JP6303289B2 - 回路部材、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents

回路部材、接続構造体及び接続構造体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、回路部材、接続構造体及び接続構造体の製造方法に関する。
従来、回路部材同士を電気的に接続する方法として、異方導電性接着剤を用いた接続方法が知られている(例えば特許文献1、2参照)。この方法では、導電粒子及び接着剤成分を含む異方導電性接着剤を介して回路部材同士を圧着し、導電粒子を回路部材の電極間に介在させることによって回路部材同士を電気的に接続する。
特開昭60−191228号公報 特開平1−251787号公報
近年、電子機器の小型化及び薄型化にともない、回路の高密度化が進んでおり、電極の小型化及び薄型化も顕著となってきている。特に電極が薄い場合には、異方導電性接着剤を用いて回路部材同士を圧着して接続する際、異方導電性接着剤の流動の方向性が生じにくくなる。そのため、異方導電性接着剤の排除が不十分となり、接続信頼性の確保が困難となるおそれがあった。また、圧着の時間が長引くことで、回路部材同士の位置ずれが生じ易くなるという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電極が薄い場合でも異方導電性接着剤を十分に排除でき、接続信頼性を確保できる回路部材、接続構造体及び接続構造体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る回路部材は、基板と、基板の一面側に形成された電極とを備え、導電粒子及び接着剤成分を含む異方導電性接着剤を介して別の基板に圧着される回路部材であって、基板の電極未形成部分には、圧着の際に異方導電性接着剤が流入する基板孔部が形成されていることを特徴とする。
この回路部材では、回路部材を別の回路部材と圧着する際に異方導電性接着剤が流入する基板孔部が基板の電極未形成部分に形成されている。この基板孔部により、圧着の際に異方導電性接着剤を基板孔部に向って流動させることができる。このため、電極が薄い場合であっても、圧着の際に異方導電性接着剤を排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間を短縮できるので、回路部材同士の位置ずれを防止できる。
基板孔部は、導電粒子の流入を許容する大きさで形成されていることが好ましい。この場合、導電粒子によって基板孔部が塞がれることを抑制でき、異方導電性接着剤の流動性を維持できる。
基板孔部は、基板を貫通する深さで形成されていることが好ましい。この場合、異方導電性接着剤が流入するための基板孔部の体積を十分に確保でき、異方導電性接着剤の流動性を維持できる。
基板孔部は、平面視において、基板の全面にわたって格子状に形成されていることが好ましい。基板孔部が基板の全面にわたって形成されていることで、基板の全面にわたって異方導電性接着剤の流動性を維持できる。
基板孔部は、平面視において、基板の全面にわたって所定の間隔で直線状に形成されていることが好ましい。基板孔部が基板の全面にわたって形成されていることで、基板の全面にわたって異方導電性接着剤の流動性を維持できる。
電極には、圧着の際に異方導電性接着剤が流入する電極孔部が形成されていることが好ましい。この場合、電極にも異方導電性接着剤が流入する電極孔部が形成されているため、異方導電性接着剤の流動性をさらに高めることができる。
電極孔部は、接着剤成分の流入を許容する一方で、導電粒子の流入を許容しないように形成されていることが好ましい。このような電極孔部により、接着剤成分の流入を許容して流動性を確保する一方、接着剤成分とともに電極孔部に向かって流動した導電粒子を電極孔部の入口付近で捕捉できる。このため、導電粒子を電極間により確実に介在させることが可能となり、接続信頼性を向上できる。
また、本発明に係る接続構造体は、基板と、基板の一面側に形成された電極とを備える回路部材同士を、導電粒子及び接着剤成分を含む異方導電性接着剤を介して圧着してなる接続構造体であって、回路部材の少なくとも一方において、基板の電極未形成部分には、圧着の際に異方導電性接着剤が流入する基板孔部が形成されていることを特徴とする。
この接続構造体では、回路部材同士を圧着する際に異方導電性接着剤が流入した基板孔部が基板の電極未形成部分に形成されている。この基板孔部により、圧着の際に異方導電性接着剤を基板孔部に向って流動させることができる。このため、電極が薄い場合であっても、圧着の際に異方導電性接着剤を排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間を短縮できるので、回路部材同士の位置ずれの防止が可能となる。
回路部材の少なくとも一方において、電極には、圧着の際に異方導電性接着剤が流入する電極孔部が形成されていることが好ましい。この場合、電極にも異方導電性接着剤が流入する電極孔部が形成されているため、異方導電性接着剤の流動性をさらに高めることができる。
本発明に係る接続構造体の製造方法は、基板と、基板の一面側に形成された電極とを備える回路部材同士を、導電粒子及び接着剤成分を含む異方導電性接着剤を介して圧着する接続構造体の製造方法であって、回路部材の少なくとも一方において、基板の電極未形成部分に基板孔部を形成し、圧着の際に基板孔部に異方導電性接着剤を流入させることを特徴とする。
この接続構造体の製造方法では、回路部材同士を圧着する際に基板孔部に異方導電性接着剤を流入させることにより、基板孔部に向かって異方導電性接着剤を流動させることができる。このため、電極が薄い場合であっても、圧着の際に異方導電性接着剤を排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間を短縮できるので、回路部材同士の位置ずれの防止が可能となる。
回路部材の少なくとも一方において、電極に電極孔部を形成し、圧着の際に電極孔部に異方導電性接着剤を流入させることが好ましい。この場合、圧着の際に電極にも異方導電性接着剤を流入させることができるため、異方導電性接着剤の流動性をさらに高めることができる。
本発明によれば、電極が薄い場合でも異方導電性接着剤を十分に排除でき、接続信頼性を確保できる。
本発明に係る接続構造体の第一実施形態を示す模式的断面図である。 図1の接続構造体に用いられる回路部材を示す模式的平面図である。 図2の回路部材の模式的拡大断面図である。 図1の接続構造体の製造方法を示す模式的断面図である。 本発明に係る接続構造体の第二実施形態を示す模式的断面図である。 図5の接続構造体に用いられる回路部材を示す模式的平面図である。 図6の回路部材の模式的拡大断面図である。 図6の回路部材が備える電極を示す模式的平面図である。 図5の接続構造体の製造方法を示す模式的断面図である。 変形例に係る回路部材の模式的平面図である。 変形例に係る回路部材の模式的断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る回路部材、接続構造体、及び接続構造体の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
[第一実施形態]
(接続構造体の構成)
図1は、本発明の第一実施形態に係る接続構造体を示す模式的断面図である。図1に示すように、この接続構造体1は、回路部材2と回路部材12とを、導電粒子51及び接着剤成分52を含む異方導電性接着剤5を介して接合することによって構成されている。
回路部材2は、基板3と、基板3の一面側に形成された電極4とを備えている。回路部材2としては、例えばICチップが用いられる。基板3としては例えば半導体シリコン基板が用いられ、電極4としては例えばAuからなるバンプ電極が用いられる。電極4の厚みは、特に制限されないが、例えば3μm以下である。
回路部材12は、基板13と、基板13の一面側に形成された電極14とを備えている。回路部材12としては、例えば液晶ディスプレイが用いられる。回路部材12が液晶ディスプレイの場合、基板13としては例えばガラス基板が用いられ、電極14としては例えばITO(インジウム錫酸化物)電極が用いられる。
接続構造体1では、回路部材2と回路部材12とが、電極4と電極14とを対向させた状態で異方導電性接着剤5を介して圧着されている。これにより、電極4と電極14との間に導電粒子51を介在させることができ、回路部材2と回路部材12との電気的な接続が実現されている。
異方導電性接着剤5は、導電粒子51及び接着剤成分52を含む。導電粒子51及び接着剤成分52は、用途により適宜配合される。例えば、100体積%の接着剤成分52に対して、導電粒子51は、0.01〜50体積%、好ましくは0.1〜30体積%の割合で配合される。これにより、電極4と電極14との間に十分な数の導電粒子51を介在させることができる。
導電粒子51としては、例えば、Au、Ag、Ni、Cu、はんだ等の金属粒子、又は、カーボン、ガラス、セラミック、プラスチック等の非導電粒子をNi、Pd、Au、Ag、Pt等の金属で被覆した粒子が用いられる。導電粒子51として金属粒子を用いる場合には、粒子表面の酸化を抑制するために粒子表面を貴金属で被覆した金属粒子を用いることが好ましい。
上記導電粒子の中でも、プラスチック粒子をNi、Pd、Au、Ag等で被覆した導電粒子及び熱溶融する金属粒子が好ましい。これらの粒子を導電粒子51として用いた場合、圧着の際に導電粒子51が変形し、導電粒子51と電極4及び電極14との接触面積を増加させることができるため、接続信頼性をより向上させることが可能となる。
金属粒子又は非導電粒子を貴金属又は金属で被覆する場合の被覆層の厚さは、接続信頼性を確保するために、例えば、10nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましい。また、導電粒子を絶縁性物質でさらに被覆することが好ましい。この場合、被覆層の厚さを例えば20〜500nmとすることで、接続信頼性及び絶縁信頼性を確保しやすくなる。また、導電粒子51の直径は、電極4,14の面積、隣接する電極4同士及び電極14同士の距離により適宜選定されるが、例えば500〜50000nmであることが好ましい。
接着剤成分52は、接続信頼性の観点から、エポキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂、マレイミド樹脂、シトラコンイミド樹脂、ナジイミド樹脂、フェノール樹脂等と、熱重合開始剤、硬化剤等とを含む熱硬化性樹脂;エポキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂等と光重合開始剤とを含む光硬化性樹脂;又はこれらを併用した樹脂から構成されることが好ましい。また、接着剤成分52は、フィルム成形性及び接着時の応力緩和性の観点から、アクリルゴム、スチレン‐ブタジエン‐スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
また、接着剤成分52は、異方導電性接着剤5の接着性及び硬化時の応力緩和性の観点から、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリルゴム等の高分子成分を含むことが好ましい。これらの高分子成分は、接着性向上の観点から、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基等の官能基を有することが好ましい。また、これらの高分子成分の分子量は、10000〜10000000であることが好ましい。
(回路部材の構成)
図2は、第一実施形態に係る接続構造体に用いられる回路部材2を示す模式的平面図である。また、図3は、図2の回路部材2の模式的拡大断面図である。図2に示すように、この回路部材2では、略正方形状を有する複数の電極4が、基板3の一方の長辺に沿って所定の間隔で二列に配置されており、また基板3の他方の長辺に沿って所定の間隔で一列に配置されている。また、図2において、基板3の電極4未形成部分には、基板3の全面にわたって基板孔部3aが格子状に形成されている。
この基板孔部3aは、回路部材2と回路部材12とを圧着する際に導電粒子51及び接着剤成分52の流入を許容する大きさで形成されている。具体的には、基板孔部3aの平面形状は、接着剤成分52の流入を維持するために、例えば1μm以上の直径を有する円状であり、好ましくは導電粒子51による基板孔部3aの閉塞を防止するために、例えば導電粒子51の直径よりも大きい直径を有する円状である。また、基板孔部3aの平面形状は、基板3の強度を確保するために、例えば電極4間の最短距離の1/2以下の直径を有する円状である。また、基板孔部3aは、図3に示すように、基板3を貫通する深さで形成されている。
基板孔部3aの個数は、特に限定されないが、回路部材2に形成された基板孔部3aの総体積が異方導電性接着剤5の体積に対して50〜150%となる個数であることが好ましい。基板孔部3aの総体積が50%以上であると、異方導電性接着剤5が流入できる体積を十分に確保され、異方導電性接着剤5の流動性を維持できる。また、孔部41の総体積が150%以下であると、基板孔部3aから湿気が入り込むことによる接続信頼性の低下を抑制できる。
(接続構造体の製造方法)
図4は、第一実施形態に係る接続構造体の製造方法を示す模式的断面図である。図4(a)に示すように、まず、回路部材2及び回路部材12を準備する。基板3には予め基板孔部3aを形成する。基板3に基板孔部3aを形成する方法としては、メカニカルドリリング、パンチング、化学エッチング、サンドブラスト法、電子ビーム加工、放電加工、レーザー穴あけ等の公知の方法を用いることができる。
次に、図4(b)に示すように、電極4と電極14とが対向するように、導電粒子51及び接着剤成分52を含む異方導電性接着剤5を介して回路部材2及び回路部材12を配置する。続いて、図4(c)に示すように、回路部材2及び回路部材12に対して、それぞれ矢印A及び矢印Bの方向に圧力をかけて圧着する。この圧着の際、矢印Cで示すように、異方導電性接着剤5が基板3に形成された基板孔部3aに流入する。その後、加熱又は光照射によって接着剤成分52を硬化させることで、図1に示す接続構造体1が得られる。
(基板孔部の作用効果)
従来、電極が厚い場合であれば、電極自体が堰のような役割を果たし、圧着の際に異方導電性接着剤を電極の側面に沿って流動させることができた。しかし、電極が薄い場合には、圧着の際に異方導電性接着剤の流動の方向性がなくなるため、異方導電性接着剤の流動性が低下しやすかった。
これに対して本実施形態では、回路部材2と回路部材12とを圧着する際、異方導電性接着剤5が持続的に基板孔部3aに流入する。このため、電極4が薄い(例えば3μm以下)場合でも、異方導電性接着剤5の基板孔部3aに向かう流動性を高めることができる。したがって、圧着の際に異方導電性接着剤5を排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間を短縮できるので、回路部材2と回路部材12との位置ずれを防止できる。
また、本実施形態では、平面視において、基板3の全面にわたって基板孔部3aが形成されていることで、基板3の全面にわたって異方導電性接着剤5の流動性を維持できる。さらに、基板孔部3aが基板3を貫通する深さで形成されていることで、異方導電性接着剤5が流入する体積を十分に確保できるため、より確実に異方導電性接着剤5の流動性を維持できる。
[第二実施形態]
図5は、本発明の第二実施形態に係る接続構造体を示す模式的断面図である。また、図6は、図5の接続構造体に用いられる回路部材を示す模式的平面図である。また、図7は、図6の回路部材の模式的拡大断面図である。本実施形態に係る接続構造体は、第一実施形態に係る接続構造体と同様の構成を有するものであるが、図5、図6及び図7に示すように、回路部材2が備える電極4に電極孔部4aが形成されている点で異なる。この電極孔部4aは、図7に示すように、電極4及び基板3を貫通する深さで形成されている。
図8は、回路部材2が備える電極4を示す模式的平面図である。図8に示すように、電極4に形成されている電極孔部4aの平面形状は、例えば導電粒子51の直径より大きい長径と導電粒子51の直径より小さい短径とを有する楕円状である。このような電極孔部4aでは、回路部材2と回路部材12とを圧着する際、導電粒子51が電極孔部4aの入口付近で捕捉される。一方、導電粒子51が捕捉された場合でも、電極孔部4aのうち、捕捉された導電粒子51からはみ出る開放部分から接着剤成分52を流入させることができる。
図9は、第二実施形態に係る接続構造体の製造方法を示す模式的断面図である。図9(a),(b)は、図4(a),(b)に示す第一実施形態に係る接続構造体の製造方法と同様であるが、図9(a)において、回路部材2が備える電極4に予め電極孔部4aを形成する点で異なる。
図9(c)では、回路部材2及び回路部材12に対してそれぞれ矢印A及び矢印Bの方向に圧力をかけて圧着すると、異方導電性接着剤5は、矢印Cで示すように基板孔部3a内に流入するとともに、電極孔部4a内に流入しようとする。この際、導電粒子51は電極孔部4aの入口付近で捕捉される。一方、導電粒子51が捕捉された場合でも、矢印Dで示すように、電極孔部4aの開放部分から接着剤成分52を電極孔部4a内に流入させることができる。
本実施形態では、第一実施形態と同様に基板孔部3aにより、圧着の際に異方導電性接着剤5を排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間を短縮できるので、回路部材2と回路部材12との位置ずれを防止できる。
本実施形態ではさらに、電極孔部4aにより、圧着の際に接着剤成分52を持続的に電極孔部4aに流入させる。その一方で、導電粒子51を電極4に向かって流動させつつ、電極孔部4aの入口付近で捕捉させることで電極4付近に密集させる。このため、異方導電性接着剤5の流動性を高められる一方で、電極4と電極14との間に導電粒子51をより確実に介在させることが可能となり、回路部材2と回路部材12との接続信頼性を向上できる。
[変形例]
上述した実施形態では、基板3のみに基板孔部3aが形成されていたが、さらに基板13にも基板孔部3aと同様の基板孔部が形成されていてもよい。あるいは、基板3には基板孔部が形成されずに、基板13のみに基板孔部3aと同様の基板孔部が形成されていてもよい。
基板3に加えて基板13にも基板孔部3aと同様の基板孔部が形成されている場合、基板13に形成される基板孔部は、回路部材2と回路部材12とを圧着した際に基板孔部3aと対向する位置に形成されていてもよく、基板孔部3aと対向しない位置に形成されていてもよい。基板13に形成される基板孔部が基板孔部3aと対向しない位置に形成されていると、圧着の際に基板3,13の全面にわたって異方導電性接着剤5をより流動させやすくなる。
また、上述した実施形態では、電極4のみに電極孔部4aが形成されていたが、さらに電極14にも電極孔部4aと同様の電極孔部が形成されていてもよい。あるいは、電極4には電極孔部が形成されずに、電極14のみに電極孔部4aと同様の電極孔部が形成されていてもよい。この場合も本実施形態と同様に、異方導電性接着剤5の流動性を高められる一方で、電極4と電極14との間に導電粒子51を密集させることができ、回路部材2と回路部材12との接続信頼性を向上できる。
上述した実施形態では、回路部材2は例えばICチップであり、図2に示すように配置された略正方形状を有する電極4を備えていたが、回路部材2は例えばFPC(フレキシブル印刷配線板)であり、図10(a)〜(c)に示すように、基板3の短辺に平行に所定の間隔で配置された長辺が短辺よりも著しく長い長方形状を有する電極4を備えていてもよい。この場合、基板3としてはポリイミド基板等が用いられ、電極4としては銅箔等からなる電極が用いられる。
図10(a)では、基板3の電極4未形成部分に、基板3の全面にわたって基板孔部3aが格子状に形成されている。この場合でも、上述した実施形態と同様に、圧着の際に異方導電性接着剤5を排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間を短縮できるので、回路部材2と回路部材12との位置ずれを防止できる。
図10(b)では、基板3の電極4未形成部分に、基板3の全面にわたって電極4の長辺に沿って所定の間隔で直線状に基板孔部3aが形成されている。この場合、基板孔部3aの体積を十分に確保できるので、圧着の際に異方導電性接着剤5をより排除しやすくなり、接続信頼性を確保できる。また、圧着に要する時間をより短縮できるので、回路部材2と回路部材12との位置ずれを防止できる。
なお、この場合、基板孔部3aの幅は、接着剤成分52の流入を維持するために例えば1μm以上であり、導電粒子51の流入を維持するために例えば導電粒子51の直径よりも大きいことが好ましい。また、基板孔部3aの幅は、基板3の強度を確保するために例えば電極4間の最短距離の1/2以下である。
図10(c)では、基板3の電極4未形成部分に、基板3の全面にわたって基板孔部3aが格子状に形成されている。また、電極4には、電極4の長辺に沿って所定の間隔で電極孔部4aが形成されている。この場合でも、上述した実施形態と同様に、異方導電性接着剤5の流動性は維持される一方で、電極4と電極14との間に導電粒子51を確実に介在させることができるため、回路部材2と回路部材12との接続信頼性が確保される。
上述した実施形態では、基板孔部3aは基板3を貫通する深さで形成されていたが、図11(a)に示すように、基板孔部3aは基板3を貫通しない深さで形成されていてもよい。この場合、基板3の強度を確保できる。
上述した実施形態では、電極孔部4aは電極4及び基板3を貫通する深さで形成されていたが、図11(b)に示すように、電極孔部4aは電極4を貫通し、基板3の内部に到達する深さで形成されていてもよい。この場合、基板3及び電極4の強度を確保できる。
1…接続構造体、2…回路部材、3…基板、3a…基板孔部、4…電極、4a…電極孔部、5…異方導電性接着剤、51…導電粒子、52…接着剤成分。

Claims (12)

  1. 基板と、前記基板の一面側に形成された電極とを備える回路部材同士を、導電粒子及び接着剤成分を含む異方導電性接着剤を介して圧着してなる接続構造体であって、
    前記回路部材の少なくとも一方は、前記基板の前記電極未形成部分に、圧着の際に前記異方導電性接着剤が流入する基板孔部が形成されている回路部材であり、
    前記回路部材の両方は、前記電極に、圧着の際に前記異方導電性接着剤が流入する電極孔部が形成されている回路部材であることを特徴とする接続構造体。
  2. 前記基板孔部は、前記導電粒子の流入を許容する大きさで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接続構造体
  3. 前記基板孔部は、前記基板を貫通する深さで形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の接続構造体
  4. 前記基板孔部は、平面視において、前記基板の全面にわたって格子状に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の接続構造体
  5. 前記基板孔部は、平面視において、前記基板の全面にわたって所定の間隔で直線状に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の接続構造体
  6. 前記電極孔部は、前記接着剤成分の流入を許容する一方で、前記導電粒子の流入を許容しないように形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の接続構造体
  7. 基板と、前記基板の一面側に形成された電極とを備える回路部材同士を、導電粒子及び接着剤成分を含む異方導電性接着剤を介して圧着する接続構造体の製造方法であって、
    前記回路部材の少なくとも一方は、前記基板の前記電極未形成部分に、圧着の際に前記異方導電性接着剤が流入する基板孔部が形成されている回路部材であり、
    前記回路部材の両方は、前記電極に、圧着の際に前記異方導電性接着剤が流入する電極孔部が形成されている回路部材であり、
    圧着の際に前記基板孔部及び前記電極孔部に前記異方導電性接着剤を流入させることを特徴とする接続構造体の製造方法。
  8. 前記基板孔部は、前記導電粒子の流入を許容する大きさで形成されていることを特徴とする請求項7に記載の接続構造体の製造方法。
  9. 前記基板孔部は、前記基板を貫通する深さで形成されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の接続構造体の製造方法。
  10. 前記基板孔部は、平面視において、前記基板の全面にわたって格子状に形成されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の接続構造体の製造方法。
  11. 前記基板孔部は、平面視において、前記基板の全面にわたって所定の間隔で直線状に形成されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の接続構造体の製造方法。
  12. 前記電極孔部は、前記接着剤成分の流入を許容する一方で、前記導電粒子の流入を許容しないように形成されていることを特徴とする請求項7〜11のいずれか一項に記載の接続構造体の製造方法。
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