JP2008124029A - 接続部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品と回路板や、回路板同士を接着固定すると共に、両者の電極同士を電気的に接続する接続部材を提供すること。
【解決手段】相対峙する電極同士を接続するための接続部材において、導電材料とバインダとよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層と、絶縁性接着層とが交互に形成されており、導電性接着層と、絶縁性接着層とが、テープの長さ方向に対して垂直に切断したときの断面において交互に形成され、かつ導電性接着層および絶縁性接着層の交互に形成された方向に沿った一方面または両面上に絶縁性接着層がさらに形成されている接続部材。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品と回路板や、回路板同士を接着固定すると共に、両者の電極同士を電気的に接続する連続テープ状接続部材に関する。

近年、電子部品の小型薄型化に伴い、これらに用いる回路は高密度、高精細化している。このような電子部品と微細電極の接続は、従来のはんだやゴムコネクタ等では対応が困難であることから、最近では分解能に優れた異方導電性の接着剤や膜状物（以下接続部材という）が多用されている。
この接続部材は、導電粒子等の導電材料を所定量含有した接着剤からなるもので、この接続部材を電子部品と電極や回路との間に設け、加圧または加熱加圧手段を構じることによって、両者の電極同士が電気的に接続されると共に、電極に隣接して形成されている電極同士には絶縁性を付与して、電子部品と回路とが接着固定されるものである。

これらの接続部材による実装は、ＩＣチップを搭載したＴＡＢと、ガラスやプラスチック等の基板との実装や、これら基板へのベアチップの直接搭載等に実用化が進んでいる。
上記接続部材を高分解能化するための基本的な考え方は、導電粒子の粒径を隣接電極間の絶縁部分よりも小さくすることで、隣接電極間における絶縁性を確保し、併せて導電粒子の含有量をこの粒子同士が接触しない程度とし、かつ電極上に確実に存在させることにより、接続部分における導通性を得ることである。

これらの考え方の発展として最近、導電材料とバインダとよりなる、加圧方向に導電性を有する接着層と絶縁性接着層とを、厚み方向に分離して形成し複層構成とすることで、厚み方向の導電性と面方向の絶縁性の機能を分離することや、導電粒子の表面を絶縁材で被覆し、接続時に電極との接触面の絶縁材を破壊し高分解能化する提案も行われている。
さらに、このような微細電極や回路の接続を可能とし、かつ接続信頼性に優れた接続部材として、電極や回路の配置に合わせて面方向の必要部に、導電粒子やこれらの密集領域あるいは導電突起を有する接続部材の提案もある。

上記従来の方法は、複層構成の場合や導電粒子の表面を絶縁材で被覆する場合共に、微細電極の接続が可能となるものの、多数の微細電極上に必要な導電粒子の数を確実に確保するために添加量が多大であり、接続部材のコストアップが重要な問題となっている。この理由としては、導電材料の原料である例えば金等の貴金属類が高価であることや、接続の信頼性を向上するために高価な均一径の導電粒子が用いられること、あるいは不要部にも多量の導電粒子が存在すること等が指摘出来る。また特に、導電粒子の表面を絶縁材で被覆する場合は、全層に渡り導電粒子が高密度に存在するので、有効接着面積の減少により接着特性が低下し、信頼性も低下する問題点がある。

電極や回路の配置に合わせて、面方向の必要部に導電材料を有する接続部材の場合、半導体チップのようなドット状の微細電極の接続が可能となるものの、導電粒子の密集領域とドット状電極との正確な位置合わせが必要で、接続作業性に劣る欠点がある。

本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、高価な導電粒子の使用量を抑制し、また有効接着面積の確保が可能で、かつドット状電極部との正確な位置合わせが不要な接続部材およびそれを用いた電子部品の接続構造に関する。

本発明は、相対峙する電極同士を接続するための接続部材において、導電材料とバインダとよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層と、絶縁性接着層とが交互に形成されており、導電性接着層と、絶縁性接着層とが、テープの長さ方向に対して垂直に切断したときの断面において交互に形成され、かつ導電性接着層および絶縁性接着層の交互に形成された方向に沿った一方面または両面上に絶縁性接着層がさらに形成されている接続部材に関し、その実施態様として、導電性接着層の面積が、接続すべき電極面積より大きく形成されてなる接続部材であり、さらに好ましくは導電性接着層がテープの長さ方向に連続状に形成されている連続テープ状接続部材であり、この連続テープ状接続部材を用いた導電粒子密度の高い部分と、低い部分とが存在してなる電子部品の接続構造に関する。

以上詳述したように本発明によれば、導電性を有する接着層１が必要部のみに形成されてなるので、高価な導電粒子の使用量が低減し、貴重な貴金属類の資源を有効活用できる。また有効接着面積の確保が可能であり、接続品の接着強度や信頼性が向上する。加えて電極部との位置合わせが容易である。
したがって、高分解能かつ接続信頼性に優れた連続テープ状接続部材およびこれを用いた電子部品の接続構造が提供できる。

本発明を図面を参照しながら説明する。
図１〜４は、本発明の一実施例を説明する連続テープ状接続部材の断面模式図である。本発明の連続テープ状接続部材は、図１のように導電材料３とバインダ４とよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層１と、絶縁性接着層２とが剥離可能なセパレータ５上に交互に形成されてなる連続テープ状接続部材である。これはまた図２のように、導電性接着層１が、絶縁性接着層２の要部に交互に形成されても良い。
また図３のように、図２の構成の表面にさらに絶縁性接着層２'が存在しても、あるいは図４のように、絶縁性接着層２の要部のみに導電性接着層１が形成されても良く、これは一方の面（図示略）または導電性を有する接着層１が絶縁性接着層２を挟んで両面の対称位置（１−１'）に存在することもできる。
図１〜４において、セパレータ（図２〜４は図示略）は、必要に応じて存在出来る。また、本連続テープ状接続部材は、連続テープ状であるため接続作業工程の連続自動化が図れる。この場合、幅方向に交互に多数形成された巻き物を、任意にスリットすることで細幅テープ状に出来る。

図５は、本発明の他の実施例を説明する連続テープ状接続部材の平面投影図である。導電性を有する接着層１は、図５（ａ）のようにテープの長さ方向の端部でも、（ｂ）のように端部から内側に若干入った位置でも良い。また（ｃ）のようにテープの長さ方向に垂直方向や、（ｄ）のように格子状等、その他図示していないが任意に形成できる。この時、導電性接着層１の面積が接続すべき電極面積より大きく形成することが、電極の位置合わせの自由度が拡大するので好ましい。

すなわち、図６のような電極１２の面積がａ×ｂの電極配置の例えばＩＣチップ１３のような電子部品の接続の場合、図５の導電性を有する接着層１の幅ｂ'は、電極の幅ｂより若干大きくする。また、ａ方向も若干大きくするが、図５のようにテープの長さ方向に連続状に形成することが、製造上簡単なことから好ましい。図示していないが格子状の電極配置の接続の場合も、同様に図８のような格子状に若干大きく形成する。
導電性を有する接着層１の幅ｂ'は、電極の幅ｂより若干大きくするがその程度としては、１．２倍から２０倍程度であり、低い倍率の場合、材料コストが低減し、高倍率にすると、電極の位置合わせの自由度や、連続テープ状接続部材の製造がたやすくなる。図５の導電性を有する接着層１の交互に隣接する距離ｓ'は、電子部品の電極配置ｓを考慮して決定するが、最近の電子部品の形状から０．１〜１０ｍｍ程度が多用される。

図７は、加圧方向に導電性を有する導電性接着層１を説明する断面模式図である。導電性接着層１は、導電材料３を含有したバインダ４よりなる。ここに導電材料３としては、図７（ａ）〜（ｇ）のようなものが適用可能である。これらのうち導電材料３は、図７（ｃ）〜（ｅ）のようにバインダ４の厚み方向に単層で存在できる粒径、すなわちバインダ４の厚みとほぼ同等の粒径とすることが、接続時に導電材料３が流動しにくいために、電極上に導電材料３が保持しやすく好ましい。導電材料３がバインダ４の厚みとほぼ同等の場合、簡単な接触により電極と導通可能となるので導電性が得やすい。
バインダ４に対する導電材料３の割合は、０．１〜２０体積％程度、より好ましくは１〜１５体積％が、異方導電性が得やすく好ましい。また厚み方向の導電性を得やすくして高分解能とするために、バインダ４の厚さは、膜形成の可能な範囲で薄い方が好ましく突起電極の高さを考慮して決定するが、３０μｍ以下より好ましくは２０μｍ以下である。

導電材料３としては、例えば図７の（ａ）〜（ｅ）の例示のように、導電粒子で形成することが、製造が比較的容易で入手しやすいことから好ましい。また導電材料３は、図７（ｆ）のようにバインダ４に貫通口を設けて、めっき等で導電体を形成したり、図７（ｇ）のようにワイヤ等の導電繊維状としても良い。

導電粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン等がありこれらの単体、混合体、複合体、合金等であっても良い。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形成したものでも良い。さらに導電材料３を熱可塑性の絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子とガラス、セラミックス、プラスチック等の絶縁粒子の併用等も分解能が向上するので適用可能である。絶縁被覆粒子の場合導電粒子の費用に表面処理の費用が追加されコストアップとなるので、本発明による導電粒子の低減効果が大きく好ましい。

粒径は、微小な電極上に１個以上好ましくはなるべく多くの粒子数を確保するためには、小粒径粒子が好適であり１５μｍ以下、より好ましくは７μｍ以下１μｍ以上である。１μｍ未満では絶縁性接着層を突き破って電極と接触し難い。また導電材料３は、均一粒子径であると電極間から流出が少ないので好ましい。
これら導電粒子の中では、プラスチック等の高分子核材に導電層を形成したものや、はんだ等の熱溶融金属が、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、接続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ので特に好ましい。
また例えばＮｉやＷ等の硬質金属粒子や、表面に多数の突起を有する粒子の場合、導電粒子が電極や配線パターンに突きささるので、酸化膜や汚染層の存在する場合にも低い接続抵抗が得られ、信頼性が向上するので好ましい。

バインダ４と絶縁性接着層２は、熱や光により硬化性を示す材料が広く適用でき、接着
性の大きいことが好ましい。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ので特に好ましい。

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、シリコーン、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。

本発明のバインダ成分４と絶縁性接着層２とは、各成分中に共通材料を１％以上、好ましくは５％含有すると、両層の界面接着力が向上するので好適である。共通材料としては、主材料や硬化剤等がより効果的である。

本発明の導電性を有する接着層１の製法としては、例えば導電性接着層１と、絶縁性接着層２をグラビアロールや堰止めを設けたロールコータ等を用いて塗布することで可能であり、またラミネートしたり積層して順次塗工する等の方法が採用できる。

本発明の連続テープ状接続部材を用いた電極の接続方法は、連続テープ状接続部材の絶縁性接着層２が突出した電極側となるように配置し加熱加圧する。導電性を有する接着層１が電極配置よりも大きく設定されているので、電極の位置合わせが容易である。

以上により得られた電子部品の接続構造は図８に示すように、導電粒子密度の高い部分と低い部分とが存在する。図８は基板１１に形成された電極１２と、ＩＣチップ１３に形成された突出電極１４を本発明になる連続テープ状接続部材により、接続した構造を示す断面模式図である。図８（ａ）は、図５（ａ）に示したようにテープの長さ方向の端部まで導電性接着層１が存在する場合であり、同様に図８（ｂ）は、図５（ｂ）のように端部から内側に若干入った連続テープ状接続部材を用いた場合である。両接続構造共に突出電極１４近傍の導電粒子密度の高い部分と、ＩＣチップ１３の中央部分の導電粒子密度の低い部分とが存在する。

本発明によれば、導電性を有する接着層１が必要部のみに形成されてなるので、高価な導電粒子の使用量が低減し、貴重な貴金属類の資源を有効活用できる。したがって連続テープ状接続部材の低コスト化に有効である。
導電性を有する接着層１が必要部のみに形成され、かつ電極配置よりも大きく設定されているので、例えばドット状電極の場合であっても正確な位置合わせが不要であり、電極部との位置合わせが容易である。
本発明になる連続テープ状接続部材を用いた電子部品の接続構造は、導電粒子密度の高い部分と低い部分とが存在し、導電機能と接着機能を分離できるので、接続部の導電性が得やすく有効接着面積の確保が可能であり、接続品の信頼性や接着強度が向上する。

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
（１）導電性接着剤の作製
フェノキシ樹脂（高分子量エポキシ樹脂）とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）の比率を３０／７０とし、酢酸エチルの３０％溶液を得た。この溶液に、粒径５±０．１μｍのポリスチレン系粒子にＮｉ／Ａｕの厚さ０．２／０．０２μｍの金属被覆を形成した導電性粒子の表面を、ガラス転移点１２７℃のナイロン樹脂で厚み約０．２μｍ被覆し、表面絶縁処理した導電粒子の添加量１０体積％を添加し、混合分散し導電性接着剤を得た。
一方、上記配合から導電性粒子を除去し、絶縁性接着剤を得た。
（２）連続テープ状接続部材の作製
セパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、厚み１８μｍのシートを得た。この時ロールコータに堰止めを設け、１ｍｍ幅の絶縁性接着剤の両端に０．５ｍｍ幅の導電性接着剤を形成した。この構成は、図１におよそ相当する。
（３）接続
試験用ＩＣチップ（１．５×１６ｍｍ、厚み０．５５ｍｍ、長片側端部近傍にバンプと呼ばれる１００μｍ角、高さ１５μｍの金電極が２００個形成）と、ガラス０．７ｍｍ上に酸化インジウム厚み０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）の薄膜回路を、前記ＩＣチップのバンプ電極のサイズに対応するよう加工し、バンプとの接続抵抗およびバンプ間の絶縁抵抗が測定可能となるように、チップ外側方向にリード形成した基板との接続を行った。
前記連続テープ状接続部材を２ｍｍ幅で絶縁性接着剤が、チップ中央部におよそ配置されるように目測により載置し貼り付けた。ガラス電極側に仮接続したので貼り付けが容易で、この後のセパレータ剥離も簡単であった。次に他の回路板と上下回路を位置合わせし、１５０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ² 、１５秒で接続体を得た。
（４）評価
この接続体の接続部をガラス電極側から観察したところ、バンプ配置部周辺が導電性接着剤の導電粒子が観察され、チップ中央部は絶縁性接着剤で接続されていた。相対峙する電極間を接続抵抗、隣接する電極間を絶縁抵抗として評価したところ、接続抵抗は１Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸ Ω以上であり、こちらは８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後も変化が殆どなく良好な長期信頼性を示した。

比較例１
実施例１と同様であるが、厚みが１８μｍの従来構成の導電性接着剤単層の接続部材を得た。実施例１と同様に評価したところ、初期接続抵抗は１Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸以上であったが、８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後接続抵抗は大きく上昇し、オープンが発生した。実施例１に比べ接続部材中の導電粒子が多いので、有効接着面積の減少によるものと考えられる。また導電粒子使用量は、実施例１の約２倍必要であった。

実施例２
実施例１の連続テープ状接続部材の他の面に、さらに同様に絶縁性接着層（厚み１５μｍ）をゴムロール間で圧延しながらラミネートし、図２の構成の２層連続テープ状接続部材を得た。実施例１のＩＣチップと、ガラスエポキシ基板（回路電極の高さ１８μｍ）を、絶縁性接着層が基板側となるように接続した。実施例１と同様に評価したところ、接続抵抗は１Ω以下、絶縁抵抗は１０⁸Ω以上であり、こちらは８５℃、８５％ＲＨ１０００時間処理後も変化が殆どなく良好な長期信頼性を示した。
本例では、凸同士の電極接続であるが、良好な接続が得られた。

実施例３
実施例２の絶縁性接着層（厚み１５μｍ）の上に、０．５ｍｍ幅の導電性接着剤（絶縁被覆なし、添加量５体積％、その他実施例１の仕様）をラミネートにより形成した。この構成は図３に相当する。実施例１と同様に評価したところ良好な接続特性を示した。本例では、導電性接着剤をラミネートにより形成したので連続テープ状接続部材の作製が比較的容易であった。
また接続体の端部は、中央に加えて絶縁性接着剤で接続され（図８ｂ）、絶縁性や耐湿性から、極めて安心感のある接続が得られた。

本発明の実施例を示す連続テープ状接続部材の断面模式図である。 本発明の別の実施例を示す連続テープ状接続部材の断面模式図である。 本発明の別の実施例を示す連続テープ状接続部材の断面模式図である。 本発明の別の実施例を示す連続テープ状接続部材の断面模式図である。 本発明の実施例を示す連続テープ状接続部材の平面模式図である。 本発明の一用途である電子部品の電極配置を示す平面模式図である。 本発明の実施例を示す導電性接着層の断面模式図である。 本発明の一実施例を示す接続構造の断面模式図である。

符号の説明

１…導電性接着層、２…絶縁性接着層、３…導電材料、４…バインダ、５…セパレータ、１１…基板、１２…電極、１３…ＩＣチップ、１４…突出電極。

Claims (3)

1. 相対峙する電極同士を接続するための接続部材において、導電材料とバインダとよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層と、絶縁性接着層とが交互に形成されており、前記導電性接着層と、前記絶縁性接着層とが、テープの長さ方向に対して垂直に切断したときの断面において交互に形成され、かつ前記導電性接着層および前記絶縁性接着層の交互に形成された方向に沿った一方面または両面上に絶縁性接着層がさらに形成されている接続部材。
2. 前記導電性接着層の面積が、接続すべき電極面積よりも大きく形成されてなる請求項１に記載の接続部材。
3. 前記導電性接着層がテープの長さ方向に連続状に形成されている請求項１または２に記載のテープ状接続部材。
   
   

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