| 【発明の名称】 |
異方導電性接着剤 |
| 【発明者】 |
【氏名】川田 政和
【氏名】宮本 哲也
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 絶縁性接着剤樹脂中に導電性粒子を分散させた異方導電性接着剤において、該導電性粒子として、平均粒子径０．５〜３μｍ、比表面積０．１〜５ｍ2／ｇのコバルト粒子を０．１〜５体積％配合したことを特徴とする異方導電性接着剤。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細な回路同志の電気的接続、更に詳しくはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）におけるＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）とＰＣＢ（プリント回路基板）の接続や、電子部品と回路基板の接続、半導体ＩＣとＩＣ搭載用基板のマイクロ接合等に用いることのできる異方導電性接着剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の電子機器の小型化・薄型化に伴い、微細な回路同志の接続、微小部分と微細な回路の接続等の必要性が飛躍的に増大してきており、その接続方法として、半田接合技術の進展とともに、新しい材料として、異方性の導電性接着剤やフィルムが使用されている。（例えば、特開昭59-120436、60-84718、60―191228、61―55809、61―274394、61―287974、62―244142、63―153534、63―305591、64―47084、64―81878、特開平1―46549、1―251787各号公報等）
【０００３】この方法は、接続しようとする回路間に所定量の導電性粒子を含有する接着剤またはフィルムをはさみ、所定の温度・圧力・時間により熱圧着する事によって回路間の電気的接続を行うと同時に隣接する回路間には絶縁性を確保させるものである。
【０００４】このような特長を生かして、近年急速に成長しているＬＣＤ分野に於いて、ＬＣＤパネルとＴＣＰの接続では被着体の耐熱性がないことや微細な回路では隣接端子間で電気的にショートしてしまうなど半田付けなどの従来の接続方法が適用できないことからこの異方導電フィルムが必要不可欠の材料となっている。また、特に、最近はＬＣＤの急速な大型化・高精細化が進み、従来は半田付けを行っていたＴＣＰとＰＣＢの接続でも異方導電接着剤、フィルムの適用が広まりつつある。
【０００５】この異方導電接着剤やフィルムに含まれている導電性粒子には、一般的には、金属粒子や高分子核材に金属被覆を施したものが用いられている。
【０００６】従来は、主に金属粒子、特に半田粒子などの柔らかいものが用いられる場合が多く、相対する回路端子間の間隔ばらつきを吸収して回路端子間の接触面積を大きくとることができ、安定した導通性が得られるという長所があった。また、接続温度を金属粒子の溶融温度よりも高くすることにより、導電性粒子と電極端子の接続を強固にすることが可能となり、より接続信頼性を高めることができるものであった。しかしながら、反面、導電性粒子の粒径を揃えることが困難なため、例えば、２００μｍピッチ程度の回路同士の接続では平均粒径１０μｍ程度の半田粒子を用いることがあるが、粒径の分布が広く中には３０μｍ以上の大きな粒子が混入しているため、これにより隣接端子間の電気的短絡が生じる可能性が高く、微細な回路同士の接続への適用には限界があった。また、金属粒子を溶融させると端子間短絡が発生したり、高温高湿度放置試験や高温放置試験などの処理を施した場合に金属粒子の酸化などの変化が生じ接続が不安定になるなどの問題があった。
【０００７】これに対し、現在、ＬＣＤパネルとＴＣＰの接続には、７０μｍピッチ以下の微細な接続のため、ほとんど高分子核材に金属被覆を施した粒子が用いられている。この場合、作製方法によっては高分子核材粒子の粒径分布を極めてシャープにできる、例えば、一般的には５〜１０μｍ程度の平均粒径で、粒径の分布が±３μｍ以下程度のものが容易に得ることができる。したがって、極めて微細な回路接続にも対応でき、さらに、金被覆が用いられる場合が多いこともあり、長期環境処理による粒子表面の酸化などの変化が少ないという長所があった。
【０００８】しかしながら、最近半田付けからこの異方導電性接着剤への代替え適用が始まったＴＣＰとＰＣＢの接続では、大きな電流が流れるため高分子核材に金属被覆を施した粒子では電流容量が不足し接続抵抗値が高くなったり、配線回路上の酸化膜や、フラックスなどの残留物により十分な接続がとれない、など接続が不安定になる問題が生じてきた。
【０００９】そこで、このような用途では、再び、金属粒子の適用検討が始まり、例えば、比表面積の大きいニッケルなどの硬い金属粒子を適用して、電流容量を拡大したり、配線回路上の酸化膜・残留物を突き破って接続することが考えられた。しかしながら、ニッケル粒子の作製時にシャープな粒径分布を得ることは困難なため分級などの方法で大きな粒子を除去する必要があり、更にこれでも１０μｍ以上の粒子を完全に除去する事は困難であり、また接続時の樹脂の流れに伴って比表面積の大きな粒子では粒子同士で凝集が生じるなど、接続した際に隣接端子間の電気的絶縁性が低下するなどの問題があり十分満足いく物ではなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような従来の欠点に鑑みて種々の検討の結果なされたものであり、その目的とするところは、微細な回路接続にも対応でき、電流容量が大きく接続信頼性の高い異方導電性接着剤を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、絶縁性接着剤樹脂中に導電性粒子を分散させた異方導電性接着剤において、該導電性粒子として平均粒子径０．５〜３μｍ、比表面積０．１〜５ｍ2／ｇのコバルト粒子を０．１〜５体積％配合したことを特徴とする異方導電性接着剤に関するものである。
【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】本発明の異方導電性接着剤は、平均粒子径０．５〜３μｍ、比表面積０．１〜５ｍ2／ｇのコバルト粒子を導電性粒子として絶縁性接着剤に０．１〜５体積％分散したことが特長である。
【００１４】たとえば、ＬＣＤ用途のＴＣＰとＰＣＢを異方導電性接着剤を用いて接続した場合、電極端子は導電性粒子によって機械的に接触し、上下間の安定した電気的接続を得ることができる。この時、本発明の異方導電フィルムを用いると、導電粒子が凝集することなく均一に分散し、回路端子間の絶縁性を保ちながら接続に寄与する導電粒子数を多く配合することができ、しかも回路端子上の汚れなどの膜をつき破って接続することが可能となる。これにより、従来の異方導電フィルムでは端子間短絡が生じ接続困難であった微細な回路端子同士の接続が可能となり、大きな電流容量を維持しながら高い接続信頼性を得ることが可能となる。
【００１５】本発明における導電性粒子は、平均粒径が０．５〜３μｍ、比表面積が０．１〜５ｍ2／ｇのコバルト粒子であること以外は、特に制限することはない。ここで、平均粒径は、ＦＳＳＳ法（フィッシャー・サブシーブ・サイザ− ＡＳＴＭ−Ｂ３３０）で測定したものであり、比表面積は、ＢＥＴ法（窒素表面積法ＡＳＴＭ Ｄ−３０３７−７３）により測定したものである。平均粒径は、０．５μｍより小さい場合には、回路の表面の凹凸に導電性粒子が吸収されていまい、導電性粒子を介しての接続が十分に確保できない。また、３μｍ以上の場合は、粒径分布のシャープなものを得ることが困難であり、粒径の大きなものが混入する確率が高くなり隣接端子間の絶縁性不良や大粒子による接続不良などが生じてくる可能性がある。本発明の粒径で比表面積０．１ｍ2／ｇ以下のものを作製することは現実には困難であり、５ｍ2／ｇ以上の場合には、粒子同士が凝集しやすくなり隣接端子間の絶縁性不良などが発生しやすくなったり、粒子表面の凹凸が多くなることからも高電圧を印加した場合に隣接端子間の絶縁性不良が発生しやすくなる。例えば、異方導電フィルムのＬＣＤ用途でのＴＣＰとＰＣＢとの接続では、平均粒径１〜２μｍ、比表面積０．５〜２ｍ2／ｇ程度が望ましい。もちろん粒径分布がシャープな方が好ましいことは言うまでもなく、最大粒径は１０μｍ以下であればなお好ましい。
【００１６】本発明におけるコバルト粒子の作製法は特に限定するものではないが、例えば一般に行われているコバルトの地金を塩酸で溶かしてシュウ酸を加えて熱分解させるなどの方法で良い。この方法では、熱分解させた時点でシャープな粒径分布を得ることが可能である。この方法であれば、同程度の導電性・硬さをもつニッケル粒子に比較して粒子作製後の粒径分布がシャープなために大きな粒子が混入する可能性は極めて低く、大粒子除去のための分級等も必要でなくなるという利点も出てくる。
【００１７】絶縁性接着剤に対する配合量は、０．１〜５体積％であることが望ましい。０．１体積％より配合量が少ない場合には接続面積が少なくなるため接続信頼性が低下し、逆に５体積％より配合量が多い場合には隣接端子間の絶縁性が低下し短絡の発生にもつながる。
【００１８】本発明に用いられる接着剤は、絶縁性を示すものであれば、熱可塑性、熱硬化性、光硬化性など特に制限はない。例えば、スチレンブタジエン樹脂、スチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、アクリルニトリルブタジエンゴム、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アミド樹脂、エポキシメタクリレート系をはじめとするアクリレート系樹脂などが挙げられ、必要応じて２種以上の樹脂を組み合わせれば良い。また、必要に応じて、粘着付与剤、架橋剤、老化防止剤、カップリング剤等を併用しても良い。
【００１９】本発明の異方導電性接着剤を作成する方法は特に限定するものではない。例えば、一般に行われているように、接着剤樹脂成分のうち固形のものをあらかじめ溶剤に溶解しておき、これと液状の樹脂成分、さらに添加剤等を加えて攪拌したのち、導電粒子を混合し均一に樹脂中に分散させれば良い。分散を良くするために、あらかじめ導電粒子を添加剤で処理したり、超音波処理などにより凝集を崩したほうが更に好ましい。また、これを表面に離型処理を施したキャリアフィルムの上に流延、乾燥して異方導電フィルムにしても良い。
【００２０】以下、本発明による実施例および従来方法による比較例を示す。
【００２１】『実施例１』エポキシ樹脂（エピコート１００１、油化シェルエポキシ（株）製）／ポリビニルブチラール樹脂（エスレックＢＭ−Ｓ、積水化学（株）製）＝１：１をトルエン／酢酸エチル＝１：１の混合溶媒に溶解した２５％溶液２００重量部イミダゾール系潜在性硬化剤（ノバキュアＨＸ−３７２１、旭化成（株）製）１００重量部を混合した接着剤を準備する。この中に、平均粒径１．５μｍ、比表面積０．５ｍ2／ｇのコバルト粒子を０．５体積％分散させ、ポリエチレンテレフタレートのキャリアフィルムの上に乾燥後約５０μｍの厚さになるように塗布・乾燥し、その後２ｍｍ幅にスリットして異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、導電性粒子は均一に分散していた。
【００２２】この異方導電フィルムを、回路幅０．１ｍｍ、回路ピッチ０．２ｍｍ、６０端子を有するＰＣＢの接続する端子部に置き、７０℃、５ｋｇ／ｃｍ2 、２ｓｅｃの条件で加熱加圧して仮圧着を行った。その後、表面のキャリアフィルムを剥がし、圧着プレスにセットして、回路幅０．１ｍｍ、回路ピッチ０．２ｍｍ、６０端子を有するＴＣＰの端子をＰＣＢの回路端子に合うように位置合わせしてＰＣＢの上に置き、１７５℃、３０ｋｇ／ｃｍ2 、１５ｓｅｃの条件で加熱加圧して圧着接続を行った。ここで用いたＰＣＢは、内層・外層銅箔１８μｍのＦＲ−４であり、回路加工後表面をニッケル／金メッキしたものである。また、ＴＣＰは、７５μｍのポリイミド基材と２５μｍの銅箔からできたものであり、回路加工後表面をＳｎメッキしたものである。
【００２３】この接続体のＰＣＢ側で６０端子の直列の接続抵抗値を測定（測定電流１μＡ）した結果、２Ω以下で良好であった。隣接端子間の絶縁抵抗についても１０10Ω以上（測定電圧１００ｖ、３０ｓｅｃ）と良好であった。また、このサンプルをＨＨ（高温高湿処理）試験装置（８５℃、８５％ＲＨ）に投入し、接続抵抗値、絶縁抵抗値の変化を観察した結果、１０００時間処理後も接続抵抗は３Ω以下、絶縁抵抗値も１０10Ω以上と良好な接続性が得られた。印加電流を上げていきながら電圧を測定し、電圧電流特性が直線からはずれる点での電流値を電流容量としたとき、電流容量は１０００ｍＡ／ｍｍ2であり、十分大きなものであった。
【００２４】『実施例２』実施例１と同じ接着剤を準備し、この中に、平均粒径０．７μｍ、比表面積１．０ｍ2／ｇのコバルト粒子を１．０体積％分散させ、接着剤樹脂厚さ５０μｍの異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、導電性粒子は均一に分散していた。
【００２５】この異方導電フィルムを、実施例１と同様にサンプル作製し評価を行った。接続抵抗値は２Ω以下、隣接端子間の絶縁抵抗についても１０10Ω以上と良好であった。また、ＨＨ処理後の接続抵抗値も３Ω以下、絶縁抵抗値も１０10Ω以上と良好な接続性が得られた。また、電流容量は１２００ｍＡ／ｍｍ2で、十分大きなものであった。
【００２６】『実施例３』（１）式の構造を有するメタアクリロイル化フェノールノボラック樹脂（ｍ：ｎ＝３：７、ｍ＋ｎ＝８）をメチルエチルケトンに溶解した５０％溶液１００重量部と、（２）式の構造を有するアクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重合体をメチルエチルケトンに溶解した２０％溶液１００重量部、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ２エチルヘキサノエート２重量部を混合した接着剤樹脂を準備し、この中に、平均粒径１．８μｍ、比表面積０．４ｍ2／ｇのコバルト粒子を１．５体積％分散させ、接着剤樹脂厚さ５０μｍの異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、導電性粒子は均一に分散していた。
【００２７】
【化１】
【００２８】
【化２】
【００２９】この異方導電フィルムを、実施例１と同様にサンプル作製し評価を行った。但し、ここでは１５０℃、３０ｋｇ／ｃｍ2 、１５ｓｅｃの条件で加熱加圧して圧着接続を行った。接続抵抗値は２Ω以下、隣接端子間の絶縁抵抗についても１０9Ω以上と良好であった。また、ＨＨ処理後の接続抵抗値も３Ω以下、絶縁抵抗値も１０9Ω以上と良好な接続性が得られた。また、電流容量は１３００ｍＡ／ｍｍ2で、十分大きなものであった。
【００３０】『実施例４』実施例３と同じ接着剤を準備し、この中に、平均粒径２．７μｍ、比表面積０．２ｍ2／ｇのコバルト粒子を２．０体積％分散させ、接着剤樹脂厚さ５０μｍの異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、導電性粒子は均一に分散していた。
【００３１】この異方導電フィルムを、実施例３と同様にサンプル作製し評価を行った。接続抵抗値は２Ω以下、隣接端子間の絶縁抵抗についても１０9Ω以上と良好であった。また、ＨＨ処理後の接続抵抗値も３Ω以下、絶縁抵抗値も１０9Ω以上と良好な接続性が得られた。また、電流容量は１２００ｍＡ／ｍｍ2で、十分大きなものであった。
【００３２】『比較例１』導電粒子として平均粒径が３．０μｍ、比表面積０．４ｍ2／ｇのニッケル粒子を接着剤樹脂中に６．０体積％配合したこと以外実施例１と全く同じ異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、径１０μｍ以上の大きな導電性粒子が混入しており、しかも粒子の凝集体がいくつも見られた。
【００３３】この異方導電フィルムを、実施例１と同様にサンプル作製し評価を行った。接続抵抗値は２Ω以下と良好であったが、隣接端子間の絶縁抵抗は１０6Ω以下のサンプルが多く見られた。また、ＨＨ処理後の接続抵抗値は３Ω以下と良好であったが、絶縁抵抗値は１０6Ω以下のサンプルが増える傾向が見られた。また、電流容量は１５００ｍＡ／ｍｍ2で、十分大きなものであった。
【００３４】『比較例２』導電粒子として平均粒径が０．１μｍ、比表面積７．５ｍ2／ｇのコバルト粒子を接着剤樹脂中に１．５体積％配合したこと以外実施例１と全く同じ異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、粒子の凝集体がいくつも見られた。
【００３５】この異方導電フィルムを、実施例１と同様にサンプル作製し評価を行った。粒子径が小さいことから接続が不安定になり、接続抵抗値が３Ω以上のサンプルが多く見られた。また、凝集により隣接端子間の絶縁抵抗は１０6Ω以下のサンプルが多く見られた。また、ＨＨ処理後の接続抵抗値も５Ω以上に上昇しており、絶縁抵抗値は１０6Ω以下のサンプルが増え、接続が不安定であることが確認された。また、電流容量は１１００ｍＡ／ｍｍ2で、十分大きなものであった。
【００３６】『比較例３』導電粒子として平均粒径が５．０μｍ、比表面積０．２ｍ2／ｇのコバルト粒子を接着剤樹脂中に０．２体積％配合したこと以外実施例３と全く同じ異方導電フィルムを作製した。このフィルムの外観を観察したところ、粒子径２０μｍ以上の大きな粒子がいくつも見られた。
【００３７】この異方導電フィルムを、実施例３と同様にサンプル作製し評価を行った。大きな粒子が混入していることから接続が不安定になり、接続抵抗値が３Ω以上のサンプルがいくつか見られた。また、大きな粒子により隣接端子間の絶縁抵抗は１０6Ω以下のサンプルがいくつか見られた。また、ＨＨ処理後の接続抵抗値は５Ω以上に上昇しており、絶縁抵抗値は１０6Ω以下のサンプルが増え、接続が不安定であることが確認された。また、電流容量も２００ｍＡ／ｍｍ2で、かなり小さいものであった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【発明の効果】本発明の異方導電性接着剤を用いることにより、多くの金属導電性粒子を均一に単一分散して配合できるようになり、端子表面が酸化された場合や、汚れている場合などでも確実に接続することができ、しかも０．４ｍｍピッチ以下の微細な回路接続にも対応でき、電流容量も大きな信頼性の高い接続が可能になり、従来の異方導電性接着剤では接続できなかった用途にも適用可能になるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１４１
【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）８月８日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−６１０６０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）３月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２１４２４８ |
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