JP4987880B2 - 異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体及び接着方法、及びこれを用いた接着状態評価方法 - Google Patents

異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体及び接着方法、及びこれを用いた接着状態評価方法 Download PDF

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Description

本発明は、異方性導電フィルム(ACF;Anistropic Conductive Film)を用いた回路基板接続構造体に関するものであって、より詳しくは、被接続部材の接着の際、被接続部材の電極間接触状態が容易に把握できる異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体に関する。
一般に、異方性導電フィルムは、被接続部材の材質が特殊であるか信号配線のピッチが細密であるため部材と部材とをはんだ付け(soldering)方式で付着できない場合に使用する接続材料である。
このような異方性導電フィルムは代表的にLCDモジュールでLCDパネル、印刷回路基板(PCB)、ドライバIC回路などをパッケージングする接続材料として用いられる。
一例として、LCDモジュールにはTFT(Thin Film Transistor)パターンを駆動させるために多数個のドライバICが実装される。ドライバICを実装する方式は大きく、別途の構造物なしにLCDパネルのゲート領域とデータ領域とに実装する方式であるCOG(Chip On Glass)マウンティング方式、ドライバICを搭載したTCP(Tape Carrier Package)を通じてLCDパネルのゲート領域とデータ領域とに間接的にドライバICを実装する方式であるTAB(Tape Automated Bonding)マウンティング方式とに分けられる。
ところで、ドライバIC素子側の電極とLCDパネル側の電極とは微小なピッチ間隔で形成されているので、何れの実装方式を採用してもはんだ付けなどの手段は使いにくい。こういう訳で、ドライバIC側の電極とパネル側の電極とを電気的に接続する工程においては異方性導電フィルムが主に用いられる。
図1は一般的なTAB方式を採用したLCDモジュールを示す平面図であり、図2は図1のII-II'線による断面図である。図1及び図2を参照すれば、LCDパネル20の行方向には外部信号をLCDパネル20に伝送するためのソース側印刷回路基板10が位置し、駆動IC31が実装されたTCP30がパネル20と印刷回路基板10との間を電気的に連結する。このときLCDパネル20とTCP30との間及びTCP30と印刷回路基板10との間を異方性導電フィルム40で接続する。
異方性導電フィルム40は絶縁性接着剤に導電粒子を分散させたものであって、被接続物間に介在させ熱圧着することで対向する端子間に導電粒子が接触して電気的接続をなす。このとき、x‐y平面上には絶縁性が維持されz軸方向には導通される。より詳しくは、図1のII-II'線による断面図である図2を参照すれば、TCP30と印刷回路基板10との間に、絶縁性接着成分41及び絶縁性接着成分41に分散された多数の導電性粒子42を含む異方性導電フィルム40を介する。その後、所定の温度と圧力とで圧着すれば、TCP30の電極32と印刷回路基板10の電極14との間に介在された導電性粒子42が対向する電極32、14間を電気的に接続させる。このような接続方式は、TCP30とLCDパネル20との電気的接続にも同じく適用される。
なお、異方性導電フィルム40による被接続部材間の電気的接続状態を確認するためには、導電性粒子42の割れた形や押された形を顕微鏡で観察することが最も一般的である。
しかし、このような方法は別途の検査過程が必要であるため工程を遅延させ、試料の限定された部分のみ検査するようになる限界点がある。また、導電性粒子の押された形を観察するには基板のうち少なくとも何れか一つ以上が透明な性質を持たなければならないので汎用的な適用に限界がある。
本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたものであって、微細化された電極を備えた被接続部材を接続させるにあたって、別途の検査過程なく被接続部材の相互接続状態を容易に評価することができる異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体、その製造方法及び接続状態評価方法を提供することにその目的がある。
上記目的を果たすために、本発明による回路基板接続構造体は、絶縁性接着剤を基材として導電性粒子が分散された異方性導電フィルムを介して互いに接着される第1及び第2被接続部材を備え、上記第1被接続部材は上記第2被接続部材に対して相対的柔軟性を持ち、熱圧着により上記第1及び第2接着部材が接着された後、上記第1被接続部材の表面に形成される圧痕の表面粗度値(Ra)が0.1ないし5.0μmであることを特徴とする。
望ましくは、上記被接続部材のうち少なくとも何れか一つは軟性回路基板(FPC;Flexible Printed Circuit)である。
一方、本発明による一対の被接続部材を接着する方法は、(a)第1被接続部材の一面に絶縁性接着剤を基材として導電性粒子が分散されている異方性導電フィルムを位置させる段階;(b)所定の熱と圧力とをかけて上記異方性導電フィルムを上記第1被接続部材に熱圧着する段階;(c)上記異方性導電フィルムと上記第1被接続部材が接着される面に対向する面に柔軟性を持つ第2被接続部材を位置させる段階;及び(d)所定の熱と圧力とをかけて上記異方性導電フィルムを上記第2被接続部材に熱圧着する段階を含み、上記(d)段階において、上記第2接続部材の表面に形成される圧痕の表面粗度値が0.1ないし5.0μmになるように圧着圧力、圧着温度及び圧着時間を調節することを特徴とする。
また、本発明による被接続部材間の接着状態を評価する方法は、(a)第1被接続部材の一面に絶縁性接着剤を基材として導電性粒子が分散されている異方性導電フィルムを位置させる段階;(b)所定の熱と圧力とをかけて上記異方性導電フィルムを上記第1被接続部材に熱圧着する段階;(c)上記異方性導電フィルムと上記第1被接続部材が接着される面に対向する面に柔軟性を持つ第2被接続部材を位置させる段階;(d)所定の熱と圧力とをかけて上記異方性導電フィルムを上記第2被接続部材に熱圧着する段階;及び(e)上記第2被接続部材の表面に形成される圧痕の表面粗度値を測定する段階を含み、
このとき、上記表面粗度値が0.1ないし5.0μmであれば、上記被接続部材間の接着状態が正常であると判別することを特徴とする。
微細化された電極を備えた被接続部材を接続させるにあたって、別途の検査過程なく被接続部材の相互接続状態を容易に評価することができる異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体、その製造方法及び接続状態評価方法を提供できる。
以下、本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例は本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
図3は、本発明の望ましい実施例による異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体の構成を概略的に示した断面図である。
図3を参照すれば、本発明による異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体は、被接続部材100、200及び被接続部材100、200間に介在された異方性導電フィルム300を含む。
上記異方性導電フィルム300は、絶縁性接着剤310と絶縁性接着剤310を基材として分散されている導電粒子320を含む。
絶縁性接着剤310は、被接続部材100、200間を堅固に接着・固定させる。また、絶縁性接着剤310は、異方性導電フィルム300のx‐y平面上に絶縁性を維持させる。すなわち、絶縁性接着剤310は、隣接する導電粒子320を離隔させ微細な配線を持つ被接続部材100、200で隣接する導電粒子320が相互接触してx‐y平面上の導通が生じることを防止する。
絶縁性接着剤310としては、熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂が用いられ、または熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレン、これらが混合されたポリマー樹脂などが用いられ得る。しかし、本発明はこれによって限定されず、本発明の目的内で多様な変形例が採用され得ることは言うまでもない。
導電粒子320は、被接続部材100、200に形成された電極110、210を電気的に連結させる。望ましくは、導電粒子320は、金、銀、銅、ニッケルまたはこれらの化合物のうち選択された何れか一つ以上の金属からなる。
一方、導電粒子320は配線のピッチが微細な被接続部材100、200を電気的に充分に連結するために1ないし15μmの直径を持つことが望ましい。しかし、本発明はこのような数値に限定されず、被接続部材の特性によって多様に変形され得る。
被接続部材100、200に所定間隔で備えられた電極110、210は異方性導電フィルム300に含まれた導電粒子320によって相互接続される。
このとき、被接続部材100、200のうち少なくとも何れか一つは柔軟性を持つことが望ましい。例えば、下部被接続部材100が印刷回路基板(PCB;Printed Circuit Board)であれば、上部被接続部材200は軟性回路基板を用いる。しかし、本発明はこれによって限定されず、発明の目的に従って被接続部材の位置及び個数は多様に変形され得る。以下、説明の便宜のために、上部被接続部材200が軟性を持つ場合を仮定して説明する。
上記被接続部材100、200の熱圧着工程時、上部被接続部材200の上部面には熱圧着工程で誘発された凹凸構造(いわゆる、圧痕)が発現される。
具体的には、上部被接続部材200は、圧着工程時、圧力によって電極の対向面に凹凸構造が形成される。望ましくは、上記圧痕の高低を測定した表面粗度値は0.1ないし5.0μmである。さらに望ましくは、上記表面粗度値は0.3ないし5.0μmである。より一層望ましくは、上記表面粗度値は0.8ないし2.0μmである。
上部被接続部材200に形成された圧痕は被接続部材100、200の電極110、210が正確に対向して圧着されたのかを示す尺度になる。これを通じて、異方性導電フィルム300内に含まれ被接続部材100、200の電極110、210間を電気的に連結する導電粒子320の押された状態、被接続部材100、200の接続状態を容易に把握することができる。上部被接続部材200の表面粗度値が0.1μm未満である場合、圧着圧力、圧着温度及び圧着時間が適切ではないため被接続部材100、200間接続がよくなされなくなり接触抵抗が大きくなる問題点がある。また、軟性回路基板200の表面粗度値が5.0μmを超える場合、導電粒子320が破砕されるか、軟性回路基板200が損傷される問題点がある。これに対しては実験例を通じて後述する。
次に、本発明による異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体の製造過程を説明する。
図4は、本発明による製造過程を概略的に示した図面である。
図4を参照すれば、まず、一定の間隔で電極が備えられた第1被接続部材100の一面に異方性導電フィルム300を付着する。そして、異方性導電フィルム300に熱と圧力とをかけて第1被接続部材100と異方性導電フィルム300を仮圧着させる(図4のa参照)。次いで、第1被接続部材100と接触された異方性導電フィルム300の反対面のカバーフィルム(図示せず)を除去した後その面に第2被接続部材200を付着する(図4のb参照)。その後、第2被接続部材200を媒介にして異方性導電フィルム300に熱と圧力とをかけて第1被接続部材100と第2被接続部材200を本圧着する(図4のc参照)。このとき、第2被接続部材200は柔軟性を持つ、例えば、軟性回路基板200であるため、圧着工程時の電極210パターンに対応する圧痕が表面に残る。すなわち、電極210に対向する軟性回路基板200の一部は圧力によって凸部220が形成され、隣接した電極210間の空間には凸部220に比べて相対的に凹んだ凹部230が形成される。
上述のように、第2被接続部材200の表面に圧痕が発生することは異方性導電フィルム300が硬化する過程で被接続部材100、200に印加された圧力が応力として残留するからである。即ち、第2被接続部材200の表面に形成された凸部220及び凹部230の高低を別途の粗度計を利用して測定(図5参照)することで、被接続部材100、200間の接続状態を間接的に確認することができる。表面粗度値は粗度計を利用して測定可能なだけでなく、肉眼でも確認可能である。
<表面粗度と圧着圧力との関係>
圧着工程のとき圧着圧力が2MPaより低ければ、電極210の対向面に形成された凸部220と隣接した電極210間の凹部230との間の高度差が小さい。また、圧着工程のとき圧着圧力が12MPaより大きければ、高圧によって電極210が損傷され電極210の対向面に形成された凸部220が崩壊され圧痕が不規則的に示される。従って、圧着温度と圧着時間に問題がないということを前提にして、圧着圧力が小さすぎれば異方性導電フィルム300を利用して被接続部材100、200を接続するとき、導電粒子320が完全に押されなかったため安定した接続がなされなかったと判定することができ、圧着圧力が大きすぎれば導電粒子320が破砕されて接続不良が誘発されたと判定することができる。
<表面粗度と圧着温度との関係>
圧着工程のとき、圧着温度が120℃より低ければ、異方性導電フィルム300の硬化が完全になされないため圧力が除去された後元の形状に戻り圧痕が消える。また、圧着温度が220℃より高ければ、熱分解により異方性導電フィルム300で気泡が発生して圧痕が不均一に発生する。従って、圧着圧力と圧着時間に問題がないということを前提にして、圧痕が発生されなかったら圧着温度が低すぎて被接続部材100、200の電極110、210がまともに接続されなかったと判定することができ、圧痕が不規則であれば圧着温度が高すぎて気泡が発生して被接続部材100、200の電極110、210間に接続不良が誘発されたと判定することができる。
<表面粗度と圧着時間との関係>
圧着工程のとき、圧着時間が3秒より短ければ、隣接した電極210間の軟性回路基板200が完全に変形されなくて凸部220及び凹部230の高度差が小さい。また、圧着時間が30秒より長ければ、隣接した電極210間の軟性回路基板200が過度に変形され凸部220及び凹部230の高度差が大きい。従って、圧着圧力と圧着温度に問題がないということを前提にして、圧痕が発生されなかったら圧着時間が短すぎて被接続部材100、200の電極110、210がまともに接続されなかったと判定することができ、圧痕が不規則であったら圧着時間が長すぎて被接続部材100、200の電極110、210間に接続不良が誘発されたと判定することができる。
以下、本発明のより具体的な実験例を説明することで本発明をさらに詳しく説明する。しかし、本発明は下記実験例に限定されるのではなく、添付した特許請求範囲内で多様な形態の実施例が具現され得る。
本実験例においては、印刷回路基板と軟性回路基板との間に直径5μmのニッケルパウダーを含んだ導電粒子が分散された異方性導電フィルムを介し、多様な条件で熱及び圧力をかけて圧着した後、軟性回路基板に形成された圧痕を粗度計を利用して測定することで、良好な接続状態が推定できる圧痕の粗度範囲を具体化する。
[実験例1]
電極の幅が200μm、隣接する電極間間隔が150μmで電極間ピッチが350μmである印刷回路基板にエポキシ樹脂からなった異方性導電フィルムを付着した後、80℃で1.5MPaの圧力をかけて2秒間仮圧着した。それから、異方性導電フィルムのカバーフィルムを除去した後上記印刷回路基板の電極と軟性回路基板の電極が整列されるように軟性回路基板を位置させた。その後、180℃で3MPaの圧力をかけて20秒間本圧着した。その以後に、粗度計を利用して軟性回路基板の一面に対して表面粗度値を測定し、印刷回路基板及び軟性回路基板の電極間接触抵抗を測定した。
[実験例2]
電極の幅が200μm、隣接する電極間間隔が150μmで電極間ピッチが350μmである印刷回路基板にアクリル樹脂からなった異方性導電フィルムを付着した後、80℃で1.5MPaの圧力をかけて2秒間仮圧着した。それから、異方性導電フィルムのカバーフィルムを除去した後上記印刷回路基板の電極と軟性回路基板の電極が整列されるように軟性回路基板を位置させた。その後、180℃で3MPaの圧力をかけて10秒間本圧着した。その以後に、粗度計を利用して軟性回路基板の一面に対して表面粗度値を測定し、印刷回路基板及び軟性回路基板の電極間接触抵抗を測定した。
[実験例3]
電極の幅が230μm、隣接する電極間間隔が220μmで電極間ピッチが450μmである印刷回路基板にエポキシ樹脂からなった異方性導電フィルムを付着した後、80℃で1.5MPaの圧力をかけて2秒間仮圧着した。それから、異方性導電フィルムのカバーフィルムを除去した後上記印刷回路基板の電極と軟性回路基板の電極が整列されるように軟性回路基板を位置させた。その後、180℃で3MPaの圧力をかけて20秒間本圧着した。その以後に、粗度計を利用して軟性回路基板の一面に対して表面粗度値を測定し、印刷回路基板及び軟性回路基板の電極間接触抵抗を測定した。
[実験例4]
電極の幅が230μm、隣接する電極間間隔が220μmで電極間ピッチが450μmである印刷回路基板にアクリル樹脂からなった異方性導電フィルムを付着した後、80℃で1.5MPaの圧力をかけて2秒間仮圧着した。それから、異方性導電フィルムのカバーフィルムを除去した後上記印刷回路基板の電極と軟性回路基板の電極が整列されるように軟性回路基板を位置させた。その後、180℃で3MPaの圧力をかけて10秒間本圧着した。その以後に、粗度計を利用して軟性回路基板の一面に対して表面粗度値を測定し、印刷回路基板及び軟性回路基板の電極間接触抵抗を測定した。
[実験例5]
電極の幅が200μm、隣接する電極間間隔が150μmで電極間ピッチが350μmである印刷回路基板にエポキシ樹脂からなった異方性導電フィルムを付着した後、80℃で1.5MPaの圧力をかけて2秒間仮圧着した。それから、異方性導電フィルムのカバーフィルムを除去した後上記印刷回路基板の電極と軟性回路基板の電極が整列されるように軟性回路基板を位置させた。その後、180℃で2MPaの圧力をかけて20秒間本圧着した。その以後に、粗度計を利用して軟性回路基板の一面に対して表面粗度値を測定し、印刷回路基板及び軟性回路基板の電極間接触抵抗を測定した。
[実験例6]
電極の幅が200μm、隣接する電極間間隔が150μmで電極間ピッチが350μmである印刷回路基板にアクリル樹脂からなった異方性導電フィルムを付着した後、80℃で1.5MPaの圧力をかけて2秒間仮圧着した。それから、異方性導電フィルムのカバーフィルムを除去した後上記印刷回路基板の電極と軟性回路基板の電極が整列されるように軟性回路基板を位置させた。その後、180℃で3MPaの圧力をかけて10秒間本圧着した。その以後に、粗度計を利用して軟性回路基板の一面に対して表面粗度値を測定し、印刷回路基板及び軟性回路基板の電極間接触抵抗を測定した。
下記表1は、上記実験例に従って測定された軟性回路基板の表面粗度値及び印刷回路基板と軟性回路基板の電極間接触抵抗値である。
Figure 0004987880
表1を参照すれば、実験例1及び実験例2、実験例3及び実験例4、実験例5及び実験例6を比較した場合、異方性導電フィルムの絶縁性接着剤としてアクリル樹脂を使用したとき、エポキシ樹脂に比べて相対的に硬化速度が速いため導電粒子が充分に圧着される前に硬化される傾向があり、したがって凹凸構造の高低差が大きくなく(表面粗度値が相対的に小さく)これによって印刷回路基板と軟性回路基板との電極間接続抵抗もエポキシ樹脂を使用するときに比べて相対的に大きかった。
また、実験例1及び実験例5を比較すれば、本圧着時の圧力がそれぞれ3MPa、2MPaであるとき、表面粗度値がそれぞれ0.8μm、0.3μmであって、圧力が低い実験例5の場合導電粒子が充分に圧着されなくて印刷回路基板と軟性回路基板との電極間抵抗が相対的に大きかった。
また、実験例1及び実験例3を比較すれば、電極ピッチがそれぞれ350μm、450μmであるとき、表面粗度値がそれぞれ0.8μm、1.5μmであって、電極ピッチが相対的に大きい場合導電粒子が過度に圧着されれば、表面粗度が均一ではなく印刷回路基板と軟性回路基板との電極間抵抗も大きかった。
上記のような実験結果を通じて、圧痕の表面粗度と被接続部材間の電気的接続状態には密接な関連があることがわかり、圧痕の表面粗度が本発明の数値範囲を満足するとき、被接続部材間の電気的接続状態が良好であることが確認できた。
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
本発明による異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体は、別途の検査過程なく相互接続状態を容易に確認することができる。従って、被接続部材の接続工程に安全性を確保し製品の信頼性を向上させることができる。
本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
一般的なLCDモジュールを示す平面図である。 図1のII-II'線による断面図である。 本発明の望ましい実施例による異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体の構成を示した断面図である。 本発明による異方性導電フィルムを用いた回路基板接続構造体を製造する過程を概略的に示した図面である。 圧痕が形成された被接続部材の表面粗度値を示したグラフである。

Claims (4)

  1. エポキシ樹脂又はアクリル樹脂からなる絶縁性接着剤を基材として導電性粒子が分散された異方性導電フィルムを介して互いに接着される第1及び第2被接続部材を備えている回路基板接続構造体において、
    上記第1被接続部材は上記第2被接続部材に対して相対的柔軟性を持ち、
    2ないし12MPaの圧着圧力、120ないし220℃の圧着温度、及び3ないし30秒の圧着時間の範囲における熱圧着によって電極間ピッチが350μmないし450μmになるように上記第1及び第2接着部材が接着された後、上記第1被接続部材の表面に形成される圧痕の表面粗度値(Ra)が0.3ないし5.0μmであることを特徴とする回路基板接続構造体。
  2. 上記第1被接続部材が軟性回路基板(FPC;FlexiblePrintedCircuit)であることを特徴とする請求項1に記載の回路基板接続構造体。
  3. (a)第1被接続部材の一面にエポキシ樹脂又はアクリル樹脂からなる絶縁性接着剤を基材として導電性粒子が分散されている異方性導電フィルムを位置させる段階;(b)2ないし12MPaの圧着圧力、120ないし220℃の圧着温度において上記異方性導電フィルムを上記第1被接続部材に3ないし30秒の圧着時間をもって熱圧着する段階;(c)上記異方性導電フィルムと上記第1被接続部材とが接着される面に対向する面に柔軟性を持つ第2被接続部材を位置させる段階;及び(d)120ないし220℃の圧着温度において2ないし12MPaの圧着圧力をかけて上記異方性導電フィルムを上記第2被接続部材に3ないし30秒の圧着時間をもって電極間ピッチが350μmないし450μmになるように熱圧着する段階を含む一対の被接続部材を接着する方法において、
    上記(d)段階において、上記第2接続部材の表面に形成される圧痕の表面粗度値が0.3ないし5.0μmになるように圧着圧力、圧着温度及び圧着時間を調節することを特徴とする一対の被接続部材を互いに接着する方法。
  4. (a)第1被接続部材の一面にエポキシ樹脂又はアクリル樹脂からなる絶縁性接着剤を基材として導電性粒子が分散されている異方性導電フィルムを位置させる段階;
    (b)120ないし220℃の圧着温度において2ないし12MPaの圧着圧力をかけて上記異方性導電フィルムを上記第1被接続部材に3ないし30秒の圧着時間をもって熱圧着する段階;
    (c)上記異方性導電フィルムと上記第1被接続部材が接着される面に対向する面に柔軟性を持つ第2被接続部材を位置させる段階;
    (d)120ないし220℃の圧着温度において2ないし12MPaの圧着圧力かけて上記異方性導電フィルムを上記第1被接続部材に熱圧着するときよりも高温及び高圧で上記第2被接続部材に3ないし30秒の圧着時間をもって電極間ピッチが350μmないし450μmになるように熱圧着する段階;及び
    (e)上記第2被接続部材の表面に形成される圧痕の表面粗度値を測定する段階を含み、このとき、上記表面粗度値が0.3ないし5.0μmであれば、上記被接続部材間の接着状態を正常であると判別することを特徴とする被接続部材間の接着状態を評価する方法。
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