JPH0955279A - 電極の接続方法および該方法で得た電極の接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導電粒子が接続時に電極上から流出し難く、導
電粒子と電極との正確な位置合わせが不要で、低コスト
な微細電極の接続方法を提供すること。 【解決手段】下記工程よりなる少なくとも一方が突出し
た電極を有する相対峙する電極の接続方法であり、必要
に応じ電極間の検査および／またはリペアを行う工程を
付加できる電極の接続方法、および該方法で得た電極の
接続構造に関する。 （１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に絶縁
層を形成する工程 （２）少なくとも一方に絶縁層を有する相対峙する電極
間に、導電材料と接着剤よりなる接続部材を配置する工
程 （３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧によ
り電極面の絶縁層を導電材料で破壊する工程 （４）加圧した電極列間の接続部材を必要に応じて硬化
する工程

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品と回路板
や回路板同士を接着固定すると共に、両者の電極同士を
電気的に接続する電極の接続方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子部品の小型薄型化に伴い、こ
れらに用いる回路は高密度、高精細化している。このよ
うな電子部品と微細電極の接続は、従来のはんだやゴム
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、加圧ま
たは加熱加圧手段を構じることによって、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、かつ電極上に確実に
存在させることにより、接続部分における導電性を得る
ことである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、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２次凝集を起こして連結し、隣接電極間の
絶縁性が保持できなくなる。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極めて困難である。すなわ
ち、近年の著しい高分解能化すなわ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
接続時の加圧または加熱加圧により、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】高分解能接続の対策として、突出電極の周
壁部に絶縁被膜を形成して接続する試み（特開平６−２
３２２１１号公報）も見られるが、対抗電極面の絶縁被
膜を除去する必要から、感光性樹脂でマスクしたりドラ
イエッチング等で、絶縁被膜を除去するので工程が複雑
なため経済的ではない。さらに、このような微細電極や
回路の接続を可能とし、かつ接続信頼性に優れた接続部
材として、両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
合わせが必要なので、作業性に劣る欠点がある。

【０００５】本発明は、上記欠点に鑑みなされたもの
で、導電粒子が接続時に電極上から流出し難く、例え流
出しても隣接電極間の絶縁性が保持可能であり、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、対抗電極面の絶縁被膜を除去する必要のない、
低コストな微細電極の接続方法および該方法で得られた
電極の接続構造に関する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記工程より
なる少なくとも一方が、突出した電極を有する相対峙す
る電極の接続方法であり、また前記工程内に電極間の検
査および／またはリペアを行う工程を付加できる、電極
の接続方法に関する。 （１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に絶縁
層を形成する工程 （２）少なくとも一方に絶縁層を有する相対峙する電極
間に、導電材料と接着剤よりなる接続部材を配置する工
程 （３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧によ
り電極面の絶縁層を導電材料で破壊する工程 （４）加圧した電極列間の接続部材を必要に応じて硬化
する工程 さらに本発明は、該方法で得た少なくとも一方が突出し
た電極を有する相対峙する電極の少なくとも一方が絶縁
層で被覆され、絶縁層の一部がその厚みより大きな粒子
径の導電材料で破壊されてなる電極の接続構造について
も包含する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明を図面を参照しながら説明
する。図１〜３は、本発明の一実施例を説明する接続部
の断面模式図である。本発明は相対峙する電極１−２
（図１〜２）や電極１−１’（図３）の少なくとも一方
の電極面３上に絶縁層４を設けて、導電材料５と絶縁性
接着剤６よりなる接続部材７で接続することを特徴とす
る。絶縁層４は、図１〜２のように突出電極１もしくは
平面電極２の少なくとも一方の全表面に形成するか、図
３ように対向電極の双方に設けて良い。絶縁層４は突出
電極１の全表面のみでも（図３）、基板表面８も合わせ
て（図１〜２）絶縁処理されて良い。基板表面と電極面
の全面が絶縁層４を有する場合は、絶縁処理工程が簡単
であり、電極の表面保護も可能なことからより好まし
い。

【０００８】図４は、絶縁層４を電極表面３を含む電極
の側面の一部に形成する場合であり、図５は絶縁層４を
電極表面３のみに形成した場合である。これらは電極の
一部を露出させる工程が必要であるが、絶縁処理部が少
ないメリットがある。図４の場合、少なくとも絶縁層１
が隣接した突出電極１−１’の対向した一方の側面に形
成されれば良い。図１〜５の絶縁層付きの電極は、任意
に組み合わせて使用できる。

【０００９】図１〜３において、相対峙する電極面に絶
縁層が存在しているが、電極の接続条件下すなわち加圧
もしくは加熱加圧により、絶縁層４が導電材料５により
破壊されることで、相対峙する電極の接続が可能とな
る。絶縁層４は、接続時に導電材料５により、破壊可能
であれば良いので材質の制限はなく、シリカや窒化珪
素、金属酸化物等の無機質や、樹脂類等の有機質ともに
可能である。絶縁層４の厚みは、導電材料５の粒子径よ
りも小さくすることが、加圧による電極間の導通が得や
すいので好ましい。また電極間の導通接続が容易なこと
から、電極の接続部条件下で導電材料よりも絶縁層を軟
質とし、例えば樹脂等の有機質、中でも熱可塑性材料と
することが好ましい。

【００１０】有機質材料を限定でなく例示の目的で示す
と、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、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、アクリル酸エステル系ゴム、ポリイソブ
チレン、ポリビニルブチラール、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、ポリブタジエン、フェノキシ樹脂、ポリエステル
樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーンゴム、ポリイミ
ド、ポリアミド、ポリクロロプレン等の、高分子化合物
やゴム等を挙げることができる。これらは単独もしくは
２種類以上併用することもできる。これらフィルム中に
は、粘着付与剤、架橋剤、老化防止剤、界面力向上剤等
の各種調整剤も含有できる。

【００１１】電極の接続部に際しては、相対峙する電極
間の位置合わせを行い、加圧もしくは加熱加圧により、
電極面の絶縁層を導電材料で破壊して、両電極の接続を
得る。絶縁性接着剤６の種類により、必要に応じて電極
列間の接続部材を硬化する。本発明は、また接続工程内
に、電極間の検査および／またはリペアを行う工程を取
り入れることも可能である。すなわち、加熱加圧工程を
２段階以上分割することで、接着剤の硬化反応に伴う流
動過程の粘度制御が可能になるので、気泡のない良好な
接続が可能となる。加えて硬化型接着剤の問題点である
リペア性の付与が可能となる。リペア性とは、不要部の
接着剤を除去し溶剤等で清浄化し、再接続することであ
る。一般的に硬化型接着剤は、硬化終了後に網状構造が
発達し、熱や溶剤等に不溶不融性となり、清浄化が極め
て困難なため、従来から問題視されていた。

【００１２】加熱加圧工程の第一段階は、例えば導電材
料５が突出電極１と接触し、平面電極２との間で導通可
能な状態で、両電極の通電検査や外観検査を行う。この
時不良電極の接続部があれば、この状態でリペアし再接
続を行う。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応の不十分
な状態とすることが可能なので、リペア作業が容易であ
る。通電検査は、例えば両電極からリード線を取り出し
接続抵抗の測定が可能であり、導電材料５と電極との接
触状態を観る等の外観検査も可能である。

【００１３】接続部材７は、導電材料５と絶縁性接着剤
６よりなり、加圧方向に導電性を有するものが好適であ
る。絶縁性接着剤６に対する導電材料５の割合は０．１
〜３０体積％程度、より好ましくは１〜２０体積％が異
方導電性が得やすく好ましい。本発明ではこれらは、通
常の異方導電接続部材よりも高密度に添加可能である。

【００１４】導電材料５としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカ
ーボン等があり、またこれら導電粒子を核材とするか、
あるいは非導電性のガラス、セラミックス、プラスチッ
ク等の高分子等からなる核材に、前記したような材質か
らなる導電層を被覆形成したもので良い。さらに導電材
料５を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子
とガラス、セラミックス、プラスチック等の絶縁粒子の
併用等も、さらに分解能が向上し好ましい。導電材料３
の粒径は、微小な電極上に１個以上好ましくはなるべく
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１μｍ以上
である。１μｍ以下では絶縁層を突き破って電極と接触
し難い。導電材料３が、電極間に単層で存在すると、絶
縁層を破壊しやすく好ましい。

【００１５】これら導電粒子の中では、はんだ等の熱溶
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、加熱加圧もしくは加圧により変形性（図
１）を有し、接続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、はんだ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でき、電極の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やＷ等の硬質金属粒子（図３）や、表
面に多数の突起を有する粒子（図２）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、絶縁層を破壊
し易く低い接続抵抗が得られ、信頼性が向上するので好
ましい。

【００１６】絶縁性接着剤６は、熱可塑性材料や、熱や
光により硬化性を示す材料が広く適用できる。、熱可塑
性材料はリペア性が良好であり、硬化性材料は接続後の
耐熱性や耐湿性に優れることから、用途に応じて選択す
る。接続信頼性は一般的に硬化性材料が優れるので好ま
しく適用できる。なか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
れる等の特徴からより好ましく適用できる。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、シリコーン、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。

【００１７】図において基板９としては、ポリイミドや
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、ガラスやセラミ
ックス等の無機質等を例示できる。突出電極１は、上記
した他に、各種回路類や端子類も含むことができる。平
面電極１０は、基板面からの凹凸がないか、あっても数
μｍ以下とわずかな場合をいう。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。これら各種電極類や基板類は、それぞれ任意に組み
合わせて適用できる。

【００１８】本発明によれば、少なくとも一方が突出し
た電極を有する相対峙する電極の少なくとも一方の電極
面に絶縁層を形成し、導電材料と接着剤よりなる接続部
材で加圧もしくは加熱加圧により、相対峙する電極を接
続する。そのため、相対峙した電極部の突出電極部が集
中的に加圧されるので、電極面の絶縁層が導電材料で破
壊するので両電極の接続が可能となる。一方、突出電極
部以外では、加圧力はないか、あっても僅かなので絶縁
層が導電材料で破壊されずに、隣接電極間間隔が狭い場
合も高い絶縁性が得られ、高分解能な接続が可能とな
る。この時導電材料は、電極上の破壊した絶縁層で保持
されるので電極上からの流出が少なく、高い接続信頼性
が得られる。また例え、導電材料が接続時に電極上から
流出しても、隣接電極のいずれかに絶縁層が形成されて
いる好ましい態様の場合なので絶縁性の保持が可能であ
る。

【００１９】また本発明によれば、電極上に導電材料が
確実に保持され導通可能となるので、導通検査や接続の
信頼性が向上する。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応
の不十分な状態で導通検査可能なので、リペア作業が容
易である。電極面の絶縁層は、全面に形成可能であり、
部分的な絶縁層の除去が原則的に不要なので、低コスト
な微細電極の接続が可能である。接続部材の導電材料
は、全面に均一に分散されてなるので、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
る。

【００２０】

【実施例】以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発
明はこれに限定されない。 実施例１ （１）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２層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは７０μｍ、電極幅
２０μｍの平行回路の電極）を準備した。この回路形成
面にラミネートにより、厚み３μｍのフェノキシ樹脂系
のフィルム（熱可塑性エポキシ樹脂、軟化点１２０℃）
を１８０℃で圧着して絶縁層を形成した。熱可塑性樹脂
なので軟化溶融して、回路ピッチに沿って絶縁層の形成
が可能であった。接続部材は、フェノキシ樹脂と、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６±０．２μｍのスチレン−ジビ
ニルベンゼン系架橋粒子にＮｉ／Ａｕ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℃、２０
分乾燥し厚み２０μｍの接続部材を得た。ガラス０．７
ｍｍ上に酸化インジウム厚み０．２μｍ（ＩＴＯ、表面
抵抗２０Ω／□）の薄膜回路を有する平面電極との接続
を行った。まず、平面電極側に前記接続部材を２ｍｍ幅
で載置し、仮圧着を行いセパレータを剥離した。続いて
ＦＰＣ回路と相対峙する電極間の位置合わせを行い、接
続部材の硬化反応が十分な条件の１５０℃、３０ｋｇｆ
／ｍｍ² 、２０秒で接続した。

【００２１】（２）評価 この接続体の断面を研磨し顕微鏡で観察したところ、図
１相当の接続構造であった。加圧により電極面の絶縁層
であるフェノキシを導電材料で破壊できた。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、
電極上は粒子が絶縁層に食い込み圧縮変形されて上下電
極と接触保持されていた。架橋粒子なので接続条件温度
下での堅さと、加圧による変形性が併せて得られたとみ
られる。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ところ、接続抵抗は１Ω以
下、絶縁抵抗は１０⁸ Ω以上であり、これらは８５℃、
８５％ＲＨ１０００時間処理後も変化が殆どなく、良好
な長期信頼性を示した。本実施例における電極上（２０
μｍ×２ｍｍ）の接続に寄与している有効平均粒子数
は、５０個（最大５５個、最小４６個）であり、電極上
に多数の導電粒子が確保されそのばらつきも少ない。接
続に寄与している有効粒子とは、接続面をガラス側から
顕微鏡（×１００）で観察し、電極との接触により光沢
を発しているものとした。

【００２２】比較例１ 実施例１と同様であるが、絶縁層を形成しないＦＰＣ回
路を用いた。実施例１と同様に評価したところ、電極上
（２０μｍ×２ｍｍ）の粒子数は最大３８個、最小０個
であり、電極上に有効粒子の無いものが見られ、また実
施例１に比べ最大と最小のばらつきが大きかった。ま
た、接続体の絶縁抵抗を測定したところショート不良が
発生した。接続時に導電粒子が電極上から流出し、隣接
電極間（スペース部）での絶縁性が保持できなくなった
と見られる。

【００２３】実施例２ 実施例１と同様であるが、ＦＰＣに変えて、ＩＣチップ
（２×１０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、４辺周囲にバンプ
（突起電極）と呼ばれる５０μｍ角、高さ２０μｍの金
電極が２００個形成）を用いた。このＩＣチップは、ウ
エハ段階で突起電極形成面に、ポリイミド系（ガラス転
移点１７０℃）の溶液をスピンコータで形成後、溶剤を
乾燥して、電極上の厚みが２μｍの絶縁層を形成してあ
る。またガラス側のＩＴＯ電極を、前記ＩＣチップのバ
ンプ電極サイズに対応するように変更した。実施例１の
接続部材を用いて同様に接続した。接続体は図２に相当
する構成（導電材料は図１）である。本実施例も良好な
接続特性を示した。

【００２４】実施例３ 実施例１のＦＰＣ同士を同様に接続し、図３相当の接続
体（導電材料は図１）を得た。実施例１と同様に評価し
たところ良好な接続特性を示した。この構成は突起電極
にそれぞれ絶縁層を形成した同士の接続であるが、電極
上の有効粒子数は、突出電極同士の接続で粒子が流出し
易い構成だが全電極において、１５個以上の確保ができ
た。

【００２５】実施例４ 実施例２と同様であるが、ＩＣチップの絶縁処理を行わ
ずに金電極とし、ガラス側のＩＴＯ電極を、表面をアル
マイト加工（絶縁層の厚み約０．５μｍ）したアルミに
変えた。接続体は図２に相当する構成（導電材料は図
１）であるが、良好な接続特性を示した。本実施例で
は、アルミニウムの絶縁処理として通常に行われてい
る、加熱酸化や陽極酸化等の簡単な経済的な方法によ
り、本発明が実施可能なことを示している。

【００２６】実施例５〜６ 実施例２と同様であるが、ガラス基板上に５個のＩＣチ
ップを搭載できる基板に変更し、加熱加圧工程を２段階
とした。まず、１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ²、２秒後
に加圧しながら各接続点の接続抵抗をマルチメータで測
定検査した（実施例５）。同様であるが他の一方は、１
５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ² 、３秒後に接続装置から除
去した。加熱加圧により接着剤の凝集力が向上したの
で、各ＩＣチップは、ガラス側に仮固定が可能で無加圧
であり、同様に検査した（実施例６）。両実施例ともに
１個のＩＣチップが異常であった。そこで異常チップを
剥離して新規チップで前記同様の接続を行ったところ、
今度はいずれも良好であった。接着剤は硬化反応の不十
分な状態なので、チップの剥離や、その後のアセトンを
用いた清浄化も極めて簡単であり、リペア作業が容易で
あった。以上の通電検査工程およびリペア工程の後で、
１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ²、２０秒で接続したとこ
ろ、両実施例ともに良好な接続特性を示した。バンプ上
の有効粒子数は、全電極において７個以上の確保が可能
であった。本実施例では、実施例２に比べバンプ上の有
効粒子数が増加し、電極上からの流出が少ない。加熱加
圧工程を２段階としたことで、粒子の保持性がさらに向
上したものと見られる。

【００２７】実施例７ 実施例４と同様であるが、導電粒子を表面に凹凸有する
ニッケル（平均粒径３μｍ）に変更し、図２相当の接続
体を得た。同様に評価したところ、電極に導電粒子の先
端が食い込んでおり、電極上の有効粒子数は、１００個
以上が確保できた。接続抵抗、絶縁抵抗、長期信頼性と
もに良好あった。本実施例では、導電粒子が硬質でまた
表面に凹凸を有するので、電極に導電粒子の先端が食い
込み易く、また粒子径が小さいので、極上の粒子数も沢
山確保できた。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、導
電材料が接続時に電極上からの流出し難く、隣接電極間
の絶縁性が保持可能であり、導電粒子と電極との正確な
位置合わせが不要のことから作業性に優れた、低コスト
な微細電極の接続が提供可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電極の接続構造の断面模
式図である。

【図２】本発明の別の実施例を示す電極の接続構造の断
面模式図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す電極の接続構造の断
面模式図である。

【図４】本発明の実施例を示す電極の断面模式図であ
る。

【図５】本発明の別の実施例を示す電極の断面模式図で
ある。

【符号の説明】 １ 突出電極 ２ 電極 ３ 電極面 ４ 絶縁層 ５ 導電材料 ６ 絶縁性接着剤 ７ 接続部材 ８ 基板面 ９ 基板 １０ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 勝幸 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記工程よりなる少なくとも一方が突出し
   た電極を有する相対峙する電極の接続方法 （１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に絶縁
   層を形成する工程 （２）少なくとも一方に絶縁層を有する相対峙する電極
   間に、導電材料と接着剤よりなる接続部材を配置する工
   程 （３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧によ
   り電極面の絶縁層を導電材料で破壊する工程 （４）加圧した電極間の接続部材を必要に応じて硬化す
   る工程
2. 【請求項２】下記工程よりなる少なくとも一方が突出し
   た電極を有する相対峙する電極の接続方法 （１）相対峙する電極の少なくとも一方の電極面に絶縁
   層を形成する工程 （２）少なくとも一方に絶縁層を有する相対峙する電極
   間に、導電材料と接着剤よりなる接続部材を配置する工
   程 （３）相対峙する電極間の位置合わせを行い、加圧によ
   り電極面の絶縁層を導電材料で破壊する工程 （４）電極間の検査および／またはリペアを行う工程 （５）電極間の接続部材を硬化する工程
3. 【請求項３】少なくとも一方が突出した電極を有する相
   対峙する電極の少なくとも一方が絶縁層で被覆され、絶
   縁層の一部がその厚みより大きな粒子径の導電材料で破
   壊されてなる請求項１または２記載の接続方法で得た電
   極の接続構造