JP3912310B2 - 異方導電膜 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方導電膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板上に半導体パッケージを実装したり、あるいは２つのプリント配線板上の導体回路同士を電気的に接続するとともに、両プリント配線板を互いに結合、固定したりするエレクトロニクス実装の方法の１つに、フィルム状の異方導電膜を用いた方法がある（例えば特許文献１、特許文献２等参照）。
例えば半導体パッケージの実装の場合は、プリント配線板への実装面に複数のバンプを配列して接続部を形成した半導体パッケージと、当該半導体パッケージを実装する領域に、上記バンプとピッチを合わせて複数の電極を配列して接続部を形成したプリント配線板とを用意する。そしてこの両者の接続部を相対向させて、その間に異方導電膜を挟んだ状態で、両接続部の各々のバンプと電極とが１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせしながら熱接着を行うことで、半導体パッケージが基板上に実装される。
【０００３】
またプリント配線板同士の接続の場合は、それぞれの接続位置に、互いにピッチを合わせて複数の電極を配列して接続部を形成した２つのプリント配線板を用意する。そしてこの両者の接続部を相対向させて、その間に異方導電膜を挟んだ状態で、同様に両接続部の各々の電極が１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせしながら熱接着を行うことで、配線板同士が接続される。
かかるエレクトロニクス実装に用いる異方導電膜は一般に、粉末状の導電成分を、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂等の結着剤を含む、感熱接着性を有する膜中に分散させた構造を有する。
【０００４】
また異方導電膜は、膜の面方向に重なった各々のバンプ−電極対や電極−電極対が、隣接する他の対のバンプや電極と短絡する、膜の面方向の短絡が発生するのを防止すべく、面方向の導電抵抗（「絶縁抵抗」という）が高くなるように、導電成分の、式(1)：
【０００５】
【数１】
【０００６】
で求められる充てん率を調整してある。なお式中の、固形分の総体積とは、膜を、前記のように導電成分と結着剤とを固形分として用いて形成する場合、この両者の体積の合計量である。
そして熱接着を行うと、その際の加熱、加圧によって異方性導電膜が厚み方向に圧縮されることで、当該厚み方向の導電成分の充てん率が上昇し、導電成分同士が互いに近接もしくは接触して導電ネットワークを形成する結果、厚み方向の導電抵抗（「接続抵抗」という）が低くなる。しかしこの際、異方導電膜の面方向における導電成分の充てん率は増加しないため、面方向は、絶縁抵抗が高く導電率が低い初期の状態を維持する。
【０００７】
このため異方導電膜は、厚み方向の接続抵抗が低く、かつ面方向の絶縁抵抗が高い異方導電特性を有するものとなり、かかる異方導電特性に基づいて、
＊ 前述したような膜の面方向の短絡が発生するのを防止して、各バンプ−電極対や電極−電極対ごとの、それぞれ電気的に独立した状態を維持しつつ、
＊ 各対の、１対１で膜の面方向に重なったバンプ−電極間、電極−電極間を良好に導電接続する
ことが可能となる。
【０００８】
またそれとともに、膜の持つ感熱接着性によって、プリント配線板上に、半導体パッケージを熱接着によって固定したり、プリント配線板同士を熱接着によって固定したりできる。
このため異方導電膜を用いれば、エレクトロニクス実装の作業が容易になる。従来の異方導電膜中に含まれる導電成分としては、例えば平均粒径が数μｍ〜数十μｍ程度で、かつその形状が粒状、球状、薄片状（鱗片状、フレーク状）などであるＮｉ粉末や、あるいは表面に金メッキを施した樹脂粉末などの、種々の金属粉末が実用化されている。
【０００９】
また従来の異方導電膜においては通常、上記の金属粉末を、前記式(1)で求められる充てん率が３〜１０体積％となるように含有させている。
しかし近時、この充てん率の範囲では、熱接着後の厚み方向の接続抵抗の値が十分でなく、より一層、接続抵抗を低くすることを求められる場合が増加しつつある。
そこで、厚み方向の接続抵抗をこれまでよりもさらに低くするべく、導電成分としての金属粉末の充てん率を、上記の範囲より高くすることが考えられる。
【００１０】
しかしそうした場合、前記の一般的な金属粉末を用いた従来の異方導電膜では、膜の面方向の絶縁抵抗まで低くなるため、同方向の短絡を生じやすくなるという問題がある。
そこで発明者は先に、金属のイオンと還元剤とを含む液中で、還元剤の作用によって金属のイオンを還元させて、微細な金属粒として析出させる還元析出法（特許文献３〜５参照）を利用して、当該金属粒が多数、鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を製造し、それを異方導電膜の導電成分として用いることを検討した。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−１０２５２３号公報（第０００９欄、第００１０欄、図２）
【特許文献２】
特開平８−１１５６１７号公報（第０００３欄、図１）
【特許文献３】
特開平１１−３０２７０９号公報（第０００７欄、第０００８欄）
【特許文献４】
特許第３０１８６５５号公報（第０００５欄）
【特許文献５】
特開２００１−２００３０５号公報（第０００７欄〜第００１０欄）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
発明者の検討によると、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性を有する金属やその合金などを、上記還元析出法によって析出させると、液中で、多数の金属粒が、自身の持つ磁性によって自然に鎖状に繋がって、鎖状の金属粉末を形成する。
この鎖状の金属粉末を導電成分として用いて異方導電膜を形成するには、まず金属粉末を、結着剤などと配合して液状の複合材料を調製する。次にこの複合材料を膜状に塗布した状態で磁場をかけて、鎖状の金属粉末を膜の厚み方向に配向させながら固化させる。そうすると、鎖状の金属粉末が膜の厚み方向に配向された異方導電膜が製造される。
【００１３】
かかる異方導電膜は、膜の厚み方向に配向した鎖状の金属粉末の作用によって、これまでよりも異方導電特性が向上する。
すなわち鎖状の金属粉末を膜の厚み方向に配向させると、膜の面方向では、隣り合う金属粉末同士が接触する機会を極力少なくすることができるので、金属粉末間に介在する樹脂の絶縁性によって十分な絶縁抵抗を確保することができる。また膜の厚み方向では、同方向に配向させた多数の、鎖状の金属粉末による良好な導電ネットワークが形成されるため、接続抵抗をこれまでよりも低くすることができる。
【００１４】
ところが、前述した還元析出法によって製造される鎖状の金属粉末を、上記のように膜の厚み方向に配向させた異方導電膜は、確かに、粒状などの他の形状の金属粉末を用いたものに比べて異方導電特性は向上するものの、金属粉末の鎖の、長さのばらつきに基づいて、異方導電特性にもばらつきを生じると言う問題がある。
すなわち還元析出法によって製造される鎖状の金属粉末は、製造工程上、どうしても長さにある程度のばらつきを生じるのであるが、その最大長が膜の厚みを超える場合、かかる長寸の金属粉末は、たとえ磁場をかけても、物理的に、膜の厚み方向に配向させることができないため、当該長寸の金属粉末を介して電極間が短絡するおそれがある。このため、異方導電特性のうち面方向の絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【００１５】
一方、金属粉末の最大長を、上記の短絡を防止するために、膜の厚み以下に設定した場合には、金属粉末全体の長さの分布が、それに応じてより短い側にシフトすることになり、良好な導電ネットワークの形成に寄与しない、ごく短寸の金属粉末の割合が増加することになる。このため、異方導電特性のうち厚み方向の接続抵抗が上昇するおそれがある。
また、還元析出法によって形成した金属粉末は微細な金属粒の集合体であり、金属粒間の接続抵抗は、従来の、粒状などの金属粉末同士の接触抵抗に比べれば格段に小さくなるが、依然として、金属のバルクな抵抗値に比べればかなり高い値を示す。また、金属粉末の鎖の太さを太くすることにも限界がある。
【００１６】
このため、還元析出法によって形成した金属粉末を用いた異方導電膜は、大電流を流した際に、ジュール熱によって局部的に高温となって溶断するおそれがあり、前述した半導体パッケージの実装などには適しているものの、例えば２つのプリント配線板上の、大電流の導体回路同士の接続などには使用できないという問題もある。
本発明の目的は、異方導電特性のばらつきを生じるおそれがない上、大電流の導体回路同士の接続などにも十分に対応することが可能な、新規な異方導電膜を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するため、発明者は、所定の平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離する、いわゆる微細電鋳法によって製造した金属粉末を、異方導電膜の導電成分として利用することを検討した。
【００１８】
かかる微細電鋳法によって製造した金属粉末は、微小電極表面の平面形状を忠実に再現した平面形状を有しており、しかも微小電極表面の平面形状は、例えばリソグラフィーを利用した形成方法などを採用すれば、ミクロンレベルで任意の形状とすることが可能である。このため、多数の金属粉末の、長さを含む寸法、形状を均一化して、異方導電膜の、異方導電特性のばらつきをなくすることができると考えたのである。
【００１９】
また、微細電鋳法によって製造した金属薄膜の抵抗値はバルクな金属のそれであり、微細な金属粒の集合体である鎖状の金属粉末に比べて抵抗値を著しく小さくすることができる。しかも、上記のように微小電極表面の平面形状を調整することで、金属粉末の幅を極力広くとることもできる。このため異方導電膜を、大電流の導体回路同士の接続などにも使用できるようになると考えたのである。
さらに、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状に形成すると、異方導電膜に良好な異方導電特性を付与できるとともに、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部が支えとなって、金属粉末が横倒しになるのを確実に防止できると考えたのである。
したがって請求項１記載の発明は、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離して製造した微細な金属粉末を、導電成分として含むことを特徴とする異方導電膜である。
【００２０】
なお上記の異方導電膜においても、良好な異方導電特性を得るためには、金属粉末を、膜の厚み方向に配向させるのが好ましい。
したがって請求項２記載の発明は、金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
【００２１】
また上記の異方導電膜において、金属粉末を、面方向の絶縁抵抗が上昇しないように膜の厚み方向にきれいに配向させるためには、やはり金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下とするのが好ましい。その場合でも、本発明によれば全ての金属粉末の寸法、形状が均一であり、長さのたりない短寸の金属粉末を生じないため、膜の厚み方向に良好な導電ネットワークを形成することができ、厚み方向の接続抵抗が上昇するおそれはない。
【００２２】
したがって請求項３記載の発明は、金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下としたことを特徴とする請求項２記載の異方導電膜である。
また金属粉末を、膜の厚み方向によりスムースに配向させるためには、当該金属粉末が、磁場をかけることによって容易に配向するように磁性を有しているのが好ましく、そのためには金属粉末が、磁性を有する金属を含んでいるのが好ましい。
【００２３】
したがって請求項４記載の発明は、金属粉末を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金、もしくは磁性を有する金属を含む複合体にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
また金属粉末は、良好な導電性と、当該導電性が、長期間使用した際の酸化によって低下するのを防止するための良好な耐酸化性とを有しているのが好ましく、そのためには金属粉末を、前述した微細電鋳法による製造過程を考慮して、磁性を有する金属薄膜からなる層と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜からなる層との積層による複合構造とするのが好ましい。
【００２４】
したがって請求項５記載の発明は、金属粉末を、微小電極表面に電気めっきによって積層、形成した２層以上の金属薄膜からなる複合体にて形成するとともに、その少なくとも１層を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、または磁性を有する金属と他の金属との合金にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
また請求項６記載の発明は、他の少なくとも１層を、導電性、耐酸化性に優れた他の金属にて形成したことを特徴とする請求項５記載の異方導電膜である。
【００２５】
さらに上記異方導電膜における、前記式(1)で求められる、導電成分としての金属粉末の充てん量は、０．０５〜２０体積％であるのが好ましい。
充てん率が０．０５体積％未満では、異方導電膜の厚み方向の導通に寄与する金属粉末が少なすぎるため、同方向の接続抵抗を十分に低くできないおそれがある。また充てん率が２０体積％を超える場合には、異方導電膜の面方向の絶縁抵抗が低くなりすぎて、隣接する電極間で短絡が発生しやすくなるおそれがある。
【００２６】
したがって請求項７記載の発明は、固形分として金属粉末と結着剤とを含み、かつ固形分の総量に占める金属粉末の割合で表される充てん率を０．０５〜２０体積％としたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を説明する。
本発明の異方導電膜は、前記のように微細電鋳法によって製造した、寸法、形状の揃った金属粉末を、導電性分として含有することを特徴とするものである。
（金属粉末）
微細電鋳法による金属粉末の製造工程の一例を図１(a)〜図１(c)に示す。なお、この例では、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いでいない、長円形の平面形状を有する金属粉末を製造する場合を例にとって説明しているが、以下の説明と同じ工程により、図３ (a)(b) に示した、前記上下両端に、短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する金属粉末を形成できることは言うまでもない。
【００２８】
まずこの例の製造工程では、図１(a)、図２(a)に示す構造を有するめっき金型Ｍを用意する。
図のめっき金型Ｍは、図２(b)(c)に示すようにその平面形状が長円形である金属粉末３を製造するためのものであって、平板状の導電性基板１の表面に、無機の絶縁材料からなり、上記金属粉末３の平面形状に対応した長円形の開口２ａを多数、配列した絶縁層２を形成し、かつ絶縁層２の開口２ａを通して露出した導電性基体１の表面を微小電極表面１ａとしたものである。
【００２９】
上記のうち導電性基板１は、例では、ステンレス鋼板等からなる基板１１の、絶縁層２を積層する側の表面に、耐食性の表面層１２を積層した２層構造に形成してあり、この表面層１２の表面を、上記微小電極表面１ａとして、絶縁層２の開口２ａを通して露出してある。
基板１１としては、導電性を有するまたは有しない種々の材料からなる板材がいずれも使用可能である。しかし表面層１２とともに導電性基板１の良好な導電性を確保するとともに、電気めっき液に対する良好な耐食性を確保することを考慮すると、基板１１は、例えばステンレス鋼板などで形成するのが好ましい。
【００３０】
また表面層１２は、微小電極表面１ａの導電性を確保するとともに、電気めっき液に対する耐食性をさらに向上するために、チタンや、あるいはハステロイ（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金）などのニッケル系耐食合金などで形成するのが好ましい。
ただし、めっき金型Ｍの構造を簡略化するためには、基板１１の全体を、ステンレス鋼やチタン、あるいはニッケル系耐食合金などで一体に形成してもよい。
【００３１】
また例では、絶縁層２を、導電性基板１の表面に形成した中間層２１と、この中間層２１の上に積層した表層２２の２層構造に形成してある。
このうち中間層２１としてはケイ素や炭化ケイ素の薄膜が好ましく、表層２２としては絶縁性のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の薄膜が好ましい。
かかる積層構造においては、表層２２としてのＤＬＣの薄膜が、高硬度でかつ高強度である上、中間層２１としてのケイ素や炭化ケイ素の薄膜が、上記ＤＬＣ薄膜と導電性基板１との密着性を向上するために機能するので、絶縁層２の耐久性を向上することができる。
【００３２】
なお絶縁層２は、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、絶縁性のＤＬＣなどの単層の薄膜からなる単層構造に形成してもよい。
絶縁層２に、金属粉末３の平面形状に対応した開口２ａを形成するには、前述したようにリソグラフィーを利用した方法を実施すればよい。
例えば導電性基板１の表面に、リソグラフィーによって、上記開口２ａに対応した平面形状を有するレジスト膜を形成した状態で、気相成長法などによって、導電性基板１の、レジスト膜を形成していない露出した表面に選択的に絶縁層２を積層、形成した後、レジスト膜を除去すれば、開口２ａを形成することができる。また、導電性基板１の表面全面に形成した絶縁層２の上に、リソグラフィーによって、開口２ａに対応した開口を有するレジスト膜を形成した状態で、気相エッチング法などによって、絶縁層２の、開口で露出した部分を選択的にエッチング除去して開口２ａを形成した後、レジスト膜を除去してもよい。
【００３３】
上記のめっき金型Ｍを用いて金属粉末を製造するには、図示していないが、当該めっき金型Ｍと、金属粉末３のもとになる金属やカーボンなどで形成した対向電極とをめっき液に浸漬した状態で、前者のうち導電性基板１を電源の陰極、後者を陽極に接続して電気めっきを開始する。
そうすると図１(b)に示すようにめっき金型Ｍの、絶縁層２の開口２ａを通して露出した導電性基板１の微小電極表面１ａに選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜３０が成長する。
【００３４】
そして、金属薄膜３０が所定の厚みに成長した時点でめっき金型Ｍをめっき液中から取り出して洗浄などした後、その表面を不織布でこするなどして、図１(c)に示すように金属薄膜３０を微小電極表面１ａからはく離すると、図２(b)に示すように所定の平面形状（図では長円形）と一定の寸法とを有する、多数の金属粉末３を製造することができる。
【００３５】
なお図２ (b) の金属粉末３は、１層の金属薄膜３０からなる単層構造を有しており、かかる金属粉末３は、異方導電膜中で、その厚み方向に良好に配向させることを考慮すると、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性を有する金属単体、これら金属の２種以上の金属の合金、またはこれらの金属と他の金属との合金などで形成して磁性を付与するのが好ましい。
【００３６】
また金属粉末３に、良好な導電性と耐酸化性とを付与することを考慮すると、当該金属粉末３は、前記のようにして磁性を付与した金属薄膜３１と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜３２とを積層した複合構造に形成するのが好ましい〔図２(c)参照〕。
【００３７】
このうち金属薄膜３２は、例えばＣｕ、Ｒｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、ＰｔおよびＡｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の、導電性、耐酸化性に優れた金属やその合金などによって形成すればよい。
なお図では金属粉末３を２層構造としているが、例えば磁性を付与した金属薄膜３１の両面に、それぞれ導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜３２を積層した３層構造や、あるいはそれ以上の多層構造に形成してもよい。
【００３８】
かかる複合構造を有する金属粉末３は、各層ごとにめっき液を違えながら、連続して電気めっきを行うことによって形成できる。
金属粉末３の平面形状は、微細電鋳法に特有の、リソグラフィーによる加工精度の範囲内で任意の平面形状の金属薄膜を形成できるという利点を活かして、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状に形成される。
例えば図３(a)の金属粉末３は、直線状の本体部３ａの上下両端に、当該本体部３ａと直交する短寸の両端部３ｂ、３ｂを繋いだ平面形状を有しており、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部３ｂ、３ｂが支えとなって、金属粉末３が横倒しになるのを確実に防止できる。
【００３９】
また図３(b)の金属粉末３は、両端部３ｂ、３ｂ間をジグザグ状の本体部３ｄで繋いだ平面形状を有しており、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部３ｂ、３ｂが支えとなって、金属粉末３が横倒しになるのを確実に防止できる。またジグザグ状の本体部３ｄが、熱接着による圧を受けた際にばねのように変形して圧を吸収することによって折れにくいものとなる。
なお上記両金属粉末においては、異方導電膜の厚み方向に配向させた際に、当該膜に良好な異方導電特性を付与するため、それぞれの図中に示した長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超える必要がある。
【００４０】
また長さＬは、異方導電膜の厚み以下であるのが好ましい。
また特に、熱接着時に金属粉末３が横倒しになった際に、隣り合う電極間を短絡させないためには、長さＬは、当該電極間の距離未満とするのが好ましく、電極間の距離の０．９倍以下とするのがさらに好ましい。
ただし、前記のように両金属粉末３は、いずれも両端部３ｂ、３ｂの働きによって、金属粉末３が横倒しになりにくいものであるため、長さＬを、必ずしも隣り合う電極間の距離未満に設定する必要はない。その場合は、横倒しをより一層、確実に防止するために、幅Ｄに相当する両端部３ｂ、３ｂの長さを、隣り合う電極間の距離未満の範囲でできるだけ大きくするのが好ましい。
【００４１】
図３(a)(b)の金属粉末３はいずれも、磁性を付与した単層の金属薄膜からなる単層構造に形成してもよいし、磁性を付与した金属薄膜と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜の、２層以上の積層構造に形成してもよい。
異方導電膜に良好な異方導電特性を付与するためには、製造した金属粉末３が、上記所定の平面形状を有するできるだけまっすぐな状態であることも重要である。そのためには、めっき時に金属薄膜に生じる残留応力をできるだけ小さくするのが好ましい。残留応力が大きい場合には、微小電極表面１ａからのはく離時に、金属薄膜が反り返ってまっすぐな状態にならないためである。
【００４２】
金属薄膜の残留応力を小さくするためには、めっき液にサッカリンなどの応力緩和剤を加えたり、めっき浴の温度、ｐＨ、濃度等を最適化したりすればよい。これにより金属薄膜の残留応力を、例えば２０ｋｇ／ｍｍ2以下といった小さな値として、金属粉末３をできるだけまっすぐな状態に形成することができる。
（結着剤）
金属粉末とともに異方導電膜を形成する結着剤としては、当該用途において結着剤として従来公知の、成膜性および接着性を有する種々の化合物がいずれも使用可能である。かかる結着剤としては、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂、液状硬化性樹脂などがあり、特に好ましくはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂などをあげることができる。
【００４３】
（異方導電膜とその製造方法）
本発明の異方導電膜は、従来同様に、結着剤からなる膜中に、金属粉末を均一に分散させてなるものであって、特に前記のように、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超える平面形状に形成した金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させた状態で固定しているのが好ましい。
かかる異方導電膜は、
(A) 下地面と交差する方向に磁場をかけた下地上に、金属粉末と結着剤とを、適当な溶媒とともに所定の割合で配合して調製した複合材料を塗布して、金属粉末を、その長さ方向が、上記磁場の方向に沿う膜の厚み方向と一致するように配向させた状態で、複合材料を固化または硬化させることによって、金属粉末の配向を固定するか、あるいは
(B) 金属粉末を、下地面と交差する方向に磁場をかけた下地上に散布して、当該金属粉末の長さ方向が、上記磁場の方向と一致するように配向させた状態で、結着剤を含む、流動性を有する塗剤を塗布して固化または硬化させることによって、金属粉末の配向を固定したのち、
下地からはく離することによって製造できる。
【００４４】
なお(A)の方法で使用する複合材料や(B)の方法で使用する塗剤は、液状硬化性樹脂等の液状の結着剤を用いることで、溶媒を省略してもよい。
これらの方法を実施する際にかける磁場の強さは、金属粉末中に含まれる、磁性を有する金属の種類や割合等によって異なるものの、異方導電膜中の金属粉末を、当該膜の厚み方向に十分に配向させることを考慮すると、磁束密度で表して１ｍＴ以上、中でも１０ｍＴ以上、とくに４０ｍＴ以上であるのが好ましい。
【００４５】
磁場をかける方法としては、ガラス基板、プラスチック基板などの下地の上下に磁石を配置する方法や、あるいは下地として磁石の表面を利用する方法などをあげることができる。後者の方法は、磁石の表面から出る磁力線が、当該表面から、異方導電膜の厚み程度までの領域では、磁石の表面に対してほぼ垂直であることを利用したもので、異方導電膜の製造装置を簡略化できるという利点がある。
【００４６】
かくして製造した異方導電膜における、前記式(1)で求められる、導電成分としての金属粉末の充てん量は、０．０５〜２０体積％とするのが好ましい。
またその厚みは、異方導電膜を介して電極とバンプ、あるいは電極と電極を圧着させた際に良好に導電接着させることを考慮すると、１０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
【００４７】
【実施例】
参考例１
〔めっき金型の製造〕
縦２００ｍｍ×横３００ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）鋼板（基板）１１の片面に、スパッタリング法によって、チタンの薄膜からなる耐食性の表面層１２（厚み１００ｎｍ）を形成した。
【００４８】
次にこの表面層１２の上に、フォトリソグラフ法によって、図２(a)(b)に示す長円形の金属粉末３の平面形状に対応した、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍのレジスト膜が多数、分布したレジストパターンを形成した。レジスト膜の厚みは２μｍであった。
次に、上記表面層１２上に、スパッタリング法によって、中間層２１のもとになるケイ素薄膜を形成し、次いでその上に、プラズマＣＶＤ法によって、表層２２のもとになる絶縁性のＤＬＣ薄膜を形成した。両層の合計の厚みは０．２μｍであった。
【００４９】
次に、上記の積層体をアセトンに浸漬してレジスト膜を溶解、除去したのち水洗して乾燥させた。
そしてそれにより、レジスト膜を除去した跡に、金属粉末３の形状に対応した長円形の、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍの開口２ａを多数、有する絶縁層２を形成し、かつ開口２ａを通して露出した表面層１２の表面を微小電極表面１ａとして、図１(a)に示す積層構造を有するめっき金型Ｍを製造した。
【００５０】
〔金属粉末の作製〕
次に、上記めっき金型Ｍと、下記組成のニッケルめっき液（ｐＨ＝３）とを使用して、エアバブリング中、液温４５℃の条件でニッケルの電気めっきを行った。
（成 分） （濃 度）
硫酸ニッケル６水和物 ２００ｇ／リットル
塩化ニッケル６水和物 ４０ｇ／リットル
ホウ酸 ３０ｇ／リットル
サッカリン １ｇ／リットル
電気めっきは、めっき金型Ｍを陰極とし、かつ陽極にニッケル板を使用して、直流１０Ａ／ｄｍ2で３０秒間の通電を行うことによって実施し、それによってめっき金型Ｍの微小電極表面１ａに選択的に、ニッケル薄膜を成長させた。
【００５１】
そして電気めっき後のめっき金型Ｍにポリプロピレン製の不織布を押し付けてこすることによって、微小電極表面１ａ上に形成されたニッケル薄膜をはく離してニッケル粉末を製造した。
得られたニッケル粉末を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、図４に示すように、いずれの粉末も欠陥や変形のない、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍ、長円形の平面形状を有する、厚みｔ＝１μｍの粉末であることが確認された。
【００５２】
〔異方導電膜の製造〕
２種の固形エポキシ樹脂〔旭化成(株)製の品番６０９９（樹脂Ａとする）、６１４４（樹脂Ｂとする）〕と、マイクロカプセル型潜在性硬化剤〔旭化成(株)製の品番ＨＸ３７２１（硬化剤とする）〕とを、重量比で樹脂Ａ／樹脂Ｂ／硬化剤＝７０／３０／４０の割合で、酢酸ブチルとメチルイソブチルケトンとの重量比７５／２５の混合溶媒に溶解して、樹脂分、すなわち樹脂Ａ、樹脂Ｂおよび硬化剤の３成分の合計の濃度が４０重量％である樹脂溶液を調製した。
【００５３】
次にこの樹脂溶液に、前記式(1)で求められる充てん率が０．５体積％となるように、先に作製した金属粉末を配合し、遠心かく拌ミキサーを用いてかく拌して均一に分散させることで、異方導電膜用の液状の複合材料を調製した。
そしてこの複合材料を、ＰＥＴフィルム上に、ドクターナイフを用いて塗布した後、４０ｍＴの磁場をかけながら８０℃で５分間、次いで１００℃で１０分間、加熱して溶媒を乾燥、除去するとともに樹脂を予備硬化させて、金属粉末の長さ方向が膜の厚み方向と一致するように配向した状態で固定された、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。
【００５４】
参考例２
参考例１で作製したのと同じ金属粉末を、その充てん率が２．０体積％となるように樹脂溶液に配合したこと以外は参考例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。
比較例１
〔金属粉末の作製〕
純水に、硫酸ニッケルと、クエン酸三ナトリウムとを溶解し、次いで三塩化チタンを混合して還元析出反応用の液を調製した。次に述べるｐＨ調整後の液における各成分のモル濃度は、Ｎｉ(II)が０．０４モル／リットル、クエン酸が０．３モル／リットル、Ｔｉ(III)が０．１モル／リットルとした。
【００５５】
次にこの液をかく拌下、アンモニア水と、必要に応じて少量の純水とを加えて液のｐＨを９に調整するとともに、各成分のモル濃度を上記の値に調整して、還元析出反応を開始させた。液温は２３±１℃とし、液のかく拌速度は４００ｒｐｍとした。
そして、１５分経過時点で液中に析出した沈殿をロ別し、水、次いでエタノールで十分に洗浄した後、真空乾燥して、多数の金属粒が鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を得た。
【００５６】
得られた金属粉末は、その鎖長が５〜２０μｍの範囲で分布していた。また金属粉末を形成する個々の金属粒の一次粒子径は４００ｎｍであった。
〔異方導電膜の製造〕
上記の金属粉末を使用したこと以外は実施例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。金属粉末の充てん率は０．５体積％であった。
比較例２
〔金属粉末の作製〕
液温を５０±１℃、ｐＨを１０．５としたこと以外は比較例１と同様にして、多数の金属粒が鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を得た。
【００５７】
得られた金属粉末は、その鎖長が１０〜３５μｍの範囲で分布していた。また金属粉末を形成する個々の金属粒の一次粒子径は４００ｎｍであった。
〔異方導電膜の製造〕
上記の金属粉末を使用したこと以外は実施例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。金属粉末の充てん率は０．５体積％であった。
接続抵抗、絶縁抵抗の測定
幅１５μｍ、長さ５０μｍ、厚み８μｍのＡｕ電極が１５μｍ間隔で配列された電極パターンを有するＦＰＣの、上記電極パターン上に、実施例、比較例で製造した異方導電膜を重ねて、８０℃に加熱しながら０．１Ｎ／ｍｍ2の圧力で１０秒間、加圧して仮接着した。
【００５８】
次にこの異方導電膜上に、同形状、同寸法の電極パターンを有するもう１枚のＦＰＣを、異方導電膜を挟んで電極パターン同士を相対向させて、両電極パターンの各々の電極が１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせした状態で、２００℃に加熱しながら３Ｎ／ｍｍ2の圧力で加圧して本接着した。
そして異方導電膜を介して導電接続された、相対向する２つのＡｕ電極間の抵抗値を測定して、異方導電膜の厚み方向の接続抵抗とした。
【００５９】
また隣り合う２つのＡｕ電極間の抵抗値を測定して、異方導電膜の面方向の絶縁抵抗とした。
限界電流値の測定
異方導電膜を介して導電接続された、相対向する２つのＡｕ電極間に流す電流を徐々に増加させた際に、溶断による断線が発生した電流値を求めて限界電流値とした。
【００６０】
以上の結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表より、最大長が膜の厚みを超える鎖状の金属粉末を用いた比較例２の異方導電膜は、長寸の金属粉末が膜の厚み方向にきれいに配向せず、斜めに存在していたことから、膜の面方向の絶縁抵抗が１００ＭΩという低い値を示すことがわかった。
また最大長を膜の厚み以下とした鎖状の金属粉末を用いた比較例１の異方導電膜は、膜の面方向の絶縁抵抗を１００ＧΩまで高くすることができるものの、相対的に導電ネットワークの形成に寄与しない短寸のものが多量に含まれるため、膜の厚み方向の接続抵抗が０．３Ωと高くなってしまうこともわかった。
【００６３】
さらに比較例１、２の異方導電膜はいずれも、限界電流値が０．５Ａと小さいため、大電流を流す回路などの接続には適さないこともわかった。
これに対し参考例１、２の異方導電膜はいずれも、長さＬを膜の厚み以下とした金属粉末を用いているため、比較例２に比べて膜の面方向の絶縁抵抗を高くできるとともに、金属粉末の寸法、形状が揃っていて、導電ネットワークの形成に寄与しない短寸のものなどを含まないため、比較例１に比べて、膜の厚み方向の接続抵抗を低くできることが確認された。
【００６４】
また両参考例の異方導電膜はいずれも、両比較例に比べて限界電流値が大きいことから、大電流を流す回路などの接続に適していることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 同図(a)〜(c)はそれぞれ、本発明の異方導電膜に含有させる金属粉末を、微細電鋳法によって製造する工程の一例を示す断面図である。
【図２】 同図(a)は、図１(a)〜(c)の工程に使用するめっき金型の一例を示す平面図、同図(b)(c)はそれぞれ、上記めっき金型を使用して製造される金属粉末の外観を示す斜視図である。
【図３】 同図(a)(b)はそれぞれ、本発明の異方導電膜に含有させる金属粉末の平面形状を示す平面図である。
【図４】 本発明の参考例１で作製した金属粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方導電膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板上に半導体パッケージを実装したり、あるいは２つのプリント配線板上の導体回路同士を電気的に接続するとともに、両プリント配線板を互いに結合、固定したりするエレクトロニクス実装の方法の１つに、フィルム状の異方導電膜を用いた方法がある（例えば特許文献１、特許文献２等参照）。
例えば半導体パッケージの実装の場合は、プリント配線板への実装面に複数のバンプを配列して接続部を形成した半導体パッケージと、当該半導体パッケージを実装する領域に、上記バンプとピッチを合わせて複数の電極を配列して接続部を形成したプリント配線板とを用意する。そしてこの両者の接続部を相対向させて、その間に異方導電膜を挟んだ状態で、両接続部の各々のバンプと電極とが１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせしながら熱接着を行うことで、半導体パッケージが基板上に実装される。
【０００３】
またプリント配線板同士の接続の場合は、それぞれの接続位置に、互いにピッチを合わせて複数の電極を配列して接続部を形成した２つのプリント配線板を用意する。そしてこの両者の接続部を相対向させて、その間に異方導電膜を挟んだ状態で、同様に両接続部の各々の電極が１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせしながら熱接着を行うことで、配線板同士が接続される。
かかるエレクトロニクス実装に用いる異方導電膜は一般に、粉末状の導電成分を、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂等の結着剤を含む、感熱接着性を有する膜中に分散させた構造を有する。
【０００４】
また異方導電膜は、膜の面方向に重なった各々のバンプ−電極対や電極−電極対が、隣接する他の対のバンプや電極と短絡する、膜の面方向の短絡が発生するのを防止すべく、面方向の導電抵抗（「絶縁抵抗」という）が高くなるように、導電成分の、式(1)：
【０００５】
【数１】
で求められる充てん率を調整してある。なお式中の、固形分の総体積とは、膜を、前記のように導電成分と結着剤とを固形分として用いて形成する場合、この両者の体積の合計量である。
そして熱接着を行うと、その際の加熱、加圧によって異方性導電膜が厚み方向に圧縮されることで、当該厚み方向の導電成分の充てん率が上昇し、導電成分同士が互いに近接もしくは接触して導電ネットワークを形成する結果、厚み方向の導電抵抗（「接続抵抗」という）が低くなる。しかしこの際、異方導電膜の面方向における導電成分の充てん率は増加しないため、面方向は、絶縁抵抗が高く導電率が低い初期の状態を維持する。
【０００７】
このため異方導電膜は、厚み方向の接続抵抗が低く、かつ面方向の絶縁抵抗が高い異方導電特性を有するものとなり、かかる異方導電特性に基づいて、
＊ 前述したような膜の面方向の短絡が発生するのを防止して、各バンプ−電極対や電極−電極対ごとの、それぞれ電気的に独立した状態を維持しつつ、
＊ 各対の、１対１で膜の面方向に重なったバンプ−電極間、電極−電極間を良好に導電接続する
ことが可能となる。
【０００８】
またそれとともに、膜の持つ感熱接着性によって、プリント配線板上に、半導体パッケージを熱接着によって固定したり、プリント配線板同士を熱接着によって固定したりできる。
このため異方導電膜を用いれば、エレクトロニクス実装の作業が容易になる。従来の異方導電膜中に含まれる導電成分としては、例えば平均粒径が数μｍ〜数十μｍ程度で、かつその形状が粒状、球状、薄片状（鱗片状、フレーク状）などであるＮｉ粉末や、あるいは表面に金メッキを施した樹脂粉末などの、種々の金属粉末が実用化されている。
【０００９】
また従来の異方導電膜においては通常、上記の金属粉末を、前記式(1)で求められる充てん率が３〜１０体積％となるように含有させている。
しかし近時、この充てん率の範囲では、熱接着後の厚み方向の接続抵抗の値が十分でなく、より一層、接続抵抗を低くすることを求められる場合が増加しつつある。
そこで、厚み方向の接続抵抗をこれまでよりもさらに低くするべく、導電成分としての金属粉末の充てん率を、上記の範囲より高くすることが考えられる。
【００１０】
しかしそうした場合、前記の一般的な金属粉末を用いた従来の異方導電膜では、膜の面方向の絶縁抵抗まで低くなるため、同方向の短絡を生じやすくなるという問題がある。
そこで発明者は先に、金属のイオンと還元剤とを含む液中で、還元剤の作用によって金属のイオンを還元させて、微細な金属粒として析出させる還元析出法（特許文献３〜５参照）を利用して、当該金属粒が多数、鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を製造し、それを異方導電膜の導電成分として用いることを検討した。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−１０２５２３号公報（第０００９欄、第００１０欄、図２）
【特許文献２】
特開平８−１１５６１７号公報（第０００３欄、図１）
【特許文献３】
特開平１１−３０２７０９号公報（第０００７欄、第０００８欄）
【特許文献４】
特許第３０１８６５５号公報（第０００５欄）
【特許文献５】
特開２００１−２００３０５号公報（第０００７欄〜第００１０欄）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
発明者の検討によると、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性を有する金属やその合金などを、上記還元析出法によって析出させると、液中で、多数の金属粒が、自身の持つ磁性によって自然に鎖状に繋がって、鎖状の金属粉末を形成する。
この鎖状の金属粉末を導電成分として用いて異方導電膜を形成するには、まず金属粉末を、結着剤などと配合して液状の複合材料を調製する。次にこの複合材料を膜状に塗布した状態で磁場をかけて、鎖状の金属粉末を膜の厚み方向に配向させながら固化させる。そうすると、鎖状の金属粉末が膜の厚み方向に配向された異方導電膜が製造される。
【００１３】
かかる異方導電膜は、膜の厚み方向に配向した鎖状の金属粉末の作用によって、これまでよりも異方導電特性が向上する。
すなわち鎖状の金属粉末を膜の厚み方向に配向させると、膜の面方向では、隣り合う金属粉末同士が接触する機会を極力少なくすることができるので、金属粉末間に介在する樹脂の絶縁性によって十分な絶縁抵抗を確保することができる。また膜の厚み方向では、同方向に配向させた多数の、鎖状の金属粉末による良好な導電ネットワークが形成されるため、接続抵抗をこれまでよりも低くすることができる。
【００１４】
ところが、前述した還元析出法によって製造される鎖状の金属粉末を、上記のように膜の厚み方向に配向させた異方導電膜は、確かに、粒状などの他の形状の金属粉末を用いたものに比べて異方導電特性は向上するものの、金属粉末の鎖の、長さのばらつきに基づいて、異方導電特性にもばらつきを生じると言う問題がある。
すなわち還元析出法によって製造される鎖状の金属粉末は、製造工程上、どうしても長さにある程度のばらつきを生じるのであるが、その最大長が膜の厚みを超える場合、かかる長寸の金属粉末は、たとえ磁場をかけても、物理的に、膜の厚み方向に配向させることができないため、当該長寸の金属粉末を介して電極間が短絡するおそれがある。このため、異方導電特性のうち面方向の絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【００１５】
一方、金属粉末の最大長を、上記の短絡を防止するために、膜の厚み以下に設定した場合には、金属粉末全体の長さの分布が、それに応じてより短い側にシフトすることになり、良好な導電ネットワークの形成に寄与しない、ごく短寸の金属粉末の割合が増加することになる。このため、異方導電特性のうち厚み方向の接続抵抗が上昇するおそれがある。
また、還元析出法によって形成した金属粉末は微細な金属粒の集合体であり、金属粒間の接続抵抗は、従来の、粒状などの金属粉末同士の接触抵抗に比べれば格段に小さくなるが、依然として、金属のバルクな抵抗値に比べればかなり高い値を示す。また、金属粉末の鎖の太さを太くすることにも限界がある。
【００１６】
このため、還元析出法によって形成した金属粉末を用いた異方導電膜は、大電流を流した際に、ジュール熱によって局部的に高温となって溶断するおそれがあり、前述した半導体パッケージの実装などには適しているものの、例えば２つのプリント配線板上の、大電流の導体回路同士の接続などには使用できないという問題もある。
本発明の目的は、異方導電特性のばらつきを生じるおそれがない上、大電流の導体回路同士の接続などにも十分に対応することが可能な、新規な異方導電膜を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するため、発明者は、所定の平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離する、いわゆる微細電鋳法によって製造した金属粉末を、異方導電膜の導電成分として利用することを検討した。
【００１８】
かかる微細電鋳法によって製造した金属粉末は、微小電極表面の平面形状を忠実に再現した平面形状を有しており、しかも微小電極表面の平面形状は、例えばリソグラフィーを利用した形成方法などを採用すれば、ミクロンレベルで任意の形状とすることが可能である。このため、多数の金属粉末の、長さを含む寸法、形状を均一化して、異方導電膜の、異方導電特性のばらつきをなくすることができると考えたのである。
【００１９】
また、微細電鋳法によって製造した金属薄膜の抵抗値はバルクな金属のそれであり、微細な金属粒の集合体である鎖状の金属粉末に比べて抵抗値を著しく小さくすることができる。しかも、上記のように微小電極表面の平面形状を調整することで、金属粉末の幅を極力広くとることもできる。このため異方導電膜を、大電流の導体回路同士の接続などにも使用できるようになると考えたのである。
さらに、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状に形成すると、異方導電膜に良好な異方導電特性を付与できるとともに、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部が支えとなって、金属粉末が横倒しになるのを確実に防止できると考えたのである。
したがって請求項１記載の発明は、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離して製造した微細な金属粉末を、導電成分として含むことを特徴とする異方導電膜である。
【００２０】
なお上記の異方導電膜においても、良好な異方導電特性を得るためには、金属粉末を、膜の厚み方向に配向させるのが好ましい。
したがって請求項２記載の発明は、金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
【００２１】
また上記の異方導電膜において、金属粉末を、面方向の絶縁抵抗が上昇しないように膜の厚み方向にきれいに配向させるためには、やはり金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下とするのが好ましい。その場合でも、本発明によれば全ての金属粉末の寸法、形状が均一であり、長さのたりない短寸の金属粉末を生じないため、膜の厚み方向に良好な導電ネットワークを形成することができ、厚み方向の接続抵抗が上昇するおそれはない。
【００２２】
したがって請求項３記載の発明は、金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下としたことを特徴とする請求項２記載の異方導電膜である。
また金属粉末を、膜の厚み方向によりスムースに配向させるためには、当該金属粉末が、磁場をかけることによって容易に配向するように磁性を有しているのが好ましく、そのためには金属粉末が、磁性を有する金属を含んでいるのが好ましい。
【００２３】
したがって請求項４記載の発明は、金属粉末を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金、もしくは磁性を有する金属を含む複合体にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
また金属粉末は、良好な導電性と、当該導電性が、長期間使用した際の酸化によって低下するのを防止するための良好な耐酸化性とを有しているのが好ましく、そのためには金属粉末を、前述した微細電鋳法による製造過程を考慮して、磁性を有する金属薄膜からなる層と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜からなる層との積層による複合構造とするのが好ましい。
【００２４】
したがって請求項５記載の発明は、金属粉末を、微小電極表面に電気めっきによって積層、形成した２層以上の金属薄膜からなる複合体にて形成するとともに、その少なくとも１層を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、または磁性を有する金属と他の金属との合金にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
また請求項６記載の発明は、他の少なくとも１層を、導電性、耐酸化性に優れた他の金属にて形成したことを特徴とする請求項５記載の異方導電膜である。
【００２５】
さらに上記異方導電膜における、前記式(1)で求められる、導電成分としての金属粉末の充てん量は、０．０５〜２０体積％であるのが好ましい。
充てん率が０．０５体積％未満では、異方導電膜の厚み方向の導通に寄与する金属粉末が少なすぎるため、同方向の接続抵抗を十分に低くできないおそれがある。また充てん率が２０体積％を超える場合には、異方導電膜の面方向の絶縁抵抗が低くなりすぎて、隣接する電極間で短絡が発生しやすくなるおそれがある。
【００２６】
したがって請求項７記載の発明は、固形分として金属粉末と結着剤とを含み、かつ固形分の総量に占める金属粉末の割合で表される充てん率を０．０５〜２０体積％としたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を説明する。
本発明の異方導電膜は、前記のように微細電鋳法によって製造した、寸法、形状の揃った金属粉末を、導電性分として含有することを特徴とするものである。
（金属粉末）
微細電鋳法による金属粉末の製造工程の一例を図１(a)〜図１(c)に示す。なお、この例では、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いでいない、長円形の平面形状を有する金属粉末を製造する場合を例にとって説明しているが、以下の説明と同じ工程により、図３ (a)(b) に示した、前記上下両端に、短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する金属粉末を形成できることは言うまでもない。
【００２８】
まずこの例の製造工程では、図１(a)、図２(a)に示す構造を有するめっき金型Ｍを用意する。
図のめっき金型Ｍは、図２(b)(c)に示すようにその平面形状が長円形である金属粉末３を製造するためのものであって、平板状の導電性基板１の表面に、無機の絶縁材料からなり、上記金属粉末３の平面形状に対応した長円形の開口２ａを多数、配列した絶縁層２を形成し、かつ絶縁層２の開口２ａを通して露出した導電性基体１の表面を微小電極表面１ａとしたものである。
【００２９】
上記のうち導電性基板１は、例では、ステンレス鋼板等からなる基板１１の、絶縁層２を積層する側の表面に、耐食性の表面層１２を積層した２層構造に形成してあり、この表面層１２の表面を、上記微小電極表面１ａとして、絶縁層２の開口２ａを通して露出してある。
基板１１としては、導電性を有するまたは有しない種々の材料からなる板材がいずれも使用可能である。しかし表面層１２とともに導電性基板１の良好な導電性を確保するとともに、電気めっき液に対する良好な耐食性を確保することを考慮すると、基板１１は、例えばステンレス鋼板などで形成するのが好ましい。
【００３０】
また表面層１２は、微小電極表面１ａの導電性を確保するとともに、電気めっき液に対する耐食性をさらに向上するために、チタンや、あるいはハステロイ（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金）などのニッケル系耐食合金などで形成するのが好ましい。
ただし、めっき金型Ｍの構造を簡略化するためには、基板１１の全体を、ステンレス鋼やチタン、あるいはニッケル系耐食合金などで一体に形成してもよい。
【００３１】
また例では、絶縁層２を、導電性基板１の表面に形成した中間層２１と、この中間層２１の上に積層した表層２２の２層構造に形成してある。
このうち中間層２１としてはケイ素や炭化ケイ素の薄膜が好ましく、表層２２としては絶縁性のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の薄膜が好ましい。
かかる積層構造においては、表層２２としてのＤＬＣの薄膜が、高硬度でかつ高強度である上、中間層２１としてのケイ素や炭化ケイ素の薄膜が、上記ＤＬＣ薄膜と導電性基板１との密着性を向上するために機能するので、絶縁層２の耐久性を向上することができる。
【００３２】
なお絶縁層２は、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、絶縁性のＤＬＣなどの単層の薄膜からなる単層構造に形成してもよい。
絶縁層２に、金属粉末３の平面形状に対応した開口２ａを形成するには、前述したようにリソグラフィーを利用した方法を実施すればよい。
例えば導電性基板１の表面に、リソグラフィーによって、上記開口２ａに対応した平面形状を有するレジスト膜を形成した状態で、気相成長法などによって、導電性基板１の、レジスト膜を形成していない露出した表面に選択的に絶縁層２を積層、形成した後、レジスト膜を除去すれば、開口２ａを形成することができる。また、導電性基板１の表面全面に形成した絶縁層２の上に、リソグラフィーによって、開口２ａに対応した開口を有するレジスト膜を形成した状態で、気相エッチング法などによって、絶縁層２の、開口で露出した部分を選択的にエッチング除去して開口２ａを形成した後、レジスト膜を除去してもよい。
【００３３】
上記のめっき金型Ｍを用いて金属粉末を製造するには、図示していないが、当該めっき金型Ｍと、金属粉末３のもとになる金属やカーボンなどで形成した対向電極とをめっき液に浸漬した状態で、前者のうち導電性基板１を電源の陰極、後者を陽極に接続して電気めっきを開始する。
そうすると図１(b)に示すようにめっき金型Ｍの、絶縁層２の開口２ａを通して露出した導電性基板１の微小電極表面１ａに選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜３０が成長する。
【００３４】
そして、金属薄膜３０が所定の厚みに成長した時点でめっき金型Ｍをめっき液中から取り出して洗浄などした後、その表面を不織布でこするなどして、図１(c)に示すように金属薄膜３０を微小電極表面１ａからはく離すると、図２(b)に示すように所定の平面形状（図では長円形）と一定の寸法とを有する、多数の金属粉末３を製造することができる。
【００３５】
なお図２ (b) の金属粉末３は、１層の金属薄膜３０からなる単層構造を有しており、かかる金属粉末３は、異方導電膜中で、その厚み方向に良好に配向させることを考慮すると、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性を有する金属単体、これら金属の２種以上の金属の合金、またはこれらの金属と他の金属との合金などで形成して磁性を付与するのが好ましい。
【００３６】
また金属粉末３に、良好な導電性と耐酸化性とを付与することを考慮すると、当該金属粉末３は、前記のようにして磁性を付与した金属薄膜３１と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜３２とを積層した複合構造に形成するのが好ましい〔図２(c)参照〕。
【００３７】
このうち金属薄膜３２は、例えばＣｕ、Ｒｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、ＰｔおよびＡｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の、導電性、耐酸化性に優れた金属やその合金などによって形成すればよい。
なお図では金属粉末３を２層構造としているが、例えば磁性を付与した金属薄膜３１の両面に、それぞれ導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜３２を積層した３層構造や、あるいはそれ以上の多層構造に形成してもよい。
【００３８】
かかる複合構造を有する金属粉末３は、各層ごとにめっき液を違えながら、連続して電気めっきを行うことによって形成できる。
金属粉末３の平面形状は、微細電鋳法に特有の、リソグラフィーによる加工精度の範囲内で任意の平面形状の金属薄膜を形成できるという利点を活かして、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状に形成される。
例えば図３(a)の金属粉末３は、直線状の本体部３ａの上下両端に、当該本体部３ａと直交する短寸の両端部３ｂ、３ｂを繋いだ平面形状を有しており、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部３ｂ、３ｂが支えとなって、金属粉末３が横倒しになるのを確実に防止できる。
【００３９】
また図３(b)の金属粉末３は、両端部３ｂ、３ｂ間をジグザグ状の本体部３ｄで繋いだ平面形状を有しており、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部３ｂ、３ｂが支えとなって、金属粉末３が横倒しになるのを確実に防止できる。またジグザグ状の本体部３ｄが、熱接着による圧を受けた際にばねのように変形して圧を吸収することによって折れにくいものとなる。
なお上記両金属粉末においては、異方導電膜の厚み方向に配向させた際に、当該膜に良好な異方導電特性を付与するため、それぞれの図中に示した長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超える必要がある。
【００４０】
また長さＬは、異方導電膜の厚み以下であるのが好ましい。
また特に、熱接着時に金属粉末３が横倒しになった際に、隣り合う電極間を短絡させないためには、長さＬは、当該電極間の距離未満とするのが好ましく、電極間の距離の０．９倍以下とするのがさらに好ましい。
ただし、前記のように両金属粉末３は、いずれも両端部３ｂ、３ｂの働きによって、金属粉末３が横倒しになりにくいものであるため、長さＬを、必ずしも隣り合う電極間の距離未満に設定する必要はない。その場合は、横倒しをより一層、確実に防止するために、幅Ｄに相当する両端部３ｂ、３ｂの長さを、隣り合う電極間の距離未満の範囲でできるだけ大きくするのが好ましい。
【００４１】
図３(a)(b)の金属粉末３はいずれも、磁性を付与した単層の金属薄膜からなる単層構造に形成してもよいし、磁性を付与した金属薄膜と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜の、２層以上の積層構造に形成してもよい。
異方導電膜に良好な異方導電特性を付与するためには、製造した金属粉末３が、上記所定の平面形状を有するできるだけまっすぐな状態であることも重要である。そのためには、めっき時に金属薄膜に生じる残留応力をできるだけ小さくするのが好ましい。残留応力が大きい場合には、微小電極表面１ａからのはく離時に、金属薄膜が反り返ってまっすぐな状態にならないためである。
【００４２】
金属薄膜の残留応力を小さくするためには、めっき液にサッカリンなどの応力緩和剤を加えたり、めっき浴の温度、ｐＨ、濃度等を最適化したりすればよい。これにより金属薄膜の残留応力を、例えば２０ｋｇ／ｍｍ2以下といった小さな値として、金属粉末３をできるだけまっすぐな状態に形成することができる。
（結着剤）
金属粉末とともに異方導電膜を形成する結着剤としては、当該用途において結着剤として従来公知の、成膜性および接着性を有する種々の化合物がいずれも使用可能である。かかる結着剤としては、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂、液状硬化性樹脂などがあり、特に好ましくはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂などをあげることができる。
【００４３】
（異方導電膜とその製造方法）
本発明の異方導電膜は、従来同様に、結着剤からなる膜中に、金属粉末を均一に分散させてなるものであって、特に前記のように、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超える平面形状に形成した金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させた状態で固定しているのが好ましい。
かかる異方導電膜は、
(A) 下地面と交差する方向に磁場をかけた下地上に、金属粉末と結着剤とを、適当な溶媒とともに所定の割合で配合して調製した複合材料を塗布して、金属粉末を、その長さ方向が、上記磁場の方向に沿う膜の厚み方向と一致するように配向させた状態で、複合材料を固化または硬化させることによって、金属粉末の配向を固定するか、あるいは
(B) 金属粉末を、下地面と交差する方向に磁場をかけた下地上に散布して、当該金属粉末の長さ方向が、上記磁場の方向と一致するように配向させた状態で、結着剤を含む、流動性を有する塗剤を塗布して固化または硬化させることによって、金属粉末の配向を固定したのち、
下地からはく離することによって製造できる。
【００４４】
なお(A)の方法で使用する複合材料や(B)の方法で使用する塗剤は、液状硬化性樹脂等の液状の結着剤を用いることで、溶媒を省略してもよい。
これらの方法を実施する際にかける磁場の強さは、金属粉末中に含まれる、磁性を有する金属の種類や割合等によって異なるものの、異方導電膜中の金属粉末を、当該膜の厚み方向に十分に配向させることを考慮すると、磁束密度で表して１ｍＴ以上、中でも１０ｍＴ以上、とくに４０ｍＴ以上であるのが好ましい。
【００４５】
磁場をかける方法としては、ガラス基板、プラスチック基板などの下地の上下に磁石を配置する方法や、あるいは下地として磁石の表面を利用する方法などをあげることができる。後者の方法は、磁石の表面から出る磁力線が、当該表面から、異方導電膜の厚み程度までの領域では、磁石の表面に対してほぼ垂直であることを利用したもので、異方導電膜の製造装置を簡略化できるという利点がある。
【００４６】
かくして製造した異方導電膜における、前記式(1)で求められる、導電成分としての金属粉末の充てん量は、０．０５〜２０体積％とするのが好ましい。
またその厚みは、異方導電膜を介して電極とバンプ、あるいは電極と電極を圧着させた際に良好に導電接着させることを考慮すると、１０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
【００４７】
【実施例】
参考例１
〔めっき金型の製造〕
縦２００ｍｍ×横３００ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）鋼板（基板）１１の片面に、スパッタリング法によって、チタンの薄膜からなる耐食性の表面層１２（厚み１００ｎｍ）を形成した。
【００４８】
次にこの表面層１２の上に、フォトリソグラフ法によって、図２(a)(b)に示す長円形の金属粉末３の平面形状に対応した、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍのレジスト膜が多数、分布したレジストパターンを形成した。レジスト膜の厚みは２μｍであった。
次に、上記表面層１２上に、スパッタリング法によって、中間層２１のもとになるケイ素薄膜を形成し、次いでその上に、プラズマＣＶＤ法によって、表層２２のもとになる絶縁性のＤＬＣ薄膜を形成した。両層の合計の厚みは０．２μｍであった。
【００４９】
次に、上記の積層体をアセトンに浸漬してレジスト膜を溶解、除去したのち水洗して乾燥させた。
そしてそれにより、レジスト膜を除去した跡に、金属粉末３の形状に対応した長円形の、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍの開口２ａを多数、有する絶縁層２を形成し、かつ開口２ａを通して露出した表面層１２の表面を微小電極表面１ａとして、図１(a)に示す積層構造を有するめっき金型Ｍを製造した。
【００５０】
〔金属粉末の作製〕
次に、上記めっき金型Ｍと、下記組成のニッケルめっき液（ｐＨ＝３）とを使用して、エアバブリング中、液温４５℃の条件でニッケルの電気めっきを行った。
（成 分） （濃 度）
硫酸ニッケル６水和物 ２００ｇ／リットル
塩化ニッケル６水和物 ４０ｇ／リットル
ホウ酸 ３０ｇ／リットル
サッカリン １ｇ／リットル
電気めっきは、めっき金型Ｍを陰極とし、かつ陽極にニッケル板を使用して、直流１０Ａ／ｄｍ2で３０秒間の通電を行うことによって実施し、それによってめっき金型Ｍの微小電極表面１ａに選択的に、ニッケル薄膜を成長させた。
【００５１】
そして電気めっき後のめっき金型Ｍにポリプロピレン製の不織布を押し付けてこすることによって、微小電極表面１ａ上に形成されたニッケル薄膜をはく離してニッケル粉末を製造した。
得られたニッケル粉末を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、図４に示すように、いずれの粉末も欠陥や変形のない、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍ、長円形の平面形状を有する、厚みｔ＝１μｍの粉末であることが確認された。
【００５２】
〔異方導電膜の製造〕
２種の固形エポキシ樹脂〔旭化成(株)製の品番６０９９（樹脂Ａとする）、６１４４（樹脂Ｂとする）〕と、マイクロカプセル型潜在性硬化剤〔旭化成(株)製の品番ＨＸ３７２１（硬化剤とする）〕とを、重量比で樹脂Ａ／樹脂Ｂ／硬化剤＝７０／３０／４０の割合で、酢酸ブチルとメチルイソブチルケトンとの重量比７５／２５の混合溶媒に溶解して、樹脂分、すなわち樹脂Ａ、樹脂Ｂおよび硬化剤の３成分の合計の濃度が４０重量％である樹脂溶液を調製した。
【００５３】
次にこの樹脂溶液に、前記式(1)で求められる充てん率が０．５体積％となるように、先に作製した金属粉末を配合し、遠心かく拌ミキサーを用いてかく拌して均一に分散させることで、異方導電膜用の液状の複合材料を調製した。
そしてこの複合材料を、ＰＥＴフィルム上に、ドクターナイフを用いて塗布した後、４０ｍＴの磁場をかけながら８０℃で５分間、次いで１００℃で１０分間、加熱して溶媒を乾燥、除去するとともに樹脂を予備硬化させて、金属粉末の長さ方向が膜の厚み方向と一致するように配向した状態で固定された、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。
【００５４】
参考例２
参考例１で作製したのと同じ金属粉末を、その充てん率が２．０体積％となるように樹脂溶液に配合したこと以外は参考例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。
比較例１
〔金属粉末の作製〕
純水に、硫酸ニッケルと、クエン酸三ナトリウムとを溶解し、次いで三塩化チタンを混合して還元析出反応用の液を調製した。次に述べるｐＨ調整後の液における各成分のモル濃度は、Ｎｉ(II)が０．０４モル／リットル、クエン酸が０．３モル／リットル、Ｔｉ(III)が０．１モル／リットルとした。
【００５５】
次にこの液をかく拌下、アンモニア水と、必要に応じて少量の純水とを加えて液のｐＨを９に調整するとともに、各成分のモル濃度を上記の値に調整して、還元析出反応を開始させた。液温は２３±１℃とし、液のかく拌速度は４００ｒｐｍとした。
そして、１５分経過時点で液中に析出した沈殿をロ別し、水、次いでエタノールで十分に洗浄した後、真空乾燥して、多数の金属粒が鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を得た。
【００５６】
得られた金属粉末は、その鎖長が５〜２０μｍの範囲で分布していた。また金属粉末を形成する個々の金属粒の一次粒子径は４００ｎｍであった。
〔異方導電膜の製造〕
上記の金属粉末を使用したこと以外は実施例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。金属粉末の充てん率は０．５体積％であった。
比較例２
〔金属粉末の作製〕
液温を５０±１℃、ｐＨを１０．５としたこと以外は比較例１と同様にして、多数の金属粒が鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を得た。
【００５７】
得られた金属粉末は、その鎖長が１０〜３５μｍの範囲で分布していた。また金属粉末を形成する個々の金属粒の一次粒子径は４００ｎｍであった。
〔異方導電膜の製造〕
上記の金属粉末を使用したこと以外は実施例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。金属粉末の充てん率は０．５体積％であった。
接続抵抗、絶縁抵抗の測定
幅１５μｍ、長さ５０μｍ、厚み８μｍのＡｕ電極が１５μｍ間隔で配列された電極パターンを有するＦＰＣの、上記電極パターン上に、実施例、比較例で製造した異方導電膜を重ねて、８０℃に加熱しながら０．１Ｎ／ｍｍ2の圧力で１０秒間、加圧して仮接着した。
【００５８】
次にこの異方導電膜上に、同形状、同寸法の電極パターンを有するもう１枚のＦＰＣを、異方導電膜を挟んで電極パターン同士を相対向させて、両電極パターンの各々の電極が１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせした状態で、２００℃に加熱しながら３Ｎ／ｍｍ2の圧力で加圧して本接着した。
そして異方導電膜を介して導電接続された、相対向する２つのＡｕ電極間の抵抗値を測定して、異方導電膜の厚み方向の接続抵抗とした。
【００５９】
また隣り合う２つのＡｕ電極間の抵抗値を測定して、異方導電膜の面方向の絶縁抵抗とした。
限界電流値の測定
異方導電膜を介して導電接続された、相対向する２つのＡｕ電極間に流す電流を徐々に増加させた際に、溶断による断線が発生した電流値を求めて限界電流値とした。
【００６０】
以上の結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
表より、最大長が膜の厚みを超える鎖状の金属粉末を用いた比較例２の異方導電膜は、長寸の金属粉末が膜の厚み方向にきれいに配向せず、斜めに存在していたことから、膜の面方向の絶縁抵抗が１００ＭΩという低い値を示すことがわかった。
また最大長を膜の厚み以下とした鎖状の金属粉末を用いた比較例１の異方導電膜は、膜の面方向の絶縁抵抗を１００ＧΩまで高くすることができるものの、相対的に導電ネットワークの形成に寄与しない短寸のものが多量に含まれるため、膜の厚み方向の接続抵抗が０．３Ωと高くなってしまうこともわかった。
【００６３】
さらに比較例１、２の異方導電膜はいずれも、限界電流値が０．５Ａと小さいため、大電流を流す回路などの接続には適さないこともわかった。
これに対し参考例１、２の異方導電膜はいずれも、長さＬを膜の厚み以下とした金属粉末を用いているため、比較例２に比べて膜の面方向の絶縁抵抗を高くできるとともに、金属粉末の寸法、形状が揃っていて、導電ネットワークの形成に寄与しない短寸のものなどを含まないため、比較例１に比べて、膜の厚み方向の接続抵抗を低くできることが確認された。
【００６４】
また両参考例の異方導電膜はいずれも、両比較例に比べて限界電流値が大きいことから、大電流を流す回路などの接続に適していることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 同図(a)〜(c)はそれぞれ、本発明の異方導電膜に含有させる金属粉末を、微細電鋳法によって製造する工程の一例を示す断面図である。
【図２】 同図(a)は、図１(a)〜(c)の工程に使用するめっき金型の一例を示す平面図、同図(b)(c)はそれぞれ、上記めっき金型を使用して製造される金属粉末の外観を示す斜視図である。
【図３】 同図(a)(b)はそれぞれ、本発明の異方導電膜に含有させる金属粉末の平面形状を示す平面図である。
【図４】 本発明の参考例１で作製した金属粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。
Claims (7)
- 長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離して製造した微細な金属粉末を、導電成分として含むことを特徴とする異方導電膜。
- 金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜。
- 金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下としたことを特徴とする請求項２記載の異方導電膜。
- 金属粉末を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金、もしくは磁性を有する金属を含む複合体にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜。
- 金属粉末を、微小電極表面に電気めっきによって積層、形成した２層以上の金属薄膜からなる複合体にて形成するとともに、その少なくとも１層を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、または磁性を有する金属と他の金属との合金にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜。
- 他の少なくとも１層を、導電性、耐酸化性に優れた他の金属にて形成したことを特徴とする請求項５記載の異方導電膜。
- 固形分として金属粉末と結着剤とを含み、かつ固形分の総量に占める金属粉末の割合で表される充てん率を０．０５〜２０体積％としたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜。
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