JP6099303B2 - 電子部品の接合条件決定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属粒子を含有する接着フィルムを用いた電子部品の接合条件決定方法に関する。
従来から、導電性粒子が分散された硬化性樹脂を剥離フィルムに塗布したテープ状の接続材料（例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ；Anisotropic Conductive Film）（以下、「接着フィルム」ともいう。））が用いられている。この異方性導電フィルムは、例えば種々の端子同士を接着すると共に電気的に接続する場合に用いられている。
異方性導電フィルムの接合条件を決める際には、例えば、加熱押圧装置（加熱ボンダー）の温度・圧力を設定した後に加熱（空打ち）し、その際、到達した温度を熱電対で測定して温度を推定し、実際に異方性導電フィルムを圧着し、導電性粒子の溶融、結合状態を確認する。
しかし、熱電対による到達温度の測定では、実際の温度とズレが生じることがあった。また、圧力、時間、熱伝導、熱容量等のファクターがあるため、到達温度だけでは、実際に導電性粒子が溶融、金属結合するかどうか判断できなかった。さらに、導電性粒子を含有させた異方性導電フィルムを圧着することで金属結合の有無を確認することはできるが、温度をかけすぎているかどうかを判断することが困難であった。
温度をかけすぎてしまうと、異方性導電フィルム中のバインダーが十分に流動する前にバインダーの熱硬化反応が進んでしまい、電子部品の端子間に導電性粒子を捕捉することができない。その後、導電性粒子は、溶融するが、電子部品の端子と十分に接していないため、十分な金属結合を形成することができない。そのため、電子部品の端子同士が接続されてなる接続構造体の導通信頼性が悪化してしまう。温度の測定は、通常、測定部分に微小な熱電対を差し込んで行うが、実際の製品では確認することができない。
そこで、特許文献１には、異方性導電フィルムの圧着時の接合条件（例えば、到達温度や硬化度合い）を確認するために、異方性導電フィルムに感熱性の色素カプセルを配合する方法が提案されている。
しかし、色は、厚みにより濃度が変化するため、厚い異方性導電フィルムでは色が濃くなり、薄い異方性導電フィルムでは色が薄くなってしまう。すなわち、色は、熱の到達とは異なるファクターで変化してしまう。また、異方性導電フィルム自体が薄いので、色をつけようとしても認識できるほどの十分な濃さにならない。
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電子部品の加熱圧着時の接合条件を正確に決定することができる電子部品の接合条件決定方法を提供することを目的とする。
本発明に係る電子部品の接合条件決定方法は、導電性粒子として使用される、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子を含有する異方性導電フィルムを介在させて、第１の電子部品と第２の電子部品とを加熱圧着し、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の、光学顕微鏡により得られる画像における前記固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子の面積値を算出することによって、加熱圧着時の、少なくとも到達温度を含む接合条件を決定する。
本発明は、第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間に異方性導電フィルムを介在させて、第１の電子部品と第２の電子部品とを接続する接続構造体の製造方法において、導電性粒子として使用される、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子を含有する異方性導電フィルムを介在させて、第１の電子部品と第２の電子部品とを加熱圧着し、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の、光学顕微鏡により得られる画像における前記固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子の面積値を算出することによって、加熱圧着時の、少なくとも到達温度を含む接合条件を決定し、接合条件に基づいて、異方性導電フィルムを介在させた第１の電子部品と第２の電子部品とを、相対的に固相線温度が低い金属粒子を溶融させ、他の金属粒子を溶融させない状態の加熱温度で加熱押圧する。
本発明によれば、加熱圧着後の接着フィルム中の金属粒子の溶融状態を観察することによって、溶融した金属粒子と溶融していない金属粒子とを特定することができるので、加熱圧着時の接合条件、例えば加熱圧着時の到達温度を正確に決定することができる。
以下、本発明の実施の形態（以下、「本実施の形態」という。）について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．接着フィルム（図１、図２）
１−１．接着フィルムの構成
１−２．接着フィルムの製造方法
２．電子部品の接合条件決定方法（図３〜図６）
３．接続構造体の製造方法（図７）
１．接着フィルム（図１、図２）
１−１．接着フィルムの構成
１−２．接着フィルムの製造方法
２．電子部品の接合条件決定方法（図３〜図６）
３．接続構造体の製造方法（図７）
＜１．接着フィルム＞
（１−１．接着フィルムの構成）
本実施の形態に係る接着フィルムは、固相線温度（融点）及び粒径が異なる複数の金属粒子が含有されている。このように、接着フィルム中の複数の金属粒子は、粒径と固相線温度がそれぞれ異なるので、加熱圧着後の接着フィルム中の金属粒子の溶融状態を観察することによって、溶融した金属粒子と溶融していない金属粒子とを特定することができる。例えば、どの粒径の金属粒子までが金属結合したかによって、接着フィルムに対するボンダーのある条件下における加熱温度を確認することができる。
（１−１．接着フィルムの構成）
本実施の形態に係る接着フィルムは、固相線温度（融点）及び粒径が異なる複数の金属粒子が含有されている。このように、接着フィルム中の複数の金属粒子は、粒径と固相線温度がそれぞれ異なるので、加熱圧着後の接着フィルム中の金属粒子の溶融状態を観察することによって、溶融した金属粒子と溶融していない金属粒子とを特定することができる。例えば、どの粒径の金属粒子までが金属結合したかによって、接着フィルムに対するボンダーのある条件下における加熱温度を確認することができる。
したがって、後に詳述するように、本実施の形態に係る接着フィルムを介在させて、電子部品の端子同士を加熱圧着し、加熱圧着後の接着フィルム中の金属粒子の溶融状態を観察することによって、加熱圧着時の接合条件、例えば加熱圧着時の到達温度を正確かつ迅速に決定することができる。このような接着フィルム１は、溶融、金属結合条件と、温度をかけすぎたかどうかを判断できるので、加熱圧着時の到達温度を決定する用途の他に、例えば温度測定用の感熱シートに適用することができる。
図１に示すように、接着フィルム１としては、例えば、異方性導電フィルムを用いることができる。接着フィルム１は、バインダー（接着剤）２に金属粒子３（３Ａ、３Ｂ）が分散された異方性導電組成物４を、剥離基材５上に塗布することによって形成されている。
バインダー２としては、例えば、膜形成樹脂、熱硬化性樹脂、潜在性硬化剤、シランカップリング剤等を含有するものを用いることができる。
接着フィルム１には、固相線温度及び粒径の異なる複数の金属粒子３を含有されている。このように固相線温度及び粒径の異なる複数の金属粒子３を含有させることにより、加熱圧着後において、溶融した金属粒子３と溶融していない金属粒子３とを特定することができるので、加熱圧着時の到達温度を正確に決定することができる。
金属粒子３としては、目標とする加熱圧着時の到達温度に近い固相線温度を有するものを複数準備することが好ましい。例えば、目標とする加熱圧着時の到達温度を基準として、固相線温度の差が１℃以上あり、固相線温度が高いものほど粒径が小さい金属粒子３を複数用いることが好ましい。このように固相線温度の差が１℃以上ある金属粒子３を複数用いることにより、溶融した金属粒子３と溶融していない金属粒子３とをより正確に確認することができるので、より正確に加熱圧着時の到達温度を決定することができる。なお、金属粒子３の種類は、二種類以上であればよく、より確実に加熱圧着時の到達温度を確認するためには、三種類以上とすることが好ましい。例えば、図２に示すように、接着フィルム１Ａ中に、固相線温度及び粒径の異なる三種類の金属粒子３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を含有させるようにしてもよい。
金属粒子３は、平均粒径が、実際に使用する接着フィルム１Ａ中の金属粒子３の粒径付近のものを使用することが好ましい。また、金属粒子３としては、平均粒径の差がそれぞれ１μｍ以上あるものを複数用いることが好ましい。平均粒径の差がそれぞれ１μｍ以上ある金属粒子３を用いることにより、加熱圧着後の金属粒子３の溶融状態を観察することによって、どの粒径の金属粒子３までが溶融したかを容易に確認することができるため、加熱圧着時の到達温度をより正確に決定することができる。
金属粒子３としては、種々の導電性粒子を用いることができる。例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金等の各種金属の粒子、半田等の金属合金の粒子、金属酸化物の粒子を用いることができる。また、カーボン、グラファイト、ガラス、セラミック、プラスチック等の粒子の表面に金属をコートしたものや、これらの粒子の表面に更に絶縁薄膜をコートしたものを用いることができる。金属粒子３が、樹脂粒子の表面に金属をコートしたものである場合、樹脂粒子としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を用いることができる。
これらの金属粒子３の中では、半田粒子を用いることが好ましい。半田粒子は、固相線温度が比較的低いため、低温で加熱圧着することができる。また、半田粒子は、組成比を種々に組み合わせることによって、固相線温度を精密に調整することができる。半田粒子は、例えば、通常の水アトマイズ法により、溶融した合金を所定のノズルから水中に噴霧し、急冷凝固することによって得ることができる。
剥離基材５は、接着フィルム１Ａの形状を維持するためのものである。剥離基材５は、例えば、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）、ＯＰＰ（Oriented Polypropylene）、ＰＭＰ（Poly-4-methlpentene-1）、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）等にシリコーン等の剥離剤を塗布してなる。
（１−２．接着フィルムの製造方法）
次に、上述した接着フィルム１の製造方法の一例について説明する。例えば、バインダー２と固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３とを溶剤中で混合した後、混合物を剥離剤が塗布された剥離基材５上に所定の厚さとなるように塗布し、乾燥させて溶剤を揮発させる。これにより、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３を含有する接着フィルム１を作製することができる。
次に、上述した接着フィルム１の製造方法の一例について説明する。例えば、バインダー２と固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３とを溶剤中で混合した後、混合物を剥離剤が塗布された剥離基材５上に所定の厚さとなるように塗布し、乾燥させて溶剤を揮発させる。これにより、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３を含有する接着フィルム１を作製することができる。
バインダー２と金属粒子３との配合量は、バインダー２の重量部数が１００に対して、各々の金属粒子３の重量部数が０．５〜１０程度となるようにすることが好ましい。金属粒子３の配合量が０．５重量部未満であると、量が少なすぎるため、端子間に十分な金属結合を形成することができない。また、金属粒子３の配合量が０．５重量部未満であると、金属粒子３の数が少なすぎるため、どの粒径の金属粒子３が溶融したかの判定が困難になってしまう。一方、金属粒子３の配合量が１０重量部を超えると、横方向に隣り合う端子間で電気的な結合（ショート）が生じるおそれがある。また、金属粒子３の配合量が１０重量部を超えると、金属粒子３同士が溶融・結合して、金属粒子３の粒径が分からなくなってしまうおそれがある。
なお、上述した接着フィルム１に含有される金属粒子３は、電子部品の端子同士を電気的に接合する目的で使用することも可能であるが、温度指示の目的、すなわち加熱圧着時の到達温度を正確に決定する目的にのみ使用するようにしてもよい。
＜２．電子部品の接合条件決定方法＞
本実施の形態に係る電子部品の接合条件決定方法を行うにあたっては、加熱押圧装置の温度・圧力を設定した後に加熱を行い、その際、到達した温度を熱電対で測定して温度を推定しておく。その後、実際に接着フィルム１を圧着し、金属粒子３の溶融、結合状態を確認する。
本実施の形態に係る電子部品の接合条件決定方法を行うにあたっては、加熱押圧装置の温度・圧力を設定した後に加熱を行い、その際、到達した温度を熱電対で測定して温度を推定しておく。その後、実際に接着フィルム１を圧着し、金属粒子３の溶融、結合状態を確認する。
本実施の形態に係る電子部品の接合条件決定方法では、接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品と第２の電子部品とを加熱圧着し、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子３の溶融状態を観察することによって、加熱圧着時の接合条件を決定する。これにより、例えば従来の熱電対による圧着温度の測定よりも正確に、加熱圧着時の到達温度の測定をすることが可能となる。また、一種類の金属粒子３のみを含有した接着フィルムを用いた場合に比べて、より細かな温度範囲を特定することができる。結果として、加熱圧着時の到達温度を正確かつ迅速に決定することができる。
本実施の形態に係る電子部品の接合条件決定方法は、例えば図３に示すように、接着フィルム作製工程Ｓ１と、加熱圧着工程Ｓ２と、観察工程Ｓ３とを有する。
接着フィルム作製工程Ｓ１において、例えば上述した接着フィルム１の製造方法によって接着フィルム１を作製する。
加熱圧着工程Ｓ２において、例えば図４に示すように、接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを加熱圧着する。
第１の電子部品６及び第２の電子部品７としては、例えば、ＩＣチップ、ＬＳＩ（Large Scale Integration）チップ等のＩＣチップ以外の半導体チップやチップコンデンサ等の半導体素子、フレキシブルプリント基板、リジッド基板等を挙げることができる。
第１の電子部品６と第２の電子部品７との加熱圧着は、例えば加熱押圧装置を用いて行うことができる。例えば、加熱圧着は、加熱押圧装置の条件、例えば温度、圧力、時間を設定し、電子部品の上面を加熱押圧装置により、所定の圧力で加圧しながら接着フィルム１中の熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度で加熱することにより行う。加熱圧着時の加熱温度は、熱硬化性樹脂の種類によっても異なるが、例えば温度１４０〜２３０℃程度とすればよい。加熱圧着時の圧力は、例えば２〜５０ＭＰａ程度とすればよい。加熱圧着する時間は、例えば５〜３０秒とすることが好ましい。加熱圧着する時間を５〜３０秒とすることにより、異方性導電組成物４の流動性が不十分となってしまうことを防止し、また、作業性が低下してしまうことを防止することができる。
観察工程Ｓ３において、加熱圧着した部位を剥がし、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子３の溶融状態を観察することによって、溶融しなかった金属粒子３と溶融した金属粒子３とを確認する。
例えば、図５に示すように、観察工程Ｓ３において、まず、溶融していない金属粒子３があるかどうかを確認する（工程Ｓ１０）。例えば、加熱圧着した接着フィルム１の加熱圧着した部位を手で剥がし、接着フィルム１中の金属粒子３の粒径を、光学顕微鏡を用いて目視で観察することにより、金属粒子３が溶融しているかどうかを確認する。
接着フィルム１を介在させて第１の電子部品６と第２の電子部品７とを加熱圧着した後の金属粒子３の溶融状態の一例を図６に示す。図６に示す例では、金属粒子３として、平均粒径１０μｍ、固相線温度が１４０〜２００℃の半田粒子（１４０℃から溶融を開始し、２００℃で完全に溶融する固液相線幅が広い半田粒子）を用いた。加熱圧着する際の温度は、１２０℃（固相線温度以下）及び２００℃（固相線温度以上）とした。
固相線温度以下で加熱圧着した場合、図６（Ａ）に示すように、金属粒子３が多少押しつぶされるため、加熱圧着前と比べて金属粒子３の粒径が少し大きくなる。一方、固相線温度以上の温度で加熱圧着した場合、図６（Ｂ）に示すように、加熱圧着前と比べて金属粒子３の粒径が明らかに大きくなる。このように、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子３の粒径を観察することにより、金属粒子３が溶融しているかどうかを確認することができる。なお、図６（Ａ）に示す例では、第１の電子部品６又は第２の電子部品７と、硬化した接着フィルム１の層との界面で引き剥がされている（界面破壊）。図６（Ｂ）に示す例では、硬化した接着フィルム１の層が破壊されることによって引き剥がされている（凝集破壊）。
工程Ｓ１０において、溶融していない金属粒子３がある場合には、工程Ｓ１１に進み、溶融しなかった金属粒子３がない場合には、工程Ｓ１２に進む。
工程Ｓ１１において、溶融していない金属粒子３の粒径を観察する。これにより、加熱圧着時の到達温度は、溶融しなかった金属粒子３の固相線温度未満であって、溶融した金属粒子３の固相線温度以上であることを特定することができる。
工程Ｓ１２において、溶融していない金属粒子３がなかった場合、加熱圧着時の到達温度が過剰であるため、接着フィルム作製工程Ｓ１に戻る。
本実施の形態に係る電子部品の接合条件決定方法では、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３を含有する接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを加熱圧着し、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子３の粒径を観察する。
金属粒子３の粒径を観察した結果、上述したように、加熱圧着前と比べて金属粒子３の粒径が少し大きくなっていたときは、その金属粒子３が溶融していないことを特定することができる。一方、加熱圧着前と比べて金属粒子３の粒径が明らかに大きくなっているときは、その金属粒子３が溶融していることを特定することができる。このように、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子３の溶融状態を観察することによって、溶融した金属粒子３と溶融していない金属粒子３とを特定することができるので、加熱圧着時の到達温度を正確に決定することができる。
なお、上述した説明では、観察工程Ｓ３において、金属粒子３の溶融状態を、光学顕微鏡を用いて目視で観察するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、光学顕微鏡を用いて金属粒子３の粒径を観察する際に、画像処理によって金属粒子３の面積値を算出することにより、溶融した金属粒子３と溶融していない金属粒子３とを特定し、加熱圧着時の到達温度を決定するようにしてもよい。
例えば、金属粒子３として、上述した平均粒径１０μｍ、固相線温度が１４０〜２００℃の半田粒子を用いて、加熱圧着する際の温度を１２０℃（固相線温度以下）と、２００℃（固相線温度以上）とした場合の加熱圧着後の金属粒子３の面積値の結果を表１に示す。
表１に示すように、固相線温度以下で加熱圧着した場合の面積値の平均（６３０．４３９３μｍ２）と、固相線温度以上で加熱圧着した場合の面積値の平均（１１４３．９６μｍ２）とでは、約２倍の差があることが分かる。そのため、画像処理によって加熱圧着後の金属粒子３の面積値を算出することにより、溶融した金属粒子３と溶融していない金属粒子３とを特定し、加熱圧着時の到達温度を決定することができる。
また、上述した説明では、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３を含有する接着フィルム１を用いるものとしたが、この例に限定されず、例えば、固相線温度のみが異なる二種類の金属粒子を含有する接着フィルムを用いるようにしてもよい。このように固相線温度のみが異なる二種類の金属粒子を含有する接着フィルムを介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを加熱圧着した場合にも、加熱圧着後の接着フィルム中の金属粒子の溶融状態を観察する。これにより、溶融した金属粒子と溶融していない金属粒子とを特定することができので、加熱圧着時の到達温度を正確に決定することができる。
さらに、上述した説明では、加熱圧着時の接合条件として、圧力と加熱圧着時間を一定としたときの最適な到達温度を決定するものとしたが、この例に限定されるものではない。例えば、加熱圧着時の接合条件として、到達温度と圧力を一定としたときの最適な加熱圧着時間や、到達温度と加熱圧着時間を一定としたときの最適な圧力を決定するようにしてもよい。
＜３．接続構造体の製造方法＞
次に、上述した電子部品の接合条件決定方法を適用した接続構造体の製造方法について説明する。本実施の形態に係る接続構造体の製造方法では、第１の電子部品６の端子と第２の電子部品７の端子との間に接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを接続する。固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３を含有する接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを加熱圧着し、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子の溶融状態を観察する。これにより、相対的に固相線温度が低い金属粒子３を溶融させ、他の金属粒子３を溶融させないような加熱圧着時の到達温度を決定する。続いて、決定した到達温度に基づいて、接着フィルム１を介在させた第１の電子部品６と第２の電子部品７とを、相対的に固相線温度が低い金属粒子３を溶融させ、他の金属粒子３を溶融させないような加熱押圧装置の温度（ツール温度）で加熱押圧する。
次に、上述した電子部品の接合条件決定方法を適用した接続構造体の製造方法について説明する。本実施の形態に係る接続構造体の製造方法では、第１の電子部品６の端子と第２の電子部品７の端子との間に接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを接続する。固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子３を含有する接着フィルム１を介在させて、第１の電子部品６と第２の電子部品７とを加熱圧着し、加熱圧着後の接着フィルム１中の金属粒子の溶融状態を観察する。これにより、相対的に固相線温度が低い金属粒子３を溶融させ、他の金属粒子３を溶融させないような加熱圧着時の到達温度を決定する。続いて、決定した到達温度に基づいて、接着フィルム１を介在させた第１の電子部品６と第２の電子部品７とを、相対的に固相線温度が低い金属粒子３を溶融させ、他の金属粒子３を溶融させないような加熱押圧装置の温度（ツール温度）で加熱押圧する。
本実施の形態に係る接続構造体の製造方法は、例えば図７に示すように、接着フィルム作製工程Ｓ２０と、加熱圧着工程Ｓ２１と、観察工程Ｓ２２と、本圧着工程Ｓ２３とを有する。接着フィルム作製工程Ｓ２０、加熱圧着工程Ｓ２１及び観察工程Ｓ２２は、上述した電子部品の接合条件決定方法における接着フィルム作製工程Ｓ１、加熱圧着工程Ｓ２及び観察工程Ｓ３と同様であり、その詳細な説明を省略する。この接続構造体の製造方法において、金属粒子３としては、上述したように固相線温度が高いものほど粒径が小さいものを用いることが好ましい。
本圧着工程Ｓ２３では、観察工程Ｓ２２で観察した金属粒子３の溶融状態に基づいて、接着フィルム１を介在させた第１の電子部品６と第２の電子部品７とを、相対的に固相線温度が低い金属粒子３を溶融させ、他の金属粒子３を溶融させない状態の加熱温度で加熱押圧する。
このような接続構造体の製造方法で得られた接続構造体は、溶融した金属粒子３が金属結合している。通常は、加熱・加圧によって溶融した金属粒子３が押しつぶされて広がり、横方向の端子が金属粒子３によって短絡する危険があるが、溶融していない金属粒子３、すなわち相対的に固相線温度が高い金属粒子３によって、溶融した金属粒子３を押し潰す際の金属粒子３の厚さを制御して短絡を防止することができる。
また、接続構造体の生産量が少ない場合には、例えば、接合条件決定用の異方性導電フィルムを実際の接続用の異方性導電フィルムとしても使用できるため、本実施の形態に係る接続構造体の製造方法は、コスト的に有利である。
なお、本圧着工程Ｓ２３では、必要に応じて、観察工程Ｓ２２で観察した到達温度に基づいて加熱押圧装置の条件を変更し、再度第１の電子部品６と第２の電子部品７との加熱圧着を行うようにしてもよい。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、製造例１〜製造例５において固相線温度及び粒径が異なる複数の半田粒子を含有する異方性導電フィルムを作製し、この異方性導電フィルムを用いて電子部品の接合条件を決定した。
＜異方性導電フィルムの作製＞
（半田粒子の作製）
通常の水アトマイズ法により、溶融した合金を所定のノズルから水中に噴霧し、急冷凝固して、以下の（１）〜（５）の５種類の半田粒子を得た。
（１）半田粒子（ａ）
Ｓｎ：９１重量部、Ｚｎ：９重量部（固相線温度１９８℃、粒径１６μｍ）
（２）半田粒子（ｂ）
Ｓｎ：９５．８重量部、Ａｇ：３.５重量部、Ｃｕ：０．７重量部（固相線温度２１７℃、粒径１４μｍ）
（３）半田粒子（ｃ）
Ｓｎ：９６．５重量部、Ａｇ：３.５重量部（固相線温度２２１℃、粒径１２μｍ）
（４）半田粒子（ｄ）
Ｓｎ：４９重量部、Ｉｎ：３４重量部、Ｐｂ：１７重量部（固相線温度１３０℃、粒径１２μｍ）
（５）半田粒子（ｅ）
Ｓｎ：４７重量部、Ｂｉ：５３重量部（固相線温度１３８℃、粒径１０μｍ）
（半田粒子の作製）
通常の水アトマイズ法により、溶融した合金を所定のノズルから水中に噴霧し、急冷凝固して、以下の（１）〜（５）の５種類の半田粒子を得た。
（１）半田粒子（ａ）
Ｓｎ：９１重量部、Ｚｎ：９重量部（固相線温度１９８℃、粒径１６μｍ）
（２）半田粒子（ｂ）
Ｓｎ：９５．８重量部、Ａｇ：３.５重量部、Ｃｕ：０．７重量部（固相線温度２１７℃、粒径１４μｍ）
（３）半田粒子（ｃ）
Ｓｎ：９６．５重量部、Ａｇ：３.５重量部（固相線温度２２１℃、粒径１２μｍ）
（４）半田粒子（ｄ）
Ｓｎ：４９重量部、Ｉｎ：３４重量部、Ｐｂ：１７重量部（固相線温度１３０℃、粒径１２μｍ）
（５）半田粒子（ｅ）
Ｓｎ：４７重量部、Ｂｉ：５３重量部（固相線温度１３８℃、粒径１０μｍ）
（異方性導電フィルムの作製）
以下の製造例１〜製造例５に示すように、ベース配合樹脂１００重量部と半田粒子所定部数とをトルエン１００重量部に溶解し、混合後、バーコーターを用いて剥離ＰＥＴシート上に塗布し、６０℃で１０分間乾燥させて溶剤を揮発させ、厚み３０μｍの異方性導電フィルムを得た。ベース配合樹脂（バインダー）としては、イミダゾール系硬化剤（旭チバ社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）４０重量部と、フェノキシ樹脂（ＰＫＨＨ）４０重量部と、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製 ｅｐ８２８）２０重量部とを用いた。
以下の製造例１〜製造例５に示すように、ベース配合樹脂１００重量部と半田粒子所定部数とをトルエン１００重量部に溶解し、混合後、バーコーターを用いて剥離ＰＥＴシート上に塗布し、６０℃で１０分間乾燥させて溶剤を揮発させ、厚み３０μｍの異方性導電フィルムを得た。ベース配合樹脂（バインダー）としては、イミダゾール系硬化剤（旭チバ社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）４０重量部と、フェノキシ樹脂（ＰＫＨＨ）４０重量部と、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製 ｅｐ８２８）２０重量部とを用いた。
製造例１では、ベース配合樹脂１００重量部と、半田粒子（ａ）３重量部と、半田粒子（ｂ）３重量部と、半田粒子（ｃ）３重量部とを配合した異方性導電フィルムを得た。
製造例２では、ベース配合樹脂１００重量部と、半田粒子（ｄ）３重量部と、半田粒子（ｅ）３重量部とを配合した異方性導電フィルムを得た。
製造例３では、ベース配合樹脂１００重量部と、半田粒子（ａ）３重量部とを配合した異方性導電フィルムを得た。
製造例４では、ベース配合樹脂１００重量部と、半田粒子（ｂ）３重量部とを配合した異方性導電フィルムを得た。
製造例５では、ベース配合樹脂１００重量部と、半田粒子（ｄ）３重量部とを配合した異方性導電フィルムを得た。
製造例６では、ベース配合樹脂１００重量部と、半田粒子（ｅ）３重量部とを配合した異方性導電フィルムを得た。
＜実施例１＞
実施例１では、製造例１で得られた異方性導電フィルムを用いて、半田粒子（ａ）のみを金属結合させる最適な加熱押圧装置の温度（ツール温度）を決定した。
実施例１では、製造例１で得られた異方性導電フィルムを用いて、半田粒子（ａ）のみを金属結合させる最適な加熱押圧装置の温度（ツール温度）を決定した。
（測定１）
製造例１で得られた異方性導電フィルムを用いて、２００μｍピッチ（Ｌ／Ｓ＝１００μｍ／１００μｍ、金メッキ処理）の導通信頼性評価用のフレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、４００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体の接着剤部分を手で引き剥がして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。異方性導電フィルム中の溶融していない半田粒子の粒径を観察することによって、溶融した半田粒子を特定し、加熱圧着時の到達温度を確認した。半田粒子の溶融状態は、半田粒子の溶融、金属結合の有無について、光学顕微鏡を用いて目視で確認した。
製造例１で得られた異方性導電フィルムを用いて、２００μｍピッチ（Ｌ／Ｓ＝１００μｍ／１００μｍ、金メッキ処理）の導通信頼性評価用のフレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、４００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体の接着剤部分を手で引き剥がして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。異方性導電フィルム中の溶融していない半田粒子の粒径を観察することによって、溶融した半田粒子を特定し、加熱圧着時の到達温度を確認した。半田粒子の溶融状態は、半田粒子の溶融、金属結合の有無について、光学顕微鏡を用いて目視で確認した。
半田粒子（ａ）は溶融しており、半田粒子（ｂ）は溶融しておらず、半田粒子（ｃ）は溶融していなかった。この結果から、測定１における加熱圧着時の到達温度は、１９８℃以上２１７℃未満であり、また、加熱圧着時の到達温度が適正であることを確認することができた。
（測定２）
加熱押圧ボンダーによって、４３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定１と同様にして接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ａ）は溶融しており、半田粒子（ｂ）は溶融しており、半田粒子（ｃ）は溶融していなかった。この結果から、測定２における加熱圧着時の到達温度は、２１７℃以上２２１℃未満であり、また、加熱圧着時の到達温度が過剰であることを確認することができた。
加熱押圧ボンダーによって、４３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定１と同様にして接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ａ）は溶融しており、半田粒子（ｂ）は溶融しており、半田粒子（ｃ）は溶融していなかった。この結果から、測定２における加熱圧着時の到達温度は、２１７℃以上２２１℃未満であり、また、加熱圧着時の到達温度が過剰であることを確認することができた。
＜実施例２＞
実施例２では、製造例２で得られた異方性導電フィルムを用いて、半田粒子（ｄ）のみを金属結合させる最適な加熱押圧装置の温度（ツール温度）を決定した。
実施例２では、製造例２で得られた異方性導電フィルムを用いて、半田粒子（ｄ）のみを金属結合させる最適な加熱押圧装置の温度（ツール温度）を決定した。
（測定３）
製造例２で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、３００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融しており、半田粒子（ｅ）は溶融していなかった。この結果から、測定３における加熱圧着時の到達温度は、１３０℃以上１３８℃未満であり、また、加熱圧着時の到達温度が適正であることを確認することができた。
製造例２で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、３００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融しており、半田粒子（ｅ）は溶融していなかった。この結果から、測定３における加熱圧着時の到達温度は、１３０℃以上１３８℃未満であり、また、加熱圧着時の到達温度が適正であることを確認することができた。
（測定４）
加熱押圧ボンダーによって、３３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定３と同様にして接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融しており、半田粒子（ｅ）は溶融していた。この結果から、測定４における加熱圧着時の到達温度は、１３８℃以上であり、また、加熱圧着時の到達温度が過剰であることを確認することができた。
加熱押圧ボンダーによって、３３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定３と同様にして接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融しており、半田粒子（ｅ）は溶融していた。この結果から、測定４における加熱圧着時の到達温度は、１３８℃以上であり、また、加熱圧着時の到達温度が過剰であることを確認することができた。
＜比較例１＞
（測定５）
製造例３で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、４００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ａ）は溶融していた。この結果から、測定５における加熱圧着時の到達温度は、１９８℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
（測定５）
製造例３で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、４００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ａ）は溶融していた。この結果から、測定５における加熱圧着時の到達温度は、１９８℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
（測定６）
加熱押圧ボンダーによって、４３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定５と同様にして、接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融しており、半田粒子（ｅ）は溶融していた。この結果から、測定６における加熱圧着時の到達温度は、１９８℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
加熱押圧ボンダーによって、４３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定５と同様にして、接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融しており、半田粒子（ｅ）は溶融していた。この結果から、測定６における加熱圧着時の到達温度は、１９８℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
（測定７）
製造例４で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、４３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｂ）は溶融していた。この結果から、測定７における加熱圧着時の到達温度は、２１７℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
製造例４で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、４３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｂ）は溶融していた。この結果から、測定７における加熱圧着時の到達温度は、２１７℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
＜比較例２＞
（測定８）
製造例５で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、３００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融していた。この結果から、測定８における加熱圧着時の到達温度は、１３０℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
（測定８）
製造例５で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、３００℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融していた。この結果から、測定８における加熱圧着時の到達温度は、１３０℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
（測定９）
加熱押圧ボンダーによって、３３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定８と同様にして、接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融していた。この結果から、測定９における加熱圧着時の到達温度は、１３０℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
加熱押圧ボンダーによって、３３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行ったこと以外は、測定８と同様にして、接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｄ）は溶融していた。この結果から、測定９における加熱圧着時の到達温度は、１３０℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
（測定１０）
製造例６で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、３３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｅ）は溶融していた。この結果から、測定１０における加熱圧着時の到達温度は、１３８℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
製造例６で得られた異方性導電フィルムを用いて、フレキシブルプリント基板とリジット基板の端子部とを接続した。加熱押圧ボンダー（ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）によって、３３０℃、３ＭＰａで１０秒間の加熱押圧を行い、その後圧力を開放して接続構造体を得た。得られた接続構造体について、測定１と同様にして、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。半田粒子（ｅ）は溶融していた。この結果から、測定１０における加熱圧着時の到達温度は、１３８℃以上であることを確認することができた。しかし、加熱圧着時の到達温度が適正であるか過剰であるかどうかを確認することができなかった。
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２における電子部品の接合条件決定方法の結果をまとめたものを表２に示す。
また、測定１〜測定１０において得られた接続構造体の接続評価を行った。接続評価は、６０℃、９０％ＲＨ、５００ｈｒ、及び、−４０℃〜８５℃のＴＣＴ（温度サイクル試験）５００サイクルの環境試験に、測定１〜測定１０において得られた接続構造体を投入した後の導通信頼性を評価した。測定４〜測定１０において得られた接続構造体は、いずれも導通信頼性が良好ではなかった。これは、温度をかけすぎてしまったことにより、異方性導電フィルム中のバインダーが十分に流動する前にバインダーの熱硬化反応が進んでしまい、端子間に導電性粒子を捕捉することができず、半田粒子によって十分な金属結合を形成することができなかったためと考えられる。
以上説明したように、本実施例では、固相線温度及び粒径が異なる複数の半田粒子を含有する異方性導電フィルムを介在させて、端子同士を加熱圧着し、加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察した。加熱圧着後の異方性導電フィルム中の半田粒子の溶融状態を観察することによって、溶融した半田粒子と溶融していない半田粒子とを特定することができ、また、温度をかけすぎたかどうかを判断することができた。したがって、本発明では、加熱圧着時の到達温度を正確に決定することができることが分かった。
１ 接着フィルム、２ バインダー、３ 金属粒子、４ 異方性導電組成物、５ 剥離基材、６ 第１の電子部品、７ 第２の電子部品
Claims (6)
- 導電性粒子として使用される、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子を含有する異方性導電フィルムを介在させて、第１の電子部品と第２の電子部品とを加熱圧着し、加熱圧着後の前記異方性導電フィルム中の、光学顕微鏡により得られる画像における前記固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子の面積値を算出することによって、加熱圧着時の、少なくとも到達温度を含む接合条件を決定する電子部品の接合条件決定方法。
- 前記金属粒子は、固相線温度が高いものほど粒径が小さい請求項１記載の電子部品の接合条件決定方法。
- 前記金属粒子は、固相線温度の差が１℃以上である請求項２記載の電子部品の接合条件決定方法。
- 前記金属粒子は、平均粒径の差が１μｍ以上である請求項３記載の電子部品の接合条件決定方法。
- 前記金属粒子は、半田粒子である請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の電子部品の接合条件決定方法。
- 第１の電子部品の端子と第２の電子部品の端子との間に異方性導電フィルムを介在させて、前記第１の電子部品と前記第２の電子部品とを接続する接続構造体の製造方法において、
導電性粒子として使用される、固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子を含有する前記異方性導電フィルムを介在させて、第１の電子部品と第２の電子部品とを加熱圧着し、加熱圧着後の前記異方性導電フィルム中の、光学顕微鏡により得られる画像における前記固相線温度及び粒径が異なる複数の金属粒子の面積値を算出することによって、加熱圧着時の、少なくとも到達温度を含む接合条件を決定し、
前記接合条件に基づいて、前記異方性導電フィルムを介在させた前記第１の電子部品と前記第２の電子部品とを、相対的に固相線温度が低い金属粒子を溶融させ、他の金属粒子を溶融させない状態の加熱温度で加熱押圧する接続構造体の製造方法。
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