JPH03112011A - 異方導電性材料、異方導電性接着剤およびその異方導電性接着剤を使用した電極間を電気的に接続する方法並びにその方法により形成される電気回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＩＣ等の微細な電極と、それらが搭載される
基板上の電極とを電気的に接続するために用いられる異
方導電性材料に関する。

〔従来の技術〕

従来から、加圧方向には導電性を示すが、その他の方向
には絶縁性を示す異方導電材料が知られている。

例えば、特開昭８２−７６２１５号公報には、導電性粒
子を絶縁性高分子材料によってマイクロカプセル化した
電気接続用異方導電材料が開示されている。この電気接
続用異方導電材料を用いれば、加熱操作の前は個々の導
電性粒子表面に絶縁層が介在することになるので、高密
度にパターン化された電極の接続が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記マイクロカプセル化した電気接続用
異方導電材料であっても、加圧条件や加熱条件によって
は電気的接続に対する信頼性に欠けるという問題点が残
されている。

昨今の、電子機器の小型化、薄型化の趨勢から、これら
の各種部品の高密度化の流れに伴い、多接点電極のファ
インピッチ化はますます進行しつつある。

本発明は前記問題点を解決するためのもので、その目的
は、ファインピッチの多接点電極の接続に対しても信頼
性の高い異方導電性材料および接着剤を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、導電性粒子の表面に該導電性粒子の粒子径以
下の粒子径を有する絶縁性粒子を付着させてなる異方導
電性材料と、絶縁性の接着成分中に、前記異方導電性材
料が分散された異方導電性接着剤、およびその異方導電
性接着剤を使用した電極間を電気的に接続する方法、並
びにその方法により形成される電気回路基板によって上
記目的を達成するものである。

以下に本発明に係る異方導電性材料について具体的に説
明する。

本発明の異方導電性材料を構成する導電性粒子は、電極
のピッチに応じて小径であって、かつ、均一の粒子直径
を有することが必要である。例えば、導電性粒子の平均
粒子径（Ｄｐ）が２〜３０μｍの範囲にあって、平均粒
子径（Ｄｐ）±Ｉθ％の範囲の粒子径を有する粒子が導
電性粒子全体の８０重量％以上を占めるという狭い粒子
径分布を持つことが好ましい。

導電性粒子の平均粒子径は、電極間距離の０゜３倍以下
が好ましく、従って、電極間距離が３０μｍ程度のファ
インピッチであれば、平均粒子径（Ｄｐ）は４〜９μｍ
の範囲が好ましい。電極間距離が３０μｍ以上であれば
、平均粒子径（Ｄｐ）が１０μｍより大きいものも使用
できる。

導電性粒子の平均粒子径（Ｄｐ）±１０％の範囲の粒子
径を有する粒子が全体の８０ｗｔ％より少ない場合も、
接続不良を起こし易い。

上記のような導電性粒子は、所望の平均粒子径と粒子径
分布を有する固体粒子の表面に金属薄膜層を設けること
によって得られる。

固体粒子としては、金属、金属酸化物、有機高分子化合
物、シリカなどを例示することができ、特にシリカ粒子
は、電極回路を接着させるための加圧に対して変形しな
い強度を有しているので好適である。

金属薄膜層は、無電解メツキ方法、イオンスパッタリン
グによるメツキ方法などの公知の方法によって設けるこ
とができる。

また、固体粒子の表面に薄膜層として設ける金属として
は、薄膜層形成後固体粒子に導電性を付与し得るもので
あれば特に制限はなく、例えば、ニッケル、銅、金、銀
、スズ、ＩＴＯ，パラジウム、などを挙げることができ
る。

導電性粒子の表面には、該導電性粒子の粒子径以下の粒
子径を有す絶縁性粒子が付着させられる。

上記絶縁性粒子としては、ある程度の強度を有する無機
物質、有機高分子化合物などを使用することができ、セ
ラミックスやシリカの微小粒子などが例示される。

絶縁性粒子の粒子径は、導電性粒子の平均粒子径（Ｄｐ
）に対する絶縁性粒子の平均粒子径（ｄｐ）の比ｄｐ／
Ｄｐが、 ０．０５≦ｄｐ／Ｄｐ≦１ であることが必要である。ｄｐ／Ｄｐの値が１を越える
場合は絶縁性粒子が電極に接触して導通不良となり、一
方、ｄｐ／Ｄｐの値が０．０５より小さい場合は加圧時
に絶縁性粒子が潰れたり、ビール強度低下の原因となる
ので、導電性粒子同志の接触が起こり、導通不良を生じ
ゃすい。

ｄｐ／Ｄｐは、０．１〜０．５の範囲内であることが望
ましい。

更に、絶縁性粒子は、平均粒子径（ｄｐ）±１０％の範
囲の粒子径を有する粒子が絶縁性粒子全体の８０重量％
以上を占めるという狭い粒子径分布を有していることが
望ましい。

絶縁性粒子は、絶縁性を有するものであれば、その目的
は達成されるが、導電性粒子への付着性を良くするため
に、絶縁性粒子の表面を絶縁性樹脂で被覆したものを使
用することができ、被覆する方法としては、通常の公知
の方法が採用される。

被覆される絶縁性樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル
共重合体、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、アククチツクポリプロピレン、ポリビ
ニルブチラール、アクリロニトリル−ブタジェン共重合
体、スチレン−イソプレンブロック共重合体、ポリブタ
ジェン、エチルセルロース、ポリエステル、ポリアミド
、ポリウレタン、天然ゴム、シリコン系ゴム、ポリクロ
ロプレンなどの合成ゴム類、ポリビニルエーテル、紫外
線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などを挙げることがで
きる。

導電性粒子の表面に絶縁性粒子を付着させる方法として
は、例えば、導電性粒子と絶縁性粒子を容器に入れて短
時間混合し、摩擦によって生じる帯電の極性の相違によ
り付着させる方法など公知の方法が採用される。

なお、本発明において付着とは、通常の状態では粒子同
志は結合状態を維持しているが、１〜３ｋｇ／ａｉＧ程
度の外圧によって簡単に外れ得る粒子同志の結合状態を
意味し、また、被覆とは１〜３ｋｇ１ｃｄＧ程度の外圧
によっては簡単に外すことができない強い力による粒子
同志の結合状態を意味する。

導電性粒子の表面に付着させる絶縁性粒子の分量は、該
導電性粒子の表面を一層で最密に被覆する量の１／３以
上であることが望ましい。

第１図には絶縁性粒子を付着させた異方導電性材料の１
単位が模式的に示されている。

次に、本発明の異方導電性接着剤について説明する。

本発明の異方導電性接着剤を構成する絶縁性の接着成分
としては、エポキシ樹脂、アクリル酸エステル樹脂、メ
ラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性
樹脂、多価アルコールのアクリル酸エステル、ポリエス
テルアクリレート、多価カルボン酸の不飽和エステル、
などの紫外線、電子線などによる電磁波照射硬化性樹脂
を挙げることができる。

本発明の異方導電性接着剤では、絶縁性の接着成分に導
電性粒子を０．２〜４０重量％分散させるのがよい。こ
のように、４０重量％程度まで高濃度に分散させること
ができるのは、前記したように、導電性粒子の表面に絶
縁性粒子を付着した粒子を分散しているので、各粒子間
で導通が生じないからである。従って、加圧方向の良好
な導電性を発揮しつつ、その他の方向の絶縁性を確保す
ることができる。

続いて、本発明に係る異方導電性接着剤を用いて、ＩＣ
チップの電極と基板の電極を接続する方法について第２
図を参照しつつ説明する。

まず、電極ｌを有する基板２と電極３を有するＩＣチッ
プ４を対向させ、それぞれの電極間に本発明の異方導電
性接着剤を印刷または塗布等の方法により介在させた後
、接着剤中の絶縁性粒子を表面に付着した導電性粒子５
が単層に拡散する程度まで加圧する（第２図（ａ））。

符号６は接着成分を示す。

前記加圧を続けるか、又は、再度加圧すれば、導電性粒
子の画電極側に付着している絶縁性粒子がその導電性粒
子から外れ、画電極に導電性粒子の上部と下部が接触し
、電極間が電気的に接続される。この加圧状態を維持し
つつ、接着剤を加熱するか又は電磁波を照射すれば、接
着成分６が硬化して収縮し、導電性粒子にストレスがか
かるため、ＩＣチップの電極３と基板の電極Ｉとが導通
し、かつ、緊密に接着される（第２図（ｂ））。

本方法では接続時に加圧するため、導電性粒子の表面に
付着している絶縁性粒子が圧力のかかる部分でのみ導電
性粒子の表面から外れ、導電性物質が現れるので、従来
技術のように加熱融解することなく電極間を電気的に接
続することができる。

〔実施例〕

貴考例±（導電性粒子の調製） エチルアルコール４８７ｇと水３８９ｇとの混合液を攪
拌しながら３５°Ｃに保ち、この混合液にアンモニアガ
ス７１．７ｇを溶解させた。この混合液に２８％エチル
シリケート１７．４ｇを加え、その後２時間攪拌を続け
てＳｉＯ２換算として０゜５重量％に相当するシード粒
子が分散した白濁液を得た。

この白濁液に直ちにＮａＯＨ０，０３ｇが溶解した水溶
液３．３ｇを加え、シード粒子が水−アルコール分散液
中に分散したヒールゾルを得た。

得られたヒールゾルのうち９７ｇを攪拌下３５℃に保ち
、アンモニアガスでｐＨ１１，５にコントロールしなが
ら、エチルアルコール４５５ｇと水８８６ｇとの混合液
および２８％エチルシリケート５７０ｇを同時に１９時
間かけて徐々に添加した。全量添加後、液中に、ＮａＯ
Ｈ１ｇが溶解した水溶液１０３ｇを加え、これを７０℃
に加熱して２時間保持し分散液を得た。

この分散液に上記と同様の方法で、アンモニアガスでｐ
Ｈを１１．５にコントロールしながらエチルアルコール
、水およびエチルシリケートを添加し、ＮａＯＨ水溶液
を添加した後、加熱する操作を繰り返して、平均粒子径
７μｍの粉末粒子（Ｇ１）を得た。この粉末粒子の平均
粒子径７μｍ＋ｌＯ％の範囲の粒子径を有する粒子は、
９６重量％であった。

一方２４重量％のアンモニア水溶液２８−を水８００ｇ
で希釈した液に、硝酸銀２９．２ｇを溶解した。攪拌下
にある水６００ｇに粉末粒子（Ｇ１）２０ｇを加え、さ
らに前記アンモニア性硝酸銀水溶液を添加して充分分散
させた。この混合液を攪拌しながら、３０％ホルマリン
３２．８Ｊを水１８０ｇで希釈した液を滴下し、粉末粒
子表面に銀メツキを施した。次いで、濾過洗浄後９０℃
で乾燥させて導電性粒子（Ｇ２）を得た。得られた導電
性粒子は、比重３．１２であり、メツキ膜の厚さは４０
０人であり、比抵抗は３Ｘ１０−３Ω・口であった。

灸主何叉（絶縁性粒子の調製） 参考例１の粉末粒子の調製方法と同様にして、平均粒子
径１．６μｍで、平均粒子径１．　６μｍ±ｌＯ％の範
囲の粒子径を有する粒子が全体の８８重量％である粉末
粒子（Ｇ３）を得た。

この粉末粒子（Ｇ３）６０ｇとメチルメタクリレート樹
脂粉末（綜研化学製、商品名ＭＰ−１０００、粒子径０
．４μ）４０ｇとを混合して樹脂を吸着させた。

更に、該粒子をボールミルに入れて十分に混合し、粒子
表面を上記樹脂で技工して、絶縁性樹脂被覆絶縁性粒子
（Ｇ４）を得た。この絶縁性粒子の平均粒子径は１．９
μｍであり、０．１５μｍの絶縁性樹脂で被覆されてい
ることになる。

東方ｌ生Ｌ （異方導電性材料の調製） 参考例Ｉの導電性粉末粒子（Ｇ２）４０重量部と絶縁性
粒子（Ｇ４）６０重量部をボールミルに入れて短時間混
合し、導電性粉末粒子（Ｇ２）の表面に絶縁性粒子（Ｇ
４）を付着させた異方導電性材料（Ｇ５）を得た。

（異方導電性接着剤の調製） 上記異方導電性接着剤（Ｇ５）２０重量部を、エポキシ
系接着剤（セメダイン（株）製、セメダインハイス−パ
ー、常温３０分で硬化）の主剤４０重量部に分散した。

次いで上記接着剤の硬化剤４０重量部を加えて混合し、
異方導電性接着剤（Ｂｌ）を調製した。

（電極の接続） 次に、この異方導電性接着剤を電極間距離３０μｍの透
明電極上に塗布し、その上に同じ電極間距離３０μｍの
透明電極をセットして２ｋｇ／ｄＧで加圧した後、加圧
下で１０分間保持して、電気的に接続された電気回路を
作成した。

上記電気回路の隣接する電極間の電気抵抗をテスターで
測定したところ、抵抗値は１０’Ω以上あり、導通は認
められなかった。また、上下電極間の電気抵抗を測定し
たところ、抵抗値は１Ω以下で導通が認められた。

さらに下記の方法により評価した。

（ａ）隣接電極間絶縁率 異方導電性接着剤を電極間の距離が３０μｍの透明電極
の上に塗布し、１ｃｍＸ１ａｏ、厚さｌ１１１ｆｆ＋の
平板ガラスで挟み２ｋｇの荷重をかけ１分間保持した後
、隣接する電極間の電気抵抗を１０組測定して１０’Ω
以上の抵抗を示す数の割合を求めた。

（ｂ）上下導通性 異方導電性接着剤を電極間の距離が３０μｍの透明電極
の上に塗布し、ＩＣＩＩＩＸＩＣＩＩＩ、厚さｌ■のＩ
ＴＯガラスで挟み１０本の電極それぞれとＩＴｏガラス
間の抵抗を測定し、５Ω以下の抵抗を示す割合および平
均抵抗値を求めた。

その結果を第１表に示す。

比較刷上 参考例１で得られた導電性粒子（Ｇ２）８重量部を実施
例１で用いたエポキシ系熱硬化性樹脂９２重量部に分散
し異方導電性接着剤（Ｂ２）を得た。

実施例１に記した評価を行い、その結果を第１表に示す
。

矢迦１■Ｌ−■ 実施例１における導電性粒子（Ｇ２）と絶縁性粒子（Ｇ
４）の割合をそれぞれ、６７重量部（Ｇ２）対３３重量
部（Ｇ４）、２６重量部（Ｇ２）対７４重量部（Ｇ４）
に変えて、異方導電性材料を調製し、それぞれの異方導
電性材料を使用して、実施例１と同様の方法で異方導電
性接着剤（Ｂ３）と（Ｂ４）を得た。

これらの接着剤を使用して実施例１に記した評価を行っ
た。その結果を第１表に示す。

ス見勇土 ポリエチレン樹脂粉末（製鉄化学製、フロービーズＬＥ
−１０８０、密度０．９２ｇ／ａ＋ｆを篩分けして平均
粒径が１．９μｍで１．９μｍ＋１０％の範囲の粒子径
を有する粒子が全体の８８％である粉末粒子（Ｇ６）を
得た。

この粉末粒子（Ｇ６）５８ｇにメチルメタクリレート樹
脂粉末（綜研化学製、商品名ＭＰ−１０００粒子径０．
４μ）４２ｇを混合し、ボールミルに入れて十分に混合
し、粉末粒子（Ｇ６）の表面にメチルメタクリレート樹
脂を被覆した絶縁性粒子（Ｇ７）を得た。

この絶縁性粒子（Ｇ７）の平均粒子径は２．２μｍで０
．１５μｍの絶縁性樹脂で被覆されていることになる。

上記絶縁性粒子（Ｇ７）４６重量部と参考例１の導電性
粒子（Ｇ２）５４重量部とをボールミルに入れて短時間
混合し、導電性粒子（Ｇ２）の表面に絶縁性粒子（Ｇ７
）を付着させて導電性材料（Ｇ８）を得た。

この導電性材料（Ｇ８）１５重量部とエポキシ系接着剤
（セメダイン（株）製、セメダインスーパー、常温３０
分で硬化）８５重量部に分散し異方導電性接着剤（Ｂ５
）を調製した。

異方導電性接着剤（Ｂ５）を使用して実施例１に記した
評価を行った。その結果を第１表に示す。

叉施何工 実施例１で得た異方導電性材料（Ｇ５）２０重量部を、
硬化剤としてメチルへキサヒドロ無水フタル酸（新日鉄
理化製、リカジッドＭＨ−７００）とベンジルジメチル
アミンを配合したエポキシ樹脂（ダイセル化学工業（株
）製、ＥＨＰＥ１５０）からなる硬化温度１５０℃の熱
硬化性樹脂８０重量部に分散させて異方導電性接着剤（
Ｂ６）を調製した。

この異方導電性接着剤（Ｂ６）を使用して下記の方法に
より評価した。

（ａ）隣接電極間絶縁率 異方導電性接着剤を電極間の距離が３０μｍの透明電極
の上に塗布し、１ｃｍＸ１ａｎ、厚さｉｎｍの平板ガラ
スで挟み２ｋｇの荷重をかけ１８０℃で５秒間加熱した
後、隣接する電極間の電気抵抗を１０組測定して１０’
Ω以上の抵抗を示す数の割合を求めた。

（ｂ）上下導通性 異方導電性接着剤を電極間の距離が３０μｍの透明電極
の上に塗布し、１ｃｍＸ１ａｎ、厚さ１−のＩＴＯガラ
スで挟み、２ｋｇの荷重をかけ１８０℃で５秒間加熱し
た後、１０本の電極それぞれとＩＴＯガラス間の抵抗を
測定し、５Ω以下の抵抗を示す割合および平均抵抗値を
求めた。

その結果を第１表に示す。

爽血烈■ 参考例１の導電性粒子（Ｇ２）６２重量部に、絶縁性の
メチルメタクリレート樹脂粒子（綜研化学製、商品名Ｍ
Ｐ−１４００、平均粒径が１．　５μｍで１．５μｍ±
１０％の範囲の粒子径を有する粒子が全体の８５％であ
るもの）３８重量部を混合し、絶縁性樹脂粒子を導電性
粒子に付着させ、異方導電性材料（Ｇ９）を得た。

上記異方導電性材料（Ｇ９）１３重量部と実施例１に示
した接着剤８７重量部（主剤、硬化剤合わせて）とを用
いて、実施例１と同じ方法で異方導電性接着剤（Ｂ７）
を得て、実施例１に記した評価を行った。その結果を第
１表に示す。

第１表より、本発明により得られる異方導電性接着剤は
、隣接電極間絶縁率および上下導通率が優れていること
が分かる。

〔発明の効果〕

本発明により得られる異方導電性材料は、導電性粒子の
表面に絶縁性粒子が付着しているので、これを対向する
電極間に介在させて加圧すれば、極めて優れた隣接電極
間絶縁率および上下導通率をもって電極間を電気的に接
続することができる。

本発明の異方導電性接着剤によれば、絶縁性の接着成分
中に、導電性粒子の表面に絶縁性粒子が付着してなる粒
子が分散しているので、前記異方導電性材料の優れた効
果を享受した接着剤を得ることができる。

上記異方導電性接着剤を使用した、電極間を電気的に接
続する方法によれば、加圧操作により導電性粒子表面が
上下の電極に接触するので、非常に短時間での接続が可
能となる。

更に、熱硬化性以外の接着成分を使用した場合において
は、全接続工程を通して加熱操作が不要となり、熱に弱
い電子部品等の接続には最適であるという顕著な効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の異方導電性材料の１単位を拡大して模
式的に表した図、第２図は本発明の異方導電性接着剤に
よって電極が接着される状態を示す断面図である。 １．３・・・電極　　　　　２・・・基板４−Ｉ　Ｃチ
ップ　　　　５・・・導電性粒子６・・・接着成分

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．導電性粒子の表面に、該導電性粒子の粒子径以下の
   粒子径を有する絶縁性粒子を付着させてなる異方導電性
   材料。
2. ２．請求項１記載の異方導電性材料を絶縁性の接着成分
   中に分散させてなる異方導電性接着剤。
3. ３．請求項２記載の異方導電性接着剤を対向する電極間
   に介在させて加圧した後、前記絶縁性の接着成分を硬化
   させて、電極間を電気的に接続する方法。
4. ４．請求項３記載の電極間を電気的に接続する方法によ
   って形成される電気回路基板。