JPH10502677A - 異方性導電性の接着剤及び異方性導電性の接着剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、熱可塑性ベース材料中に分散された粒子を有する異方性導電性の接着剤に関する。粒子は、パーコレーション閾値より下で微細に分散した粒子（２０）により形成され、この粒子は濃度上昇により、意図的に異方性導電性の経路（２６）にすることができ、その際、粒子は導電性であるか、又は導電性の構造を生じさせるべき箇所で錯体の分解、変換及び還元により導電性にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 異方性導電性の接着剤及び異方性導電性の接着剤の製造方法 本発明は、請求項１の前提部による異方性導電性の接着剤及び異方性導電性の 接着剤の製造方法に関する。 従来の技術 異方性導電性の接着剤（anisotrop leitender Kleber）は公知である。この接 着剤はベース材料中に、例えば熱可塑性ベース材料中に微細に分散した導電性の 粒子を有する。導電性の粒子は、この場合、小粒状の粉末としてベース材料中に 分散されている。この異方性導電性の接着剤は、例えばシートの形で存在し、２ つの接点、例えば２つの条導体を導電性に相互に接着するのに適している。この 条導体は加圧下及び温度の影響下で接着剤に向かい合う側で加圧され、ベース材 料は変形し、このベース材料中に分散した導電性粒子は、設置された条導体間で 導電性の接続が創り出す。このベース材料は、この場合、条導体を有する接着す べき部分の間の付着作用を受け持つ。 異方性導電性の接着剤の分解能、つまり２つの隣接する導電性接続間の可能な 最小の間隔は分散した導電性の粒子の構造に依存していることは明らかである。 この粒子は導電性接続を一方の方向においてのみ可能にするため、この粒子は相 互に十分に広い間隔を有していなければならず、それにより、不所望な等方性導 電性の接続が回避される。この接続は、例えば偶然的な凝集により、つまりベー ス材料中での導電性粒子の集結により引き起こされる。それにより公知の異方性 導電性の接着剤は、比較的広い相互に配置された接触面の接触のために使用でき るにすぎない、それというのも、それ以外では十分に大きな接触安全性を提供で きないためである。 発明の利点 それに対して、本発明による、請求項１に挙げられた特徴を有する異方性導電 性の接着剤は、導電性粒子の意図的な凝集により、２つの隣接する、接着剤によ り導かれる導電性の接続の間の接触安全性を改善するという利点を有する。意図 的に異方性導電性の経路に凝集可能な、パーコレーション閾値（Perkolations s chewlle）より下で微細に分散した金属粒子及び分散した金属イオンの導電性粒 子が形成されることにより、高い安全性を有する接触接続の異方性が保証される 。パーコレーション閾値としては、導電性粒子がそれぞれベース材料中で偶然的 位置を取り、かつこのような場合ではちょうど２つの隣接する粒子間では金属的 に導電性の接続を生じないと理解される。導電性粒子が導電性の経路に凝集する ことにより、接着剤は、 有利に２つの隣接する導電性の経路間で、改善された絶縁能を有する領域を有す る、それというのも導電性粒子の数は導電性の経路に凝集することにより減少す るためである。 異方性導電性の接着剤の本発明による製造方法により、有利に、簡単な方法で 集積回路の構造化から公知のプロセス工程を改良して適用することが可能である 。導電性粒子が分散されている熱可塑性ベース材料を、有利にマスクを通して照 射し、それによりベース材料の照射された領域内で局所的加熱が行われ、照射さ れた領域内で異方性導電性の経路が生じることにより て異方性導電性の経路のそれぞれの任意なレイアウトを創り出すことができ、そ の際、著しく高い分解能が可能である。 本発明の有利な実施態様において、ベース材料中に十分な量の銀コロイド及び 銀イオンを混入するか、若しくは十分な銀を特定の形で混入し、引き続きイオン 及びコロイドを、適当な処理により生じさせるように設計される。異方性導電性 経路を生じさせるべき領域内での銀イオンの意図的な還元により、銀を有する導 電性領域を著しく有利に創り出すことができ、導電性領域を取り巻く領域では銀 が減少し、その結果、著しく高い分解能を有する、つまり相互に極端に僅かな間 隔を有する異方性導電性経路を達成することができる 。銀は部分的に又は完全に、有利に錯生成により安定化され、その結果、異方性 導電性経路の製造の際に、銀の自発的析出が起こらないが、しかしこの析出は所 望の導電性経路の領域内では意図的に還元することができるように設計するのが 有利である。 本発明のさらに有利な実施態様は、従属形式請求項に挙げられた残りの特徴か ら明らかである。 次に、本発明を、添付図面に関する実施例において詳説する。 図１は、出発状態の異方性導電性の接着剤の断面図を表す。 図２は、形成の間の異方性導電性の接着剤の断面図を表す。 図３は、接触された状態の異方性導電性の接着剤の断面図である。 実施例の記載 図１中には、支持体１０が示されており、その支持体の表面１２上に接触箇所 １４が配置されている。支持体１０は例えばそれぞれ任意の電子的部材であるこ とができる。接触箇所１４は支持体１０上の又は場合により支持体１０中に組み 込まれた部材に対して外部接続部を形成する。接触箇所１４はこの場合例えば条 導体、接触パッドなどにより形成されることができる。接触箇所１４の形状に関 して、つまりその幾何学的広がり及び幾何学的形は特別な要求がなされない。 支持体１０の表面１２上に溶融接着剤の層１６が設けられている。この層１６ はこの場合例えば印刷されるか、ローラー塗布されているか又は他の方法で支持 体上に塗布されることができる。この層１６は、熱可塑性ベース材料１８を有し ており、その中に導電性の粒子２０が分散され、つまり微細に分散されている。 この粒子２０は、一方でコロイド状の銀粒子２２からなり、この銀粒子は可能な パーコレーション閾値より下でベース材料１８中に分布している。ベース材料１ ８中にはさらに銀イオン２４が分散されている。この銀粒子２２及び銀イオン２ ４は、この場合、層１６の全体の容量にわたりベース材料中に分散している。銀 粒子２２は、この場合ｎｍ領域の直径を有する。層１６の設置の間、接触箇所１ ４は支持体１０上でベース材料１８により取り囲まれる。 図２中には、層１６を通る異方性導電性の経路２６の構造化が明らかにされて いる。このため、層１６はマスク２８を通してＵＶ線３０で照射される。マスク ２８はこのために開口部３２を備えており、その開口部のレイアウトは有利に支 持体１０の接触されるべき接触箇所１４に合致する。従って、ＵＶ線３０はマス ク２８の開口部３２を通過して接触箇所１４が覆われている層１６の領域を照射 する。照射された領域内で、ＵＶ線３０は銀粒子により吸収され、それにより加 熱される。銀粒子２２の加熱により、ベース材料１８ 中で局所的加熱が引き起こされ、その結果、ベース材料１８はこの領域内で流動 性になる。このように生じる流動性の領域内で銀イオン２４は運動性になる。銀 粒子２２は銀イオン２４に対して凝集種を形成し、その結果、銀イオン２４は銀 粒子２２により引き寄せられ、銀粒子上に析出する。銀イオン２４の継続的な析 出により、凝集種は異方性導電性の経路２６に成長する。その際形成される銀イ オン２４の濃度勾配の結果、さらに離れて位置する銀イオン２４も、銀粒子の周 囲に付着して成長する銀イオン２４と共に、銀粒子２２の生じた中心に引き寄せ られ、その結果、最終的に導電性の経路２６が生じる。期間及びＵＶ線３０の強 度によって、この場合、導電性経路２６についての銀粒子２２及び銀イオン２４ の濃度は調節することができる。導電性経路２６に銀イオン２４が付着して成長 することにより、銀イオンは同時に隣接する導電性経路間に位置するベース材料 １８の領域中で希薄になり、隣接する経路２６の間で良好な絶縁状態が生じる。 ＵＶ線３０の照射を完了し、マスク２８を取り除いた後、ベース材料１８は十分 に冷却し、その結果、流動性にされた領域は硬化し、それにより形成された導電 性経路２６はその位置に留まる。 引き続き、接着剤中で異方性導電性の経路を達成するためのもう一つの有利な 例を詳説する。この例は理解のために有効であると思われる限り、図１〜２の関 連符号が引用されるが、製造方法は異なって進行する。 まず、ベース材料１８を合成する。そのため、無水のエタノール２００ｍｌを 撹拌しながら加熱沸騰させる。次いで、ゆっくりとジクロロジフェニルシラン６ ９．６３ｇ（＝２７．５モル％）、ジクロロメチルビニルシラン９８．７５ｇ（ ＝７０モル％）及びテトラエトキシシラン５．２０ｇ（＝２．５モル％）からな る混合物を添加する。添加の完了後に、この混合物を２時間還流下に沸騰させ、 その際、反応の際に発生するＨＣｌガスを還流冷却器を介して逃がし、ホースを 用いて容器中へ水と一緒に通される。この反応混合物は反応の間に軽度に黄色に 呈色する。水流真空（３０ｍｂａｒ）中で７０℃で溶剤を留去することにより、 軽度に粘性の液体が得られる。この初期縮合物をたびたびエタノール２００ｍｌ 中に取り、７０℃で３０ｍｂａｒで、ｐＨ値に関して中和反応が示されるまで再 度濃縮する。残留する、透明で黄色がかった溶液に、同じ容量のアセトンを添加 し、この溶液を加熱沸騰させ、次いでこれに急速に０．１規定の塩酸７３．８ｍ ｌ（水４．０モル）を添加した。次いで、この溶液を３時間還流下で沸騰させ、 その際、縮合物の析出を示す白色の曇りが生じる。溶剤を水流真空中で７０℃で 留去した後、加水分解物が得られ、これを次いで同量のアセトン中に２回溶解さ せ、それぞれ再び３０ｍｂ ａｒで７０℃で蒸発させる。残留する粘性の白色に曇った残留物を、引き続き水 流真空中で１８０℃で、試料のＩＲ−スペクトルにおいて、３６２０ｃｍ^-1及び ３４００ｃｍ^-1のＯＨバンドと、３０７０ｃｍ^-1でのフェニル−ＣＨバンドとの 間で次の吸光度状態が生じるまで加熱した： Ｅ₃₆₂₀／Ｅ₃₀₇₀＝０．３５８±０．０３及び Ｅ₃₄₀₀／Ｅ₃₀₇₀＝０．６２４±０．０６ ジフェニルジクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン及びテトラエトキシ シランをベースとするオルモサー（ormocer）樹脂が得られる。 こうして得られたベース材料１８のマトリックスを、引き続き、導電性粒子２ ０を有する完全な接着剤系に合成する。このために、予め合成されたオルモサー 樹脂２．３６３３ｇをＡＭＤＥＳ（アミノプロピルメチルジエトキシシラン）１ ．０１２８ｇ（０．００５２９ｍｏｌ）を用いて、１４０℃で３０分間アミノ官 能性にし、次いで、１００℃に冷却する。次いで、酢酸銀２．９１０７ｇ（０． ０１７４ｍｏｌ）をアセトン５ｍｌ中に溶かし、ＤＩＡＭＯ２．８９５８ｇ（０ ．０１７３ｍｏｌ）を添加する。この銀溶液を、アミノ官能化されたオルモサー 樹脂に添加し、この混合物を、粘度が著しく増大するまで５〜１０分間１００℃ で撹拌する。次いで、予めアセトン１．５１９５ｇ中に溶かしたＧｙ２６６（Ar aldit社）２．０２５７ｇ （０．０１０５エポキシ当量）を滴加する。１００℃で撹拌しながら、Ｂ−段階 （B-stage）試験により測定して所望の粘度が達成されるまで反応を維持する。 反応の完了後、約３０％の銀の質量割合が充填されたベース材料１８が得られ る。導電性粒子２０として銀を有するベース材料１８は層１６の形で支持体１０ 上に設置される。この層厚は例えば１０μｍである。層１６の設置は、通常の、 一般に公知の方法、例えばナイフ塗布により行われる。 引き続き、層１６をレーザー処理にさらす。このために、例えばＶＩＳ領域及 びマルチラインモードで運転される、６０μｍのレーザースポット直径を有する アルゴン−イオンレーザーが使用される。達成すべき異方性導電性の経路２６の 種類に応じて、レーザーの出力は変えることができる。例えば条導体を製造すべ き場合には、出力は１．３Ｗである。このレーザーは、いわゆる「直接レーザー 書き込み法（Direkt-Laser-Writing-Verfahren）」で層１６上へ導かれる。この 場合、層１６を有する支持体１０をレーザースポットに沿って案内することがで きる。このため、支持体１０は、例えば相応するＸ−デスク（X-Tisch）上に設 置されている。この送り速度は例えば０．５ｍｍ／ｓｅｃである。支持体１０の 所定の動きに応じて層１６中に条導体が意図的に、レーザー処理が行われる範囲 で構造化される。このレーザー処理の間に、層 １６の意図的な、つまり局所的な加熱が行われ、その加熱で銀の安定化が解かれ る。この場合、例えば銀錯体の熱的分解が生じる。このことは、一定の領域内で 銀イオンの運動性が高められる結果となる。相互作用の中心において、銀は高濃 度になり、意図的に還元される。これにより銀イオンに対する拡散低下（Diffus ionssenke）が生じる。中央で銀を有する領域は導電性経路２６に成長し、この 領域の周囲では銀イオンの濃度低下が起こる。銀の意図的還元はベース材料１６ の局所的加熱の間に生じる、ベース材料１６及び安定化された銀の錯化材料の分 解生成物により支援される。これらは銀の還元のための還元材料として作用する 。 もう一つの例により、レーザーのレーザースポットは層１６の一定個所に焦点 合わせすることができる。この選択された箇所は、一定時間、例えば１０秒間照 射され、その際レーザー出力は例えば１Ｗである。選択された時間にわたる照射 によりこの箇所では銀−ピッチ（Silber-Pitsch）、つまり唯一の限定された導 電性経路２６が生じる。この場合、層１６の内部では、同じ化学的経過が進行し 、照射された領域内で銀の意図的還元が生じ、その結果、銀コロイドが生じ、こ れが導電性接続を創り出す。照射されていない領域内では、銀は安定したままで あり、パーコレーション閾値より下でベース材料１６中に銀が分布することに より異方性導電性は排除される。さらに、銀イオンは生じた銀−ピッチの直接隣 接する範囲内で濃度が低下し、その結果導電性の異方性が改善される。 全体として、ベース材料１８の適当な錯化により著しく高い銀の充填度を達成 することができることは明らかである。ここで示された例において、３０％の質 量割合が挙げられているが、これは著しく高く、例えば７０％であることができ る。ベース材料１８の合成を用いて銀の析出は阻止される。同時に錯化の間にこ の物質が組み込まれ、この物質は引き続く銀の還元を照射及び／又はレーザー処 理の影響下で可能にするか又は支援する。 図３について、溶融接着剤層１６を用いた接続が明らかにされており、この場 合、この接続はＵＶ照射及び／又はレーザー処理に基づき製造することができる 。図１及び２と同じ部分は、同じ符号であり、再度、説明しない。 示された例において、支持体１０はもう一つの支持体３４と溶融接着剤層１６ を介して接着されている。この支持体３４は、同様に例示的に挙げられているだ けで、例えば集積された電子的部品を有するチップであることもできる。支持体 ３４は接触箇所３６を有しており、この接触箇所３４は支持体１０の接触箇所１ ４と導電性に接続されるべきである。支持体３４は、この場合、溶融接着剤層１ ６の方向に向いた接触箇所 ３６と共に支持体１０の上方に位置決めされている。この位置決めは、この場合 、接触すべき接触箇所１４及び３６が向かい合うように行われる。接続すべき支 持体１０と３４との連結パターンはそれ自体公知であるため、それぞれの接触す べき接触箇所１４及び３６の間に導電性経路２６が存在していることは、マスク ２８のレイアウトを介して保証される。支持体１０及び３４は溶融接着剤層１６ の加熱のもとで接合される。この加熱により、ベース材料１８は軟化し、その際 、加熱温度はベース材料１８の材料に応じて調節することができる。ベース材料 １８が例えばシロキサンベースである場合、支持体１０及び３４は、約１２０℃ の温度で相互に接着させることができる。軟化されたベース材料１８はこの場合 、支持体１０と３４との間の面的接着を媒介し、導電性の接続は接触箇所１４、 経路２６及び接触箇所３６を介して行われる。生じる複合系は、引き続き熱処理 され、溶融接着剤層１６は完全に硬化する。この熱処理は、例えば１２０℃の温 度で比較的長い時空にわたり、又はより高い温度で、比較的短い時空にわたり行 われる。この硬化温度は支持体１０又は３４の温度負荷能力に応じて選択するこ とができる。 本発明による異方性導電性接着剤を用いて、簡単に加工及び取り扱うことがで きる系が製造される。特に、２つの導電性経路２６の間の領域から導電性粒子を 運び出すことにより、溶融接着剤層１６の異方性は著しく改善される。生じる導 電性経路２６は改善された電気的伝導度及び電流負荷能力により、公知の異方性 接着剤と比較して優れている。この導電性経路２６は、大面積で存在する溶融接 着剤層１８の任意の箇所で構造化させることができ、その結果、簡単な方法技術 的プロセスで、２つの支持体間の導電性接続のそれぞれ任意の構成が実現できる 。さらに、本発明による異方性導電性接着剤を用いて、接着すべき支持体１０と ３４との間に、高い負荷が可能な接続を製造することができる。支持体１０と３ ４とのベース材料１８を介した全面積の機械的固定により、導電性接続は僅かな 機械的な負荷にさらされるだけで、全体の配置の接触安全性は改善される。同様 に生じる応力は、ベース材料１８の弾性により吸収することができ、その結果例 えば、支持体１０又は支持体３４の側の異なる熱膨張を接触安全性を低下させず に補償することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 トーマス ブルクハルト ドイツ連邦共和国 66994 ダーン アム ゼルシュトラーセ ７ (72)発明者 マルティン メニッヒ ドイツ連邦共和国 66287 フィッシュバ ッハ ミッテルシュトラーセ ５ (72)発明者 ヘルムート シュミット ドイツ連邦共和国 66130 ザールブリュ ッケン イム ケーニッヒ スフェルト 29 (72)発明者 モニカ シュナイダー ドイツ連邦共和国 66538 ノインキルヒ ェン ヴェレスヴァイラー シュトラーセ 242

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 熱可塑性のベース材料中に分散した粒子を有する異方性導電性の接着剤に おいて、前記の粒子が、パーコレーション閾値より下で微細に分散した導電性粒 子（２０）から構成され、この粒子は、意図的に異方性導電性の経路（２６）に 凝集可能であるか、又は適当な処理により、導電性の経路を生じるべき箇所へ拡 散し、濃度上昇及び還元により導電性構造を形成することを特徴とする、異方性 導電性の接着剤。 ２． 粒子（２０）が照射及び／又は加熱の影響下で、特定の領域内で濃度上昇 する、請求項１記載の接着剤。 ３． 粒子（２０）がコロイド状の銀（２２）及び銀イオン（２４）から形成さ れている、請求項１又は２記載の接着剤。 ４． 銀粒子（２２）がｎｍ範囲内の粒度を有する、請求項１から３までのいず れか１項記載の接着剤。 ５． 銀粒子（２２）が凝集性であり、５から５０μｍの粒度を有する請求項１ から３までのいずれか１項記載の接着剤。 ６． 異方性導電性の接着剤の製造方法において、粒子が分散されている熱可塑 性のベース材料（１８）を意図的に照射及び／又は加熱し、その結果、照射 された及び／又は加熱された領域内で局所的加熱が行われ、及び照射された及び ／又は加熱された領域内で異方性導電性の経路（２６）が、粒子の運動性が高ま ることにより粒子の濃度上昇によって創り出され、その際、この粒子は導電性で あることができるか、又は安定化の解放及び還元により導電性の構造が形成され ることを特徴とする異方性導電性の接着剤の製造方法。 ７． ベース材料（１８）中に銀コロイド（２２）及び銀イオン（２４）を導入 する、請求項６記載の方法。 ８． ベース材料（１８）中に銀を適当な形で投入し、これを引き続き銀コロイ ド（２２）及び銀イオン（２４）に変換する、請求項６記載の方法。 ９． 銀イオンの還元を、導電性の経路（２６）を創り出す領域中で意図的に実 施する、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。 １０． 銀イオンの意図的な還元のために適当な還元材料が、マトリックス中へ 導入されるか、又はマトリックス又は錯化材料の分解生成物として生じる、請求 項６から９までのいずれか１項記載の方法。 １１． 還元を局所的なレーザー処理により実施する、請求項６から１０までの いずれか１項記載の方法。 １２． 銀が部分的に又は完全に安定化されている、 請求項６から１１までのいずれか１項記載の方法。 １３． 照射を、選択可能なレイアウトに応じて開口部（３２）を有するマスク （２８）を介して行う、請求項６記載の方法。 １４． 照射を、コロイドイオン又は導電性粒子により吸収される光線を用いて 行う、請求項６から１３までのいずれか１項記載の方法。 １５． ＵＶ線を用いて照射を行う、請求項１４記載の方法。 １６． 異方性導電性の経路中での粒子の濃度上昇度が、照射及び／又はレーザ ー処理の時間及び／又は強度により調節可能である、請求項６から１５までのい ずれか１項記載の方法。