JP6187918B2 - 回路部材の接続構造、接続方法および接続材料 - Google Patents

Description

本発明は、透明電極を有する回路部材と、金属電極を有する回路部材との、はんだ材料による接続構造に関する。

通常、ガラス基板のような透明な回路部材は、透明電極を備えている。例えば液晶ディスプレイ基板とフレキシブル基板（ＦＰＣ）とを電気的に接続する場合、ＦＰＣが有する金属電極と液晶ディスプレイ基板が有する透明電極とを接続することが必要である。しかし、透明電極は、溶融はんだ材料に濡れにくいため、良好な接続状態を達成することは困難である。そこで、透明電極を濡れ性の高い金属メッキで被覆した後、はんだ材料により、金属電極と透明電極とを接続する技術が提案されている（特許文献１）。

しかし、透明電極を金属メッキで被覆するには、相応のコストアップが必要となる。一方、はんだ材料の代わりに異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いるＣｈｉｐｏｎＧｌａｓｓ（ＣＯＧ）、ＦｉｌｍｏｎＧｌａｓｓ（ＦＯＧ）と称される電極間の接続方法が提案されている（特許文献２）。

特開昭５８−１８２６８４号公報 特開２０１２−１９０８０４号公報

しかし、ＡＣＦに含まれる導電性粒子は、樹脂粒子とその表面を被覆する導電層とで形成されている。このような導電性粒子は、例えば、２００℃近い高温下、５０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの高圧力で、電極間で圧縮されることにより、電極との電気的な接触を達成している。

以上のように、ＡＣＦで接続された回路部材には、熱による膨張収縮の応力に加え、圧縮の際の圧力に起因する相当の歪が発生する。一方、透明電極を備えた回路部材では、基板の薄型化が進んでいるため、応力による不具合が顕在化しつつある。

また、ＡＣＦに含まれる導電性粒子は、高温に曝されると膨張するため、電極との接触面積が減少し、接続抵抗が増大する傾向がある。

上記に鑑み、本発明の一局面は、透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、前記第１主面と前記第２主面との間に介在する接合部と、を備え、前記接合部は、樹脂部と、はんだ部と、を有し、前記はんだ部は、前記透明電極と前記金属電極とを電気的に接続しており、前記透明電極は、インジウムと、スズと、を含む酸化物を含み、前記はんだ部は、ビスマス−インジウム合金を含み、前記透明電極と前記はんだ部との間に、インジウムとビスマスとを含み、前記はんだ部とは異なる第１合金層を有する、回路部材の接続構造に関する。

本発明の別の局面は、透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、を接続する、回路部材の接続方法であって、（i）接着剤と、前記接着剤に分散するはんだ材料と、を含む接続材料を準備する工程と、（ii）前記接続材料を介して前記透明電極と前記金属電極とが対向するように、前記第１回路部材と前記第２回路部材とを配置する工程と、（iii）前記第２回路部材を前記第１回路部材に対して押圧しながら加熱して、前記はんだ材料を溶融させた後、前記加熱を停止して、前記溶融したはんだ材料を固化することにより、前記透明電極と前記金属電極とを電気的に接続するはんだ部を形成する工程と、（iv）前記接着剤を硬化させて、前記第１回路部材と前記第２回路部材とを接着する樹脂部を形成する工程と、を有し、前記透明電極は、インジウムと、スズと、を含む酸化物を含み、前記はんだ材料は、ビスマス−インジウム合金を含み、前記工程（iv）は、前記工程（iii）と並行して、あるいは、前記工程（iii）の後に行われ、前記はんだ部の形成とともに、前記透明電極と前記はんだ部との間に、前記透明電極に含まれるインジウムと、前記はんだ部に含まれるビスマスと、を含む第１合金層を形成する、回路部材の接続方法に関する。

本発明の上記局面によれば、残留応力が小さく、かつ接続信頼性に優れた回路部材の接続構造を提供することができる。

本実施形態に係る接続構造を有する電子機器の一例である表示パネルの外観を示す斜視図である。 同表示パネルの要部の断面図である。 図２の破線Ｘで囲まれた領域の拡大図である。 同表示パネルの別の要部の断面の拡大図である。 本実施形態に係る接続構造を製造するための接続方法の一例を示す工程図である。 実施例１で作製された回路部材の接続構造における、第１回路部材のガラス部分と、はんだ部と、第２回路部材の金属電極部分とを含む領域の電子顕微鏡写真である。 透明電極とはんだ部との界面領域（第１合金層の形成領域）の電子顕微鏡写真である。 金属電極とはんだ部との界面領域（第２合金層の形成領域）の電子顕微鏡写真である。 透明電極とはんだ部と金属電極との接続構造の要部の模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、以下の図面は、例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
本発明の実施形態に係る回路部材の接続構造は、透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、第１主面と第２主面との間に介在する接合部とを備える。接合部は、樹脂部と、はんだ部とを有する。はんだ部は、透明電極と金属電極とを電気的に接続している。ここで、透明電極は、インジウム（Ｉｎ）と、スズ（Ｓｎ）とを含む酸化物を含む。一方、はんだ部は、ビスマス（Ｂｉ）と、インジウムとを含む。

第１回路部材は、特に限定されないが、例えば、テレビ、タブレット、スマートフォン、ウェアラブルデバイスなどが具備する表示パネルに用いられる透明基板であり得る。透明基板は、半透明であってもよい。透明基板としては、ガラス基板およびフィルム状基板が挙げられる。フィルム状基板は、透明性を有する樹脂フィルムで形成されている。透明性を有する樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのフィルムであり得る。第１主面は、第１回路部材の任意の主面であり得る。

第２回路部材は、特に限定されないが、例えば半導体チップ、電子部品パッケージ、フィルム基板、コネクタなどであり得る。第２主面は、第２回路部材の任意の主面であり得る。

第１主面に備えられた透明電極は、インジウムとスズとを含む酸化物であればよく、インジウムおよびスズ以外の微量の第三の金属元素を含んでもよい。透明電極の代表例は、いわゆる酸化インジウムスズもしくはスズドープ酸化インジウム（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ（ＩＴＯ））電極である。

第２主面に備えられた金属電極は、特に限定されないが、例えば、金、白金、銅、ニッケル、パラジウム、各種はんだなどを含む電極であり得る。金属電極を形成するはんだは、例えば、スズ、銀、ビスマス、インジウム、ニッケル、銅などを含むはんだであり得る。

はんだ部は、ビスマスとインジウムとを含む。ビスマスとインジウムとは、合金（ビスマス−インジウム合金）を形成していることが望ましい。はんだ部は、ビスマス−インジウム合金以外の成分、例えばビスマス−インジウム合金を形成していない第三元素を含んでもよく、ビスマス単体の領域および／またはインジウム単体の領域を含んでもよい。ただし、均質で、強度に優れた信頼性の高いはんだ部を形成する観点から、はんだ部に含まれるビスマス−インジウム合金の量は９７質量％以上が好ましく、９９質量％以上がより好ましく、はんだ部全体がビスマス−インジウム合金で形成されていることが特に好ましい。

ビスマス−インジウム合金は、ビスマスおよびインジウム以外の微量の第三元素を、合金成分として含んでもよい。ただし、ビスマス−インジウム合金に含まれる第三元素の量は、１質量％以下であることが望ましい。すなわち、はんだ部は、合計９９質量％以上のビスマスとインジウムを含むビスマス−インジウム合金（はんだ材料）の溶融と、その後の固化により形成されることが望ましい。

なお、回路部材の接続構造を形成しているビスマス−インジウム合金を含む部分をはんだ部と称し、回路部材の接続構造を形成する前、すなわち電極間で溶融させる前のビスマス−インジウム合金を含む材料をはんだ材料と称する。

透明電極とはんだ部との間には、インジウムとビスマスとを含む第１合金層が形成されている。第１合金層は、概ね、透明電極に含まれていたインジウムと、はんだ部を形成するはんだ材料に含まれていたビスマスとで形成されている。第１合金層は、はんだ材料に含まれていたインジウムを含んでもよい。ただし、第１合金層は、はんだ部とは異なる合金により形成されている。通常、第１合金層の組成および／または組織は、はんだ部の組成および／または組織と異なっているため、第１合金層の存在は、各種分析方法、例えば走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などにより確認することができる。

一方、金属電極とはんだ部との間には、金属電極に含まれていた金属成分と、はんだ部を形成するはんだ材料に含まれていたビスマスおよび／またはインジウムとを含む第２合金層が形成されていることが好ましい。すなわち、第２合金層には、金属電極に含まれる金属成分と共通の金属成分が含まれている。例えば、金属電極が、銅、ニッケルおよび金の３種の元素を含む場合、第２合金層には、銅、ニッケルおよび金よりなる群から選択される少なくとも１種が含まれる。

はんだ材料に含まれるインジウムは、展性に優れるため、はんだ材料と透明電極および金属電極との濡れ面積を大きくすることができる。一方、ビスマスは、溶融状態から固化するときに体積が膨張する異常液体である。はんだ材料がビスマスを含むことで、はんだ材料の固化の際に、透明電極との界面および金属電極との界面における圧力が高まるため、第１合金層および第２合金層を形成する反応が進行しやすくなる。

はんだ材料を用いる場合、ＡＣＦを用いる場合に比べ、低い圧力で、電極間の電気的接続を達成することができる。例えば、電極間の接続に必要な圧力は、０．５〜４ＭＰａであればよい。また、ビスマスおよびインジウムは、いずれも低融点金属であり、これらを含む合金は更に低融点である。そのため、電極間の接続に必要な温度も低温（例えば、はんだ材料の融点＋１０℃以下）でよい。よって、接続の際に、回路部材に印加される圧力と熱による応力を小さくすることができる。これにより、薄く、強度の低い回路部材を接続する場合でも、不具合が発生しにくく、高い信頼性を確保することができる。また、第１合金層と第２合金層が形成されることにより、はんだ部と各電極との接触面積は、高温下であっても、ほとんど減少しない。

樹脂部は、第１主面と第２主面とを接着するとともに、はんだ部の少なくとも一部を覆っている。これにより、はんだ部が補強され、接続構造の強度が向上する。また、電極間のピッチが狭い場合でも、隣接する電極間の絶縁を確保しやすくなる。例えば、樹脂部は、複数の透明電極と、複数の金属電極と、を接続する複数のはんだ部の隙間を埋めるように形成されることが望ましい。

樹脂部は、種々の添加剤を含んでもよい。添加剤としては、加熱により、はんだ材料や電極表面の酸化被膜を除去する活性剤、フィラー、樹脂成分の硬化剤などが挙げられる。樹脂成分は、特に限定されず、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。中でも熱硬化性樹脂が好ましく、特にエポキシ樹脂やアクリル樹脂が好ましい。

はんだ部に含まれるビスマス−インジウム合金に含まれるビスマスの量は、２７質量％〜６８質量％であることが好ましい。ビスマス−インジウム合金の残部は、ほとんど（残部の９９質量％以上）がインジウムであることが好ましい。このようなビスマス−インジウム合金は、透明電極との濡れ性および接続信頼性が高く、かつ低融点である。はんだ部に含まれるビスマス−インジウム合金は、例えば、ＢｉＩｎ_２、Ｂｉ_３Ｉｎ_５およびＢｉＩｎよりなる群から選択される少なくとも１種を含む。

図１は、表示パネルの一例の外観を示す斜視図である。図示例の表示パネル１００は、ガラス基板２００と、ガラス基板３００と、ガラス基板２００とガラス基板３００とで挟まれた画像形成部と、画像形成部を駆動する駆動ドライバ４００と、表示パネル１００を他の部品と接続するコネクタ５００と、を具備する。駆動ドライバ４００は、第１回路部材であるガラス基板２００の一端に設けられた縁部２００Ｔの一表面である第１主面２００Ｓに搭載されている。コネクタ５００は、第１主面２００Ｓの別の位置に接続されている。図示例の表示パネル１００の場合、駆動ドライバ４００およびコネクタ５００は、いずれも第２回路部材に相当する。

図２は、表示パネル１００の要部、すなわち第１回路部材であるガラス基板２００と、第２回路部材である駆動ドライバ４００と、これらの間に介在する接合部６００Ａと、を備える接続構造の縦断面図である。図３には、図２の破線Ｘで囲まれた領域の拡大図を示す。図２に示すように、ガラス基板２００の第１主面２００Ｓには、透明電極である複数の接続端子２０ａが形成されている。一方、駆動ドライバ４００のガラス基板２００との対向面は、第２主面４００Ｓに相当する。

複数の接続端子２０ａは、所定のピッチで第１主面２００Ｓ上に配列している。一方、第２主面４００Ｓには、金属電極である複数のバンプ４０が、同様のピッチで配列している。駆動ドライバ４００の複数のバンプ４０は、複数の接続端子２０ａと対向するように位置合わせされている。第１主面２００Ｓと第２主面４００Ｓとの間には、接合部６００Ａが介在している。図３に示すように、接合部６００Ａは、通常、樹脂部６１ａ、はんだ部６２ａおよび粒子状のはんだ材料６３ａを含む。

はんだ部６２ａは、接続端子２０ａとバンプ４０との電気的接続に貢献する部分であり、接続端子２０ａとバンプ４０に濡れた状態で固化している。これにより、接続端子２０ａとはんだ部６２ａとの間には、図示されないが、接続端子２０ａに含まれていたインジウムとはんだ材料６３ａに含まれていたビスマスとを含む第１合金層が形成されている。また、バンプ４０とはんだ部６２ａとの間には、バンプ４０に含まれていた金属成分と、はんだ材料６３ａに含まれていたビスマスおよび／またはインジウムとを含む第２合金層が形成されている。一方、粒子状のはんだ材料６３ａは、接続端子２０ａとバンプ４０との電気的接続には無関係である。

樹脂部６１ａは、第１主面２００Ｓと第２主面４００Ｓとを接着するとともに、はんだ部６２ａを覆って、はんだ部６２ａを保護する役割を果たしている。図示例では、両電極とはんだ部６２ａとの隙間を埋めるように樹脂部６１ａが形成されている。

図４は、表示パネル１００の別の要部、すなわち第１回路部材であるガラス基板２００と、第２回路部材であるコネクタ５００と、これらの間に介在する接合部６００Ｂと、を備える接続構造の縦断面の拡大図である。コネクタ５００は、例えば、ポリイミド樹脂などで形成されたフレキシブルな基板と、その基板上に銅合金などで形成された配線パターンとを有する。

ガラス基板２００の第１主面２００Ｓには、所定のピッチで透明電極である複数の接続端子２０ｂが配列している。一方、コネクタ５００の第２主面５００Ｓ（ガラス基板２００との対向面）には、金属電極である複数のリード５０が、同様のピッチで配列している。複数のリード５０は、複数の接続端子２０ｂと対向するように位置合わせされている。ガラス基板２００の第１主面２００Ｓと、コネクタ５００の第２主面５００Ｓとの間には、接合部６００Ｂが介在している。

接合部６００Ｂは、樹脂部６１ｂ、はんだ部６２ｂおよび粒子状のはんだ材料６３ｂを含み、各部は、接合部６００Ａと同様の構造を有する。よって、接続端子２０ｂとはんだ部６２ｂとの間には、図示されないが、接続端子２０ｂに含まれていたインジウムとはんだ材料６３ｂに含まれていたビスマスとを含む第１合金層が形成されている。また、リード５０とはんだ部６２ｂとの間には、リード５０に含まれていた金属成分と、はんだ材料６３ｂに含まれていたビスマスおよび／またはインジウムとを含む第２合金層が形成されている。

次に、本発明の実施形態に係る回路部材の接続方法について説明する。
上記接続方法は、透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材とを接続する方法である。
上記接続方法は、（i）接着剤と、接着剤に分散するはんだ材料とを含み、はんだ材料がビスマス−インジウム合金を含む接続材料を準備する工程を有する。

接着剤は、樹脂部の原料であり、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物である。樹脂組成物は、既述のように、活性剤、フィラー、樹脂成分の硬化剤などを含むことができる。熱硬化性樹脂を用いる場合、その硬化温度は、特に限定されないが、はんだ材料の融点より高いことが望ましい。熱硬化性樹脂の硬化は、はんだ材料が溶融し、はんだ材料により透明電極および金属電極が濡れた後で完了することが望ましい。接続材料は、ペースト状でもよく、フィルム状でもよい。

加熱により透明電極等の表面を還元する活性剤としては、有機酸、アミンの有機酸塩、アミンのハロゲン塩などを用いることができる。これらの中では、適度な活性を有することから有機酸が好ましい。有機酸としては、アジピン酸、アビエチン酸、セバシン酸、グルタル酸、４−フェニル酪酸、レブリン酸などを用いることができる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意に選択し、組み合わせて用いてもよい。

はんだ材料に含まれるビスマス−インジウム合金は、例えば粒子状である。ビスマス−インジウム合金の粒子（以下、合金粒子）の大きさは、対応する透明電極と金属電極との導通を確保し、隣接する電極間の絶縁を確保する観点から選択する。一例を挙げると、合金粒子の大きさ（最大径）は、電極幅の１／５以下であることが望ましく、１／１０以下であることがより望ましい。なお、はんだ材料は、ビスマス−インジウム合金以外の成分を含んでもよいが、９５質量％以上がビスマス−インジウム合金であることが好ましく、９８質量％以上がビスマス−インジウム合金であることが更に好ましい。

はんだ材料に含まれるビスマス−インジウム合金は、融点（ｍｐ）７２℃〜１０９℃であることが好ましく、融点８５℃〜１０９℃であることが更に好ましく、融点８８℃〜９０℃であることが特に好ましい。これにより、電極間の接続を、例えば１１０℃以下、望ましくは１００℃以下の低温で行うことができる。よって、回路部材に残留する熱による応力を顕著に低減することができる。

融点７２℃〜１０９℃のビスマス−インジウム合金としては、例えば３５Ｂｉ−６５Ｉｎ（ｍｐ：７２℃）、５１Ｂｉ−４９Ｉｎ（ｍｐ：８５℃）、５５Ｂｉ−４５Ｉｎ（ｍｐ：８９℃）、２７Ｂｉ−７３Ｉｎ（ｍｐ：１００℃）、６８Ｂｉ−３２Ｉｎ（ｍｐ：１０９℃）などが挙げられる。ただし、ＸＢｉ−ＹＩｎは、Ｘ質量％のビスマスとＹ質量％のインジウムとを含む合金を意味する。

また、電気的接続の信頼性を高める観点から、はんだ材料に含まれるビスマス−インジウム合金において、ビスマス−インジウム合金に含まれるインジウムの量は、３２質量％〜７３質量％が好ましく、３２質量％〜４９質量％が更に好ましく、４３質量％〜４７質量％が特に好ましい。

接着剤とはんだ材料とを含む接続材料において、はんだ材料の量は、例えば５質量％〜８０質量％であればよい。はんだ材料の量を上記範囲に設定することで、透明電極と金属電極との高い接続信頼性と、隣接する電極間の絶縁の確実な確保とを両立することが容易となる。

次に、上記接続方法は、（ii）接続材料を介して透明電極と金属電極とが対向するように、第１回路部材と第２回路部材とを配置する工程を有する。ただし、透明電極は、インジウムとスズとを含む酸化物を含む。

例えば、第１回路部材の第１主面の透明電極の少なくとも一部を覆う領域（以下、第１接続領域）に、接続材料を配置する。接続材料が未硬化または半硬化状態の熱硬化性樹脂や未硬化の光硬化性樹脂を含むペースト状であれば、印刷装置、ディスペンサ、インクジェットノズルなどを用い、第１接続領域に接続材料を塗布すればよい。接続材料がフィルム状もしくはテープ状であれば、基材から所定形状に切り出された当該フィルムを剥がし、第１接続領域に圧着すればよい。このような操作は、例えば公知のテープ貼り付け装置により行われる。なお、第２回路部材の第２主面の金属電極の少なくとも一部を覆う領域（第２接続領域）に、接続材料を配置してもよく、第１および第２接続領域の両方に配置してもよい。これにより、第１回路部材と第２回路部材とが対向配置された積層構造が得られる。

図５（ａ）〜図５（ｂ）に、透明電極２０を備えた第１回路部材２００の第１接続領域に接続材料６００Ｐを配置する様子の一例を示す。また、図５（ｃ）に、接続材料６００Ｐを介して第２回路部材４００（５００）を第１回路部材２００に配置する様子の一例を示す。図示例では、吸着ツール７００により保持された第２回路部材４００（５００）が第１回路部材２００に搭載されている。このとき、透明電極２０と金属電極４０（５０）とが対向するように位置合わせが行われる。

接着剤が熱硬化性樹脂を含む場合には、第１回路部材と第２回路部材とを対向配置する際に、接続材料６００Ｐを短時間だけ加熱する仮圧着を行ってもよい。これにより、第１回路部材と第２回路部材との位置ずれを防止することができる。仮圧着は、例えばヒーターなどの加熱手段を具備する吸着ツール７００により、第２回路部材（または第１回路部材）を介して、はんだ材料が溶融せず、かつ接着剤が僅かに硬化する程度の加熱を接続材料６００Ｐに対して行えばよい。

仮圧着の際、第１回路部材および／または第２回路部材を押圧する圧力は、例えば０．５〜１．０ＭＰａであればよい。仮圧着の時間は、例えば０．１〜１秒間程度であればよい。仮圧着の温度は、例えばはんだ材料の融点より１０℃低い温度以下であればよい。

次に、上記接続方法では、（iii）第２回路部材を第１回路部材に対して押圧しながら加熱して、はんだ材料を溶融させる工程が行われる。その後、加熱が停止され、溶融したはんだ材料は固化する。これにより、透明電極と金属電極とを電気的に接続するはんだ部が形成される。なお、第２回路部材を第１回路部材に対して押圧すると、第１回路部材も第２回路部材に対して押圧されることになる。つまり、どちらの回路部材に押圧のためのツールを押し当ててもよい。

上記工程（iii）は、いわゆる熱圧着の工程である。熱圧着の際、第１回路部材および／または第２回路部材を加熱する温度は、接続材料に含まれるはんだ材料の融点以上であればよく、融点以上かつ融点＋１０℃以下の温度であればよい。例えば、はんだ材料に含まれるビスマス−インジウム合金の融点８８℃〜９０℃であれば、加熱温度は９０℃以上、１００℃以下であればよい。これにより、ＡＣＦを用いる場合に比べ、飛躍的に加熱温度を低減することができる。

熱圧着の際、第１回路部材および／または第２回路部材を押圧する圧力は、０．５〜４ＭＰａであればよく、１〜２ＭＰａ程度が望ましい。はんだ材料が溶融しているため、あまり高い圧力を回路部材に印加しなくても、電極とはんだ材料との濡れにより、電気的接続を容易に確保できるからである。これにより、ＡＣＦを用いる場合に比べ、回路部材に印加される圧力を飛躍的に低減することができる。

なお、熱圧着の時間は、特に限定されないが、０．５〜１０秒間程度、更には１〜５秒間程度であることが、製造コストの面で望ましい。

図５（ｄ）に、第１回路部材２００と第２回路部材４００（５００）とを熱圧着する様子の一例を示す。ここでは、ステージ９００上で、熱圧着ツール８００により、熱圧着が行われる場合を示す。その後、熱圧着ツール８００を第２回路部材４００（５００）から離すことで、加熱が停止され、はんだが固化し、透明電極４０と金属電極５０とを電気的に接続するはんだ部が形成される。

熱圧着の進行中に、透明電極とはんだ材料との界面では、透明電極に含まれていたインジウムと、はんだ材料に含まれていたビスマスとの反応が進行し、第１合金層が形成される。第１合金層は、ビスマスとインジウムとを含む点では、はんだ部と共通する。一方、第１合金層は、はんだ部とは異なる合金を含み、この合金は、例えば組成および／または組織がはんだ部とは異なる。通常、透明電極とはんだ材料との反応は、進行しにくいと考えられている。ところが、上記のように融点の低いビスマス−インジウム合金をはんだ材料として用いる場合には、第１合金層が形成される。第１合金層の存在は、はんだ部と透明電極との界面の断面を拡大すれば、目視でも確認することができる。

同様に、金属電極とはんだ材料との界面では、金属電極に含まれていた金属成分と、はんだ材料に含まれていたビスマスおよび／またはインジウムとの反応が進行し、第２合金層が形成される。第２合金層の存在についても、はんだ部と金属電極との界面の断面を拡大すれば、目視で確認することができる。

上記接続方法では、（iv）接着剤を硬化させて、第１回路部材と第２回路部材とを接着する樹脂部を形成する工程が行われる。工程（iv）は、工程（iii）の熱圧着と並行して行うこともできる。例えば、接着剤が熱硬化性樹脂を含む場合には、熱圧着の際に、熱硬化性樹脂の硬化反応を進行させて、接着剤を硬化させることができる。このとき、硬化が不十分であれば、その後、アフターキュアを行ってもよい。また、接着剤が熱可塑性樹脂を含む場合には、熱圧着の際に、熱可塑性樹脂を溶融させ、第１回路部材の第１主面と第２回路部材の第２主面に溶着させ、その後、固化（硬化）させてもよい。更に、接着剤が光硬化性樹脂を含む場合には、例えば透明性を有する第１回路部材側から接着剤に電磁波や光を照射すればよい。ただし、電磁波や光の照射は、はんだ材料が溶融した後で行うことが望ましい。以上の場合、熱圧着の終了により、樹脂部とはんだ部とを有する接合部が形成される。

第１回路部材と第２回路部材との接着が、工程（iii）の熱圧着と並行して進行しない場合には、工程（iii）の後、第１回路部材および第２回路部材とともに接着剤を加熱したり、接着剤に第１回路部材側から電磁波や光を照射したりして、第１回路部材と第２回路部材との接着を完了させればよい。

次に、本発明を実施例に基づいて、更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
《実施例１》
（接続材料）
はんだ材料として、ビスマス−インジウム合金（５５Ｂｉ−４５Ｉｎ（ｍｐ：８９℃））の合金粒子を準備した。合金粒子の平均粒径は３μｍ、最大粒径は５μｍであった。一方、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１５０質量部と、硬化剤であるイミダゾール２５質量部と、活性剤であるアジピン酸２０質量部とを含む熱硬化性樹脂組成物を、接着剤として調製した。熱硬化性樹脂組成物の組成は、８０℃以上に加熱されたときに、迅速に硬化するように配合した。次に、熱硬化性樹脂組成物１００質量部に、合金粒子２０質量部を分散させて、ペースト状の接続材料を調製した。

（第１回路部材）
厚さ０．３ｍｍで矩形（３０ｍｍ×３０ｍｍサイズ）のガラス基板の一方の表面（第１主面）に、透明電極として、幅５０μｍの複数のＩＴＯ電極（厚さ１５００Å）をストライプ状に形成した。ＩＴＯ電極のピッチは０．１ｍｍとした。

（第２回路部材）
厚さ３２μｍで矩形（１６ｍｍ×３５ｍｍサイズ）のポリイミド樹脂製のフィルム基板（ＦＰＣ）を準備した。ＦＰＣの一方の表面（第２主面）には、透明電極と対応する幅５０μｍの複数の金属電極（高さ１５μｍ）を形成した。金属電極は、銅（Ｃｕ）製ベース電極の表面に、リンを含むニッケル（Ｎｉ）メッキと金（Ａｕ）メッキとを順次に施したものである。

（回路部材の熱圧着による接続）
第１回路部材の第１主面のＩＴＯ電極が形成されている第１接続領域に、印刷装置を用いて、接続材料を厚さ３０μｍになるように印刷した。その後、第２回路部材の金属電極が形成されている第２接続領域を、接続材料の塗膜を介して、ＩＴＯ電極を備えた第１接続領域と対向させ、第１回路部材と第２回路部材との積層構造を得た。

次に、平坦面を有する熱圧着ツールを用いて、第２回路部材を第１回路部材に対して１．０ＭＰａの圧力で押圧しながら、１００℃で１０秒間加熱し、はんだ材料を溶融させると同時に接着剤（熱硬化性樹脂組成物）を硬化させた。その後、加熱を停止して、はんだ材料を固化させ、透明電極と金属電極とを電気的に接続するはんだ部を形成した。こうして、第１回路部材と第２回路部材との接続構造（サンプル構造体）を完成させた。

［評価］
サンプル構造体を、その積層方向と平行に、透明電極と、はんだ部と、金属電極とを含む断面で切断し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：日立ハイテクノロジーズ株式会社製、品番ＳＵ−７０）で観察した。図６に、第１回路部材のガラス基板と、はんだ部と、第２回路部材の金属電極とを含む領域の電子顕微鏡写真を示す。また、図７に、透明電極とはんだ部との界面領域（第１合金層の形成領域）の拡大写真を示す。図８には、金属電極とはんだ部との界面領域（第２合金層の形成領域）の拡大写真を示す。一方、図９には、透明電極とはんだ部と金属電極との接続構造の要部を模式図で示す。

図６では、薄い透明電極を明瞭に認識することは困難である。ただし、はんだ部が、第１回路部材のガラス基板と第２回路部材の金属電極との間に介在して、両者を接続している様子が明確に把握できる。

図７は、図６よりも高倍率な透明電極（ＩＴＯ電極）とはんだ部との界面領域の画像であり、ＩＴＯ電極の存在が確認できる。また、ＩＴＯ電極とはんだ部との界面にＢｉとＩｎとを含む第１合金層が形成されていることが認識できる。

図８は、図６よりも高倍率な金属電極とはんだ部との界面領域の画像であり、金属電極とはんだ部との界面にＢｉとＩｎとＡｕとを含む第２合金層が形成されていることが認識できる。

以上より、接続構造の断面は、図９に示すような複層構造を有することが確認された。すなわち、ＩＴＯ電極とはんだ部との間には、第１合金層が形成され、金属電極とはんだ部との間には、第２合金層が形成されている。これにより、高温下でも、ＩＴＯ電極とはんだ部との接触面積および／または金属電極とはんだ部との接触面積が減少することはないと考えられる。また、１．０ＭＰａの圧力で、１００℃で１０秒間の熱圧着が行われていることから、接続構造が有する残留応力は小さくなっている。よって、薄いガラス基板を用いる場合でも、ＡＣＦを用いる場合のような不具合は生じにくいものと考えられる。

本発明の回路部材の接続構造、接続方法および接続材料は、ＡＣＦを用いる技術の代替技術として有用であり、より低い圧力と低温で、接続構造を達成することが可能である。よって、薄いガラス基板のように、機械的強度の小さい回路部材を含む接続構造を形成する場合、例えばタブレット、スマートフォンなどが具備する小型の液晶を製造する場合に、特に有用である。

２０：透明電極（接続端子）、４０：金属電極（バンプ）、５０：金属電極（リード）、６１ａ，６１ｂ：樹脂部、６２ａ，６２ｂ：はんだ部、６３ａ，６３ｂ：はんだ材料、１００：表示パネル、２００：第１回路部材（ガラス基板）、２００Ｔ：縁部、２００Ｓ：第１主面、３００：表示制御部、４００：第２回路部材（駆動デバイス）、４００Ｓ：第２主面、５００：第２回路部材（コネクタ）、５００Ｓ：第２主面、６００Ａ，６００Ｂ：接合部、６００Ｐ：接続材料、７００：吸着ツール、８００：熱圧着ツール、９００：ステージ

Claims (22)

1. 透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、
   金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、
   前記第１主面と前記第２主面との間に介在する接合部と、を備え、
   前記接合部は、樹脂部と、はんだ部と、を有し、
   前記はんだ部は、前記透明電極と前記金属電極とを電気的に接続しており、
   前記透明電極は、インジウムと、スズと、を含む酸化物を含み、
   前記はんだ部は、ビスマス−インジウム合金を含み、
   前記透明電極と前記はんだ部との間に、インジウムとビスマスとを含み、前記はんだ部とは異なる第１合金層を有する、回路部材の接続構造。
2. 前記樹脂部は、前記第１主面と前記第２主面とを接着するとともに、前記はんだ部の少なくとも一部を覆っている、請求項１に記載の回路部材の接続構造。
3. 前記はんだ部に含まれるビスマスおよびインジウムの合計量が、９７質量％以上である、請求項１または２に記載の回路部材の接続構造。
4. 前記ビスマス−インジウム合金に含まれるインジウムの量が、３２質量％〜７３質量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路部材の接続構造。
5. 前記ビスマス−インジウム合金が、ＢｉＩｎ_２、Ｂｉ_３Ｉｎ_５およびＢｉＩｎよりなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路部材の接続構造。
6. 前記はんだ部は、融点７２℃〜１０９℃のビスマス−インジウム合金を含むはんだ材料により形成されたものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路部材の接続構造。
7. 前記はんだ部は、融点８５℃〜１０９℃のビスマス−インジウム合金を含むはんだ材料により形成されたものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路部材の接続構造。
8. 前記はんだ部は、融点８８℃〜９０℃のビスマス−インジウム合金を含むはんだ材料により形成されたものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路部材の接続構造。
9. 透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、
   金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、
   前記第１主面と前記第２主面との間に介在する接合部と、を備え、
   前記接合部は、樹脂部と、はんだ部と、を有し、
   前記はんだ部は、前記透明電極と前記金属電極とを電気的に接続しており、
   前記透明電極は、インジウムと、スズと、を含む酸化物を含み、
   前記はんだ部は、ビスマス−インジウム合金を含み、
   前記透明電極と前記はんだ部との間に、インジウムとビスマスとを含み、前記はんだ部とは異なる第１合金層を有し、
   前記金属電極と前記はんだ部との間に、前記金属電極に含まれる金属成分と共通の金属成分と、ビスマスおよび／またはインジウムとを含む第２合金層を有する、回路部材の接続構造。
10. 前記金属電極が金を含み、
    前記第２合金層は、ビスマスとインジウムと金とを含み、
    前記第２合金層は、前記はんだ部との界面に凹凸を備える、請求項９に記載の回路部材の接続構造。
11. 透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、
    金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、を接続する、回路部材の接続方法であって、
    （i）接着剤と、前記接着剤に分散するはんだ材料と、を含む接続材料を準備する工程と、
    （ii）前記接続材料を介して前記透明電極と前記金属電極とが対向するように、前記第１回路部材と前記第２回路部材とを配置する工程と、
    （iii）前記第２回路部材を前記第１回路部材に対して押圧しながら加熱して、前記はんだ材料を溶融させた後、前記加熱を停止して、前記溶融したはんだ材料を固化することにより、前記透明電極と前記金属電極とを電気的に接続するはんだ部を形成する工程と、
    （iv）前記接着剤を硬化させて、前記第１回路部材と前記第２回路部材とを接着する樹脂部を形成する工程と、を有し、
    前記透明電極は、インジウムと、スズと、を含む酸化物を含み、前記はんだ材料は、ビスマス−インジウム合金を含み、
    前記工程（iv）は、前記工程（iii）と並行して、あるいは、前記工程（iii）の後に行われ、
    前記はんだ部の形成とともに、
    前記透明電極と前記はんだ部との間に、前記透明電極に含まれるインジウムと、前記はんだ部に含まれるビスマスと、を含む第１合金層を形成する、回路部材の接続方法。
12. 前記はんだ材料に含まれるビスマスおよびインジウムの合計量が、９５質量％以上である、請求項１１に記載の回路部材の接続方法。
13. 前記はんだ材料が、融点７２℃〜１０９℃のビスマス−インジウム合金を含む、請求項１１または１２に記載の回路部材の接続方法。
14. 前記はんだ材料が、融点８５℃〜１０９℃のビスマス−インジウム合金を含む、請求項１１または１２に記載の回路部材の接続方法。
15. 前記はんだ材料が、融点８８℃〜９０℃のビスマス−インジウム合金を含む、請求項１１または１２に記載の回路部材の接続方法。
16. 前記ビスマス−インジウム合金に含まれるインジウムの量が、３２質量％〜７３質量％である、請求項１１または１２に記載の回路部材の接続方法。
17. 前記ビスマス−インジウム合金に含まれるインジウムの量が、３２質量％〜４９質量％である、請求項１１または１２に記載の回路部材の接続方法。
18. 前記ビスマス−インジウム合金に含まれるインジウムの量が、４３質量％〜４７質量％である、請求項１１または１２に記載の回路部材の接続方法。
19. 前記接着剤が、活性剤を含み、
    前記活性剤が、加熱により前記透明電極の表面を還元する、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の回路部材の接続方法。
20. 前記活性剤が、アジピン酸、アビエチン酸、セバシン酸、グルタル酸、４−フェニル酪酸およびレブリン酸よりなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１９に記載の回路部材の接続方法。
21. 透明電極を備えた第１主面を有する第１回路部材と、
    金属電極を備えた第２主面を有する第２回路部材と、を接続する、回路部材の接続方法であって、
    （i）接着剤と、前記接着剤に分散するはんだ材料と、を含む接続材料を準備する工程と、
    （ii）前記接続材料を介して前記透明電極と前記金属電極とが対向するように、前記第１回路部材と前記第２回路部材とを配置する工程と、
    （iii）前記第２回路部材を前記第１回路部材に対して押圧しながら加熱して、前記はんだ材料を溶融させた後、前記加熱を停止して、前記溶融したはんだ材料を固化することにより、前記透明電極と前記金属電極とを電気的に接続するはんだ部を形成する工程と、
    （iv）前記接着剤を硬化させて、前記第１回路部材と前記第２回路部材とを接着する樹脂部を形成する工程と、を有し、
    前記透明電極は、インジウムと、スズと、を含む酸化物を含み、前記はんだ材料は、ビスマス−インジウム合金を含み、
    前記工程（iv）は、前記工程（iii）と並行して、あるいは、前記工程（iii）の後に行われ、
    前記はんだ部の形成とともに、
    前記透明電極と前記はんだ部との間に、前記透明電極に含まれるインジウムと、前記はんだ部に含まれるビスマスと、を含む第１合金層を形成し、
    前記金属電極と前記はんだ部との間に、前記金属電極に含まれる金属成分と、前記はんだ部に含まれるビスマスおよび／またはインジウムと、を含む第２合金層を形成する、回路部材の接続方法。
22. 前記金属電極が金を含み、
    前記第２合金層は、ビスマスとインジウムと金とを含み、
    前記第２合金層は、前記はんだ部との界面に凹凸を備える、請求項２１に記載の回路部材の接続方法。