JP3363331B2 - 異方導電性接着剤 - Google Patents

異方導電性接着剤

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浩志 伊藤
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    • H05K3/321Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by conductive adhesives

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  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LCD(液晶ディ
スプレイ)とTCP(テープキャリヤパッケージ)との
接続や、TCPとPCB(プリント回路基板)との接続
などの微細な回路同士の電気的接続に使用される異方導
電性接着剤に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、接着性樹脂中に導電性粒子を分散
させた異方導電性接着剤が液晶ディスプレイLCDとT
CPやTCPとPCBとの接続など各種微細回路接続の
必要性が飛躍的に増大してきており、その接続方法とし
て異方導電性接着剤が使用されてきている。この方法
は、接続したい部材間に異方導電性接着剤を挟み加熱加
圧することにより、面方向の隣接端子間では電気的絶縁
性を保ち、上下の端子間では電気的に導通させるもので
ある。このような用途に異方導電性接着剤が多用されて
きたのは、被着体の耐熱性がないことや微細な回路では
隣接端子間で電気的にショートしてしまうなど半田付け
などの従来の接続方法が適用できないことが理由であ
る。
【0003】この異方導電接着剤は、熱可塑タイプのも
のと熱硬化タイプのものに分類されるが、最近では熱可
塑タイプのものより、信頼性の優れたエポキシ樹脂系の
熱硬化タイプのものが広く用いられつつある。熱可塑タ
イプの異方導電性接着剤については、SBS(スチレン
−ブタジエン−スチレン)、SIS(スチレン−イソプ
レン−スチレン)、SEBS(スチレン−エチレン−ブ
タジエン−スチレン)等スチレン系共重合体が主として
用いられてきているが、これら熱可塑タイプの使用方法
は、基本的に溶融融着方式であり、その作業性は一般的
に条件を選べば熱硬化のものに比べて、比較的低温・短
時間での適用が可能であり良好であると考えられるが、
樹脂の耐湿性・耐薬品性などが低いため、接続信頼性が
低いため長期環境試験に耐えうるもののではなかった。
【0004】一方、現在主流となっている熱硬化タイプ
の異方導電性接着剤は、一般に保存性安定性、硬化性の
バランスの良いエポキシ樹脂系の熱硬化タイプが広く用
いられている。しかし、実用上これらの熱硬化タイプの
ものは、保存性安定性と樹脂の硬化性を両立させるた
め、その硬化反応性から150〜200℃の温度で30
秒前後加熱、硬化することが必要とされ、たとえば15
0℃以下の温度では実用的な接続時間で樹脂を硬化させ
ることは困難であった。更に、保存安定性については、
例えば、BF3アミン錯体、ジシアンジアミド、有機酸
ヒドラジド、イミダゾール化合物等の潜在性硬化剤を配
合した系のもの等が提案されているが、保存安定性に優
れるものは硬化に長時間または高温を必要とし、低温・
短時間で硬化できるものは逆に保存安定性に劣るといっ
た問題がありいずれも一長一短があった。
【0005】前期問題点に加えて、熱硬化タイプの異方
導電性接着剤を用いた微細な回路同士の接続作業性にお
いて、位置ずれ等の原因によって一度接続したものを被
接続部材を破損または損傷せずに剥離して再度接合(所
謂リペア)したいという要求が多くでてきている。しか
し殆どのものが高接着力、高信頼性といった長所がある
反面、この様な一見矛盾する要求に対しては対応が極め
て難しく、満足するものは得られていない。特に最近
は、LCDモジュールの大画面化、高精細化、狭額縁化
が急速に進み、これに伴って、接続ピッチの微細化や接
続の細幅化も急速に進んできた。このため、たとえば、
LCDとTCP接続においては、接続時のTCPののび
のため接続パターンずれが生じたり、接続部が細幅のた
め接続時の温度でLCD内部の部材が熱的影響を受ける
などの問題が生じてきた。また、TCPとPCBの接続
においては、PCBが長尺化してきたため接続時の加熱
によりPCBとLCDが反り、TCPの配線が断線する
という問題も生じてきた。
【0006】そこで、より低温で接続することによりこ
れらの問題を解決することが考えられたが、たとえば、
従来の熱可塑性タイプの異方導電性接着剤で接続しよう
とすると、比較的低温での接続は可能であるが樹脂の耐
湿性・耐熱性が低いため接続信頼性が悪いという問題が
あった。また、熱硬化タイプの主流であるエポキシ樹脂
系の異方導電性接着剤で低温で接続しようとすると、樹
脂を硬化させるために接続時間を長くする必要があり、
実用上適用できるものではなかった。
【0007】低温接続を可能とする異方導電性接着剤と
して、カチオン重合性物質とスルホニウム塩とを配合し
た接着性樹脂中に導電性粒子を分散させたもの(特開平
7−90237号公報)や、エポキシ樹脂等と4−(ジ
アルキルアミノ)ピリジン誘導体に導電性粒子を分散さ
せたもの(特開平4−189883号公報)も提案され
ているが、接着剤樹脂の保存性や被接続回路端子の腐食
等の問題があり実用には至っていない。さらに、低温接
続を可能にするものとして、ラジカル重合性樹脂と有機
化酸化物、熱可塑性エラストマーとを配合した接着剤中
に、導電粒子を分散させた熱硬化型異方導電性接着剤を
用いることも考えられているが、ラジカル重合性樹脂と
熱可塑性エラストマーとが加熱接着時に両者が相溶性の
違いから分離してしまい、充分な接着強度と接続安定性
が得られないという問題があった。即ち、現状では硬化
性、作業性、接着性、接続信頼性等の全てをバランス良
く満足する樹脂系は得られておらず、そのため、より低
温短時間で接続でき、且つ、接着性、接続信頼性、保存
安定性、リペア性等に優れる異方導電性接着剤の要求が
強くなっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
このような問題に鑑みて種々の検討の結果なされたもの
であり、その目的とするところは、LCDとTCPとの
接続や、TCPとPCBとの接続などの微細回路同士の
電気的接続において、特に低温短時間での接続も可能
で、且つ、接着性、接続信頼性、保存安定性、リペア性
にも優れる加熱硬化型異方導電性接着剤を提供しようと
するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、低温速硬化
性と保存安定性性の両立が可能なラジカル重合性樹脂と
有機過酸化物、熱可塑性エラストマーとを配合した接着
剤中に、導電性粒子を分散させた熱硬化型異方導電性接
着剤を用いて熱硬化接続する際に、ラジカル重合性樹脂
と熱可塑性エラストマーとが加熱接着時に両者が相溶性
の違いから相分離してしまい、充分な接着強度と接続安
定性が得られない点について種々の検討を加えた結果、
上記接着剤中にラジカル重合性樹脂と熱可塑性エラスト
マーとの双方に相溶性のあるマレイミドを加えることに
よって、加熱接続時の相分離が押さえられ、またマレイ
ミド自身も硬化することから優れた接続特性を有する加
熱硬化型異方導電性接着剤の得られることを見いだし本
発明に至ったものである。即ち、本発明はラジカル重合
性樹脂、有機過酸化物、熱可塑性エラストマー及びマレ
イミドからなる樹脂組成物中に導電性粒子を分散させた
ことを特徴とする異方導電性接着剤である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明で用いられるラジカル重合
性樹脂としては特に限定されるものではなく、分子中に
一個以上の炭素−炭素二重結合を有し、ラジカル重合可
能なものであり、例えばビニルエステル樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、ジアリルフタレートや各種アクリレー
ト類などが挙げられる。中でも硬化性と保存性、硬化物
の耐熱性、耐湿性、耐薬品性を兼ね備えたビニルエステ
ル樹脂を好適に用いる事が出来る。ここでビニルエステ
ル樹脂とは、エポキシ樹脂とアクリル酸あるいはメタク
リル酸との反応、もしくはグリシジルメタクリレートと
多価フェノール類との反応によって得られるものを指
す。これらは単独もしくは構造、分子量等の異なるもの
と併用してもよく。また、その保存性を確保するため
に、予めキノン類、多価フェノール類、フェノール類等
の重合禁止剤を添加することも可能である(例えば、特
開平4−146951など)。さらに硬化性、加熱時の
流動性、作業性を改良するため、トリメチロールプロパ
ントリアクリレート(TMPTA)、ペンタエリスリト
ールジアリレートモノステアレート、テトラエチレング
リコールジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ
アクリレートなどのアクリレート類やスチレンなど各種
モノマー類や一般的な反応性希釈剤で希釈して使用する
ことが可能である。
【0011】本発明で用いられる有機過酸化物としては
特に限定されるものではなく、例えば1,1,3,3−
テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネー
ト、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、
t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、
1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−
トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシ
ルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサ
ン、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシ
ジカーボネート等が挙げられる。これらの過酸化物は単
独あるいは硬化性をコントロールするため2種類以上の
有機過酸化物を混合して用いることも可能である。ま
た、保存性を改良するため各種重合禁止剤を予め添加し
ておく事も可能である。さらに樹脂への溶解作業を容易
にするため溶剤等に希釈して用いる事もできる。本発明
で用いられる有機過酸化物の種類や配合量は各過酸化物
を配合した場合の接着剤の硬化性と保存性との兼ね合い
で決定されることは当然である。
【0012】本発明で用いられる熱可塑性エラストマー
としては特に制限はないが、例えばポリエステル樹脂
類、ポリウレタン樹脂類、ポリイミド樹脂、ポリブタジ
エン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレ
ン共重合体、ポリアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロ
プレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタ
ジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチ
レン共重合体、ポリ酢酸ビニル樹脂、ナイロン、スチレ
ン−イソプレン共重合体、ポリメチルメタクリレート樹
脂などを用いることができる。その中でアクリロニトリ
ルとブタジエンとを主成分とする共重合体は、異方導電
性接着剤とした時の接着性、接続信頼性などにおいて優
れた特性を持つことからより好適に用いることができ
る。また、アクリロニトリルとブタジエンとを主成分と
する共重合体にカルボキシル基や水酸基など各種官能基
を導入したものを用いることも可能である。
【0013】本発明に用いられるマレイミドとしては、
ラジカル重合性樹脂と熱可塑性エラストマーとを相溶さ
せる作用を有するものであれば特に制限はないが、一般
的に(1)、(2)式に例示される化学構造を有するも
のを用いる。異方導電性接着剤の使用条件(接続温度、
接続時間)や、使用するラジカル重合性および熱可塑性
エラストマーの種類により、その化学構造を選択あるい
は変更して使用できることは言うまでもない。
【0014】
【化1】
【0015】
【化2】
【0016】本発明に用いられる導電性粒子は、導電性
を有するものであれば特に制限するものではなく、ニッ
ケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバル
ト、銀、金など各種金属や金属合金、金属酸化物、カー
ボン、グラファイト、ガラスやセラミック、プラスチッ
ク粒子の表面に金属をコートしたもの等が適用できる。
これらの導電性粒子の粒径や材質、配合量は、接続した
い回路のピッチやパターン、回路端子の厚みや材質等に
よって適切なものを選ぶことができる。
【0017】更に、本発明の異方導電性接着剤中には、
必要に応じてカップリング剤を適量添加してもよい。カ
ップリング剤を添加する目的は、異方導電性接着剤の接
着界面の接着性を改質し、接着強度や耐熱性、耐湿性を
向上し接続信頼性を向上するものである。カップリング
剤としては、特にシラン系カップリング剤を好適に添加
使用することができ、例えば、エポキシシラン系、メル
カプトシラン系、アクリルシラン系(例えば、β−
(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキ
シシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−
メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等)を用い
ることができる。
【0018】本発明によれば、ラジカル重合性樹脂、有
機過酸化物、熱可塑性エラストマーとを配合した接着剤
中に導電性粒子を分散させる事により得られる異方導電
性接着剤を用いて加熱硬化接続する際、該接着剤中に含
まれるマレイミドによってラジカル重合性樹脂と熱可塑
性エラストマーとが相溶化されるため、均一分散した状
態で硬化する。また、マレイミド樹脂自身も有機過酸化
物により硬化するため、極めて低温・短時間での接続も
可能であり、接着性、接続信頼性、保存安定性、リペア
性に優れた異方導電性接着剤が得られる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により説明
する。 『実施例1〜6』及び『比較例1』 1.接着性樹脂配合物の作製 表1に示す材料を、表2に示す不揮発成分の配合比にな
るようにMEKに溶解して接着性樹脂配合物溶液を得
た。 2.異方導電性接着剤の作製 上記2によって得られた配合物を、離型処理した50μ
mポリエチレンテレフタレートフィルム上に流延し、4
0℃のオーブン中で5分間乾燥し厚さ15μmのフィル
ム状の異方導電性接着剤を得た。 3.評価方法 実施例および比較例で得られた異方導電性フィルムにつ
いて、接着力、接続信頼性、保存性の評価した結果を表
2に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【化3】
【0022】
【化4】
【0023】
【化5】
【0024】
【化6】
【0025】
【化7】
【0026】
【化8】
【0027】
【化9】
【0028】
【化10】
【0029】
【表2】
【0030】被着体は銅箔/ポリイミド=25/75μ
mに0.4μmの錫メッキを施したTCP(ピッチ0.
10mm、端子数200本)とシート抵抗値30Ωのイ
ンジウム/錫酸化物皮膜を全面に形成した厚さ1.1m
mのガラス(以下ITOガラス)を用いた。 ・接着力:150℃、30kg/c 、15sの条件で
圧着し、90°剥離試験によって評価を行った。 ・接続信頼性 サンプル作製直後および温度85℃、湿度85%、10
0時間放置後の接続抵抗を測定した。測定できないもの
を導通不良(OPEN)とした。 ・保存性 異方導電フィルムを25℃、1週間放置後使用したとき
の接続抵抗値を測定した。
【0031】
【発明の効果】本発明の異方導電性接着剤は、接着強
度、接続信頼性、及び保存安定性に優れている。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−291259(JP,A) 特開 平8−253739(JP,A) 特開 平8−245833(JP,A) 特開 平3−128984(JP,A) 特開 平7−268303(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09J 9/02 C09J 109/02 C09J 163/10 H01B 1/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラジカル重合性樹脂、有機過酸化物、熱
    可塑性エラストマー及びマレイミドからなる樹脂組成物
    中に導電性粒子を分散させたことを特徴とする異方導電
    性接着剤。
  2. 【請求項2】 ラジカル重合性樹脂がビニルエステル樹
    脂であることを特徴とする請求項1記載の異方導電性接
    着剤。
  3. 【請求項3】 熱可塑性エラストマーが、アクリロニト
    リルとブタジエンとを主成分とする共重合体であること
    を特徴とする請求項1記載の異方導電性接着剤。
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