JP5841371B2 - 接着フィルム - Google Patents
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特に本発明は、例えば、有機EL素子などの発光素子や表示素子を電子機器モジュールに組み立てるための、光学ガラス板などの基板に接着するのに用いられる接着フィルムに関する。
特許文献1の段落0031〜0034には、柔軟性エポキシ樹脂、柔軟性硬化剤、シランカップリング剤、潜在性触媒を配合してなる接着体を3層または多層にして、中心層はシランカップリング剤を含まず、応力を緩和する機能に優れ、最外層はシランカップリング剤を含んで、被接着物との接着力が大きくなるようにした構成の柔軟性接着体が記載されている。
特許文献2の段落0005〜0011には、エポキシ樹脂及び硬化剤と、シロキサン変性ポリアミドイミドと、分子量5万以上のゴム成分を含有する接着剤組成物を基材フィルムに塗布し、半硬化状態に熱処理後、基材フィルムから剥離して用いる熱硬化性耐熱接着フィルムが記載されている。
特許文献4の段落0010〜0011および図4には、ガラス層にスペーサが形成され、さらにマイクロレンズアレイを具備するシリコン基材の上部にエポキシなどの接着剤で密封されて、マイクロレンズアレイとガラス層の間に空間が形成された半導体モジュールが記載されている。
また、特許文献3に記載のモジュールは、液状接着剤を精密にパターン塗布する必要があるため、液状接着剤の塗布工程に不良が発生すると、高価な有機EL素子を使用不能にしてしまうという廃棄損失(ロス)の問題がある。
特許文献5に記載の表示装置の製造方法は、接着剤のパターンを形成するためのリソグラフィー工程において、パターニングの際に露光不良が発生すると、ガラス板を使用不能にしてしまうという廃棄損失(ロス)の問題がある。また、特許文献5の段落0105〜0106に記載されているように、厚みが100μmを超えると感光性接着フィルム中の残存揮発分が多くなり、発泡に起因する耐湿信頼性が低下する問題がある。
折り曲げ評価試験方法:エポキシ接着剤層の厚みが1mm、幅15mm、長さ100mmの完全に硬化した状態の、折り曲げ評価試験用のサンプルを作成し、当該サンプルを垂直に吊り下げて固定して、荷重1kgを当該サンプルの下端に吊り下げて鉛直方向に荷重を付加し、当該サンプルの表裏(当該サンプルの鉛直線から左右)に各々135°、180往復/1minの条件にて折り曲げて、破断するまでの折り曲げ操作の回数を求める。
また、2つの被着体同士の間隔が大きい場合であっても、本発明の3層構造からなる接着フィルムの中間層である基材の厚みを増大させて接着フィルムの厚みを大きくすることができるので、高価な接着剤を節約し、コスト増を抑制することができる。
また、本発明に係わる接着フィルムのエポキシ接着剤は、完全に硬化した状態においても可撓性を有するため、熱膨張率の異なる被着体、例えば光学ガラス板と半導体基板などの貼合に用いても、貼合時からの温度変化と熱膨張率の差による変位に追従し、また、中間層である基材へのせん断応力を吸収して、両被着体との間の接着の破壊を抑制することができる。
図1に示すように、本形態例の接着フィルム1は、厚みが20〜500μmである耐熱性樹脂フィルムからなる基材2の両面に、それぞれ厚みが5〜50μmであって完全に硬化した状態においても可撓性のある熱硬化性のエポキシ系接着剤層3,4が形成されてなる3層構造からなる。
この熱硬化性のエポキシ系接着剤層3,4は、完全に硬化した状態において25℃、1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が1.0〜1800MPaであり、完全に硬化した状態にての折り曲げ評価試験において、複数回の折り曲げ操作によっても破壊することが無く可撓性を有する。
エポキシ系接着剤層3,4は、半硬化状態に熱処理され、25℃において可撓性を有した固体状である。エポキシ系接着剤層3,4は、温度90〜110℃において仮固定され、温度140〜160℃において最終固定されることが可能である。
耐熱性樹脂フィルムを構成する耐熱性樹脂は、融点が180℃以上のものが選ばれる。このような耐熱性樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等が挙げられる。
TA Instrument社製の貯蔵弾性率測定装置(型式:RSA−3)を用い、測定サンプルについて、ひずみ依存性の測定を行い、25℃の大気圧下において、周波数1Hzを印加した際の貯蔵弾性率(E’)の線形領域内の値を求めた。
Anton Paar社製の貯蔵弾性率測定装置(型式:MCR‐301)を用い、直径25mmのフラットプレート、線形領域内のひずみを付加、周波数1Hz、30℃から昇温して200℃まで昇温速度5℃/minの条件で加熱しながら、未硬化の液状エポキシ接着剤を経時測定する。エポキシ接着剤の硬化の進行によって貯蔵弾性率は上昇して完全硬化することで一定となる。エポキシ系接着剤層の未硬化時の貯蔵弾性率と、完全に硬化時の貯蔵弾性率の中点を半硬化状態(例えば、硬化率50%)の貯蔵弾性率として求めた。
また、接着剤層3,4は、電子機器モジュールを製造するとき、絶縁封止用の樹脂をモールドしたり(例えば180℃程度の操作温度で行う)、回路配線を接続するための半田をリフローさせたり(例えば260℃程度)する温度においてアウトガスが発生しない熱硬化性のエポキシ系接着剤層3,4からなるものが好ましい。具体例としてはDIC(株)製エピクロンEXA−4816等である。
これらの樹脂の中で、1分子中に2以上のエポキシ基を有し、完全に硬化した状態での折り曲げ評価試験において、1回以上の折り曲げ操作に耐え得るエポキシ樹脂が、可撓性の点において好ましい。
この1分子中に2以上のエポキシ基を有し、折り曲げ評価試験において1回以上の折り曲げ操作に耐え得る可撓性を有するエポキシ樹脂としては、DIC(株)製エピクロン860、エピクロン900−IM、エピクロンEXA―4816、エピクロンEXA−4850−150、エピクロンEXA−4822、旭チバ(株)製アラルダイトAER280、東都化成(株)製エポトートYD−134、ジャパンエポキシレジン(株)製JER834、JER872、住友化学工業(株)製ELA−134等のビスフェノールA型エポキシ樹脂;DIC(株)製エピクロンHP−4032等のナフタレン型エポキシ樹脂;DIC(株)製エピクロンN−740等のフェノールノボラック型エポキシ樹脂等である。これらのエポキシ樹脂は1種類を用いるか、又は2種類以上を併用することができる。
これらの樹脂の中で特に好ましい具体例としては、DIC(株)の柔軟性エポキシ樹脂(商品名EPICLON(登録商標)EXA−4816)等が挙げられる。この柔軟性エポキシ樹脂は、長鎖炭化水素鎖とビスフェノールA骨格とを、アセタール結合(長鎖炭化水素鎖を有するジビニルエーテル)、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合等の官能基を介して交互に連結して高分子量化された2官能性フェノール化合物の両端のOH基をグリシジル化して得られる2官能性エポキシ化合物である。また、DIC(株)の柔軟性エポキシ樹脂(商品名EPICLON(登録商標)EXA−4850−150)も、特に好ましい具体例である。
硬化剤は、としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(MTHPA)、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの脂環式酸無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸などの芳香族酸無水物、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシリレンジアミンなどの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族ポリアミン、ジシアンジアミド、ポリフェノール化合物等が挙げられる。
硬化促進剤としては、ベンジルジメチルアミン(BDMA)などの第三級アミン、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられる。
型抜きされた接着フィルム(型抜き形状)5の寸法は、貼合される電子機器など被着体の寸法パターンに合わせて設定することが好ましい。
刃物加工に適した半硬化状態を得るための熱処理は、通常の硬化条件よりも低温および/または短時間で完了させるものであり、エポキシ系接着剤の性質や性能に応じて適宜設定することができる。
本形態例の電子機器8は、発光素子や表示素子などの素子基板であり、光学ガラス板などの基板7と対向する側に表示素子等のデバイス9を有する。デバイス9は、特に限定されるものではないが、例えば、有機EL素子などの発光素子や表示素子である。
なお、電子機器8と貼合される基板7として、光学ガラス板(基板)のほか、プリント基板、絶縁基板、樹脂基板、半導体基板などの各種基板を採用することも可能である。該基板は、可撓性を有するフィルムやシート等であっても構わない。
ここで、仮固定の温度は、接着剤が溶融して被着体に対する接着性を発現可能な温度であり、最終固定の温度は、接着剤が硬化して接着強度がさらに高まる温度である。仮固定の段階では、接着剤の硬化は抑制されているので、仮固定後に接着剤が冷却しても、再び加熱することで、接着性を発現することができる。最終固定後は、接着剤が熱硬化することで再溶融不能になり、耐熱性が向上する。
本発明に係わる接着フィルムを介して、これらの熱膨張率(線膨張係数)の大きく異なる被着体を接着する場合、接着フィルムが高温に加熱された時に、被着体であるシリコンウエハーに比べて約2.5倍も線膨張係数の大きな光学ガラスにより、接着フィルムの全体を拡げる方向に引っ張られてしまう。仮に、接着フィルムが可撓性を有しておらず被着体に強固に接着されていると、最後には熱応力によって破壊することが起こり得る。
実施例1の接着フィルムの製造方法は、次のとおりである。
厚み100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂フィルムに、エポキシ接着剤として、DIC株式会社の柔軟性エポキシ樹脂(商品名EPICLON(登録商標)EXA−4816)を乾燥厚みが15μmとなるように塗工した。
エポキシ接着剤の塗工後、120℃で4分間熱処理し、エポキシ接着剤が半硬化した3層構造からなる、実施例1の接着フィルムを得た。
また、実施例1の接着フィルムに用いたエポキシ接着剤について、下記の半硬化状態での貯蔵弾性率の測定、完全硬化状態での貯蔵弾性率の測定、及び折り曲げ評価試験を行った。
また、得られた実施例1の接着フィルムのエポキシ接着剤層は、25℃では可撓性を有した固体状であり、手指で接着剤の表面に触れてもまったくベタ付きのない指触乾燥状態にあり、タック性を示さないことを確認した。
本実施例1の接着フィルムの製造方法で用いたエポキシ接着剤の、熱重量測定(TG)によりTG曲線を求めた。得られたTG曲線は、332℃に開始温度が認められ、そのときの重量変化率が−13.5%であったことから、このエポキシ接着剤の分解開始温度は332℃と求められた。
また、本実施例1の接着フィルムの製造方法で用いたエポキシ接着剤を完全に硬化後、熱分解ガスクロマトグラフ測定により、260℃での耐熱性を評価した。250℃から毎分10℃で温度を上昇させて260℃に到達後、260℃で10分間保持したが、その間のアウトガスの発生がないことを確認した。
本実施例1の接着フィルムを、光学ガラス板の仮固定に使用した時の性能を評価するため、次の方法により、仮固定時の180°剥離強度を測定した。
本実施例1の接着フィルムから幅10mmの試験片を5つ作製し、100℃に予備加熱した光学ガラス板に対して、100℃、500gf/cm2、1秒間の条件で各試験片の一端部を圧着し、仮固定のサンプルを作製した。各試験片の他端部(自由端)を剥離速度300mm/minで引っ張りながら180°剥離強度を測定したところ、n=5で平均した剥離強度は、927gfであった。
本実施例1の接着フィルムを、光学ガラス板とシリコン基板に最終固定した時の性能を評価するため、次の方法により、ずりせん断強度(引張せん断接着強さ)を測定した。
サンプルは、細長形状の光学ガラス板およびシリコン基板が一端部のみで重なり合い、本実施例1の接着フィルムを介して接着され、光学ガラス板の他端部とシリコン基板の他端部とが接着部分を介して長さ方向の反対側に配置された構造である。
サンプルの作製方法は、まず幅10mmの光学ガラス板の一端部に、10mm(幅)×10mm(引張方向長さ)に加工して作製した接着フィルムを配置し、100℃、500gf/cm2、1秒間の条件で圧着して仮固定した後、実施例1の接着フィルムを介して幅10mmのシリコン基板の一端部を重ね合わせ、100℃、500gf/cm2、1秒間の条件で圧着して仮固定した後、150℃、1分間の条件で加熱硬化処理をして最終固定する方法とした。
光学ガラス板の他端部を治具で保持して固定し、シリコン基板の他端部をつかみ部として20kgfの引っ張り荷重を加えたところ、サンプル数5の毎回、接着部分は破壊されなかった。このことから、n=5で平均したずりせん断強度は、20kgf以上であることが分かった。
実施例2の接着フィルムの製造方法としては、エポキシ接着剤として、DIC株式会社の柔軟性エポキシ樹脂(商品名EPICLON(登録商標)EXA−4850−150)を使用した以外は、実施例1と同様の作成方法により、3層構造からなる実施例2の接着フィルムを得た。
実施例2の接着フィルムに用いたエポキシ接着剤について、実施例1と同様に、半硬化状態での貯蔵弾性率の測定、完全硬化状態での貯蔵弾性率の測定、及び折り曲げ評価試験を行った。
また、得られた実施例2の接着フィルムのエポキシ接着剤層は、25℃では可撓性を有した固体状であった。
比較例1の接着フィルムの製造方法としては、エポキシ接着剤として、DIC株式会社のBPA型液状エポキシ樹脂(商品名EPICLON(登録商標)840−S)を使用した以外は、実施例1と同様の作成方法により、3層構造からなる比較例1の接着フィルムを得た。
比較例1の接着フィルムに用いたエポキシ接着剤について、実施例1と同様に、半硬化状態での貯蔵弾性率の測定、完全硬化状態での貯蔵弾性率の測定、及び折り曲げ評価試験を行った。
また、得られた比較例1の接着フィルムのエポキシ接着剤層は、25℃では固体状であった。
TA Instrument社製の動的粘弾性自動測定装置(型式:RSA−3)を用い、厚み約0.5mm、幅約5mm、長さ約3mmの、完全に硬化した状態でのエポキシ系接着剤層のサンプルについて、ひずみ依存性の測定を行い、25℃の大気圧下において、周波数1Hzを印加した際の貯蔵弾性率(E’)の線形領域内の値を求めた。
Anton Paar社製の動的粘弾性自動測定装置(型式:MCR‐301)を用い、直径25mmのフラットプレート、線形領域内のひずみを付加、周波数1Hz、30℃から昇温して200℃まで昇温速度5℃/minの条件で加熱しながら、未硬化の液状エポキシ接着剤を経時測定する。エポキシ接着剤の硬化の進行によって貯蔵弾性率は上昇して完全硬化することで一定となる。エポキシ系接着剤層の未硬化時の貯蔵弾性率と、完全に硬化時の貯蔵弾性率の中点を半硬化状態(例えば、硬化率50%)の貯蔵弾性率として求めた。
熱硬化性のエポキシ系接着剤層が、完全に硬化した状態において可撓性を有するかどうかを判定するため、次の方法によりエポキシ接着剤の折り曲げ評価試験を行った。
エポキシ接着剤の厚みが1mm、幅15mm、長さ100mmの完全に硬化した状態の、折り曲げ評価試験用のサンプルを作成した。当該サンプルを垂直に吊り下げて固定して、荷重1kgを当該サンプルの下端に吊り下げて鉛直方向に荷重を付加し、当該サンプルの表裏(当該サンプルの鉛直線から左右)に各々135°、180往復/1minの条件にて折り曲げて、破断するまでの折り曲げ操作の回数を求めた。
一方、比較例1においては、エポキシ接着剤の折り曲げ評価試験において、折り曲げ操作の1回目にて破壊したため、可撓性を有しておらず、本発明の接着フィルムに係わるエポキシ接着剤には適用できないものであった。
以上の結果から、本発明に係わる実施例1,2の接着フィルムが、電子機器モジュールの製造に必要な、半硬化状態に熱処理されてなり25℃において可撓性を有した固体状であり、さらに、完全に硬化した状態においても可撓性を有していることから、可撓性と、スペーサとしての形状保持性を兼ね備えていることを確認することができた。
Claims (3)
- 厚みが20〜500μmである耐熱性樹脂フィルムからなる基材の両面に、それぞれ厚みが5〜50μmであって熱硬化性のエポキシ系接着剤層が形成されてなる3層構造からなり、前記エポキシ系接着剤層に用いるエポキシ系接着剤が、脂肪鎖変性エポキシ樹脂、シクロペンタジエン変性エポキシ樹脂、ナフタレン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂群から選択した1種類、又は2種類以上を含有してなり、前記エポキシ系接着剤層が、半硬化状態に熱処理されてなり25℃において固体であり、前記エポキシ系接着剤層が、温度90〜110℃において仮固定され、温度140〜160℃において最終固定される方法に用いられ、前記熱硬化性のエポキシ系接着剤層は、完全に硬化した状態にての、次の折り曲げ評価試験方法において、1回以上の折り曲げ操作に耐え得る可撓性を有することを特徴とする接着フィルム。
折り曲げ評価試験方法:エポキシ接着剤層の厚みが1mm、幅15mm、長さ100mmの完全に硬化した状態の、折り曲げ評価試験用のサンプルを作成し、当該サンプルを垂直に吊り下げて固定して、荷重1kgを当該サンプルの下端に吊り下げて鉛直方向に荷重を付加し、当該サンプルの表裏(当該サンプルの鉛直線から左右)に各々135°、180往復/1minの条件にて折り曲げて、破断するまでの折り曲げ操作の回数を求める。 - 前記エポキシ系接着剤層は、完全に硬化した状態において25℃、1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が1.0〜1800MPaであり、前記エポキシ系接着剤層に用いるエポキシ系接着剤が、長鎖炭化水素鎖変性のビスフェノールA型エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項1に記載の接着フィルム。
- 熱膨張率が異なる被着体同士の間に挿入され、かつ、前記被着体に接着されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の接着フィルム。
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