JP5032961B2 - 異方性導電膜及びこれを用いた接合体 - Google Patents
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Description
近年、電子機器の小型化及び高機能化により、接合端子のファインピッチ化に伴う接合端子の面積が減少しているが、端子面積が狭くなっても、高い導通信頼性の確保が求められている。
しかし、前記異方導電性接着フィルムにおいては、前記導電性粒子が前記絶縁性接着剤層中に分散されているので、接続時の熱圧着により、絶縁性接着剤と共に導電性粒子が流動してしまうという問題があり、電気的接続を確実に行うためには、接続後に端子上に載っている導電性粒子の個数を一定以上にすることが必要となり、絶縁性接着剤層中に含有させる導電性粒子の個数を増大させなければならなかった。
前記導電性粒子を規則配列させた異方導電性接着フィルムを製造する方法としては、例えば、以下に示す方法が知られている。
特許文献1には、導電性粒子を絶縁性接着剤層の表面に配置させた異方性接着フィルムが開示されており、前記導電性粒子を前記絶縁性接着剤層の表面層に均一配置させる方法としては、前記導電性粒子を同一電荷に帯電させて散布させる方式が提案されている。しかし、この方式では、前記導電性粒子の電荷は、僅か数十秒間程度で消滅するため、前記絶縁性接着剤層上に、前記導電性粒子を配列させた状態を維持するのが困難である。
<1> 樹脂膜中であって、該樹脂膜の厚み方向における一方の面側に、導電性粒子が単層配列してなり、前記樹脂膜の厚み方向における一方の面と、前記導電性粒子の中心との距離の10点平均が、9μm以下であることを特徴とする異方性導電膜である。
該<1>に記載の異方性導電膜においては、前記樹脂膜の厚み方向における一方の面側に前記導電性粒子が単層配列しており、しかも該導電性粒子の中心は、前記一方の面から9μm以下の距離に位置している。このため、該異方性導電膜を用いて電子部品等と基板とを接合すると、前記導電性粒子は、樹脂の流動の影響を受け難く、前記電子部品等における接合端子に高い割合で捕捉され、優れた導通信頼性が得られる。
<2> 隣接する導電性粒子同士の中心間距離の10点平均が、1μm〜30μmである前記<1>に記載の異方性導電膜である。
<3> 一の噴霧手段を用いて噴出され、静電電位付与手段により静電電位が付与された導電性粒子と、他の噴霧手段を用いて噴出された樹脂粒子とを、被処理面上に同時に噴霧することにより、前記樹脂粒子で形成された樹脂膜中に、前記導電性粒子を単層配列させて得られる前記<1>から<2>のいずれかに記載の異方性導電膜である。
該<3>に記載の異方性導電膜においては、別々の前記噴霧手段を用いて噴出され、静電電位が付与された前記導電性粒子と、前記樹脂粒子とが、前記被処理面上に向かって同時に噴霧される。すると、前記導電性粒子の静電電位が損なわれることなく、前記被処理面における前記導電性粒子の位置安定性が確保された状態にて、前記樹脂粒子が堆積されて前記樹脂膜が形成される。その結果、前記樹脂膜の厚み方向における一方の面側に、ミクロンオーダーの配列間隔で前記導電性粒子が単層配列された異方性導電膜が得られる。
<4> 樹脂膜が、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種の絶縁性樹脂からなる前記<1>から<3>のいずれかに記載の異方性導電膜である。
該<5>に記載の接合体においては、本発明の前記異方性導電膜を用いて、前記電子部品及び前記基板から選択される2種以上が電気的に接合されているので、前記導電性粒子の粒子捕捉率が高く、導通信頼性に優れる。
<6> 電子部品及び基板から選択される2種以上における接合端子の面積が、600μm2以上1,800μm2未満である前記<5>に記載の接合体である。
<7> 電子部品が、ICチップ及び液晶パネルから選択され、基板が、ITOガラス基板、フレキシブル基板、リジッド基板及びフレキシブルプリント基板から選択される前記<5>から<6>のいずれかに記載の接合体である。
本発明の異方性導電膜は、樹脂膜中であって、該樹脂膜の厚み方向における一方の面側に、導電性粒子が単層配列してなり、前記樹脂膜の厚み方向における一方の面と、前記導電性粒子の中心との距離の10点平均が、9μm以下である。
本発明の前記異方性導電膜においては、前記樹脂膜の厚み方向における一方の面側に前記導電性粒子が単層配列しており、しかも該導電性粒子の中心は、前記一方の面から9μm以下の距離に位置しているので、電子部品等と基板との接続の際に、導電性粒子の流動の影響を受け難く、少ない粒子添加量で、高い粒子捕捉率を確保することができ、優れた導通信頼性を得ることができる。
これに対し、以下に説明する方法により異方性導電膜を製造すると、これらの不良の発生が抑制される点で、有利である。即ち、本発明の前記異方性導電膜の製造方法としては、一の噴霧手段を用いて噴出され、静電電位付与手段により静電電位が付与された導電性粒子と、他の噴霧手段を用いて噴出された樹脂粒子とを、被処理面上に同時に噴霧することにより、前記樹脂粒子で形成された樹脂膜中に、前記導電性粒子を単層配列させる工程を含んでいるのが好ましく、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程を含んでいてもよい。
前記導電性粒子としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、半田、ニッケル、金等の金属粒子;金属(ニッケル、金、アルミニウム、銅等)で被覆(メッキ)された、樹脂粒子、ガラス粒子あるいはセラミック粒子;などが挙げられる。
前記導電性粒子の平均粒径としては、例えば、体積平均粒径で、2〜10μmが好ましく、2〜4μmがより好ましい。
前記体積平均粒径が、2μm未満であると、分級処理及び入手が困難であり、10μmを超えると、接合端子のファインピッチ化に伴う、該接合端子の狭小化への対応が困難となることがある。
前記導電性粒子の比重としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、1.5〜3.0が好ましい。
前記比重が、1.5未満であると、前記被処理面上での前記導電性粒子の位置安定性を確保することが困難になることがあり、3.0を超えると、前記導電性粒子を単層配列させるためには、より高い静電電位の付与が必要となることがある。
前記スラリー溶液における前記導電性粒子の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20〜40質量%が好ましい。
前記含有量が、20質量%未満であると、噴霧時間が長くなり、製造効率が低下することがあり、40質量%を超えると、前記導電性粒子間で凝集が発生し易くなることがある。
前記溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン(MEK)、エタノールなどが好適に挙げられる。
前記樹脂粒子は、樹脂を溶剤に溶解させて調製したスラリー溶液を、前記噴霧手段を用いてミスト状に噴出させることにより形成される。
また、前記樹脂粒子が、前記噴霧手段により前記被処理面に対して噴霧されることにより、堆積されて樹脂膜が形成される。
前記粒径が、4μm未満あるいは6μmを超えると、前記導電性粒子の配列に乱れが生じることがある。
前記含有量が、10質量%未満であると、噴霧時間が長くなり、製造効率が低下することがあり、30質量%を超えると、ミストを噴霧することが困難になることがある。
前記溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン(MEK)、エタノールなどが好適に挙げられる。
前記エポキシ樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、前記アクリレートをメタクリレートにしたものが挙げられ、これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記厚みが、2μm未満であると、前記導電性粒子の固定化が困難になることがあり、20μmを超えると、噴霧時間が長くなり、製造効率が低下することがある。
前記噴霧手段は、前記導電性粒子及び前記樹脂粒子を、前記被処理面に対して噴霧する機能を有する。
前記噴霧手段は、前記一の噴霧手段と、前記他の噴霧手段との少なくとも2つが必要であり、これら別々の噴霧手段により、前記導電性粒子と前記樹脂粒子とを、前記被処理面に対して同時に噴霧することが必要である。これらの粒子を同時に噴霧しない場合、例えば、予め形成した樹脂膜上に、前記導電性粒子のみを噴霧する場合、後述する静電電位付与手段により前記導電性粒子に付与された静電電位を有していても、前記樹脂膜が存在することから、電気的な制御が不能となり、前記導電性粒子を単層配列させることができないことがある。
前記一の噴霧手段及び前記他の噴霧手段の形状、構造、大きさなどは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
前記被処理面への前記導電性粒子の到達速度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.3m/min以下が好ましい。
前記到達速度が、0.3m/minを超えると、任意の場所に前記導電性粒子の配列を形成するのが困難になることがある。
前記ノズルとしては、その形状、構造、大きさ、径としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、前記ノズルの径としては、0.1〜1.0mmが好ましい。
前記ノズルの径が、0.1mm未満であると、噴霧し難くなることがあり、1.0mmを超えると、ミストの粒径制御が困難となることがある。
前記ノズルは、市販品であってもよいし、適宜作製したものであってもよく、前記市販品としては、例えば、図1に示す、二流体ノズル(「2流体スプレーノズル 1/4JAUCO」;スプレイイングシステムス(株)製)が挙げられる。
前記静電電位付与手段は、前記導電性粒子に静電電位を付与する機能を有する。
前記静電電位付与手段は、前記導電性粒子が前記噴霧手段を用いて噴出された直後に、前記導電性粒子に静電電位を付与するのが好ましく、例えば、前記静電電位付与手段を、前記噴霧手段における前記導電性粒子の噴出口に隣接配設し、かつ特定の電圧を印加することにより、前記導電性粒子を帯電させることができる。
前記静電電位付与手段により静電電位が付与された前記導電性粒子における、該静電電位の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、300〜1,500Vが好ましい。
前記静電電位の大きさが、300V未満であると、前記導電性粒子が配列し難いことがあり、1,500Vを超えると、前記導電性粒子同士が反発し合い、配列構造を制御することができないことがある。
前記被処理面は、前記導電性粒子を単層配列させる対象であり、該被処理面としては、各種部材の表面が挙げられ、例えば、基板の表面、各種膜(例えば、樹脂膜)の表面などが挙げられる。
前記導電性パターンとしては、導電性を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、その材質としては、金属が好適に挙げられ、パターン形状としては、ライン状のほか、目的に応じて各種模様を選択することができる。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記導電性粒子が単層配列された前記樹脂膜を加熱し、前記溶剤を乾燥させる工程などが挙げられる。
図2に示すように、一の噴霧手段10を用いて噴出された導電性粒子12と、他の噴霧手段20を用いて噴出された樹脂粒子22とを、被処理面40上に同時に噴霧する。このとき、一の噴霧手段10と被処理面40との間であって、一の噴霧手段10における導電性粒子12の噴出口に、静電電位付与手段30が隣接配置されており、導電性粒子12は、一の噴霧手段10を用いて噴出された直後、静電電位付与手段30により電圧が印加されて、静電電位が付与される。
このように、別々の噴霧手段(噴霧手段10及び噴霧手段20)を用いて噴出された導電性粒子12と、樹脂粒子22とが、同時に被処理面40上に噴霧されるので、導電性粒子12は、静電電位が損なわれることなく被処理面40上にて単層配列され、しかも導電性粒子12の位置安定性が確保された状態にて、樹脂粒子22が堆積されて樹脂膜24が形成される。その結果、樹脂膜24中であって、樹脂膜24の厚み方向における一方の面側に、導電性粒子12が、ミクロンオーダーの配列間隔で単層配列された異方性導電膜が得られる。該異方性導電膜においては、樹脂膜24の厚み方向における一方の面と、導電性粒子12の中心との距離の10点平均が、9μm以下となっている。
このため、本発明の前記異方性導電膜は、各種電子部品と基板、基板同士などの接合に好適に使用することができ、例えば、ICタグ、ICカード、メモリーカード、フラットパネルディスプレイなどの製造に好適に使用することができる。
本発明の接合体は、本発明の前記異方性導電膜を介して、電子部品及び基板から選択される2種以上が、電気的に接合されてなる。即ち、前記電子部品における接合端子と、前記基板における電極又は接合端子との間、或いは前記基板同士における接合端子間に、前記導電性粒子が挟まれて潰されることにより、前記接合端子と前記電極等との導通が図られている。
なお、本発明の前記異方性導電膜の詳細については、上述した通りである。
前記基板としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ITOガラス基板、フレキシブル基板、リジッド基板、フレキシブルプリント基板などが挙げられる。
−異方性導電膜の作製−
前記導電性粒子としてのNi−Auメッキ樹脂粒子(「ミクロパール AU」;積水化学工業(株)製、粒径4μm、以下、「金粒子」と称する。)9質量部に、前記溶剤としてのトルエンを加えて、導電性粒子の40質量%スラリー溶液を調製した。以下、このスラリー溶液を、「A液」と称する。
次に、前記絶縁性樹脂としての液状エポキシ樹脂(「EP828」;ジャパンエポキシレジン(株)製)30質量部、フェノキシ樹脂(「PKHH」;インケム(株)製)30質量部、シランカップリング剤(「A−187」;日本ユニカー(株)製)1質量部、及びイミダゾール系潜在性硬化剤(「3941HP」;旭化成ケミカルズ社製)30質量部を混合して樹脂組成物を調製し、これに前記溶剤としてのトルエンを加えて、樹脂の10質量%トルエン溶液を調製した。以下、このトルエン溶液を、「B液」と称する。
次いで、図1に示す二流体ノズル(「2流体スプレーノズル 1/4JAUCO」;スプレイイングシステムス(株)製、)を接続した噴霧装置を、導電性粒子噴霧用と、樹脂粒子噴霧用との2つ用意し、それぞれのノズルの噴出口とPET層表面との離間距離が、1mとなるように配置した。また、導電性粒子噴霧用の噴霧装置とPET層表面との間に、電荷印加装置(直流高圧電源、「PSD−200」;春日電機(株)製)を配置した。
そして、噴霧装置を用いて、A液及びB液を、ノズル径0.6mm、噴霧時間0.5秒間、金粒子及び樹脂粒子のPET層への到達速度0.3m/minの条件で、別々のノズルから噴霧した。このとき、ノズルから噴出されたA液中の金粒子に対して、前記電荷印加装置により、500Vの電圧を印加することにより、静電電位が付与されて、金粒子は、帯電(静電電位300V)した状態にて、PET層の表面上に噴霧された。また、ノズルから噴出された、B液により形成された樹脂粒子が、PET層の表面上に噴霧されて堆積された。
得られたエポキシ樹脂塗布膜を、60℃、15分間の条件にて、オーブン中で加熱し、トルエンを乾燥させ、金粒子が単層配列したエポキシ樹脂膜(厚み20μm)を得た。
また、金粒子の配列間隔を測定したところ、隣接する金粒子同士の中心間距離の10点平均が、10μmであった。
−異方性導電膜の作製−
実施例1において、前記導電性粒子のスラリー溶液(A液)、及び前記樹脂のトルエン溶液(B液)の組成を、下記組成に変えて調製した以外は、実施例1と同様にして、異方性導電膜を作製した。
樹脂のトルエン溶液(B液)は、前記絶縁性樹脂としての液状アクリル樹脂(「3002A」;共栄社化学(株)製)35質量部、フェノキシ樹脂(「PKHH」;インケム(株)製)45質量部、シランカップリング剤(「A−172」;日本ユニカー(株)製)2質量部、及びラジカル開始剤(「パーヘキサ3M」;日本油脂(株)製)8質量部を混合して樹脂組成物を調製し、前記溶剤としてのトルエンを加えて、樹脂の10質量%トルエン溶液とした。
また、金粒子の配列間隔を測定したところ、隣接する金粒子同士の中心間距離の10点平均が、10μmであった。
−異方性導電膜の作製−
イミダゾール系潜在性硬化剤(「3941HP」;旭化成ケミカルズ社製)40質量部、液状エポキシ樹脂(「EP828」;ジャパンエポキシレジン(株)製)14質量部、フェノキシ樹脂(「PKHH」;インケム(株)製)35質量部、及びシランカップリング剤(「A−187」;日本ユニカー(株)製)1質量部を混合し、これに、導電性粒子として、Ni−Auメッキ樹脂粒子(「ミクロパール AU」;積水化学工業(株)製、粒径4μm)10質量部を分散させて、導電性粒子含有樹脂組成物を調製した。
得られた導電性粒子含有樹脂組成物を、ポリエチレンテレフタレート(PET)からなるフィルム(PET層)上に、バーコーターを用いて塗布し、厚み20μmのエポキシ樹脂塗布膜(前記異方性導電膜)を作製した。
得られたエポキシ樹脂塗布膜を、60℃、15分間の条件にて、オーブン中で加熱し、トルエンを乾燥させ、金粒子が分散されたエポキシ樹脂膜を得た。
また、金粒子の配列間隔を測定したところ、隣接する金粒子同士の中心間距離の10点平均が、40μmであった。
実施例1〜2及び比較例1で作製した異方性導電膜を用いて、以下に示す評価用チップA及び評価用チップBと、ITOパターンガラスとの接合体を作製した。
〔評価用チップA〕
材質:シリコン、外寸:20mm×2mm、厚み:0.5mm
バンプ種類:金メッキバンプ、バンプ厚み:15μm、バンプ数:800/チップ、バンプサイズ:30μm×150μm、バンプ間スペース:18μm
〔評価用チップB〕
材質:シリコン、外寸:15mm×13mm、厚み:0.5mm
バンプ種類:金メッキバンプ、バンプ厚み:15μm、バンプ数:700/チップ、バンプサイズ:30μm×140μm、バンプ間スペース:6μm
〔ITOパターンガラス〕
厚み:0.7mm
実施例1の異方性導電膜における金粒子は、該膜の厚み方向における一方の面から極めて短い距離にて単層配列しているため、図3Aに示すように、導通に寄与する導電性粒子の粒子捕捉率を格段に向上させることができることが判った。
一方、比較例1の異方性導電膜における金粒子は、単層配列することなく、膜中に分散しているため、評価用チップAとITOパターンガラスとの圧着時に、樹脂の流動による影響を受け易く、図3Bに示すように、導通に寄与する導電性粒子の粒子捕捉率が低いことが判った。
次いで、各接合体について、JEITA EIAJ ED−4701の試験規格に従い、導体パターン間の抵抗値を4端子法によって測定し、下記評価基準に基づいて評価した。結果を、評価用チップAについては表1に、評価用チップBについては表2に、それぞれ示す。
〔評価基準〕
○:圧着直後の抵抗値が5Ω以下であり、ショートの発生無し。
×:圧着直後の抵抗値が5Ωより大きく、ショートの発生有り。
これに対し、比較例1で得られた異方性導電膜を用いると、評価用チップA(バンプ間スペース18μm)とITOパターンガラスとを圧着した接合体については、圧着直後の接合体における導通抵抗値が低く、ショートの発生もなく、チップとITOパターンガラスとの接合が可能であるものの、評価用チップBとITOパターンガラスとを圧着した接合体については、圧着直後の接合体における導通抵抗値が高く、ショートの発生があることが確認された。このことは、比較例1で得られた異方性導電膜は、導電性粒子が単層配列することなく、膜中に分散しているため、特に、評価用チップBのようにバンプ間スペースが6μmと狭い場合に、導通に寄与する導電性粒子を捕捉できないことによるものである。
接合体の作製1と同様にして、実施例1及び比較例1の異方性導電膜を用いて、評価用チップAとITOパターンガラスとを圧着し、接合体を作製した。
加熱条件を、170℃及び190℃に変えた以外は、接合体の作製1と同様にして、実施例2及び比較例1の異方性導電膜を用いて、評価用チップAとITOパターンガラスとを圧着し、接合体を作製した。
次いで、前記接合体の作製2及び3で得られた各接合体について、JEITA EIAJ ED−4701の試験規格に従い、導体パターン間の抵抗値を4端子法によって測定した。ここで、抵抗値は、温度85℃、湿度85%RHの条件下にて、評価用チップAとITOパターンガラスとの圧着直後及びエージング後(250時間経過後、500時間経過後、及び1,000時間経過後)において測定し、下記評価基準に基づいて評価した。結果を表3に示す。
〔評価基準〕
○:圧着直後の抵抗値が5Ω以下であり、エージング後の抵抗値が、圧着直後の抵抗値の3倍以下である。
×:圧着直後の抵抗値は5Ω以下であるが、エージング後の抵抗値が、圧着直後の抵抗値の3倍より大きい。
また、本発明の異方性導電膜における、対応可能バンプスペースは、6μmであり、対応可能バンプ面積は、600μm2であった。これに対し、従来の異方性導電膜における、対応可能バンプスペースは、18μmであり、対応可能バンプ面積は、1,800μm2であり、本発明の異方性導電膜は、バンプの狭ピッチ化の動向に充分対応可能であることが判った。
本発明の接合体は、導電性粒子の粒子捕捉率が高く、優れた導通信頼性を有する。
12 導電性粒子
20 他の噴霧手段
22 樹脂粒子
24 樹脂膜
30 静電電位付与手段
40 被処理面
Claims (4)
- 一の噴霧手段を用いて噴出され、静電電位付与手段により静電電位が付与された導電性粒子と、他の噴霧手段を用いて噴出された樹脂粒子とを、被処理面上に同時に噴霧することにより得られ、
前記樹脂粒子で形成された樹脂膜中であって、前記樹脂膜の厚み方向における一方の面側に、前記導電性粒子が単層配列してなり、
前記樹脂膜の厚み方向における一方の面と、前記導電性粒子の中心との距離の10点平均が、9μm以下であり、
隣接する前記導電性粒子同士の中心間距離の10点平均が、1μm〜30μmであることを特徴とする異方性導電膜。 - 樹脂膜が、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂から選択される少なくとも1種の絶縁性樹脂からなる請求項1に記載の異方性導電膜。
- 請求項1から2のいずれかに記載の異方性導電膜を介して、電子部品及び基板から選択される2種以上が、電気的に接合されてなることを特徴とする接合体。
- 電子部品及び基板から選択される2種以上における接合端子の面積が、600μm 2 以上1,800μm 2 未満である請求項3に記載の接合体。
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