JP6419457B2 - 接着剤及び接続構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品同士を電気的に接続する接着剤に関し、特に電子部品と表面が酸化物とされた配線基板とを接続する接着剤、及び電子部品と配線基板とが接続された接続構造体に関する。
ＬＥＤ等のチップ部品を回路基板に実装する手法として、エポキシ系接着剤に導電性粒子を分散させ、フィルム状に成形した異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）を使用し、フリップチップ実装する方法が広く採用されている（例えば、特許文献１、２参照。）。この方法によれば、チップ部品と回路基板との間の電気的接続が、異方性導電フィルムの導電性粒子で達成されるため、接続プロセスを短くすることができ、生産効率を向上させることができる。
特開２０１０−２４３０１号公報 特開２０１２−１８６３２２号公報
近年のＬＥＤ製品の中には、低コスト化のため、回路基板の配線の金属をＡｕ、ＡｇからＡｌ、Ｃｕに変更したものや、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）基材上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）配線が形成された透明基板を用いたものがある。
しかしながら、Ａｌ、Ｃｕ等の金属配線やＩＴＯ配線の表面には、不動態、酸化被膜などの酸化物が形成されているため、従来のエポキシ系接着剤では、接着が困難であり、また、接着ができたとしても接着強度を十分に確保することができなかった。
本発明は、上述した従来技術における課題を解決するものであり、酸化膜に対して優れた接着性と接着強度とを有する接着剤及びこれを用いた接続構造体を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係る接着剤は、脂環式エポキシ化合物又は水素添加エポキシ化合物と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂と、半田粒子とを含有し、アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含むことを特徴とする。
また、本発明に係る接続構造体は、表面が酸化物とされた配線パターンを有する基板と、前記配線パターンの電極上に形成された異方性導電膜と、異方性導電膜上に実装された電子部品とを備え、異方性導電膜が、脂環式エポキシ化合物又は水素添加エポキシ化合物と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂と、導電性粒子と、半田粒子とを含有し、前記アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含む異方性導電接着剤の硬化物であることを特徴とする。
本発明によれば、アクリル酸と、ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含むアクリル樹脂を配合することにより、酸化膜に対して硬化物全体で接着することができ、優れた接着力を得るとともに、半田粒子により接着強度を十分に確保することができる。
エポキシ化合物を海、及びアクリル樹脂を島としたときの海島モデルを示す断面図である。 導電粒子と半田粒子を説明する断面図である。 発光装置の一例を示す断面図である。 ９０度剥離強度試験の概要を示す断面図である。 ＬＥＤ実装サンプルの作製工程を説明するための図である。 ダイシェア強度試験の概要を示す断面図である。 曲げ試験を説明するための図である。 曲げ試験を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態（以下、本実施の形態と称する。）について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
１．接着剤
２．接続構造体
３．実施例
＜１．接着剤＞
本発明が適用された接着剤は、脂環式エポキシ化合物又は水素添加エポキシ化合物と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂と、半田粒子とを含有し、アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを含むものである。
図１は、接着剤と酸化膜との界面において、エポキシ化合物を海、アクリル樹脂を島としたときの海島モデルを示す断面図である。この海島モデルは、エポキシ化合物の海１２に分散したアクリル樹脂の島１３が、配線１１の酸化膜１１ａ上に接した状態を示す硬化物モデルである。
この硬化物モデルにおいて、アクリル樹脂中のアクリル酸は、エポキシ化合物と反応し、アクリル樹脂の島１３とエポキシ化合物の海１２との繋がりを生じさせるとともに、酸化膜１１ａの表面を荒らしてエポキシ化合物の海１２とのアンカー効果を強める。また、アクリル樹脂中のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルは、ヒドロキシル基の極性により配線１１に対して静電気的な接着力を得る。このように酸化膜１１ａに対してアクリル樹脂の島１３及びエポキシ化合物の海１２の硬化物全体で接着することにより、優れた接着力を得ることができる。
次に、半田粒子について説明する。具体的に、接着剤が、ＬＥＤ素子と、表面が酸化物とされた配線パターンを有するアルミニウム配線基板とを接着する例を用いて説明する。図２は、接着剤に含有する半田粒子の働きを説明する断面図である。
半田粒子１は、図２に示すように、上述の構成の樹脂バインダー３に、後述する導電性粒子２とともに添加される。半田粒子１は、導電性粒子２とともにＬＥＤ素子の電極１０とアルミ配線基板の配線１１との間に分散配置され、圧着工程において融解され融解半田１ａとなる。
ここで、ＬＥＤ素子の電極１０は、Ａｕ又はＡｕ−Ｓｎで構成されている。半田粒子１は、融点以上まで加熱されると融解し、凝固点以下まで冷却されると略柱状に凝固し、一方の端面１ｂが電極１０と金属結合する。一方、半田粒子１は、配線１１とは金属結合できない。これは、配線１１上に酸化アルミによる酸化膜１１ａが存在するためであり、一般的な圧着工程では、融解半田１ａとアルミ配線基板の配線１１とは金属結合はできない。従って、融解半田１ａがＬＥＤ素子の電極１０と、配線１１との間で電気導通に寄与することはない。
しかし、融解半田１ａは、端面１ｂにおいて電極１０と金属結合をするため、電極１０と融解半田１ａとは一つの構造体を形成することとなる。この結果、ＬＥＤ素子と接着剤の間で接着力が高まる。具体的には、融解粒子１ａが存在しない場合、ＬＥＤ素子の電極１０と接着剤は２次元的な面で接触するのみであるが、ＬＥＤ素子の電極１０と融解半田１ａとによる構造体が３次元的な構造を有するため、結果的に電極１０と接着剤との間で接着面積が増えることとなる。つまり、融解半田１ａが電極１０の一部と金属結合することにより接着剤に対して杭（アンカー）として機能するため、電極１０と接着剤の間で接着強度を向上することができる。
半田粒子１は、例えばＪＩＳ Ｚ ３２８２−１９９９に規定されている、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ａｇ系などから、電極材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。また、半田粒子１の形状は、粒状、燐片状などから適宜選択することができる。
なお、半田粒子１の平均粒径（Ｄ５０）は、３μｍ以上、３０μｍ未満とすることが好ましく、半田粒子１の添加量は、５０質量部以上、１５０質量部未満とすることが好ましい。添加量が少なすぎると、上述のようなアンカー効果が期待できず、また、添加量を増やしすぎると、樹脂バインダー３が相対的に少なくなり、接着剤としての接着力が低下してしまうためである。
また、半田粒子１の融点は、実装温度以下のものを用いることが好ましい。このような融点の半田粒子１を用いると、実装（圧着工程）における加熱により半田粒子１を融解できるため、半田粒子１を融解するためだけの加熱工程を追加する必要がなくなる。すなわち、接着剤を硬化させるとともに半田粒子１ａを融解することができる。また、融解半田１ａを形成するためにＬＥＤ素子や基板に過度な加熱ストレスを与えないためである。例えば、アルミ配線を用いた樹脂基板にＬＥＤ素子を接着する場合では、樹脂基板の耐熱性を考慮して、１８０℃にて実装するため、この場合には、１８０℃以下であることが好ましい。
次に、脂環式エポキシ化合物としては、分子内に２つ以上のエポキシ基を有するものが好ましく挙げられる。これらは液状であっても、固体状であってもよい。具体的には、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、グリシジルヘキサヒドロビスフェノールＡ等を挙げることができる。これらの中でも、硬化物にＬＥＤ素子の実装等に適した光透過性を確保でき、速硬化性にも優れている点から、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートが好ましく使用される。
水素添加エポキシ化合物としては、先述の脂環式エポキシ化合物の水素添加物や、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型等の公知の水素添加エポキシ化合物を使用することができる。
脂環式エポキシ化合物や水素添加エポキシ化合物は、単独で使用してもよいが、２種以上を併用することができる。また、これらのエポキシ化合物に加えて本発明の効果を損なわない限り、他のエポキシ化合物を併用してもよい。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、テトラメチルビスフェノールＡ、ジアリールビスフェノールＡ、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、クレゾール、テトラブロモビスフェノールＡ、トリヒドロキシビフェニル、ベンゾフェノン、ビスレゾルシノール、ビスフェノールヘキサフルオロアセトン、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＦ、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、ビキシレノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどの多価フェノールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテル； グリセリン、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、チレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどの脂肪族多価アルコールとエピクロルヒドリンとを反応させて得られるポリグリシジルエーテル； ｐ−オキシ安息香酸、β−オキシナフトエ酸のようなヒドロキシカルボン酸とエピクロルヒドリンとを反応させて得られるグリシジルエーテルエステル； フタル酸、メチルフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラハイドロフタル酸、エンドメチレンテトラハイドロフタル酸、エンドメチレンヘキサハイドロフタル酸、トリメリット酸、重合脂肪酸のようなポリカルボン酸から得られるポリグリシジルエステル； アミノフェノール、アミノアルキルフェノールから得られるグリシジルアミノグリシジルエーテル； アミノ安息香酸から得られるグリシジルアミノグリシジルエステル； アニリン、トルイジン、トリブロムアニリン、キシリレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、 ビスアミノメチルシクロヘキサン、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホンなどから得られるグリシジルアミン； エポキシ化ポリオレフィン等の公知のエポキシ樹脂類が挙げられる。
カチオン触媒としては、例えば、アルミニウムキレート系潜在性硬化剤、イミダゾール系潜在性硬化剤、スルホニウム系潜在性硬化剤などの潜在性カチオン硬化剤を挙げることができる。これらの中でも、速硬化性に優れるアルミニウムキレート系潜在性硬化剤が好ましく使用される。
カチオン触媒の含有量は、少なすぎると反応性が無くなり、多すぎると接着剤の製品ライフが低下する傾向があるため、エポキシ化合物１００重量部に対し、好ましくは０．１〜３０質量部、より好ましくは０．５〜２０質量部である。
アクリル樹脂は、重量平均分子量が５００００〜９０００００である。図１に示す硬化物モデルにおいて、アクリル樹脂の重量平均分子量は、アクリル樹脂の島１３の大きさに相関を示し、アクリル樹脂の重量平均分子量が５００００〜９０００００であることにより、適度な大きさのアクリル樹脂の島１３を酸化膜１１ａに接触させることが可能となる。アクリル樹脂の重量平均分子量が５００００未満の場合、アクリル樹脂の島１３と酸化膜１１ａの接触面積が小さくなり、接着力向上の効果が得られない。また、アクリル樹脂の重量平均分子量が９０００００超の場合、アクリル樹脂の島１３が大きくなり、酸化膜１１ａに対してアクリル樹脂の島１３及びエポキシ化合物の海１２の硬化物全体で接着している状態とはいえず、接着力が低下する。
また、アクリル樹脂は、アクリル酸を０．５〜１０ｗｔ％含み、より好ましくは１〜５ｗｔ％含む。アクリル樹脂中にアクリル酸が０．５〜１０ｗｔ％含まれることにより、エポキシ化合物との反応によりアクリル樹脂の島１３とエポキシ化合物の海１２との繋がりが生じるとともに、酸化膜１１ａの表面が荒れてエポキシ化合物の海１２とのアンカー効果が強まる。
また、アクリル樹脂は、ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルを０．５〜１０ｗｔ％含み、より好ましくは１〜５ｗｔ％含む。アクリル樹脂中にヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルが０．５〜１０ｗｔ％含まれることにより、ヒドロキシル基の極性により配線１１に対して静電気的な接着力が得られる。
ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとしては、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル等を挙げることができる。これらの中でも、酸化膜に対する接着性に優れるメタクリル酸２−ヒドロキシエチルが好ましく使用される。
また、アクリル樹脂は、アクリル酸及びヒドロキシル基を有するアクリル酸エステル以外に、ヒドロキシ基を有さないアクリル酸エステルを含む。ヒドロキシ基を有さないアクリル酸エステルとしては、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ニトリル等を挙げることができる。
また、アクリル樹脂の含有量は、エポキシ化合物１００質量部に対して１〜１０質量部であることが好ましく、１〜５質量部であることがより好ましい。アクリル樹脂の含有量がエポキシ化合物１００質量部に対して１〜１０質量部であることにより、アクリル樹脂１２の島が、エポキシ樹脂１３の海に良好な密度で分散した硬化物を得ることが可能となる。
また、本発明が適用された接着剤は、他の成分として、無機材料との界面における接着性を向上させるため、シランカップリング剤をさらに含有してもよい。シランカップリング剤としては、エポキシ系、メタクリロキシ系、アミノ系、ビニル系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、２種類以上を込み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく用いられる。
また、接着剤は、流動性を制御し、粒子捕捉率を向上させるため、無機フィラーを含有してもよい。無機フィラーとしては、特に限定されないが、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を用いることができる。このような無機フィラーは、接着剤によって接続される接続構造体の応力を緩和させる目的によって適宜用いることができる。また、熱可塑性樹脂、ゴム成分等の柔軟剤等を配合してもよい。
このような接着剤によれば、アルミニウム等の難接着金属に対し、高い接着力を得ることができる。
また、接着剤は、導電性粒子を含有する異方性導電接着剤であってもよい。導電性粒子としては、公知の導電性粒子を用いることができる。例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金等の各種金属や金属合金の粒子、金属酸化物、カーボン、グラファイト、ガラス、セラミック、プラスチック等の粒子の表面に金属をコートしたもの、これらの粒子の表面に更に絶縁薄膜をコートしたもの等が挙げられる。樹脂粒子の表面に金属をコートしたものである場合、樹脂粒子としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を用いることができる。
導電性粒子の平均粒径としては、通常１〜１０μｍ、より好ましくは２〜６μｍである。また、接着剤成分中の導電性粒子の平均粒子密度は、接続信頼性及び絶縁信頼性の観点から、好ましくは１０００〜１０００００個／ｍｍ2、より好ましくは３００００〜８００００個／ｍｍ2である。ここで、導電性粒子の含有量は、１〜２０質量部とすることが好ましい。
このような異方性導電接着剤によれば、酸化膜を有するアルミニウム配線やＩＴＯ配線に対し、優れた接続信頼性を得ることができる。
＜２．接続構造体＞
次に、本発明を適用した接続構造体について説明する。図３は、接続構造体の一例としてＬＥＤ素子を示す断面図である。接続構造体は、配線パターン２２を有する基板２１と、配線パターン２２の電極上に形成された異方性導電膜３０と、異方性導電膜３０上に実装された発光素子２３とを備え、異方性導電膜３０が、前述した異方性導電接着剤の硬化物からなる。この発光装置は、基板２１上の配線パターン２２と、発光素子２３としてＬＥＤ素子のｎ電極２４とｐ電極２５とのそれぞれに形成された接続用のバンプ２６との間に、前述の異方性導電接着剤を塗布し、基板２１と発光素子２３とをフリップチップ実装することにより得られる。
なお、ここで説明したバンプ２６は、ＡｕやＡｕ−Ｓｎの合金メッキを施したものを用いている。従って、バンプ２６は、図２において説明した電極１０に相当し、半田粒子１ｂは、バンプ２６との間で金属結合することとなる。
本実施の形態では、前述した異方性導電接着剤を用いることにより、アルミニウムからなる配線パターンを有する基板を好適に用いることができる。これにより、ＬＥＤ製品の低コスト化を図ることができる。
また、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる配線パターンを有する透明基板を好適に用いることができる。これにより、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）基材上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）配線が形成された透明樹脂基板にＬＥＤ素子を実装することができる。
なお、必要に応じて、ＬＥＤ素子２３の全体を覆うように透明モールド樹脂で封止してもよい。また、ＬＥＤ素子２３に光反射層を設けてもよい。また、発光素子としては、ＬＥＤ素子の他、本発明の効果を損なわない範囲で公知の発光素子を使用することができる。
＜３．実施例＞
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、各種の異方性導電接着剤を作製し、これら異方性導電接着剤を用いて基板上にＬＥＤ素子を搭載させてＬＥＤ実装サンプルを作製し、接着強度、及び導通抵抗について評価した。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
［ピール強度の測定］
異方性導電接着剤をセラミックからなる白色板上に厚さ１００μｍとなるように塗布し、１．５ｍｍ×１０ｍｍのアルミ片を１８０℃−１．５Ｎ−３０ｓｅｃの条件で熱圧着し、接合体を作製した。
図４に示すように、テンシロンを用いて、接合体のアルミ片を引っ張り速度５０ｍｍ／ｓｅｃで９０°Ｙ軸方向に引き剥がし、その引き剥がしに要したピール強度の最大値を測定した。
［ＬＥＤ実装サンプルの作製］
図５に示すように、ＬＥＤ実装サンプルを作製した。５０μｍピッチの配線基板（５０μｍＡｌ配線−２５μｍＰＩ（ポリイミド）層−５０μｍＡｌ土台）５１をステージ上に複数配列し、各配線基板５１上に異方性導電接着剤５０を約１０μｇ塗布した。異方性導電接着剤５０上に、Ｃｒｅｅ社製ＬＥＤチップ（商品名：ＤＡ３５４７、最大定格：１５０ｍＡ、サイズ：０．３５ｍｍ×０．４６ｍｍ）５２を搭載し、熱加圧ツール５３を用いてフリップチップ実装し、ＬＥＤ実装サンプルを得た。
［ダイシェア強度の測定］
図６に示すように、ダイシェアテスターを用いて、ツール５４のせん断速度２０μｍ／ｓｅｃ、２５℃の条件で各ＬＥＤ実装サンプルの接合強度を測定した。
［曲げ試験前の導通抵抗の評価］
各ＬＥＤ実装サンプルの初期、冷熱サイクル試験（ＴＣＴ）後の導通抵抗を測定した。冷熱サイクル試験は、ＬＥＤ実装サンプルを、−４０℃及び１００℃の雰囲気に各３０分間曝し、これを１サイクルとする冷熱サイクルを１０００サイクル行い導通抵抗を測定した。導通抵抗の評価は、Ｉｆ＝５０ｍＡ時のＶｆ値を測定し、試験成績表のＶｆ値からのＶｆ値の上昇分が５％未満である場合を「○」とし、５％以上である場合を「×」とした。
［曲げ試験後の導通抵抗値の評価］
図７及び図８に示すように、円筒形の試験ローラー５５の側面に各ＬＥＤ実装サンプルを押し付けて湾曲させる試験を行った後に導通抵抗を測定した。具体的に、ＬＥＤチップ５２は、略長方形とされているため、図７に示すように、ＬＥＤチップ５２の長手方向（Ｘ軸方向）に配線基板５１を巻き付ける試験と、図８に示すように、ＬＥＤチップ５２の短手方向（Ｙ軸方向）に配線基板５１を巻き付ける試験をそれぞれ１回ずつ行った。
また、試験ローラー５５は、その径（Ｒ）が小さくなるほどに、各ＬＥＤ実装サンプルに対する曲げ応力が強く働くため、複数の径のものを用いてそれぞれ試験を行った。具体的に、試験ローラー５５は、直径２０ｍｍ（Ｒ＝１０ｍｍ）、直径１０ｍｍ（Ｒ＝５ｍｍ）及び直径６ｍｍ（Ｒ＝３ｍｍ）のものを用いて曲げ試験を行い、それぞれについて導通抵抗を測定した。導通抵抗の評価は、Ｉｆ＝５０ｍＡ時のＶｆ値を測定し、試験成績表のＶｆ値からのＶｆ値の上昇分が５％未満である場合を「○」とし、５％以上である場合を「×」とした。
ここで、異方性導電接着剤の配線基板に対する接着力が弱い場合に曲げ試験後に導通特性が失われる、即ち導通抵抗値が上昇することになる。これは、接着力が弱い場合に、曲げ試験によって電極と配線の間での部材間距離が開き、導電性粒子の接触が失われることがあるためである。
［総合評価］
初期及び冷熱サイクル試験後導通抵抗値がすべて「〇」であり、ピール強度が２．０Ｎ以上、ダイシェア強度が５．０Ｎ以上、及び曲げ試験後の導通性評価がすべて「〇」であるものを「ＯＫ」と評価し、それ以外を「ＮＧ」と評価した。
［実施例１］
バインダーＡとして脂環式エポキシ化合物（品名：セロキサイド２０２１Ｐ、ダイセル化学社製）１００質量部、潜在性カチオン硬化剤（アルミニウムキレート系潜在性硬化剤）５質量部、アクリル樹脂（アクリル酸ブチル（ＢＡ）：１５％、アクリル酸エチル（ＥＡ）：６３％、アクリル酸ニトリル（ＡＮ）：２０％、アクリル酸（ＡＡ）：１ｗ％、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）：１ｗｔ％、重量平均分子量Ｍｗ：７０万）３質量部で構成された接着剤中に、半田融点１５０℃の半田粒子３０質量部及び導電性粒子（品名：ＡＵＬ７０４、積水化学工業社製）１０質量部を分散させ、異方性導電接着剤を作製した。また、ＬＥＤ実装サンプルの作製における硬化条件は、１８０℃−１．５Ｎ−３０ｓｅｃとした。
なお、半田粒子の平均粒子径は、５μｍ、７μｍ、１０μｍ、１２μｍ、２５μｍのものを実施例毎に用いた。上記範囲における粒子径では優位な差異は見いだせなかったため、粒子径毎の試験結果は割愛するが、少なくとも上記範囲の粒子径のものを用いることで本願実施例の結果を得ることができる。以下の実施例及び半田粒子を配合した比較例においても同様とする。
表１に、実施例１の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は○、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが〇、直径６ｍｍが〇であった。よって、総合評価はＯＫであった。
［実施例２］
半田粒子の融点を１５０℃、配合を８０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、実施例２の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は○、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが〇、直径６ｍｍが〇であった。よって、総合評価はＯＫであった。
［実施例３］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を３０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、実施例３の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は○、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが〇、直径６ｍｍが〇であった。よって、総合評価はＯＫであった。
［実施例４］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を８０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、実施例４の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は○、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが〇、直径６ｍｍが〇であった。よって、総合評価はＯＫであった。
［比較例１］
半田粒子を配合しなかった以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、比較例１の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は○、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例２］
半田粒子の融点を１５０℃、配合を１６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、比較例２の各評価結果を示す。初期のピール強度は１．２Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は２．０Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例３］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を１６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、比較例３の各評価結果を示す。初期のピール強度は１．２Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は２．０Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例４］
半田粒子の融点を２００℃、配合を３０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、比較例４の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例５］
半田粒子の融点を２００℃、配合を８０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、比較例５の各評価結果を示す。初期のピール強度は４．０Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は８．５Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例６］
半田粒子の融点を２００℃、配合を１６０質量部とした以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表１に、比較例６の各評価結果を示す。初期のピール強度は１．２Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は２．０Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は〇、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例７］
バインダーＢとして、脂環式エポキシ化合物（品名：セロキサイド２０２１Ｐ、ダイセル化学社製）５０質量部、酸無水物硬化剤（メチルヘキサヒドロフタル酸無水物）４０質量部、アクリル樹脂（ＢＡ：１５％、ＥＡ：６３％、ＡＮ：２０％、ＡＡ：１ｗ％、ＨＥＭＡ：１ｗｔ％、Ｍｗ：２０万）３質量部で構成された接着剤中に、導電性粒子（品名：ＡＵＬ７０４、積水化学工業社製）１０質量部を分散させ、異方性導電接着剤を作製した。半田粒子の添加はしていない。また、ＬＥＤ実装サンプルの作製における硬化条件は、２３０℃−１．５Ｎ−３０ｓｅｃとした。
表２に、比較例７の各評価結果を示す。初期のピール強度は０．５Ｎ未満であった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は３．８Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例８］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を８０質量部として接着剤中に添加した以外は、比較例７と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表２に、比較例８の各評価結果を示す。初期のピール強度は０．５Ｎ未満であった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は３．８Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例９］
バインダーＣとして、脂環式エポキシ化合物の代わりに、シクロオレフィン１００質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。半田粒子の添加はしていない。また、ＬＥＤ実装サンプルの作製における硬化条件は、１８０℃−１．５Ｎ−２４０ｓｅｃとした。
表２に、比較例９の各評価結果を示す。初期のピール強度は１．４Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は７．２Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例１０］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を８０質量部として接着剤中に添加した以外は、比較例９と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表２に、比較例１０の各評価結果を示す。初期のピール強度は１．４Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は７．２Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが×、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例１１］
バインダーＤとして、脂環式エポキシ化合物の代わりにビスフェノールＦ型エポキシ化合物を用い、潜在性カチオン硬化剤の代わりにアニオン硬化剤（アミン系硬化剤）を用い、アクリル樹脂を配合しなかった以外は、実施例１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。半田粒子の添加はしていない。また、ＬＥＤ実装サンプルの作製における硬化条件は、１５０℃−１．５Ｎ−３０ｓｅｃとした。
表２に、比較例１１の各評価結果を示す。初期のピール強度は２．５Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は７．１Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
［比較例１２］
半田粒子の融点を１７０℃、配合を８０質量部として接着剤中に添加した以外は、比較例１１と同様にして、異方性導電接着剤を作製した。
表２に、比較例１２の各評価結果を示す。初期のピール強度は２．５Ｎであった。また、ＬＥＤ実装サンプルの初期のダイシェア強度は７．１Ｎであった。また、曲げ試験前のＬＥＤ実装サンプルの初期の導通性評価は○、冷熱サイクル試験１０００サイクル後の導通性評価は×、曲げ試験後の導通評価は試験ローラーの直径２０ｍｍが〇、直径１０ｍｍが×、直径６ｍｍが×であった。よって、総合評価はＮＧであった。
Figure 0006419457
Figure 0006419457
比較例１は、半田粒子を配合しなかったため、融解半田が形成されずアンカー効果を得ることができなかったため、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、直径１０ｍｍ以下の試験ローラーを用いた曲げ試験後において、導通信頼性が低くなってしまった。
また、比較例２、３は、半田粒子を多く配合してしまったため、融解半田は形成されたものの、アルミ配線基板と異方性導電接着剤との間で接着力を低下させてしまい、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、曲げ試験後において導通信頼性が低くなってしまった。
また、比較例４，５，６は、半田粒子の融点が２００℃とされているため、圧着工程において十分に半田が融解せず、融解半田による金属結合が生じず、異方性導電接着剤とＬＥＤ素子との間で接着力が低下し、ＴＣＴ試験後及び曲げ試験後において導通信頼性が低くなってしまった。
また、比較例７，８では、バインダーＢとして、硬化剤として酸無水物を用いているため、半田粒子の有無によらずＴＣＴ試験後及び曲げ試験後において導通信頼性が低くなってしまった。これにより、バインダーＡと半田粒子の組み合わせによる効果があることが分かった。
また、比較例９，１０では、バインダーＣとして、主剤としてシクロオレフィンを用いているため、半田粒子の有無によらずＴＣＴ試験後及び曲げ試験後において導通信頼性が低くなってしまった。これにより、バインダーＡと半田粒子の組み合わせによる効果があることが分かった。
また、比較例１１、１２では、バインダーＤとして、アミン系硬化剤の極性効果によりアルミニウムに接着力を有するものの、曲げ試験では直径１０ｍｍ以下の絵試験ローラーまで導通評価に耐えられず、導通信頼性が低かった。これにより、バインダーＡと半田粒子の組み合わせによる効果があることが分かった。
一方、実施例１〜４は、脂環式エポキシ化合物と、潜在性カチオン硬化剤と、アクリル酸（ＡＡ）とメタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）を有するアクリル樹脂とを配合しているため、光学用途の特性を有し、さらに、酸化膜を有するアルミニウム配線に対し、高い接着力及び優れた導通信頼性を得ることができ、また、半田粒子の融点が実装温度以下とされているため、圧着工程において半田粒子が融解し融解半田がＬＥＤ素子の電極と金属結合し、ＴＣＴ試験後及び曲げ試験後においても高い接着力及び優れた導通信頼性を得ることができた。
１ 半田粒子、１ａ 融解半田、１ｂ 端面（金属結合面）、２ 導電性粒子、３ 樹脂バインダー、１０電極、１１ 配線、１１ａ 酸化膜、１２ エポキシ化合物の海、１３ アクリル樹脂の島、２１ 基板、２２ 配線パターン、２３ 発光素子、２４ ｎ電極、２５ ｐ電極、２６ バンプ、３０ 異方性導電膜、５０ 異方性導電接着剤、５１ 配線基板、５２ ＬＥＤチップ、５３ 加熱ツール、５４ ツール、５５ 試験ローラー

Claims (7)

  1. 脂環式エポキシ化合物又は芳香族エポキシ化合物の芳香環を水素化した水素添加エポキシ化合物を含むエポキシ樹脂と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂と、融点が１８０℃以下の半田粒子とを含有し、
    前記アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを重合させてなり、
    前記アクリル樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して１〜１０質量部であり、
    前記半田粒子の含有量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して３０質量部以上、１５０質量部未満である接着剤。
  2. 前記半田粒子は、平均粒径が３μｍ以上、３０μｍ未満である請求項１記載の接着剤。
  3. 前記ヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルが、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピルからなる群から選択される１種以上である請求項１又は２に記載の接着剤。
  4. 前記アクリル樹脂が、前記０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、前記０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルと、アクリル酸ブチルと、アクリル酸エチルと、アクリル酸ニトリルとを重合させてなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接着剤。
  5. 前記カチオン触媒が、アルミニウムキレート系潜在性硬化剤である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接着剤。
  6. 導電性粒子をさらに含有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接着剤。
  7. 酸化物が表面に形成された配線パターンを有する基板と、
    前記配線パターンの電極上に形成された異方性導電膜と、
    前記異方性導電膜上に実装された電子部品とを備え、
    前記異方性導電膜が、脂環式エポキシ化合物又は芳香族エポキシ化合物の芳香環を水素化した水素添加エポキシ化合物を含むエポキシ樹脂と、カチオン触媒と、重量平均分子量が５００００〜９０００００のアクリル樹脂と、導電性粒子と、融点が１８０℃以下の半田粒子とを含有する異方性導電接着剤の硬化物であり、前記アクリル樹脂が、０．５〜１０ｗｔ％のアクリル酸と、０．５〜１０ｗｔ％のヒドロキシル基を有するアクリル酸エステルとを重合させてなり、前記アクリル樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して１〜１０質量部であり、前記半田粒子の含有量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して３０質量部以上、１５０質量部未満である接続構造体。
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