JP2005116718A

JP2005116718A - 電子部品の実装方法

Info

Publication number: JP2005116718A
Application number: JP2003347832A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Yamamoto; 正道山本; Hideki Kashiwabara; 秀樹柏原; Hideaki Toshioka; 英昭年岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-10-07
Filing date: 2003-10-07
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】電子部品の実装方法において、より小型化、集積化する電子部品の電極間の接続を、より確実に、より信頼性のある実装方法とする。
【解決手段】絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた導電性接着剤を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法である。前記導電性接着剤の代わりに、異方性導電膜を用いる方法もある。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に電極間ピッチの小さい電子部品の回路接続等に用いられる、電子部品の実装方法に関する。

従来の電子部品における電極間の接続には、異方性導電膜を接続する電極間に挟み、加熱加圧により接続する方法が取られている。
最近の電子部品は、より小型化、集積化が進み、これらの有する電極は隣り合う電極間のピッチがより小さいものになりつつある。ところが、異方性導電膜に用いられる導電成分は、球状のものが多く、その大きさも直径数μｍ以上のものが多く用いられている。このような異方性導電膜を用いて、前記小型化、集積化の進んだ電極間ピッチの小さい電極を接続すると、隣接する電極同士間の絶縁抵抗が十分とれないと言う問題を生ずる。

その対策として、異方性導電膜中に導電成分となる導電性粒子の他に、小径の絶縁粒子を混合することで、隣接する電極間の絶縁性を大きくする試みがある（特許文献１参照）。その論理は、対向する電極間には径の大きな導電性粒子が挟まり、隣り合う電極間には、導電性粒子も存在するが、導電性粒子間に、より小径の絶縁性粒子が挟まるため、隣接する電極同士間の絶縁抵抗は維持できると言うものである。しかし、該論理は正当であるが、確率論的に導電性粒子を電極間に並べることは困難を伴う。
特開２００２−２１７２３９号公報、（００１０−００１３）

本発明は、前述するような、より小型化、集積化する電子部品の電極間の接続を、より確実に、より信頼性のある実装方法とするものである。

本発明になる方法の第１の方法は、絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた導電性接着剤を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法である。このようにすると直鎖状の導電性粒子が、対向する電極の方向に並ぶため、導電性を向上させると共に、対向電極からはずれた部分も対向電極の方向に平行するため、導電性粒子同士が接すること無しに固定される。即ち隣り合う電極同士の絶縁性が良い。

本発明になる方法の第２の方法は、絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた分散液より作製された異方性導電膜を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法である。この方法は、使用する異方性導電膜中の直鎖状金属粒子は膜面に平行状態にあるが、電極同士の接続の際に、加熱溶融された時点で磁場により対向電極の方向に配向するため、前記発明と同様な成果を得ることができる。

本発明になる方法の第３の方法は、絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた分散液より、厚み方向に１０ｍＴ以上の磁場を印加した状態で作製された異方性導電膜を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法である。この方法は、使用する異方性導電膜を予め製造時に磁場を印加し、膜中の導電性粒子を配向させておく方法である。その効果は、前記発明と同様の結果を得ることができる。

本発明における３つの手段を前記しているが、ここで用いる磁場は、導電性粒子が配向する段階において配向を強制する外力となる。この磁場が幅方向や長さ方向に不均一であると、配向する導電性粒子が膜厚方向に垂直とならず、異方性導電膜として使用する際に加圧により導電性粒子が曲がる等の不具合を起こしやすい。また、導電性粒子を固定している樹脂内で樹脂の溶融に伴う流動により、導電性粒子が偏ることもあり得る。このため使用する磁場は均一であるのが好ましい。

前記の方法を用いることにより、電子部品の小型化、集積化に伴う電極間の接続が確実かつ高信頼度をもって実施できる。

本発明を実施する要素となる導電性粒子を図１に模式図で示す。微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子１は、直径ｄが数ｎｍ〜数百ｎｍの微細な金属粒子が多数、直鎖状に繋がり、直径Ｄが数十ｎｍ〜数μｍで、長さＬが数百ｎｍ〜数百μｍの大きさのものを主成分とする。もちろん、長さＬや直径Ｄは、分布を持っており、短い棒状のものもあれば、繊維状の長いものもある。ここで用いる導電性粒子としては、直径Ｄが１０ｎｍ以上、１μｍ以下のもので、長さＬが４００ｎｍ以上、１００μｍ以下のものを用いるのが好ましい。

本発明の第１の方法は、前記導電性粒子を含む導電性接着剤を用いる。該接着剤に用いる樹脂は、熱硬化性樹脂でも熱可塑性でも使用できるが、電極同士の接着後の耐熱度を考慮すると、熱硬化性樹脂を用いるのが好適である。
熱硬化性樹脂は熱により、硬化剤無しに硬化する樹脂も存在するが、本発明では硬化剤を用いた樹脂を用い、加熱によりある温度領域で硬化剤による硬化反応をする樹脂を用いるのが良い。絶縁性樹脂であれば良い。
溶剤は液状の熱硬化性樹脂を用いる場合は不要であるが、粘度調整に用いても構わない。

ここで用いる導電性接着剤は、電極を揺する基板上に展延するため、高粘度では十分に展延せず、低粘度では展延が広がりすぎるため、粘度調整が必要である。好ましくは、常温で５０Ｐａ・ｓ以下とするのが好ましい。

以上のようにしてなる導電性接着剤を、電極を有する基板に展延し、磁場中に設置する。磁場の方向は、基板の面に垂直となるように設置するのが好ましい。又磁場の磁力は、１０ｍＴ以上あれば良い。
この磁場により、展延された導電性接着剤中の導電性粒子は、基板の面に垂直に立つ状態となる。その上にＩＣ等の電子部品を前記基板の電極位置に併せて置き、加熱と加圧により基板と電子部品の電極同士を接続する。

前記状態を模式化したものが図２である。図２（ａ）は電極３を有する基板４の上に、導電性接着剤２を展延した状態を示す。導電性粒子１は、この時点では配向していない。
図２（ｂ）は導電性接着剤２を展延した基板４を磁場中に置き、基板の上方に電子部品６を準備した状態を示す。ここで磁場を設けるために、磁石７及び８を用いている。導電性接着剤２中の導電性粒子１は、磁場により基板の面に垂直な状態となる。
図２（ｃ）は図２（ｂ）の状態を維持し、加熱しつつ電子部品６の電極５を基板４の電極３に加圧接続する状態を示す。導電性接着剤２は加熱により固化し、含有されている導電性粒子１は基板の面に垂直状態のまま加圧により、電極３と電極５に挟まれ、電気的接続をする。電極３と５以外の部分に存在する導電性粒子１は基板４の面に垂直状態のまま固化するため、隣り合う電極同士の導通は極めて起こりにくい。

本発明の第２の方法は、図３に例示する方法である。図３（ａ）は、図１に模式図で示す導電性粒子１を、液状樹脂溶液に加え、混合した分散液を、平面の離型性のあるシート上で展延し、加熱乾燥固化してなる異方性導電膜１０を、電極３を有する基板４上に置く。
その後、図３（ｂ）のように、磁場中に、基板４と異方性導電膜１０を重ねたまま置く。ここで、磁場は磁石７及び８により１０ｍＴ以上の磁場とする。磁場中で、基板４及び異方性導電膜１０を加熱することにより、異方性導電膜１０は加熱され溶融する。溶融することにより、異方性導電膜１０中の導電性粒子１は、磁力により基板４に垂直な方向に配向する。配向した後、基板４の上方からＩＣ等の電子部品６を電極５が基板４の電極３に一致するように置く。

その後、図３（ｃ）のように、電子部品６の電極５は加圧され、基板４の電極３と接続する。このとき、異方性導電膜１０中の導電性粒子１は、基板４の面に垂直な状態で加圧されるため、電極３と５の間に電気的接続を可能にする。また、電極以外の部分にある導電性粒子は、基板４の面に垂直状態を維持したまま固化するため、隣り合う電極同士の導通を極めて起こしにくい。

本発明の第３の方法は、図４に例示する方法である。図４（ａ）は、図１に模式図で示す導電性粒子１を、液状樹脂溶液に加え、混合した分散液を平面の離型性のあるシート状に展延し、該シートを磁場中に置いた状態で加熱乾燥固化してなる異方性導電膜１１を、電極３を有する基板４上に置いた状態を示す。この時点で、異方性導電膜１１は膜作成時に磁場中で乾燥固化したため、既に膜面に直角の方向に配向した状態となっている。

次に、図４（ｂ）のように基板４と異方性導電膜１１を重ねた状態のまま磁場中に置く。磁場は、磁石７及び８により１０ｍＴ以上の磁場を形成している。この中で、加熱により異方性導電膜１１は溶融されるが、既に基板４の面に垂直になった状態で導電性粒子が配向しているため、異方性導電膜１１の樹脂のみが溶融流動する。溶融するまでＩＣ等の電子部品６は基板４の上方に待機していても良いし、基板の電極３と電子部品６の電極５が一致するようにして、異方性導電膜１１を挟んで基板４上に置いても構わない。そして、電子部品６を加圧により基板４に接続する時点では、異方性導電膜１１中の導電性粒子１が電極３及び５の間に垂直に挟まって導通可能な状態に固定される。異方性導電膜１１中の電極３及び５に挟まらなかった導電性粒子１は、磁場のもとで、溶融され固化した時点でも基板４面に垂直な方向を維持し、それ故隣接する電極同士を短絡させることはない。

以上説明したように、本発明になる電子部品の実装方法は、どの発明を用いても十分な電極同士の導通を確保でき、かつ隣り合う電極同士の短絡も極めてまれな状態となり、また、使用する導電性粒子の径が隣り合う電極間の距離に比べ充分小さいので、十数μｍから数μｍ程度の電極間距離の接続においても実装が可能となる。
以下に実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものでもない。

導電性粒子１として、微細な金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有し、微細な金属粒子の直径ｄが約５０ｎｍで直径Ｄが１００ｎｍ、長さＬが２０μｍであるＮｉ粉末を用いた。
この粉末と、絶縁性樹脂として固形エポキシ樹脂であるエピコート（登録商標）１００９、及びマイクロカプセル型潜在性硬化剤ノバキュア（登録商標）ＨＸ３７２１を、前記Ｎｉ粉末が１体積％となるように配合し、メチルエチルケトンを加えてペースト状の導電性接着剤２を作成した。

別に、幅１５μｍ、長さ５０μｍ、厚み９μｍの金電極が１５μｍで配列された電極パターンを有するＦＰＣを用意し、これを、電極３を有する基板４とした。
図２に示すように、この基板４の電極パターン上に、前記導電性接着剤２を展延した後、そのまま２００ｍＴの均一磁場中に置き、１００℃に加熱した。
別に、片面にアルミニウム膜を蒸着したガラス基板を用意し、アルミニウムを電極５と見立てた電子部品６の代わりとした。このガラス基板のアルミニウム側を前記展延された導電性接着剤の上に置き、加圧して熱接着した。得られた接合体を試料１とする。

次に、前記ＦＰＣとその上に展延した導電性接着剤は、前記内容と同様にし、均一な磁場２００ｍＴ中に置いた。前記内容と異なるのは、アルミニウム膜を蒸着していない、即ち電極５のないガラス基板を電子部品６の代わりとして、前記導電性接着剤２の上に置き、加圧してＦＰＣとガラス基板を接着した。この接合体を試料２とする。

前述の試料１を厚み方向の導電抵抗測定、試料２を面方向の導電抵抗測定した。測定方法は以下の通りである。
（厚み方向の導電抵抗）
幅１５μｍ、長さ５０μｍ、厚み２μｍの金電極が１５μｍ間隔で配列された電極パターンを有するＦＰＣを用意し、このＦＰＣの電極パターン上に、異方性導電膜試料を乗せた。その上に、片面をアルミニウム膜が蒸着されたガラス基板をアルミニウム膜が異方性導電膜と接するように置き、１００℃雰囲気で加圧し、熱接着した。
放冷した後、異方導電膜とアルミニウム膜とを介して導電接続された隣り合う２つの金電極間の抵抗値を測定し、この測定値を１／２して、異方性導電膜の厚み方向の導電抵抗とした。
また、導電抵抗の評価は、以下の基準を用いた。
◎：導電抵抗が０．１Ω以下。厚み方向の導電性極めて良好。
○：導電抵抗が０．１Ωを超え、かつ１Ω以下。厚み方向の導電性良好。
×：導電抵抗が１Ωを超える。厚み方向の導電性不良。

（面方向の導電抵抗）
前記厚み方向で使用したＦＰＣと同じ内容のＦＰＣを用意し、これに異方性導電膜試料を乗せた。その上に、アルミニウムの蒸着無しのガラス基板を重ね、１００℃雰囲気で加圧し、熱接着した。
放冷した後、異方導電膜とアルミニウム膜とを介して導電接続された隣り合う２つの金電極間の抵抗値を測定し、異方性導電膜の面方向の導電抵抗とした。
また、導電抵抗の評価は、以下の基準を用いた。
◎：導電抵抗が１ＧΩを以上。面方向の絶縁性極めて良好。
○：導電抵抗が１ＭΩを超え、かつ１ＧΩ未満。面方向の絶縁性良好。
×：導電抵抗が１ＭΩ未満。面方向の絶縁性不良。
以上の抵抗値測定結果を、表１に示す。

実施例１で使用した導電性接着剤をガラス基板上に塗布し、乾燥固化した後、剥離して異方性導電膜を得た。厚みは３０μｍで、内部のＮｉ粉末は、導電性接着剤をガラス基板上に塗布した際、膜と平行の方向に配向が見られた。
この異方性導電膜１０を用いて図３（ａ）のように実施例１で使用したものと同じＦＰＣを基板４に見立て、その上に異方性導電膜１０を置いた。
次に、前記基板４と異方性導電膜１０を重ねた状態で、均一な磁場２００ｍＴ中に置き、１００℃に加熱した。

別に、片面にアルミニウム膜を蒸着したガラス基板を用意し、アルミニウムを電極５と見立てた電子部品６の代わりとした。このガラス基板のアルミニウム側を前記展延された導電性接着剤の上に置き、加圧して熱接着した。得られた接合体を試料３とする。

次に、前記ＦＰＣとその上に置いた異方性導電膜は、前記内容と同様にし、均一な磁場２００ｍＴ中に置いた。前記内容と異なるのは、アルミニウム膜を蒸着していない、即ち電極５のないガラス基板を電子部品６の代わりとして、前記異方性導電膜１０の上に置き、加圧してＦＰＣとガラス基板を接着した。この接合体を試料４とする。
試料３を厚み方向の導電抵抗測定に、試料４を面方向の導電抵抗測定用に供した。結果を表１に示す。

実施例１で用いた導電性接着剤をガラス基板上に塗布し、そのまま均一な磁場２００ｍＴ中に置き、乾燥固化した後、剥離して異方性導電膜を得た。厚みは３０μｍで、内部のＮｉ粉末は、出来た異方性導電膜の膜面に垂直な方向に配向していた。
この異方性導電膜１１を用いて図４（ａ）のように実施例１で使用したものと同じＦＰＣを基板４に見立て、その上に異方性導電膜１１を置いた。
次に、前記基板４と異方性導電膜１１を重ねた状態で、均一な磁場２００ｍＴ中に置き、１００℃に加熱した。

別に、片面にアルミニウム膜を蒸着したガラス基板を用意し、アルミニウムを電極５と見立てた電子部品６の代わりとした。このガラス基板のアルミニウム側を前記展延された導電性接着剤の上に置き、加圧して熱接着した。得られた接合体を試料５とする。

次に、前記ＦＰＣとその上に置いた異方性導電膜は、前記内容と同様にし、均一な磁場２００ｍＴ中に置いた。前記内容と異なるのは、アルミニウム膜を蒸着していない、即ち電極５のないガラス基板を電子部品６の代わりとして、前記異方性導電膜１１の上に置き、加圧してＦＰＣとガラス基板を接着した。この接合体を試料６とする。
試料５を厚み方向の導電抵抗測定に、試料６を面方向の導電抵抗測定用に供した。結果を表１に示す。

（比較例１）
実施例２で用いた面方向に導電性粒子１が配向している異方性導電膜１０を用いて図３（ａ）のように実施例１で使用したものと同じＦＰＣを基板４に見立て、その上に異方性導電膜１０を置いた。
その後、均一な磁場中には置かず、１００℃の雰囲気で加熱し、その上に片面にアルミニウム膜を蒸着したガラス板を置き、加圧乾燥固化した。得られた接合体を試料７とする。

次に、前記ＦＰＣとその上に置いた異方性導電膜は、前記内容と同様にし、磁場のフリーな雰囲気に置いて１００℃の雰囲気で乾燥固化した。前記内容と異なるのは、アルミニウム膜を蒸着していない、即ち電極５のないガラス基板を電子部品６の代わりとして、前記異方性導電膜１０の上に置き、加圧してＦＰＣとガラス基板を接着した。この接合体を試料８とする。
試料７を厚み方向の導電抵抗測定に、試料８を面方向の導電抵抗測定用に供した。結果を表１に示す。

表１に示す結果より、本発明になる電子部品の実装方法は、たかだか１５μｍスパンの電極であっても、十分に導電性を確保し、かつ隣り合う電極同士間の抵抗値は十分である。これに比べ、比較例１は、電子部品の実装時に磁場による導電性粒子の配向をしないため、
電極間の導電性はともかく、隣り合う電極同士間の抵抗が不十分となる。

本発明に用いる、導電性粒子の模式図である。本発明の第１の方法を説明する図である。本発明の第２の方法を説明する図である。本発明の第３の方法を説明する図である。

符号の説明

１．導電性粒子、
２．導電性接着剤、
３．電極、
４．基板、
５．電極、
６．電子部品、
７．磁石、
８．磁石、
１０．異方性導電膜、
１１．異方性導電膜、

Claims

絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた導電性接着剤を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法。
絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた分散液より作製された異方性導電膜を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法。
絶縁性樹脂及び硬化剤からなる接着剤中に、微細な磁性金属粒子が多数、直鎖状に繋がった形状を有する導電性粒子を分散させた分散液より、厚み方向に１０ｍＴ以上の磁場を印加した状態で作製された異方性導電膜を用いて、２つの電子部品が有する電極を加熱加圧により接続する際、電極の対向する方向に１０ｍＴ以上の磁場を印可しながら接続することを特徴とする電子部品の実装方法。