JPH0773067B2 - 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〕 本発明は各種回路に対して優れた接続信頼性を有する回
路の接続部材に関する。

〔従来の技術〕

電子部品の小形薄形化に伴い、これらに用いる回路は高
密度、高精細化している。これら微細回路の接続は従来
の半田やゴムコネクターなどでは対応が困難であること
から、最近では異方導電性の接着剤や膜状物（以下接続
部材という）が多用されるようになってきた。

この方法は、相対峙する回路間に導電性材料を所定量含
有した接着剤よりなる接続部材層を設け、加圧もしくは
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は絶縁性を付与し、相対峙する
回路を接着固定するものである。しかしながらこの方法
においては、回路間の導通は主として複数個の導電材
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、金属粒子が剛直であるために粒子／回路間あ
るいは粒子／粒子間の接触面積が充分でない。さらに金
属粒子の熱膨張率は接着剤に較べて一般的に１桁程度小
さいために、たとえば高温時においては金属粒子の膨張
量は接着剤に較べて少なく接続回路の間隙の変化に対し
て追随できない（温度変化に対する追随性がない）の
で、回路への金属粒子の接触面積や接触点数が減少し接
続抵抗の増加や導通不良を生じる。すなわち導電性粒子
を金属粒子とした場合、初期の接続性が得られたとして
も温度変化を含む長期信頼性に劣る欠点を有していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

我々は先に上記金属粒子を用いた場合の欠点を解消し、
信頼性を著しく向上する方法として、高分子核体の表面
が金属薄層により実質的に被覆されてなる導電性粒子
（以下被覆粒子という）を用いる方法を提案（特願昭61
−31088号）した。この方法によれば、導電性粒子は回
路接続時の加圧あるいは加熱加圧により回路面あるいは
導電性粒子相互間で押しつけるように適度に変形するた
め充分な接触面積が得られることや、高分子核材は剛性
や熱膨張収縮特性が金属粒子に較べて接着剤の性質に極
めて近いこと等から温度変化に対する追随性を有するの
で接続信頼性が著しく向上した。

しかしながらこの方法は、多くの回路に対して優れた接
続信頼性を示すが、回路の表面がクロム（Cr），アルミ
ニウム（Al），タンタル（Ta），及び半田などの場合に
接続抵抗、特にその初期抵抗が高く接続部の信頼性が不
足する場合のあることがわかってきた。上記問題点につ
いて検討したところ、これらの回路表面は水分等の吸着
層や酸化層などからなる汚染層を形成し易いことから、
導電性粒子が被覆粒子の場合には接続時の加熱加圧によ
り高分子核材が軟化してしまい、回路表面の汚染層を突
き破ることが出来ないので、純金属との接触が充分に得
られないことが原因であると考えるに至った。

ほとんどの金属は空気中においては数Å〜数百Å程度の
表面酸化層が存在することが知られており、さらにこれ
ら金属を用いた回路を有する電子部品の組立においては
各種の熱処理が行われるので、これらの表面酸化層は工
程の増加に伴いさらに増大するものである。一般的に金
属の酸化層は純金属に較べて導電性が低下するかあるい
は絶縁性を示すようになる。

本発明は汚染層、特に表面が酸化するなどして導電性の
低下した回路に対しても、優れた初期および長期の接続
信頼性を得ることが可能な回路の接続部材を提供するも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は高分子重合体からなる核材上に導電性金属薄層
を実質的に被覆してなる熱変形性の被覆粒子を0.5〜15
体積％含有した絶縁性接着剤層の少なくとも一面に、金
属粒子を0.5〜15体積％含有した絶縁性接着剤層を設け
たことを特徴とする回路の接続部材に関する。

本発明にかかる接続部材を以下図面により説明する。

第１図〜第２図は、本発明になる接続部材の断面模式図
であり、接着剤層Ａ（11）の片面（第１図）もしくは両
面（第２図）が接着剤層Ｂ（12）で覆われており、これ
らよりなる接続部材を、必要に応じて用いるセパレータ
６上に構成したものである。

接着剤層Ａは、高分子核材１の金属薄層２により実質的
に被覆されてなる金属粒子３と絶縁性接着剤５とよりな
る。

高分子核材１は完全な充実体、内部気泡を有する発泡
体、内部が気体からなる中空体、小粒子の集まりにより
核材を形成する凝集材などのいずれでも良く、これらを
単独もしくは複合して用いることができる。高分子核材
１の形状は、ほぼ球状のものが好ましいが、その形状は
特に限定されない。

高分子核材１の材質としては、ポリスチレンやエポシキ
樹脂などの各種プラスチック類、またはスチレンブタジ
エンゴムやシリコーンゴム等の各種ゴム類およびデンプ
ンやセルロース等の天然高分子類などがあり、これらを
主成分として架橋剤や硬化剤および老化防止剤などの各
種添加剤を用いることが出来る。

金属薄層２は導電性を有する各種の金属、金属酸化物、
合金等が用いられる。

金属の例としては、Zn、Al、Sb、Au、Ag、Sn、Fe、Cu、
Pb、Ni、Pd、Ptなどがあり、これらを単独もしくは複合
して用いることが可能でありさらに特殊な目的、たとえ
ば硬度や表面張力の調整および密着性の改良などの為
に、Mo、Mn、Cd、Si、Ta、およびCrなどの他の金属やそ
の化合物などを添加することができる。

導電性と耐腐食性からNi、Ag、Au、Sn、Cuが好ましく用
いられ、これらはまた単層もしくは複層以上として形成
することも可能である。

これらを用いて金属薄層２を高分子核剤１上に形成する
方法としては、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ
ーティング法、溶射法などの乾式法やめっき法などが適
用できる。湿式の分散系によることから均一厚みの被覆
層を得ることの出来る無電解めっき法が好ましい。金属
薄層の厚みは通常0.01〜５μｍ、好ましくは0.05〜1.0
μｍとする。ここで厚みは金属下地層のある場合にはそ
の層も含むものとする。被覆層の厚みが薄いと導電性が
低下し、厚みが増すと回路接続時における高分子核材の
変形が起こり難くなり回路への接触面積が減少すること
から接続信頼性が低下する。

以上によりなる被覆粒子３の粒径は0.5〜50μｍが好ま
しい。0.5μｍ未満では充嗔粒子数が多くなることから
回路への接触面積が実質的に減少するので回路との接着
性が低下し、50μｍを超えると粒子が隣接回路間に存在
した時に絶縁性が失われるので分解能の向上が難しくな
る。粒子は接続部材中に、独立もしくは凝縮して存在す
ることが出来る。

本発明で用いられる絶縁性接着剤５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
場合のものが用いられる。通常の接着性シート類に用い
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。

これらボリマー種としては、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、ポリビニルブチララール、アクリロニトリル−
ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共
重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、ポリ
ブタジエン、エチルセルロース、フェノキシ樹脂、ポリ
エステル、エポシキ樹脂、ポリアミド、およびポリウレ
タン、天然ゴム、シリコーン系ゴム、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。

接着剤層Ｂは金属粒子４と絶縁性接着剤５´とよりな
る。ここに絶縁性接着剤５´は、前記した絶縁性接着剤
５をそのまま準用することができる。

このとき、回路接続時の加熱加圧下における接着剤の流
動性は接着剤５≦接着剤５´とすることが、本発明の効
果、すなわち金属粒子４により回路表面の汚染層を突き
破り易くすることから好ましい。

接着剤５と５´は同一材料でも良いし、あるいは極性や
分子量、軟化点などの物性値を変えることにより非相容
相とすることも可能である。

金属粒子４は粒子径0.01〜50μｍのものが好ましく用い
られ、回路接続時において高分子核材１より剛性が高く
耐腐食性に優れた粒子より選択される。粒子径が0.01μ
ｍ未満では接続時の加圧力が充分に得られないことから
回路表面の汚染層を突き破る能力が不十分となり、ま
た、粒子径50μｍを超えると隣接回路間に粒子が存在し
た時に絶縁性が失われることがある。さらに、好ましい
粒子径の範囲は0.03〜30μｍである。金属粒子の形状に
ついてほぼ球状であることが好ましいが特に限定されな
い。特に好ましい形状は粒子の表面に突起物や凹凸を多
数有するものであり、この形状および剛性の高さにより
回路表面の汚染層への食い込み能力が増加する。これら
の金属粒子としては、Zn、Al、Sb、Ｕ、Cd、Ga、Ca、A
u、Ag、Co、Sn、Se、Fe、Cu、Th、Pb、Ni、Pd、Be、M
g、Mnなどがあり、これらを単独もしくは複合して用い
ることが可能である。またこれらの金属はめっき等によ
り２層以上の構成とすることも可能である。上記金属粒
子では、耐腐食性に優れかつ入手が容易であることか
ら、Sb、Ni、Ag、Auが好ましく用いられる。

また本発明の金属粒子４として、上記した金属粒子の他
に接続時の剛性が高分子核材よりも高く被覆粒子に較べ
て変形し難い組成物、たとえばガラス、セラミック、ア
ルミナ等の無機物や高剛性の高分子材料およびカーボン
などを核材とし、その表面を金属めっき等により導電性
被覆を形成した粒子を用いることも可能である。

接着剤層Ａに対する被覆粒子３の添加量および接着剤層
Ｂに対する金属粒子４の添加量は両者ともに絶縁性接着
剤５および５´の全固形分に対して両者ともに0.1〜15
体積％、好ましくは0.5〜15体積％とする。ここで0.1体
積％未満では微小接続面積における導電性が充分に得ら
れず、15体積％を超えると両方向において粒子が連結す
る機会が増加し隣接回路との絶縁性が低下するので好ま
しくない。

接続部材中の被覆粒子３と金属粒子４との粒径比は同等
もしくは金属粒子４の粒径を小さくすることが好まし
い。さらに好ましくは金属粒子の粒径の1/2以下とする
ことである。

この理由は、本発明になる回路の接続構造が汚染回路面
を主に温度変化に対する追随性の少ない金属粒子で負担
するために、金属粒子の粒径が大きくなるほど環境変化
の際に接続回路の間隔の変化に対する追随性が少なくな
り、長期信頼性が低下することによる。すなわち接続回
路間は主に温度変化に対する追随性の大きい被覆粒子３
により接続し、汚染回路を突き破る程度のごく薄い層を
金属粒子４で形成することが、信頼性を向上する点で最
適であることによる。

本発明にかかる接続部材の製造方法としては、接着剤層
Ａおよび接着剤層Ｂの各々について、接着剤を溶剤に溶
解するか、懸濁状に媒体中に分散しあるいは熱溶融によ
る等の手段により液状とした後、導電性粒子を混合しボ
ールミル等の通常の分散方法により混合し導電性粒子混
合接着剤組成物を得る。

上記組成物をスクリーン印刷等により必要に応じて用い
るセパレータ上に構成した後、接着剤層Ａと接着剤層Ｂ
とをロールラミネータ等により積層することで本発明の
接続部材を得ることができる。また共押出などの熱溶融
成形によって得ることも可能である。

このようにして得られた接続部材の厚みは、被覆粒子お
よび金属粒子の粒径および接続部材の特性を考慮して相
対的に決定すれば良いが、１〜100μｍの厚みが一般的
に採用できる。１μｍ未満では接着性が不足し、100μ
ｍを超えると十分な導電性が得られない。この理由か
ら、さらに好ましい厚みは３〜50μｍである。

得られた接続部材を用いて回路を接続する方法として
は、たとえば接続すべき一方の回路に仮貼付した状態で
セパレータのある場合にはセパータを剥離し、他の接続
すべき回路を熱プレスあるいは熱ロール等で汚染回路面
に接着剤層Ｂがくるようにして加熱加圧すれば良い。

第３〜４図はかかる方法により回路を接続した状態を示
す断面模式図である。回路接続時の加圧により金属粒子
４は回路表面の汚染層９（第３図では省略）を突き破り
回路７と接触できるので回路７と７´は導通接続が可能
となる。この時接着剤層11と12は相容しても良いが、回
路接続時の流動性や接着剤層の極性などに差を設けるこ
とにより非相容相とすることが金属粒子４を接続部材の
表面層近傍に保持できることから好ましい。第４図は好
ましい回路の接続状況を示す断面模式図である。第４図
（ａ）においては、金属粒子４の表面がコンペイトウ状
の多数の凹凸を示す場合であり、汚染層９を突き破り易
い。第４図（ｂ）は金属粒子４として熱溶融金属10を併
用して用いた場合であり、この場合は金属粒子４により
表面汚染層を突き破り、熱溶融金属10により回路７と被
覆粒子３とは金属結合形成するので、さらに良好な接続
信頼性を得ることができる。

回路接続時に金属粒子４による汚染層の破壊効果をさら
に向上するためには接続時にたとえば超音波振動を併用
することも良い方法である。

本発明と類似の効果を得る方法として、接続部材中に被
覆粒子と金属粒子を混合して用いる方法も考えられる
が、本発明の方が必要とする表層にのみ金属粒子を形成
できるのでその効果が顕著である。

〔作用〕

本発明になる接続部材は、導電性粒子として回路接続時
の加圧もしくは加熱加圧により変形性を有する被覆粒子
を含有する接着剤層Ａの少なくとも一表面が変形性を有
しない金属粒子を含有する接着剤層Ｂにより覆われてい
る。そのため接着剤層Ｂの金属粒子は回路接続時の加圧
もしくは加熱加圧により接着剤や被覆粒子に較べて軟化
および変形性を有しないので回路表面の金属酸化層など
の汚染層に食い込んだりあるいは突き破るなどにより回
路の純金属層と接触可能となり良好な初期接続特性が得
られる。

一方、接着剤層Ａ中の被覆粒子は金属が薄層であるため
に回路接続時の加熱や加圧もしくは加熱加圧により高分
子核材が軟化あるいは変形可能であり回路面あるいは粒
子相互間で適度に変形し接触面積を大きく保つことがで
きる。また金属が薄層であるために、この粒子の熱膨張
率を絶縁性接着剤と近似することが可能であるため、温
度変化に対して追随性を有し、接触面積を大きく保つこ
とと合わせて、特に優れた長期接続信頼性を得ることが
できる。

なお金属粒子は被覆粒子の金属薄層を一部破壊して高分
子核材に達することも考えられるが、この場合は金属薄
層による束縛が少なくなって核材が自由に熱膨張できる
ので、熱膨張収縮時における接着剤との変位量がさらに
少なくなることから温度変化に対する追随性はより向上
し、信頼性はさらに良好となる。さらに金属粒子は、回
路表面の汚染層や被覆粒子の表面にその一部が埋め込め
られて存在するので、これら界面における接触面積が増
大することから信頼性向上に作用することも考えられ
る。

〔実施例〕

本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例 １〜７ および比較例 １〜２ （１）絶縁性接着剤の溶液の作製 第１表に示した３種の接着剤溶液を調整した。

（２）被覆粒子の作製 高分子核材として、ユニベックスＣタイプ（球状フェノ
ール樹脂、ユニチカ（株）製商品名）をマイクロシープ
を用いて分級し、平均粒径20μｍ（15μｍオン25μｍパ
ス）の粒子を得た。

この粒子を用いて、下記方法により前処理の後Niの無電
解めっきを行い、続いてAuの置換めっきにより被覆層の
厚みがNi0.3μm/Au0.05μｍの複層構成を有する被覆粒
子を作製した。

（イ）前処理 高分子核材をメチルアルコール中で強制的に攪拌して、
脱脂および粗化を兼ねた前処理を行い、その後濾過によ
りメチルアルコールを分離した。

（ロ）活性化 上記前処理粒子をサーキットプレップ3316（PdCl＋HCl
＋SnCl_z系の活性化処理液、日本エレクトロプレーティ
ングエンジニヤース（株）製商品名）中に分散し、25℃
−20分間の攪拌により活性化処理をおこなった。この後
水洗、濾過を行った。

（ハ）無電解Niめっき 活性化処理後の粒子をブルーシューマー（無電解Niめっ
き液、浴能力300μdm²／、日本カニゼン（株）製商品
名）液中に浸漬し90℃〜30分間強制攪拌を行った。所定
時間後水洗した。めっき液量は粒子の表面積から算出し
た。

（ニ）無電解Auめっき 以上で得られたNi被覆粒子の表面に、Auの置換めっきを
行った。めっき液はレクトロレスプレップ（無電解Auめ
っき液、日本エレクトロプレーティングエンジニヤース
（株）製商品名）であり、90℃−30分間のめっき処理を
行いその後で水を用いてよく洗浄し、続いて90℃−２時
間の乾燥を行い被覆粒子を得た。

（３）金属粒子 用いた金属粒子は下記の４種類である。

（ａ）平均粒径0.03μｍ、ガス中蒸発法Ni、真空冶金
（株）製 （ｂ）平均粒径２μｍ、カルボニルNi、インコ（株）製 （ｃ）平均粒径2.5μｍ、（ｂ）にAu0.1μｍのめっき層
形成 （ｄ）平均粒径10μｍ、半田粒子、融点150℃なお
（ｃ）のAuめっきは、前項と同じAuめっき液により同様
に作製した。

（４）接続部材の作製 上記した（１）〜（３）を組み合わせて（詳細は第２表
に示す）ボールミルで８時間混合した各接着剤溶液を、
バーコーダによりセパレータ（シリコーン処理ポリエス
テルフィルム、厚み38μｍ）上に塗布し100℃−５分間
の乾燥を行い、所定の乾燥後の厚み（第２表参照）を有
する数種の接着剤層ＡおよびＢを得た。ここに被覆粒子
および金属粒子の添加量は接着剤固形分に対する体積分
率である。

その後、直径50mmの２本のゴムロール（ラミネートロー
ル）を50℃に加熱し、第２表に示す構成となるように接
着剤層ＡおよびＢを適宜組み合わせてラミネートを行う
ことで接続部材を得た。

（５）回路の接続 ライン巾0.1mm、ピッチ0.2mm、厚み35μｍ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、150
℃、2kg/m²、５秒の加熱加圧により接続部材付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（Cr回路、ガラス厚み1.1mm）と顕
微鏡下で回路の位置合わせを行い、150℃、30kg/cm²、2
0秒間の加熱加圧により回路の接続を行った。以上の接
続において透明導電ガラス回路側を接着剤層Ｂとなるよ
うに留意した。

（６）評価方法 上記によりえた回路の接続体の熱衝撃試験前後における
接続抵抗の測定結果を第２表に示した。接続抵抗の測定
はマルチメータ（TR−6877,アドバンテスト（株）製）
により行い、１試料500点の接続抵抗の平均値で表示し
た。熱衝撃試験は−40℃/30分100℃/30分を１サイク
ルとして300サイクル行った。なお隣接回路の絶縁抵抗
はいずれも10⁹Ω以上と良好であった。

（７）結果 実施例１〜５は、接着剤層Ｂ中の金属粒子の種類を変え
て信頼性を評価した結果であり、比較例１〜２は接続部
材を複層としない従来の場合である。各実施例に較べて
比較例は接続抵抗が大きいことがわかる。比較例１は接
着剤層Ａのみの場合であり初期の接続抵抗が高く、比較
例２は初期接続抵抗は良好であるが、長期信頼製造評価
後の熱衝撃300サイクル後の接続抵抗の上昇が大きい。

実施例１は金属粒子の粒径が0.03μｍと小さい場合であ
るが、良好な特性を示すことがわかる。金属粒子の粒径
が回路表面の酸化層の深さ以上であれば本発明の効果す
なわち表面酸化層の破壊が起こるものと考えられる。

実施例２は金属粒子がカルボニル法で製造されたNiであ
り、粒子表面に多数の凹凸を有するコンペイトウ状の粒
子である。そのため本実施例においては、回路接続時の
加熱加圧により回路表面の酸化層を有効に破壊したもの
と考えられる。

実施例３は実施例２の金属粒子表面にAuめっきを施した
ことにより回路面の酸化層の破壊と接続回路界面の接続
抵抗の減少により、さらにすぐれた接続信頼性を得た。

実施例４は金属粒子が熱溶融性の半田粒子の場合である
が、回路接続時の昇温過程で粒子の未溶融時に回路の金
属層を破壊し、そのあと半田粒子の溶融により新鮮な回
路面と金属結合を形成するので良好な接続信頼性が得ら
れた。

実施例５は、前記カルボニル法Niと半田粒子を混合して
用いた場合であるが、回路表面の酸化層の破壊がさらに
効率よくなされ、さらにこのNiが核となりその周辺を半
田粒子が溶融して覆う形となり、良好な接続信頼性を得
た。

実施例２および６〜７は、接着剤層Ｂの接着剤の種類に
ついて検討したものである。実施例２は接着剤層Ｂを粘
着性の強い配合IIとしたもので、この構成にすると接続
部材にタックを付与することが可能となり、回路の仮付
ガ簡単となり接続が効率よく行えるようになる。そのた
め接着剤層Ａとしてタックの無い耐熱材料ヤ架橋型配合
を適用することが可能となるので、タック性を有したま
まで接続部材の耐熱性を向上する場合などにきわめて便
利な構成とすることができる。

実施例６は接着剤層ＡとＢとを同一の接着剤として構成
したものである。この場合、多層構成としても透明性を
保持できるので接続回路の位置合わせが簡単に行える特
長をもつことができる。また接続時の温度、圧力、時間
の設定が従来の単層構成の接続部材を用いた場合と同様
に設定できる。

実施例７は接着剤層Ｂとして熱硬化型接着剤を用いた場
合である。本実施例においては、回路の接続後に130
℃、２時間の後硬化を行った。そのため接続回路間の強
固な接着が可能となり、また接続部材中のＡ層は熱可塑
性であるために可撓性を有した熱硬化接続が可能となり
信頼性が著しく向上した。

〔発明の効果〕 以上詳述したように本発明になる回路の接続部材は、そ
の表面層には回路接続時に変形性を示さない金属粒子を
含有するので、回路表面の汚染層を突き破ることから良
好な初期接続性を有し、また接続部材の層中には温度変
化追随性の大きな被覆粒子を用いることにより優れた長
期接続信頼性を示す。このように優れた接続特性が従来
と同様な接続手段により簡単に得られることから、その
利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は、本発明になる接続部材を示す断
面模式図、第３〜４図は本発明になる接続部材を用いた
回路接続部を示す断面模式図である。 符号の説明 １……高分子核材、２……金属薄層 ３……被覆粒子、４……金属粒子 ５……絶縁性接着剤、６……セパレータ ７……回路、８……基板 ９……汚染層、10……熱溶融金属 11……接着剤層Ａ、12……接着剤層Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高分子重合体からなる核材上に導電性金属
   薄層を実質的に被覆してなる熱変形性の被覆粒子を0.5
   〜15体積％含有した絶縁性接着剤層の少なくとも一面に
   金属粒子を0.5〜15体積％含有した絶縁性接着剤層を設
   けたことを特徴とする回路の接続部材。
2. 【請求項２】金属粒子の粒径が、被覆粒子の粒径よりも
   小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回
   路の接続部材。