JPH08148213A - 接続部材、該接続部材を用いた電極の接続構造及び接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分解能で長期接続信頼性に優れ、作業性に
も優れた接続部材、該接続部材を用いた電極の接続構造
及び接続方法を提供する。 【構成】 均一粒径の導電粒子を含有する導電材料及び
バインダからなり、加圧方向に導電性を有する接着層１
の少なくとも片面に絶縁性の接着層２を形成し、該絶縁
性接着層２及び前記バインダの成分が同一の反応性接着
剤からなる接続部材、相対峙する電極列間の少なくとも
一方が突出し、前記接続部材の導電材料が相対峙する電
極間に１個以上存在し、且つ絶縁性の接着層が突出電極
の少なくとも基板側の周囲を覆った電極の接続構造、並
びに少なくとも一方が突出した電極を有し、相対峙する
電極列間に前記接続部材の絶縁性接着層が突出した電極
側となるように配置し、反応性接着剤の活性化温度以上
の温度で加熱加圧する電極の接続方法。

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、或
いは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、その接続部材を用いた電
極の接続構造及び接続方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子部品の小形薄型化に伴い、こ
れらに用いる回路は高密度化、高精細化しており、この
ような電子部品と微細電極との接続は、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
子等の導電材料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、加圧又は加熱加圧手段を講じることによって、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。上記の接続
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の絶縁部分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
子の含有量をこの粒子同士が接触しない程度とし、且つ
電極上に確実に存在させることにより、接続部分におけ
る導通性を得ることである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法は、
導電粒子の粒径を小さくすると、粒子表面積の著しい増
加により粒子が二次凝集を起こして連結し、隣接電極間
の絶縁性が保持出来なくなり、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、接続電極間での導通が
得られなくなるため、長期の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困難であった。即ち、近
年の著しい高分解能化即ち電極面積や隣接電極間（スペ
ース）の微細化により、電極上の導電粒子が接続時の加
圧又は加熱加圧により接着剤と共に隣接電極間に流出
し、接続部材の高分解能化の妨げとなっていた。

【０００４】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と、電極と導電粒子との接触が不
十分となり、相対峙する電極の接続が不可能となる。一
方、接着剤を低粘度とすると、導電粒子の流出に加えて
スペース部に気泡を含み易くし、接続信頼性特に耐湿性
が低下してしまう欠点がある。このようなことから、導
電粒子含有層と絶縁性接着層とを分離した多層構成の接
続部材とし、前者の接続時における粘度を高粘度とし、
導電粒子を保持する試みも見られるが、電極と導電粒子
との接触が不十分であったり、製法が面倒であったりし
て、実用化されていない。

【０００５】また、このような微細電極や回路の接続を
可能とし、且つ接続信頼性に優れた接続部材として、面
方向の必要部に導電粒子の密集領域を有する接続部材の
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
密集領域とドット状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。本発明は上記の欠点を解
消するためになされたもので、導電粒子の電極上からの
流出が少なく保持可能であり、また、接続部に気泡を含
み難いことから長期の接続信頼性に優れ、導電粒子と電
極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れ
た、高分解能の接続部材、該接続部材を用いた電極の接
続構造及び接続方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、均一粒径の導
電粒子を含有する導電材料及びバインダからなり、加圧
方向に導電性を有する接着層の少なくとも片面に絶縁性
の接着層を形成し、該絶縁性接着層及び前記バインダの
成分が同一の反応性接着剤からなる接続部材、相対峙す
る電極列間の少なくとも一方が突出し、前記接続部材の
導電材料が相対峙する電極間に１個以上存在し、且つ絶
縁性の接着層が突出電極の少なくとも基板側の周囲を覆
った電極の接続構造、並びに少なくとも一方が突出した
電極を有し、相対峙する電極列間に前記接続部材の絶縁
性接着層が突出した電極側となるように配置し、反応性
接着剤の活性化温度以上の温度で加熱加圧する電極の接
続方法に関する。

【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、導電材料及びバインダか
らなり、加圧方向に導電性を有する導電性接着層１の少
なくとも片面に、絶縁性接着層２を形成した多層接続部
材である。図２のように、導電性接着層１の両面に絶縁
性接着層２及び２´を形成しても良い。これらの表面に
は不要な粘着性やごみ等の付着を防止するために、図示
しないが剥離可能なセパレータが必要に応じて存在して
も良い。図３は、加圧方向に導電性を有する導電性接着
層１を説明する断面模式図である。導電性接着層１は、
導電材料３を含有したバインダ４からなる。ここに導電
材料３としては、図３（ａ）〜（ｄ）のように、加圧又
は加熱加圧手段を講じることでバインダ４の厚み減少に
よって導電性を得る、即ち、バインダ４の厚み以下の小
粒径のものが好ましい。また、図３（ｅ）のように、バ
インダ４の表裏面（図示しないが一方だけでも良い）か
ら突出していても良い。

【０００８】導電材料３がバインダ４の厚み以下の場
合、バインダ４により保持されるので取扱時に導電材料
３の脱落防止が可能であり、バインダ４の表面より突出
していると、簡単な接触により電極と導通可能となり、
導電性が得易い。これらの中では、図３（ｃ）〜（ｅ）
のように、導電材料３がバインダ４の厚みとほぼ等しく
単層で存在できる場合が、接続時の導電材料３の保持性
から好適であり、図３（ｄ）及び（ｅ）が特に好適であ
る。バインダ４に対する導電材料３の割合は０．１〜３
０体積％程度が、導電異方性が得易く好ましい。また、
厚み方向の導電性を得易くするために、バインダ４の厚
さは膜形成の可能な範囲で薄い方がよく、好ましくは３
０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。

【０００９】導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、半田等の金属粒子や炭素粉
等があり、また、これら導電粒子を核材とするか、或い
は非導電性のガラス、セラミックス或いはプラスチック
のような高分子等からなる核材に前記のような材質から
なる導電層を被覆形成したものでも良い。更に、導電材
料を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子と
絶縁粒子の併用なども適用可能である。粒径の上限は、
微小な電極上に１個以上好ましくは５個以上と多くの粒
子数を確保するには小粒径粒子が好適であり、１５μｍ
以下、より好ましくは７μｍ以下である。粒径の下限
は、粒子の凝集性や電極の凹凸に対応可能とするために
０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上とすべきであ
る。

【００１０】これら導電粒子の中では、半田等の熱溶融
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、加熱加圧又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、信頼性が向上するので好
ましい。特に高分子類を核とした場合、半田のように融
点を示さないので、軟化の状態を接続温度で広く制御出
来、電極の厚みや平坦性のばらつきに対応し易い接続部
材が得られるので特に好ましい。また、例えばＮｉ、Ｗ
等の硬質金属粒子や表面に多数の突起を有する粒子の場
合、導電粒子が電極や配線パターンに突き刺さるので、
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、信頼性が向上するので好ましい。

【００１１】これら導電粒子は、粒径の分布が少ない均
一粒径の球状粒子が好ましい。粒径の分布が少ないと、
電極接続時の加圧により電極間で保持されて流出が少な
い。粒径の分布幅としては、電極表面の凹凸を考慮して
最大粒径の１／２以内とすることが好ましい。例えば、
高分子核材に導電層を被覆形成した変形性粒子の場合に
は、中心径±０．２μｍ以内といった高精度の粒子もあ
り、特に好ましく適用できる。また、硬質金属粒子の場
合、電極に突き刺さるので、粒径の分布幅は最大粒径の
１／２以内と比較的広くても良い。導電粒子と併用して
絶縁粒子を用いることも可能である。絶縁粒子を併用し
た場合、隣接電極との絶縁性の向上や接続電極のギャッ
プ調節の作用がある。ギャップ調節の場合、好ましく
は、絶縁粒子の粒径を導電粒子より大きくし、導電粒子
に比べ硬質にすると良好な結果が期待できる。

【００１２】絶縁粒子としては、ガラス、シリカ、セラ
ミックス等の無機物、ポスチレン、エポキシ、ベンゾグ
アナミン等の有機物があり、これらの形状は、球状、繊
維状等でも良い。これらは単独又は複合して用いること
が出来る。バインダ及び絶縁性接着層は反応性接着剤で
あり、熱や光により硬化性を示す材料が広く適用出来、
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長
から好ましく適用できる。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。

【００１３】本発明における硬化剤としては、接続部材
の保存性を維持するために潜在性であることが好まし
い。本発明でいう潜在性とは、反応性樹脂（例えばエポ
キシ樹脂）との共存下で３０℃以下で２か月以上の保存
性を有し、加熱下で急速硬化するものを云う。また、本
発明の反応性とは、反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存
下での活性化温度を示す。活性化温度は、反応性樹脂と
潜在性硬化剤との共存混合試料の３ｍｇをＤＳＣ(Ｄiff
erential Ｓcanning Ｃalorimeter指差走査型熱量計)を
用い、１０℃／分で常温（３０℃）から２５０℃まで上
昇させたときの発熱量の最大を示すピーク温度とする。

【００１４】本発明の接続部材の製法としては、例え
ば、導電性接着層１と絶縁性接着層２とをラミネートし
たり、積層して順次塗工する等の方法が採用できる。本
発明の接続部材を用いた電極の接続構造及びその製法に
ついて、図５〜６により説明する。図４に、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
が本発明の接続部材を介して接続された構造を示す。即
ち、相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出した電
極列間の接続構造であって、相対峙する電極間１２−１
３間に導電材料３が１個以上存在し、且つ、突出電極１
２の周囲１４よりも導電材料の密度が高い状態で存在
し、相対峙する電極列間が接続されている。また、絶縁
性接着層２が突出電極１２の少なくとも突出する電極の
基板側の周囲を覆っている。

【００１５】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以下と僅かな場合を云
う。これらを例示すると、アディティブ法や薄膜法で得
られた電極類が代表的である。図５は、基板１１及び１
５に形成された電極が突出電極同士１２及び１２´の場
合である。即ち、図２で示した両面に絶縁性接着層２及
び２´を有する接続部材を介して接続した構造である。
絶縁性接着層２及び２´はそれぞれ突出電極同士１２及
び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１５と接続している。

【００１６】図４及び５における基板としては、ポリイ
ミド、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、
セラミックス等の無機物などを例示できる。突出電極１
２は上記したほかに各種回路類や端子類も含むことが出
来る。なお、図４及び５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。本発明の接続部材を
用いた電極の接続方法は、接続部材の絶縁性接着層２が
突出した電極１２側となるように配置し、反応性接着剤
の活性化温度以上の温度で加熱加圧する。

【００１７】

【実施例】次に実施例を説明するが、本発明はこの実施
例に限定されるものではない。 実施例１ （１）導電性接着層の作製 フィルム形成材としてフェノキシ樹脂(高分子エポキシ
樹脂)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）との比率を２０
／８０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／Ａ
ｕ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、１１０℃で２０分乾燥して、厚み５μｍの導電性接
着層を得た。この接着層の活性化温度は１０８℃であっ
た。

【００１８】（２）絶縁性接着層の形成及び接続部材の
作製 (１)の導電性接着層から導電性粒子を除去し、厚み１５
μｍのシートを前記の(１)と同様に絶縁性接着層を作製
した。(１)の導電性接着層の面と(２)の接着層の面とを
ゴムロール間で圧延しながらラミネートした。以上で図
１の二層構成の多層接続部材を得た。 （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
る二層ＦＰＣ回路板（回路ピッチは１００μｍ、電極幅
５０μｍの平行回路の電極）と、厚さ１．１mmのガラス
上に厚さ０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）の
酸化インジウムの薄膜回路を有する平面電極との接続を
行った。先ず、平面電極側に導電性接着層が来るように
した。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℃、２０
ｋｇf／mm²、１５秒で接続した。

【００１９】（４）評価 この接続体の断面を研磨し、顕微鏡で観察したところ、
図４相当の接続構造であった。隣接電極間のスペースは
気泡混入がなく、粒子が球状であったが、電極上には粒
子が最低でも５０個以上存在して圧縮成形され、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結果、接
続抵抗は１Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸Ω以上であり、こ
れらは８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後も殆ど変
化がなく、良好な長期信頼性を示した。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とき綺
麗に界面剥離し、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。

【００２０】実施例２ 実施例１の導電性接着層に、更に絶縁性接着層を形成
し、図２の三層構成の多層接続部材を得た。実施例１の
ＦＰＣ同士を同様に接続した。この場合、図５の接続体
が得られ、実施例１と同様に良好な接続特性を示した。
電極上の粒子数は最低でも３５個存在した。 実施例３ 実施例２の導電性接着層の導電粒子を入れ替えた。即
ち、Ｎｉ粒子（最大径５μｍ、最小径２．５μｍ）と
し、１体積％添加した。この場合も実施例２と同様に評
価した結果、良好な接続特性を示した。接続部を剥離し
て電子顕微鏡で観察したところ、導電粒子は１電極上に
２０個以上存在し、電極面に突き刺さっていた様子が観
察出来た。

【００２１】実施例４ 実施例１と同様であるが、ＦＰＣに代えてＩＣチップ
（２×１０mm、高さ０．５mm、四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粒径３±０．１μｍの導
電粒子とし、添加量１体積％、マトリックスの厚み１０
μｍのシートとし、図３（ｂ）相当の構成とした。接続
体は図４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。導電粒子は１電極上に５個以
上存在した。

【００２２】実施例５ 実施例２の接続部材と同様であるが、絶縁性接着層の厚
みを片側２５μｍ、他の面を５０μｍに形成した。電極
は、ＱＦＰ形ＩＣのリード（厚み１００μｍ、ピッチ３
００μｍ）であり、ガラ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５相当である
が、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、基板の無い部分もリ
ード高さに沿って接着層が形成され、リードを固定出来
た。導電粒子は１電極上に１０個以上存在していた。

【００２３】実施例６ 実施例１の接続部材と同様であるが、導電粒子の表面に
絶縁被覆処理を実施した。即ち、平均粒径５μｍ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。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、６０個以上存在した。電極接続部１２−１２´は、
接続時の熱圧による絶縁層２及びバインダ４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３の表面が絶縁層２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３
のバインダ４に対する濃度を高密度に構成できる。

【００２４】実施例７ 実施例１の接続部材と同様であるが、導電粒子に加えて
粒径２±０．１μｍのベンゾグアナミン粒子を添加し
た。実施例１と同様に評価したところ、良好な接続特性
を示した。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。本実施例では、
導電材料３（導電粒子）と併用して絶縁粒子５を用いる
ことで、接続電極のギャップが硬質である絶縁粒子５
（ベンゾグアナミン粒子）の粒径２μｍに制御され、導
電材料３は変形して電極１２・１３と面接触していた。

【００２５】

【発明の効果】本発明の接続部材は、バインダ成分と絶
縁性の接着層とが同一の反応性接着剤であることから、
接続部の接着剤応力に分布を生じず、信頼性が向上する
と共に材料準備が容易であり、製造コストが低下する。
また、前記導電材料が均一粒径の導電粒子を含有するの
で、バインダ成分と絶縁性の接着層とが同一の成分であ
るにもかかわらず、電極接続時の加熱加圧による接着剤
の粘度低下の際にも、導電粒子が電極間で保持されて、
流出が少なく、電極上で保持できる。また、本発明の電
極の接続構造は、導電材料が相対峙する電極間に１個以
上存在し、且つ絶縁性接着層が突出電極の少なくとも基
板側の周囲を覆っている構造であるので、微細電極の接
続において、良好な厚み方向の導電性と面方向の絶縁性
とが併せて得られる。

【００２６】更に、本発明の電極の接続方法は、接続部
材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置
し、反応性接着剤の活性化温度以上の温度で加熱加圧す
る方法であるので、確実な面方向の絶縁性と強固な機械
的接続が得られる。接着層は、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、接続部の気泡減少等により、や
はり接続信頼性が向上する。或いは電極基板の材質に適
合した任意の組み合わせとすることも可能であり、電極
と導電粒子との接触が得易く、製法も簡単である。ま
た、接着層を接続部の外にはみ出させ、封止材的な作用
により補強や防湿効果を得ることも出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接続部材の断面模式図である。

【図２】本発明の接続部材の断面模式図である。

【図３】本発明の接続部材における導電性接着層を示す
断面模式図である。

【図４】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示
す断面模式図である。

【図５】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示
す断面模式図である。

【図６】本発明の接続部材を用いた電極の接続構造を示
す断面模式図である。

【符号の説明】

１…導電性接着層、２…絶縁性接着層、３…導電材料、
４…バインダ、５…絶縁粒子、１１、１１´…基板、１
２…突出電極、１３…平面電極、１４…周囲、１５、１
６…基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 敦夫 茨城県下館市大字五所宮1150番地 日立化 成工業株式会社結城工場内 (72)発明者 松岡 寛 茨城県下館市大字五所宮1150番地 日立化 成工業株式会社結城工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 均一粒径の導電粒子を含有する導電材料
   及びバインダからなり、加圧方向に導電性を有する接着
   層の少なくとも片面に絶縁性の接着層を形成し、該絶縁
   性の接着層及び前記バインダの成分が同一の反応性接着
   剤からなる接続部材。
2. 【請求項２】 導電性を有する接着層が導電材料及び絶
   縁粒子からなる請求項１記載の接続部材。
3. 【請求項３】 相対峙する電極列間の少なくとも一方が
   突出し、請求項１又は２記載の接続部材の導電材料が相
   対峙する電極間に１個以上存在し、且つ絶縁性接着層が
   突出電極の少なくとも基板側の周囲を覆った電極の接続
   構造。
4. 【請求項４】 少なくとも一方が突出した電極を有し、
   相対峙する電極列間に請求項１又は２記載の接続部材の
   絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、反
   応性接着剤の活性化温度以上の温度で加熱加圧すること
   を特徴とする電極の接続方法。