎ−プロピル パーオキシジカーボネート（１分間半間温度 ８５．１℃）、クミル パーオキシネオデカノエート（１分間半間温度 ８５．１℃）等を挙げることができる。これらは、２種以上を併用することができる。

また、高温分解過酸化物の具体例としては、ジ（４−メチルベンゾイル）パーオキサイド（１分間半間温度１２８．２℃）、ジ（３−メチルベンゾイル）パーオキサイド（１分間半間温度１３１．１℃）、ジベンゾイル パーオキサイド（１分間半間温度 １３０．０℃）、ｔ−ヘキシル パーオキシベンゾエート（１分間半間温度 １６０．３℃）、ｔ−ブチル パーオキシベンゾエート（１分間半間温度 １６６．８℃）等を挙げることができる。これらは、２種以上を併用することができる。また、フェニル環を有するこれらの高温分解過酸化物を使用することにより、異方性導電フィルムの凝集力を向上させることができるので接着強度を更に向上させることができる。

低温分解過酸化物と高温分解過酸化物との好ましい組み合わせとしては、前者がジラウロイルパーオキサイドであり、後者がジベンゾイルパーオキサイドである組み合わせが、保存安定性と接着強度の点で好ましい。

このような異なる２種類の過酸化物からなる重合開始剤の異方性導電フィルムにおける使用量は、少なすぎると反応性が無くなり、多すぎると異方性導電フィルムの凝集力が低下する傾向があるので、重合性アクリル系化合物１００重量部に対し、好ましくは１〜１０重量部、より好ましくは３〜７重量部である。

本発明で使用する重合性アクリル系化合物としては、アクロイル基またはメタクロイル基（以下（メタ）アクロイル基と称する）を１以上、好ましくは２つ有する化合物である。ここで、重合性アクリル系化合物の一分子中の（メタ）アクロイル基の数は、導通信頼性向上のために２以上、好ましくは２つである。

重合性アクリル系化合物の具体例としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、リン酸エステル型アクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、２−アクリロイロキシエチルコハク酸、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ｏ−フタル酸ジグリシジルエーテルアクリレート、エトキシ化ビスフェノールＡジメタクリレート、ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等、及びこれらに相当する（メタ）アクリレートを挙げることができる。

重合性アクリル系化合物の異方性導電フィルムにおける使用量は、少なすぎると導通信頼性が低くなり、多すぎると接着強度が低くなる傾向があるので、好ましくは樹脂固形分中の２０〜７０重量％、より好ましくは３０〜６０重量％である。

本発明で使用するフィルム形成樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、ＥＶＡ等の熱可塑性エラストマー等を使用することができる。中でも、耐熱性、接着性のために、フェノキシ樹脂を好ましく使用することができる。

フィルム形成樹脂の異方性導電フィルムにおける使用量は、少なすぎるとフィルムを形成せず、多すぎると電気接続を得るための樹脂の排除性が低くなる傾向があるので、好ましくは樹脂固形分中の１０〜７０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％である。

本発明で使用する導電性粒子としては、従来の異方性導電フィルムで用いられているような導電性粒子を使用することができ、例えば、金粒子、銀粒子、ニッケル粒子等の金属粒子、ベンゾグアナミン樹脂やスチレン樹脂等の樹脂粒子の表面を金、ニッケル、亜鉛等の金属で被覆した金属被覆樹脂粒子等を使用することができる。このような導電性粒子の平均粒径としては、通常１〜１０μｍ、より好ましくは２〜６μｍである。

導電性粒子の異方性導電フィルムにおける使用量は、少なすぎると導通不良となり、多すぎると短絡となるので、好ましくは樹脂固形分１００重量部に対し、好ましくは０．１〜２０重量部、より好ましくは０．２〜１０重量部である。

本発明の異方性導電フィルムは、必要に応じて、各種アクリルモノマー等の希釈用モノマー、充填剤、軟化剤、着色剤、難燃化剤、チキソトロピック剤、カップリング剤等を含有することができる。

本発明の異方性導電フィルムは、従来の異方性導電フィルムと同様の方法により製造することができる。例えば、重合性アクリル系化合物、フィルム形成樹脂、導電性粒子、重合開始剤及び必要に応じて他の添加剤、更にメチルエチルケトンなどの溶媒を均一に混合し、その混合物を、剥離処理が施された剥離シート表面に塗布し、乾燥することにより製造することができる。

本発明の異方性導電フィルムは、第１の配線基板の接続部と第２の配線基板の接続部との間を異方性接続してなる接続構造体に好ましく適用できる。ここで、第１の配線基板及び第２の配線基板には特に限定はなく、液晶パネルのガラス基板や、フレキシブル配線基板等を挙げることができる。また、それぞれの基板の接続部についても特に限定はないが、従来の異方性導電フィルムが適用される接続部でかまわない。

このような接続構造体は、第１の配線基板の接続部と第２の配線基板の接続部との間に本発明の異方性導電フィルムを挟持させ、一分間半減期温度の低い有機過酸化物が分解しない第１の温度で仮貼りし、一分間半減期温度の高い有機過酸化物が分解する第２の温度で熱圧着するにより製造することができる。ここで、一分間半減期温度の低い有機過酸化物、一分間半減期温度の高い有機過酸化物、それらの好ましい１分間半減期温度、それらの好ましい温度差については、既に説明したとおりである。また、第１の温度としては、一分間半減期温度の低い有機過酸化物の当該一分間半減期温度の−２０℃以下の温度が好ましく、第２の温度としては、一分間半減期温度の高い有機過酸化物の当該一分間半減期温度の−２０℃以上の温度が好ましい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１及び比較例１〜５
表１の組成の成分を常法により均一に混合し、剥離ポリエステルフィルムに塗布し、７０℃の熱風を５分間吹き掛けて乾燥して３０μｍ厚の異方性導電フィルムを作成した。

得られた異方性導電フィルムについて、接続信頼性の程度を判断するために４端子法にて導通抵抗を測定した。即ち、ガラスエポキシ基板に３５μｍの銅箔で２００μｍのピッチの配線を形成し、これに異方性導電フィルムを８０℃、１ＭＰａ、２秒という条件で加熱圧着し、剥離ＰＥＴを引き剥がし、基板表面に異方性導電フィルムを仮接着した。この異方性導電フィルムに対し、厚さ３８μｍのポリイミドフィルムに２００μｍピッチの厚さ８μｍの銅配線を形成したフレキシブル配線基板の銅配線部分を載せ、１３０℃、３ＭＰａ、３秒又は１９０℃、３ＭＰａ、５秒という条件で４ｃｍに亘って圧着して評価用の接続構造体を得た。

得られた接続構造体を、温度８５℃、湿度８５％ＲＨの恒温槽中に５００時間保持した後、導通抵抗値をマルチメータで測定した。得られた結果を表１に示す。また、接着強度は、上記の配線構造体を剥離速度５０ｍｍ／分での９０度剥離試験を行い接着強度を測定した。得られた結果を表１に示す。実用上、６Ｎ／ｃｍ以上であることが望まれる。

また、異方性導電フィルムのＤＳＣ（示差熱量測定：昇温速度１０℃／分）を測定した。得られた結果を表１に示す。

また、得られた実施例１の異方性導電フィルムを１３５℃で加熱した際の発生ガスを捕集（−２０℃，１５分）し、濃縮し、濃縮物をＧＣ−ＭＳ装置（JHS100（JAI社製）-HP6890/5973MS（agllent社製））でＧＣ−ＭＳ測定した。得られたＧＣ−ＭＳチャートを図１に示す。図１によれば、安息香酸の吸収ピークが確認でき、圧着時に安息香酸が発生していることが確認できる。

表１から、ジラウロイルパーオキサイド（低温分解過酸化物）とジベンゾイルパーオキサイド（高温分解過酸化物）とを重合開始剤として用いた実施例１の異方性導電フィルムは、導通抵抗が小さく、従って導通信頼性に優れ、しかも優れた接着強度を示していることが解る。

一方、重合開始剤としてジラウロイルパーオキサイドのみを使用した比較例１の異方性導電フィルムは、接着強度が低く、重合開始剤としてジベンゾイルパーオキサイドのみを使用した比較例２の異方性導電フィルムは、接着強度は好ましいが、導通抵抗が高く好ましくないものであった。重合開始剤としてジラウロイルパーオキサイドのみを使用したが、安息香酸単体を添加した比較例３の異方性導電フィルムは、接着強度が低いものであった。また、重合開始剤を使用せずに安息香酸を単独で使用した場合にも、接着強度が低いものであった。

また、安息香酸の効果を調べるために１分子で２つの安息香酸を発生させるジベンゾイルパーオキサイドのみを使用した比較例２、１分子で１つの安息香酸を発生させるｔ−ブチルパーオキシベンゾエートのみを重合開始剤として使用した比較例４、安息香酸を発生させないジラウロイルパーオキサイドのみを重合開始剤として使用した比較例１の場合を比較したところ、１９０℃−３Ｍｐａ−５ｓｅｃという圧着条件での接着強度が、比較例２＞比較例４＞比較例１の順であった。従って安息香酸の発生個数が多いほど接着強度が高いことが解る。また、安息香酸ではなく、２−エチルヘキサノイック酸を発生させる比較例５の結果から、接着強度の向上に役立つカルボン酸として、２−エチルヘキサノイック酸よりも安息香酸の方が優れていることがわかる。

本発明の異方性導電フィルムは、低温・速硬化で異方性接続することができる。従って、接続対象物に熱ストレスを与えずに異方性接続することができ、精密電子部品の高信頼性の異方性接続に有用である。

実施例１の異方性導電フィルムサンプルのＧＣ−ＭＳチャートである。

Claims (9)

1. 重合性アクリル系化合物、フィルム形成樹脂、導電性粒子及び重合開始剤を含有してなる異方性導電フィルムにおいて、該重合開始剤が、一分間半減期温度の異なる２種類の有機過酸化物を含有し、該２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の高い有機過酸化物が分解により安息香酸又はその誘導体を発生するものであることを特徴とする異方性導電フィルム。
   
   
2. 該２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の低い有機過酸化物の１分間半減期温度が８０℃以上１２０℃未満であり、一分間半減期温度の高い有機過酸化物の１分間半減期温度が１２０℃以上１５０℃以下である請求項１記載の異方性導電フィルム。
3. 分解温度の異なる２種類の有機過酸化物の間の１分間半減期温度差が、１０℃以上３０℃以下である請求項１又は２記載の異方性導電フィルム。
4. 該２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の低い有機過酸化物と一分間半減期温度の高い有機過酸化物との重量比が１０：１〜１：５である請求項１〜３のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
5. 該２種類の有機過酸化物のうち、一分間半減期温度の低い有機過酸化物がジラウロイルパーオキサイドであり、一分間半減期温度の高い有機過酸化物がジベンゾイルパーオキサイドである請求項４記載の異方性導電フィルム。
6. 重合性アクリル系化合物が、リン酸エステル型アクリレートまたはフルオレン基を有するアクリレートである請求項１〜５のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
7. フィルム形成樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂又はフェノキシ樹脂である請求項１〜６のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
8. 第１の配線基板の接続部と第２の配線基板の接続部との間を、請求項１〜７のいずれかに記載の異方性導電フィルムで異方性接続した接続構造体。
9. 第１の配線基板の接続部と第２の配線基板の接続部との間に請求項１〜７のいずれかに記載の異方性導電フィルムを挟持させ、一分間半減期温度の低い有機過酸化物が分解しない第１の温度で仮貼りした後、一分間半減期温度の高い有機過酸化物が分解する第２の温度で熱圧着することを特徴とする接続構造体の製造方法。

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