JPH0799710B2 - 回路の接続方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回路の接続方式に関し、更に詳しくは集積回
路、液晶パネル等の接続端子とそれに対向配置された回
路基板上の接続端子とを電気的、機械的に接続するため
の接続方式に関する。

〔従来の技術〕

電子部品の小型薄形化に伴い、これらに用いる回路は高
密度、高精細化している。これらの微細回路の接続は、
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、異方導電性の接着剤や膜状物（以下接続部材と
いう）による方法が多用されるようになってきた。この
方法は、相対峙する回路間に導電性材料を所定量含有し
た接続部材層を設け、加圧若しくは加熱加圧手段を講じ
ることによって、回路間の電気的接続と同時に隣接回路
間には絶縁性を付与し相対峙する回路を接着固定するも
のである これらの方法において用いられる導電性材料としては、
カーボンやNi等のいわゆる剛直性の粒子を用いる方法
（例えば特開昭51−20941号公報や、特開昭55−104007
号公報等）や、ハンダ等の熱溶融金属を用いる方法（例
えば特開昭57−208002号公報や特開昭60−140790号公報
等）及び本発明者らが先に提案した（例えば特開昭62−
188184号公報）、高分子核材の表面を金属薄層で被覆し
てなる回路接続時に変形性を有する導電粒子を用いる方
法等がある。

その他の方法として、導電材料を用いずに、紫外線（U
V）硬化型等の低粘度の硬化型接着剤を回路上に塗布
し、接続時の加圧により回路面の微細な凹凸で相互回路
を接触させ、残余の接着剤を回路外に排除して硬化する
方法（例えば特公昭46−43732号公報や日経マグロウヒ
ル社発行の日経マイクロデバイセス、1987年６月号、65
頁等）が知られている。

また、これら接続部材用の接着剤としては、熱可塑性、
熱硬化性、UV硬化系等の各系が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

導電性材料として剛直性粒子を用いた場合、粒子／回路
間或いは粒子／粒子間の接触が不十分なことから接続信
頼性が不満足であり、接触点数を増加させるため、粒子
の添加量を増加したり粒子の粒径を小さくすると接触が
必要以上に起こり、隣接回路との絶縁性が不十分となる
等の欠点を有していた。

導電性材料として熱溶融金属粒子を用いた場合、金属の
融点以下では前記剛直粒子の場合と同様に接触が不十分
であり、融点以上の温度では従来のハンダ付けと同じく
隣接回路間で導通してしまい絶縁性が不足するために微
細回路に対応できない。そのため、回路接続時の温度、
圧力、時間の条件を融点近傍の極く狭い領域で管理する
必要があり、回路材料の厚みの変動や接続装置の温度分
布等のために高度の接続技術を必要とする欠点を有して
いた。

導電性材料として、接続時の加圧若しくは加熱加圧によ
り変形可能な粒子を利用したものは、回路面或いは導電
性粒子相互間で押しつけるように適度に変形するために
十分な接触面積が得られることや、高分子核材の弾性率
や熱膨張率が金属粒子の場合に比べて接着剤の性質に極
めて近いこと等から、接続回路間隙の温度変化に対して
も接着剤とほぼ同様に膨張収縮するので、温度変化に対
する追随性を有する回路接続を可能とした接続信頼性に
優れる極めて有用な接続材料である。

しかしながら、我々はこの系についての信頼性向上につ
いて更に検討を進めた結果、この系の問題点として、回
路への粒子の接触面積を更に十分得ようと加熱・加圧条
件を厳しくすると、金属薄層に割れや座屈状のクラック
が発生する場合があり、更なる接続信頼性の向上は得難
いことがわかった。

接続部材中に導電性材料を用いずに低粘度接着剤により
接続する方法は、適用にあたっていくつかの制限がある
という欠点があった。即ち、回路面の微細な凹凸の接触
による接続方式であるために、回路面の性状差（回路メ
ーカー間、表面材質、ロット等の差）による接続信頼性
のバラツキが大きく大量生産方式に不適なことや、強制
的に回路面にエッチング等で微細凹凸を形成するにはコ
スト高となり、これもまた実用的でないことである。ま
た、接続後の回路板の変形による接続部の剥離を防止す
るために、接続すべき回路板の少なくとも一方は剛体で
ないと適用不可能であり、接続時に急激に硬化するた
め、UV硬化とするには、回路板の一方は特殊なガラス等
の透光性基板でなければならないこと、等である。

接続部材に用いる接着剤については、次の様な一般的問
題点がそのまま指摘できる。熱可塑性の場合には耐熱性
が不十分であり、UV硬化型の場合は前述の様に適用回路
板が透光性材料である制限がある。更に熱硬化型の場合
には、保存性と速硬化性の相反する性質の両立が難しい
欠点があり、保存性を高めるためにエポキシ用のマイク
ロカプセル型硬化剤の検討例はあるものの（例えば特開
昭61−236871号公報）、マイクロカプセルの被覆材がゼ
ラチンやポリウレタン等の高分子物質であることから、
導電粒子と混合して接着剤を調合する際の撹拌等によ
り、硬質の導電粒子との交擦や接着剤中に溶剤等の影響
で高分子被覆材が破壊し保存性がなくなってしまう欠点
があった。

本発明は上記欠点に鑑みてなされたものであり、回路接
続品の信頼性が特に優れた回路の接続方式を提供するも
のであり、接続部材の長期保存性と短時間硬化性の両
立、各種回路への適応性の広さ、回路接続時の条件の広
さと作業の容易さ等も併せて得られる回路の接続方式を
提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、２枚の絶縁性基板上に設けられて対向配置さ
れた接続回路間に、硬化剤成分を核材としその少なくと
も最外層を導電性の金属薄層により実質的に覆ってなる
導電性粒子を該硬化剤成分の反応性を有する接着剤中に
0.1〜15体積％分散してなる接続部材を配置し、加圧若
しくは加熱加圧により前記導電性粒子を破壊せしめるこ
とにより接続回路間の導通接続を行うことを特徴とする
回路の接続方式に関する。

本発明に用いられる導電性粒子を第１図〜第３図により
説明する。第１図は本発明に好適な導電性粒子の構成を
示す断面模式図であり、硬化剤成分よりなる核材１の最
外層が実質的に金属薄膜２で覆われてなる粒子を示して
いる。第２図は、核材１と金属薄層２との間に高分子壁
材３が形成された場合であり、また第３図は核材１と高
分子壁材３よりなる凝集体の表面に金属薄膜２が形成さ
れた場合であり、これらもまた好ましく適用できる。上
記したように最外層が実質的に金属薄層で覆われていれ
ば良いので、上記のような各種形態の導電性粒子が混在
してもよい。

導電性粒子の形は第１図〜第２図に代表されるような球
体が代表的であるが、楕円形や不定形等その形は問わな
い。これら導電性粒子の大きさは、0.01〜100μｍ程度
が適用可能であり、用途に応じて選択すれば良いのでそ
の大きさは問わないが、0.1μｍ〜50μｍ程度が好まし
い。0.1μｍ未満では導電性粒子が凝集し易いことから
作業性に劣り、50μｍを超えると接着剤の硬化時に接着
剤と硬化剤成分との不均一層を形成し易い。それらのこ
とから、更に好ましい粒径の範囲は0.5μｍ〜30μｍで
ある。

本発明において用いている硬化剤成分とは、硬化剤、架
橋剤、硬化促進剤、及び硬化触媒のうち、これらの単独
若しくは任意の混合体を指している。

核材１となる硬化剤成分としては接着剤に対して公知の
各種の物質を用いることができる。接着剤として最も汎
用的なエポキシ樹脂の場合を例示すると、脂肪族アミ
ン、芳香族アミン、カルボン酸無水物、チオール、アル
コール、フェノール、イソシアネート、第三級アミン、
ホウ素錯塩、無機酸、ヒドラジド、イミダゾール等の各
系から任意に選択できる。その他の接着剤の場合につい
ても公知の組み合わせが適用でき、例えば、酸、アルカ
リ、硫黄、キノイド、金属酸化物、過酸化物、反応性樹
脂、増感剤等の硬化剤類がある。

金属薄層２の材質としては、各種の金属、金属酸化物、
合金が適用できる。金属を例示すると、Zn、Al、Sb、A
u、Ag、Sn、Fe、Ta、Cr、Cd、Mn、Mo、Cu、Pb、Ni、P
d、Pt等があり、これらを単独もしくは複合して用いる
ことが可能であり、更に特殊な目的として、例えば硬
度、表面張力、密着性、密度等の改良の為に他の元素や
化合物を添加してもよい。これら金属薄層はまた、複層
以上の構成としても良い。

金属薄層２の形成方法としては、蒸着法、スパッタリン
グ法、イオンプレーティング法、高速気流中衝撃法及び
溶射法等の所謂乾式法やめっき法等が適用可能である。
これらのうち湿式の分散系によることから、均一厚みが
得やすく、更に処理時の温度が比較的低温で良いことか
ら核材への悪影響が少ないこと等により無電解めっき法
が特に好ましく適用できる。無電解めっきが可能な金属
としては、Cu、Ni、Co、Sn、Ag、Au、Pt等があり、これ
ら及びこれらと他の金属との合金類も知られており、前
記金属類の中でも好ましく適用できる。

金属薄層２の厚みとしては、0.005〜５μｍ程度が一般
的に適用できる。ここに厚みは、例えば下地層のある場
合にはその層をも含むものとする。厚みが0.0005μｍ未
満では接着剤と硬化剤成分との隔離性が減少し、５μｍ
を超えると接着剤の使用時に金属薄層が破壊し難くな
り、高圧力や高温度が必要となるので好ましくない。こ
れらのことから、好ましい金属薄層の厚みは0.01〜２μ
ｍである。

金属薄層の形成方法が無電解めっき法による場合の前記
核材は、後述の方法により固体、液体、気体のいずれも
が適用できるが、核材上に直接金属薄層を形成できるこ
とから製造工程中において固体でかつ水に対して不溶性
であることが好ましい。

導電性粒子が高分子壁材３を有するものは、核材が液体
や気体或いは水溶性物質、低融点物質等で金属薄層２を
直接核材１上に形成し難い場合に特に好ましい形態であ
る。

高分子壁材の形成方法としては公知の方法、例えば界面
反応法、in situ重合法、液中硬化被覆法などの化学的
技法や、コアセルベーション、液中乾燥法等の物理化学
的技法、及び気中懸濁被覆法、噴霧乾燥法、メカノケミ
カル法などの機械的技法などから単独若しくは組み合わ
せて用いることができる。また、従来の高分子壁材で被
覆された市販のマイクロカプセル状硬化剤をそのまま適
用することも可能である。

第１図〜第３図において粒子を形成する各界面には密着
性や濡水性、分散性及び耐食性などの向上を目的とし
て、キレート剤、カップリング剤、界面活性剤、防錆剤
等の薄層を形成できるものとする。

本発明に用いる接続部材は、上記よりなる粒子中の硬化
剤成分をこれと反応性を有する接着材中に分散して得ら
れる。接着剤について例示すると、前記したエポキシ樹
脂等の他に、尿素、メラミン、グアナミン、フェノー
ル、キシレン、フラン、ジアリルフタレート等の各樹脂
類よりなる所謂熱硬化型接着剤や、ポリエステル、ポリ
ウレタン、ポリビニルブチラール、フェノキシ、ポリア
ミド、ポリイミド、シアノアクリレート等の各系による
いわゆる反応性接着剤類及びカルボキシル基やヒドロキ
シル基等の官能基含有型のゴムやエラストマー等があ
り、これらは単独若しくは二種以上の混合物としても適
用できる。これらには硬化促進剤や硬化触媒を更に添加
することも可能であり、その他に溶剤類や分散媒、粘着
性調整剤、充填剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、重合防
止剤、カップリング剤等の一般的な接着剤の調整剤を添
加することが可能である。また保存性に悪影響を及ぼさ
ない範囲であれば、硬化剤や架橋剤類を添加しても良
い。

接着剤に対する導電性粒子の添加量は、0.1〜15体積
％、好ましくは0.5〜10体積％とする。0.1体積％未満で
は接続回路面の微小凹凸形成材としての作用が少なく、
15体積％を超えると接続回路の面方向において粒子が連
結する機会が増加し隣接回路との絶縁性が低下する。

本発明にかかる接続部材の製造方法としては、接着剤中
に導電性粒子をボールミル等の通常の方法により混合
し、導電性粒子混合接着剤を得る。

上記導電性粒子混合接着剤を用いて、接続を要する一方
或いは双方の回路上にスクリーン印刷やロールコータ等
の手段を用いて直接回路上に接続部材層を形成しても良
い。また接続部材の連続長尺体を回路上に施しても良
い。この場合接続部材の連続長尺体を得るには紙やプラ
スチックフィルム等に必要に応じて剥離処理を行ったセ
パレータ上に前記手段により接続部材層を形成後巻重し
ても良いし、接着層の粘着性が無い場合においてはセパ
レータを用いずに巻重することも可能である。

接続部材層の厚みは、導電性粒子の粒径及び接続部材の
特性を考慮して相対的に決定するが、１〜300μｍの厚
みが好ましい。１μｍ以下では充分な接着性が得られ
ず、300μｍ以上では充分な導電性を得る為に多重の導
電性粒子の混合を必要とすることから実用的でない。こ
の理由から更に好ましい厚みは３〜100μｍである。

得られた接続部材を用いて回路を接着する方法として
は、例えば回路にフィルム状接続部材を仮貼付した状態
でセパレータのある場合にはセパレータを剥離し、或い
は導電性接着剤を塗布し必要に応じて溶剤除去後の状態
でその面に回路を熱プレス或いは加熱ロール等で貼付け
ればよい。

上記により得た回路接続部の断面模式図を示す第４図に
より本発明を更に詳細に説明する。

基板６及び６′を有する回路５及び５′の間に接続部材
を配置し、加圧若しくは加熱加圧することにより回路５
−５′の間の導電性粒子は破壊し、接着剤との反応が進
行するが初期段階では接着剤は低粘度であるために接続
回路の間隙５−５′は充分に近接して金属薄層２を通じ
て接続か可能となる。一方回路の絶縁部分６−６′間に
おいては、回路部５−５′間ほどには圧力がかからない
ので、粒子は僅かに破壊された状態（金属薄層２′）で
あるが、接続時の接着剤は低粘度であるために接着剤と
の一体化反応は進行する。また粒子の破壊が僅かである
ことや、接着剤中への導電性粒子の添加はきわめて少量
であるために、隣接回路との絶縁性は充分に保持でき
る。

上記回路の接続時において、UVや電子線等の他のエネル
ギーによるか、これらと熱エネルギーとを併用するなど
して、接着剤の硬化をより速やかにすることも可能であ
り、粒子の破壊促進のために超音波等の併用もできる。

〔作用〕

本発明によれば、硬化剤を金属薄層で被覆した導電性粒
子を用いることにより接続部材の保存安定性が著しく向
上した。さらに、硬化剤を任意に選択でき、また加工時
の溶剤の制限が無いことから各種の接着剤による変性が
可能となった。この接続部材は回路接続時の加熱加圧若
しくは加圧により粒子を破壊することで、接着剤の速硬
化及び回路の導電接続が同時に得られるのでUV硬化型の
場合のように回路板の材質による制限がない。また回路
の接続時における粒子は回路間に狭持されるのでスペー
ス部への流出が少なく、粒子を破壊し極限まで回路間隙
を近接させればよい接続方式なので接続操作が簡単であ
りその条件幅を広く採用することが出来る。更に破壊し
た金属は薄層なので、回路状の微小凹凸形成材として作
用し回路の表面性状の影響を受け難く、また接続した回
路間隙が著しく微小であるために、接続部の熱膨張収縮
の影響が極めて少ない。

以上により回路接続品の信頼性が著しく向上することが
可能となった。

〔実施例〕

本発明を以下実施例により更に詳細に説明する。

実施例１ （１）粒子の作製 （イ）前処理 キュアゾール2MZ−OK（２−メチルイミダゾール−イソ
シアヌール酸付加物、融点約250℃、四国化成工業株式
会社製商品名）を分級して、平均粒径10μｍの硬化剤粉
体を得た。この粉体をトルエン中で強制的に撹拌して脱
脂及び粗化を兼ねた前処理を行い、その後濾過によりト
ルエンを分離して、前処理した硬化剤の核材を得た。

（ロ）活性化 次にサーキットプレップ3316（PdCl＋HCl＋SnCl₂系の活
性化処理液、日本エレクトロプレーティングエンジニヤ
ーズ株式会社製商品名）中に分散し、25℃−20分間の撹
拌により活性化処理を行い、続いて水洗、濾過により表
面を活性化した核材を得た。

（ハ）無電解めっき 活性化した核材をブルーシューマ（無電解Niめっき液、
日本カニゼン株式会社製商品名）液中に浸漬し80℃−30
分間強制撹拌を行いNiめっきを行った。続いて水洗し
た。

（ニ）無電解Auめっき 以上で得られたNi被覆粒子の表面に、Auの置換めっきを
行った。めっき液はレクトロレスプレップ（無電解Auめ
っき液、日本エレクトロプレーティングエンジニアーズ
株式会社製商品名）であり、80℃−30分間のめっき処理
を行いその後で水を用いてよく洗浄し、続いて80℃−１
時間の乾燥を行った。

以上により、平均粒径10μｍの核材上にNi0.4μｍとAu
0.1μｍの厚みを有する導電製金属薄層で覆われた核材
が硬化剤の比重2.5の導電製粒子を得た。

（２）接続部材の作製 エピコート1001（ビスフェノール型エポキシ樹脂、油化
シェルエポキシ株式会社製商品名）／パレプレンＰ−22
S（PUR）（ポリウレタン樹脂、日本エラストラン株式会
社製商品名）＝80/20の固形分比であり、溶剤（1,4−ジ
オキサン／メチルエチルケトン＝1/1）により30％溶液
とした接着剤溶液330g中に前記粒子20g（８体積％）を
添加し撹拌した。この溶液をOPP（２軸延伸ポリプロピ
レンフィルム）50μｍ上に塗布し、90℃−15分間の乾燥
を行い20μｍの厚みを有するフィルム状接続部材を得
た。

（３）保存性の評価 保存性を評価するために、上記で得た接続部材を65℃−
７日間の加熱エージングを行った後、次の回路の接続を
行った。

（４）回路の接続 ライン巾0.1mm、ピッチ0.2mm、厚み35μｍのCu回路を有
する全回路巾100mmのフレキシブル回路板（FPC）に、接
着巾3mm長さ100mmに切断した上記エージング後の接続部
材を載置して、100℃、2kg/m²、５秒の加熱加圧により
接続部材付FPCを得た。その後セパレータを剥離して、
他の同一ピッチを有する透明導電ガラス（Cr回路、ガラ
ス厚み1.1mm）と顕微鏡下で回路の位置合わせを行い、
加熱加圧により回路の接続を行った。接続条件は評価結
果と共に第１表に示した。

（６）評価方法 上記により得た回路の接続体の熱衝撃試験前後における
接続抵抗の測定結果を第１表に示した。接続抵抗の測定
はマルチメータ（TR−6877、アドバンテスト株式会社
製）により行い、１試料500点の接続抵抗の平均値で表
示した。熱衝撃試験は−40℃/30分←→100℃/30分を１
サイクルとして300サイクル行った。なお隣接回路の絶
縁抵抗は各実施例とも10⁹Ω以上と良好であった。回路
間隙は、接続部の断面を走査型電子顕微鏡SEMで観察す
ることにより求めた。

実施例２及び３ 市販のマイクロカプセル型硬化剤であるノバキュアHX37
21（核材はイミダゾール変性物、旭化成工業株式会社製
商品名）を用いた。この物は既に硬化剤成分がポリウレ
タン系の高分子壁材により覆われており、液状エポキシ
主剤中に分散されている。そこで、過剰のトルエンによ
り希釈及び洗浄、濾過を繰り返してマイクロカプセル型
硬化剤を分離した。実施例１と同様に活性化処理を行っ
た核材をサーキットプレップ5501（無電解Cuメッキ液、
日本エレクトロプレーティングエンジニヤーズ株式会社
製商品名）液中に浸漬し、30℃−30分間強制撹拌を行っ
た。所定時間後水洗、乾燥を行い、平均粒径５μｍの核
材状に厚み約0.3μｍ（走査型電子顕微鏡による断面観
察）のCu被覆層を有する粒子を得た。この粒子及び実施
例１の接着剤を用いて同様にフィルム状接続部材を得
た。但し実施例３においては、Ni超微粒（粒径0.03μ
ｍ）を接着剤中に少量（２体積％）を混合した。これら
の配合内容及び信頼性の評価結果を第１表に示した。

比較例 実施例３と同様であるが、導電性粒子の金属薄層による
被覆を行わないで、マイクロカプセル状硬化剤をそのま
ま用いた。この結果を第１表に示した。

以上の結果から次のことがわかる。

実施例１においては、金属薄層がNi/Auの複層構成の場
合であり接続の条件を変えた場合であるが、各条件共に
金属の薄層は破壊し回路間隙は2.5μｍ以下に近接して
接続されていた。回路接続部は強固であり、接着剤の硬
化も充分に進んでいた。接続前のフィルムは、65℃−７
日のエージング処理をしたが特に変化は見られず保存性
は充分に実用性を有していた。接続回路の抵抗変化もほ
とんど見られず、優れた接続信頼性を持つことがわかっ
た。なお、Niは硬いために、回路表面の酸化層を一部突
き破っていることが、SEMにより観察された。

実施例２の金属薄層はCuであり、実施例３は更にNi超微
粉を添加した場合であるが、両者共に導電性粒子は破壊
し回路間隙は充分に近接しており、また接続抵抗の変化
もほとんど見られず、良好な接続が得られた。実施例２
〜３の硬化剤は、より高速硬化性の為150℃−20秒でも
硬化は充分に進行した。

比較例はNi超微粉とカプセル型硬化剤を用いた場合であ
るが、金属薄層が無いために保存時にフィルム層はかな
り硬くなりフィルムの硬化が進行し保存性は不充分であ
った。接続回路間隙は充分に小さくなっているが、接続
時に超微粉Niは接着剤と共にスペース部（絶縁部）に流
れ出した為に回路部では初期抵抗が高く、熱衝撃試験に
より回路オープン（1kΩ以上）が発生した。一方スペー
ス部では流出した粒子が凝集し、隣接回路間においても
導通が生じ（リーク）てしまい回路の接続は不可能であ
った。

〔発明の効果〕 以上詳述したように本発明は、回路接続品の信頼性が特
に優れた回路の接続方式を提供するものである。

更に、接続部材の長期保存性と短時間効果性の両立、各
種回路への適応性の広さ、回路接続時の条件の広さと作
業の容易さ等合わせて得られることから、回路の接続に
極めて有用である。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第３図は本発明の接続方式に係わる粒子の断面
模式図、第４図は本発明に係わる回路接続部の断面模式
図である。 符号の説明 １……核材、２……金属薄層 ３……高分子壁材、４……接着剤 ５……回路、６……基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の絶縁性基板上に設けられて対向配置
   された接続回路間に、硬化剤成分を核材としその少なく
   とも最外層を導電性の金属薄層により実質的に覆ってな
   る導電性粒子を該硬化剤成分と反応性を有する接着剤中
   に0.1〜15体積％分散してなる接続部材を配置し、加圧
   若しくは加熱加圧により前記導電性粒子を破壊せしめる
   ことにより接続回路間の導通接続を行うこと特徴とする
   回路の接続方式。