JP2009032657A - 異方性導電材料、接続構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣチップやフレキシブル配線を配線基板に異方性導電材料を介して接続する際に、各バンプ間やライン状端子間で導通抵抗を相違させないような異方性導電材料を提供する。
【解決手段】導電性粒子が絶縁性バインダに分散されてなる異方性導電材料は、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃであり、且つ以下の式（１）を満足する。
１＜［η_１］／［η_０］≦３ （１）
式（１）において、［η_０］は異方性導電材料の最低溶融粘度であり、［η_１］は最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０より３０℃低い温度Ｔ_１における溶融粘度である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性粒子が絶縁性バインダに分散されてなる異方性導電材料、それを利用した接続構造体及びその製造方法に関する。

ペースト状あるいはフィルム形状の異方性導電材料は、ＩＣチップを配線基板に実装する際に利用されている。例えば、図１の、裏面の周縁部の少なくとも一部に千鳥配置されたバンプ（外側バンプ１ａ、内側のバンプ１ｂ）を有するＩＣチップ１０を、図２に示すように、それらのバンプ１ａ及び１ｂに対応する配線端子２０を有する配線基板２１に対し、異方性導電材料２２を介して加熱加圧ヘッド２３で加熱加圧して接続する際に利用されている。また、図３の、ポリイミドシート３０の片面に平行配置されたライン状の電極３１がカバーレイフィルム３２から露出しているフレキシブル配線３３を、図４に示すように、それらの電極３１に対応する配線端子３４を有するディスプレイパネル用ガラス基板３５に対し、異方性導電材料３６を介して加熱加圧ヘッド３７で加熱加圧して接続する際にも利用されている。

ところで、ファインピッチのバンプや接続電極を有するＩＣチップ等の電子部品を、異方性導電材料を介して配線回路基板に確実に接続するためには、圧着領域に導電性粒子を十分に存在せしめつつ、過剰のバインダを圧着領域から排除することが求められる。

従来、このような要請に応ずるために、最低溶融粘度を１×１０^６〜１×１０^９ｍＰａ・ｓの範囲に調整した異方性導電材料が提案されている（特許文献１、請求項５、段落００３１）。

特開２０００−３４０６１４号公報

しかしながら、最低溶融粘度だけに着目して、それを所定範囲に調整したとしても、図１に示すようなＩＣチップ１０の場合、外側バンプ１ａと内側バンプ１ｂとの間で導通抵抗が相違し易くなり、あるいは図３に示すようなフレキシブル配線３３の場合、複数のライン状の電極における両端の電極と内側の電極との間でも導通抵抗が相違し易くなり、ＩＣチップの動作不良やディスプレイパネルの誤作動が生ずるおそれが高まるという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、ＩＣチップやフレキシブル配線を配線基板に異方性導電材料を介して接続する際に、各バンプ間やライン状端子間で導通抵抗を相違させないような異方性導電材料を提供することを目的とする。

本発明者等は、各バンプ間やライン状端子間で導通抵抗が相違する理由が、熱圧着の際に、バンプやライン状端子の位置によって印加される熱量や加熱速度の状況が完全に一致するとはいえないため、結果的に異方性導電材料の溶融粘度がバンプやライン状端子の位置によって同一とはならないために生じていることを発見した。例えば、図１のＩＣチップを２００℃で５秒という条件で熱圧着した場合、図５に示すように、外側バンプ１ａにおける異方性導電材料の時間に対する温度プロファイルは、時間経過に従って温度が上昇するが、外側バンプ１ａからその外側へ熱が逃げ易いために、内側バンプ１ｂの温度プロ
ファイルの下側（低温側）に位置するようになる。このことは、外側バンプ１ａの押し込みが内側バンプ１ｂの押し込みに比べて十分ではなく、外側バンプ１ａにおける導通抵抗が内側バンプ１ｂにおける導通抵抗よりも大きくなる結果となる。

図５に示した現象を、溶融粘度と温度との関係に当てはめると図６に示すようになる。即ち、異方性導電材料の溶融粘度プロファイルは、加熱による温度上昇に従って溶融粘度が低下し、温度Ｔ_０で最低溶融粘度となる。更に温度が上昇すると、硬化反応が優性になり溶融粘度が増大する。ここで、内側バンプ１ｂにおける異方性導電材料が温度Ｔ_０で最低溶融粘度を示しているとき、外側バンプ１ａにおける溶融粘度はＰ点にあることになる。このように、異方性導電材料の溶融粘度がバンプやライン状端子の位置によって相違するのである。

このような知見に基づき、本発明者等は、最低溶融粘度だけに着目するのではなく、配線基板に電子部品を異方性導電材料を介して接続する際に、接続領域のいずれかで異方性導電材料が最低溶融粘度に最初に到達したときに、最低溶融粘度に到達していない他の領域の異方性導電材料の溶融粘度にも着目し、それらの間に一定の関係性を持たせることにより、バンプや接続パッド毎の接続抵抗の相違の幅を小さくする可能性を研究した。その研究の中で、本発明者等は、異方性導電材料の最低溶融粘度［η_０］と、最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０より低い温度Ｔ_１における溶融粘度［η_１］との関係に着目したところ、一般に、バンプが押し込み易くなる異方性導電材料の溶融粘度となる温度が、最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０より３０℃低い温度であることを発見し、その温度における溶融粘度の最低溶融粘度に対する比を調査したところ、その比が３以下であると、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、導電性粒子が絶縁性バインダに分散されてなる異方性導電材料において、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃであり、且つ以下の式（１）を満足することを特徴とする異方性導電材料である。

式（１）中、［η_０］は異方性導電材料の最低溶融粘度であり、［η_１］は最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０より３０℃低い温度Ｔ_１における溶融粘度である。

また、本発明は、片面に接続端子が設けられている電子部品の当該接続端子と、該接続端子に対応した接続領域を有する配線基板の当該接続領域とが、異方性導電材料を介して接続されてなる接続構造体であって、該異方性導電材料が上述の異方性導電材料であることを特徴とする接続構造体を提供する。

更に、本発明は、この接続構造体の製造方法であって、電子部品の接続端子と配線基板の接続領域との間に異方性導電接続材料を挟持させ、加熱加圧ヘッドにより電子部品を加熱加圧することを特徴とする製造方法を提供する。

本発明によれば、ＩＣチップやフレキシブル配線を配線基板に異方性導電材料を介して接続する際に、各バンプ間やライン状端子間で導通抵抗を相違させないようにすることができる。

本発明は、導電性粒子が絶縁性バインダに分散されてなる異方性導電材料であって、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃであり、且つ以下の式（１）を満足することを特徴とする異方性導電材料である。

式（１）中、［η_０］は異方性導電材料の最低溶融粘度であり、［η_１］は最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０より３０℃低い温度Ｔ_１における溶融粘度である。ここで、溶融粘度は、回転式レオメータ（例えば、ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社）を用い、所定の測定条件（昇温速度 １０℃／分；測定圧力 ５ｇ一定； 使用測定プレート直径 ８ｍｍ）で測定して得られた値である。

本発明においては、［η_１］／［η_０］の比を３以下とするが、これはその比が３を超えると千鳥バンプの内外樹脂の粘度差により、十分な接続ができなくなるからである。また、［η_１］は［η_０］よりも必ず大きな値であるので、［η_１］／［η_０］の比は１を超える数値である。好ましい比の範囲は、上述した粘度差の観点から、以下の式（２）の範囲である。

本発明の異方性導電材料の最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃである理由は、最低溶融粘度がこの範囲を下回ると気泡が発生しやすくなり、この範囲を上回ると実装時に高圧が必要となるからである。

また、本発明の異方性導電材料においては、最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０は、低すぎると実装時に配線までバンプが接触する時に硬化してしまい、十分な接続が出来なくなり、高すぎると実装時に長時間が必要となるので、好ましくは９０〜１２０℃、より好ましくは９０〜１００℃である。

本発明の異方性導電材料を構成する導電性粒子としては、従来の異方性導電材料において用いられているものを適宜選択して使用することができる。例えば、金、ニッケル、半田等の金属粒子、ベンゾグアナミン樹脂をＮｉ／Ａｕ薄膜で被膜した金属被覆樹脂粒子、これらの表面に絶縁樹脂薄膜で被覆した絶縁被覆導電粒子等が挙げられる。これらの粒径としては、一般に１〜１０μｍ、好ましくは２〜５μｍである。

本発明の異方性導電材料を構成する絶縁性バインダとしても、従来の異方性導電材料において用いられているものを適宜選択して使用することができる。例えば、絶縁性バインダは、エポキシモノマーやオリゴマー、フェノキシ樹脂、液状又は固体エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂に、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤等の硬化剤、必要に応じてトルエンなどの有機溶剤等、更に顔料、防錆剤等の各種添加剤を適宜含有することができる。

本発明の異方性導電材料は、以上の成分を常法に従って混合することにより製造することができ、更に、常法に従ってフィルム状に加工して使用することもできる。

本発明の異方性導電材料の最低溶融粘度及び［η_１］／［η_０］の比を所定範囲にすることは、絶縁性樹脂の種類やそれらの含有量、導電性粒子の種類、粒径や含有量、溶剤の種類や含有量等を適宜選択することにより調整することができる。特に、有機フィラーを配合することにより調整することが好ましい。このような有機フィラーとしては、ブタジエン共重合体、アクリル共重合体、スチレン共重合体等の絶縁性樹脂が例示される。Ａ−Ｂ型またはＡ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体は、重合性樹脂成分に対する相溶性セグメントと非相溶性セグメントがＡ−Ｂ型またはＡ−Ｂ−Ａ型ブロック共重合体を形成したものである。このようなブロック共重合体としては、特にスチレン−アクリルブロック共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−酢酸ビニルブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体等のスチレン系ブロック共重合体が好ましい。これらのスチレン系ブロック共重合体の中でも、スチレンの共重合組成比が２０ｗｔ％以上のものが、分散性と粘度のバランスの観点から、最も好ましい。なお、これらスチレン系ブロック共重合体には、任意の範囲でエポキシ基やカルボキシル基を導入してもよく、また、このようなブロック共重合体として、市販品を用いることもできる。

このような絶縁性樹脂フィラーの粒径としては、小さすぎると分散が困難となり、大きすぎると配線上における導電粒子による接続に対する悪影響が大きいため、好ましくは０．０１〜１０μｍ、より好ましくは０．１〜１μｍである。

以上説明した本発明の異方性導電材料は接続構造体を製造する際に適用することができる。即ち、片面に接続端子が設けられている電子部品の当該接続端子と、該接続端子に対応した接続領域を有する配線基板の当該接続領域とが、本発明の異方性導電材料を介して接続されてなる接続構造体も本発明に含まれる。

このような接続構造体を構成する電子部品としては、図１の、裏面の周縁部の少なくとも一部に千鳥配置された複数のバンプや接続パッドを有するＩＣチップが挙げられる。また、図３に示すような、片面に平行配置された複数のライン状配線を有するフレキシブル印刷配線シートも挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

配線基板としても、従来より異方性導電材料が適用されているものが射程範囲にあり、フレキシブル配線基板、ガラスエポキシ配線基板、積層配線基板、ディスプレイ用透明ガラス又は樹脂配線基板等が挙げられる。

このような接続構造体は、電子部品の接続端子と配線基板の接続領域との間に本発明の異方性導電材料を挟持させ、加熱加圧ヘッドにより電子部品を加熱加圧することにより製造することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

参考例１（スチレン系ブロック共重合体粒子の合成）
温度計、窒素導入管、攪拌機及びコンデンサーを備えたガラス製反応器に、水３００質量部、部分鹸化ポリビニルアルコール（ゴーセーノールＫＨ−１７、日本合成化学工業社製）の１％水溶液１５質量部及びハイドロキシアパタイトの１０％水分散液（スーパータイト１０、日本化学工業社製）１５質量部を仕込んだ。ポリメリックペルオキシド類０．５質量部を前記水溶液に室温下１時間分散させた後に酢酸ビニル３０質量部を仕込み、反応器内に窒素を導入しながら、攪拌下６０℃で２時間重合（第一段重合）を行った。その後、室温まで冷却し、反応器にスチレン７０質量部を仕込み、室温で攪拌１時間行った。更に、反応器に窒素を導入しながら、８０℃で８時間攪拌し、９０℃で３０分間重合を行った。（第２段重合）。その後、反応混合物を室温まで冷却して沈殿物として重合物を得た。得られた重合物を５％塩酸１３０質量部で洗浄し、続いて水で洗浄して濾別した。得られた重合物を乾燥することにより白色粒子状のスチレン系ブロック共重合体を８５％の収率で得た。このブロック共重合体中の、スチレンと酢酸ビニルの共重合組成比は７０：３０であった。

実施例１〜２、比較例１〜２
表１の成分（質量部）を、遊星撹拌機を用いて均一に混合することでフィルム状の異方性導電材料を調製した。得られた異方性導電材料について、以下に説明するように溶融粘度と導通抵抗とを測定した。

＜溶融粘度測定＞
異方性導電材料の溶融粘度を、回転式レオメータ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社）を用い、昇温速度 １０℃／分；測定圧力 ５ｇ一定； 使用測定プレート直径 ８ｍｍという条件で測定した。得られた最低溶融粘度［η_０］（Ｐａ・ｓｅｃ）とそのときの温度Ｔ_０（℃）、Ｔ_０から３０℃低い温度Ｔ_１における溶融粘度［η_１］（Ｐａ・ｓｅｃ）の結果を表１に示す。

＜導通抵抗測定＞
異方性導電材料を、バーコータを用いて剥離フィルム状に塗布し、８０℃で５分間プレベークすることにより異方性導電フィルムを作製した。得られた異方性導電フィルムを、千鳥配置された金バンプを有する試験用ＩＣチップ（バンプサイズ １８００μｍ^２、バンプ高さ １５μｍ、外側バンプ列と内側バンプ列間の距離 ２０μｍ、各列内のバンプ間の距離 ２０μｍ）と、対応するガラス基板との間に挟持させ、加熱加圧ヘッドにて２００℃で圧力 ６０ＭＰａで５秒間の加熱加圧を行った。その際の外側バンプと内側バンプの導通抵抗（Ω）を常法に従って測定した。得られた結果を表１に示す。

表１から解るように、実施例１及び２の異方性導電材料は、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内にあり、しかも［η_１］／［η_０］の比が３．０未満であるので、千鳥配置された外側バンプと内側バンプのそれぞれの導通抵抗が０．５Ω以下であり、相違もほとんど無かった。

それに対し、比較例１及び２の異方性導電材料の場合、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内にあるが、［η_１］／［η_０］の比が３．０を超えているので、千鳥配置された内側バンプの導通抵抗が０．５Ω以下であったが、外側バンプの導通抵抗が７〜１０倍以上に増大しており、導通抵抗の安定性に欠けていたことが解る。

実施例３、比較例３〜５
表２の成分（質量部）を、遊星撹拌機を用いて均一に混合することでフィルム状の異方性導電材料を調製した。得られた異方性導電材料について、実施例１と同様に溶融粘度と導通抵抗とを測定した。

表１から解るように、実施例３の異方性導電材料は、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内にあり、しかも［η_１］／［η_０］の比が３．０未満であるので、千鳥配置された外側バンプと内側バンプのそれぞれの導通抵抗が０．５Ω以下であり、相違もほとんど無かった。

それに対し、比較例３〜５の異方性導電材料の場合、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃの範囲内にあるが、［η_１］／［η_０］の比が３．０を超えているので、千鳥配置された内側バンプもしくは外側バンプ又は双方のバンプにおいて０．５Ω以上の導通抵抗を示す、しかも外側バンプの導通抵抗が内側バンプの１．７５〜１３倍以上に増大しており、導通抵抗の安定性に欠けていたことが解る。

本発明の異方性導電材料は、ＩＣチップやフレキシブル配線を配線基板に異方性導電材料を介して接続する際に、各バンプ間やライン状端子間で導通抵抗を相違させないようにできる。従って、ＩＣチップ等の電子部品をフレキシブル配線基板へ実装する際の異方性導電シートとして有用である。

ＩＣチップのバンプ形成面の説明図である。 ＩＣチップを配線基板へ接続する際の説明図である。 フレキシブル配線の説明図である。 フレキシブル配線を配線基板へ接続する際の説明図である。 熱圧着時の異方性導電材料の温度プロファイルである。 熱圧着時の異方性導電材料の溶融粘度プロファイルである。

１ａ 外側バンプ
１ｂ 内側バンプ
１０ ＩＣチップ
２０、３４ 配線端子
２１ 配線基板
２２、３６ 異方性導電材料
２３、３７ 加熱加圧ヘッド
３０ ポリイミドシート
３１ 電極
３２ カバーレイフィルム
３３ フレキシブル配線
３５ ディスプレイパネル用ガラス基板

Claims (7)

1. 導電性粒子が絶縁性バインダに分散されてなる異方性導電材料において、最低溶融粘度［η_０］が１．０×１０^２〜１．０×１０^６ｍＰａ・ｓｅｃであり、且つ以下の式（１）を満足することを特徴とする異方性導電材料。
   

   

   
   （式（１）中、［η_０］は異方性導電材料の最低溶融粘度であり、［η_１］は最低溶融粘度を示す温度Ｔ_０より３０℃低い温度Ｔ_１における溶融粘度である。）
2. 温度Ｔ_０が９０〜１２０℃である請求項１記載の異方性導電材料。
3. 有機絶縁フィラーを含有する請求項１又は２記載の異方性導電材料。
4. 片面に接続端子が設けられている電子部品の当該接続端子と、該接続端子に対応した接続領域を有する配線基板の当該接続領域とが、異方性導電材料を介して接続されてなる接続構造体であって、該異方性導電材料が請求項１〜３のいずれかに記載の異方性導電材料であることを特徴とする接続構造体。
5. 電子部品が、裏面の周縁部の少なくとも一部に千鳥配置された複数のバンプ又は接続パッドを有するＩＣチップである請求項４記載の接続構造体。
6. 電子部品が、片面に平行配置された複数のライン状配線を有するフレキシブル配線シートである請求項４又は５記載の接続構造体。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載の接続構造体の製造方法であって、電子部品の接続端子と配線基板の接続領域との間に異方性導電材料を挟持させ、加熱加圧ヘッドにより電子部品を加熱加圧することを特徴とする製造方法。

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