JPH0697573B2 - 回路の接続部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回路の接続に用いられる導電性の接続部材に関
する。

〔従来の技術〕

従来より集積回路類の配線基板への接続、表示素子類と
配線基板への接続、電気回路とリードとの接続などのよ
うに接続端子が細かいピッチで並んでいる場合の接続方
法として、ハンダ付や導電性接続剤による方法が広く用
いられている。

しかしながら、これらの方法においては導電回路部のみ
に限定して接続部材を形成しなければならないので、高
密度、高精細化の進む微細回路の接続に困難をきたして
いた。

最近回路接続用の接続部材について検討が加えられ、す
でに特開昭51−20941号公報、特開昭55−104007号公
報、特開昭56−122193号公報、特開昭51−21192号公報
等により提案されている。これらはいずれもその基本思
想は、相対峙する回路間に導電性材料を含む異方導電性
の接続部材層を設け、加圧または加熱加圧手段を構じる
ことによって、回路間の電気的接続と同時に隣接回路間
に絶縁性を付与し相対峙する回路を接着固定するもので
ある。

しかしながらこのような従来の方法においては、回路間
の導通は主として複数個の導電性材料、多くの場合には
金属粒子の接触によって得られるものであり、いま一歩
導通の信頼性が不足していた。

上記導通の信頼性向上の方法として、接着剤成分中に熱
溶融性金属粒子を充填し、回路接続時の加熱により金属
粒子を溶融させて接続する試みもある。

しかしながらこの方法においても、接続時の条件巾が狭
く温度・圧力・時間の厳密なコントロールが要求される
為、接続信頼性が充分に得られない欠点を有していた。

すなわち接続時に金属粒子を加熱溶融する為には、該金
属の融点以上の温度が必要であり、接続温度が金属の融
点より高くなる程、溶融金属の粘度低下により電気的接
続を必要とする回路部以外にも流れだす結果隣接回路間
との充分な絶縁性が得られず微細回路に対応できなかっ
た。その為に接続時の昇温カーブに充分留意して、温度
・時間の条件を設定しなければならなかった。さらに加
熱加圧時における偏圧によっても接続回路部の接続部材
の厚みに変動を生じる為に導電性にバラツキを生じる欠
点を有していた。

本発明者らは、先に回路接続用に極めて良好な透明性を
有する導電性接着シートを提案したが、さらに上記した
従来技術の欠点を改善し、信頼性の高い接続を可能とす
る方法について鋭意検討の結果、本発明に達した。

〔発明の目的〕

本発明は簡便な接着作業により信頼性にすぐれた異方導
電性と高接着力を併せて有する微細回路接続用の接続部
材を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

すなわち本発明は、接着剤成分と融点の異なる２種以上
の導電性粒子とよりなる接続部材において、前記導電性
粒子は平均粒径が１〜50μｍ、粒子の最大径に対する最
小径の比が0.5〜1.0である（ａ）融点が100〜250℃の低
融点金属粒子と、（ｂ）融点が250℃以上の高融点金属
粒子の総量が接続部材中に0.1〜10体積％含有され、前
記粒子の最大径は（ａ）＜（ｂ）であり、接続部材は前
記導電性粒子の平均粒径の110％以上の厚みを有し、全
光線透過率（JIS Ｋ−6714）が40％以上であり、加圧
または加熱加圧により厚み方向にのみ導電性を有するこ
とを特徴とする接続部材である。

本発明にかゝる接続部材の構成を図面を用いて説明する
と第１図及び第２図は本発明にかゝる接続部材の断面模
式図であり、融点100〜250℃の低融点金属粒子１および
融点250℃以上の高融点金属粒子２は第１図の如く厚み
方向に複層あるいはそれ以上で存在しても良いし、第２
図の如く単層で存在しても良い。金属粒子の最大径は粒
子１＜粒子２であることが接続時の加圧または加熱加圧
時の回路間スペーサとして粒子２が作用するので好まし
い。第３図および第４図はかゝる接続部材により絶縁基
板６に形成された回路4,5を導通接続した状況を示すも
ので低融点金属粒子１は接続時の熱により溶融し回路４
および５の各々または一方の回路面との連結材として作
用するとともに第３図のように高融点金属粒子２相互の
連結材としても作用する。金属粒子２は、接続回路間に
おける導電性付与の核を形成し、あるいは又、接続回路
間における厚み保持材として作用する。接着剤３は低融
点金属粒子１の融点において軟化し接着性を発現する絶
縁性熱可塑性ポリマであるために、すぐれた接続作業性
と高接着力および相対峙する回路間4,5の安定した高導
電性と隣接回路間４−４′,5−５′,4−５′，あるいは
４′−５間の絶縁を果たす。

少量の金属粒子を含む本発明になる接続部材が、高接着
力と面方向の高絶縁性、厚み方向の高導電性を示す理由
については必ずしも明らかでないが、次のように推測さ
れる。

一般に絶縁性あるいは接着性を示すポリマ類と、金属類
を相対的に比較すると、金属類の方が熱伝導率が良く、
また極性も高い特性を有することが知られている。従っ
て接続時の加熱あるいは加熱加圧により主に金属類より
なる導電回路間においては絶縁部に較べて相対的に距離
も短かいことと合わせて熱伝導性に優るため、低融点金
属粒子は優先的に熱溶融して導電性回路面あるいは、金
属粒子相互間に溶融接続される。絶縁回路部において
は、極性の比較的類似したたとえば絶縁性回路部と接着
剤のポリマ同士で接続され（この部分は柔軟性に富むた
め衝撃に強い）低融点金属粒子は絶縁性ポリマ部におい
ては熱伝導性が劣ることから溶融し難く高絶縁性が得ら
れる。

これらの理由により高接着力と絶縁性が得やすい。また
接続部は後述するように接着剤中の金属粒子が互いに厚
み方向により接触し易い構造をとっているが、さらに金
属粒子相互間を低融点金属粒子で溶融連結する為に高導
電性を得やすい。

本発明で用いられる金属粒子は直径で１〜50μｍ、粒子
径の最大径に対する最小径の比が0.5〜1.0であり接着剤
中に0.1〜10体積％含有するものとする。粒子径につい
ては最大径で１〜50μｍが適当である。１μｍ以下では
多量の金属粒子を必要とするため接着力の低下が大き
い。50μｍ以上では接続部材層の厚みとの関係から被着
体になじんだ平滑な接着面が得られないため、やはり充
分な接着性が得られない。

形状については、最大径に対する最小径の比（以下粒径
比という）が0.5〜1.0程度とする。この範囲外であると
導電性と接着性のバランスがくずれる。この範囲を満た
す例としてはほゞ球状であるものが代表的であるが、上
記の条件を満足するものであれば特に限定されない。ま
た粒子表面に突起物や凹凸があっても良い。

また粒子径は全体的な平均粒径をとるものとする。

粒子形状および粒子径の測定は、たとえば電子顕微鏡な
どによる方法が便利である。

金属粒子がたとえば球状であると接続時の加熱あるいは
加熱加圧により接着剤層は流動化し、球状粒子の１部が
回路面に接した状態で存在できる。

これに対して、たとえばフレーク状の場合には、粒子の
長辺側が界路表面に沿って存在し、界路表面のほとんど
を金属粒子が占有するため接着性の低下が大きい。また
極微細な回路の接続においては金属粒子が回路の面方向
に配位すると隣接回路間の絶縁性が低下し、好ましくな
い。

低融点金属粒子は融点が100〜250℃の範囲にあるものが
適用できる。融点が100℃よりも低いと高温時における
回路の接続信頼性が低下するため好ましくなく、250℃
以上であると、回路接続時に高温を必要とし回路に装着
した部品に高温による悪影響が生じるため好ましくな
い。

これら金属粒子としては各種の共晶合金あるいは非共晶
低融点合金あるいは単独金属が使用できる。たとえばPb
88.9％/Sn11.1％（融点250℃）、以下同様な表現で示す
と、Pb82.6/Cd17.4（248℃）Pb85/Au15（215℃）、Tl9
3.7/Na6.3（238℃）、Tl92/As8（220℃）、Tl99.4/L:0.
6（211℃）、Tl82.9/Cd17.1（203℃）、Tl97/Mg3（203
℃）、Tl80/Sb20（195℃）、Tl52.5/Bi47.5（188℃）、
Tl96.5/K3.5（173℃）、Tl73/Au27（131℃）、Bi97/Na3
（218℃）、Bi76.5/23.5Tl（198℃）、Bi60/Cd40（144
℃）、Bi57/Sn43（139℃）、Bi56.5/Pb43.5（125℃）、
Sn（232℃）、Sn67.7/Cd32.3（177℃）、Sn56.5/Tl43.5
（170℃）、In97.2/Zn2.8（144℃）、In74/Cd26（123
℃）、Bi57/Pb11/Sn42（135℃）、Bi56/Sn40/Zn4（130
℃）、Bi53.9/Sn25.9/Cd20.2（103℃）、Sn48/In52（11
7℃）In（157℃）、Ag5/Pb15/In80（149℃）、Pb38/Sn6
2（183℃）、Pb47/Sn50/Sb3（186℃）、Pb50/In50（180
℃）、Pb50/Sn50（183℃）、Pb10/Sn90（183℃） Au3.
5/Pb96.5（221℃）、Pb5/Sn95（183℃）、Ag10/In90（2
04℃）、Pb60/Sn40（183℃）、Sn95/Sb5（232℃）、な
どがある。

高融点金属粒子としては融点が250℃以上のたとえばNi
（455℃）、Fe（1536℃）、Cr（1890℃）、Co（1495
℃）Al（660℃）、Sb（630℃）、Mo（2610℃）、Cu（10
83℃）、Ag（961℃）、Pr（1773℃）、Au（1063℃）、B
i（271℃）、Pb（327℃）、Pd（1552℃）、Zn（420
℃）、等があり、これらの単体あるいは合金や酸化物な
どでも良い。

接着剤中に占める金属粒子はその総量が0.1〜10体積％
が適当である。0.1％以下では満足する導電性が得られ
ず、10体積％以上では回路隣接方向の絶縁性が低下し、
また接着力の低下や透明性の低下などにより好ましくな
い。

本発明で用いられる接着剤としては、基本的には絶縁性
を示す通常の接着性シート類に用いられている配合が適
用可能である。通常の接着シートに用いられる配合は凝
集力を付与するポリマーと、その他必要に応じて用いる
粘着付与剤、粘着性調整剤、架橋剤、老化防止剤、分散
剤等からなっている。

これらポリマー種としては、エチレン酢酸ビニル共重合
体、エチレン−酢酸ビニル共重合体変性物、ポリエチレ
ン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−アクリ
ル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合
体、エチレン−アクリル酸塩共重合体、アクリル酸エス
テル系ゴム、ポリイソブチレン、アタクチックポリプロ
ピレン、ポリビニルブチラール、アクリロニトリル−ブ
タジェン共重合体、スチレン−ブタジェンブロック共重
合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、ポリブ
タジェン、エチレンセルロース、ポリエステル、ポリア
ミド、ポリウレタン、天然ゴム、シリコン系ゴム、ポリ
クロロプレン等の合成ゴム類、ポリビニルエーテルなど
が適用可能であり、単独あるいは２種以上併用して用い
られる。

粘着付与剤としては、ジシクロペンタジェン樹脂、ロジ
ン、変性ロジン、テルペン樹脂、キシレン樹脂、テルペ
ン−フェノール樹脂、アルキルフェノール樹脂、クマロ
ン−インデン樹脂等があり、これらを必要に応じて、単
独あるいは２種以上併用して用いる。粘着性調整剤とし
てはたとえばジオクチルフタレートをはじめとする各種
可塑剤類等が代表的である。

架橋剤はポリマーの凝集力を高めることが必要な場合に
用いられ、ポリマの官能基と反応する多官能性物質であ
り、たとえばポリイソシアネート、メラミン樹脂尿素樹
脂、フェノール樹脂等があげられる。

老化防止剤は、ポリマーバインダの熱、酸素、光等に対
する安定性を高めることが必要な場合に用いるものでた
とえば金属石ケン類を代表とする安定剤や、アルキルフ
ェノール類などの酸化防止剤、ベンゾフェノン系、ベン
ゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤等があり、やはり
必要に応じて単独あるいは２種以上併用して用いられ
る。

分散剤は、導電性粒子の分散性向上のために用いる場合
がある。この例としてはたとえば界面活性剤がありノニ
オン系、カチオン系、アニオン系、両性のうち１種ある
いは２種以上併用して用いることができる。

本発明にかゝる接続部材の製造方法としては、ポリマお
よびその他必要に応じて使用する添加剤からなる接着剤
組成物を溶剤に溶解し、あるいは熱溶融させて液状とし
た後に前記金属粒子をボールミルなどの通常の方法によ
り混合し導電性粒子混合接着剤組成物を得た。

上記導電性粒子混合接着剤を、接続を要する一方あるい
は双方の回路上にスクリーン印刷やロールコータ等の手
段を用いて接続部材層を形成しても良いし、あるいは又
接続部材の連続長尺体を得るには紙やプラスチックフィ
ルム等に必要に応じて剥離処理を行なったセパレータ上
に前記手段により接続部材層を形成後巻重しても良い
し、接着層の粘着性が無い場合においてはセパレータを
用いずに巻重することも可能である。

上記製法において接着剤組成物中に溶剤を含む場合にお
いては溶剤乾燥時の接続部材厚み方向の体積減少を利用
して導電性粒子が厚み方向により密な配列を有する接続
部材を得ることが可能であり、又無溶剤下のホットメル
ト塗工においては、製造時の溶剤による環境汚染を防止
することが可能となる。

接続部材層の厚みは、導電性粒子の粒径および接続部材
の特性を考慮して相対的に決定される。

すなわち接着剤により導電性粒子を充分に保持するため
には導電性粒子の粒径の110％以上を最低必要とする。1
10％以下であると導電性粒子が接着剤で保護されない為
に酸化あるいは腐食等により導電性に劣化を生じる。ま
た接続部材の特性上５〜100μｍの厚みが必要である。

５μｍ以下では充分な接着性が得られず、100μｍ以上
では充分な導電性を得る為に多量の導電性粒子の混合を
必要とすることから実用的でない。接着剤層には必要に
応じて導電性あるいは非導電性のたとえば不織布等より
なる芯材を用いても良い。

得られた接続部材面は、必要に応じて塵埃等の付着防止
のためにセパレータで覆っても良いし、あるいは両面セ
パレータを用いれば連続的に巻重することも可能であ
る。

このようにして得られた接続部材はかなりの透明性を有
する。接続部材が透明性を有すると製造時の品質管理が
行い易く外観上の見映えも良い。また表示素子類の接着
等においては、被着体を透視できる構成をとることが可
能となる。

得られた接続部材を用いて回路を接着する方法としては
たとえば回路Ａにフィルム状接続部材を仮貼付した状態
で、セパレータを剥離し、あるいは導電性接着剤組成物
を塗布し必要に応じて溶剤除去後の状態で、その面に回
路Ｂを熱プレスあるいは加熱ロール等で貼付ければよ
い。このとき接着剤の軟化、流動により両回路A,Bは強
力に接続され、また同時に金属粒子の溶融により安定し
た導通回路を、接着層内に形成することができる。

本発明を以下実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１〜４ （１） 接続部材の作成 低融点金属粒子としてSn48/In52よりなる平均粒径20μ
ｍの粒子、最大粒径が大である高融点金属粒子としては
平均粒径20μｍのNi粒子（融点455℃）を使用した。

上記粒子をスチレンブタジエンブロック共重合体（MI2.
6）100部と軟化点120℃の芳香族系粘着付与剤40部およ
びトルエン200部よりなる接着剤溶液中に各々の金属粒
子が2.5体積％（金属粒子全体で５体積％）となるよう
に配合した接着剤溶液をボールミルで48時間混合して、
導電性粒子混合の接着剤溶液をえた。

この溶液をバーコータでセパレータ（シリコン処理ポリ
エステルフィルム）上に塗布し100℃−３分乾燥して溶
剤を除去することでフィルム状の接続部材を得た。

（２） 評価 ライン巾0.1mmピッチ0.2mmの回路を有する全回路幅100m
mのフレキシブル回路板（FPC）に、接着巾3mm、長さ100
mmに切断した上記接続部材を載置して100℃−2kg/cm²−
５秒の加熱加圧により仮貼付して接続部材付FPCを得
た。

そのあとセパレータを剥離して、他の同一ピッチを有す
るFPCをセパレータ剥離面に載せて顕微鏡でFPC回路の位
置合せをした後、圧力5kg/cm²で10秒間加熱加圧して回
路を接続した。接着温度は第１表に示すとおりでありプ
レスの熱板温度を調節して求めた。このとき接着シート
は透明であるために、透過光の助けにより回路の位置合
せが容易であった。

特性を第１表に示したが、いずれの実施例においても充
分なる接続導通抵抗および隣接回路との絶縁性を示しか
つ充分な接着力を有していた。また接続条件の広い範囲
で良好な特性をえた。

実施例５ 実施例１〜４で得た導電性粒子混合接着剤溶液をセパレ
ータ上でなく、前記実施例の一方のFPC回路上に直接バ
ーコータで塗布乾燥して、接続部材付FPCをえた。

そのあと実施例１〜４と同様にして他のFPCを接続し
た。

結果を第１表に示したが、良好な特性を示した。

なお本実施例においては、接続部材を一方の回路に仮貼
付する工程が不要であった。

比較例１〜５ 実施例１〜４と同様であるが、金属粒子の添加量、厚み
を変えた。条件および評価結果を第１表に示した。この
結果より比較例１においては厚みが大きいため透明性が
低下し、比較例２では金属粒子の添加量が多いため、い
ずれも透明性が低下し、また隣接回路との絶縁性も低下
した。比較例３においては、厚み／金属粒子の粒径の比
が小さい為に接着力が低下した。

比較例４〜５は、低融点金属粒子を単独で用いたが、比
較例４においては加熱加圧時の偏圧により導通抵抗のば
らつきが大きかった。

比較例５では接続温度を高くしたところ低融点金属粒子
が隣接回路にはみだして絶縁性がなくなった。

実施例６〜７ 低融点金属粒子としてBi57/Sn43（融点139℃）の粒径５
μｍおよび45μｍの粒子と高融点金属粒子としてはAl
（融点660℃）の５μｍと45μｍを使用した。

接着剤としては、熱可塑性ポリエステル樹脂（ガラス転
移点７℃）の30％メチルエチルケトン溶液を用いて実施
例１〜４と同様にフィルム状接続部材をえた。条件およ
び結果を第１表に示すが良好な特性がえられた。接続断
面の顕微鏡観案の結果実施例６〜７の高融点金属粒子の
方が低融点金属粒子より大きい粒子径の場合において
は、FPC回路と金属粒子接触点の間に低融点金属粒子が
充填されて接続していた。

第１表において （１） 導通抵抗は、接続部材により接続した２枚のFP
Cの対向電極間の抵抗をマルチメータにて測定（接続面
積0.1mm×3mm） （２） 絶縁抵抗は、接続部材により接続した２枚のFP
Cの隣接回路間の抵抗をハイメグオームメータにて測定 （３） 接着力は、JIC Ｃ−6481に準拠した90度剥離
法による。

なお一方のFPCを両面粘着テープで固定して測定した。

（４） 全光線透過率はJIS Ｋ−6714に準拠して日本
電色工業（株）製デジタル濁度計NDH−20Dにより測定し
た。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明になる接続部材は導電性粒
子として低融点金属粒子と高融点金属粒子を複合して用
いることにより、接続時の加熱あるいは加熱加圧によ
り、導電性粒子相互あるいは導電回路部と溶融連結する
ため信頼性に優れた微細回路の接続が可能となる。

また高融点金属粒子は接続操作時の回路間のスペーサと
して作用するため、厚み方向の均一な導電性と面方向の
絶縁性が広い接続条件巾において得られる。

さらに接続部材は透明であるため微細な回路の位置合せ
を透過光などの助けをかりて容易に行なえる利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る接続部材の断面模式
図、第３図および第４図は回路接続部の断面模式図であ
る。 符号の説明 １……低融点金属粒子、２……高融点金属粒子 ３……接着剤、4,5……回路部 ６……絶縁基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 敦夫 茨城県下館市大字小川1500番地 日立化成 工業株式会社下館研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−102473（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−51705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−23174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−84718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−41648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−87663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−133704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−20941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104007（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−122193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−21192（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接着剤成分と融点の異なる２種以上の導電
   性粒子とよりなる接続部材において、前記導電性粒子は
   平均粒径が１〜50μｍ、粒子の最大径に対する最小径の
   比が0.5〜1.0である（ａ）融点が100〜250℃の低融点金
   属粒子と、（ｂ）融点が250℃以上の高融点金属粒子の
   総量が接続部材中に0.1〜10体積％含有され、前記粒子
   の最大径は（ａ）＜（ｂ）であり、接続部材は前記導電
   性粒子の平均粒径の110％以上の厚みを有し、全光線透
   過率（JIS Ｋ−6714）が40％以上であり、加熱または
   加熱加圧により厚み方向にのみ導電性を有することを特
   徴とする接続部材。