JP6331776B2 - 異方導電性フィルム及び接続構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、異方導電性フィルム、異方導電性フィルムを用いる接続方法、及び異方導電性フィルムで接続された接続構造体に関する。
異方導電性フィルムは、ICチップ等の電子部品を基板に実装する際に広く使用されている。近年では、携帯電話、ノートパソコン等の小型電子機器において配線の高密度化が求められており、この高密度化に異方導電性フィルムを対応させる手法として、異方導電性フィルムの絶縁接着剤層に導電粒子をマトリクス状に均等配置する技術が知られている。
しかしながら、導電粒子を均等配置しても接続抵抗がばらつくという問題が生じる。これは、端子の縁辺上に位置した導電粒子が絶縁性接着剤の溶融によりスペースに流れ出て、上下の端子で挟まれにくいためである。
この問題に対しては、導電粒子を格子状に配列し、導電粒子の第1の配列方向を異方導電性フィルムの長手方向とし、第1の配列方向に交差する第2の配列方向を、異方導電性フィルムの長手方向に直交する方向に対して5°以上15°以下で傾斜させることが提案されている(特許文献1)。
特許4887700号公報
しかしながら、異方導電性フィルムで接続する電子部品のバンプサイズが小さくなり、格子状に配列させた導電粒子の密度(単位面積当たりの導電粒子の個数)が高まると、導電粒子の配列状態の検査に手間が掛かり、検査精度も低下するという問題があった。
そこで、本発明は、異方導電性フィルムにおける導電粒子の分散状態の検査を、導電粒子を高密度に分散させた異方導電性フィルムにおいても容易に行えるようにすることを課題とする。
本発明者は、異方導電性フィルムにおいて、絶縁接着剤層に導電粒子が格子状に分散している場合でも、ランダムに分散している場合でも、平面視において導電粒子が存在しない直線状のラインが観察されるようにすると、そのラインを用いて導電粒子の分散状態を容易に検査できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、絶縁接着剤層と、該絶縁接着剤層に分散した導電粒子を含む異方導電性フィルムであって、
平面視において導電粒子の存在しない直線状のライン(以下、消失線という)が所定間隔で存在する異方導電性フィルムを提供する。
特に、上述の異方導電性フィルムのうち、導電粒子が、第1の配列方向と第2の配列方向に配列することにより格子状に配置されており、消失線が、第1の配列方向又は第2の配列方向に対して傾斜している態様を提供し、またこの態様の異方導電性フィルムを用いて、第1電子部品の接続端子と第2電子部品の接続端子を異方導電性接続する接続方法であって、異方導電性フィルムの第1の配列方向又は第2の配列方向に略直交する方向を第1電子部品又は第2電子部品の接続端子の長手方向に合わせる接続方法を提供する。
ここで、略直交するとは、第1配列方向に厳密に直交する方向だけでなく、異方導電性フィルムを用いて電子部品を実装する際に生じるずれの範囲を含む。通常、第1配列方向に直交する方向に対して、±3°が含まれる。
加えて、本発明は、上述の異方導電性フィルムを用いて第1電子部品の接続端子と第2電子部品の接続端子が異方導電性接続されている接続構造体を提供する。
本発明の異方導電性フィルムによれば、消失線を有するので、異方導電性フィルムを目視又は画像検査で配列状態を検査する際に、消失線を基準にして視野を走査することができるので、全体をもれなく検査することが容易になる。また、消失線を基準にして視野を走査することにより不具合の発生箇所の位置の特定が容易となる。そのため、異方導電性フィルムにおける導電粒子の凝集や欠落などの不具合の見落としを低減し、異方導電性フィルムの品質を高く維持することが容易となる。
また、消失線を有することにより面視野における導電粒子の占有面積が疎になるため、巨視的な観察を行い易くなる。即ち、導電粒子が格子状に配列するなどにより均等に分散している場合でも、消失線が存在することにより導電粒子を粒子の集合体群として捉え易くなるので、群を形成する規則性の良否を簡便に把握することが可能となる。したがって、導電粒子の個数密度が低い場合でも高い場合でも、導電粒子の凝集や欠落などの不具合の見落としを低減することができる。
さらに、本発明の異方導電性フィルムによれば、それを用いた異方導電性接続後においても、導電粒子の存在しない領域の規則性があらかじめ分かることから、バンプにおける導電粒子の捕捉状態が把握しやすくなる。
図1は、実施例の異方導電性フィルム1Aの平面図である。 図2は、実施例の異方導電性フィルム1Aにおける導電粒子の配置図である。 図3は、実施例の異方導電性フィルム1Bにおける導電粒子の配置図である。 図4は、実施例の異方導電性フィルム1Cにおける導電粒子の配置図である。 図5は、実施例の異方導電性フィルム1Dにおける導電粒子の配置図である。 図6Aは、実施例の異方導電性フィルム1Eにおける導電粒子の配置図である。 図6Bは、実施例の異方導電性フィルム1E’における導電粒子の配置図である。 図7は、実施例の異方導電性フィルム1Fにおける導電粒子の配置図である。 図8は、実施例の異方導電性フィルム1Gにおける導電粒子の配置図である。
以下、本発明を、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。
図1は、本発明の一実施例の異方導電性フィルム1Aの平面図、図2は、その異方導電性フィルム1Aにおける導電粒子の配置図である。
この異方導電性フィルム1Aは、絶縁接着剤層2と、絶縁接着剤層2に格子状の配置で固定された導電粒子3を有する。より具体的には、この異方導電性フィルム1Aは長尺の異方導電性フィルムを帯状にスリットしたものであり、導電粒子3は、帯状に形成された異方導電性フィルム1Aの長手方向D1に平行な第1の配列方向L1にピッチP1で配列すると共に、異方導電性フィルム1Aの長手方向D1と直交する異方導電性フィルム1Aの幅方向D2に平行に、即ち、第1の配列方向L1と直交する第2の配列方向L2に、ピッチP2で配列し、4方格子を形成している。
この異方導電性フィルム1Aでは、導電粒子3の第1の配列方向L1又は第2の配列方向L2に対して傾斜した線上の格子点に導電粒子3が存在しないことにより形成される消失線L3が、第1の配列方向L1に対して傾斜角αで傾斜し、あるいは第2の配列方向L2に対して傾斜角βで傾斜して形成されている。消失線L3は、所定間隔で平行に形成されていることが好ましい。
異方導電性フィルム1Aに消失線L3が存在することにより、目視検査又は画像検査で異方導電性フィルム1Aの導電粒子3の配列状態を検査する場合に、図2に示したように、消失線L3を対角線とする視野10を設定し、視野10内の導電粒子3の個数及び配置を調べつつ、視野10が消失線L3と所定角度を維持するように走査することができる。したがって、視野10で異方導電性フィルム1A上の全面をもれなく走査することが容易となる。
さらに、目視検査では、視野10において、消失線L3を対称の軸として、導電粒子3の配列の対称性を認識し易くなるので、導電粒子3の凝集や欠落などの不具合を発見することが容易となる。よって、消失線L3があることにより、異方導電性フィルム1Aの品質を高く維持することが容易となり、また、製品検査に要する時間を短縮することが可能となり、製品の生産性が向上する。
図1に示したように、一般に、電子機器の生産ラインにおける異方導電性接続では、接続端子4の短手方向が、異方導電性フィルム1Aの長手方向D1に沿うように配置される。そのため、ファインピッチで形成された接続端子4を異方導電性接続するためには、消失線L3の傾斜角αを小さくすることが好ましく、例えば、テレビのディスプレイ用のガラス基板とフレキシブルプリント配線板(FPC:Flexible Printed Circuits)とを接合するFOG(Film on Glass)接合を行う場合のように、接続端子4の接続面の大きさが、幅8〜200μm、長さ1500μm以下のとき、傾斜角αを15〜75°とすることが好ましい。
傾斜角αの調整方法としては、図2に示したように、導電粒子3の基本となる配列(即ち、消失線L3が無い場合の配列)の単位格子5の対角を通るように消失線L3を形成する場合に、傾斜角αは、導電粒子3の第1の配列方向L1のピッチP1と、第2の配列方向L2のピッチP2の大きさにより調整することができる。例えば、傾斜角αを、異方導電性フィルム1Aの幅方向L2と消失線L3とがなす角βよりも小さくする点から、第1の配列方向L1のピッチP1を第2の配列方向L2のピッチよりも長くする。
また、傾斜角αを小さくする場合に、図4に示す異方導電性フィルム1Cのように、第1の配列方向L1につながった2個分の単位格子5の対角を通るように消失線L3を形成してもよい。
本発明において、導電粒子3の基本となる配列や消失線L3の方向には特に制限がない。例えば、図5に示す異方導電性フィルム1Dのように、導電粒子3の第1の配列方向L1に対して第2の配列方向L2を傾斜させさせても良い。この場合、第2の配列方向L2が第1の配列方向L1となす角γを15〜75°、より好ましくは18〜72°、更により好ましくは20〜70°とすることが好ましい。
この場合、図6A、図6Bに示す異方導電性フィルム1E、1E’のように、導電粒子3の基本となる配列を6方格子とし、その第1の配列方向L1に対して傾斜した消失線L3を設けてもよい。導電粒子3の基本となる配列方向は、異方導電性フィルムの長手方向D1に対して任意の方向をとることができる。
第2の配列方向L2を第1の配列方向L1に対して傾斜させることにより、異方導電性フィルム1Dで矩形の接続端子(バンプ)を異方導電性接続する場合に、図1に示したように、矩形の接続端子4の長手方向を、第1の配列方向L1に直交する方向に合わせると(即ち、接続端子4の短手方向と第1の配列方向L1を合わせると)、接続端子4の縁部に位置することにより異方導電性接続時に絶縁性樹脂に流され、接続に寄与できない導電粒子の数を低減させることができるので、異方導電性接続に使用する矩形領域を異方導電性フィルム1Aのフィルム面内のどこで採っても、導通に寄与する導電粒子3を十分な個数で確保することができる。
図7に示す異方導電性フィルム1Fのように、消失線L3を、導電粒子3の第1の配列方向L1と平行に形成してもよく、同様に、導電粒子3の第2の配列方向L2と平行に形成してもよい。導電粒子のバンプにおける捕捉性を向上させる点、及び異方導電性接続後の導電粒子のバンプにおける補足状態を確認し易くする点からは、消失線L3を、導電粒子3の第1の配列方向L1又は第2の配列方向L2に対して斜めに形成することが好ましく、フィルムの製造時に検査がし易いことにより歩留まりが向上する点からは消失線L3を第1の配列方向L1又は第2の配列方向L2と平行に成することが好ましい。
図8に示す異方導電性フィルム1Gのように、ランダムに分散している導電粒子3の中に、導電粒子3が存在しないライン状の領域として消失線L3が観察されるようにしてもよい。
本発明の異方導電性フィルムは、導電粒子3自体の構成、絶縁接着剤層2の層構成及び構成樹脂については、特に制限はなく、種々の態様をとることができる。
例えば、導電粒子3としては、公知の異方導電性フィルムに用いられているもの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、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。
導電粒子3の粒子径は、短絡防止と電極間接合の安定性の点から、好ましくは1〜50μm、より好ましくは1〜20μmである。
導電粒子3を格子状に配列する場合、導電粒子3の第1の配列方向L1のピッチと第2の配列方向L2のピッチは、それぞれ好ましくは導電粒子3の粒子径の0.5〜128倍であり、好ましくは0.8〜64倍、より好ましくは1.2〜32倍である。これらのピッチが、短すぎると異方導電性フィルムを用いて端子間を接続した場合に、短絡が生じ易くなり、反対に長すぎると端子間に捕捉される導電粒子数が不十分となる。
導電粒子3の密度は、好ましくは100〜100000個/mm2、より好ましくは200〜80000個/mm2、特に300〜50000個/mm2である。この粒子密度は、導電粒子3の粒子径と配列方向によって適宜調整される。
一方、絶縁接着剤層2としては、公知の異方導電性フィルムで使用される絶縁性樹脂層を適宜採用することができる。例えば、アクリレート化合物と光ラジカル重合開始剤とを含む光ラジカル重合型樹脂層、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型樹脂層、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型樹脂層、エポキシ化合物と熱アニオン重合開始剤とを含む熱アニオン重合型樹脂層等を使用することができる。また、これらの樹脂層は、必要に応じて、それぞれ重合したものとすることができる。また、絶縁接着剤層2を、複数の樹脂層から形成してもよい。
絶縁接着剤層2に導電粒子3を上述の配置で固定する方法としては、導電粒子3の配置に対応した凹みを有する型を機械加工やレーザー加工、フォトリソグラフィなど公知の方法で作製し、その型に導電粒子を入れ、その上に絶縁接着剤層形成用組成物を充填し、硬化させて導電粒子を固定し、型から取り出せばよい。剛性の低い材質で型を作成しても良い。
あるいは、消失線L3が無い場合の導電粒子3の配置に対応した凹みを有する型を作製し、その型の表面に、消失線L3に対応するテープを貼って消失線L3に対応する部分の凹みを塞ぎ、次いでその型に導電粒子3を型に入れ、上述と同様に絶縁接着剤層形成用組成物を用いて導電粒子3を絶縁性接着剤層に固定してもよい。
また、絶縁接着剤層2に導電粒子3を上述の配置におくために、絶縁接着剤層形成組成物層の上に、貫通孔が所定の配置で形成されている部材を設け、その上から導電粒子3を供給し、貫通孔を通過させてもよい。
また、貫通孔を有する部材を使用し、その貫通孔に導電粒子3を通して導電粒子を配置する場合に、貫通孔を有する部材として、消失線L3が無い場合の導電粒子3の配置に対応した貫通孔を有するものを作製し、その部材の貫通孔を、消失線L3に対応するテープで塞ぎ、その上から導電粒子3を供給してもよい。
本発明のうち、導電粒子が格子状に配列し、消失線が第1の配列方向又は第2の配列方向に対して傾斜している異方導電性フィルムを用いて、ICチップ、ICモジュールなどの第1電子部品の接続端子と、フレキシブル基板、ガラス基板などの第2電子部品の接続端子を異方導電性接続する場合、図1に示したように、導電粒子3の第1の配列方向L1又は第2の配列方向L2を異方導電性フィルムの長手方向D1に合わせ、第1の配列方向L1又は第2の配列方向L2に略直交する方向を第1電子部品又は第2電子部品の接続端子4の長手方向に合わせる。これにより、接続端子4における導電粒子3の捕捉数を十分に高めることができる。
本発明によれば、こうして異方導電性接続した第1電子部品と第2電子部品の接続構造体における導電粒子の配置の確認も消失線を目安に容易に行うことができる。本発明は、かかる接続構造体も包含する。
以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。
実施例1〜6、比較例1〜3
表1に示すように、実施例1〜6及び比較例2、3では、導電粒子が図2(4方向格子)又は図6A(6方格子)に示す配置の異方導電性フィルムを、表1に示す導電粒子と樹脂を使用して作製した。この場合、導電粒子の第1の配列方向L1のピッチP1と第2の配列方向L2のピッチP2を表1に示す大きさとした。
比較例1においては、導電粒子の配置をランダムとした。
より具体的には、表1に示す組成で熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び潜在性硬化剤を含む絶縁性樹脂の混合溶液を調製し、それを、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フィルム上に厚み20μmの粘着層を形成した。
一方、表1に示す導電粒子の配列に対応する凸部のパターンを有する金型を作成し、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、凹部が表1に示す配列パターンの樹脂型を形成した。この樹脂型の凹部に導電粒子を充填し、その上に上述の絶縁性樹脂の粘着層を被せ、紫外線硬化により該絶縁性樹脂に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させた。そして、型から絶縁性樹脂を剥離し、各実施例及び比較例の異方導電性フィルムを製造した。
なお、比較例1では導電粒子を、低沸点溶媒に分散し噴霧してランダムに同一平面上に配置した。
評価
次の(a)〜(e)の評価を行った。
(a)消失線の有無
各実施例及び比較例の異方導電性フィルムにおいて、任意の導電粒子を選択し、それを基点として第1の配列方向及び第2の配列方向にそれぞれ500×500μmの領域を設定し顕微鏡観察(倍率:100倍)により、所期の消失線上の格子点で導電粒子が欠落しているか否かを検査した。さらにこの領域が重複しない部分で、同様の検査を10回繰り返した。なお、観察領域の設定において、所定面積の領域を設定することに代えて、所定数の導電粒子が存在する領域(例えば、30個×30個)を設定してもよい。
この観察結果において、消失線上の格子点に存在する導電粒子の数と消失線上の格子点の数との割合が5%以下のものを消失線有り、それ以外を消失線無しと評価した。結果を表1に示す。
(b)連結粒子の有無
(a)と同様にして各実施例及び比較例の異方導電性フィルムを観察し、2個以上の導電粒子が連結しているものが有るか否かを検査した。
この観察結果において、2個以上の導電粒子が連結して存在する部分の個数と、連結粒子が無い場合の設計粒子数との割合が5%以下のものを2個以上の連結粒子無し、それ以外のものを2個以上の連結粒子有りと評価した。その結果、比較例1では2個以上の連結粒子が有りと評価されたが、他は無しと評価された。なお、2個連結粒子の粒子数が、全粒子数の5%以下であれば実用上問題は無い。
(c)個数一致率
消失線を含む500×500μmの領域に含まれる導電粒子の個数を、顕微鏡を用いた目視観察によりカウントした、次に、同じ領域に含まれる導電粒子の個数を、画像処理機(WinRoof:三谷商事社製)を用いてカウントし、次式により個数一致率を算出した。
個数一致率(%)=100−(│N1−N2│/N1)×100
(但し、N1:目視観察によりカウントした導電粒子の個数
N2:画像処理機によりカウントした導電粒子の個数)
個数一致率の数値に応じて、次の基準で評価した。結果を表1に示す。
A:個数一致率が97%以上
B:個数一致率が92%以上〜97%未満
C:個数一致率が85%以上92%未満
D:個数一致率が85%未満
実用上、個数一致率は、B評価以上であることが好ましい。
(d)初期導通抵抗
各実施例及び比較例の異方導電性フィルムを、初期導通および導通信頼性の評価用FPCとガラス基板の間に挟み、加熱加圧(180℃、3MPa、5秒)して各評価用接続物を得、この評価用接続物の導通抵抗を測定した。結果を表1に示す。
ここで、この評価用FPC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。
評価用FPC
ポリイミド基材(厚み25μm)
配線仕様:Cu配線(高さ18μm)、Auメッキ
配線サイズ:幅25μm×長さ1000μm
ガラス基板
ガラス材質:コーニング社製
外径:15×70mm
厚み:0.5mm
電極:ITO配線
(e)導通信頼性
初期導通抵抗の評価用FPCと各実施例及び比較例の異方導電性フィルムとの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。結果を表1に示す。
なお、この導通抵抗が5Ω以上であると、接続した電子部品の実用的な導通安定性の点から好ましくない。
Figure 0006331776

表1から、導電粒子の配列に消失線が形成されていると、導電粒子の検査効率が向上することがわかる。
比較例1では、粒子がランダムに存在しているため、画像処理機がノイズと判定し、検出成功率が著しく低くなったと推察される。
1A、1B、1C、1D、1E、1E’、1F、1G 異方導電性フィルム
2 絶縁接着剤層
3 導電粒子
4 接続端子
5 単位格子
10 視野
D1 異方導電性フィルムの長手方向
D2 異方導電性フィルムの幅方向
L1 第1の配列方向
L2 第2の配列方向
L3 消失線
P1 導電粒子の第1の配列方向のピッチ
P2 導電粒子の第2の配列方向のピッチ
α 傾斜角
β 傾斜角
γ 第1の配列方向L1と第2の配列方向L2がなす角

Claims (13)

  1. 絶縁接着剤層と、該絶縁接着剤層に分散した導電粒子を含む異方導電性フィルムであって、
    平面視において導電粒子の存在しない直線状のライン(以下、消失線という)が所定間隔で存在し、
    導電粒子が、第1の配列方向と第2の配列方向に配列することにより格子状に配置され、
    消失線が、第1の配列方向又は第2の配列方向に対して傾斜した線上又は平行な線上の格子点に導電粒子が存在しないことにより形成されている異方導電性フィルム。
  2. 異方導電性フィルムが帯状に形成されており、その長手方向に対して斜めに消失線が形成されている請求項1記載の異方導電性フィルム。
  3. 異方導電性フィルムの長手方向と消失線がなす角度が、異方導電性フィルムの幅方向と消失線のなす角度よりも小さい請求項記載の異方導電性フィルム。
  4. 導電粒子の第1の配列方向が異方導電性フィルムの長手方向と平行である請求項1〜3のいずれかに記載の異方導電性フィルム。
  5. 導電粒子の第1の配列方向と第2の配列方向が直交している請求項1〜4のいずれかに記載の異方導電性フィルム。
  6. 導電粒子の第1の配列方向と第2の配列方向が斜めに交わっている請求項1〜4のいずれかに記載の異方導電性フィルム。
  7. 導電粒子の密度が100〜100000個/mm2である請求項1〜のいずれかに記載の異方導電性フィルム。
  8. 格子状に配列された導電粒子の第1の配列方向における配列ピッチと第2の配列方向における配列ピッチとが、それぞれ導電粒子径の0.5〜128倍である請求項1〜7のいずれかに記載の異方導電性フィルム。
  9. 絶縁接着剤層と、該絶縁接着剤層に分散した導電粒子を含む異方導電性フィルムであって、
    平面視において導電粒子が互いに離間してランダムに配置され、導電粒子の存在しない直線状の領域が所定間隔で且つフィルムの長手方向に傾斜して存在している異方導電性フィルム。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の異方導電性フィルムを用いて、第1電子部品の接続端子と第2電子部品の接続端子を異方導電性接続する接続方法であって、異方導電性フィルムの第1の配列方向又は第2の配列方向に略直交する方向を第1電子部品又は第2電子部品の接続端子の長手方向に合わせる接続方法。
  11. 接続端子の接続面の大きさが、幅8〜200μm、長さ1500μm以下である請求項10記載の接続方法。
  12. 請求項1〜のいずれかに記載の異方導電性フィルムを用いて第1電子部品の接続端子と第2電子部品接続端子が異方導電性接続されている接続構造体。
  13. 請求項1〜9のいずれかに記載の異方導電性フィルムを用いて第1電子部品の接続端子と第2電子部品の接続端子とを異方導電性接続する、接続構造体の製造方法。
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