JP7274815B2 - 異方性導電フィルム - Google Patents
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Description
平面視で、第1の押し込み工程で導電粒子を押し込んだ領域の一部となる領域、又は第1の押し込み工程で導電粒子を押し込んだ領域全体を含む領域、又は第1の押し込み工程で導電粒子を押し込んだ領域と部分的に重複する領域に導電粒子を付着させ、その導電粒子を絶縁性樹脂層に押し込む第2の押し込み工程と、
を有する異方性導電フィルムの製造方法であって、
少なくとも導電粒子の個数密度、粒子径及び硬度の少なくとも一つが異なる複数の領域を形成する異方性導電フィルムの製造方法である。
異方性導電フィルムとして、導電粒子が規則的に配列した領域、及び導電粒子の個数密度、粒子径及び硬度の少なくとも一つが異なる複数の領域の、少なくとも一方を有する異方性導電フィルムを使用する接続構造体の製造方法である。
(全体構成)
図1は、本発明の接続構造体の態様のうち第1の接続構造体40Aの模式的平面図である。この接続構造体40Aでは、第1の端子パターンを有する第1電子部品31と、第1の端子パターンと端子の大きさ及びピッチが異なる第2の端子パターンを有する第2電子部品32とが、第1の端子パターンと第2の端子パターンのそれぞれに対応する端子パターンを有する第3電子部品33と異方性導電フィルム10Aにより異方性導電接続されている。本実施例では、第1電子部品31として、例えば、ICチップ、ICモジュールなどの電子部品が接続されており、第2電子部品32としてFPC等の電子部品が接続されている。また、これらが接続される第3電子部品33として、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が使用されている。なお、本発明において、第1電子部品、第2電子部品及び第3電子部品の種類は特に限定されない。第1電子部品及び第2電子部品として、複数のICチップ、ICモジュールなどが接続されていてもよい。
本発明の第1の接続構造体40Aの製造に使用する異方性導電フィルム10Aでは絶縁性樹脂層2に導電粒子1が規則的に配列している。そのため、この異方性導電フィルム10Aを使用して第1電子部品31と第2電子部品32を異方性導電接続した後の第1の接続構造体40Aも、少なくとも第1電子部品31も第2電子部品32も接続されていない部分に導電粒子が規則的に配列している領域を有する。
第1の接続構造体40Aの製造に使用する異方性導電フィルム10Aに関し、導電粒子の規則的な配列としては、正方格子、六方格子、斜方格子、長方格子等をあげることができる。また、このような格子配列を形成する一部の導電粒子を意図的に除いたものも、格子配列に包含される。この導電粒子の除き方は、フィルムの長手方向に規則性があれば特に制限はない。また、導電粒子全体の粒子配置として、導電粒子1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。導電粒子を規則的な配列とし、導電粒子のピッチや配列方向を制御することにより、第1電子部品と第2電子部品の双方を第3電子部品に接続するために必要な導電粒子の個数密度を最適化しやすくなる。従来、第1電子部品と第2電子部品の双方を第3電子部品に接続する異方性導電フィルムでは、導電粒子がランダムに配置されていたため、異方性導電フィルムにおける導電粒子の個数密度を、第1電子部品の接続に適した個数密度と、第2電子部品の接続に適した個数密度のうち、個数密度の高い方に合わせることがなされており、そのために導電粒子が無駄に多く使用されていたが、本発明の第1の接続構造体40Aでは、上述のように異方性導電フィルムにおける導電粒子が規則的な配列をしていることにより、導電粒子の個数密度の最適化を図りやすいので、導電粒子の無駄を低減することができる。
異方性導電フィルム10Aにおける導電粒子の個数密度を定めるのに際し、導電粒子の個数密度と、導電粒子1個の平面視面積の平均から次式で算出される面積占有率は、異方性導電フィルムを電子部品に熱圧着するための押圧治具に必要とされる推力の指標となる。
=[平面視における導電粒子の個数密度(個/mm2)]×[導電粒子1個の平面視面積の平均(mm2/個)]×100
導電粒子の粒子径は、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3μm以上9μm以下である。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る。また、絶縁性樹脂層に分散させた後の導電粒子の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。画像型でもレーザー型であってもよい。画像型の測定装置としては、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)を挙げることができる。導電粒子の平均粒子径Dを測定するサンプル数(導電粒子数)は1000個以上が好ましい。異方性導電フィルムにおける導電粒子の平均粒子径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、導電粒子の平均粒子径Dを測定するサンプル数(導電粒子数)を200個以上とすることが望ましい。
第1の接続構造体40Aの製造に使用する異方性導電フィルム10Aにおいて、導電粒子1は、フィルムの平面視にて互いに接触することなく存在していることが好ましい。そのため、導電粒子全体に対し、導電粒子1同士が互いに非接触で存在する個数割合は95%以上、好ましくは98%以上、より好ましくは99.5%以上である。後述するように、転写型を使用して導電粒子1を規則的に配置させると、導電粒子1同士が互いに非接触で存在する割合を容易に制御することができるので好ましい。導電粒子1が平面視で重なりあっている場合、それぞれを個別にカウントする。
第1の接続構造体40Aの製造に使用する異方性導電フィルム10Aにおいて、導電粒子1が互いに接触することなく存在する場合に、そのフィルム厚方向の位置が揃っていることが好ましい。例えば、図7に示したように、導電粒子1のフィルム厚方向の埋込量Lbを揃えることができる。これにより、第1電子部品31の端子と第3電子部品33の端子の間においても、第2電子部品32の端子と第3電子部品33の端子の間においても、導電粒子の捕捉性が安定し易い。なお、異方性導電フィルム10Aにおいて、導電粒子1は、絶縁性樹脂層2から露出していても、完全に埋め込まれていてもよい。
導電粒子1の平均粒子径Dに対する埋込量Lbの割合を埋込率(Lb/D)とした場合に、埋込率は30%以上105%以下が好ましい。埋込率(Lb/D)を30%以上60%未満とすると、導電粒子を保持する比較的高粘度の樹脂から導電粒子が露出している比率が高くなることから、より低圧実装が容易になる。60%以上とすると、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し易くなる。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。尚、導電粒子1は絶縁性樹脂層2を貫通していてもよく、その場合の埋込率(Lb/D)は100%となる。
・絶縁性樹脂層の粘度
第1の接続構造体40Aの製造に使用する異方性導電フィルム10Aにおいて、絶縁性樹脂層2の最低溶融粘度は、特に制限はなく、異方性導電フィルムの使用対象や、異方性導電フィルムの製造方法等に応じて適宜定めることができる。例えば、後述の凹み2b(図8)、2c(図9)を形成できる限り、異方性導電フィルムの製造方法によっては1000Pa・s程度とすることもできる。一方、異方性導電フィルムの製造方法として、導電粒子を絶縁性樹脂層の表面に所定の配置で保持させ、その導電粒子を絶縁性樹脂層に押し込む方法を行うとき、絶縁性樹脂層がフィルム形成を可能とする点から絶縁性樹脂層の最低溶融粘度を1100Pa・s以上とすることが好ましい。
図8、図9に示すような異方性導電フィルムの 「凹み」2b、2cは、「傾斜」もしくは「起伏」という観点から説明することもできる。以下に、図面(図13~20)を参照しながら説明する。
「傾斜」もしくは「起伏」という観点を考慮した場合の絶縁性樹脂層2の厚さ方向における導電粒子1の位置は、前述と同様に、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、導電粒子の平均粒子径Dとの比(Lb/D)(埋込率)が30%以上105%以下であることが好ましい。
埋込率(Lb/D)30%以上60%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13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30%以上60%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。
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13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。
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14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13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が導電粒子の平均粒子径Dよりも小さいもの、図15A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傾斜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と導電粒子の平均粒子径Dとが略等しいもの、図16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。
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17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の直上の絶縁性樹脂層2の表面に接平面2pに対する起伏2c(図18)があるものをあげることができる。
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。
第1の接続構造体40Aの製造に使用する異方性導電フィルム10Aにおいて、絶縁性樹脂層2の層厚は導電粒子1の平均粒子径Dや第1電子部品31、第2電子部品32、及び第3電子部品33の端子高さによって変動するため特に限定されないが、一例として、平均粒子径Dが10μm未満の場合は、絶縁性樹脂層2の層厚Laと導電粒子1の平均粒子径Dとの比(La/D)を0.3以上10以下とすることが好ましく、3以下とすることがより好ましく、1以下とすることがさらに好ましい。絶縁性樹脂層2における導電粒子1の配置の維持の点から、比(La/D)を0.4以上とすることがより好ましい。また、異方性導電接続時の過度な樹脂流動の抑制及び低圧実装の実現の点から1以下とすることがより好ましい。さらに、導電粒子1を絶縁性樹脂層2から露出させることを容易とし、低圧実装をより容易にする点からは、この比(La/D)を1未満とすることが好ましく、より好ましくは0.6未満、さらに好ましくは0.5以下である。尚、比(La/D)を3以下とする場合、絶縁性樹脂層2よりも最低溶融粘度の低い第2の絶縁性樹脂層4を設けることが好ましい場合がある。
異方性導電フィルム10Aにおいては、絶縁性樹脂層2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が積層されていてもよい(図10~図12)。この第2の絶縁性樹脂層4は、異方性導電接続時に電子部品のバンプ等の端子によって形成される空間を充填し、対向する電子部品同士の接着性を向上させることができる。即ち、異方性導電フィルムを用いた電子部品の低圧実装を可能とするため、及び異方性導電接続時の絶縁性樹脂層2の樹脂流動を抑制して導電粒子1の粒子捕捉性を向上させるため、絶縁性樹脂層2の粘度を高くすると共に、導電粒子1が位置ずれを起こさない範囲で絶縁性樹脂層2の厚さは薄くすることが望ましいが、絶縁性樹脂層2の厚さを過度に薄くすると、対向する電子部品同士を接着させる樹脂量の不足を招くことから接着性の低下が懸念される。これに対し、異方性導電接続時に絶縁性樹脂層2よりも粘度が低い第2の絶縁性樹脂層4を設けることにより、電子部品同士の接着性も向上させることができ、第2の絶縁性樹脂層4の流動性が高いことから端子による導電粒子の挟持や押し込みを阻害し難くすることができる。
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の絶縁性樹脂層が設けられていてもよい。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4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。
異方性導電フィルム10Aの製造方法としては、例えば、絶縁性樹脂層2の表面に導電粒子1を所定の規則的な配列で保持させ、その導電粒子1を平板又はローラで絶縁性樹脂層2に押し込む。
第1の接続構造体40Aの製造方法としては、異方性導電フィルム10A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3電子部品33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31を合わせ、熱圧着すると共に、FPC等の第2電子部品32を合わせ、熱圧着することにより製造することができる。この場合、第1電子部品31と第2電子部品32の側から加圧ツールで第1電子部品31と第2電子部品32を同時に圧着してもよく、これらを別々に加圧ツールで圧着してもよい。
(全体構成)
図4Aは、本発明の接続構造体の態様のうち第2の接続構造体40Bの模式的平面図であり、図4B、図4C、図4D、図4Eは、第2の接続構造体40Bの異方性導電フィルム部分の模式的断面図の例である。この第2の接続構造体40Bでも、第1の端子パターンを有する第1電子部品31と、第1の端子パターンと端子の大きさ及びピッチが異なる第2の端子パターンを有する第2電子部品32とが、第1の端子パターンと第2の端子パターンのそれぞれに対応する端子パターンを有する第3電子部品33と異方性導電フィルム10Bにより異方性導電接続されているが、この第2の接続構造体40Bでは、第2の接続構造体40Bの製造に使用する異方性導電フィルム10Bとして、導電粒子の個数密度、粒子径及び硬度の少なくとも一つが異なる複数の領域10p、10qを有するものが使用されている点が第1の接続構造体40Aと異なっている。これにより、第1電子部品31及び第2電子部品32のそれぞれに、第1の接続構造体40Aよりもさらに適合した接続を行うことが可能となり、無用な導電粒子をさらに低減することができる。
第2の接続構造体の製造に使用する異方性導電フィルム10Bのより具体的な構成としては、例えば、第1電子部品31と第3電子部品33とをCOG接続する場合、異方性導電フィルム10Bの領域10pでは導電粒子の個数密度を7000個/mm2以上35000個/mm2以下とし、又は導電粒子の粒子径を2μm以上9μm以下とし、又は、導電粒子の硬度として、20%圧縮弾性率(20%K値)を4000N/mm2以上28000N/mm2以下、好ましくは4000N/mm2以上20000N/mm2以下とする。一方、第2電子部品32と第3電子部品33とをFOG接続する場合、異方性導電フィルム10Bの領域10qでは導電粒子の個数密度を50個/mm2以上10000個/mm2以下とし、又は導電粒子の粒子径を2μm以上30μm以下とし、又は、導電粒子の硬度として、20%圧縮弾性率(20%K値)を2000N/mm2以上18000N/mm2以下とする。
20%圧縮弾性率(K)(N/mm2 )=(3/21/2)・F・S-3/2・R-1/2
により算出されるK値を使用することができる。
式中、
F:導電粒子が20%圧縮変形したときの荷重値(N)
S:導電粒子が20%圧縮変形したときの圧縮変位(mm)
R:導電粒子の半径(mm)
である。
(1)異方性導電フィルムの製造
表1に示した配合で、導電粒子分散層を形成する絶縁性樹脂層形成用樹脂組成物、及び第2の絶縁性樹脂層形成用樹脂組成物をそれぞれ調製した。絶縁性樹脂層の最低溶融粘度は3000Pa・s以上であり、この絶縁性樹脂層の最低溶融粘度と第2の絶縁性樹脂層の最低溶融粘度の比は2以上であった。
(1)で作製した実施例及び比較例の異方性導電フィルムを、以下の評価用接続物の作製に適用できるように十分な面積で裁断し、裁断した異方性導電フィルムの一部を以下に示す評価用ICとガラス基板との間に配置し、180℃、60MPa、5秒で加熱加圧して異方性導電接続し、次に、そのガラス基板に、同じ異方性導電フィルムの別の領域を使用して評価用FPCをツール幅1.5mm、200℃、5MPa、5秒で加熱加圧して接続することにより、1枚の異方性導電フィルムによって評価用ICと評価用FPCがガラス基板に異方性導電接続された評価用接続物を得た。
外形 1.8×30mm
厚み 0.5mm
バンプ仕様 サイズ30×85μm、バンプ間距離10μm、バンプ高さ15μm、端子個数820個
端子ピッチ 20μm
端子幅:端子間スペース=1:1
ポリイミドフィルム厚/銅箔厚(PI/Cu)=38/8、Sn plating
(COG側)
ガラス材質 コーニング社製1737F
電極 ITO配線
配線厚み 0.5mm
(FOG側)
電極 ITO配線
配線厚み 0.7mm
評価用接続物のCOG側接続部とFOG側接続部における導通抵抗を4端子法で測定した。実使用上2Ω以下が好ましい。
評価用接続物を温度85℃、湿度85%RHの恒温槽に500時間置き、その後のCOG側接続部とFOG側接続部の導通抵抗を、初期導通抵抗と同様に測定した。実使用上5Ω以下が好ましい。
評価用接続物のCOG側接続部とFOG側接続部のそれぞれの端子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。実使用上、B評価以上が好ましい。
A:10個以上
B:5個以上10個未満
C:3個以上5個未満
D:3個未満
評価用接続物のCOG側接続部とFOG側接続部のそれぞれについて以下の手法でそれぞれのショート数を計測し、端子数に対する計測したショート数の割合としてショート率を求め、次の基準で評価した。実使用上B評価以上が好ましい。
次のショート率の評価用ICを使用して上述と同様の接続条件でCOG側の評価用接続物を得、得られた評価用接続物のショート数を計測し、評価用ICの端子数に対する計測したショート数の割合としてショート率を求めた。
外形 15×13mm
厚み 0.5mm
バンプ仕様 サイズ25×140μm、バンプ間距離7.5μm、バンプ高さ15μm
(a)導通抵抗の試験の評価用接続物の作製に用いた評価用FPCと同じFPCをノンアルカリガラス基板(厚み0.7mm)に同様の接続条件で接続することによりFOG側の評価用接続物を得、得られた評価用接続物のショート数を計測し、計測されたショート数と評価用接続物のギャップ数からショート率を求めた。
A:50ppm未満
B:50ppm以上100ppm未満
C:100ppm以上200ppm未満
D:200ppm以上
2 絶縁性樹脂層
2b 凹み(傾斜)
2c 凹み(起伏)
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 異方性導電フィルム
10p、10q、10r、10s 異方性導電フィルムの領域
31 第1電子部品
32 第2電子部品
33 第3電子部品
40A 第1の接続構造体
40B 第2の接続構造体
D 導電粒子の平均粒子径
La 絶縁性樹脂層の層厚
Lb 隣接する導電粒子間の中央部における接平面と導電粒子最深部との距離
Lc 傾斜又は起伏における導電粒子の露出(直上)部分の径
Ld 導電粒子の周り又は直上の絶縁性樹脂層の傾斜又は起伏の最大径
Le 導電粒子の周りの絶縁性樹脂層における傾斜の最大深さ
Lf 導電粒子の直上の絶縁性樹脂層における起伏の最大深さ
Claims (7)
- 第1の端子パターンを有する第1電子部品と、第1の端子パターンと端子の大きさ及びピッチが異なる第2の端子パターンを有する第2電子部品とが、第1の端子パターンと第2の端子パターンのそれぞれに対応する端子パターンを有する第3電子部品と異方性導電フィルムにより異方性導電接続されている接続構造体において、
異方性導電フィルムが、導電粒子が規則的に配列した領域であって、導電粒子の個数密度が異なる複数の領域を有し、
前記異なる複数の領域が同一の樹脂から構成されており、
前記異なる複数の領域のうち、第1の端子パターンに対応する領域の導電粒子個数密度と、第2の端子パターンに対応する領域の導電粒子個数密度とは異なっており、
前記異なる複数の領域における導電粒子の個数密度差に関し、最大の個数密度の領域の個数密度に対する他の領域の個数密度が20%以上小さい接続構造体。 - 異方性導電フィルムが、導電粒子が規則的に配列し、かつ導電粒子の個数密度が35000個/mm2未満の領域を有する請求項1記載の接続構造体。
- 異方性導電フィルムが、導電粒子が規則的に配列し、かつ導電粒子の個数密度、粒子径及び硬度の少なくとも一つが異なる複数の領域を有する請求項1記載の接続構造体。
- 第1の端子パターンを有する第1電子部品と、第1の端子パターンと端子の大きさ及びピッチが異なる第2の端子パターンを有する第2電子部品とを、第1の端子パターンと第2の端子パターンのそれぞれに対応する端子パターンを有する第3電子部品と異方性導電フィルムにより異方性導電接続する接続構造体の製造方法であって、
異方性導電フィルムとして、導電粒子が規則的に配列した領域を有する領域であって、導電粒子の個数密度が異なる複数の領域を有し、前記異なる複数の領域が同一の樹脂から構成されており、前記異なる複数の領域のうち、第1の端子パターンに対応する領域の導電粒子個数密度と、第2の端子パターンに対応する領域の導電粒子個数密度とは異なっており、
前記異なる複数の領域における導電粒子の個数密度差に関し、最大の個数密度の領域の個数密度に対する他の領域の個数密度が20%以上小さい異方性導電フィルムを使用する接続構造体の製造方法。 - 第3電子部品上に異方性導電フィルムを介して載置された第1電子部品と第2電子部品を、該第1電子部品と第2電子部品の側から加圧ツールで圧着する請求項4記載の接続構造体の製造方法。
- 第1電子部品と第2電子部品を同時に圧着する請求項4記載の接続構造体の製造方法。
- 第1電子部品と第2電子部品とは異なる種類の部品である請求項1~3のいずれかに記載の接続構造体。
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