JPH04174980A - 回路の接続部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は微細回路用の接続部材に関し、更に詳しくは集
積回路、液晶パネル等の接続端子とそれに対向配置され
た回路基板上の接続端子を電気的、機械的に接続するた
めの接続部材に関する。

［従来の技術］ 電子部品の小形薄形化に伴い、これらに用いる回路は高
密度、高精細化して、いる。これら微細回路の接続は、
従来のハンダやゴムコネクターなどでは対応が困難であ
ることから、最近では異方導電性の接着剤や膜状物（以
下接続部材という）を用いる方法が多用されるようにな
ってきた。

この方法は、例えば、相対峙する回路間に、導電材料を
所定量含有した接着剤よりなる接続部材層を設け、加圧
又は加熱加圧手段を講じることによって、回路間の電気
的接続と同時に隣接回路間には絶縁性を付与し、相対峙
する回路を接着固定するものである。

上記したような回路の接続部材は多数点回路の一括接続
材料であることから極めて有用であるが、高精細化の進
む微細回路の接続に対して分解能を向上することと長期
接続信頼性とを併せて得る要求が極めて強い。すなわち
従来技術では一般的に５本／ｍｍの回路（回路中１００
μｍ、絶縁中１００μｍ）の接続が可能であるが、最近
の回路の微細化により例えば１０本／ｍｍ（回路中５０
μｍ１絶縁巾５０μｍ）以上の回路接続や、ＩＣチップ
のボンディング用途においては、例えば１電極の接続面
積が５０μｍ角で電極間距離か２０μｍといったように
回路の微細化がますます進行している。

接続部材をこのような微細回路の接続に対応できるよう
に高分解能化するための基本的な考え方は、隣接回路と
の絶縁性を確保するために導電材料の粒径を回路間の絶
縁部分よりも小さくし、併せて導電材料が接触しない程
度に添加量を加減しながら回路接続部における導通性を
確実に得ることである。しかしながら導電材料の粒径を
小さくすると、表面積の増加と粒子個数の著しい増加に
より粒子は２次凝集してしまい隣接回路との絶縁性が保
持できなくなり、また粒子の添加量を減少すると接続す
べき回路上の導電材料の数が減少することから接触点数
が不足し接続回路間での導通が得られなくなるため、長
期接続信頼性を保ちながら接続部材を高分解能化するこ
とは極めて困難であった。

このような微細回路の接続を可能とし、かつ接続信頼性
を向上するための試みとして、例えば特開昭６３−５４
７９６号公報記載の方法がある。

この方法は、ポリマ粒子や半田粒子の表面をＮｉやＣｕ
等の導電材料で構成し、更にこの表面を絶縁性樹脂層で
被覆したマイクロカプセルにより電極間を加熱加圧して
接続する方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 特開昭６８−５４７９６号公報に示される方法は、導電
性粒子が加熱により変形性を示すので接続回路への接触
面積が増大することから良好な接続信頼性の得られる可
能性が高いものの、その良好な信頼性を得るには接続条
件を厳しく管理しなければならないという欠点を有して
いた。

すなわち、接続条件である温度や圧力が不足の場合は、
回路面における粒子表面の絶縁層の排除が不十分となる
ので接続抵抗が高く、また電極面と粒子との接触が不完
全なので接続信頼性も低下してしまう。一方、温度や圧
力が過剰な場合、粒子表面の絶縁層は全表面で簡単に溶
解してしまい絶縁層を形成した効果が得られなくなり、
隣接粒子との接触により分解能が低下し微細回路の接続
に適用できなくなってしまう。また、導電性粒子の変形
度は接続条件により変動してしまい、接続信頼性にばら
つきを生じてしまうため、厳しい接続条件の管理を必要
とする。

更に、回路同士の構造的接続は粒子表面に形成した絶縁
層の溶融により得る方式であるため、接着強度が接続条
件により変動し、また接続部が点状に存在するので接着
面積が不十分となり接着強度が低く応力集中により劣化
し易い等の欠点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
微細回路の接続が可能で、長期接続信頼性に優れた回路
接続を幅広い接続条件下で簡単に安定して行うことがで
きる回路の接続部材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、加熱により変形性を示す導電粒子の表面を熱
可塑性絶縁層で実質的に覆ってなる絶縁性粒子と前記絶
縁性粒子より硬質である厚み制御粒子とを加熱により塑
性流動性を示す絶縁性接着剤中に含有させたことを特徴
とする回路の接続部材を提供するものである。

本発明はまた、厚み制御粒子として上記厚み制御粒子の
表面を熱可塑性絶縁層で実質的に覆ってなる被覆粒子を
絶縁性接着剤中に含有させたことを特徴とする回路の接
続部材を提供するものである。

本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明する。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を示すフィルム
状の接続部材の模式断面図であり、本発明の接続部材は
絶縁性粒子１と厚み制御粒子２及び接着剤３より基本的
に構成されている。

本発明における絶縁性粒子１は、第３図に示すように導
電粒子４の表面が熱可塑性絶縁層６で実質的に覆われて
いる。また、導電粒子４は、回路接続時の加熱加圧によ
り変形性を示すことを必要とする。このような特性を示
す絶縁性粒子としては、第３図に示すように、ポリスチ
レン、ポリメチルメタクリレート、フェノール樹脂又は
エポキシ樹脂等の高分子物質を核材７とし、その表面に
導電性のＣｕ、　Ｎｉ、　Ａｕなどの金属薄層５を形成
したものが好ましく用いられる。熱により変形性を示す
導電粒子（加熱変形性導電粒子）４としては、Ｐｂ／Ｓ
ｎ合金を代表とする融点２５０℃以下の低融点金属類か
らなる粒子も用いられる。

加熱により変形性を示す導電粒子４の形状は特に問わな
いが、球状物が取扱い易いことから好ましい。

粒径は、接続回路の絶縁中以下のものが用いられ、０．
１〜３０μｍとすることが好ましい。粒径分布は加熱加
圧による回路接続時に変形するので不均一であっても良
いが、絶縁層６を形成する場合に均一厚みを得易いこと
から粒径範囲を小さくすることが好ましい。

加熱により変形性を示す導電粒子４は、完全な充実体、
内部に気泡を有する発泡体、内部が気体からなる中空体
及び小粒子の集りである凝集体等のいずれでも良く、こ
れらを単独若しくは複合して用いることができる。

絶縁層６は、加熱加圧により流動性を示す熱可塑性絶縁
体が適用できる。すなわち回路接続時の加熱加圧により
接続すべき回路間において、導電性粒子と回路間あるい
は導電性粒子相互間の接触部の絶縁層６が流動して接触
部から排除されることにより、接続回路間に導電性が得
られる。これらの絶縁層６の材質としては、ホットメル
ト性の接着剤が代表的である。また熱軟化性や融点を有
するホットメルト接着剤のベースポリマーも有用であり
、例えばポリエチレン、エチレン共重合体ポリマー、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、エチレ
ン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステ
ル共重合体、ポリアミド、ポリエステル、スチレン−イ
ソプレン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合体、エ
チレン−プロピレン共重合体、アクリル酸エステル系ゴ
ム、ポリビニルアセタール、ナイロン、アクリロニトリ
ル−ブタジェン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合
体、フェノキシ樹脂、固形エポキシ樹脂、ポリウレタン
などがある。

これらの絶縁層６が加熱加圧により流動性を示す条件と
しては、回路接続時の条件である８０〜２５０℃及び０
．　１〜１００ｋｇ／ｃｍ２であることが好ましい。８
０℃未満では回路接続部の耐熱性が低下するので好まし
くなく、２５０℃を超えると接続時に高温を必要とする
ため周辺の接続部品等に熱損傷を与えることから好まし
くない。

また圧力は０　、　１　ｋｇ／ｃｍ”未満では回路と絶
縁性粒子あるいは絶縁性粒子同士の接触部における絶縁
層が十分に排除されないことから十分な導電性が得られ
ず、１００　ｋｇ／ｃｍ２を超えると接続部品等に機械
的損傷を及ぼすことから好ましくない。これらのことか
ら、絶縁層は９０〜２２０℃、１〜５０　ｋｇ／ｃｍ２
で流動性を示すことが好ましい。

これらの絶縁層６を導電粒子４上に形成する方法として
は、静電塗装法、噴霧法、高速攪拌法、熱溶融被覆法及
び溶液塗布法などがある。これらの製法は例えば、■工
業調査会発行、小石真純著「微粒子設計」に詳しく記載
されている。

上記の方法のうち、絶縁層６が汎用溶剤に可溶性の場合
には、溶液塗布法が簡単な設備で実施可能なことから好
適である。

絶縁層６の厚みは０．１〜５μｍ程度が好ましい。０．
１μｍ未満では絶縁性が不足し、５μｍを超えると絶縁
層の排除が十分にされ難いので十分な導電性が得にくい
。

次に、厚み制御粒子２について第４図〜第５図を用いて
説明する。

厚み制御粒子２は、少なくとも回路接続時の条件下にお
いて導電性粒子４よりも硬質であることが必要である。

また粒子分布の狭い均一粒径であることが、接続部の回
路の接続厚みを制御し易く好ましい。この厚み制御粒子
により加熱加圧時の回路間の厚みが制御される。

厚み制御粒子の粒径は、絶縁性粒子１よりも小さい場合
（第１図）が好ましいが、大きな場合（第２図）でも絶
縁性粒子が凝集状の場合に適用できる。

厚み制御粒子２は、第４図のようにそのまま用いてもよ
く、あるいは第５図のように前記厚み制御粒子の表面を
前述の熱可塑性絶縁層６で実質的に覆ってもよい。絶縁
層を設けることは導電性の厚み制御粒子を用いた場合の
絶縁性の向上に有効であり、また、厚み制御粒子を接着
剤３中へ均一に分散させるのに極めて有用である。

厚み制御粒子２は、例えばニッケル、銀等の導電粒子や
、セラミック、ガラス、シリカ等の球状あるいはミルド
ファイバー状粒子又は硬質樹脂などの絶縁粒子を単独若
しくは任意に混合して併用する。また添加量は必要に応
じて絶縁性接着剤に対し好ましくは０１〜１５体積％を
使用する。

０、　１％未満では厚み制御の機能が低下し１５体積％
を超えると回路に対する接着力が低下する。

同様な理由により、更に好ましくは０．５〜１０体積％
、より更に好ましくは１〜８体積％使用する。

また回路の微細化に対応するには隣接回路との距離以下
の平均粒径を有する絶縁性粒子の適用か好ましい。

ここで本発明に用いる平均粒径は次式で求めるものとす
る。

Ｄ＝Σｎｄ／Σｎ　　　　　　　（１）（式中は、ｎは
ｄなる粒径の粒子の数を示す。これら粒径の観察方法と
しては、一般的に用いられる電子顕微鏡や光学顕微鏡、
コールタカウンター、光散乱法などがあり、本発明では
電子顕微鏡法による。またアスペクト比を有する粒子の
場合のｄは長径とする。） 以上よりなる絶縁性粒子１と厚み制御粒子２を絶縁性接
着剤４中に含有させることで接続部材が得られる。

本発明で用いられる絶縁性接着剤３としては、基本的に
は絶縁性を示す通常の接着シート類に用いられる配合の
ものが適用可能である。通常の接着シート類に用いられ
る接着剤の配合は、凝集力を付与するための合成樹脂や
ゴム等からなるポリマー類と、その他必要に応じて用い
る粘着付与剤、粘着性調整剤、架橋剤、老化防止剤、界
面強化剤、分散剤等からなっている。

また、エポキシ樹脂等の反応（硬化）型接着剤を絶縁性
接着剤の基本成分とした場合、高温時の凝集力が高いこ
とから接着部の保持性に優れるので信頼性に優れた接続
が可能となる。

このとき、接着剤と絶縁性粒子１の絶縁層とは非相溶性
の組み合わせにすることが好ましく、そのための選択の
目安としては次のことが挙げられる。

（１）相溶性の目安として一般によく用いられるＳＰ値
（溶解性パラメータ：日本接着協会編　接着ハンドブッ
ク第２版Ｐ−４６に詳しく記載されている。）が１．Ｏ
以上異なる組み合わせとして材料に極性差を設ける。（
２）絶縁粒子１の熱可塑性絶縁層の熱溶融温度あるいは
熱軟化温度を接着剤よりも１０℃以上高くする。（３）
絶縁層を反応型とし硬化型とすることなどである。これ
らの目安は各材料で微妙に異なるので個々の検討が必要
であり、大事なことは回路の接続後においても絶縁回路
部における絶縁層は、そのまま保持（被覆）されている
ことである。

回路接続時における流動性は、流動し易い順に接着剤〉
絶縁層〉加熱変形性導電粒子とすることが信頼性の高い
接続を得る点で好ましい。　゛この理由は、回路接続時
の加熱加圧により先ず接着剤３が流動することで、絶縁
性粒子１と回路８あるいは９の表面から接着剤３が排除
され、続いて絶縁層６が軟化流動するにより導電粒子４
相互若しくは導電粒子と回路との接触が得られ、その後
で導電粒子４は厚み制御粒子の粒径まで変形されて導電
粒子４と回路とが面接触状態となり易いためである。

接着剤中に占める絶縁性粒子１の添加量は、その表面が
絶縁層で被覆されているために多量に添加することが可
能である。すなわち従来の回路の接続部材においては、
その添加量は一般的に５体積％以下と少量の添加により
隣接回路との絶縁性を制御していたが、本発明において
は好ましくは２〜５０体積％と多量に添加することが可
能となった。

添加量が２体積％未満では微細回路部における導電性粒
子の数が少なすぎることから接続の信頼性が不足し、５
０体積％を超えると接着剤中への混合が困難となる。更
に好ましい添加量は５〜３０体積％である。

接続部材用の組成物は上記絶縁性接着剤を溶剤に溶解す
るか、懸濁状に媒体中に分散させあるいは熱溶融するな
どにより液状とした後、絶縁性粒子１と厚み制御粒子を
ボールミルや攪拌装置によるなどの通常の分散方法によ
り混合するにより得ることができる。

上記の絶縁性粒子と厚み制御粒子を混合した接続部材用
組成物を用いて、接続を要する一方若しくは双方の回路
上にスクリーン印刷やロールコータ等の手段を用いて直
接回路上に接続部材を構成するか、あるいは第１図〜第
２図に示したようなフィルム状の接続部材としてもよい
。このとき、接続部材の厚みは特に規定しないか１〜５
０μｍが好ましい。１μｍ未満では回路との接着性が十
分に得にくく、５０μｍを超えると回路の接続が短時間
の場合に接続時の熱伝達が不十分となり絶縁性粒子の絶
縁層が十分に流動することができないので十分な導電性
が得られない。そのため、接続部材の厚みは３〜３０μ
ｍとすることが更に好ましい。

本発明になる接続部材の使用方法としては、例えば回路
にフィルム状接続部材を仮貼りした状態でセパレータの
ある場合にはそれを剥離し、あるいは上記接続部材用組
成物を回路上に塗布し必要に応じて溶剤や分散媒を除去
した状態で、その面にほかの接続すべき回路を位置合わ
せして、熱プレスや加熱ロール等により加熱加圧すれば
よい。

第６図は、接続部材として第１図に示した構成のうち厚
み制御粒子２を、第５図の絶縁層を有する粒子とした接
続部材を使用した場合であって、上記した方法により回
路を接続した状態を示す模式断面図である。回路接続時
の加熱加圧により接着剤３が軟化し加圧変形性導電粒子
４は厚み制御粒子２の粒径厚みまで変形して回路に面接
触状態となり信頼性が向上する。このとき、回路接続時
の加熱加圧により接着剤３が軟化流動すると、絶縁層６
も軟化し加圧部から排除される。すなわち回路部８−９
は、回路８あるいは９が絶縁部に較べて一般的に一定の
高さを有することや絶縁部である基板１０．１１よりも
回飴の方が硬度が高く変形性が少ない等の理由により、
絶縁部に較べ優先的に加熱加圧されるので、回路部８−
９間に存在する絶縁層は加圧の少ない絶縁部に流動排除
され導電性粒子４は加圧方向である回路８−９間におい
て絶縁層がなくなり導電性が得られる。この状態を第６
図Ａ部に示したが、同一回路の区域内のみで導電粒子の
横方向の接触も得られることから、接触点数の増加によ
り接続信頼性が向上する。

絶縁層６は、第６図Ｂ部のように回路との接触部のみが
排除されてもよく、この場合は絶縁層６が回路面と接着
固定されるので個々の粒子が移動し難い構造となり、や
はり信頼性の向上に有効である。

以上の接続構造となった時点で、接着剤３は冷却若しく
は硬化反応により回路の接続が完了する。

すなわち、回路接続部８−９間は、厚み制御粒子２の粒
径分の厚みに制御された状態で導通接続が可能となり、
絶縁部８−８′間においては、絶縁層６を保持したまま
なので高度な絶縁性を保持できる。このとき、回路８−
９に沿うように導電粒子が変形しているので回路への接
触面積か増加し信頼性が向上する。

［作用コ 本発明によれば、加熱により変形性を示す導電粒子の変
形量を、この導電粒子よりも少なくとも回路接続時の条
件下で硬質である厚み制御粒子の粒径によりコントロー
ルできるので、接続時の温度や圧力の管理中を広くする
ことが可能となり接続部の信頼性が向上する。

すなわち接続時の温度や圧力は導電粒子の変形が可能な
条件を下限とし、接続条件の温度や圧力の上限を周囲の
部材に悪影響のない範囲で高温度及び高圧力とすること
ができるので、例えば接着剤の硬化反応の時間短縮や、
導電粒子の変形に要する時間が短縮可能となりその結果
接続作業コスト低減効果も得られる。

また本発明は、絶縁性粒子と厚み制御粒子とを絶縁性接
着剤中に含有してなるために、回路の構造的接着を接着
剤により行うことができるので有効接着面積の拡大や高
強度接着を得ることが可能となり、接着部への応力集中
も少ない。

更に表面を絶縁層で被覆形成してなる厚み制御粒子を用
いた場合は、絶縁層が流動して回路面に接着固定するの
で、厚み制御粒子や導電粒子が回路面に十分に固定され
信頼性が一層向上する。またこの場合、絶縁性粒子及び
厚み制御粒子の表面が処理されているので分散性が向上
し、これらを接着剤中に高濃度に分散させることかでき
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の回路の接続部材を用いる
と微細回路の接続が可能で長期接続信頼性に優れた回路
接続を、広い接続条件下で簡単に安定して得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明になる接続部材の一実施例を
示す模式断面図、第３図は本発明にかかる絶縁性粒子を
示す模式断面図、第４図〜第５図は本発明にかかる厚る
に制御粒子を示す模式断面図、第６図は本発明にかかる
接続部材を用いた回路接続部の模式断面図である。 符号の説明 １　絶縁性粒子　　　　２　厚み制御粒子３　絶縁性接
着剤　　　４　導電粒子 ５　金属薄層　　　　　６．６′熱可塑性絶縁層７　核
材　　　　　　　８．８′上部回路９．９′下部回路　
　　１０　上部基板１１　下部基板 笈紬 第３図第４図第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　加熱により変形性を示す導電粒子の表面を熱可塑性
   絶縁層で実質的に覆ってなる絶縁性粒子と前記絶縁性粒
   子より硬質である厚み制御粒子とを加熱により塑性流動
   性を示す絶縁性接着剤中に含有させたことを特徴とする
   回路の接続部材。 ２．加熱により変形性を示す導電粒子の表面を熱可塑性
   絶縁層で実質的に覆ってなる絶縁性粒子と前記絶縁性粒
   子より硬質である粒子の表面を熱可塑性絶縁層で実質的
   に覆ってなる厚み制御粒子とを加熱により塑性流動性を
   示す絶縁性接着剤中に含有させたことを特徴とする回路
   の接続部材。