JP2748705B2 - 回路の接続部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微細回路用の接続部材に
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を電気
的、機械的に接続するための接続部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の小形薄形化に伴い、これらに
用いる回路は高密度、高精細化している。これら微細回
路の接続は、従来のハンダやゴムコネクターなどでは対
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（以下接続部材という）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、導電材料を所定量含有した接着剤よりなる接続部材
層を設け、加圧又は加熱加圧手段を構じることによっ
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。

【０００３】接続部材を高分解能化するための基本的な
考え方は、隣接回路との絶縁性を確保するために導電材
料の粒径を回路間の絶縁部分よりも小さくし、合わせて
導電材料が接触しない程度に添加量を加減しながら回路
接続部における導通性を確実に得ることである。しかし
ながら導電材料の粒径を小さくすると、表面積の増加と
粒子個数の著しい増加により粒子は２次凝集してしまい
隣接回路との絶縁性が保持できなくなり、また粒子の添
加量を減少すると接続すべき回路上の導電材料の数が減
少することから接触点数が不足し接続回路間での導通が
得られなくなるために、長期接続信頼性を保ちながら接
続部材を高分解能することは極めて困難であった。

【０００４】このような微細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を得る試みとして、我々
は先に特開昭６３−２３７３７２号公報記載の方法を提
案した。この方法は、導電性粒子の表面が回路接続時の
熱圧により流動性を有する熱可塑性絶縁層で覆われた粒
子と絶縁性接着剤よりなるものである。この方法は回路
接続時の加熱加圧によりその表面の絶縁層が軟化流動し
その被覆が回路若しくは粒子の接触部において排除され
ることにより接続回路間に導電性を与える。一方絶縁回
路部においては、回路間の粒子ほどには加圧されないた
めに絶縁層の被覆はそのまま保たれることから絶縁性が
得られる。

【０００５】上記した理由により導電性粒子は接着剤中
に高濃度に充填することが可能となり微小接続面積での
導通が確実に得られるので高分解能な接続部品を得るこ
とができる。また導電性粒子は回路接続時の加熱加圧に
より軟化変形し回路や粒子との接触面積が向上すること
と、接続部の温度変化に対して追随性を有するので接続
部の信頼性、特に高温高湿試験や温度変化を含む場合の
ような長期間の接続信頼性が著しく向上できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−２３７３
７２号公報に示される方法は、高分解能化と接続信頼性
の両立が可能な優れた方法であるが、隣接回路間の絶縁
性が安定して得られないという問題点があった。この理
由は、熱可塑性絶縁層の被覆の除去程度が回路接続時の
条件や絶縁層の厚みによって微妙に変動するためと考え
られる。

【０００７】すなわち、回路接続時の熱や圧力が過剰で
あると、形成した熱可塑性絶縁層が溶融して隣接回路間
で導電粒子同士が接触してしまい、絶縁性が不十分とな
り、逆に熱圧が不足であると、絶縁性は良好だが回路面
と導電粒子間の絶縁層の排除が不十分となり接続抵抗の
上昇を招いてしまうものとみられる。したがって、これ
らの特性のバランスを得るために接続条件を厳密に管理
せねばならず、非量産的であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、高分子重合体
からなる核材上に導電性金属薄層を実質的に被覆した熱
変形性導電粒子の表面に、熱変形性導電粒子よりも粒径
が小さく接続条件下で接着剤よりも硬質でかつ非溶融性
である絶縁性粒子を結着剤を介して付着形成してなる複
合粒子を接着剤中に分散してなることを特徴とする回路
の接続部材に関する。

【０００９】本発明にかかる複合粒子について以下図面
によりその実施例を説明する。図１から図５は、本発明
に好適な複合粒子を示す断面模式図である。

【００１０】図１は、高分子核材１の表面に導電性金属
薄層２を実質的に被覆形成してなる熱変形性導電粒子５
の表面に、絶縁性粒子３を付着形成して固定化した複合
粒子６を示している。

【００１１】絶縁性粒子３は、結着剤４の介在により形
成（図１〜図３）しても、図４のように結着剤４を用い
ずにファンデルワールス力や静電気力を利用して固定化
する方法であってもよい。絶縁性粒子３は、図１〜図４
のように単層で存在しても、図５のように複層で存在し
てもよい。複層で存在する場合は、絶縁性をより安定的
に得やすい。

【００１２】図１の場合、絶縁性粒子３が結着剤４より
露出した構造なので、ほかの導電粒子５との間で安定し
た絶縁配置をとりやすい。図２の場合は、結着剤４の中
に絶縁性粒子３が埋没した構造であるが、結着剤４のみ
場合に比べて絶縁性粒子３が存在することや、絶縁性粒
子３が結着剤４よりも硬質なことから接続時に結着剤４
が流動しても絶縁性粒子３によりやはり安定した絶縁性
が得られる。

【００１３】図３の場合は、絶縁性粒子３が個別（もち
ろん一部の凝集した絶縁性粒子であってもよい。）に結
着剤４で処理されており、絶縁性粒子３の変質防止に好
適でありこの場合も安定した絶縁性が得られる。更に本
例においては、導電粒子５上に絶縁性粒子３を確実に形
成できる特徴を有する。

【００１４】上記した代表的な複合粒子は、２種以上混
在して使用することも可能である。以下、構成材料につ
いて説明する。高分子核材１は完全な充実体、内部気泡
を有する発泡体、内部が気体からなる中空体、小粒子の
集まりにより核材を形成する凝集体などのいずれでもよ
く、これらを単独若しくは複合して用いることができ
る。高分子核材１の形状は、ほぼ球状のものが好ましい
が、その形状は特に限定されない。

【００１５】高分子核材１の材質としては、ポリスチレ
ンやエポキシ樹脂などの各種プラスチック類又はスチレ
ンブタジエンゴムやシリコーンゴム等の各種ゴム類及び
デンプンやセルロース等の天然高分子類などがあり、こ
れらを主成分として架橋剤や硬化剤、官能基付与物質、
カップリング剤及び老化防止剤などの各種添加剤を用い
ることができる。

【００１６】導電性金属薄層２は導電性を有する各種の
金属、金属酸化物、合金等が用いられる。金属の例とし
ては、Zn、Al、Sb、Au、Ag、Sn、Fe、Cu、Pb、Ni、Pd、
Ptなどがあり、これらを単独若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、例えば硬度や表面張
力の調整及び密着性の改良などのために、Mo、Mn、Cd、
Si、Ta及びCrなどのほかの金属やその化合物などを添加
することができる。導電性と耐腐食性からNi、Ag、Au、
Sn、Cuが好ましく用いられ、これらはまた単層若しくは
複層として形成することも可能である。

【００１７】これらを用いて導電性金属薄層２を高分子
核材１上に形成する方法としては、蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンプレーティング法、溶射法などの乾式法
やめっき法などが適用できる。湿式の分散系によること
から均一厚みの被覆層を得ることのできる無電解めっき
法が好ましい。金属薄層の厚みは通常０．０１〜５μ
ｍ、好ましくは０．０５〜１．０μｍとする。ここで厚
みは金属下地層のある場合にはその層も含むものとす
る。被覆層の厚みが薄いと導電性が低下し、厚みが増す
と回路接続時における高分子核材の変形が起こり難くな
り回路への接触面積が減少することから接続信頼性が低
下する。

【００１８】以上によりなる熱変形性導電粒子５の粒径
は０．５〜５０μｍが好ましい。０．５μｍ未満では充
填粒子数が多くなることから回路への接触面積が実質的
に減少するので回路との接着性が低下し、５０μｍを超
えると粒子が隣接回路間に存在した時に絶縁性が失われ
るので分解能の向上が難しくなる。粒子は接続部材中
に、独立若しくは凝集して存在することができる。

【００１９】絶縁性粒子３は、熱変形性導電粒子５より
も粒径を小さくすることが、固定化が行いやすく、また
接続部材の高分解能化を図る上からも好ましく、絶縁性
粒子３／導電粒子５の平均粒径の比で１／３以下より好
ましくは１／５以下とすることが好適である。このよう
な理由から絶縁性粒子３の平均粒径は２μｍ以下より好
ましくは０．５μｍ以下が好ましい。

【００２０】絶縁性粒子３の材質としては絶縁性のTi、
Mg、Zn、Si、Ba、Ca、Al、Feなどの酸化物、窒化物、炭
酸塩などの化合物やナイロン、ポリアセタール、ポリメ
チルメタクリレート、ポリスチレン等の熱可塑性物質
や、その他のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグ
アナミン樹脂等の熱硬化性物質であってもよい。これら
の中では、金属酸化物や金属窒化物などの金属化合物や
熱硬化性樹脂が絶縁層の耐熱性に優れることや、回路接
続時に非溶融性であることから絶縁性の保持に優れるの
で好ましく適用できる。

【００２１】絶縁性粒子３の熱変形性導電粒子５上への
固定化方法としては、例えば噴霧法や高速撹拌法などの
造粒方法が適用可能であり、このような方法による製造
装置としては、メカノミル（岡田精工）、オングミル
（ホソカワミクロン）、ハイプリダイゼーションシステ
ム（奈良機械）、コートマイザー（フロイント産業）、
クラックスシステム（オリエント化学）等の商品名で市
販されており、いずれも好ましく適用できる。

【００２２】絶縁性粒子３の熱変形性導電粒子５上への
形成量は隣接粒子間で絶縁性が確保できればよく、その
ためには絶縁性粒子３の表面積に対し導電粒子５上への
投影面積（すなわち絶縁性粒子の粒径の投影面積）が１
／２以上であることが好ましい。

【００２３】結着剤４は、絶縁性粒子３を導電性粒子５
上に付着形成するために用いる。結着剤４の材質として
は、回路接続時の加熱、加圧により流動性を有する熱可
塑性物質が適用可能であり、これらは例えばナイロン、
ポリアセタール、ポリメチルメタクリレート、ポリスチ
レン、ポリプロピレン、ポリエチレン等を例示できる。

【００２４】結着剤４は、図２及び図３のように最外層
に形成される場合は絶縁性でなければならないが、その
他（図１、図４、図５）の場合には導電性、絶縁性のど
ちらであってもよい。

【００２５】以上よりなる複合粒子６を絶縁性接着剤７
中に分散することで本発明の回路の接続部材が得られ
る。

【００２６】本発明で用いられる絶縁性接着剤７として
は、基本的には絶縁性を示す通常の接着性シート類に用
いられる配合物が適用でき、特に熱、光、電子線、湿
気、嫌気性などによる各硬化性接着剤が回路接続時の導
電粒子の変形を安定して保持できるので好適である。

【００２７】これらの接着剤の主要材料を例示するとエ
チレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共
重合体、アクリル酸エステル系ゴム、ポリビニルアセタ
ール、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレ
ン−ブタジエン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレ
ン共重合体、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエス
テル、ポリウレタン等やこれらの変性体があり、これら
は単独若しくは２種以上併用して用いることができ、こ
れらには更に、粘着付与剤、架橋剤、老化防止剤及びカ
ップリング剤等の添加剤も適時含有できる。上記した接
着剤の中では、例えば水酸基などの官能基を有する材料
とこれと反応性を有するイソシアネート等との組み合わ
せや、エポキシ樹脂と潜存性硬化剤との組み合わせ等の
いわゆる硬化可能な接着剤がその耐熱性の良好なことか
ら好ましく、特にエポキシ系接着剤は、保存性と短時間
硬化性の両立が得やすいことから、本用途により好まし
く適用可能である。

【００２８】接着剤７中に占める複合粒子６の添加量
は、その表面が絶縁層で被覆されているために高密度に
充填することが可能である。すなわち従来の回路の接続
部材においては、その添加量は一般的に５体積％以下と
少量の添加により隣接回路との絶縁性を制御していた
が、本発明においては２〜３５体積％と多量に添加する
ことが可能となった。２体積％未満では微細回路部にお
ける導電性粒子の数が少なすぎることから接続の信頼性
が不足し、３５体積％を超えると接続回路の接着性が不
足する。好ましい添加量は５〜２５体積％である。

【００２９】上記接着剤を溶剤に溶解するか、懸濁状に
媒体中に分散しあるいは熱溶融するなどにより液状とし
た後、複合粒子をボールミルや撹拌装置によるなどの通
常の分散方法により混合することで接続部材用の組成物
を得る。

【００３０】上記の複合粒子を混合した接続部材用組成
物は、接続を要する一方若しくは相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
接続部材を構成するか、あるいはフィルム状の接続部材
としてもよい。この時、接続部材の厚みは特に規定しな
いが１〜１００μｍが好ましい。１μｍ未満では回路と
の接着性が十分に得にくいことがあり、１００μｍを超
えると回路の接続が短時間の場合に接続時の熱伝達が不
十分となり絶縁粒子が十分に流動することができないの
で十分な導電性が得られないことがある。

【００３１】本発明になる接続部材の使用方法として
は、例えば回路にフィルム状接続部材を仮貼りした状態
でセパレータのある場合にはそれを剥離し、あるいは上
記組成物を回路上に塗布し必要に応じて溶剤や分散媒を
除去した状態で、その面に他の接続すべき回路を位置合
わせして、熱プレスや加熱ロール等により加熱加圧すれ
ばよい。

【００３２】図６〜図７を用いて本発明になる接続部材
による回路端子の接続状況を説明する。図６は回路端子
８−８′間に、本発明になる複合粒子６と接着剤７よＲ
になる接続部材を形成した状態を示す。図６の状態で回
路端子８−８′の方向に加熱加圧することにより、図７
のように、熱変形性導電粒子５は偏平化して回路との接
触面積が増加し８−８′の距離が短縮する。この時、絶
縁性粒子３は加圧により回路との接触面から排除されて
低圧側の変形性導電粒子の長軸方向に移動する。また、
結着剤４があっても熱可塑性であることから、接続時に
低粘度化しており絶縁粒子３の移動に支障がない。した
がって、接続時の硬化前における最低粘度の低い順に、
接着剤＜結着層＜導電粒子＜絶縁粒子の構成とすること
が好ましい。

【００３３】前記の絶縁粒子が変形性導電粒子の長軸側
に移動した状態で、冷却あるいは接着剤の硬化反応の進
行等により接着剤の凝集力を増大することで、複合粒子
が固定化して回路の接続が完了する。

【００３４】接続時の条件は、温度、圧力、時間の相互
関係で変動するが、下記条件を例示することができる。
加熱条件としては３００℃以下（より好ましくは２５０
℃以下）、加圧条件としては１〜１００kgf/cm2（より
好ましくは５〜５０kgf/cm2）、時間は６０秒以下が好
ましい。この理由は、３００℃以上であると接続周辺部
に熱損傷を与えやすく、１kgf/cm2未満では絶縁性粒子
３の排除が不十分となり１００kgf/cm2を超すと接続周
辺部が破壊しやすくなり、時間が６０秒以上となると接
続作業性が低下するためである。

【００３５】本発明によれば、回路接続時の熱圧により
接着剤や用いる結着剤が低粘度化するので、絶縁性粒子
は接続する回路端子部において端子と導電粒子の接触面
から加圧により排除されて、圧力の低い端子と導電粒子
の非接触部である導電粒子の横方向に流動若しくは回転
等により移動した状態で、接着剤により固定できる（図
７参照）。

【００３６】そのために隣接する回路間との絶縁性は、
熱変形し難い絶縁性粒子により、あるいは変形性導電粒
子の長軸面における絶縁性粒子の密度の増加により、確
実な絶縁性を得ることが可能となる。

【００３７】したがって、従来の熱可塑性絶縁層を形成
した場合に比べて、接続時の温度、圧力等の条件を広く
適用することが可能となる。また、接続部材の製造時に
おいても表面絶縁層の厚みを制御しやすく品質向上が図
れる。

【００３８】また、導電粒子を熱変形性としたことによ
り、回路接続時の加熱加圧により軟化変形し回路面や導
電粒子相互で接触面積が増加することや、高分子核材と
絶縁性接着剤の熱膨張率や弾性率の近似が可能となるこ
とにより、接続部の温度変化に対する追随性を有するの
で長期間の接続安定性が得られる。回路との接触面積は
増加しても、絶縁性粒子により横方向の絶縁性は確保で
き微細回路に対して対応可能である。

【００３９】更に、絶縁性接着剤を硬化可能な組成物と
することにより耐熱性に優れた電極間の高強度な接続が
可能となり、導電粒子の変形及び絶縁性粒子の配置を安
定保持できるので接続の安定性が一層向上する。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、回路間の電気的接続と
隣接回路間での優れた絶縁性を広い接続条件下で容易に
達成しうる接続部材を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に好適な複合粒子を示す断面模式図で
ある。

【図２】 本発明に好適な複合粒子を示す断面模式図で
ある。

【図３】 本発明に好適な複合粒子を示す断面模式図で
ある。

【図４】 本発明に好適な複合粒子を示す断面模式図で
ある。

【図５】 本発明に好適な複合粒子を示す断面模式図で
ある。

【図６】 本発明になる接続部材を用いた回路端子の接
続状況を示す断面模式図である。

【図７】 本発明になる接続部材を用いた回路端子の接
続状況を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１ 高分子核材 ２ 導電性金属薄層 ３、３′ 絶縁性粒子 ４ 結着剤 ５ 熱変形性導電粒子 ６ 複合粒子 ７ 絶縁性接着剤 ８、８′ 回路端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 山口 豊 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 (56)参考文献 特開 平４−149273（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子重合体からなる核材上に導電性金
   属薄層を実質的に被覆した熱変形性導電粒子の表面に、
   熱変形性導電粒子よりも粒径が小さく接続条件下で接着
   剤よりも硬質でかつ非溶融性である絶縁性粒子を結着剤
   を介して付着形成してなる複合粒子を接着剤中に分散し
   てなることを特徴とする回路の接続部材。