JPH07230840A

JPH07230840A - 接続部材及びこれを用いた電極の接続構造

Info

Publication number: JPH07230840A
Application number: JP6020271A
Authority: JP
Inventors: Isao Tsukagoshi; 功塚越; Naoyuki Shiozawa; 直行塩沢; Mitsugi Fujinawa; 貢藤縄; Yasushi Goto; 泰史後藤; Tomohisa Ota; 共久太田; Yoshiyuki Ikezoe; 善幸池添
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】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接続部
材及びこれを用いた電極の接続構造の提供。【構成】導電材料とバインダとよりなる加圧方向に導
電性を有するシートの片面または両面に、前記シートよ
り少なくとも接続時の溶融粘度が低い絶縁性の接着層を
形成してなる接続部材、及びこれを用いた前記導電性シ
ートが相対峙する電極列間に存在し前記導電材料と対抗
する接続電極とが接触してなり、接着層は前記電極の少
なくとも突出する電極の周囲を覆ってなることを特徴と
する電極の接続構造に関する。

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
気的に接続する接続部材及びこれを用いた電極の接続構
造に関する。

【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、高精細化しており、このよ
うな電子部品と微細電極の接続は、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】上記従来の方法は、導
電粒子の粒径を小さくすると、粒子同士がが２次凝集を
起こして大きくなって隣接電極間の絶縁性が保持できな
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十分な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った。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隙（スペース）
の微細化、あるいは電極の幅に対する高さの比の増加等
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隙に流出し、接続部材
の高分解能化の妨げとなっていた。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電極と導
電粒子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、接着剤の粘度を低くすると、導電粒
子の流出に加えてスペース部に気泡を含みやすく接続信
頼性、特に耐湿性が低下してしまう欠点がある。

【０００４】また、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、面
方向の必要部のみに導電粒子の密集領域を形成するよう
な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。

【０００５】本発明は上記欠点に鑑みされたもので、電
極上からの導電粒子の流出が少なく、また接続部に気泡
を含み難く長期接続信頼性に優れ、導電粒子と電極との
正確な位置合わせが不要で作業性に優れた、高分解能の
接続部材及びこれを用いた電極の接続構造を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、導電
材料とバインダとよりなる加圧方向に導電性を有するシ
ートの片面または両面に、前記シートより少なくとも接
続時の溶融粘度が低い絶縁性の接着層を形成してなる接
続部材、及びこれを用いた前記導電性シートが相対峙す
る電極列間に存在し対抗する接続電極と前記導電材料と
が接触し、接着層は前記電極の少なくとも突出する電極
の周囲を覆ってなることを特徴とする電極の接続構造に
関する。

【０００７】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、加圧方向のみに導電性
を有する導電性シート１の片面または両面に、前記シー
トより少なくとも接続時の溶融粘度が低い接着剤層２、
及び３を形成してなり、さらに汚染防止や取扱い性向上
を目的に接着層に対して剥離可能なセパレータ４を片面
もしくは両面の接着剤層に必要に応じて設けてある。

【０００８】加圧方向に導電性を有するシート１は図２
に示すように、導電材料６を含有したバインダ５よりな
る。ここに導電材料６としては、図２（ａ）（ｆ）
（ｇ）のように初めからバインダ５の表面より突出して
いても、あるいは図２（ｂ）〜（ｅ）のように加圧また
は加熱加圧手段を構じることでバインダ５の厚み減少に
よって導電性を付与するようなバインダ５の厚みより小
粒径の粒子状のものでも良い。バインダ５に対する導電
材料６の割合は、０．１〜２０体積％程度である。また
導電性を得やすくするために、バインダ５の厚さは膜形
成の得られる範囲で薄い方が好ましく、３０μｍ以下よ
り好ましくは１５μｍ以下である。

【０００９】導電材料６としては、例えば図２の（ａ）
〜（ｅ）の例示のように導電粒子で形成することが好ま
しい。また導電材料６は、図２（ｆ）のようなバインダ
５に貫通口を設けめっき等で導電体を形成したり、図２
（ｇ）のように導電繊維状でも良い。導電粒子として
は、Ａｕ，Ａｇ，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等により形成した図３（ａ）
のようなものでも良い。さらに前記したような導電材料
６を絶縁層８で被覆してなる図３（ｃ）のような絶縁被
覆粒子や、導電粒子と絶縁粒子の併用等も適用可能であ
る。微小な電極上に１個以上、好ましくは多くの粒子数
を確保するには小粒径粒子が好適であり、１０μｍ以
下、より好ましくは５μｍ以下である。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
加圧により変形性を有し、積層時に回路との接触面積が
増加し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好ましい。また
例えば、ＮｉやＷ等の硬質金属粒子や、図３（ｂ）のよ
うな表面に多数の突起を有する粒子の場合には、導電粒
子が電極や配線パターンに食い込むので、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。

【００１０】バインダ５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、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
ポキシ樹脂系接着剤は、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好まし
く適用できる。

【００１１】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。

【００１２】本発明の接続部材は、加圧方向に導電性を
有するシート１の片面または両面に、前記シートより少
なくとも接続時の溶融粘度が低い接着剤層２と、必要に
応じてさらに接着剤層３を形成する。接着剤層２、３の
厚みは、接続後に電極の体積を除くスペース部を充填で
きるように形成することが好ましい。接着剤層２、３
は、前記したバインダ５と同様な絶縁材料が適用可能で
あり、絶縁性に影響の無い範囲で少量の導電粒子を含ん
でも良い。

【００１３】接続時の溶融粘度について図４で説明す
る。接続温度における粘度をバインダ５、接着剤層２の
ように変えることで、接着剤層２の流動時にバインダ５
が相対的に粘度の高いことから、導電材料６は接着剤層
２または３と混ざり難く、電極上からの流出が抑制され
る。接着剤層２、３の粘度は１００ポイズ以下として接
続することが好ましい。接着剤層２、３とバインダ５の
接続時の溶融粘度の差は、１０ポイズ以上好ましくは１
００ポイズ以上である。またこの時のバインダ５が少な
くとも若干の流動性を有すると加圧方向の導電性が得や
すい。特に導電材料６がバインダ５に埋没している場合
や、接着剤層が片面に存在する場合には、バインダ５が
接続時に流動性を有することが必要となる。接着剤層
２、３は、材料、厚み、粘度等が同一であっても良く、
あるいは電極基板の材質に適合した組み合わせとする
等、任意に代えることもできる。また接着剤層２と３
は、それぞれ２層以上に形成してもよい。

【００１４】本発明の接続部材の製法としては、例えば
導電性シート１と接着剤層２をラミネートしたり、順次
塗工して積層する等の方法が採用できる。

【００１５】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造
について図５〜９により説明する。図５は、基板１１に
形成された突出電極１２と、基板１１’の平面電極１３
とが加圧方向に導電性シート１を介して接続した構造で
ある。すなわち平面電極１３側に接着剤層３が存在しな
い場合であるが、導電性シート１は、対抗する上下の基
板１１−１１’間並びに相対峙する電極列間に存在し、
対抗する電極１２と１３とが導電性のシート１中の導電
材料６と接触している。また接着剤層２は前記突出電極
１２の少なくとも突出する電極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により形成した電極
が代表的である。

【００１６】図６は、基板１１に形成された電極が突出
電極同士１２と１２’の場合で、導電性シート１の両面
に接着剤層２及び３を有する接続部材を介して接続した
構造である。接着剤層２及び３はそれぞれ突出電極１２
と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１１及び１１’と接している。

【００１７】図７は図６と同様であるが、一方の電極１
４が頂部を有する場合である。頂部があるにもかかわら
ず、導電性シート１が電極１４と頂部１５間に存在して
いる。電極間１２−１４において導電材料６はその距離
に応じて変形度を変えている。頂部を持つ電極１５とし
ては、導電塗料の印刷やグリーンシート法による回路電
極、あるいは半導体チップ（ＩＣ）のバンプ類等があ
る。

【００１８】図８は突出電極１２と１２’同士の接続例
であるが、電極１２側に基板を有しない場合である。基
板を有しない電極としては、いわゆるＱＦＰ等のパッケ
ージ形ＩＣのリードフレーム等がある。なお、図６〜８
のような突出電極同士の場合、従来技術では接続時の熱
圧により一方の電極がスペースにずれてしまい接続不能
であったり、電極上からの粒子の流出が特に顕著であり
問題となっていた。

【００１９】図９のように接着層２をスペースに対し過
充填として、接続部の周囲にはみださせて、封止材や防
湿材の機能を付与することも可能である。この場合、導
電性シート１の末端部を接着層２及び／または３により
覆う構造を、一度の接続操作で得ることができる。

【００２０】図５〜９において、基板１１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物等を例示できる。突出電極
１２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。なお、図５〜８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。

【００２１】

【作用】本発明によれば、加圧方向に導電性を有するシ
ートの片面または両面に、接続時の溶融粘度が低い接着
剤層を形成してなる。そのため、接続時の加熱加圧等に
より接着層が低粘度となっても、導電性シートは接着剤
層に比べ高粘度なことから電極上から導電粒子の流出が
少なく、電極上に高密度に存在したまま接続が可能であ
る。接着剤層は任意に粘度調整が可能なため、接続部に
気泡を含み難い構成がとれる。また加圧方向に導電性を
有するシートは、接続部材の厚み方向のどの部分にも存
在するので、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不
要である。接着剤層はその目的に応じ、例えば電極基板
の材質に適合した組み合わせが可能なことから材料の選
択肢が拡大し、やはり接続信頼性が向上する。また一方
を溶剤に可溶性もしくは膨潤性としたり、あるいは耐熱
性に差をもたせることで、一方の基板面から優先的に剥
離可能とし再接続するいわゆるリペア性を付与すること
も可能となる。また接着層を接続部の外にはみ出させ封
止材的作用により、補強や防湿効果を得ることもでき
る。

【００２２】

【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。

【００２３】実施例１（１）導電性シートの作製マトリックスとしてアクリルゴム（ガラス転移点−１０
℃、分子量５０万、官能基としてカルボキシル基１％含
有）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）の比率を４０／６
０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／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、１
１０℃２０分乾燥しマトリックス厚み５μｍのシートを
得た。このシートは、図２（ｂ）に相当する。（２）接着剤層の形成アクリルゴムとマイクロカプセル型潜在性硬化剤含有の
液状エポキシ樹脂の比率を１０／９０とし、導電性粒子
を含有しない厚み１５μｍのシートを前記（１）と同様
に作製した。まず（１）の導電性シート面と（２）の接
着層面とをゴムロールで圧延しながらラミネートし、続
いて導電性シート面のセパレータを剥離しながらこの面
にさらに接着剤層面とを同様にラミネートし接続部材を
得た。これらのマトリックス及び接着層の溶融粘度は図
４の特性であった。ここに溶融粘度は、硬化剤を除く配
合を加熱溶融し徐冷しながら求めたものである。（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２層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは１００μｍ、電極幅
５０μｍの平行回路の電極）同士の接続を行った。まず
一方の回路板の端部電極に、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。（４）評価この接続体の断面を研磨し顕微鏡観察したところ、図６
相当の接続構造であった。スペースは気泡混入がなく粒
子が球形であったが、電極上は粒子が圧縮変形され上下
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。

【００２４】実施例２実施例１と同様であるが、接着層の形成を片面のみと
し、回路板の一方をガラス１．１ｍｍ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し、平面電極側に導電性シー
トがくるようにした。この構成は、図５に相当する。こ
の場合も、実施例１と同様に良好な接続特性を示した。
本実施例では、平面電極のガラス側の接着力がＦＰＣ側
に比べて相対的に低いことから、ガラス側から強制的に
剥離した時きれいに界面剥離しその後の清浄化が容易で
あった。このことは、現在同様な構成で多用されている
液晶パネルの接続におけるリペア性の付与に好適であ
る。

【００２５】実施例３実施例２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平均粒径３μｍの導電
粒子とし、添加量１体積％、マトリックスの厚み１０μ
ｍのシートとし、図２（ｄ）の構成とした。接続体は図
７に相当する構成であるが、良好な接続特性を示した。
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。

【００２６】実施例４実施例３の接続部材と同様であるが、接着層の厚みを片
側２５μｍ、他の面を５０μｍに形成した。電極は、Ｑ
ＦＰ形ＩＣのリード（厚み１００μｍ、ピッチ３００μ
ｍ）でありガラスエポキシ基板上の銅の厚み３５μｍの
端子と接続した。本構成は図８相当の片側に基板のない
構成である。本実施例は、高さの大きな電極同士の接続
であるが、電極ずれがなく良好な接続特性を示した。導
電性シートの中の導電材料は図示していないが、粒子は
圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。隣接電極
間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。本実
施例では、基板のない部分もリード高さに沿って接着層
が形成され、リードを固定できた。

【００２７】実施例５実施例３の接続部材と同様であるが、導電粒子の表面を
図３（ｃ）のような絶縁被覆処理を行った。すなわち平
均粒径３μｍの導電粒子の表面を、ガラス転移点１２７
℃、のナイロン樹脂で厚み約０．２μｍ被覆し、添加量
を１０体積％に増加した。本実施例の接続構造を図１０
に示す。実施例３と同様に評価したが良好な接続特性を
示した。本実施例では、電極１２上の粒子数が著しく増
加した。電極接続部１２−１２’は、接続時の熱圧によ
る絶縁層８及びバインダ５の軟化により導通可能である
が、隣接電極列のスペース部は熱圧が少なく導電材料６
の表面が絶縁層８で被覆されたままなので、絶縁性も良
好であった。本構成は、導電材料６のバインダ５に対す
る濃度を高密度に構成できる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、導
電領域である導電性を有するシートと、絶縁領域である
接着剤層との機能を分離して形成可能なため、高分解能
化かつ接続信頼性に優れた接続部材及びこれを用いた電
極の接続構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す接続部材の断面模式
図。

【図２】本発明に好適な導電性シートの断面模式図。

【図３】本発明に好適な導電体の断面模式図。

【図４】本発明の一実施例を示す温度と溶融粘度の測
定結果を示す線図。

【図５】本発明の一実施例を示す電極の接続構造を示
す断面模式図。

【図６】本発明の他の実施例を示す電極の接続構造を
示す断面模式図。

【図７】本発明の他の実施例を示す電極の接続構造を
示す断面模式図。

【図８】本発明の他の実施例を示す電極の接続構造を
示す断面模式図。

【図９】本発明の他の実施例を示す電極の接続構造を
示す断面模式図。

【図１０】本発明の一実施例を示す電極の接続構造を
示す断面模式図

【符号の説明】

１導電性シート２接着剤層−１３接着剤層−２４セパレータ５バインダ６導電材料７核材８絶縁層１１基板１２突出電極１３平面電極１４頂部を持つ電極１５ＩＣ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤泰史茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館研究所内 (72)発明者太田共久茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館研究所内 (72)発明者池添善幸東京都新宿区西新宿二丁目１番１号日立化成工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電材料とバインダとよりなる加圧方向に
導電性を有する導電性シートの片面または両面に、前記
シートより少なくとも接続時の溶融粘度が低い絶縁性の
接着剤層を形成してなる接続部材。
【請求項２】請求項１記載の導電性シートが相対峙する
電極列間に存在し、かつ対抗する接続電極と前記導電材
料と接触し、接着剤層が前記電極の少なくとも突出する
電極の周囲を覆ってなることを特徴とする電極の接続構
造。