JPH0773066B2 - 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） 本発明は導電性に異方性をもたせることのできを接続部
材に係り、更に詳しくは集積回路、液晶表示パネルある
いはEL素子等の接続端子とそれに対向配置された他の電
気部材との接続端子間を電気的に接続するに適した回路
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着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。

最近このような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55−104
007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講じることによって、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・圧力一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プに充分留意して、温
度・時間の条件を設定しなければならなかった。

本発明者等は上記欠点を解消する方法として、熱可塑性
粒子のほゞ全表面を、融点が100〜250℃の低融点金属に
より被覆された粒子と絶縁性接着剤とよりなる回路の接
続部材を提案した。（特願昭59−199247号）この方法に
よれば、接続時の加熱加圧により導電性粒子相互もしく
は導電性粒子と回路とが溶融連結し、また熱可塑性核材
は回路と面接触状となるため優れた接続信頼性が得ら
れ、さらに高分子核材の変形度により接続状態を広い条
件巾で制御可能であり、低融点金属は薄層であるために
隣接回路との絶縁性も充分に得られるものであった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら前記した先願発明は、その後の検討により
次の問題点を有していることがわかった。

すなわち、低融点金属の被覆層を粒子表面に施した場合
には、金属の厚みが薄層であるのに対しその表面積が大
きな為に、接続部材中の導電性粒子は特にその表面層近
傍に発生する酸化腐食のために導電性が低下するので、
保管を窒素雰囲気中や低温化で行なうなどの特別な配慮
を必要とすることであった。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みてなされたものであ
り保存安定性ならびに接続の信頼性にすぐれた回路の接
続部材を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） かゝる目的は本発明によれば、高分子重合体からなる核
材表面に熱圧により合金となりうる２重の金属薄層を設
けた導電性粒子と熱活性を有する絶縁性接着剤とからな
る接続部材を用いることにより達成される。

以下本発明にかかる接続部材の構成を図面を用いて説明
する。第１図は本発明に使用する導電性粒子を示す断面
模式図であり、高分子核材１の表面が第１の金属薄層２
および第２の金属薄層３で被覆された状態を示してい
る。

本発明で用いられる高分子核材１としては、各種プラス
チック類またはゴム類や天然高分子類があり、これらを
主成分として必要に応じて架橋剤、硬化剤、安定剤など
の添加剤を用いることができる。

高分子核材１の構造としては、完全な充実体、内部が気
体からなる中空体、内部に気泡部を有する発泡体、小粒
子の集りである凝集体などのいずれでも良く、これらを
単独あるいは複合して用いることが可能である。

高分子核材の形状は、ほゞ球状が代表的であるがその形
状については特に問わない。

これらの高分子核材は回路接続時の加圧あるいは加熱加
圧により軟化あるいは変形可能であることが好ましいが
必要条件ではない。

高分子核材は既知の技術たとえば特開昭57−17701号公
報、特開昭59−170114号公報あるいは特開昭60−208334
号公報に記載された方法などにより製造することもでき
るが、東洋曹達工業（株）、日本合成ゴム（株）、住友
化学工業（株）、日本触媒化学工業（株）、東レ
（株）、鐘紡（株）、日立化成工業（株）などから、ク
ロマトグラム用充填剤、標準粒子化粧品用途向などとし
て市販されている樹脂微粒子を用いることができる。

金属薄層２および３は次の要件を満たす各種の金属が適
用可能である。

すなわち金属薄層２および３の選択にあたっての要件
は、標準電極（Ｅ゜）の大なる方を金属薄層の第２層と
すること、および金属薄層２および３の２者間での合金
化されたときの融点が100〜250℃の範囲にあることを必
要とする。融点範囲を100〜250℃とした理由は、100℃
以下では回路接続部における実用上の耐熱性が不足し、
250℃以上では接続時に高温を要するため回路に装着す
る電子部品類に熱損傷を及ぼすためである。

Ｅ゜は基準電極と組み合せて電池をつくった時の端子間
電圧であり本発明においては丸善株式会社発行の化学便
覧基礎編、改訂２版、1204〜1206頁記載の値によった。
Ｅ゜が大なる方を金属薄層の第２層とすることは、金属
薄層2,3の耐酸化腐食性を向上させることから必要であ
る。

Ｅ゜の値を例示すると、小さな順にたとえばAl（−1.66
2V）、Zn（−0.763）、Cd（−0.403）、In（−0.34
3）、Tl（−0.336）、Sn（−0.136）、Pb（−0.126）、
Sb（0.152）、Ag（0.799）、Au（1.691）などがある。

同様に融点について例示すると（前掲書765頁）たとえ
ばAg/Sn（227℃）、Au/pb（215）、Au/Sn（217）、Au/T
l（131）、Cd/In（123）、Cd/pb（248）、Cd/Sn（17
7）、In/Sn（117）、In/Zn（141）、Pb/Sb（247）、Sb/
Sn（183）などがある。

これら金属の高分子核材１への形成方法としては、蒸着
法、スパッタリング法、めっき法、溶射法などが適用で
きるが、均一厚みのピンホールのない薄層を形成できる
ことから無電解めっき方法が好ましい。特に第２の被覆
層は腐食防止の点からピンホール等の欠陥の無い皮膜と
すべきであり、そのためには置換法による無電解めっき
法がさらに好ましい。被覆層の厚みとしては、第１層と
第２層を合わせて0.01〜５μｍ程度が適用でき、0.05〜
１μｍがさらに良好である。この厚みは導電性粒子の粒
径の1/5〜1/1000に入るものが好ましく、第１層と第２
層の厚み比は特に規定しない。また第１層の中には、そ
の下地層としての第３の金属層や表面処理剤による層
を、さらに形成することも可能である。

上記により得られた導電性粒子は平均粒径が0.5〜50μ
ｍ、粒子径の最大径に対する最小径の比が0.5〜1.0であ
るものが好ましい。粒子径が0.5μｍ以下では多量の導
電性粒子を必要とし、また結果的に充填粒子量が多くな
るため接着力の低下が大きく、50μｍ以上になると、粒
子が大きく隣接回路間（スペース部）が導通されるよう
になる為好ましくない。

導電性粒子の形状については、前記の如く最大径に対す
る最小径の比（以下粒径比）が0.5〜1.0程度が好まし
い。この範囲外では、粒子がフレーク状になり、本発明
の目的とする回路間の導通性と隣接回路間の絶縁性を得
るには不向きになるし、また回路間の接着性も低下する
傾向が強くなる。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、上記の条件を満たすも
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。また単一粒子に限定されず凝集体
からなる粒子であっても良い。

また粒子径は全体的な平均粒径をとるものとし、粒子の
形状や粒子径の測定は、たとえば走査形電子顕微鏡など
による方法が便利である。

導電性粒子が球状であると、接続時の加熱加圧により粒
子相互あるいは粒子と回路面との接触を得やすく高導電
性を得やすい。

導電性粒子は接続部材の厚み方向に単層で存在しても良
いし、厚み方向に複数個配列した構造であっても良い。

また、カーボンや金属粒子およびめっき粒子などの通常
の導電性粒子と複合して用いることもできる。

接着剤中に占める導電性粒子は0.1〜10体積％が好まし
い。0.1体積％以下では満足する導電性が得られず、10
体積％以上では隣接回路との絶縁性が低下しまた、接続
部材の透明性が低下して接続部材の位置合せが行い難く
なる。

本発明で用いられる接着剤としては、回路接続時におい
て、250℃以下で活性化するものであれば良い。ここで
活性とは、熱溶融系での流動性や、硬化系での反応剤の
活性化などを云う。このような接着剤は、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。通常の接着シート類に用いられる配
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。

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するか懸濁状に媒体中に分散しある
いは熱溶融させて液状とした後に導電性粒子をボールミ
ルなどの通常の方法により混合し、導電性粒子混合接着
剤組成物を得る。

上記導電性粒子混合接着剤は、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
段を用いて直接回路上に接続部材層を形成しても良い。
また接続部材の連続長尺体を回路上に施しても良い。こ
の場合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バレ
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。

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、たとえば回路にフィルム状接続部材を仮貼付した状
態でセパレータのある場合には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を熱プレスあるいは加熱ロー
ル等で貼付ければよい。

第２図は、かゝる方法により回路を接続した状態を模式
的に示したもので、熱と圧力によって接着剤５が軟化流
動するとともに導電性粒子も軟化変形し、温度と圧力の
影響を受け易い回路（接続端子）6,7間においては各回
路に接する面で高分子核材１の被覆層である、第１の金
属薄層２と第２の金属薄層３は相互に拡散混合すること
で合金化し融点100〜250℃の一体化層４を形成する。

このとき一体化層は回路６および７上に溶融し、回路と
の金属結合を形成して密着化する。一方、非回路部６と
６´間においては、回路間6,7あるいは6,7ほどには加圧
されないために変形することは少なく、従って導電性粒
子の粒径や添加量を選択することと合わせて、隣接回路
との絶縁性が充分に保たれる。

第３図から第５図は本発明になる導電性粒子を用いた回
路接続時の導電性粒子を示す断面模式図である。

第３図においては回路10が一体化層４と金属結合を形成
しないたとえば酸化インジウムのような場合であるが、
この場合も一体化層４は溶融により回路10と密着し大き
な接触面積をとることができるので信頼性が向上する。

第４図においては高分子核材１が100〜250℃の範囲にお
いて軟化変形しない場合であるが、この場合も回路と一
体化層４とで金属結合を形成し、また金属薄層２および
３は薄層であり、また高分子核材１は回路接続後の熱変
化に対して接着剤と熱膨張係数や弾性率が同様な性質で
あるため充分は追随性を有するので信頼性の高い接続が
得られる。

第５図は回路6,7間において複数ないしそれ以上の導電
性粒子が存在する場合であるが、回路６および７あるい
は粒子接触部の表面において一体化層を形成するので、
やはり信頼性に富んだ接続が得られる。なお上記した第
３図から第５図はそれぞれ複合してももちろん良好な結
果が得られる。

（作用） 本発明においては、導電性粒子の第２の金属薄層に標準
電極電位の大きな金属を形成するので、導電性粒子の酸
化や腐食が発生し難い。すなわち標準電極電位の大きな
程、よく知られているようにイオン化傾向は小さく、安
定な最外層（第２の金属薄層）により外部雰囲気と遮断
されるので、第１の金属薄層は劣化を生じ難い。そのた
めに導電性粒子の保存性が大巾に向上し、またこの接続
部材を用いた接続回路の寿命特性を著しく向上できる。

また回路接続時の接着剤の活性化温度を適宜設定するこ
とにより、金属薄層の第１層と第２層は回路接続時の熱
により溶融し低融点の合金を形成し、回路面と強固な金
属結合を形成するなどして連結もしくは密着性に富んだ
接続を得ることができるので回路との低抵抗接続が可能
となる。

この時高分子核材は、接着剤と比較的性質が似ているこ
とから熱膨張係数や弾性率などの特性を近似もしくは一
致することが可能であり、金属は薄層であるので熱変形
に対して追随性の高い接続を得ることができる。

さらに導電性粒子の金属薄層の第１層と第２層は、熱や
圧力により簡単に相互で拡散するので、前記一体化層を
主に回路間において形成する。

一方、熱や圧力の影響の少ない隣接回路間においては粒
子の変形が少く、高精細性で分解能の高い接続が得られ
る。

（実施例） 以下実施例により、さらに詳細に説明する。

実施例−１ (1)導電性粒子の作製 トレパールEP−Ｂ（平均粒径５μｍ硬化エポキシ粒子
球、東レ株式会社製商品名）を、サーキットプレップ10
17〔クリーナ、日本エレクトロプレイティングエンジニ
ヤース株式会社（以下EEJAと略）製商品名〕中で60℃−
30分間前処理した。次にサーキットプレップ3316（アク
チベータ、EEJA製商品名）中で、20℃−３分間の活性化
処理を行なった。

その後、第１表に示した無電解Snめっき液中で80℃−１
時間のスズめっきを行なった。さらにその後、無電解金
めっき浴511（上村工業株式会社製商品名）中にて90℃
−10分間の置換金めっきを行なった。上記の各処理およ
びめっき時は、液を充分に攪拌しながら行ない、各工程
の後には水洗をおこなった。

以上の粒子構成は走査型電子顕微鏡（SEM）による断面
観察の結果、第１層がSn0.1μｍ第２層がAu0.05μｍで
あり、比重はピクノメータ法により測定の結果1.9であ
った。

(2)接続部材の作製 接着剤はニポール1032（ニトリルゴム、日本ゼオン株式
会社製商品）、ヒタノール2400（アルキルフェノール樹
脂、日立化成工業株式会社製商品名）、エピコート1001
（ビスフェノール型エポキシ樹脂、油化シェルっボキシ
株式会社製商品名）、キュアゾール29Z（２−フェニル
イミダゾール、四国化成工業株式会社製商品名）をそれ
ぞれ50/20/30/2の重量比で配合し、全体を20％のメチル
エチルケトン溶液とした。この接着剤中に(1)により得
た導電性粒子を固形分比で２体積％となるように混合分
散（接着剤の比重は1.0）とした。この導電性粒子混合
接着剤溶液を、バーコータによりセパレータ（シリコー
ン処理ポリエステルフィルム）上に塗布し、100℃−３
分間の乾燥により厚み20μｍのフィルム状接続部材を得
た。

(3)回路の接続構造体の作製 ライン巾0.1mm、ピッチ0.2mm、厚み18μｍのCu回路を有
する全回路巾100mmのフレキシブル回路板（FPC）に、接
着巾3mm長さ100mmに切断した接続部材を載置して手貼り
により接続部材付のFPCを得た。その後セパレータを剥
離して他の同一ピッチを有する透明導電ガラス（酸化イ
ンジウム回路、ガラス厚み1mm）と顕微鏡下で回路の位
置合せを行ない、170℃−20kg/cm²−20秒の加熱加圧に
より接続後、さらに220℃−10分間の加熱を5kg/cm²の加
圧下で行ない接着剤を硬化した。

(4)評価 導電性粒子の保存性をみるために、めっき直後の粒子と
その粒子をさらに60℃−90％RH下で100時間処理したも
のとを用いて、接続部材を作製して評価した。

上記接続部材により構造体を作製後に２分して、一方は
接続部の観察を行ない、他の一方は接続信頼性の評価を
行うために初期の抵抗特性の測定後に60℃−90％RH下
で、1,500時間保存後の抵抗を測定した。

抵抗は接続回路の抵抗をマルチメータにより、また隣接
回路との絶縁性を絶縁抵抗計により求めた。結果を第３
表に示した。

実施例−１においては、粒子のみの保存状態を変えても
特性差が無く、良好な保存性を有していることがわかっ
た。また接続部の断面をSEMで観察したところ、Cu回路
には金属被覆層が一体化した金属結合をしており、ITO
回路面でも一体化した合金層が充分に密着している様子
が観察できた。

このことは金属の被覆層を形成するSnとAuが、接続剤の
熱処理時において合金一体化した為とみられる。一体化
した金属部は回路および接着剤により周囲を覆われてい
るので、回路接続後は酸化劣化が進行しないものと考え
られる。

実施例−２ 実施例−１と同様に試料の作製と評価を行なったが、第
２の金属薄層をPbとし、また接着剤もホットメルト系と
した為に回路の接続条件も若干変えた。

Pbめっき浴組成は第２表に示した。条件は40℃で１時間
である。この導電性粒子は、第１層がSn0.1μｍ、第２
層がPb0.1μｍの構成であり比重は1.8であった。

接着剤は、ソルプレンＴ−406（スチレン−ブタジエン
ブロックポリマー、旭化成工業株式会社製商品名）、Ys
ポリスタＳ−145（テルベンフェノール、安原油脂株式
会社製商品名）を固形分重量比で75対25として、全体を
20％トルエン溶液とし、実施例−１と同様にして接続部
材を得た。以上の接続部材を用いて190℃−20kg/cm²−
１分間の加熱加圧により接続構造体を得た。

評価結果を第３表に示すが、本実施例においては接着剤
をホットメルト性としたので後加熱は不要であり、Pb/S
n系であるために190℃の加熱加圧で、実施例−１と同様
な良好な結果を得た。

比較例 実施例−２と同様であるが、金属薄層を半田めっきとし
その下地層としてCuを用いた。

すなわち導電性粒子は実施例−１と同様にトレパールEP
−Ｂを用いて、クリーナ、アクチベータの各処理後に、
無電解銅めっきによる下地を20℃−30分間の処理により
作製後に、半田めっきを20℃で2A/dm³となるように電気
めっき法により10分間おこなった。めっき液は銅がサー
キットプレップ5501、半田がソルダーレックス−LPCで
あり、いずれもEEJAの商品名である。本比較例の導電性
粒子は第１層の銅0.1μｍ、第２層が半田0.1μｍであ
り、比重は1.8であった。

本比較例の場合には、粒子の保存試験後は黒色状に変色
していた。また接続抵抗が高く、隣接回路との絶縁性も
悪かった。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、接続部材の保存特
性が良好であり、この接続部材を用いた回路の接続体
は、低抵抗、高分解能、長期寿命特性などの優れた特性
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる導電性粒子の断面模式図。 第２図は、本発明になる接続部材を用いた回路（端子）
の接続の様子を示す断面模式図。 第３図から第５図は本発明になる接続部材を用いた回路
接続時の導電性粒子を示す断面模式図。 符号の説明 １……高分子核材、２……第１の金属薄層 ３……第２の金属薄層、４……一体化層 ５……接着剤、６……端子電極 ７……端子電極、８……基板 ９……基板、10……端子電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向配置された２つの絶縁性基板上に設け
   られた接続端子間に、導電性接続部材を配置し熱圧する
   ことにより端子間の導通接続をするものにおいて、前記
   導電性接続部材が高分子重合体からなる核材表面に形成
   された第１の金属薄層および第１の金属薄層の上に形成
   された第２の金属薄層とからなる導電性粒子と熱活性の
   絶縁性接着剤とよりなり、前記導電性粒子は接続すべき
   端子間において熱圧により第１の金属薄層と第２の金属
   薄層とが融合一体化した合金層を形成するものであるこ
   とを特徴とする回路の接続部材。
2. 【請求項２】核材表面に形成された金属薄層において、
   第１の金属薄層より第２の金属薄層の標準電極電位が大
   である特許請求の範囲第１項記載の回路の接続部材。
3. 【請求項３】第１の金属層と第２の金属層から形成され
   る合金層の溶融温度が100〜250℃の範囲である特許請求
   の範囲第１項記載の回路の接続部材。