JP5013114B2 - 電気装置、接続方法及び接着フィルム - Google Patents

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Description

本発明は電気部品と半導体素子の接続方法に関する。
従来より、半導体素子のような電気部品を配線基板に接続するのには、バインダー樹脂に導電性粒子が分散された異方導電性接着剤が用いられている。
電気部品と配線基板を接続する工程の一例について説明すると、配線基板と電気部品とで異方導電性接着剤を挟み込み、押圧する。これにより、電気部品の接続端子の先端部分と、配線基板のランド部分とで導電性粒子が挟み込まれると共にバインダー樹脂（接着剤）が押しのけられ、電気部品が配線基板に電気的に接続される。
接着剤が熱硬化性を有する場合には、上述の押圧時に加熱押圧し、接着剤を熱硬化させて電気部品を配線基板に固定する。このように、異方導電性接着剤を用いれば、電気部品を配線基板に電気的にも機械的にも接続することができる。
近年、半導体素子のコストダウンや、ファインピッチ化、電気部品本体の狭額縁化等に伴い、半導体素子の細長化が進んでいるが、半導体素子が細長い場合には、接着剤を熱硬化させるときに発生する応力で半導体素子に反りが生じ、半導体素子の長手方向の両端部が配線基板から離れ、その両端部に位置する接続端子が導通不良になることがある。
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、導通信頼性の高い接続を備えた電気装置を提供すること、またそのための接続方法及びその接続方法に使用する接着フィルムを提供することである。
上記課題を解決するため、本発明は配線基板と、少なくとも片面に接続端子が配置された電気部品とが硬化接着剤により固定されている電気装置であって、
硬化接着剤は、第一の硬化領域と、第一の硬化領域よりもガラス転移温度が低い第二の硬化領域を有し、第一の硬化領域と第二の硬化領域が配線基板上の異なる位置に配置されている電気装置を提供する。
また、本発明は、上述の電気装置の製造に使用する接着フィルムとして、第一の未硬化接着剤層と、第一の未硬化接着剤層よりも硬化後のガラス転移温度が低い第二の未硬化接着剤層が、帯状の剥離フィルム上の異なる位置に設けられている接着フィルムを提供する。
さらに、本発明は、上述の電気装置の製造に使用する接続方法として、配線基板と、少なくとも片面に接続端子が配置された電気部品とを、硬化接着剤層で固定する接続方法であって、配線基板と電気部品の間の異なる位置に、第一の未硬化接着剤層と、第一の未硬化接着剤層よりも硬化後のガラス転移温度が低い第二の未硬化接着剤層を配置し、第一及び第二の未硬化接着剤層を硬化させ、配線基板と電気部品とを固定する接続方法を提供する。
本発明の電気装置では、電気部品と配線基板とを固定する硬化接着剤の領域に、ガラス転移温度が互いに異なる第一、第二の領域が形成されている。ここで、接着剤の硬化物は、ガラス転移温度が高い程接着強度が高く、ガラス転移温度が低い程柔軟性が高い。したがって、本発明によれば、ガラス転移温度が相対的に低い第二の硬化領域で、未硬化接着剤層が硬化する時の応力を緩和することができる。特に、電気部品が細長い場合には、第一の硬化領域を電気部品の長手方向両端部に配置し、第一の硬化領域よりもガラス転移温度が低い第二の硬化領域を電気部品の長手方向の中央部分に配置することにより、硬化時の応力を第二の硬化領域で緩和させると共に、電気部品の両端部を第一の硬化領域で強固に固定することができる。よって、本発明の電気装置によれば電気部品の両端部が剥離せず、その両端部での電気的接続が良好に維持されるものとなる。
さらに、本発明の電気装置において、電機部品が、第一の接続端子と、第一の接続端子よりも先端部分の面積が広い第二の接続端子を有する場合に、第一の接続端子を導電性粒子の含有率の高い硬化接着剤層で接続し、第二の接続端子を導電性粒子の含有率の低い硬化接着剤層で接続すると、第一、第二の接続端子のいずれの導通信頼性も高くすることができ、かつ第二の接続端子の接続コストを低減させることができる。
また、本発明の接続方法によれば、本発明の電気装置の製造が可能となり、本発明の接着フィルムによれば、剥離フィルム上に、硬化後のガラス転移温度が異なる第一及び第二の未硬化接着剤層を有するので、本発明の接続方法が容易となる。
以下、図面に基づいて本発明を具体的に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
図１は本発明の接着フィルム１０の一例を示している。この接着フィルム１０は帯状の剥離フィルム１１と、剥離フィルム１１上に配置された未硬化接着剤層１２とを有している。
ここで、未硬化接着剤層１２は第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８からなり、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８は、硬化物のガラス転移温度が互いに異なる熱硬化性バインダー樹脂（第一、第二のバインダー樹脂）１６、１７に導電性粒子１９を分散させた異方導電性接着剤層となっている。第一のバインダー樹脂１６の硬化物は、第二のバインダー樹脂１７の硬化物に対し、ガラス転移温度を好ましくは２０〜６０℃、より好ましくは３０〜５０℃高くする。
このように硬化物のガラス転移温度が異なる熱硬化性バインダー樹脂は、例えば官能基の数が互いに異なるエポキシ樹脂で構成することができ、より具体的には、第一のバインダー樹脂１６は第二のバインダー樹脂１７よりも官能基の数が多いエポキシ樹脂で構成する。エポキシ樹脂は官能基の数が多い程、重合したときのガラス転移温度が高くなるので、第一の未硬化接着剤層１５が硬化した第一の硬化領域１５ａのガラス転移温度は、第二の未硬化接着剤層１８が硬化した第二の硬化領域１８ａのガラス転移温度よりも高くなる（図４（ｄ））。
第一、第二のバインダー樹脂１６、１７に用いる熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂に限定されず、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂など種々の熱硬化性樹脂を用いることができ、これらの樹脂を単独、又は２種類以上を混合して第一、第二のバインダー樹脂１６、１７を構成することもできる。
また、第一、第二のバインダー樹脂１６、１７に用いる樹脂は熱硬化性樹脂を主成分とするものに限定されず、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂等他の樹脂を添加したものでもよく、また、紫外線や可視光などの光照射によって硬化する光硬化性樹脂を主成分とするものを用いることもできる。
また、ガラス転移温度が互いに異なる第一、第二の硬化領域を形成するために、硬化後のガラス転移温度が異なる第一、第二のバインダー樹脂１６、１７を使用することに代えて、導電性粒子の含有量及び種類、並びに老化防止剤、着色剤、軟化剤等の添加剤の添加量及び種類を変えることによって、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８の硬化後のガラス転移温度を互いに異なるように設定することもできる。
一方、導電性粒子１９としては、金属粒子や、樹脂粒子の表面に金属被膜層が形成されたもの等を単独又は２種類以上で含有させることができる。第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８に含有させる導電性粒子の種類は互いに同じでも異なっていてもよく、また、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８に含有させる導電性粒子の含有率も互いに同じでも異なっていてもよい。
また、剥離フィルム１１上に形成する第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８の膜厚はそれぞれ特に限定されるものではないが、接着フィルム１０で配線基板２０に接続しようとする電気部品２５を確実に配線基板２０に固定するためには、１０μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。
第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８はそれぞれ剥離フィルム１１の長手方向に沿って細い帯状に形成されている。第二の未硬化接着剤層１８の幅Ｌ2は剥離フィルム１１の幅よりも狭く、第二の未硬化接着剤層１８は剥離フィルム１１の幅方向の両端部の間、好ましくは中央位置に配置されており、第一の未硬化接着剤層１５は、剥離フィルム１１上の両端部に配置されている。第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８は互いに重ならず、間隙もあけることなく配置されている（図３）。
この接着フィルム１０はロール状に巻き取られており、図２に示すように、接着フィルム１０のロール２は巻き出し軸７に装着され、一端がロール２から巻き出され、未硬化接着剤層１２の形成面が圧着台４に向けられた状態で、押圧ローラ３と圧着台４との間を通って巻き取り軸８に巻き取られる。
一方、図４（ａ）の符号２０は配線基板を示している。配線基板２０は、基板本体２１の表面に配線が引き回され、その配線の一部がランド部分２２に形成されている。また、図３において破線で囲った領域２８は配線基板２０のランド部分２２を含む領域であって、後述する電気部品の各接続端子を対応するランド部分２２に接続した時に、電気部品の接続面が接する固定領域を示している。このため、固定領域２８の形状は電機部品の接続面と同じ大きさで同じ形状になる。したがって、電気部品２５の接続面が細長い長方形の場合、固定領域２８も細長い長方形となる。
また、図４（ｃ）の符号２５は、配線基板２０に接続する電気部品を示している。この電気部品２５は半導体素子であって、細長い部品本体２６と、部品本体２６の細長い面に配置された複数の接続端子２７とを有している。
なお、本発明において、電気部品は半導体素子に限定されず、種々のものを用いることができる。また、一つの電気部品に、複数の接続端子が配設された接続領域の数は１個でも複数個でもよく、したがって、一つの電気装置における、電気部品と配線基板との接続領域の個数についても、１個でも複数個でもよい。
接着フィルム１０を用いて配線基板２０のランド部分２２と電気部品２５の接続端子２７とを接続する方法としては、図２に示すように、押圧ローラ３を圧着台４から離した状態で、配線基板２０を、ランド部分２２側の面を押圧ローラ３側に向けて圧着台４上に配置する。この場合、固定領域２８の長手方向ｐを配線基板２０上の接着フィルム１０の走行方向と略直交させ、未硬化接着剤層１２の幅方向の中心が、固定領域２８の長手方向ｐの中心を通るようにすることが好ましい。
次に、接着フィルム１０を走行させ、未硬化接着剤層１２を固定領域２８上に配置し、押圧ローラ３で接着フィルム１０を配線基板２０に押し当てる。配線基板２０の固定領域２８の長手方向ｐの長さＬpに対し、接着フィルム１０の未硬化接着剤層１２の幅Ｌ0は広いから、未硬化接着剤層１２が固定領域２８と、その長手方向ｐの両端部から所定量外側の領域に密着する。
更に、押圧ローラ３を固定領域２８の幅Ｌqよりも広い領域を押圧するように移動させる。これにより、未硬化接着剤層１２が固定領域２８の幅方向ｑの両端部から所定量外側の領域にも密着し、結局、未硬化接着剤層１２が固定領域２８と、固定領域２８の周囲から所定量だけ広い領域に接着する。
図３は、配線基板２０上に未硬化接着剤層１２が接着された状態を示す斜視図であり、図４（ｂ）は図３のＡ−Ａ線断面図を示している。上述したように、第二の未硬化接着剤層１８は剥離フィルム１１の幅方向の両端部の間に位置し、第二の未硬化接着剤層１８の幅Ｌ2は固定領域２８の長さＬｐより短いので、第二の未硬化接着剤層１８は固定領域２８の長手方向ｐの両端部よりも内側の領域に接着される。
また、第一の未硬化接着剤層１５は未硬化接着剤層１２の幅方向の両端部に位置しており、未硬化接着剤層１２の幅Ｌ0は固定領域２８の長さＬpよりも大きいので、第一の未硬化接着剤層１５は固定領域２８の両端部と、その両端部から所定距離だけ外側の領域に接着される。
このように未硬化接着剤層１２を配線基板２０の固定領域２８上に接着した後は、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８の配線基板２０に密着した部分を切断手段９によって他の部分から分離し、押圧ローラ３を圧着台４から遠ざけて剥離フィルム１１にかかる荷重を無くす。第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８と剥離フィルム１１との間の接着力は、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８と配線基板２０との間の接着力よりも小さくされているから、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８の配線基板２０に接着した部分は剥離フィルム１１から剥離し、配線基板２０に転着される。
そこで、図４（ｃ）の電気部品２５の接続端子２７が配置された面を、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８に向け、各接続端子２７が対応するランド部分２２に対向するように、電気部品２５を固定領域２８上に配置する。
固定領域２８の長手方向の長さＬpは電気部品２５の長手方向の長さとなるから、上述の配置により、電気部品２５は、その長手方向の中央部分が、第二の未硬化接着剤層１８の幅方向の中央部分に位置し、電気部品２５の長手方向の両端部が第一の未硬化接着剤層１５にそれぞれ接触し、その両端部の間が第二の未硬化接着剤層１８に接触する。
次に、この状態で電気部品２５を加熱押圧する。第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８が昇温すると、第一、第二のバインダー樹脂１６、１７が軟化して第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８が流動性を呈する。更に加熱押圧を続けると、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８が接続端子２７で押し退けられ、接続端子２７とランド部分２２とが導電性粒子１９を挟み込んで電気的に接続される。
このとき、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８は、接続端子２７と、ランド部分２２とが接続される接続部分の周囲に流れ出し、第一の未硬化接着剤層１５は電気部品２５の長手方向両端部で部品本体２６と基板本体２１の間隙を埋め、第二の未硬化接着剤層１８はその両端部の間の位置で部品本体２６と基板本体２１の間隙を埋める。
第一、第二のバインダー樹脂１６、１７は熱硬化性を有しており、加熱押圧を続けると、第一、第二のバインダー樹脂１６、１７の重合反応が進行する。そのため、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８が電気部品２５の長手方向両端部とその間の位置で、基板本体２１と部品本体２６の間隙をうめた状態で硬化し、基板本体２１と部品本体２６を固定する。こうして、電気装置１が得られる（図４（ｄ））。
図４（ｄ）の符号１２ａは、未硬化接着剤層１２が硬化した硬化接着剤を示している。第一の未硬化接着剤層１５は電気部品２５の長手方向両端部で、第二の未硬化接着剤層１８はそれらの間の位置で、配線基板２０と電気部品２５に密着した状態で硬化するので、第一の未硬化接着剤層１５が硬化した第一の硬化領域１５ａは、電気部品２５の長手方向両端部で電気部品２５と配線基板２０に密着してこれらを固定し、第二の未硬化接着剤層１８が硬化した第二の硬化領域１８ａは、その両端部の間で電気部品２５と配線基板２０に密着してこれらを固定する。
ここで、第一の硬化領域１５ａは、第二の硬化領域１８ａに対してガラス転移温度が高い。
一方、一般に、接着剤の硬化物はガラス転移温度が高い程硬く、ガラス転移温度が低い程柔軟性が高い傾向がある。そのため、配線基板２０と電気部品２５は、電気部品２５の長手方向の両端部では硬化接着剤層１２ａの硬い領域（第一の硬化領域１５ａ）で固定され、その両端部の間では硬化接着剤層１２ａの柔らかい領域（第二の硬化領域１８ａ）で固定されたことになる。
従って、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８が硬化するときの応力は、柔らかい第二の硬化領域１８ａで吸収され、また残留応力で電気部品２５に反りが生じたとしても、電気部品２５の長手方向の両端部は硬い第一の硬化領域１５ａで強固に固定されているので、その両端部は配線基板２０から剥離しにくいものとなる。
更に、電気部品２５の長手方向の両端部では、接続端子２７とランド部分２２が接続された接続部分１４は硬い第一の硬化領域１５ａで固定されているので、接続端子２７がランド部分２２から離れず、導通不良が生じない。従って、本発明の電気装置１の導通信頼性は高いものになる。
以上は、第一の未硬化接着剤層１５が剥離フィルム１１の幅方向の両端部に配置され、その両端部の間に第二の未硬化接着剤層１８が配置された接着フィルム１０を用いて配線基板２０と電気部品２５を接続する方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図５に示す接着フィルム１０ｂのように、第一、第二の未硬化接着剤層１５ｂ、１８ｂを剥離フィルム１１の長手方向に交互に並べたものを使用してもよい。
図５において、第一、第二の未硬化接着剤層１５ｂ、１８ｂは、それぞれ、図１の第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８と同様に、硬化物のガラス転移温度の異なる接着剤から形成したものである。
未硬化接着剤層１２ｂの幅Ｌ0bは、上述した長方形の固定領域２８の短辺の長さＬqよりも長くなっている。また、未硬化接着剤層１２ｂは、固定領域２８の長辺の長さＬpよりも所定距離だけ長い距離を、第一、第二の未硬化接着剤層１５ｂ、１８ｂからなる接続単位２９ｂとし、その接続単位を剥離フィルムの長手方向に配列したものとなっている。具体的には、剥離フィルムの長手方向に、第一、第二の未硬化接着剤層を交互に配置し、一つの第一の未硬化接着剤層１５ｂの中央部からその隣の第一の未硬化接着剤層１５ｂの中央部までが接続単位２９ｂとなるようにしている。したがって、この接続単位２９ｂでは、その長手方向の両端部に第一の未硬化接着剤層１５ｂが位置し、その間に第二の未硬化接着剤層１８ｂが位置するものとなる。
そして、この１つの接続単位２９ｂを固定領域２８上に配置すると、図５に示すように、固定領域２８とその周囲の所定量の領域が１つの接続単位２９ｂで覆われることになる。
次に、この接着フィルム１０ｂを用いて上述した配線基板２０と電気部品２５とを接続する工程を説明する。
配線基板２０を、固定領域２８の長辺が接着フィルム１０ｂの長手方向と平行になるように圧着台４上に配置し、接着フィルム１０ｂを配線基板２０上で接着フィルム１０ｂの長手方向に沿って走行させ、１つの接続単位２９ｂが固定領域２８上を覆う位置になったところで、押圧ローラ３で接着フィルム１０ｂを配線基板２０に押し当てる。これにより、固定領域２８と、その周囲の所定領域の範囲が接続単位２９ｂを覆うように接着する。
接続単位２９ｂ内において、固定領域２８の長辺の長さは、接着フィルム１０ｂの長手方向の第二の未硬化接着剤層１８ｂの長さよりは長く、かつ、接続単位２９ｂの接着フィルム１０ｂの長手方向の長さよりは短い。また、接続単位２９ｂにおいて、第二の未硬化接着剤層１８ｂの長手方向の両端部には第一の未硬化接着剤層１５ｂが配置されている。このため、固定領域２８が接続単位２９ｂで覆われると、固定領域２８の長手方向ｐの両端部に第一の未硬化接着剤層１５ｂが接着し、その両端部の間の位置に第二の未硬化接着剤層１８ｂが接着する。
次いで、切断手段９によって配線基板２０に接着された接続単位２９ｂを未硬化接着剤層１２ｂの他の部分から分離し、剥離フィルム１１を剥離する。これにより、接続単位２９ｂが剥離フィルム１１から剥離され、配線基板２０に転着される。
そして、配線基板２０に転着した接続単位２９ｂ上に、電気部品２５を、その接続面が固定領域２８の真上に位置し、接続端子２７が対応するランド部分２２と対向するように配置する。
電気部品２５の平面形状は固定領域２８と同じ大きさで同じ形状であるから、電気部品２５の接続端子２７を対応するランド部分２２上に位置させ、電気部品２５を固定領域２８の真上の位置で接続単位２９ｂ上に載置すると、電気部品２５の長手方向両端部が第一の未硬化接着剤層１５ｂに密着し、その両端部の間が第二の未硬化接着剤層１８ｂに密着する。
そこで、この状態で加熱押圧を行う。これにより、電気部品２５の長手方向の両端部と配線基板２０が、第一の未硬化接着剤層１５ｂが硬化した第一の硬化領域で固定され、その両端部の間が第二の未硬化接着剤層１８ｂが硬化した第二の硬化領域で固定される。
この接着フィルム１０ｂにおいても、第一の硬化領域のガラス転移温度は第二の硬化領域のガラス転移温度よりも高くされているので、電気部品２５の長手方向の両端部は硬い樹脂で強固に固定され、その両端部の間の部分は柔らかい樹脂で、硬化の時の応力が緩和するように固定される。したがって、反り量が小さく、かつ導通信頼性の高い電気装置が得られる。
本発明の接着フィルムにおいて、第一、第二の未硬化接着剤層の配列態様としては、図６に示す接着フィルム１０ｅのように、１つの接続単位２９ｅに、第一、第二の未硬化接着剤層１５ｅ、１８ｅの他に第三の未硬化接着剤層１９ｅを設けてもよい。この未硬化接着剤層１９ｅとしては、例えば、そのバインダー樹脂を第一、第二の未硬化接着剤層のバインダー樹脂と異ならせることにより、硬化物のガラス転移温度を第二の未硬化接着剤層１８ｅより低くしたものなどあげることができる。
さらに、本発明の接続方法では、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８を別々の剥離フィルム１１上に配置し、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８が形成された剥離フィルム１１をそれぞれ配線基板２０上に走行させ、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８を別々の剥離フィルム１１上から同じ配線基板２０に転着させることもできる。
また、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８の配線基板２０への配置方法としては、例えば、ペースト状の第一、第二の未硬化接着剤を用意し、第一の未硬化接着剤を、配線基板２０において電気部品２５の長手方向両端部が接続される位置に塗布し、第二の未硬化接着剤をその両端部の間に塗布して、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８をそれぞれ形成してもよい。
また、第一の未硬化接着剤層１５を電気部品２５の長手方向両端部上に配置し、第二の未硬化接着剤層１８を電気部品２５のその両端部の間に配置した後、第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８に配線基板２０を密着させてもよい。
本発明においては、必要に応じて、接着フィルムの未硬化接着剤層（異方導電性接着剤層）に、導電性粒子の含有率が異なる領域の領域を設けてもよい。
図７（ａ）、（ｂ）の符号５０はこのような接着フィルムを示しており、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ切断線断面図である。この接着フィルム５０は帯状の剥離フィルム５１と、剥離フィルム５１上に配置され、導電性粒子５９が分散された未硬化接着剤層５２とを有している。
未硬化接着剤層５２は、そのバインダーの硬化物のガラス転移温度によって、第一の未硬化接着剤層５６と、第一の未硬化接着剤層よりもガラス転移温度が低い第二の未硬化接着剤層５７に区分され、さらに、導電性粒子５９の含有率によって、第一の接着部５５と、第一の接着部５５よりも導電性粒子５９の含有率の低い第二の接着部５８に区分される。
この接着フィルム５０は、例えば、図８に示す電機部品６５と図９（ａ）に示す配線基板６０とを接続する場合に好適に用いることができる。
即ち、図８の電気部品６５は、細長い部品本体６６と、部品本体６６の一面に設けられた第一、第二の接続端子６７、６８とを有している。第一の接続端子６７の先端部分５３の面積は、第二の接続端子６８の先端部分５４の面積よりも狭い。第一の接続端子６７と第二の接続端子６８はそれぞれ直線状に配列しているが、第一の接続端子の配列ピッチは第二の接続端子６８の配列ピッチよりも狭くなっている。
一方、図９（ａ）の配線基板６０は基板本体６１と、基板本体６１の一面に配置された第一、第二のランド部分６３、６４とを有している。この第一、第二のランド部分６３、６４は、上述の電機部品６５の第一、第二の接続端子６７、６８と対応する位置に設けられている。したがって、第一のランド部分６３の表面積は、第二のランド部分６４の表面積よりも小さい。また、第一、第二のランド部分６３、６４はそれぞれ直線状に配列しているが、第一のランド部分６３の配列ピッチは第二のランド部分６３の配列ピッチよりも小さくなっている。
そこで、配線基板６０に電気部品６５を接続するには、まず、第一、第二のランド部分６３、６４の配列方向と、接着フィルム５０の走行方向とが平行になるように配線基板６０を圧着台４に配置し、接着フィルム５０を配線基板６０の長手方向に沿って走行させる。これにより、配線基板６０の長手方向の両端部に接着フィルム５０の第一の未硬化接着剤層５６を配置し、この両端部の間に第二の未硬化接着剤層５７を配置し、また、配線基板６０の第一、第二のランド部分６３、６４の配列上に、接着フィルム５０の第一、第二の接着部５５，５８を配置する。そして、接着フィルム５０を配線基板６０に押し当て、未硬化接着剤層５２を配線基板６０に接着し、その未硬化接着剤層５２の接着部分を切断手段９で他の部分から分離し、剥離フィルム５１を剥離し、図９（ｂ）に示すように未硬化接着剤層５２を配線基板６０に転着させる。
次に、電気部品６５の第一、第二の接続端子６７、６８が配置された面を配線基板６０側に向けた状態で、電気部品６５を配線基板６０上に配置し、第一、第二の接続端子６７、６８を第一、第二のランド部分６３、６４に対向させる。
そして、電気部品６５を未硬化接着剤層５２上に載せ、第一の接続端子６７の先端部分５３を第一の未硬化接着剤層５６の第一の接着部５５に密着し、第二の接続端子６８の先端部分５４を第二の未硬化接着剤層５７の第二の接着部５８に密着させ、その状態で、電気部品６５を加熱押圧する。
これにより、図９（ｃ）に示すように、接続端子の先端面積が小さい第一の接続端子６７は第一の接着部５５の導電性粒子５９と接触し、接続端子の先端面積が広い第二の接続端子６８は、第二の接着部５８の導電性粒子５９と接触する。
ここで、導電性粒子５９の含有率が均一な場合には、第一の接続端子６７に導電性粒子５９が接触する確率は接続面積が狭い分低くなってしまうが、第一の接着部５５の導電性粒子５９の含有率は第二の接着部５８の導電性粒子５９の含有率よりも高くされているので、第二の接続端子６８だけではなく、第一の接続端子６７も確実に導電性粒子５９と接触する。
更に、加熱押圧を続けると、第一、第二の接続端子６７、６８が第一、第二のランド部分６３、６４に押し付けられて、各先端部分５３、５４に接触した導電性粒子５９が第一、第二の接続端子６７、６８と第一、第二のランド部分６３、６４とで挟み込まれた状態になる。
この状態で未硬化接着剤層５６、５７の重合反応が進行し、第一、第二の接着部５５、５８が第一、第二の接続端子６７、６８と第一、第二のランド部分６３、６４の周囲を取り囲んだ状態で硬化する。
これにより、図１０及びそのＣ−Ｃ切断面である図９（ｃ）に示すように、電気部品６５の両端部の第一、第二の接続端子６７、６８が、第一の硬化領域５６ａで強固に固定され、それらの間が第二の硬化領域５７ａで硬化時の応力を緩和した状態に固定された電気装置４０が得られる。
こうして得られる電気装置４０は、極めて導通信頼性の高いものとなる。
また、未硬化接着剤層５２全体の導電性粒子５９の含有率を高くするとコストが高くなるが、第二の接着部５８の導電性粒子５９の含有率が低くされている分、未硬化接着剤層５２全体では導電性粒子５９の含有率が低くされているので、製造コストも安価になる。
なお、図１０において、符号４３は、第一の接続端子６７と第一のランド部分６３が接続された第一の接続部分４１が位置する第一の接続領域を示しており、符号４４は第二の接続端子６８と第二のランド部分６４が接続された第二の接続部分４２が位置する第二の接続領域を示している。
この電気装置４０では、例えば、配線基板６０の電気信号は、接続面積が広い第二の接続部分４２から電気部品２５に入力され、その電気信号は電気部品２５で処理された後、接続面積が狭い第一の接続部分４１から配線基板６０に出力される。
本発明の接着フィルム５０において、導電性粒子の含有率が互いに異なる第一、第二の接着部５５、５８の配置は、上述の例に限られず、例えば、図１１に示す接着フィルム７０のように配置してもよい。
図１１（ａ）は接着フィルム７０の平面図を示しており、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＤ−Ｄ切断線断面図を示している。この接着フィルム７０は帯状の剥離フィルム７１と、剥離フィルム７１表面に延設された未硬化接着剤層７２とを有している。
未硬化接着剤層７２は、硬化後のガラス転移温度の点から、帯状の接着フィルム７０の幅方向の両端部が第一の未硬化接着剤層７６となり、この両端部の間が、硬化後のガラス転移温度が第一の未硬化接着剤層７６よりも低い第二の未硬化接着剤層７７となっている。
また、未硬化接着剤層７２は、異方導電性粒子の含有率の点から、帯状の接着フィルム７０の長手方向に、第一の接着部７５と第二の接着部７８が交互に繰り返され、第一の接着部７５は第二の接着部７８よりも異方導電性粒子の含有率が高くなっている。
図１１（ａ）の破線はこの接着フィルム７０を用いて好適に接合することのできる電気部品６５の接続面の大きさを示している。この電気部品６５は、図８に示したように、先端部分の面積が狭い第一の接続端子６７と先端部分の面積が広い第二の接続端子６８がそれぞれ直線状に配列したものである。図１１（ａ）に示すように、接着フィルム７０の幅は、電気部品６５の接続面の長辺の長さよりもやや長く、第一、第二の接着部７５、７８の繰り返しピッチは、電気部品６５の接続面の短辺の長さよりもやや長く、第一、第二の接着部７５、７８で接続単位７９を構成している。
したがって、接着フィルム７０を用いて電気部品６５と配線基板を接続すると、電気部品６５の長手方向の両端部はガラス転移温度の高い第一の硬化領域で強固に接続し、その両端部の間はガラス転移温度の低い第二の硬化領域で硬化時の応力を緩和した状態に接続することができると共に、先端部分の面積が狭い第一の接続端子６７は導電性粒子の含有率の高い第一の接着部７５で確実に接続することができ、先端部分の面積が広い第二の接続端子６８は、導電性粒子の含有率の低い第二の接着部７８で、製造コストを抑えつつ確実に接続することができる。
本発明の接着フィルムにおいて、第一、第二の接着部５５、５８の配置も特に限定されるものではなく、例えば、接着する電気部品６５の形状、端子配列等に応じて、図１２に示す接着フィルム７０ｂのように、接着フィルム７０ｂの長手方向に、ガラス転移温度が相対的に高い第一の未硬化接着剤層１５ｄと、ガラス転移温度がそれよりも低い第二の未硬化接着剤層１８ｄを交互に設け、かつ各第一、第二の未硬化接着剤層１５ｄ、１８ｄが、異方導電性粒子の含有率によって、第一の接着部７５と、それよりも導電性粒子の含有率の低い第二の接着部７８に区分されるようにしてもよい。
また、図１３に示した電気装置８０のように、四角形の電気部品６５ｂの対角線で２分される領域に、接着フィルムの未硬化接着剤層８２ｂとして、導電性粒子含有率の高い第一の接着部８５と、導電性粒子の含有率の低い第二の接着部８８をそれぞれ別々に配置し、先端面積の狭い接続端子とランド部分とが接続されている第一の接続領域４３ｂと、先端面積の広い接続端子とランド部分とが接続されている第二の接続領域４４ｂを形成することにより、電気部品６５ｂを配線基板６０ｂに接続してもよい。この場合も、電気部品６５ｂの長手方向の両端部は、ガラス転移温度の高い第一の硬化領域で固定し、その両端部の間はガラス転移温度の低い第二の硬化領域で固定する。
本発明においては、導電性粒子の含有率が異なる３つ以上の接着部分で未硬化接着剤層を構成してもよく、また、接続端子が半田バンプである場合のように、加熱押圧により接続端子とランド部分とが金属結合することを期待できる場合には、未硬化接着剤層の一部又は全部を導電性粒子の含有率がゼロの接着部分で構成してもよい。
さらに、本発明においては、未硬化接着剤層に導電性粒子の含有率の異なる部分を設ける場合にも設けない場合も、ガラス転移温度が異なる硬化領域が、配線基板上で重なり合うようにしてもよい。
例えば、図１４の電気装置１ｆの硬化接着剤層１２ｆは、ガラス転移温度が互いに異なる第一、第二の硬化領域１５ｆ、１８ｆの他に、第一、第二の硬化領域１５ｆ、１８ｆとは異なる種類の接着剤が硬化した第三の硬化領域１３ｆとを有しており、第三の硬化領域１３ｆは第一、第二の硬化領域１５ｆ、１８ｆの電気部品２５側の面上に配置され、電気部品２５の部品本体２６に密着している。
第三の硬化領域１３ｆの膜厚は薄く形成されているので、接続端子２７の先端部分が第三の硬化領域１３ｆから突き出ているため、接続端子２７の先端部分は、第一、第二の硬化領域１５ｆ、１８ｆによって固定されている。このように第三の硬化領域１３ｆを設けることにより、加熱押圧の際に第一、第二の硬化領域１５ｆ、１８ｆが必要以上に混合され、ガラス転移温度の差異が小さくなることを防止できる。
<実施例１>
エポキシ樹脂及び硬化剤に導電性粒子を分散させて第一の接着剤を作成した。また、第一の接着剤とは異なる種類のエポキシ樹脂に硬化剤を加え、第一の接着剤と同じ種類の導電性粒子を分散させ、導電性粒子の含有量(重量%)が第一の接着剤と同じ、第二の接着剤を作成した。
第一、第二の接着剤を加熱して完全に硬化させ、その硬化物のガラス転移温度を測定したところ、第一の接着剤の硬化物のガラス転移温度は１７０℃であり、第二の接着剤のガラス転移温度は１３０℃であった。
これら第一、第二の接着剤を用いて、図４（ｃ）に示すように、電気部品２５と配線基板２０の間に第一、第二の未硬化接着剤層１５、１８を配置し、上述したように加熱押圧して実施例１の電気装置１を作成した。この実施例１の電気装置１を用いて下記の試験を行った。
〔反り〕
電気装置１を電気部品２５側の面を下側に向けた状態で水平盤に載せ、電気部品２５の長手方向の両端部を水平盤表面に密着させ、電気部品２５の水平盤から離間した部分のうち、水平盤までの距離が最も長い部分の距離を反り量とした。
〔導通抵抗〕
電気装置１の電気部品２５の長手方向端部位置にある接続部分１４の抵抗値を測定した。抵抗値が低い程、導通信頼性が高いことになる。
〔耐久性〕
電気装置１を８５℃、相対湿度８５％の条件で１０００時間放置した後、電気部品２５が硬化接着剤層１２ａから剥離しているかどうかを観察した。上記試験の結果を下記表１に記載する。
Figure 0005013114
＜比較例１＞
上述した、実施例１の第一の接着剤の未硬化接着剤層だけを電気部品２５の長手方向の両端部と中央部分の両方に配置し、加熱押圧して比較例１の電気装置を作成した。
<比較例2>
上述した、実施例１の第二の接着剤の未硬化接着剤層だけを電気部品２５の長手方向の両端部と中央部分の両方に配置し、加熱押圧して比較例２の電気装置を作成した。
比較例１、２の電気装置を用いて、上述した「反り」、「導通抵抗」、「耐久性」の各評価試験を行った。各評価試験の結果を上記表１に記載した。上記表１から明らかなように、硬化物のガラス転移温度の高い第一の接着剤だけを用いた比較例１は、反りが大きく、電気部品の剥離が観察された。硬化物のガラス転移温度の低い第二の接着剤だけを用いた比較例２と、第一、第二の接着剤を用いた実施例１では、第二の接着剤で応力が緩和されたため、反り量が小さく、電気部品の剥離が見られなかった。しかしながら、実施例１では導通抵抗の値も低かったのに対し、比較例２は電気部品の長手方向端部の接続部分を固定する硬化接着剤層の強度が低いため、導通抵抗値が高くなっていた。
以上のことこから、電気部品の長手方向の両端部に硬化後のガラス転移温度が高い接着剤を配置し、その両端部の間に硬化後のガラス転移温度の低い接着剤を配置して電気部品を配線基板に接続すれば、反り量が小さく、かつ導通信頼性の高い電気装置１が得られることがわかる。
本発明の接続フィルム、接続方法及び電気装置は、電気的接続と機械的接続を同時に行うことが必要とされる種々の電気装置で有用である。
本発明に用いる接着フィルムを説明する断面図 配線基板に未硬化接着剤層を転着する工程を説明する図 配線基板に押し当てられた接着フィルムを示す斜視図 (a)〜(d)本発明により、配線基板と電気部品を接続する工程を説明する断面図 本発明の接着フィルムを説明する平面図 本発明の接着フィルムを説明する平面図 (a)本発明の接着フィルムを説明する平面図、(b)その断面図 本発明に用いる電気部品を説明する平面図 (a)〜(c)本発明により配線基板と電気装置を接続する工程を説明する断面図 本発明の電気装置を説明する平面図 (a)本発明の接着フィルムを説明する平面図、及び(b)断面図 本発明の接着フィルムを説明する平面図 本発明の電気装置を説明する平面図 本発明の電気装置を説明する断面図
符号の説明
１、１ｆ 電気装置
１０、１０ｂ 接着フィルム
１１ 剥離フィルム
１２ 未硬化接着剤層
１２ａ 硬化接着剤層
１２ｆ 硬化接着剤層
１３ｆ 第三の硬化領域
１４ 接続部分
１５、１５ｄ、１５ｅ 第一の未硬化接着剤層
１５ａ、１５ｆ 第一の硬化領域
１６ 第一のバインダー樹脂
１７ 第二のバインダー樹脂
１８、１８ｄ、１８ｅ 第二の未硬化接着剤層
１８ａ、１８ｆ 第二の硬化領域
１９ 導電性粒子
１９ｅ 第三の未硬化接着剤層
２０ 配線基板
２５ 電気部品
２６ 部品本体
２７ 接続端子
２８ 固定領域
２９、２９ｂ、２９ｅ 接続単位
４０ 電気装置
４１ 第一の接続部分
４２ 第二の接続部分
４３、４３ｂ 第一の接続領域
４４、４４ｂ 第二の接続領域
５０ 接着フィルム
５１ 剥離フィルム
５２ 未硬化接着剤層
５２ａ 硬化接着剤層
５５ 第一の接着部
５６ 第一の未硬化接着剤層
５６ａ 第一の硬化領域
５７ 第二の未硬化接着剤層
５７ａ 第二の硬化領域
５８ 第二の接着部
５９ 導電性粒子
６０、６０ｂ 配線基板
６１ 基板本体
６３ 第一のランド部分
６４ 第二のランド部分
６５、６５ｂ 電気部品
６６ 部品本体
６７ 第一の接続端子
６８ 第二の接続端子
７０、７０ｂ 接着フィルム
７１ 剥離フィルム
７２ 未硬化接着剤層
７５ 第一の接着部
７６ 第一の未硬化接着剤層
７７ 第二の未硬化接着剤層
７８ 第二の接着部
７９ 接続単位
８０ 電気装置
８５ 第一の接着部
８８ 第二の接着部

Claims (10)

  1. 配線基板と、少なくとも片面に接続端子が配置された電気部品とが硬化接着剤により固定されている電気装置であって、
    硬化接着剤は、第一の硬化領域と、第一の硬化領域よりもガラス転移温度が低い第二の硬化領域を有し、第一の硬化領域と第二の硬化領域が配線基板上の異なる位置に配置されており、
    第一及び／又は第二の硬化領域に導電性粒子が分散され、
    配線基板のランド部分と電気部品の接続端子とが導電性粒子を介して電気的に接続されており、
    電気部品の接続端子として、第一の接続端子と、第一の接続端子より先端部分の面積が広い第二の接続端子を有し、第一の接続端子を電気的に接続する硬化樹脂層の導電性粒子含有率が、第二の接続端子を電気的に接続する硬化樹脂層の導電性粒子含有率よりも高い電気装置。
  2. 電気部品の長手方向の両端部が、第一の硬化領域で固定され、該両端部の間が第二の硬化領域で固定されている請求項１記載の電気装置。
  3. 電気部品の長手方向の両端部に位置する接続端子と、配線基板のランド部分とが、第一の硬化領域で固定され、導電性粒子を介して電気的に接続されている請求項１記載の電気装置。
  4. 第一の未硬化接着剤層と、第一の未硬化接着剤層よりも硬化後のガラス転移温度が低い第二の未硬化接着剤層が、帯状の剥離フィルム上の異なる位置に設けられており、
    第一及び第二の未硬化接着剤層がそれぞれ導電性粒子を含有する第一及び第二の異方導電性接着剤層であり、
    第一の異方導電性接着剤層の導電性粒子含有率が、第二の異方導電性接着剤層の導電性粒子含有率よりも低い接着フィルム。
  5. 第一の未硬化接着剤層と第二の未硬化接着剤層が剥離フィルムの長手方向に沿って延設されている請求項４記載の接着フィルム。
  6. 第一の未硬化接着剤層が、剥離フィルムの幅方向の両端部に位置し、該両端部の間に第二の未硬化接着剤層が位置する請求項５記載の接着フィルム。
  7. ガラス転移温度が互いに異なる第一及び第二の未硬化接着剤層が、電気部品の大きさに応じた長さの接続単位を構成し、該接続単位が剥離フィルムの長手方向に配列している請求項４記載の接着フィルム。
  8. 配線基板と、少なくとも片面に接続端子が配置された電気部品とを、硬化接着剤で固定する接続方法であって、
    請求項４記載の接着フィルムを配線基板上に走行させ、接着フィルムの第一及び第二の未硬化接着剤層を配線基板に転着させることにより、配線基板と電気部品の間の異なる位置に、第一の未硬化接着剤層と、第一の未硬化接着剤層よりも硬化後のガラス転移温度が低い第二の未硬化接着剤層とを配置し、第一及び第二の未硬化接着剤層を硬化させ、配線基板と電気部品とを固定する接続方法。
  9. 第一の未硬化接着剤層を電気部品の長手方向の両端部に配置し、該両端部の間に第二の未硬化接着剤層を配置した状態で、第一及び第二の未硬化接着剤層を硬化させる請求項８記載の接続方法。
  10. 請求項７記載の接着フィルムを使用し、接続単位ごとに第一及び第二の未硬化接着剤層を配線基板に転着させる請求項８記載の接続方法。
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