JP4282097B2 - 回路基板の接続方法、並びに接続構造体、及びそれに用いる接着フィルム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば半導体チップや回路基板等の高密度電極を有する電子部品と、他の回路基板との接着剤を用いた接続に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度な電極や回路類の接続方法として、はんだや共晶等の従来のリジットな接続に比べ、ソフトな接続が得られ熱応力の緩和が可能な接着剤による接続が近年盛んとなってきた。接着剤としては、粒子等の導電材料を所定量含有することで加圧もしくは加熱加圧により加圧方向のみに導電性を有する、いわゆる異方導電性接着剤が多用されるようになってきた。この接着剤は、液状もしくはフィルム状物として供給されている。
異方導電性接着剤による接続は、接続すべき回路の間に接着剤を塗布したりフィルム状の場合には載置するなどして形成し、相対峙する回路を位置合わせ及び加熱加圧して多数の回路を一括接続するものである。接続に際して異方導電性接着剤は、相対峙する回路部やそのごく近傍にのみ形成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
異方導電性接着剤を相対峙する回路部もしくはその極近傍にのみ形成する理由は、例えば対向基板の回路が主面上に相対峙する導電接続領域と、回路交差部を含む絶縁接続領域とを合わせて有する場合、全面に形成すると回路交差部において異方導電性接着剤中の粒子等の導電材料によりショートしてしまい絶縁接続領域の絶縁性が失われるためである。
この対策として絶縁接続領域に、一般の絶縁性接着剤を形成して接続した場合、回路接続時の加熱加圧で絶縁性接着剤が溶融し回路交差部でやはりショートが発生する。同様に絶縁性フィルムを挿入して接続すると、ショートは防止できるものの接着性がないので、対向基板の接合強度が不足してしまい別途補強が必要である。さらに一方の回路面をレジストインク等で絶縁被覆した後に、接続した場合、ショートは防止できるものの、レジスト層が回路上に盛り上がって存在するため、導電接続領域の異方導電性接着剤の接続が不十分で接続信頼性が低下する。
本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、導電接続領域と絶縁接続領域との接続を確実に得ることの可能な、接着剤を用いた回路基板の接続に関する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に多数の回路が形成された対向する基板の接続方法であって、対向する回路が相対峙して形成された導電接続領域と、回路の露出部に交差する絶縁接続領域とを有し、前記導電接続領域に高分子核材に導電層を形成した導電粒子を含むフィルム状の異方導電性接着剤を配置し、絶縁接続領域には少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含むフィルム状の絶縁性接着剤を配置し、前記接着剤は同一材質の硬化性エポキシ系接着剤であり、相対峙する回路を位置合わせし対向基板を加熱加圧し、導電接続領域と絶縁接続領域を分離して接続し、両接続領域の接続後の回路間隔を同等とする回路基板の接続方法、並びに対向する回路が相対峙して形成された導電接続領域と、回路の露出部が交差する絶縁接続領域とを有し、前記導電接続領域には高分子核材に導電層を形成した導電粒子を含むフィルム状の異方導電性接着剤を、絶縁接続領域には少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含むフィルム状の絶縁性接着剤を介して対向基板が接着剤で接合されてなり、前記接着剤は同一材質の硬化性エポキシ系接着剤であり、導電接続領域が導電粒子により、絶縁接続領域が不融性の絶縁体によりそれぞれ隔てられ、両接続領域の接続後の回路間隔を同等とし、接着剤で接合されてなる回路基板の接続構造体、並びにこれらの実施に好適な、セパレータ上に、高分子核材に導電層を形成した導電粒子を含むフィルム状の異方導電性接着剤と、前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含むフィルム状の絶縁性接着剤が川状に隣接形成され、その境界で導電粒子が持つ色相の差を有し、前記接着剤は同一材質の硬化性エポキシ系接着剤である接着フィルムに関する。
【０００５】
本発明を図面を参照にしながら以下説明する。
図１は本発明の一実施例を説明する回路基板の接続方法を示す断面模式図である。本発明に用いる基板１は、半導体チップ類のシリコーンやガリウム・ヒ素等やガラス、セラミックス、絶縁処理金属、ガラス・エポキシ複合体、プラスチック等の一般的な絶縁基板であり、これに対向する基板２も同様な材質からなる。
基板１と２を対向させたときにこれら基板の回路は、相対峙する導電接続領域Ａの３−４と、絶縁接続領域Ｂの回路４との交差部の電極５とを含む。
この状況を基板１と２の透視平面で考えると、導電接続領域Ａの基板１と２を対向させたとき各主面上の回路は、相対峙する回路３と回路４、及び絶縁接続領域Ｂの電極５と回路４との交差部を含むものである。
回路３と回路４及び電極５は、半導体チップ類のバンプやパッド、絶縁基板上に銅箔等の電極を有する印刷回路板等がある。これらは、相対峙する３−４及び５−４の少なくとも一方が基板面より突出している場合が好適であるが、他の対向する回路４は例えば薄膜法や、アディティブ法等で得たいわゆる平面電極やバンプレス半導体チップ類のパッドの場合のような凹状電極でも良い。
本発明の基板構成として、例えば印刷回路で形成した導電接続領域と、半導体チップ類を実装するためのスルーホール電極やバイアホールが露出した絶縁接続領域とを有する基板１を、ガラス基板上のＩＴＯ薄膜回路と一部で導電接続しながらスルーホールランド等の突出した電極部を絶縁して接続するケースがある。
前記導電接続領域Ａもしくはその近傍に導電材料７を含有した異方導電性接着剤６を形成し、絶縁接続領域Ｂには少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体８を含む絶縁性接着剤９を形成し、相対峙する回路３−４を位置合わせし、対向基板を加熱加圧して回路基板を接続する。
【０００６】
このとき図２のように対向基板の回路接続部の間隔１１が、導電接続領域Ａが導電材料７により、絶縁接続領域Ｂが不融性の絶縁体８によりそれぞれ隔てられて、接着剤１０で接合される。接着剤１０は、異方導電性接着剤もしくは絶縁性接着剤９の接着剤成分であり、領域Ａ−Ｂ間には材質差や空気層等による境界１２が存在しても良い。
異方導電性接着剤６は、導電材料７と接着剤１０よりなり、導電材料７として例えば導電性粒子を所定量含有した接着剤や膜状物であり、接続後の電極間に導電材料を介在する。また異方導電性接着剤６には、回路間隔１１の制御材として、絶縁体８がさらに存在して良い。
導電材料７は、粒径を隣接電極間距離よりも小さくすることや、添加量を２０体積％以下好ましくは１５体積％以下として、隣接電極とショートさせない構成とする必要がある。
導電材料７の代表例である導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン等があり、またこれら導電粒子を核材とするか、あるいは非導電性のガラス、セラミックス、プラスチック等の高分子、等からなる核材に前記したような材質からなる導電層を被覆等により形成したものでも良い。さらに前記したような導電粒子を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子と絶縁粒子の併用等も適用可能である。
これら導電粒子の中では、はんだ等の熱溶融金属や、プラスチック等の高分子核材に導電層を形成したものが、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有するので、接続時に回路との接触面積が増加し信頼性が向上するので好ましい。特に高分子類を核とした場合、はんだのように融点を示さないので軟化の状態を接続温度で広く制御でき、電極の厚みや平坦性のばらつきに対応し易い異方導電性接着剤６が得られるので特に好ましい。
接着剤１０は、異方導電性接着剤６と絶縁性接着剤９の接着剤成分とを示し、ポリイミド等の熱可塑性材料や、熱や光により硬化性を示す接着性を有する材料が広く適用できる。これらは接続後の耐熱性や耐湿性に優れることから、硬化性材料の適用が好ましい。中でもエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性が良く、分子構造上接着性に優れる等の特徴から好ましく適用できる。
エポキシ系接着剤は、例えば高分子量のエポキシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタンやポリエステル、アクリルゴム、ＮＢＲ、ナイロン等で変性したエポキシを主成分とし、硬化剤や触媒、カップリング剤、充填剤等を添加してなるものが一般的である。
【０００７】
図３に示すように本発明に用いる絶縁性接着剤９は、少なくとも前記接着剤１０の接続温度領域で不融性の絶縁体８を含むもので全方向に絶縁性の接着フィルムが好ましい。接着剤１０は前述と同様なものが可能である。この場合、異方導電性接着剤６と絶縁性接着剤９の接着剤１０を同一材質で形成すると、接続時の流動性や硬化性が同じであるため、一度の接続操作で信頼性に優れた接続が可能となる。
絶縁体８は、粒子（図３−ａ〜ｃ）、繊維（図３−ｄ）、及びフィルム状（図３−ｅ）のいずれも適用可能であり、これらは少なくとも接着剤１０でその一部が覆われ保持されてなる。接着剤１０は、全方向に絶縁性の接着剤であり液状やペースト状でも良いがフィルム状が好ましい。フィルム状であると絶縁体８を一定位置に保持でき、一定厚みの長尺で供給可能なことから接続工程の自動化が図れる。
絶縁体８の粒子としは、ガラスやアルミナ、シリカ等の無機物、あるいはエポキシ樹脂やポリスチレン、ベンゾグアナミン、アクリル系等の高分子類がある。この場合の添加量は２０体積％以下好ましくは１〜１５体積％が好ましい。添加量が多いと接着性が低下し、少ないと微小回路に存在しにくくなる。交差部の回路もしくは電極上に最低１個が必要であり、接着性の許す限り多数個が好ましい。
同じく繊維としては前記粒子と同様であるが、よりアスペクト比（最大径／最少径）の大なるものであり、これは単体でも織布または不織布等として加工されたもので良い。またフィルム状の場合、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリイミド、等の高分子類よりなるプラスチックフィルムや、接続時に接着剤１０よりも高粘度の接着剤や樹脂類を例示できる。
粒子状の場合、接着剤に分散すれば良いのでフィルム化の加工が行い易い。また繊維やフィルム状の場合、粒子状に比べ絶縁層を面で構成できるので絶縁接続がより確実に形成できる。
これらの最少厚みは導電接続部の接続後の厚みとほぼ同等とし、また均一厚みとすると、導電及び絶縁接続部との平坦性が得られ、接続部の応力が均一化でき好ましい。そのため最少厚みは絶縁性の得られる限り薄くて良く、０．５〜１５μｍが好ましく、１〜７μｍがより好ましい。
絶縁体８が、少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性である理由は、回路間の絶縁を確実とするためであり、接続時の加熱加圧で溶融せず、ショートが防止可能であれば良い。すなわち、絶縁体は粒子の使用環境下の最高温度と考えられる接続条件下で変形や破壊しても良いが、溶融せずに接続後に回路間に介在して絶縁性が得られれば良い。
【０００８】
図４例示のように、異方導電性接着剤６と絶縁性接着剤９は、必要に応じて用いるセパレータ１３上に隣接（図４−ａ）したり、川状（図４−ｂ）に形成しても良く、図４−ｃのように両者の間にスペース１４を設けることもできる。また異方導電性接着剤６の厚みと絶縁性接着剤９の厚みを、それぞれ任意に認定可能であり、例えば図４−ｄのように絶縁性接着剤９の厚みを、異方導電性接着剤６の加熱加圧による接続後の回路間距離（厚み）と同等にすることもできる。またこの絶縁性接着剤９の厚みは絶縁体８の径と一致することもできる。以上の構成は任意に組合せが可能である。
【０００９】
【作用】
本発明の接続方法によれば、導電接続部を異方導電性接着剤により、絶縁接続領域には少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含む絶縁性接着剤を形成し回路導体の接続を得るため、各目的の接続をより確実に得ることが可能となる。不融性の絶縁体は接着剤が低粘度となる接続時の加熱加圧でも溶融せず回路上に存在するので、絶縁接続が確実に得られる。導電接続部は異方導電性接着剤により厚み方向に導電性、面方向の絶縁体が得られる。
本発明の接続構造体は、導電接続領域の導電粒子により、絶縁接続領域が不融性の絶縁体によりそれぞれ隔てられ、接着剤で接合されてなるので各目的の接続部がより確実に達成される。また、両接続領域の接着剤を同一材料として形成可能なので、接続時の粘度や硬化性、接続後の熱膨張収縮や弾性率の一致が可能で接続信頼性が向上する。さらに両接続領域の回路間距離を、接着剤の厚みや絶縁体の粒径により自由に設定可能である。
本発明に好適な絶縁性の接着フィルムは、接続時の加熱加圧で不融性の絶縁体を含有してなるので、回路接続構造体の絶縁接続部に絶縁体が存在可能であり、回路間の絶縁性が確実に得られる。またセパレータ上に異方導電性接着剤と絶縁性接着剤とを隣接形成することも可能であり、基板への貼り付けが一度で完了し、作業が簡単容易である。
【００１０】
【実施例】
以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
実施例１
ポリイミドフィルム上に高さ１８μｍの銅の回路を有し、この回路形成面の端部に導電接続領域として長さ２ｍｍ×幅２５ｍｍの面積内に平行回路（回路ピッチは１００μｍ、回路幅５０μｍ）と、引き回し回路及びポリイミドを貫通したスルーホール電極とが形成された長さ４ｍｍ×幅２５ｍｍの絶縁接続領域とをもつ回路基板（ＦＰＣ）を準備した。このものを、ガラス１．１ｍｍ上に酸化インジウム厚み０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）の薄膜平行回路を全面に有するＡサイズのガラスパネル端部に、絶縁接続領域を外側として接続した。
導電接続領域の接続は、ＦＰＣ回路にアニソルムＡＣ−７１０４（異方導電フィルム、分解能１０本／ｍｍ、厚み１６μｍ、エポキシ系熱硬化系接着剤に粒径１０μｍのプラスチックにめっきした導電粒子を含有、日立化成工業株式会社の商品名）を１．５ｍｍ幅で貼り付け、絶縁接続領域にアニソルムＡＣ−７１０４の導電粒子に代えて、めっきしないプラスチック粒子を３体積％含有した絶縁性接着フィルムを３ｍｍ幅で貼り付けた。
セパレータを剥離した後ＦＰＣ回路板とガラスパネル端部の回路を位置合わせした後、１６０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ² 、１５秒で加熱加圧した。
接続体の導電接続部の隣接抵抗を測定したところ１０オーム以下であり、絶縁接続部は１０⁹ オーム以上であった。
接続部の断面観察の結果、導電接続部の回路間の距離が３μｍとなり導電粒子は偏平化し回路と面接触していた。絶縁接続部の絶縁粒子も偏平化し回路と接触していたが両回路の接触は無かった。
絶縁粒子は接続時に軟化するものの不融性であるので、接着剤が低粘度となる接続時の加熱加圧でも溶融せず、絶縁接続が確実に得られた。導電接続部は異方導電性接着剤により厚み方向に導電性であり、面方向の絶縁性が得られた。また接着剤による両基板の固定が可能であり、余剰の接着剤は接続部からはみでて硬化し接続部のシール効果も合わせて得られた。
【００１１】
比較例１
実施例１と同様であるが、絶縁性接着フィルムにプラスチック粒子を添加しなかった。この場合、絶縁接続部の回路同士で接触し絶縁性の無い部分が発生した。
【００１２】
実施例２
実施例１と同様であるが、絶縁性接着フィルムのプラスチック粒子を、接続後の回路間距離３μｍと等しい粒径のシリカ球状粒径とした。この場合も導電接続部の導電性、面方向の絶縁性が得られた。絶縁体であるシリカ粒子が硬質なので変形せず、ギャップコントロール材として作用し均一厚みの接続体が得られた。
【００１３】
実施例３
実施例２と同様であるが、絶縁性接着フィルムのプラスチック粒子の粒径を３μｍとし、さらにフィルムの厚みも３μｍとした。また接続時は導電接続部のみを加熱加圧し、絶縁接続部は接続時の基板からの熱伝導のみとし加圧をしなかった。この場合も導電接続部の導電性、面方向の絶縁性が得られた。絶縁体であるプラスチック粒子が変形せず、ギャップコントロール材として作用し均一厚みの接続体が得られた。絶縁接続部は接続時の基板からの熱伝導で硬化した。
【００１４】
実施例４〜５
実施例１と同様であるが、絶縁性接着フィルムのプラスチック粒子に変えて、不織布（繊維径２μｍのガラス、実施例４）、ＰＥＴフィルム（厚み４μｍ、実施例５）とした。
両実施例とも、導電接続部の導電性、面方向の絶縁性が得られた。これら実施例においては、接続時の加熱加圧による接着剤の流動によっても、絶縁体が繊維状もしくはフィルム状のために溶融せずまた流動しにくいので、絶縁接続がより確実に得られた。
【００１５】
実施例６
実施例１の、異方導電フィルム１．５ｍｍ幅と、絶縁性接着フィルム３ｍｍ幅を、一枚のセパレータ上に隣接させてシルクスクリーンを用いて川状に形成した一体化フィルムを用いた。この場合も導電接続部の導電性、面方向の絶縁性が得られた。本実施例では、導電接続領域と絶縁接続領域の境界に注意するのみで基板への貼り付けが一度で完了した。この境界は絶縁性接着フィルムと、異方導電フィルム中の導電粒子が持つ色相の差で明瞭であり、作業が簡単容易であった。
【００１６】
実施例７
実施例１と同様であるが、ＦＰＣに変えて、ＩＣチップ（５×２０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、長辺側の対向２辺の周囲端部にバンプと呼ばれる５０μｍ角、高さ２０μｍの金電極が２００個形成）を用いた。ガラス側のＩＴＯ電極を、前記ＩＣチップのパンプ電極のサイズに対応するように変更した。
実施例１の異方導電フィルム０．５ｍｍ幅をバンプ形成面端部に貼り付け、それと平行にＩＣチップ中央部に絶縁性接着フィルム２ｍｍ幅を貼り付け、接続した。この場合も導電接続部の導電性、面方向の絶縁性が得られた。本実施例では、ＩＣチップの端面欠けや割れの発生も見られなかった。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導電接続領域と絶縁接続領域とを分離した回路接続が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路基板の接続時の構成の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施例を示す回路基板の接続構造の断面模式図である。
【図３】本発明の実施に好適な接着フィルムの断面模式図である。
【図４】本発明の実施に好適な接着フィルムの別の断面模式図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 基板
３ 回路 ４ 回路
５ 電極 ６ 異方導電性接着剤
７ 導電材料 ８ 絶縁体
９ 絶縁性接着剤 １０ 接着剤
１１ 回路間隔 １２ 境界
１３ セパレータ １４ スペース
Ａ 導電接続部 Ｂ 絶縁接続部

Claims (3)

1. 基板上に多数の回路が形成された対向する基板の接続方法であって、
   対向する回路が相対峙して形成された導電接続領域と、回路の露出部が交差する絶縁性接着領域とを有し、
   前記導電接続領域に高分子核材に導電層を形成した導電粒子を含むフィルム状の異方導電性接着剤を配置し、絶縁接続領域には少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含むフィルム状の絶縁性接着剤を配置し、
   前記接着剤は同一材質の硬化性エポキシ系接着剤であり、相対峙する回路を位置合わせして対向基板を加熱加圧し、導電接続領域と絶縁接続領域を分離して接続し、両接続領域の接続後の回路間隔を同等とすることを特徴とする回路基板の接続方法。
2. 対向する回路が相対峙して形成された導電接続領域と、回路の露出部が交差する絶縁性接着領域とを有し、
   前記導電接続領域には高分子核材に導電層を形成した導電粒子を含むフィルム状の異方導電性接着剤を、絶縁接続領域には少なくとも前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含むフィルム状の絶縁性接着剤を介して対向基板が接合されてなり、
   前記接着剤は同一材質の硬化性エポキシ系接着剤であり、導電接続領域が導電粒子により、絶縁接続領域が不融性の絶縁体によりそれぞれ隔てられ、両接続領域の接続後の回路間隔を同等とし、接着剤で接合されてなる回路基板の接続構造体。
3. セパレータ上に、高分子核材に導電層を形成した導電粒子を含むフィルム状の異方導電性接着剤と、前記接着剤の接続温度領域で不融性の絶縁体を含むフィルム状の絶縁性接着剤が川状に隣接形成され、その境界で導電粒子が持つ色相の差を有し、前記接着剤は同一材質の硬化性エポキシ系接着剤である接着フィルム。

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