JPH08148210A - 接続部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分解能で長期接続信頼性に優れ、作業性に
も優れた接続部材を提供する。 【構成】 導電材料及びバインダからなり、加圧方向に
導電性を有する接着層１の少なくとも片面に、前記導電
材料の大きさよりも小さい絶縁粒子を含有する接着層２
を形成した接続部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品と回路板、或
いは回路板同士を接着固定すると共に、両者の電極同士
を電気的に接続する接続部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子部品の小形薄型化に伴い、こ
れらに用いる回路は高密度化、高精細化しており、この
ような電子部品と微細電極との接続は、従来のハンダや
ゴムコネクタ等では対応が困難であることから、最近で
は分解能に優れた異方導電性の接着剤や膜状物（以下、
接続部材）が多用されている。この接続部材は、導電粒
子等の導電材料を所定量含有した接着剤からなるもの
で、この接続部材を電子部品と電極や回路との間に設
け、加圧又は加熱加圧手段を講じることによって、両者
の電極同士が電気的に接続されると共に、電極に隣接し
て形成されている電極同士には絶縁性を付与して、電子
部品と回路とが接着固定されるものである。上記の接続
部材を高分解能化するための基本的な考えは、導電粒子
の粒径を隣接電極間の絶縁部分よりも小さくすること
で、隣接電極間における絶縁性を確保し、併せて導電粒
子の含有量をこの粒子同士が接触しない程度とし、且つ
電極上に確実に存在させることにより、接続部分におけ
る導通性を得ることである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法は、
導電粒子の粒径を小さくすると、粒子表面積の著しい増
加により粒子が二次凝集を起こして連結し、隣接電極間
の絶縁性が保持出来なくなり、また、導電粒子の含有量
を減少すると、接続すべき電極上の導電粒子の数も減少
することから接触点数が不足し、接続電極間での導通が
得られなくなるため、長期の接続信頼性を保ちながら接
続部材を高分解能化することは困難であった。即ち、近
年の著しい高分解能化即ち電極面積や隣接電極間（スペ
ース）の微細化により、電極上の導電粒子が接続時の加
圧又は加熱加圧により接着剤と共に隣接電極間に流出
し、接続部材の高分解能化の妨げとなっていた。

【０００４】このとき、接着剤の流出を抑制するために
接着剤を高粘度とすると、電極と導電粒子との接触が不
十分となり、相対峙する電極の接続が不可能となる。一
方、接着剤を低粘度とすると、導電粒子の流出に加えて
スペース部に気泡を含み易くし、接続信頼性特に耐湿性
が低下してしまう欠点がある。このようなことから、導
電粒子含有層と絶縁性接着層とを分離した多層構成の接
続部材とし、前者の接続時における粘度を高粘度とし、
導電粒子を保持する試みも見られるが、電極と導電粒子
との接触が不十分であったり、製法が面倒であったりし
て、実用化されていない。

【０００５】また、このような微細電極や回路の接続を
可能とし、且つ接続信頼性に優れた接続部材として、面
方向の必要部に導電粒子の密集領域を有する接続部材の
提案もある。これによれば、半導体チップのようなドッ
ト状の微細電極の接続が可能となるものの、導電粒子の
密集領域とドット状電極との正確な位置合わせが必要
で、作業性に劣る欠点がある。本発明は上記の欠点を解
消するためになされたもので、導電粒子の電極上からの
流出が少なく保持可能であり、また、接続部に気泡を含
み難いことから長期の接続信頼性に優れ、導電粒子と電
極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れ
た、高分解能の接続部材を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、導電材料及び
バインダからなり、加圧方向に導電性を有する接着層の
少なくとも片面に、前記導電材料の大きさよりも小さい
絶縁粒子を含有する接着層を形成した接続部材に関す
る。本発明を図面を参照しながら説明する。図１は本発
明の一実施例を説明する接続部材の断面模式図である。
本発明の接続部材は、導電材料及びバインダからなり、
加圧方向に導電性を有する導電性接着層１の少なくとも
片面に、絶縁粒子を含有する絶縁性接着層２を形成した
接続部材である。

【０００７】図２のように、導電性接着層１の両面に絶
縁性接着層２及び２´を形成しても良い。これらの表面
には不要な粘着性やごみ等の付着を防止するために、図
示しないが剥離可能なセパレータが必要に応じて存在し
ても良い。図３は、加圧方向に導電性を有する導電性接
着層１を説明する断面模式図である。導電性接着層１
は、導電材料３を含有したバインダ４からなる。ここに
導電材料３としては、図３（ａ）〜（ｄ）のように、加
圧又は加熱加圧手段を講じることでバインダ４の厚み減
少によって導電性を得る、即ち、バインダ４の厚み以下
の小粒径のものが好ましい。また、図３（ｅ）のよう
に、バインダ４の表裏面（図示しないが一方だけでも良
い）から突出していても良い。

【０００８】導電材料３がバインダ４の厚み以下の場
合、バインダ４により保持されるので取扱時に導電材料
３の脱落防止が可能であり、バインダ４の表面より突出
していると、簡単な接触により電極と導通可能となり、
導電性が得易い。これらの中では、図３（ｃ）〜（ｅ）
のように、導電材料３がバインダ４の厚みとほぼ等しく
単層で存在できる場合が、接続時の導電材料３の保持性
から好適であり、図３（ｄ）及び（ｅ）が特に好適であ
る。バインダ４に対する導電材料３の割合は０．１〜２
０体積％程度が、導電異方性が得易く好ましい。また、
厚み方向の導電性を得易くするために、バインダ４の厚
さは膜形成の可能な範囲で薄い方がよく、好ましくは３
０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。

【０００９】導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、半田等の金属粒子や炭素粉
等があり、また、これら導電粒子を核材とするか、或い
は非導電性のガラス、セラミックス或いはプラスチック
のような高分子等からなる核材に前記のような材質から
なる導電層を被覆形成したものでも良い。更に、導電材
料を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子と
絶縁粒子の併用なども適用可能である。粒径の上限は、
微小な電極上に１個以上好ましくは５個以上と多くの粒
子数を確保するには小粒径粒子が好適であり、１５μｍ
以下、より好ましくは７μｍ以下である。粒径の下限
は、粒子の凝集性や電極の凹凸に対応可能とするために
０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上とすべきであ
る。

【００１０】これら導電粒子の中では、半田等の熱溶融
金属やプラスチック等の高分子核材に導電層を形成した
ものが、加熱加圧又は加圧により変形性を有し、積層時
に回路との接触面積が増加し、信頼性が向上するので好
ましい。特に高分子類を核とした場合、半田のように融
点を示さないので、軟化の状態を接続温度で広く制御出
来、電極に厚みや平坦性のばらつきに対応し易い接続部
材が得られるので特に好ましい。また、例えばＮｉ、Ｗ
等の硬質金属粒子や表面に多数の突起を有する粒子の場
合、導電粒子が電極や配線パターンに突き刺さるので、
酸化膜や汚染層の存在する場合にも低い接続抵抗が得ら
れ、信頼性が向上するので好ましい。

【００１１】これら導電粒子は、粒径の分布が少ない均
一粒径の球状粒子が好ましい。粒径の分布が少ないと、
電極接続時の加圧により電極間で保持されて流出が少な
い。粒径の分布幅としては、電極表面の凹凸を考慮して
最大粒径の１／２以下とすることが好ましい。例えば、
高分子核材に導電層を被覆形成した変形性粒子の場合に
は、中心径±０．２μｍ以内といった高精度の粒子もあ
り、特に好ましく適用できる。また、硬質金属粒子の場
合、電極に突き刺さるので、粒径の分布幅は最大粒径の
１／２以下と比較的広くても良い。バインダ及び絶縁性
接着層は反応性接着剤であり、熱や光により硬化性を示
す材料が広く適用出来、接着性を有することが好まし
い。これらは接続後の耐熱性や耐湿性に優れることか
ら、硬化性材料の適用が好ましい。中でもエポキシ系接
着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性が良く、分子構
造上接着性に優れる等の特長から好ましく適用できる。

【００１２】エポキシ系接着剤は、例えば高分子量のエ
ポキシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタンやポリ
エステル、アクリルゴム、ＮＢＲ、ナイロン等で変性し
たエポキシを主成分とし、硬化剤や触媒、カップリング
剤、充填剤等を添加してなるものが一般的である。本発
明における硬化剤としては、接続部材の保存性を維持す
るために潜在性であることが好ましい。本発明でいう潜
在性とは、反応性樹脂（例えばエポキシ樹脂）との共存
下で３０℃以下で２か月以上の保存性を有し、加熱下で
急速硬化するものを云う。また、本発明の反応性とは、
反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存下での活性化温度を
示す。

【００１３】活性化温度は、反応性樹脂と潜在性硬化剤
との共存混合試料の３ｍｇをＤＳＣ(Ｄifferential Ｓc
anning Ｃalorimeter指差走査型熱量計)を用い、１０℃
／分で常温（３０℃）から２５０℃まで上昇させたとき
の発熱量の最大を示すピーク温度とする。図４に示すよ
うに、本発明における絶縁性接着層２の中には絶縁粒子
５が添加される。絶縁粒子５としては、ガラス、シリ
カ、セラミックス等の無機物や、ポスチレン、エポキ
シ、ベンゾグアナミン等の有機物があり、これらの形状
は、球状、繊維状等でも良い。これらは単独又は複合し
て用いることが出来る。

【００１４】絶縁粒子５は、隣接電極との絶縁性の向上
や接続電極のギャップ調節の作用がある。絶縁粒子５の
粒径は導電材料３より小さくして、電極接続を容易にす
る。絶縁粒子の粒径は、接続電極のギャップを調節し、
電気接続を売るためには１０μｍ以下が好適であり、
０．５〜５μｍがより好ましい。０．５μｍ未満では粒
子が凝集し易く、５μｍを越えると接触抵抗の増大を招
き易い。またこの場合、導電粒子に比べ硬質とすること
が好ましい。本発明の接続部材の製法としては、例え
ば、導電性接着層１と絶縁性接着層２とをラミネートし
たり、積層して順次塗工する等の方法が採用できる。本
発明の接続部材を用いた電極の接続構造及びその製法に
ついて、図５〜６により説明する。

【００１５】図５に、基板１１に形成された突出電極１
２と基板１１´の平面電極１３とが本発明の接続部材を
介して接続された構造を示す。即ち、相対峙する電極列
間の少なくとも一方が突出した電極列間の接続構造であ
って、相対峙する電極間１２−１３間に導電材料３が存
在し、且つ、突出電極１２の周囲１４よりも導電材料の
密度が高い状態で存在し、相対峙する電極列間が接続さ
れている。また、絶縁性接着層２が突出電極１２の少な
くとも突出する電極の基板側の周囲を覆っている。ここ
に平面電極１３は、基板１１´面からの凹凸がないか、
あっても数μｍ以下と僅かな場合を云う。これらを例示
すると、アディティブ法や薄膜法で得られた電極類が代
表的である。

【００１６】図６は、基板１１及び１５に形成された電
極が突出電極同士１２及び１２´の場合である。即ち、
図２で示した両面に絶縁性接着層２及び２´を有する接
続部材を介して接続した構造である。絶縁性接着層２及
び２´はそれぞれ突出電極同士１２及び１２´の突出す
る電極の周囲を覆っており、また、それぞれの基板面１
１及び１５と接続している。図５及び６において、接続
電極のギャップが絶縁粒子５の粒径に制御され、導電材
料３は変形して電極１２・１３とそれぞれ面接触する。
隣接電極間においては、絶縁粒子５が導電材料３を遮る
かたちで存在し、絶縁性を向上させる。

【００１７】図５及び６における基板としては、ポリイ
ミド、ポリエステル等のプラスチックフィルム、ガラス
エポキシ等の複合体、シリコーン等の半導体、ガラス、
セラミックス等の無機物などを例示できる。突出電極１
２は上記したほかに各種回路類や端子類も含むことが出
来る。なお、図５及び６で示した各種電極類は、それぞ
れ任意に組み合わせて適用できる。本発明の接続部材を
用いた電極の接続方法は、接続部材の絶縁性接着層２が
突出した電極１２側となるように配置し、反応性接着剤
の活性化温度以上の温度で加熱加圧する。

【００１８】

【実施例】次に実施例を説明するが、本発明はこの実施
例に限定されるものではない。 実施例１ （１）導電性接着層の作製 フィルム形成材としてフェノキシ樹脂(高分子エポキシ
樹脂)とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液
状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）との比率を２０
／８０とし、酢酸エチルの３０％溶液を得た。この溶液
に粒径５±０．２μｍのポリスチレン系粒子にＮｉ／Ａ
ｕの厚さ０．２／０．０２μｍの金属被覆を形成した導
電性粒子を５体積％添加し、混合分散した。この分散液
をセパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレ
ートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布
し、１１０℃で２０分乾燥して、厚み５μｍの導電性接
着層を得た。この接着層の活性化温度は１０８℃であっ
た。

【００１９】（２）絶縁性接着層の形成及び接続部材の
作製 (１)の導電性接着層から導電性粒子を除去し、粒径２±
０．１μｍのベンゾグアナミン粒子を添加し、厚み１５
μｍのシートを前記(１)と同様に作製した。(１)の導電
性接着層の面と(２)の接着層の面とをゴムロール間で圧
延しながらラミネートした。以上で図１の二層構成の多
層接続部材を得た。同様にして絶縁性接着層を形成し
た。

【００２０】（３）接続 ポリイミドフィルム上に高さ１８μｍの銅の回路を有す
る二層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは１００μｍ、電極幅
５０μｍの平行回路の電極）と、厚さ１．１ｍｍのガラ
ス上に厚さ０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）
の酸化インジウムの薄膜回路を有する平面電極との接続
を行った。先ず、平面電極側に導電性接着層が来るよう
にした。前記接続部材を１．５ｍｍ幅で載置し、セパレ
ータを剥離した後貼り付けた。この後セパレータを剥離
し、他の回路板と上下回路を位置合わせし、１５０℃、
２０ｋｇf／mm²、１５秒で接続した。

【００２１】（４）評価 この接続体の断面を研磨し、顕微鏡で観察した結果、図
５相当の接続構造であった。隣接電極間のスペースは気
泡混入がなく、粒子が球状であったが、電極上は粒子が
最低でも５０個以上存在して圧縮成形され、上下電極と
接触保持されていた。相対峙する電極間を接続抵抗、隣
接する電極間を絶縁抵抗として評価した結果、接続抵抗
は１Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸Ω以上であり、これらは
８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後も殆ど変化がな
く、良好な長期信頼性を示した。本実施例では、導電材
料（導電粒子）と併用して絶縁粒子を用いることで、接
続電極のギャップが硬質である絶縁粒子（ベンゾグアナ
ミン粒子）の粒径２μｍに制御され、導電材料は変形し
て電極１２・１３と面接触していた。

【００２２】実施例２ 実施例１の導電性接着層に、更に絶縁性接着層を形成
し、図２の三層構成の多層接続部材を得た。実施例１の
ＦＰＣ同士を同様に接続した。この場合、図６の接続体
が得られ、実施例１と同様に良好な接続特性を示した。 実施例３ 実施例１の絶縁性接着層のベンゾグアナミン粒子に代え
て粒径１±０．１μｍのシリカ粒子を添加した。この場
合も実施例２と同様に評価した結果、良好な接続特性を
示した。

【００２３】実施例４ 実施例３と同様であるが、ＦＰＣに代えてＩＣチップ
（２×１０mm、高さ０．５mm、四辺周囲にバンプと呼ば
れる５０μｍ角、高さ２０μｍの金電極が２００個形
成）を用いた。ガラス側のＩＴＯ電極を、前記ＩＣチッ
プのバンプ電極のサイズに対応するように変更した。ま
た、導電性シートの導電材料を粒径３±０．１μｍの導
電粒子とし、添加量１体積％、マトリックスの厚み１０
μｍのシートとし、図３（ｂ）相当の構成とした。接続
体は図５に相当する構成であるが、良好な接続特性を示
した。

【００２４】本実施例では、バンプがマッシュルーム形
で頂部を有していたが、粒子は圧縮変形され、上下電極
と接触保持されていた。隣接バンプ間に気泡混入がな
く、良好な長期信頼性を示した。導電粒子は、相対峙す
る電極間距離に応じて粒子の変形度が異なり、部分的に
バンプに食い込むものも見られた。導電粒子は１電極上
に５個以上存在した。接着剤の硬化前に、粒径の小さな
絶縁粒子は上下電極の接触部外に流動排出したが、導電
粒子は相対峙する電極間で保持されたものと見られる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、導電材料及びバインダ
からなり、加圧方向に導電性を有する接着層の少なくと
も片面に導電材料の大きさよりも小さい絶縁粒子を含有
する接着層を形成したので、少なくとも一方が突出した
対向電極間で、導電材料の変形により電気的接続が可能
となり、隣接電極間においては、突出電極の少なくとも
基板側の周囲を絶縁粒子を含有した接着層が覆うので、
絶縁性が向上する。このようにして、高分解能化で且つ
接続信頼性に優れた接続部材が簡単に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接続部材の断面模式図である。

【図２】本発明の接続部材の断面模式図である。

【図３】本発明の接続部材における導電性接着層を示す
断面模式図である。

【図４】本発明の接続部材における絶縁性接着層を示す
断面模式図である。

【図５】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示
す断面模式図である。

【図６】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示
す断面模式図である。

【符号の説明】

１…導電性接着層、２…絶縁性接着層、３…導電材料、
４…バインダ、５…絶縁粒子、１１、１１´…基板、１
２…突出電極、１３…平面電極、１４…周囲、１５…基
板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 敦夫 茨城県下館市大字五所宮1150番地 日立化 成工業株式会社結城工場内 (72)発明者 松岡 寛 茨城県下館市大字五所宮1150番地 日立化 成工業株式会社結城工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電材料及びバインダからなり、加圧方
   向に導電性を有する接着層の少なくとも片面に、前記導
   電材料の大きさよりも小さい絶縁粒子を含有する接着層
   を形成した接続部材。