JP6061443B2 - 異方性導電接着フィルム、接続構造体及びその製造方法 - Google Patents

異方性導電接着フィルム、接続構造体及びその製造方法 Download PDF

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本発明は、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とを異方性導電接続するための異方性導電接着フィルム、その異方性導電接着フィルムを用いてフレキシブル基板及びリジッド基板の端子同士が異方性導電接続された接続構造体、及びその製造方法に関する。
導電性粒子がバインダー樹脂組成物中に分散した異方性導電接着フィルムの当該導電性粒子として、異方性導電接続の際の加熱加圧処理により、導電性粒子自体が変形して端子との接触面積が増大するように、樹脂コア粒子の表面に無電解ニッケル薄膜を形成し、更に必要に応じて、無電解金フラッシュメッキ薄膜を形成したものを使用することが広く行われている(特許文献1)。
ところで、このような導電性粒子を含有する異方性導電接着フィルムを用い、フレキシブル基板の端子とガラス基板等のリジッド基板の端子とを異方性導電接続して得た接続構造体について、異方性導電接着フィルムによる接続状態を確認するために、異方性導電接着フィルム中の導電性粒子によりフレキシブル基板の端子に生じた圧痕をフレキシブル基板側から顕微鏡等を使用して観察することが行われている(特許文献2)。
特開平9−199206号公報 特開2008−91843号公報
しかしながら、特許文献1に記載された異方性導電接着フィルムを用いてフレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とを異方性導電接続して得た接続構造体について、特許文献2に記載されているようにフレキシブル基板側から端子の圧痕を観察した場合、導電性粒子が柔軟すぎ、フレキシブル基板の端子に導電性粒子が十分に食い込まず、端子に観察できるような圧痕を生じさせないという問題があった。また、高温高湿環境下に保存した場合には接続抵抗が増大し、接続信頼性が低下する場合があるという問題もあった。
本発明の目的は、以上の従来の技術の課題を解決しようとすることであり、異方性導電接着フィルムを用いてフレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とを異方性導電接続して得た接続構造体について、フレキシブル基板側から端子の圧痕を観察できるようにし、しかも高温高湿環境下に保存した場合でも良好な接続信頼性を確保できるようにすることである。
本発明者らは、導電性粒子の大きさと圧縮硬さと真球度とを所定の範囲に調整することにより、異方性導電接着フィルムの導電性粒子を、リジッド基板の端子ではなくフレキシブル基板の端子に十分に食い込ませることができ、それにより上述の目的が達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とを異方性導電接続するための異方性導電接着フィルムであって、導電性粒子がバインダー樹脂組成物に分散してなる異方性導電接着フィルムにおいて、異方性導電接続後の導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が40%以上となるように、導電性粒子が4μm以上の粒子径と、4500kgf/mm以上の圧縮硬さとを有し、且つ導電性粒子の最大径をaとし、最小径をbとしたときに、a/bで表される導電性粒子の真球度が5以下であることを特徴とする異方性導電接着フィルムを提供する。
また、本発明は、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とが、導電性粒子がバインダー樹脂組成物に分散してなる異方性導電接着フィルムを介して異方性導電接続された接続構造体において、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間に挟持されるべき異方性導電接着フィルムの導電性粒子が、4μm以上の粒子径と、4500kgf/mm以上の圧縮硬さとを有し、且つその最大径をaとし、最小径をbとしたときに、a/bで表される導電性粒子の真球度が5以下であり、異方性導電接続後の導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が40%以上となるように、導電性粒子がフレキシブル基板の端子に食い込んでいることを特徴とする接続構造体を提供する。
更に、本発明は、上述の接続構造体の製造方法であって、リジッド基板の端子上に本発明の異方性導電接着フィルムを仮り貼りし、その異方性導電接着フィルムを挟んで、リジッド基板の端子にフレキシブル基板の端子が対応するように、フレキシブル基板を配置し、異方性導電接続後の導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が40%以上となるように、フレキシブル基板側から、加熱ボンダーで異方性導電接着フィルムを加熱加圧することにより異方性導電接続を行うことを特徴とする製造方法を提供する。
本発明の異方性導電接着フィルムにおいては、導電性粒子の粒子径、圧縮硬さ、真球度をそれぞれ特定の範囲に限定している。このため、異方性導電接続後の接続構造体における導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率を40%以上にすることができる。よって、接続構造体のフレキシブル基板側から端子の圧痕を観察でき、しかも高温高湿環境下に保存した場合でも良好な接続信頼性を確保できる。
導電性粒子の押し込み率の説明図である。
本発明の異方性導電接着フィルムは、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン等の樹脂フィルムに、銅配線、アルミニウム配線などが形成されたフレキシブル基板の端子と、ガラス基板、セラミックス基板、ガラスエポキシ製のプリント配線基板等のリジッド基板に、ITO配線、銅配線、アルミニウム配線などが形成されたリジッド基板の端子とを、異方性導電接続するための異方性導電接着フィルムであって、導電性粒子がバインダー樹脂組成物に分散してなるものである。ここで、好ましいリジッド基板としては、透明性の点でガラス基板が挙げられる。なお、フレキシブル基板やリジッド基板には、半導体チップ等が実装されていてもよい。また、それぞれの基板の端子には、必要に応じて金メッキなどを施しておいてもよい。
本発明においては、図1に示すように、異方性導電接続後の導電性粒子1の粒子径をAとし、リジッド基板2の端子3とフレキシブル基板4の端子5との間のギャップをBとしたときに、100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が40%以上、好ましくは60%以上となるようにする。これにより、フレキシブル基板側から端子の圧痕を観察でき、しかも熱湿試験下で異方性導電接着フィルムによる異方性導電接続部の接続抵抗を増大させないようにすることができる。なお、押し込み率が0%である場合(A−Bが0の場合)、導電性粒子が端子にめり込まずに端子間で押しつぶされた状態を意味する。また、押し込み率が100%である場合(Bが0の場合)、導電性粒子がフレキシブル基板の端子に完全に押し込まれた状態を意味する。
本発明の異方性導電接着フィルムを構成する導電性粒子の粒子径は、小さすぎるとフレキシブル基板の端子に圧痕を付けにくくなるので、4μm以上、好ましくは6μm以上である。粒子径の上限については、接続すべき端子のピッチや厚さバラツキ等に応じて適宜決定することができるが、15μm以下が好ましい。より好ましい粒子径の範囲は、6〜10μmである。
本発明において使用する導電性粒子の圧縮硬さは、低すぎるとフレキシブル基板の端子に圧痕を付けにくくなるので、4500kgf/mm以上、好ましくは6000kgf/mm以上である。また、上限は、高すぎると接続信頼性が低下する傾向があるので、7000kgf/mmである。ここで、圧縮硬さは、10%圧縮変位時の圧縮強度と同義であり、一般的な微小圧縮試験機を用いて測定することができる。
また、本発明において使用する導電性粒子は、真球度を金属顕微鏡観察で得られるその最大径をaとし、最小径をbとしたときに、a/bと定義した場合に、5以下の真球度、好ましくは3以下の真球度を示す。これは、真球度が5を超えると接続信頼性が低下する傾向があるからである。なお、最大径aは、小さすぎると圧痕が発現し難くなる傾向があり、大きすぎると異方導電性が低下する傾向があるので、好ましくは4〜15μm、より好ましくは6〜10μmである。他方、最小径bは、小さすぎると圧痕が発現し難くなる傾向があり、大きすぎると異方導電性が低下する傾向があるので、好ましくは4〜15μm、より好ましくは6〜10μmである。なお、本発明において真球度は、論理的に必ず1以上となる。
以上説明した性状を有する導電性粒子としては、ニッケル、コバルト、銀、銅、金、パラジウム、ハンダ等の金属粒子、ジビニルベンゼン系樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等の樹脂粒子の表面に無電解ニッケルメッキ膜等の無電解メッキ膜を形成したものを適用することができる。
このような導電性粒子を分散させるバインダー樹脂組成物としては、公知の異方性導電接着フィルムに用いられているバインダー樹脂組成物を採用することができる。例えば、膜形成樹脂、液状エポキシ化合物(硬化成分)あるいはアクリルモノマー(硬化成分)、硬化剤、シランカップリング剤等から構成することができる。
膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ブタジエン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等を挙げることができ、これらの2種以上を併用することができる。これらの中でも、製膜性、加工性、接続信頼性の観点から、フェノキシ樹脂を好ましく使用することができる。
液状エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ノボラック型エポキシ化合物、それらの変性エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物などを挙げることができ、これらの2種以上を併用することができる。この場合、硬化剤としては、ポリアミン、イミダゾール等のアニオン系硬化剤やスルホニウム塩などのカチオン系硬化剤、フェノール系硬化剤等の潜在性硬化剤を挙げることができる。
アクリルモノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、エチレングリコール(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。この場合、硬化剤(ラジカル重合開始剤)としては、有機過酸化物、アゾビスブチロニトリル等を挙げることができる。
シランカップリング剤としては、エポキシ系シランカップリング剤、アクリル系シランカップリング剤等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤は、主としてアルコキシシラン誘導体である。
バインダー樹脂組成物には、必要に応じて充填剤、軟化剤、促進剤、老化防止剤、着色剤(顔料、染料)、有機溶剤、イオンキャッチャー剤などを配合することができる。
本発明の異方性導電接着フィルム中の導電性粒子の含有量は、少なすぎると接続信頼性が低下し、多すぎると異方導電性が低下するので、好ましくは0.3〜30質量%、より好ましくは5〜10質量%ある。
本発明の異方性導電接着フィルムの厚みは、特に限定されるものではないが、通常10〜45μmである。
本発明の異方性導電接着剤は、撹拌容器に、バインダー樹脂組成物構成成分と導電性粒子とを投入し、常法に従って混合することにより調製することができる。
次に、本発明の異方性導電フィルムを用いて製造された本発明の接続構造体について説明する。
本発明の接続構造体は、既に説明したようなフレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とが、導電性粒子がバインダー樹脂組成物に分散してなる異方性導電接着フィルムを介して異方性導電接続された接続構造体であり、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間に挟持されるべき異方性導電接着フィルムとして、本発明の異方性導電フィルムを使用することを特徴とする。この接続構造体は、本発明の異方性導電フィルムを使用しているため、異方性導電接続後の導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が40%以上、好ましくは60〜100%となるように、導電性粒子がフレキシブル基板の端子に食い込んでいる構造を有する。この場合、フレキシブル基板から導電性粒子の圧痕の観察を容易にするために、リジッド基板の端子へ導電性粒子が食い込まない方が好ましい。
このような本発明の接続構造体の具体例としては、液晶表示装置、有機EL表示装置、太陽電池モジュール、LED照明装置等が挙げられる。
本発明の接続構造体は、以下に説明するように製造することができる。
まず、リジッド基板の端子上に本発明の異方性導電接着フィルムを常法に従って仮り貼りする。そして、その異方性導電接着フィルムを挟んで、リジッド基板の端子にフレキシブル基板の端子が対応するにように、フレキシブル基板を配置する。
次に、フレキシブル基板側から、加熱ボンダーで異方性導電接着フィルムを加熱加圧することにより異方性導電接続を行う。この場合、異方性導電接続後の導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が40%以上となるように、バインダー樹脂組成物の配合組成や、導電性粒子の材料、端子の表面状態等を考慮しつつ、異方性導電接続を行う。これにより、本発明の接続構造体を得ることができる。
なお、押し込み率のコントロールは、異方性導電接続の際の加熱加圧条件等を調整することにより行うことができる。例えば、加熱温度を低くしたり、加圧圧力を高めたりすることで、押し込み率を上げることができる。逆に、加熱温度を高くしたり、加圧圧力を低めることで、押し込み率を下げることができる。また、フレキシブル基板、リジッド基板、それらの端子、導電粒子等の素材を選択することにより調整することもできる。また、それらを組み合わせて調整することもできる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1〜13、比較例2〜
(導電性粒子の調製)
表1の平均粒子径のニッケル粒子100gを、塩酸50ml/lの水溶液中で5分間攪拌した。これを濾過し、1回リパルプ水洗を施したニッケル粒子を、EDTA−4Na(10g/l)とクエン酸−2Na(10g/l)とを含む水溶液1リットル(pH6、温度60℃)が入れられた反応容器に撹拌しながら添加した。
次いで、反応容器中の得られた混合水溶液に、シアン化金カリウム(10g/1、Auとして6.8g/l)、EDTA−4Na(10g/l)およびクエン酸−2Na(10g/l)を含有する混合水溶液(A液)300mlと、水素化ホウ素カリウム(30g/l)及び水酸化ナトリウム(60g/l)を含有する混合水溶液(B液)300mlとを、それぞれ異なる導入口から同時に20分間で添加し、さらに10分間撹拌を続けることによりフラッシュ金メッキを行った。
金メッキ終了後、混合液を濾過し、濾過物を3回リパルプ水洗浄した後、100℃の熱風を用いて乾燥し、ニッケル粉末表面上に約10〜20nm厚の無電解金メッキ薄膜が形成された導電性粒子を得た。この導電性粒子の平均粒子径は、無電解金メッキ薄膜が非常に薄いため、原料のニッケル粒子の平均粒子径に近似できる。
なお、ニッケル粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱法により粒度分布を測定(測定装置:マイクロトラックMT3100、日機装(株))し、累積質量が50%に相当する点での粒子径である。
また、得られた導電性粒子の10%圧縮変位時の圧縮硬さを微小圧縮試験機(PCT−200、島津製作所(株))を用いて測定した。得られた結果を表1に示す。
導電性粒子の真球度は、導電性粒子を金属顕微鏡(MX51、オリンパス(株))を用いて撮影し、粒子の最大径aと最小径bとを求め、真球度としてa/bを算出した。得られた結果を表1に示す。
(異方性導電接着フィルムの作製)
導電性粒子5質量部に、フェノキシ樹脂(YP−50、東都化成(株))22質量部、ジシクロペンタジエンジメタクリレート(DCP、新中村化学工業(株))5質量部、ウレタンアクリレート(M−1600、東亞合成(株))10質量部、アクリルゴム(SG−80H、ナガセケムテックス(株))5質量部、リン含有メタクリレート(PM2、日本化薬(株))1質量部、ジアシルパーオキサイド系開始剤(ナイパーBW、日油(株))2質量部、及びトルエン50質量部を混合し、得られた混合物を剥離シートに乾燥厚が35μmとなるように塗布し、80℃で5分間乾燥することにより異方性導電接着フィルムを得た。
得られた異方性導電接着フィルムを使用し、ポリイミドフレキシブル基板(ポリイミド厚38μm、銅配線ピッチ200μm、配線高8μm)と、プリント配線基板(FR−4グレード、パナソニック(株):銅配線ピッチ200μm、配線高35μm)とを、170℃、4MPa、5秒という加熱加圧条件で異方性導電接続して接続構造体を作成した。
得られた接続構造体の異方性導電接続部の断面を研磨し、金属顕微鏡で粒子径Aと配線間ギャップB(導電性粒子が挟持されている端子間ギャップ)とを測定し、導電性粒子の押し込み率(=100・(A−B)/A)を求めた。得られた結果を表1に示す。
また、得られた接続構造体について、温度85℃、湿度85%の高温高湿環境下に500時間保存した場合の接続抵抗を測定し、以下の基準で接続信頼性を評価した。得られた結果を表1に示す。実用上、評価結果がA又はBであることが望まれる。
ランク 評価基準
A: 接続抵抗値が2.0Ω未満の場合
B: 接続抵抗値が2.0Ω以上4.0Ω未満の場合
C: 接続抵抗値が4.0Ω以上の場合
また、特開2008−91843号公報の図1〜図3に記載の測定装置と同様の構成の装置を作成し、それを用いて接続構造体の接続部をフレキシブル基板側から導電性粒子による配線(端子)の圧痕を観察し、以下の基準で圧痕状態を評価した。得られた結果を表1に示す。実用上、評価結果がA又はBであることが望まれる。なお、圧痕はフレキシブル基板が変形することにより生じたものである。
ランク 評価基準
A: 接続部の観察箇所10ヶ所中8ヶ所以上で圧痕を確認できた場合
B: 接続部の観察箇所10ヶ所中1〜7ヶ所で圧痕を確認できた場合
C: 接続部の観察箇所10ヶ所中に圧痕が確認できない場合
比較例1
平均粒子径8μmのジビニルベンゼン系樹脂粒子(5g)に、パラジウム触媒を浸漬法により担持させた。次いで、この樹脂粒子に対し、硫酸ニッケル六水和物、次亜リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、トリエタノールアミン及び硝酸タリウムから調製された無電解ニッケルメッキ液(pH12、メッキ液温50℃)を用いて無電解ニッケルメッキを行い、ニッケルメッキ層(10〜20nm厚)が表面に形成されたニッケル被覆樹脂粒子を導電粒子として得た。
得られたニッケル被覆樹脂コア粒子を、実施例1と同様に無電解金メッキ処理を施すことにより、導電性粒子としてNi−Au被覆樹脂コア粒子を得た。
得られた導電性粒子について、実施例1と同様に、平均粒子径、圧縮硬さ、真球度を求め、得られた結果を表1に示した。また、実施例1と同様に、異方性導電接着フィルムを作製して導電性粒子の押し込み率を求め、また、接続信頼性を評価し、さらに圧痕状態を評価した。得られた結果を表1に示す。
Figure 0006061443

表1から、実施例1〜13の異方性導電接着フィルムを使用して作製した接続構造体の場合、接続信頼性及び圧痕状態の評価結果がいずれもA又はBであり、実用上問題がないものであった。
他方、比較例1の異方性導電接着フィルムを使用した作製した接続構造体の場合、使用した導電性粒子の10%圧縮変形時の圧縮硬さが700kgf/mmと非常に低く、また、導電性粒子の押し込み率も12%と低いため、圧痕状態の評価がCであった。
比較例2の異方性導電接着フィルムを使用して作製した接続構造体の場合、使用した導電性粒子の平均粒子径が3μmと小さいため、圧痕状態の評価がCであった。
比較例3の異方性導電接着フィルムを使用して作製した接続構造体の場合、真球度が5.3と大きいので接続信頼性の評価がCであった。
比較例4の異方性導電接着フィルムを使用した作製した接続構造体の場合、使用した導電性粒子の平均粒子径が3μmと小さいため、圧痕状態の評価がCであった。
本発明の異方性導電接着フィルムは、使用する導電性粒子の粒子径、圧縮硬さ、真球度をそれぞれ特定の範囲に限定している。このため、異方性導電接続後の接続構造体における導電性粒子の粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率を40%以上にすることができる。よって、接続構造体のフレキシブル基板側から端子の圧痕を観察でき、しかも高温高湿環境下に保存した場合でも良好な接続信頼性を確保できる。よって、本発明の異方性導電接着フィルムは、フレキシブル基板とリジッド基板とを異方性導電接続する際に有用である。
1 導電性粒子
2 リジッド基板
3 リジッド基板の端子
4 フレキシブル基板
5 フレキシブル基板の端子
A 導電性粒子の粒径
B 端子間ギャップ

Claims (3)

  1. フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子とが、導電性粒子がバインダー樹脂組成物に分散してなる異方性導電接着フィルムを介して異方性導電接続された接続構造体において、
    フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間に挟持されるべき異方性導電接着フィルムの導電性粒子が、5μm以上μm以下の平均粒子径と、4500kgf/mm以上6000kgf/mm以下の圧縮硬さとを有し、且つその最大径をaとし、最小径をbとしたときに、a/bで表される導電性粒子の真球度が1.8以上2以下であり、
    異方性導電接続後の導電性粒子の平均粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が57%以上93%以下となるように、導電性粒子がフレキシブル基板の端子に食い込んでいる
    ことを特徴とする接続構造体。
  2. リジッド基板が、ITO配線、銅配線又はアルミニウム配線が形成されたガラス基板、セラミック基板又はガラスエポキシ基板から選ばれる請求項1記載の接続構造体。
  3. 請求項1記載の接続構造体の製造方法であって、
    ITO配線、銅配線又はアルミニウム配線が形成されたガラス基板、セラミックス基板又はガラスエポキシ基板から選ばれるリジッド基板の端子上に、膜形成樹脂としてフェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ブタジエン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂又はポリオレフィン樹脂と、硬化成分として液状エポキシ化合物あるいはアクリルモノマーと、硬化剤と、シランカップリング剤とを含有しているバインダー樹脂組成物に導電性粒子が分散してなる異方性導電接着フィルムを仮り貼りし、
    その異方性導電接着フィルム上に、銅配線又はアルミニウム配線が形成されたポリイミド樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム又はポリスチレン樹脂フィルムから選ばれるフレキシブル基板の端子がリジッド基板の端子に対応するように、フレキシブル基板を配置し、
    異方性導電接続後の導電性粒子の平均粒子径をAとし、フレキシブル基板の端子とリジッド基板の端子との間のギャップをBとしたときに100・(A−B)/Aで定義される押し込み率が57%以上93%以下となるように、フレキシブル基板側から、加熱ボンダーで異方性導電接着フィルムを加熱加圧することにより異方性導電接続を行うことを特徴とする製造方法。
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