JP6187665B1 - 異方性導電フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】導電粒子が絶縁性樹脂層に分散している異方性導電フィルムにおいて、異方性導電接続時に絶縁性樹脂層が流動することによる導電粒子の流動を抑制し、導電粒子の捕捉性を向上させ、ショートを低減させる。【解決手段】異方性導電フィルムは、導電粒子が絶縁性樹脂層に分散している導電粒子分散層を有する。導電粒子近傍の、導電粒子分散層の表面をなす絶縁性樹脂層の表面は、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有する。この導電粒子の粒子径のCV値は20%以下である。絶縁性樹脂層から露出している導電粒子の周囲の絶縁性樹脂層の表面に傾斜もしくは起伏が形成されていることが好ましい。【選択図】図1B

Description

本発明は、異方性導電フィルムに関する。
ICチップなどの電子部品の実装に、導電粒子を絶縁性樹脂層に分散させた異方性導電フィルムが広く使用されている。異方性導電フィルムでは、高実装密度に対応できるように、絶縁性樹脂層に導電粒子を高密度に分散させることが行われている。しかしながら、導電粒子の個数密度を高めることはショートの発生要因となる。
これに対し、ショートを低減させると共に、異方性導電フィルムを基板に仮圧着するときの作業性を改善するため、導電粒子を単層で埋め込んだ光硬化性樹脂層と絶縁性接着剤層とを積層した異方性導電フィルムが提案されている(特許文献1)。この異方性導電フィルムの使用方法としては、光硬化性樹脂が未硬化でタック性を有する状態で仮圧着を行い、次に光硬化性樹脂層を光硬化させて導電粒子を固定化し、その後、基板と電子部品とを本圧着する。
また、特許文献1と同様の目的を達成するために、第1接続層が、主として絶縁性樹脂からなる第2接続層と第3接続層とに挟持された3層構造の異方性導電フィルムも提案されている(特許文献2,3)。具体的には、特許文献2の異方性導電フィルムは、第1接続層が、絶縁性樹脂層の第2接続層側の平面方向に導電粒子が単層で配列された構造を有し、隣接する導電粒子間の中央領域の絶縁性樹脂層厚が、導電粒子近傍の絶縁性樹脂層厚よりも薄くなっている。他方、特許文献3の異方性導電フィルムは、第1接続層と第3接続層の境界が起伏している構造を有し、第1接続層が、絶縁性樹脂層の第3接続層側の平面方向に導電粒子が単層で配列された構造を有し、隣接する導電粒子間の中央領域の絶縁性樹脂層厚が、導電粒子近傍の絶縁性樹脂層厚よりも薄くなっている。
特開2003−64324号公報 特開2014−060150号公報 特開2014−060151号公報
しかしながら、特許文献1に記載の異方性導電フィルムでは、異方性導電接続の仮圧着時に導電粒子が動きやすく、異方性導電接続前の導電粒子の精密な配置を異方性導電接続後に維持できない、もしくは導電粒子間の距離を十分に離間させることができないという問題がある。また、このような異方性導電フィルムを基板と仮圧着した後に光硬化性樹脂層を光硬化させ、導電粒子が埋め込まれている光硬化した樹脂層と電子部品とを貼り合わせると、電子部品のバンプの端部で導電粒子が捕捉されにくいという問題や、導電粒子の押込に過度に大きな力が必要となり、導電粒子を十分に押し込むことができないという問題があった。また、特許文献1では、導電粒子の押し込みの改善のために、光硬化性樹脂層からの導電粒子の露出の観点等からの検討も十分になされていない。
そこで、光硬化性樹脂層に代えて、異方性導電接続時の加熱温度で高粘度となる絶縁性樹脂層に導電粒子を分散させ、異方性導電接続時の導電粒子の流動性を抑制すると共に、異方性導電フィルムを電子部品と貼着するときの作業性を向上させることが考えられる。しかしながら、そのような絶縁性樹脂層に導電粒子を仮に精密に配置したとしても、異方性導電接続時に樹脂層が流動すると導電粒子も同時に流動してしまうので、導電粒子の捕捉性の向上やショートの低減を十分に図ることは困難であり、異方性導電接続後の導電粒子に当初の精密な配置を維持させることも、導電粒子同士を離間した状態に保持させることも困難である。
また、特許文献2、3に記載の3層構造の異方性導電フィルムの場合、基本点な異方性導電接続特性については問題が認められないものの、3層構造であるため、製造コストの観点から、製造工数を減数化することが求められている。また、第1接続層の片面における導電粒子の近傍において、第1接続層の全体もしくはその一部が導電粒子の外形より大きく隆起し(絶縁性樹脂層そのものが平坦ではなくなり)、その隆起した部分に導電粒子が保持されているため、導電粒子の保持や不動性と端子により挟持させ易くすることとを両立させるために設計上の制約が多くなり易いという問題が懸念されている。
これに対し、本発明は、導電粒子を絶縁性樹脂層に分散させた異方性導電フィルムにおいて、3層構造を必須としなくても、また、導電粒子を保持している絶縁樹脂の当該導電粒子近傍において絶縁性樹脂の全体もしくはその一部を導電粒子の外形より大きく隆起させなくても、異方性導電接続時における絶縁性樹脂層の流動による導電粒子の不要な移動(流動)を抑制し、導電粒子の捕捉性を向上させ、且つショートを低減させることを課題とする。
本発明者は、異方性導電フィルムに、導電粒子が絶縁性樹脂層に分散した導電粒子分散層を設けるにあたり、絶縁性樹脂層の導電粒子近傍の表面形状と絶縁性樹脂層の粘度との関係について以下の知見を得た。即ち、特許文献1に記載の異方性導電フィルムでは、導電粒子が埋め込まれた側の絶縁性樹脂層(即ち、光硬化性樹脂層)自体の表面が平坦になっているのに対し、(i)導電粒子が絶縁性樹脂層から露出している場合に、導電粒子の周囲の絶縁性樹脂層の表面を、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して当該絶縁性樹脂層内側に傾斜させるようにすると、その絶縁性樹脂層の表面の平坦性が損なわれて一部欠けた状態(絶縁性樹脂層の表面の一部が欠けることで、直線的な絶縁性樹脂層の、表面の平坦性が一部損なわれた状態)となり、その結果、異方性導電接続時に端子間における導電粒子の挟持や扁平化を妨げる虞のある不要な絶縁性樹脂を低減させることができ、また、(ii)導電粒子が絶縁性樹脂層から露出することなく絶縁性樹脂層内に埋まっている場合に、導電粒子の直上の絶縁性樹脂層に、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対してうねり、即ち、痕跡となるような微小な起伏(以下、単に起伏とのみ記す)が形成されるようにすると、異方性導電接続時に導電粒子が端子によって押し込まれやすくなり、端子における導電粒子の捕捉性が向上し、さらに異方性導電フィルムの製品検査や、使用面の確認が容易になることを見出した。加えて、絶縁性樹脂層におけるこのような傾斜もしくは起伏は、絶縁性樹脂層に導電粒子を押し込むことによって導電粒子分散層を形成する場合に、導電粒子を押し込むときの絶縁性樹脂層の粘度を調整することにより形成できることを見出した。
本発明は上述の知見に基づくものであり、導電粒子が絶縁性樹脂層に分散している導電粒子分散層を有する異方性導電フィルムであって、
導電粒子近傍の、導電粒子分散層の表面をなす絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜若しくは起伏を有し、
導電粒子の粒子径のCV値が20%以下である異方性導電フィルムを提供する。
また、本発明は、上述の異方性導電フィルムの製造方法であって、絶縁性樹脂層に導電粒子を押し込むことにより導電粒子分散層を形成する工程を有する異方性導電フィルムの製造方法であって、絶縁性樹脂層の最低溶融粘度を2000Pa・s以上、60℃における粘度を3000Pa・s以上とし、かつ、導電粒子分散層の表面をなす絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有するように、粒子径のCV値が20%以下である導電粒子を押し込むときの絶縁性樹脂層の粘度を調整する製造方法を提供する。
本発明の異方性導電フィルムは、導電粒子が絶縁性樹脂層に分散している導電粒子分散層を有する。この異方性導電フィルムにおいては、導電粒子近傍の、導電粒子分散層の表面をなす絶縁性樹脂層の表面を、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜させ、若しくは起伏が形成されるようにする。即ち、導電粒子が絶縁性樹脂層から露出している場合には、露出している導電粒子の周囲の絶縁性樹脂層に傾斜があり、導電粒子が絶縁性樹脂層から露出することなく該絶縁性樹脂層内に埋まっている場合には、導電粒子の直上の絶縁性樹脂層に起伏があるか、導電粒子が1点で絶縁性樹脂層に接することになる。
換言すれば、本発明の異方性導電フィルムにおいては、導電粒子は絶縁性樹脂に埋め込まれているため、導電粒子の近傍では埋め込みの程度により、導電粒子の外周に沿って樹脂が存在している場合(例えば、図4、図6参照)や、絶縁性樹脂全体の傾向として平坦であるが、導電粒子近傍では、絶縁性樹脂が導電粒子の埋め込みに引き連られて内部に入り込む場合(例えば、図1B、図2参照)が存在し得る。両者が混在する場合も存在する。本発明における傾斜とは、絶縁性樹脂が導電粒子の埋め込みに引き連られて内部に入り込んで形成される斜面のことであり、また、起伏とは、そのような傾斜とそれに続いて導電粒子上に堆積した絶縁性樹脂層とのことである(堆積により傾斜が消えることもある)。このように、絶縁性樹脂に傾斜や起伏を形成することにより、導電粒子が絶縁性樹脂に一部もしくは全体が埋め込まれた状態になって保持されるので、接続時の樹脂の流動などの影響を最小限にでき、接続時の導電粒子の捕捉性が向上することになる。また、特許文献2や3に比べ、導電粒子近傍の絶縁性樹脂量が少なくとも端子と接続させるフィルム面の一部において低減されている(導電粒子の厚み方向における絶縁性樹脂量が少なくなる)ので、端子と導電粒子とが直接接触しやすくなる。即ち、接続時の押し込みに対して導電粒子の邪魔になる樹脂が存在しないこと若しくは低減され、最小限の樹脂量で構成されることになる。更に、絶縁性樹脂は導電粒子の外形に概ね沿った表面の欠落などはあるが、過度な隆起が発生しなくなることになる。また、この場合の樹脂とは、導電粒子を保持することが可能になるため、比較的高粘度となり易く、端子との接続面となるフィルム面の、特に導電粒子直上の樹脂量は少ないことが好ましいものになる。もしくは、導電粒子の外形に沿って導電粒子を保持している比較的高粘度の樹脂が無いことも、同様の理由から好ましいものになる。このように、本発明はこれらの構成に則ることになる。なお、導電粒子の外形に沿うことは、押し込みにおける効果が発現し易くなることが期待できるとともに、外観を観察することによって異方性導電フィルムの製造において、良否判定を簡便にし易くなる効果も期待できる。また、端子と導電粒子が直接接触し易くなることは、導通特性の向上や押し込みの均一性にも効果が見込まれる。このように、比較的高粘度の絶縁性樹脂による導電粒子の保持と、導電粒子のフィルム面方向直上における上記樹脂の欠落や低減もしくは変形とが両立することにより、導電粒子の捕捉と押し込みの均一性、導通特性が良好になる条件が整うことになる。また、比較的高粘度の樹脂そのもの(絶縁性樹脂層の厚み)を薄くすることも可能になり、比較的低粘度の第2の樹脂層を積層するなど設計自由度を高くできることにもつながる。比較的高粘度の樹脂そのものを薄くすることとは、接続ツールの加熱加圧条件についてもマージンが取り易くなる。なお、この場合に導電粒子径にばらつきが小さいことが、より効果を発揮する上で望まれることになる。導電粒子径のばらつきが大きくなると、傾斜や起伏の程度が導電粒子毎に相違するためである。
絶縁性樹脂層から露出している導電粒子の周囲の絶縁性樹脂層に傾斜があると、その傾斜部分では、異方性導電接続時に導電粒子が端子間で挟持されることや、扁平に潰れようとすることに対して絶縁性樹脂が妨げとなりにくい。また、傾斜によって導電粒子の周囲の樹脂量が低減している分、導電粒子を無用に流動させることに繋がる樹脂流動が低減する。よって、端子における導電粒子の捕捉性が向上し、導通信頼性が向上する。
また、絶縁性樹脂層内に埋まっている導電粒子の直上の絶縁性樹脂層に起伏があっても傾斜の場合と同様に、異方性接続時に端子からの押圧力が導電粒子にかかりやすくなる。これは、起伏により導電粒子の直上の樹脂量が低減して存在しているため、導電粒子を固定化させ、且つ起伏があることによって樹脂が平坦に堆積している場合(図8参照)よりも接続時の樹脂流動が生じやすくなることが見込まれ、傾斜と同様な効果も期待できる。よって、この場合にも端子における導電粒子の捕捉性が向上し、導通信頼性が向上する。
このような本発明の異方性導電フィルムによれば、導電粒子の捕捉性が向上し、端子上の導電粒子が流動し難いことから導電粒子の配置を精密に制御できる。したがって、例えば、端子幅6μm〜50μm、端子間スペース6μm〜50μmのファインピッチの電子部品の接続に使用することができる。また、導電粒子の大きさが3μm未満(例えば2.5〜2.8μm)のときに有効接続端子幅(接続時に対向した一対の端子の幅のうち、平面視にて重なり合っている部分の幅)が3μm以上、最短端子間距離が3μm以上であればショートを起こすこと無く電子部品を接続することができる。
また、導電粒子の配置を精密に制御できるので、ノーマルピッチの電子部品を接続する場合には、導電粒子の配置領域や、導電粒子の個数密度を変えた領域のレイアウトを種々の電子部品の端子のレイアウトに対応させることが可能となる。
さらに、絶縁性樹脂層内に埋まっている導電粒子の直上の絶縁性樹脂層に起伏があると、異方性導電フィルムの外観観察により導電粒子の位置が明確に分かるので、製品検査が容易になり、また、異方性接続時に異方性導電フィルムのどちらのフィルム面を基板に貼り合わせるかという使用面の確認も容易になる。
加えて、本発明の異方性導電フィルムによれば、導電粒子の配置の固定のために絶縁性樹脂層を光硬化させておくことが必ずしも必要ではないので異方性接続時に絶縁性樹脂層がタック性を持ちうる。このため、異方性導電フィルムと基板を仮圧着するときの作業性が向上し、仮圧着後に電子部品を圧着するときにも作業性が向上する。
一方、本発明の製造方法によれば、絶縁性樹脂層に上述の傾斜若しくは起伏が形成されるように、絶縁性樹脂層に導電粒子を埋め込むときの該絶縁性樹脂層の粘度を調整する。そのため、上述の効果を奏する本発明の異方性導電フィルムを容易に製造することができる。
図1Aは、実施例の異方性導電フィルム10Aの導電粒子の配置を示す平面図である。 図1Bは、実施例の異方性導電フィルム10Aの断面図である。 図2は、実施例の異方性導電フィルム10Bの断面図である。 図3は、絶縁性樹脂層に形成される「傾斜」と「起伏」との中間ともいえる状態の異方性導電フィルム10Cの断面図である。 図4は、実施例の異方性導電フィルム10Dの断面図である。 図5は、実施例の異方性導電フィルム10Eの断面図である。 図6は、実施例の異方性導電フィルム10Fの断面図である。 図7は、実施例の異方性導電フィルム10Gの断面図である。 図8は、比較例の異方性導電フィルム10Xの断面図である。 図9は、実施例の異方性導電フィルム10Hの断面図である。 図10は、実施例の異方性導電フィルム10Iの断面図である。 図11Aは、実施例の異方性導電フィルムの上面写真である。 図11Bは、実施例の異方性導電フィルムの上面写真である。
以下、本発明の異方性導電フィルムの一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
<異方性導電フィルムの全体構成>
図1Aは、本発明の一実施例の異方性導電フィルム10Aの粒子配置を説明する平面図であり、図1BはそのX−X断面図である。
この異方性導電フィルム10Aは、例えば長さ5m以上の長尺のフィルム形態とすることができ、巻き芯に巻いた巻装体とすることもできる。
異方性導電フィルム10Aは導電粒子分散層3から構成されており、導電粒子分散層3では、絶縁性樹脂層2の片面に導電粒子1が露出した状態で規則的に分散している。フィルムの平面視にて導電粒子1は互いに接触しておらず、フィルム厚方向にも導電粒子1が互いに重なることなく規則的に分散し、導電粒子1のフィルム厚方向の位置が揃った単層の導電粒子層を構成している。
個々の導電粒子1の周囲の絶縁性樹脂層2の表面2aには、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層2の接平面2pに対して傾斜2bが形成されている。なお後述するように、本発明の異方性導電フィルムでは、絶縁性樹脂層2に埋め込まれた導電粒子1の直上の絶縁性樹脂層の表面に起伏2cが形成されていてもよい(図4、図6)。
本発明において、「傾斜」とは、絶縁性樹脂層の表面の平坦性が損なわれて一部が欠けている状態を意味する。一方、「起伏」とは、絶縁性樹脂層の表面にうねりがある状態を意味する。これらは、導電粒子の直上に相当する部位と導電粒子間の平坦な表面部分(図1B、4、6の2f。図11Aの2bの外側、図11Bの2cの外側。)とを対比して認識することができる。なお、起伏の開始点が傾斜として存在する場合もある。
<導電粒子の分散状態>
本発明における導電粒子の分散状態には、導電粒子1がランダムに分散している状態も規則的な配置に分散している状態も含まれる。どちらの場合においても、フィルム厚方向の位置が揃っていることが捕捉安定性の点から好ましい。ここで、フィルム厚方向の導電粒子1の位置が揃っているとは、フィルム厚方向の単一の深さに揃っていることに限定されず、絶縁性樹脂層2の表裏の界面又はその近傍のそれぞれに導電粒子が存在している態様を含む。
また、導電粒子1はフィルムの平面視にて規則的に配列していることが導電粒子の捕捉とショートの抑制とを両立させる点から好ましい。配列の態様は、端子およびバンプのレイアウトによるため、特に限定はない。例えば、フィルムの平面視にて図1Aに示したように正方格子配列とすることができる。この他、導電粒子の規則的な配列の態様としては、長方格子、斜方格子、6方格子、3角格子等の格子配列をあげることができる。異なる形状の格子が、複数組み合わさったものでもよい。規則的な配列は、上述したような格子配列に限定されるものではなく、例えば、導電粒子が所定間隔で直線状に並んだ粒子列を所定の間隔で並列させてもよい。導電粒子1を互いに非接触とし、格子状等の規則的な配列にすることにより、異方性導電接続時に各導電粒子1に圧力を均等に加え、導通抵抗のばらつきを低減させることができる。規則的な配列は、例えばフィルムの長手方向に所定の粒子配置が繰り替えされている否かを観察することで確認できる。
さらに、フィルムの平面視にて規則的に配列し、かつフィルム厚方向の位置が揃っていることが捕捉安定性とショート抑制の両立のためにより好ましい。
一方、接続する電子部品の端子間スペースが広くショートが発生しにくい場合には、導電粒子を規則的に配列させることなく導通に支障を来たさない程度に導電粒子があればランダムに分散させていてもよい。
導電粒子を規則的に配列させる場合に、その配列の格子軸又は配列軸がある場合は、異方性導電フィルムの長手方向や長手方向と直行する方向に対して平行でもよく、異方性導電フィルムの長手方向と交叉してもよく、接続する端子幅、端子ピッチ、レイアウトなどに応じて定めることができる。例えば、ファインピッチ用の異方性導電性フィルムとする場合、図1Aに示したように導電粒子1の格子軸Aを異方性導電フィルム10Aの長手方向に対して斜行させ、異方性導電フィルム10Aで接続する端子20の長手方向(フィルムの短手方向)と格子軸Aとのなす角度θを6°〜84°、好ましくは11°〜74°にすることが好ましい。
導電粒子1の粒子間距離は、異方性導電フィルムで接続する端子の大きさや端子ピッチに応じて適宜定める。例えば、異方性導電フィルムをファインピッチのCOG(Chip On Glass)に対応させる場合、ショートの発生を防止する点から最近接粒子間距離を導電粒子径Dの0.5倍以上にすることが好ましく、0.7倍より大きくすることがより好ましい。一方、導電粒子1の捕捉性の点から、最近接粒子間距離を導電粒子径Dの4倍以下とすることが好ましく、3倍以下とすることがより好ましい。
また、導電粒子の面積占有率は、好ましくは35%以下、より好ましくは0.3〜30%である。この面積占有率は、
[平面視における導電粒子の個数密度]×[導電粒子1個の平面視面積の平均]
により算出される。
ここで、導電粒子の個数密度の測定領域としては、1辺が100μm以上の矩形領域を任意に複数箇所(好ましくは5箇所以上、より好ましくは10箇所以上)設定し、測定領域の合計面積を2mm以上とすることが好ましい。個々の領域の大きさや数は、個数密度の状態によって適宜調整すればよい。ファインピッチ用途の比較的個数密度が大きい場合の一例として、異方性導電フィルム10Aから任意に選択した面積100μm×100μmの領域の200箇所(2mm)について、金属顕微鏡などによる観測画像を用いて個数密度を測定し、それを平均することにより上述の式中の「平面視における導電粒子の個数密度」を得ることができる。面積100μm×100μmの領域は、バンプ間スペース50μm以下の接続対象物において、1個以上のバンプが存在する領域になる。
なお、面積占有率が上述の範囲内であれば個数密度の値には特に制限はないが、実用上、個数密度は150〜70000個/mmが好ましく、特にファインピッチ用途の場合には好ましくは6000〜42000個/mm、より好ましくは10000〜40000個/mm、更により好ましくは15000〜35000個/mmである。
導電粒子の個数密度は、上述のように金属顕微鏡を用いて観察して求める他、画像解析ソフト(例えば、WinROOF、三谷商事株式会社等)により観察画像を計測して求めてもよい。観察方法や計測手法は、上記に限定されるものではない。
また、導電粒子1個の平面視面積の平均は、フィルム面の金属顕微鏡やSEMなどの電子顕微鏡などによる観測画像の計測により求められる。画像解析ソフトを用いてもよい。観察方法や計測手法は、上記に限定されるものではない。
面積占有率は、異方性導電フィルムを電子部品に熱圧着するために押圧治具に必要とされる推力の指標となる。従来、異方性導電フィルムをファインピッチに対応させるために、ショートを発生させない限りで導電粒子の粒子間距離を狭め、個数密度が高められてきたが、そのように個数密度を高めると、電子部品の端子個数が増え、電子部品1個当りの接続総面積が大きくなるのに伴い、異方性導電フィルムを電子部品に熱圧着するために押圧治具に必要とされる推力が大きくなり、従前の押圧治具では押圧が不十分になるという問題が起こることが懸念される。これに対し、面積占有率を上述のように好ましくは35%以下、より好ましくは0.3〜30%の範囲とすることにより、異方性導電フィルムを電子部品に熱圧着するために押圧治具に必要とされる推力を低く抑えることが可能となる。
<導電粒子>
導電粒子1は、公知の異方性導電フィルムに用いられている導電粒子の中から適宜選択して使用することができる。例えばニッケル、コバルト、銀、銅、金、パラジウムなどの金属粒子、ハンダなどの合金粒子、金属被覆樹脂粒子などが挙げられる。2種以上を併用することもできる。中でも、金属被覆樹脂粒子が、接続された後に樹脂粒子が反発することで端子との接触が維持され易くなり、導通性能が安定する点から好ましい。尚、導電粒子の表面には公知の技術によって、導通特性に支障を来たさない絶縁処理が施されていてもよい。
導電粒子径Dは、配線高さのばらつきに対応できるようにし、また、導通抵抗の上昇を抑制し、且つショートの発生を抑制するために、好ましくは1μm以上30μm以下、より好ましくは2.5μm以上9μm以下である。接続対象物によっては、9μmより大きいものが適する場合もある。絶縁性樹脂層に分散させる前の導電粒子の粒子径は、一般的な粒度分布測定装置により測定することができ、また、平均粒子径も粒度分布測定装置を用いて求めることができる。測定装置としては、一例としてFPIA−3000(マルバーン社)を挙げることができる。異方性導電フィルムにおける導電粒子径Dは、SEMなどの電子顕微鏡観察から求めることができる。この場合、導電粒子径Dを測定するサンプル数を200以上とすることが望ましい。
本発明の異方性導電フィルムを構成する導電粒子の粒子径のバラツキは、CV値(標準偏差/平均)20%以下である。CV値を20%以下とすることにより、挟持される際に均等に押圧され易くなり、特に配列している場合には押圧力が局所的に集中することを防止でき、導通の安定性に寄与できる。また接続後に圧痕による接続状態の評価を精確に行うことができる。具体的には、端子サイズが大きいもの(FOGなど)にも、小さいもの(COGなど)にも圧痕による接続状態の確認を精確に行うことができる。従って、異方性接続後の検査が容易になり、接続工程の生産性を向上させることが期待できる。
ここで、粒子径のバラツキは画像型粒度分析装置などにより算出することができる。異方性導電フィルムに配置されていない、異方性導電フィルムの原料粒子としての導電粒子の粒子径は、一例として、湿式フロー式粒子径・形状分析装置FPIA−3000(マルバーン社)を用いて求めることができる。この場合、導電粒子個数は1000個以上、好ましくは3000個以上、より好ましくは5000個以上を測定すれば正確に導電粒子単体のバラツキを把握することができる。導電粒子が異方性導電フィルムに配置されている場合は、上記真球度と同様に平面画像又は断面画像により求めることができる。
また、本発明の異方性導電フィルムを構成する導電粒子は、略真球であることが好ましい。導電粒子として略真球のものを使用することにより、例えば、特開2014-60150号公報に記載のように転写型を用いて導電粒子を配列させた異方導電性フィルムを製造するにあたり、転写型上で導電粒子が滑らかに転がるので、導電粒子を転写型上の所定の位置へ高精度に充填することができる。したがって、導電粒子を精確に配置することができる。
ここで、略真球とは、次式で算出される真球度が70〜100であることをいう。
Figure 0006187665
上記式中、Soは導電粒子の平面画像における該導電粒子の外接円の面積であり、Siは導電粒子の平面画像における該導電粒子の内接円の面積である。
この算出方法では、導電粒子の平面画像を異方導電性フィルムの面視野および断面で撮り、それぞれの平面画像において任意の導電粒子100個以上(好ましくは200個以上)の外接円の面積と内接円の面積を計測し、外接円の面積の平均値と内接円の面積の平均値を求め、上述のSo、Siとすることが好ましい。また、面視野及び断面のいずれにおいても、真球度が上記の範囲内であることが好ましい。面視野および断面の真球度の差は20以内であることが好ましく、より好ましくは10以内である。異方導電性フィルムの生産時の検査は主に面視野であり、異方性接続後の詳細な良否判定は面視野と断面の両方で行うため、真球度の差は小さい方が好ましい。この真球度は導電粒子単体であるなら、上述の湿式フロー式粒子径・形状分析装置FPIA−3000(マルバーン社)を用いて求めることもできる。
<絶縁性樹脂層>
(絶縁性樹脂の粘度)
絶縁性樹脂層2の最低溶融粘度は、好ましくは2000Pa・s以上、より好ましくは3000〜15000Pa・s、さらに好ましくは3000〜10000Pa・sである。この最低溶融粘度は、一例として回転式レオメータ(TA instrument社製)を用い、昇温速度が10℃/分、測定圧力が5gで一定に保持し、直径8mmの測定プレートを使用して求めることができる。
絶縁性樹脂層2の最低溶融粘度を2000Pa・s以上の高粘度とすることにより、異方性導電接続時に端子間で挟持されるべき導電粒子2が樹脂流動により流されてしまうことを防止できる。
また、絶縁性樹脂層2に導電粒子1を押し込むことにより異方性導電フィルム10Aの導電粒子分散層3を形成する場合に、導電粒子1を押し込むときの絶縁性樹脂層2は、導電粒子1が絶縁性樹脂層2から露出するように導電粒子1を絶縁性樹脂層2に押し込んだときに、絶縁性樹脂層2が塑性変形して導電粒子1の周囲の絶縁性樹脂層2に傾斜2b(図1B)が形成されるような高粘度な粘性体とするか、あるいは、導電粒子1が絶縁性樹脂層2から露出することなく絶縁性樹脂層2に埋まるように導電粒子1を押し込んだときに、導電粒子1の直上の絶縁性樹脂層2の表面に起伏2c(図6)が形成されるような高粘度な粘性体とする。そのため、絶縁性樹脂層2の60℃における粘度を好ましくは3000〜20000Pa・sとする。この測定は最低溶融粘度と同様の測定方法で行い、温度が60℃の値を抽出して求めることができる。
絶縁性樹脂層2に導電粒子1を押し込むときの該絶縁性樹脂層2の具体的な粘度は、形成する傾斜2b、起伏2cの形状や深さなどに応じて、好ましくは3000〜20000Pa・s、より好ましくは4500〜15000Pa・sとする。また、このような粘度を40〜80℃で得られるようにすることが好ましい。
上述したように、絶縁性樹脂層2から露出している導電粒子1の周囲に傾斜2b(図1B)が形成されていることにより、異方性導電接続時に導電粒子1が端子間で挟持される際に生じる導電粒子1の偏平化に対して絶縁性樹脂から受ける抵抗が、傾斜2bが無い場合に比して低減するため、端子における導電粒子の挟持がされ易くなることで導通性能が向上し、また捕捉性が向上する。この傾斜は、導電粒子の外形に沿っていることが好ましい。接続における効果がより発現しやすくなる以外に、認識し易くなることで、異方性導電フィルムの製造における検査などが行い易くなるからである。また、この傾斜および起伏は絶縁性樹脂層にヒートプレスするなどにより、その一部が消失してしまう場合があるが、本発明はこれを包含する。この場合、導電粒子は絶縁性樹脂層の表面に1点で露出する場合がある。なお、異方性導電フィルムは、接続する電子部品が多様であり、これらに合わせてチューニングする以上、種々の要件を満たせるように設計の自由度が高いことが望まれるので、傾斜もしくは起伏を消失もしくは低減させて用いる場合もある。
また、絶縁性樹脂層2から露出することなく埋まっている導電粒子1の直上の絶縁性樹脂層2の表面に起伏2c(図4、図6)が形成されていることにより、傾斜の場合と同様に、異方性接続時に端子からの押圧力が導電粒子にかかりやすくなる。また、起伏があっても導電粒子の直上の樹脂量が低減して存在しているため、導電粒子を固定化させ、且つ起伏があることによって樹脂が平坦に堆積している場合よりも接続時の導電粒子直上の樹脂の排除が生じやすくなり、端子と導電粒子とが接触し易くなることから、端子における導電粒子の捕捉性が向上し、導通信頼性が向上する。
<絶縁性樹脂層の説明>
(絶縁性樹脂層の層厚)
本発明の異方性導電フィルムでは、絶縁性樹脂層2の層厚Laと導電粒子径Dとの比(La/D)が0.6〜10が好ましい。ここで、導電粒子径Dは、その平均粒子径を意味する。絶縁性樹脂層2の層厚Laが大き過ぎると異方性導電接続時に導電粒子が位置ズレしやすくなり、端子における導電粒子の捕捉性が低下する。この傾向はLa/Dが10を超えると顕著である。そこでLa/Dは8以下がより好ましく、6以下が更により好ましい。反対に絶縁性樹脂層2の層厚Laが小さすぎてLa/Dが0.6未満となると、導電粒子1を絶縁性樹脂層2によって所定の粒子分散状態あるいは所定の配列に維持することが困難となる。特に、接続する端子が高密度COGの場合、絶縁性樹脂層2の層厚Laと導電粒子径Dとの比(La/D)は、好ましくは0.8〜2である。
(絶縁性樹脂層の組成)
絶縁性樹脂層2は、硬化性樹脂組成物から形成することができ、例えば、熱重合性化合物と熱重合開始剤とを含有する熱重合性組成物から形成することができる。熱重合性組成物には必要に応じて光重合開始剤を含有させてもよい。
熱重合開始剤と光重合開始剤を併用する場合に、熱重合性化合物として光重合性化合物としても機能するものを使用してもよく、熱重合性化合物とは別に光重合性化合物を含有させてもよい。好ましくは、熱重合性化合物とは別に光重合性化合物を含有させる。例えば、熱重合開始剤としてカチオン系硬化開始剤、熱重合性化合物としてエポキシ樹脂を使用し、光重合開始剤として光ラジカル開始剤、光重合性化合物としてアクリレート化合物を使用する。
光重合開始剤として、波長の異なる光に反応する複数種類を含有させてもよい。これにより、異方性導電フィルムの製造時における、絶縁性樹脂層を構成する樹脂の光硬化と、異方性接続時に電子部品同士を接着するための樹脂の光硬化とで使用する波長を使い分けることができる。
異方性導電フィルムの製造時の光硬化では、絶縁性樹脂層に含まれる光重合性化合物の全部又は一部を光硬化させることができる。この光硬化により、絶縁性樹脂層2における導電粒子1の配置が保持乃至固定化され、ショートの抑制と捕捉の向上が見込まれる。また、この光硬化により、異方性導電フィルムの製造工程における絶縁性樹脂層の粘度を適宜調整してもよい。
絶縁性樹脂層における光重合性化合物の配合量は30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、2%質量未満がより好ましい。光重合性化合物が多すぎると接続時の押し込みにかかる推力が増加するためである。
熱重合性組成物の例としては、(メタ)アクリレート化合物と熱ラジカル重合開始剤とを含む熱ラジカル重合性アクリレート系組成物、エポキシ化合物と熱カチオン重合開始剤とを含む熱カチオン重合性エポキシ系組成物等が挙げられる。熱カチオン重合開始剤を含む熱カチオン重合性エポキシ系組成物に代えて、熱アニオン重合開始剤を含む熱アニオン重合性エポキシ系組成物を使用してもよい。また、特に支障を来たさなければ、複数種の重合性組成物を併用してもよい。併用例としては、熱カチオン重合性化合物と熱ラジカル重合性化合物の併用などが挙げられる。
ここで、(メタ)アクリレート化合物としては、従来公知の熱重合型(メタ)アクリレートモノマーを使用することができる。例えば、単官能(メタ)アクリレート系モノマー、二官能以上の多官能(メタ)アクリレート系モノマーを使用することができる。
熱ラジカル重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物、アゾ系化合物等を挙げることができる。特に、気泡の原因となる窒素を発生しない有機過酸化物を好ましく使用することができる。
熱ラジカル重合開始剤の使用量は、少なすぎると硬化不良となり、多すぎると製品ライフの低下となるので、(メタ)アクリレート化合物100質量部に対し、好ましくは2〜60質量部、より好ましくは5〜40質量部である。
エポキシ化合物としては、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、それらの変性エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂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。また、エポキシ化合物に加えてオキセタン化合物を併用してもよい。
熱カチオン重合開始剤としては、エポキシ化合物の熱カチオン重合開始剤として公知のものを採用することができ、例えば、熱により酸を発生するヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、フェロセン類等を用いることができ、特に、温度に対して良好な潜在性を示す芳香族スルホニウム塩を好ましく使用することができる。
熱カチオン重合開始剤の使用量は、少なすぎても硬化不良となる傾向があり、多すぎても製品ライフが低下する傾向があるので、エポキシ化合物100質量部に対し、好ましくは2〜60質量部、より好ましくは5〜40質量部である。
熱重合性組成物は、膜形成樹脂やシランカップリング剤を含有することが好ましい。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。重量平均分子量は10000以上であることが好ましい。また、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。
熱重合性組成物には、溶融粘度調整のために、絶縁フィラを含有させてもよい。これはシリカ粉やアルミナ粉などが挙げられる。絶縁フィラの大きさは粒径20〜1000nmが好ましく、また、配合量はエポキシ化合物等の熱重合性化合物(光重合性組成物)100質量部に対して5〜50質量部とすることが好ましい。
更に、上述の絶縁フィラとは異なる充填剤、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含有させてもよい。
(絶縁性樹脂層の厚さ方向における導電粒子の位置)
本発明の異方性導電フィルムでは、絶縁性樹脂層2の厚さ方向における導電粒子1の位置は前述のように、導電粒子1が絶縁性樹脂層2から露出していてもよく、露出することなく、絶縁性樹脂層2内に埋め込まれていても良いが、隣接する導電粒子間の中央部における接平面2pからの導電粒子の最深部の距離(以下、埋込量という)Lbと、導電粒子径Dとの比(Lb/D)(以下、埋込率という)が60%以上105%以下であることが好ましい。
埋込率(Lb/D)を60%以上とすることにより、導電粒子1を絶縁性樹脂層2によって所定の粒子分散状態あるいは所定の配列に維持し、また、105%以下とすることにより、異方性導電接続時に端子間の導電粒子を無用に流動させるように作用する絶縁性樹脂層の樹脂量を低減させることができる。
なお、本発明において、埋込率(Lb/D)の数値は、異方性導電フィルムに含まれる全導電粒子数の80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは96%以上が、当該埋込率(Lb/D)の数値になっていることをいう。したがって、埋込率が60%以上105%以下とは、異方性導電フィルムに含まれる全導電粒子数の80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは96%以上の埋込率が60%以上105%以下であることをいう。このように全導電粒子の埋込率(Lb/D)が揃っていることにより、押圧の加重が導電粒子に均一にかかるので、端子における導電粒子の捕捉状態が良好になり、導通の安定性が向上する。
埋込率(Lb/D)は、異方性導電フィルムから面積30mm以上の領域を任意に10箇所以上抜き取り、そのフィルム断面の一部をSEM画像で観察し、合計50個以上の導電粒子を計測することにより求めることができる。より精度を上げるため、200個以上の導電粒子を計測して求めてもよい。
また、埋込率(Lb/D)の計測は、面視野画像において焦点調整することにより、ある程度の個数について一括して求めることができる。もしくは埋込率(Lb/D)の計測にレーザー式判別変位センサ(キーエンス製など)を用いてもよい。
(埋込率60%以上100%未満の態様)
埋込率(Lb/D)60%以上105%以下の導電粒子1のより具体的な埋込態様としては、まず、図1Bに示した異方性導電フィルム10Aのように、導電粒子1が絶縁性樹脂層2から露出するように埋込率60%以上100%未満で埋め込まれた態様をあげることができる。この異方性導電フィルム10Aは、絶縁性樹脂層2の表面のうち該絶縁性樹脂層2から露出している導電粒子1と接している部分及びその近傍が、隣接する導電粒子間の中央部の絶縁性樹脂層の表面2aにおける接平面2pに対して導電粒子の外形に概ね沿った稜線となる傾斜2bを有している。
このような傾斜2bもしくは後述する起伏2cは、異方性導電フィルム10Aを、絶縁性樹脂層2に導電粒子1を押し込むことにより製造する場合に、導電粒子1の押し込みを、40〜80℃で3000〜20000Pa・s、より好ましくは4500〜15000Pa・sで行うことにより形成することができる。また、傾斜2bや起伏2cは絶縁性樹脂層をヒートプレスするなどにより、その一部が消失してしまう場合がある。傾斜2bがその痕跡を有しない場合、起伏2cと略同等の形状になる(つまり、傾斜が起伏に変化する)。起伏2cがその痕跡を有しない場合、導電粒子が1点で絶縁性樹脂層2に露出している場合がある。
(埋込率100%の態様)
次に、本発明の異方性導電フィルムのうち、埋込率(Lb/D)100%の態様としては、図2に示す異方性導電フィルム10Bのように、導電粒子1の周りに図1Bに示した異方性導電フィルム10Aと同様の導電粒子の外形に概ね沿った稜線となる傾斜2bを有し、絶縁性樹脂層2から露出している導電粒子1の露出径Lcが導電粒子径Dよりも小さいもの、図3に示す異方性導電フィルム10Cのように、導電粒子1の露出部分の周りの起伏2bが導電粒子1近傍で急激に現れ、導電粒子1の露出径Lcと導電粒子径Dとが略等しいもの、図4に示す異方性導電フィルム10Dのように、絶縁性樹脂層2の表面に浅い起伏2cがあり、導電粒子1がその頂部1aの1点で絶縁性樹脂層2から露出しているものをあげることができる。
これら異方性導電フィルム10B、10C、10Dは埋込率100%であるため、導電粒子1の頂部1aと絶縁性樹脂層2の表面2aとが面一に揃っている。導電粒子1の頂部1aと絶縁性樹脂層2の表面2aとが面一に揃っていると、図1Bに示したように導電粒子1が絶縁性樹脂層2から突出している場合に比して、異方性導電接続時に個々の導電粒子の周辺にてフィルム厚み方向の樹脂量が不均一になりにくく、樹脂流動による導電粒子の移動を低減できるという効果がある。なお、埋込率が厳密に100%でなくても、絶縁性樹脂層2に埋め込まれた導電粒子1の頂部と絶縁性樹脂層2の表面とが面一となる程度に揃っているとこの効果を得ることができる。言い換えると、埋込率(Lb/D)が概略90〜100%の場合には、絶縁性樹脂層2に埋め込まれた導電粒子1の頂部と絶縁性樹脂層2の表面とは面一であるといえ、樹脂流動による導電粒子の移動を低減させることができる。
これら異方性導電フィルム10B、10C、10Dの中でも、10Dは導電粒子1の周りの樹脂量が不均一になりにくいので樹脂流動による導電粒子の移動を解消でき、また頂部1aの1点であっても絶縁性樹脂層2から導電粒子1が露出しているので、端子における導電粒子1の捕捉性もよく、導電粒子のわずかな移動も起こりにくいという効果が期待できる。したがって、この態様は、特にファインピッチやバンプ間スペースが狭い場合に有効である。
なお、傾斜2b、起伏2cの形状や深さが異なる異方性導電フィルム10B(図2)、10C(図3)、10D(図4)は、後述するように、導電粒子1の押し込み時の絶縁性樹脂層2の粘度等を変えることで製造することができる。なお、図3の態様は、図2(傾斜の態様)と図4(起伏の態様)の中間状態であると言い換えることができる。本発明は、この図3の態様も包含するものである。
(埋込率100%超の態様)
本発明の異方性導電フィルムのうち、埋込率100%を超える場合、図5に示す異方性導電フィルム10Eのように導電粒子1が露出し、その露出部分の周りの絶縁性樹脂層2に接平面2pに対する傾斜2bもしくは導電粒子1の真上の絶縁性樹脂層2の表面に接平面2pに対する起伏2cがあるものをあげることができる。
なお、導電粒子1の露出部分の周りの絶縁性樹脂層2に傾斜2bを有する異方性導電フィルム10E(図5)と導電粒子1の直上の絶縁性樹脂層2に起伏2cを有する異方性導電フィルム10F(図6)は、それらを製造する際の導電粒子1の押し込み時の絶縁性樹脂層2の粘度等を変えることで製造することができる。
なお、図5に示す異方性導電フィルム10Eを異方性導電接続に使用すると、導電粒子1が端子から直接押圧されるので、端子における導電粒子の捕捉性が向上する。また、図6に示す異方性導電フィルム10Fを異方性導電接続に使用すると、導電粒子1が端子を直接押圧せず、絶縁性樹脂層2を介して押圧することになるが、押圧方向に存在する樹脂量が図8の状態(即ち、導電粒子1が埋込率100%を超えて埋め込まれ、導電粒子1が絶縁性樹脂層2から露出しておらず、かつ絶縁性樹脂層2の表面が平坦である状態)に比べて少ないため、導電粒子に押圧力がかかりやすくなり、且つ異方性導電接続時に端子間の導電粒子1が樹脂流動により無用に移動することが妨げられる。
なお、図7に示すように、埋込率(Lb/D)が60%未満の異方性導電フィルム10Gでは、絶縁性樹脂層2上を導電粒子1が転がりやすくなるため、異方性導電接続時の捕捉率を向上させる点からは、埋込率(Lb/D)を60%以上とすることが好ましい。
また、埋込率が100%を超える態様(Lb/D)において、図8に示す比較例の異方性導電フィルム10Xのように絶縁性樹脂層2の表面が平坦な場合は導電粒子1と端子との間に介在する樹脂量が過度に多くなる。また、導電粒子1が直接端子に接触して端子を押圧することなく、絶縁性樹脂を介して端子を押圧するので、これによっても導電粒子が樹脂流動によって流され易い。
本発明において、絶縁性樹脂層2の表面の傾斜2b、起伏2cの存在は、異方性導電フィルムの断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより確認することができ、面視野観察においても確認できる。光学顕微鏡、金属顕微鏡でも傾斜2b、起伏2cの観察は可能である。また、傾斜2b、起伏2cの大きさは画像観察時の焦点調整などで確認することもできる。上述のようにヒートプレスにより傾斜もしくは起伏を減少させた後であっても、同様である。痕跡が残る場合があるからである。
<異方性導電フィルムの変形態様>
(第2の絶縁性樹脂層)
本発明の異方性導電フィルムは、図9に示す異方性導電フィルム10Hのように、導電粒子分散層3の、絶縁性樹脂層2の傾斜2bが形成されている面に、該絶縁性樹脂層2よりも最低溶融粘度が低い第2の絶縁性樹脂層4を積層してもよい。また図10に示す異方性導電フィルム10Iのように、導電粒子分散層3の、絶縁性樹脂層2の傾斜2bが形成されていない面に、該絶縁性樹脂層2よりも最低溶融粘度が低い第2の絶縁性樹脂層4を積層してもよい。第2の絶縁性樹脂層4の積層により、異方性導電フィルムを用いて電子部品を異方性導電接続するときに、電子部品の電極やバンプによって形成される空間を充填し、接着性を向上させることができる。尚、第2の絶縁性樹脂層4を積層する場合、第2の絶縁性樹脂層4が傾斜2bの形成面上にあるか否かに関わらず第2の絶縁性樹脂層4がツールで加圧するICチップ等の電子部品側にある(言い換えると、絶縁性樹脂層2がステージに載置される基板等の電子部品側にある)ことが好ましい。このようにすることで、導電粒子の不本意な移動を避けることができ、捕捉性を向上させることができる。傾斜2bが起伏2cであっても同様である。
絶縁性樹脂層2と第2の絶縁性樹脂層4との最低溶融粘度は、差があるほど電子部品の電極やバンプによって形成される空間が第2の絶縁性樹脂層4で充填されやすくなり、電子部品同士の接着性を向上させる効果が期待できる。また、この差があるほど導電粒子分散層3中に存在する絶縁性樹脂層2の移動量が相対的に小さくなるため、端子における導電粒子の捕捉性が向上しやすくなる。実用上は、絶縁性樹脂層2と第2の絶縁性樹脂層4との最低溶融粘度比は、好ましくは2以上、より好ましくは5以上、さらに好ましくは8以上である。一方、この比が大きすぎると長尺の異方性導電フィルムを巻装体にした場合に、樹脂のはみだしやブロッキングが生じる虞があるので、実用上は15以下が好ましい。第2の絶縁性樹脂層4の好ましい最低溶融粘度は、より具体的には、上述の比を満たし、かつ3000Pa・s以下、より好ましくは2000Pa・s以下であり、特に100〜2000Pa・sである。
なお、第2の絶縁性樹脂層4は、絶縁性樹脂層と同様の樹脂組成物において、粘度を調整することにより形成することができる。
また、異方性導電フィルム10H、10Iにおいて、第2の絶縁性樹脂層4の層厚は、電子部品や接続条件に影響される部分があるために、特に限定はされないが、好ましくは4〜20μmである。もしくは、導電粒子径に対して、好ましくは1〜8倍である。
また、絶縁性樹脂層2と第2の絶縁性樹脂層4を合わせた異方性導電フィルム10H、10I全体の最低溶融粘度は、好ましくは、200〜4000Pa・sである。
(第3の絶縁性樹脂層)
第2の絶縁性樹脂層4と絶縁性樹脂層2を挟んで反対側に第3の樹脂層が設けられていてもよい。例えば、第3の絶縁性樹脂層をタック層として機能させることができる。第2の絶縁性樹脂層と同様に、電子部品の電極やバンプによって形成される空間を充填させるために設けてもよい。
第3の絶縁性樹脂層の樹脂組成、粘度及び厚みは第2の絶縁性樹脂層と同様でもよく、異なっていても良い。絶縁性樹脂層2と第2の絶縁性樹脂層4と第3の絶縁性樹脂層を合わせた異方性導電フィルムの最低溶融粘度は特に制限はないが、200〜4000Pa・sとすることができる。
<異方性導電フィルムの製造方法>
上述の異方性導電フィルムを製造する本発明の異方性導電フィルムの製造方法は、絶縁性樹脂層に導電粒子を押し込むことにより導電粒子分散層を形成する工程を有し、絶縁性樹脂層の最低溶融粘度を2000Pa・s以上、60℃における粘度を3000Pa・s以上とし、かつ、導電粒子分散層の表面をなす絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有するように、粒子径のCV値が20%以下である導電粒子を押し込むときの絶縁性樹脂層の粘度を調整することを特徴としている。この絶縁性樹脂層の最低溶融粘度は、好ましくは3000〜15000Pa・s、さらに好ましくは3000〜10000Pa・sであり、60℃における粘度は、好ましくは3000〜20000Pa・sである。
異方性導電フィルムが導電粒子分散層3の単層から形成されている場合、本発明の異方性導電フィルムは、例えば、絶縁性樹脂層2の表面に導電粒子1を所定の配列で保持させ、その導電粒子1を平板又はローラーで絶縁性樹脂層に押し込むことにより製造される。なお、埋込率100%超の異方性導電フィルムを製造する場合に、導電粒子配列に対応した凸部を有する押し板で押し込んでもよい。
ここで、絶縁性樹脂層2における導電粒子1の埋込量は、導電粒子1の押し込み時の押圧力、温度等により調整することができ、また、傾斜2b、起伏2cの形状及び深さは、押し込み時の絶縁性樹脂層2の粘度、押込速度、温度等により調整することができる。
また、絶縁性樹脂層2に導電粒子1を保持させる手法としては、公知の手法を利用することができる。例えば、絶縁性樹脂層2に導電粒子1を直接散布する、あるいは二軸延伸させることのできるフィルムに導電粒子1を単層で付着させ、そのフィルムを二軸延伸し、その延伸させたフィルムに絶縁性樹脂層2を押圧して導電粒子を絶縁性樹脂層2に転写することにより、絶縁性樹脂層2に導電粒子1を保持させる。また、転写型を使用して絶縁性樹脂層2に導電粒子1を保持させることもできる。
転写型を使用して絶縁性樹脂層2に導電粒子1を保持させる場合、転写型としては、例えば、シリコン、各種セラミックス、ガラス、ステンレススチールなどの金属等の無機材料や、各種樹脂等の有機材料などに対し、フォトリソグラフ法等の公知の開口形成方法によって開口を形成したもの、印刷法を応用したものを使用することができる。また、転写型は、板状、ロール状等の形状をとることができる。なお、本発明は上記の手法で限定されるものではない。
また、導電粒子を押し込んだ絶縁性樹脂層の、導電粒子を押し込んだ側の表面、又はその反対面に、絶縁性樹脂層よりも低粘度の第2の絶縁性樹脂層を積層することができる。
異方性導電フィルムを用いで電子部品の接続を経済的に行うには、異方性導電フィルムはある程度の長尺であることが好ましい。そこで異方性導電フィルムは長さを、好ましくは5m以上、より好ましくは10m以上、さらに好ましくは25m以上に製造する。一方、異方性導電フィルムを過度に長くすると、異方性導電フィルムを用いて電子部品の製造を行う場合に使用する従前の接続装置を使用することができなくなり、取り扱い性も劣る。そこで、異方性導電フィルムは、その長さを好ましくは5000m以下、より好ましくは1000m以下、さらに好ましくは500m以下に製造する。異方性導電フィルムのこのような長尺体は、巻芯に巻かれた巻装体とすることが取り扱い性に優れる点から好ましい。
<異方性導電フィルムの使用方法>
本発明の異方性導電フィルムは、ICチップ、ICモジュール、FPCなどの第1電子部品と、FPC、ガラス基板、プラスチック基板、リジッド基板、セラミック基板などの第2電子部品とを異方性導電接続する際に好ましく使用することができる。本発明の異方性導電フィルムを用いてICチップやウェーハーをスタックして多層化してもよい。なお、本発明の異方性導電フィルムで接続する電子部品は、上述の電子部品に限定されるものではない。近年、多様化している種々の電子部品に使用することができる。本発明は、本発明の異方性導電フィルムを用いて電子部品同士を異方性導電接続する接続構造体の製造方法や、それにより得られた接続構造体、即ち、本発明の異方性導電フィルムにより電子部品同士が異方性導電接続されている接続構造体も包含する。
異方性導電フィルムを用いた電子部品の接続方法としては、異方性導電フィルムが導電粒子分散層3の単層からなる場合、各種基板などの第2電子部品に対し、異方性導電フィルムの導電粒子1が表面に埋め込まれている側から仮貼りして仮圧着し、仮圧着した異方性導電フィルムの導電粒子1が表面に埋め込まれていない側にICチップ等の第1電子部品を合わせ、熱圧着することにより製造することができる。異方性導電フィルムの絶縁性樹脂層に熱重合開始剤と熱重合性化合物だけでなく、光重合開始剤と光重合性化合物(熱重合性化合物と同一でもよい)が含まれている場合、光と熱を併用した圧着方法でもよい。このようにすれば、導電粒子の不本意な移動は最小限に抑えることができる。また、導電粒子が埋め込まれていない側を第2電子部品に仮貼りして使用してもよい。尚、第2電子部品ではなく、第1電子部品に異方性導電フィルムを仮貼りすることもできる。
また、異方性導電フィルムが、導電粒子分散層3と第2の絶縁性樹脂層4の積層体から形成されている場合、導電粒子分散層3を各種基板などの第2電子部品に仮貼りして仮圧着し、仮圧着した異方性導電フィルムの第2の絶縁性樹脂層4側にICチップ等の第1電子部品をアライメントして載置し、熱圧着する。異方性導電フィルムの第2の絶縁性樹脂層4側を第1電子部品に仮貼りしてもよい。また、導電粒子分散層3側を第1電子部品に仮貼りして使用することもできる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1〜11、比較例1〜2
(1)異方性導電フィルムの製造
表1に示した配合で、絶縁性樹脂層及び第2の絶縁性樹脂層を形成する樹脂組成物をそれぞれ調製した。
絶縁性樹脂層を形成する樹脂組成物をバーコーターでフィルム厚さ50μmのPETフィルム上に塗布し、80℃のオーブンにて5分間乾燥させ、PETフィルム上に表2に示す厚さの絶縁性樹脂層を形成した。同様にして、第2の絶縁性樹脂層を、表2に示す厚さでPETフィルム上に形成した。
Figure 0006187665
一方、導電粒子2が平面視で図1Aに示す正方格子配列で粒子間距離が導電粒子の粒子径と等しくなり、導電粒子の個数密度が28000個/mmとなるように、金型を作製した。即ち、金型の凸部パターンが正方格子配列で、格子軸における凸部のピッチが平均導電粒子径の2倍であり、格子軸と異方性導電フィルムの短手方向とのなす角度θが15°となる金型を作製し、公知の透明性樹脂のペレットを溶融させた状態で該金型に流し込み、冷やして固めることで、凹みが図1Aに示す配列パターンの樹脂型を形成した。
導電粒子として、金属被覆樹脂粒子(積水化学工業(株)、AUL703、平均粒子径3μm)を用意し、この導電粒子を樹脂型の凹みに充填し、その上に上述の絶縁性樹脂層を被せ、60℃、0.5MPaで押圧することで貼着させた。そして、型から絶縁性樹脂層を剥離し、絶縁性樹脂層上の導電粒子を、加圧(押圧条件:60〜70℃、0.5Mpa)することで絶縁性樹脂層に押し込み、導電粒子分散層の単層からなる異方性導電フィルムを作製した(実施例6〜11及び比較例2)。導電粒子の埋め込みの状態は、押し込み条件でコントロールした。なお、使用した金属被覆樹脂粒子のCV値はFPIA−3000(マルバーン社)を用いて、粒子個数1000個以上で測定したところ20%以下であった。
また、同様に作製した導電粒子分散層に、第2の絶縁性樹脂層を積層することにより2層タイプの異方性導電フィルムを作製した(実施例1〜5、比較例1)。
(2)埋込状態
各実施例1〜11及び比較例1〜2の異方性導電フィルムを、導電粒子を通る切断線で切断し、その断面を金属顕微鏡で観察した。また、導電粒子が異方性導電フィルムの表面に露出しているか、導電粒子が異方性導電フィルムのフィルム表面近傍にある実施例4〜11、比較例2について、そのフィルム表面を金属顕微鏡で観察した。図11Aに実施例4の上面写真、図11Bに実施例8の上面写真を示す。
実施例1〜6、9〜11及び比較例1では、導電粒子が絶縁性樹脂層から露出しており、その導電粒子の周りの絶縁性樹脂層表面に傾斜2bが観察され、また、その周囲の表面部分(図11Aの点線の外側部分)が平坦であることが観察された。
実施例8では導電粒子が絶縁性樹脂層に完全に埋め込まれており、導電粒子が絶縁性樹脂層から露出していないが、導電粒子の真上の絶縁性樹脂層表面に起伏2cが観察され、また、その周囲の表面部分(図11Bの点線の外側部分)が平坦であることが観察された。比較例2も導電粒子が樹脂層から露出していないが、樹脂層の表面は平坦で、導電粒子の真上の樹脂層表面にも起伏は観察されなかった。
なお、実施例7の異方性導電フィルムは、実施例6の傾斜と実施例8の起伏とが混在した例である。絶縁性樹脂層から露出している導電粒子の周りの絶縁性樹脂層表面に傾斜2bが観察され、また、その周囲の表面部分が平坦であることが観察された。他方、絶縁性樹脂層に完全に埋め込まれた導電粒子の真上の絶縁性樹脂層表面に起伏2cが観察され、その周囲の表面部分が平坦であることが観察された。
(3)評価
(1)で作製した実施例及び比較例の異方性導電フィルムに対し、以下のようにして(a)初期導通抵抗、(b)導通信頼性、(c)粒子捕捉性を測定ないし評価した。結果を表2に示す。
(a)初期導通抵抗
各実施例及び比較例の異方性導電フィルムを、導通特性の評価用ICとガラス基板との間に挟み、加熱加圧(180℃、60MPa、5秒)して各評価用接続物を得、得られた評価用接続物の導通抵抗を測定した。初期導通抵抗は、実用上B評価以上であれば好ましく、A評価であれば更により好ましい。
ここで、評価用ICとガラス基板は、それらの端子パターンが対応しており、サイズは次の通りである。また、評価用ICとガラス基板を接続する際には、異方性導電フィルムの長手方向とバンプの短手方向を合わせた。
導通特性の評価用IC
外形 1.8×20.0mm
厚み 0.5mm
バンプ仕様 サイズ30×85μm、バンプ間距離50μm、バンプ高さ15μm
ガラス基板(ITO配線)
ガラス材質 コーニング社製1737F
外径 30×50mm
厚み 0.5mm
電極 ITO配線
初期導通抵抗評価基準
A 0.3Ω未満
B 0.3Ω超1Ω未満
C 1Ω以上
(b)導通信頼性
(a)で作製下評価用接続物を、温度85℃、湿度85%RHの恒温槽に500時間おいた後の導通抵抗を、初期導通抵抗と同様に測定した。導通信頼性は、実用上B評価以上であれば好ましく、A評価であれば更により好ましい。
導通信頼性評価基準
A 2.5Ω以下
B 2.5Ω超5Ω未満
C 5Ω以上
(c)粒子捕捉性
粒子捕捉性の評価用ICを使用し、この評価用ICと、端子パターンが対応するガラス基板(ITO配線)とを、アライメントを6μmずらして加熱加圧(180℃、60MPa、5秒)し、評価用ICのバンプと基板の端子とが重なる6μm×66.6μmの領域の100個について導電粒子の捕捉数を計測し、最低捕捉数を求め、次の基準で評価した。実用上、B評価以上であることが好ましい。
粒子捕捉性の評価用IC
外形 1.6×29.8mm
厚み 0.3mm
バンプ仕様 サイズ12×66.6μm、バンプピッチ22μm(L/S=12μm/10μm)、バンプ高さ12μm
粒子捕捉性評価基準
A 5個以上
B 3個以上5個未満
C 3個未満
Figure 0006187665
表2から、導電粒子の埋込率が60〜105%の間にあり、導電粒子が絶縁性樹脂層から突出し、かつ傾斜2bを有する実施例1〜3や、導電粒子が絶縁性樹脂層に完全に埋まり、かつ起伏2cを有する実施例8は初期導通抵抗及び導通信頼性が共にA評価であり、粒子捕捉性の評価も良好であるが、埋込率がこの範囲にあり導電粒子が絶縁性樹脂層から突出していても傾斜2bが無い比較例1と、導電粒子が絶縁性樹脂層に完全に埋まり、起伏2cが無い比較例2は粒子捕捉性がC評価であり、接続時に導電粒子が保持できず、ファインピッチ接続には対応できないことがわかる。このことから、絶縁性樹脂層2の表面が導電粒子1の形状に沿って隆起していると異方性導電接続時に導電粒子が樹脂流動の影響を受け易くなり、また導電粒子の端子への押し込みが不足することが推察できる。
また、上述の実施例1〜3、8は絶縁性樹脂層の最低溶融粘度が2000Pa・s以上、60℃溶融粘度が3000Pa・s以上であるが、比較例1、2は最低溶融粘度が1000Pa・s、60℃溶融粘度が1500Pa・sであり、導電粒子の押し込み条件の調整により押し込み時の粘度が低くなったために傾斜2b、起伏2cが形成されなかったことがわかる。
実施例4、5と実施例6〜9から、異方性導電フィルムを導電粒子分散層と第2の絶縁性樹脂層の2層タイプとした場合も、導電粒子分散層の単層とした場合も、粒子捕捉性の評価が実用上良好であることがわかる。
実施例3と実施例4、5から、異方性導電フィルムを導電粒子分散層と第2の絶縁性樹脂層の2層タイプとする場合に、絶縁性樹脂層の導電粒子を押し込んだ面に第2の絶縁性樹脂層を積層した場合も、それと反対側に第2の絶縁性樹脂層を積層した場合も粒子捕捉性の評価が実用上良好であることがわかる。
なお、実施例4、5の異方性導電フィルムの導電粒子が露出している表面に希釈した同一の樹脂組成物を噴霧し、その表面を略平坦にしたものについて、同様の評価をしたところ、略同等の結果が得られた。
全ての実施例の初期導通を測定した評価物において、特開2016−085983号公報の開示内容と同様にして、バンプ間100個におけるショート数を確認したが、ショートしているものはなかった。また、全ての実施例において特開2016−085982号公報の開示内容と同様にしてショート発生率を求めたが、全て50ppm未満であり実用上問題がないことを確認した。なお、導電粒子を絶縁性樹脂中に混練してランダムに分散させた異方性導電フィルムの場合、これよりも大きい桁数のショート発生率となる。これは特許文献2の比較例2や、特許文献3の比較例2などを参照すれば確認できる。
なお、傾斜と起伏とが混在する実施例7の異方性導電フィルムは、実施例6と8と同等の結果が得られた。即ち、実施例6〜8は、傾斜もしくは起伏が導電粒子の直上に存在することにより、その効果を発揮していることを分かり易く表したものであるとも言い換えることができ、本発明の趣旨を体現した態様であるといえる。実施例6〜8で同等の効果が得られたということは、異方性導電フィルムの製造においてマージンを広くとれるということであるので、コストの低減化や設計変更の迅速化など、様々な効果が見込まれ、産業上のメリットが大きい。
1 導電粒子
1a 導電粒子の頂部
2 絶縁性樹脂層
2a 絶縁性樹脂層の表面
2b 傾斜
2c 起伏
2f 平坦な表面部分
2p 接平面
3 導電粒子分散層
4 第2の絶縁性樹脂層
10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H、10I 実施例の異方性導電フィルム
20 端子
A 導電粒子の配列の格子軸
D 導電粒子径
La 絶縁性樹脂層の層厚
Lb 埋込量(隣接する導電粒子間の中央部における接平面からの導電粒子の最深部の距離)
Lc 露出径
θ 端子の長手方向と導電粒子の配列の格子軸とのなす角度

Claims (16)

  1. 電粒子分散層を有する異方性導電フィルムであって、
    該導電粒子分散層は導電粒子が絶縁性樹脂層に分散してなり、
    導電粒子近傍の絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有し、
    該傾斜では、導電粒子の周りの絶縁性樹脂層の表面が前記接平面に対して欠けており、
    該起伏では、導電粒子直上の絶縁性樹脂層の樹脂量が、該導電粒子直上の絶縁性樹脂層の表面が前記接平面にあるとしたときに比して少なく、
    導電粒子の粒子径のCV値が20%以下である異方性導電フィルム。
  2. 導電粒子分散層を有する異方性導電フィルムであって、
    該導電粒子分散層は導電粒子が絶縁性樹脂層に分散してなり、
    導電粒子近傍の絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有し、
    導電粒子の粒子径のCV値が20%以下であり、
    前記接平面からの導電粒子の最深部の距離Lbと、導電粒子の粒子径Dとの割合(Lb/D)が60%以上105%以下である異方性導電フィルム。
  3. 絶縁性樹脂層から露出している導電粒子の周囲の絶縁性樹脂層の表面に傾斜もしくは起伏が形成されている請求項1又は2記載の異方性導電フィルム。
  4. 絶縁性樹脂層から露出することなく絶縁性樹脂層内に埋まっている導電粒子の直上の絶縁性樹脂層の表面に傾斜もしくは起伏が形成されている請求項1又は2記載の異方性導電フィルム。
  5. 絶縁性樹脂層の層厚Laと導電粒子の粒子径Dとの比(La/D)が0.6〜10である請求項1〜のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
  6. 導電粒子が互いに非接触で配置されている請求項1〜5のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
  7. 導電粒子の最近接粒子間距離が導電粒子径の0.5倍以上4倍以下である請求項1〜6のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
  8. 絶縁性樹脂層の傾斜もしくは起伏が形成されている表面と反対側の表面に、第2の絶縁性樹脂層が積層されている請求項1〜7のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
  9. 絶縁性樹脂層の傾斜もしくは起伏が形成されている表面に、第2の絶縁性樹脂層が積層されている請求項1〜7のいずれかに記載の異方性導電フィルム。
  10. 第2の絶縁性樹脂層の最低溶融粘度が絶縁性樹脂層の最低溶融粘度よりも低い請求項8又は9に記載の異方性導電フィルム。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の異方性導電フィルムにより第1の電子部品と第2の電子部品が異方性導電接続されている接続構造体。
  12. 第1の電子部品と第2の電子部品を異方性導電フィルムを介して熱圧着することにより第1の電子部品と第2の電子部品を異方性導電接続した接続構造体を製造する方法であって、異方性導電フィルムとして請求項1〜10のいずれかに記載の異方性導電フィルムを使用して第1の電子部品と第2の電子部品を異方性導電接続する接続構造体の製造方法。
  13. 導電粒子が絶縁性樹脂層に分散している導電粒子分散層を形成する工程を有する異方性導電フィルムの製造方法であって、
    導電粒子分散層を形成する工程が、
    粒子径のCV値が20%以下の導電粒子を、該導電粒子が絶縁性樹脂層表面に分散した状態で保持させる工程と、
    絶縁性樹脂層表面に保持させた導電粒子を該絶縁性樹脂層に押し込む工程を有し
    導電粒子を絶縁性樹脂層に押し込む工程において、導電粒子近傍の絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有し、該傾斜では導電粒子の周りの絶縁性樹脂層の表面が前記接平面に対して欠け、該起伏では導電粒子直上の絶縁性樹脂層の樹脂量が、該導電粒子直上の絶縁性樹脂層の表面が前記接平面にあるとしたときに比して少なくなるように、導電粒子を押し込むときの絶縁性樹脂層の粘度、押込速度又は温度を調整する異方性導電フィルムの製造方法。
  14. 導電粒子が絶縁性樹脂層に分散している導電粒子分散層を形成する工程を有する異方性導電フィルムの製造方法であって、
    導電粒子分散層を形成する工程が、
    粒子径のCV値が20%以下の導電粒子を、該導電粒子が絶縁性樹脂層表面に分散した状態で保持させる工程と、
    絶縁性樹脂層表面に保持させた導電粒子を該絶縁性樹脂層に押し込む工程を有し、
    導電粒子を絶縁性樹脂層に押し込む工程において、導電粒子近傍の絶縁性樹脂層の表面が、隣接する導電粒子間の中央部における絶縁性樹脂層の接平面に対して傾斜もしくは起伏を有し、該接平面からの導電粒子の最深部の距離Lbと、導電粒子の粒子径Dとの割合(Lb/D)が60%以上105%以下となるように押し込み時の押圧力、絶縁性樹脂層の粘度、押込速度、又は温度を調整する異方性導電フィルムの製造方法。
  15. 導電粒子を絶縁性樹脂層表面に保持させる工程において、絶縁性樹脂層の表面に導電粒子を所定の配列で保持させ、
    導電粒子を該絶縁性樹脂層に押し込む工程において、導電粒子を平板又はローラーで絶縁性樹脂層に押し込む請求項13又は14記載の異方性導電フィルムの製造方法。
  16. 導電粒子を絶縁性樹脂層表面に保持させる工程において、転写型に導電粒子を充填し、その導電粒子を絶縁性樹脂層に転写することにより絶縁性樹脂層の表面に導電粒子を所定の配置で保持させる請求項15記載の異方性導電フィルムの製造方法。
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