JP5147049B2 - 異方性導電フィルム - Google Patents

Description

本発明は、微細パターンの電気的接続において、微小面積の電極の電気的接続性に優れると共に、微細な配線間の絶縁破壊（ショート）が起きにくく、接続時の品質管理が容易な異方性導電フィルムに関する。

異方性導電フィルムは、絶縁性接着フィルム中に導電粒子を分散させたフィルムであり、液晶ディスプレイと半導体チップやＴＣＰとの接続又はＦＰＣとＴＣＰとの接続、ＦＰＣとプリント配線板との接続を簡便に行うために使用される接続部材ある。例えば、ノート型パソコンや携帯電話の液晶ディスプレイと制御ＩＣとの接続用として広範に用いられ、最近では、半導体チップを直接プリント基板やフレキシブル配線板に搭載するフリップチップ実装にも用いられている（特許文献１、２及び３）。

この分野では近年、接続される配線パターンや電極パターンの寸法が益々微細化されている。微細化された配線や電極の幅は１０μｍレベルにまで微細化される場合も多くなってきている。一方で、これまで用いられてきた導電粒子の平均粒径は、配線や電極の線幅と同レベルの数μｍから１０μｍレベルの粒子であった。微細化された電極パターンを接続する際に、導電粒子がランダムに分散配置されている異方導電性フィルムを用いると、接続すべき電極パターンが導電粒子の存在しない位置に配置されてしまい、電気的に接続されない場合が、確率論として避けられない。これは、用いる異方導電性フィルム自体が、導電粒子の分布に偏差をもっているためである。

この問題点を解決するために、例えば、帯電させた導電粒子を絶縁性接着フィルムの表面に散布して、表面に付着した導電粒子を絶縁性接着フィルムの表層中に埋め込む方法（特許文献４）や、所定配置された吸引孔を有する導電粒子吸着治具を用いて、導電粒子を配列する方法（特許文献５）、導電粒子を付着したフィルムを延伸することで導電粒子を配列する方法（特許文献６）によって、導電粒子を単層で整列配置した異方性導電フィルムが検討されている。
しかしながら、導電粒子を単層で整列配置した異方導電性フィルムを用いて、微細化された配線や電極の接続をする場合であっても、接続品質の管理は容易ではなかった。つまり、接続を確認するためには、例えば、高倍率の光学顕微鏡を使って、数１００にもおよぶ電極上の導電粒子の数を数えるといった非常に手間のかかる方法を取る必要があった。

特開平０３−１０７８８８号公報 特開平０４−３６６６３０号公報 特開昭６１−１９５１７９号公報 特開２０００−１５１０８４号公報 特開２００２−３３２４６１号公報 特開２００７−９１７６号公報

本発明は、微細パターンの電気的接続において、微小面積の電極の電気的接続性に優れると共に、微細な配線間の絶縁破壊（ショート）が起きにくく、接続時の品質管理が容易な異方性導電フィルムの提供を目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、導電粒子の中心間距離が特定の変動係数を有し、更に、大多数の導電粒子は単独で存在するが、特定個数の導電粒子の集合体を特定頻度で有する様に、導電粒子を絶縁性接着フィルムの表面層に単層として整列配置する事で、上記目的に適合しうることを見出し、本発明をなすに至った。
本発明のように、導電粒子の集合体の大きさと頻度を制御することで、導電粒子が単層で配置した異方性導電フィルムにおいて、接続信頼性と絶縁信頼性を高度に維持したまま、接続時の導電粒子の移動具合を簡便に確認できたことは、当業者にとって容易に予想することができない知見であった。
即ち、本発明は、下記の通りである。

（１）平均粒径が０．５μｍ以上６μｍ以下の導電粒子がその平均粒径よりも大きい厚さの絶縁性接着フィルムの表面層に、単層として配置された異方性導電フィルムにおいて、導電粒子の中心間距離の変動係数が０．５以下であって、導電粒子の９０％以上が独立に存在し、４個以上１０個以下の導電粒子の集合体を１ｃｍ^２当たり５個以上１００個以下の頻度で有し、前記導電粒子の中心間距離の平均が２μｍ以上１５μｍ以下であり、かつ、１５個以上の導電粒子の集合体の頻度が１ｃｍ ^２ 当たり１個未満である異方性導電フィルム。
（４）（１）に記載の異方性導電フィルムを用いて、相互に対向する端子を有する回路基板と回路部材を接続して得られる接続構造体。

本発明の異方性導電フィルムは、微細面積の電極の電気的接続性に優れると共に、微細な配線間の絶縁破壊（ショート）を起こしにくく、微細ピッチの接続信頼性に優れると共に、接続時の導電粒子の移動具合を簡便に確認でき、接続時の品質管理の簡便性に優れる効果を有する。

本発明について、以下具体的に説明する。
本発明の異方性導電フィルムは、絶縁性接着フィルムと導電粒子を含んでなる。
導電粒子としては、例えば、金属粒子又は高分子核材に金属薄膜を被覆した粒子を用いることができる。
金属粒子としては、金属又は合金からなる均一組成を有する粒子が用いられる。金属粒子としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、半田、インジウム、パラジウム、及び、２種以上のこれらの金属が層状又は傾斜状に組み合わされている粒子が例示される。

高分子核材に金属薄膜を被覆した粒子としては、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ジビニルベンゼン架橋体、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、及び、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）からなる群から選ばれる少なくとも１種のポリマーからなる高分子核材に、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、半田、インジウム、及び、パラジウムからなる群から選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて、金属薄膜を被覆した粒子が例示される。

金属薄膜の厚さは０．００５μｍ以上１μｍ以下の範囲が、接続安定性と粒子の凝集性の観点から好ましい。金属薄膜は均一に被覆されていることが接続安定性上好ましい。高分子核材に金属薄膜を被覆する方法としては、例えばメッキ法が挙げられる。
中でも、高分子核材に金属薄膜を被覆した粒子が好ましく、高分子核材を金で被覆した粒子が更に好ましく、高分子核材をニッケルで被覆した後に更に金で被覆した粒子が一層好ましい。
高分子核材としては、ベンゾグアナミン樹脂とジビニルベンゼン架橋体、アクリル樹脂が好ましい。

導電粒子の平均粒径は、０．５μｍ以上６．０μｍ以下の範囲が、厚み方向の導電性と面方向の絶縁性（以下しばしば異方導電性と称す）と導電粒子の凝集性の観点から好ましい。導電粒子の平均粒径は、より好ましくは１．０μｍ以上５．５μｍ以下、更に好ましくは１．５μｍ以上５．０μｍ以下、更に好ましくは２．０μｍ以上４．５μｍ以下である。導電粒子の粒子径の標準偏差は小さいほど好ましく、平均粒径の５０％以下が好ましい。更に好ましくは２０％以下、一層好ましくは、１０％以下、更に一層好ましくは５％以下である。
本発明における導電粒子の平均粒径はコールターカウンターを用いて測定した値である。

導電粒子は、絶縁性物質で被覆されたものを用いる事もできる。
絶縁性接着フィルムは、硬化性樹脂、及び熱可塑性樹脂からなる群から選ばれた１種類以上の絶縁樹脂を含有してなる。
硬化性樹脂は、熱や光や電子線のエネルギーによって硬化反応を起こす樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、メラミン硬化性樹脂、イソシアネート硬化性樹脂、ビニル樹脂やアクリレート樹脂等の重合性不飽和基含有樹脂が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ＳＢＲ、ＳＢＳ、ＮＢＲ、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルテレフタレート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルオキシド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、アルキルフェノール樹脂、スチレンブタジエン樹脂、カルボキシル変性ニトリル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等又はそれらの変性樹脂が挙げられる。
特に接続後の長期信頼性を必要とする場合には、絶縁性接着フィルム中には、エポキシ樹脂を含有することが好ましい。

エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族エーテル型エポキシ樹脂等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、グリシジルエーテルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、脂環族エポキシドが例示される。これらエポキシ樹脂にはハロゲン化や水素添加がされていてもよく、また、変性、例えば、ウレタン変性、ゴム変性、シリコーン変性等の変性されたエポキシ樹脂でもよい。中でも、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂が好ましい。

絶縁性接着フィルムとしてエポキシ樹脂を用いた場合には、絶縁性接着フィルムはエポキシ樹脂の硬化剤を含有することができる。エポキシ樹脂の硬化剤は、貯蔵安定性の観点から、潜在性硬化剤が好ましい。潜在性硬化剤としては、例えば、ホウ素化合物、ヒドラジド、３級アミン、イミダゾール、ジシアンジアミド、無機酸、カルボン酸無水物、チオール、イソシアネート、ホウ素錯塩及びそれらの誘導体が好ましい。潜在性硬化剤の中でも、マイクロカプセル型硬化剤が好ましい。

マイクロカプセル型硬化剤は、前記硬化剤の表面を樹脂皮膜で安定化したものである。マイクロカプセル型硬化剤は、接続作業時の温度や圧力で樹脂皮膜が破壊され、硬化剤がマイクロカプセル外に拡散し、エポキシ樹脂と反応する。マイクロカプセル型潜在性硬化剤の中でも、アダクト型硬化剤、例えば、アミンアダクト、イミダゾールアダクトをマイクロカプセル化した潜在性硬化剤が安定性と硬化性のバランスに優れ好ましい。エポキシ樹脂の硬化剤は、一般に、エポキシ樹脂１００質量部に対して、２〜１００質量部の量で用いられる。

本発明に用いられる絶縁性接着フィルムは、フィルム形成性、接着性、硬化時の応力緩和性等を付与する目的で、高分子成分、例えば、フェノキ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルゴム、ＳＢＲ、ＮＢＲ、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアセタール樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、カルボキシル基、ヒドロシキシル基、ビニル基、アミノ基などの官能基を含有するゴム、エラストマー類を含有することが好ましい。これら高分子成分は重量平均分子量が１０,０００〜１，０００，０００のものが好ましい。重量平均分子量は、ポリスチレンを標準物質としたゲル浸透クロマトグラフ法（ＧＰＣ）によって測定できる。
高分子成分としては、絶縁信頼性に優れた特性を与えるので、フェノキシ樹脂が好ましい。

フェノキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂、ビスフェノールＦ型フェノキシ樹脂、ビスフェノールＡビスフェノールＦ混合型フェノキシ樹脂、ビスフェノールＡビスフェノールＳ混合型フェノキシ樹脂、フルオレン環含有フェノキシ樹脂、カプロラクトン変性ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂が例示される。

高分子成分の含有量は、絶縁性接着フィルムに対して２〜８０質量％が好ましい。
絶縁性接着フィルムには、更に、例えば、絶縁粒子、充填剤、軟化剤、硬化促進剤、老化防止剤、着色剤、難燃化剤、チキソトロピック剤、カップリング剤を含有することもできる。絶縁粒子や充填剤を含有する場合、これらの最大径は導電粒子の平均粒径未満であることが好ましい。カップリング剤としてはケチミン基、ビニル基、アクリル基、アミノ基、エポキシ基及びイソシアネート基含有シランカップリング剤が、接着性の向上の点から好ましい。絶縁性接着フィルム中にカップリング剤を含有する場合の含有量は、絶縁性接着フィルムに対して、０．０５質量％以上２質量％以下が好ましい。

絶縁性接着フィルムの各成分を混合する場合、必要に応じ、溶剤を用いることができる。溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソアミルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、エタノール、イソプロパノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドが挙げられる。

絶縁性接着フィルムは、例えば、各成分を溶剤中で混合して塗工液を作成し、該塗工液を基材上にアプリケーター塗装により塗工し、オーブン中で溶剤を揮散させることにより製造できる。塗工液の２５℃での粘度は、５０ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下が好ましい。更に好ましくは、２００ｍＰａ・ｓ以上８０００ｍＰａ・ｓ以下、一層好ましくは、５００ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下である。各成分を溶剤中に混合する場合、溶解性を向上させるために、加熱しても構わない。混合温度は室温以上１００℃以下が好ましい。５０℃以上８０℃以下が更に好ましい。オーブン中での溶剤の揮散は５０℃以上１００℃以下が好ましく、６０℃以上９０℃以下が更に好ましい。時間は２分以上２０分以下が好ましい。

絶縁性接着フィルムは単一組成であっても構わないし、異なる組成の接着剤が２層以上積層されていても構わない。接続時の導電粒子の移動を抑えるために、２層以上積層することが好ましい。２層以上積層する場合、導電粒子が存在する表面層の一部または全部が他の層よりも、高粘度である高粘度層となっている事が好ましい。

高粘度層の１８０℃での溶融粘度は、導電粒子の移動を抑えるため、１０Ｐａ・ｓ以上３００００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは、５０Ｐａ・ｓ以上１００００Ｐａ・ｓ以下、一層好ましくは８０Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下、更に一層好ましくは１００Ｐａ・ｓ以上２０００Ｐａ・ｓ以下である。接続信頼性の観点から、更に好ましくは、１５０Ｐａ・ｓ以上１５００Ｐａ・ｓ以下である。

その他の層の１８０℃での溶融粘度は、導電粒子の移動を抑えるため、０．１Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは、０．２Ｐａ・ｓ以上１２０Ｐａ・ｓ以下、一層好ましくは０．５Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下、更に一層好ましくは０．７Ｐａ・ｓ以上７０Ｐａ・ｓ以下である。接続信頼性の観点から、更に好ましくは、１Ｐａ・ｓ以上５０Ｐａ・ｓ以下である。
なお、ここで、絶縁性接着フィルムが熱硬化性樹脂を含む場合、その溶融粘度とは、絶縁性接着フィルムから硬化剤を除去した、あるいは、硬化剤が未配合の状態での溶融粘度を指す。

高粘度層の膜厚は、低い接続抵抗を実現するために、導電粒子の平均粒径と同等以下であることが好ましい。好ましくは、高粘度層の膜厚が導電粒子の平均粒径に対して、０．０５倍以上１．２倍以下である。より好ましくは、０．０７倍以上１．０倍以下、更に好ましくは、０．１倍以上０．９倍以下、一層好ましくは、０．１２倍以上０．８倍以下、更に一層好ましくは、０．１５倍以上０．６倍以下である。
高粘度層の膜厚は、好ましくは、０．１μｍ以上７μｍ以下であり、より好ましくは０．２μｍ以上５μｍ以下であり、一層好ましくは、０．３μｍ以上３μｍ以下であり、更に一層好ましくは、０．４μｍ以上２μｍ以下である。

絶縁性接着フィルムの厚みは、導電粒子の平均粒径よりも大きく、好ましくは、５μｍ以上５０μｍ以下である。更に好ましくは６μｍ以上３５μｍ以下、更に好ましくは７μｍ以上２５μｍ以下、更に好ましくは８μｍ以上２０μｍ以下である。

本発明の異方性導電フィルムは、絶縁性接着フィルムの表面層に導電粒子が単層として配置されている。
ここで表面層に配置するとは、導電粒子の一部または全体が絶縁性接着フィルムの表面に埋め込まれている状態を意味し、全体が埋め込まれている状態が、基板への貼付性が高く好ましい。

導電粒子の一部が埋め込まれている場合、導電粒子はその平均粒径に対して１／３以上が絶縁性接着フィルムに埋め込まれていることで絶縁性接着フィルムからの脱離が起こりにくくなり好ましい。更に好ましくは１／２以上埋め込まれていることであり、更に好ましくは２／３以上埋め込まれていることであり、更に好ましくは４／５以上埋め込まれていることであり、更に好ましくは９／１０以上埋め込まれていることである。一方、導電粒子が絶縁性接着フィルム層に完全に埋め込まれている場合、導電粒子と絶縁性接着フィルムの表面との間の絶縁性接着フィルムの厚み（即ち、導体粒子表面と絶縁性接着フィルム表面との間の最短距離）は、導電性を得るための加圧の際に導電粒子の移動を抑えるために、導電粒子の平均粒径に対して１．０倍未満が好ましい。更に好ましくは０．８倍未満、更に好ましくは０．５倍未満、更に好ましくは０．３倍未満、更に好ましくは０．１倍未満である。

本発明では、異方導電性を高レベルで確保するために、絶縁性接着フィルムに導電粒子は単層で配置される。ここで、単層で配置されるとは、導電粒子の存在する表面層の厚みが導電粒子の平均粒径に対して２倍未満であることを意味する。好ましくは１倍以上１．８倍未満、更に好ましくは１倍以上１．５倍未満、更に好ましくは１倍以上１．３倍未満である。本発明では、導電粒子が絶縁性接着フィルムの表面層に単層として存在することにより、特に、半導体チップと液晶パネルの接続の様に、接続する電極高さが高いものとほぼ平らなものとの接続において、配列した導電粒子が接続時に大きく移動してしまう事を抑制することが可能となっている。
本発明においては、単層配置した導電粒子以外に、導電粒子より小粒径の導電材料が、絶縁性に影響が出ない程度に絶縁性接着フィルムの上記表面層以外の層に混合されていても構わない。

導電粒子の配列性の尺度である、導電粒子の中心間距離の変動係数は、導電粒子の中心間距離の標準偏差をその平均値で割った値であり、本発明においては０．５以下である。導電粒子の中心間距離の変動係数を０．５以下にすることによって、微小面積の電極において電気的接続性に優れ、接続抵抗の低い接続を実現すると共に、微細な配線間の絶縁破壊が起きにくくなる。
導電粒子の中心間距離の変動係数は、好ましくは０．０１以上０．４５以下であり、一層好ましくは０．０２以上０．４以下、更に好ましくは０．０３以上０．３５以下、更に好ましくは０．０４以上０．３以下である。電極ごとの接続抵抗のバラツキを小さくするために、更に一層好ましくは、０．０５以上０．２５以下である。

導電粒子の中心間距離の平均は、異方導電性の観点から、２μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。更に好ましくは２．５μｍ以上１４μｍ以下、更に好ましくは３μｍ以上１２μｍ以下である。長期接続信頼性を確保するためには、更に好ましくは３．５μｍ以上１１μｍ以下である。
尚、導電粒子の中心間距離は、異方性導電フィルムの面方向に導電粒子を投影した画像において、各導電粒子の中心点を母点として、デローニ三角分割を行い、それによってできる三角形の辺の長さで定義した。

本発明の異方性導電フィルムは、導電粒子の９０％（粒子数を基準とする）以上が個々に独立に存在している。９０％以上が独立に存在する事で、接続時の電極間における接続抵抗のバラツキを小さく抑えることができる。好ましくは、９５％以上の導電粒子が独立に存在することであり、より好ましくは、９８％以上、更に好ましくは９９％以上、一層好ましくは９９．５％以上が個々に独立に存在する事である。

本発明では、独立に存在する導電粒子以外に、４個以上１０個以下の導電粒子の集合体（以下、「特定導電粒子集合体」と称す）を有している。好ましくは、特定粒子集合体の頻度が１ｃｍ^２当たり５個以上１００個以下であり、更に好ましくは、１ｃｍ^２当たり１０個以上８０個以下であり、更に好ましくは、１５個以上６０個以下である。
特定導電粒子集合体が１ｃｍ^２当たり５個未満では、導電粒子の移動具合を安定的に検査できるＩＣチップサイズが大きいものに限定されてしまう。また、１ｃｍ^２当たり１００個以下にすることで、高い絶縁信頼性が確保できる。

導電粒子が２個あるいは３個の導電粒子集合体を導電粒子の移動具合を検査するための目印とすると、低倍率レンズでは、単独の導電粒子と区別しづらく、簡易な方法で導電粒子の移動具合を検査するには、不向きであった。
一方、１０個を超える導電粒子の集合体は、少ない方が好ましく、特に１５個以上の導電粒子の集合体は、１ｃｍ^２当たり１個未満であることが、隣接電極間隔が狭い電極の接続においてもショートを起こさず接続することができ、好ましい。更に好ましくは、１ｃｍ^２当たり０．５個以下であり、更に好ましくは、１ｃｍ^２当たり０．３個以下であり、更に好ましくは、１ｃｍ^２当たり０．１５個以下である。

異方性導電フィルムの面積に占める、導電粒子の投影面積の合計で規定される導電粒子の面積率が２％以上４０％以下の範囲が導電性と絶縁性のバランスが取れて好ましい。より好ましくは、４％以上３５％以下、更に好ましくは６％以上３０％以下、一層好ましくは、８％以上２７％以下、更に一層好ましくは１０％以上２５％以下である。

本発明において、導電粒子が絶縁性接着フィルムの表層に単層として配列し、特定導電粒子集合体を有する異方性導電フィルム作る方法としては、例えば下記の様な方法がある。
即ち、まず、表面を粘着剤で被覆した導電粒子と粘着剤で被覆していない導電粒子とを良く混合することで、粘着剤で被覆した導電粒子を中心に４個〜１０個程度の導電粒子の集合体ができる。このとき、粘着剤で被覆した導電粒子の数は、導電粒子全体に対して、例えば、５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ程度用いられる。

次に、延伸可能なフィルム上に、好ましくは、導電粒子の膜厚以下で、粘着剤を塗布し、その上に導電粒子の集合体を含む導電粒子を必要量以上に載せて、密に充填する。
次に、粘着剤層に届かず、他の導電粒子の上に乗った導電粒子を排除する。一方、導電粒子の集合体はそのまま残し、排除しない。これによって、導電粒子の集合体を有し、密に充填された導電粒子層が得られる。
ここで得られた導電粒子層の乗った延伸可能なフィルムを、所望の延伸倍率で延伸することで、大部分の導電粒子が独立して、本発明に必要な変動係数と、所望の中心間距離をもって配置される。導電粒子の集合体は、塊状から面状に形状を変化する。
次に、延伸したフィルムの導電粒子が配置された側に、絶縁性接着フィルムを重ね、絶縁性接着フィルムに導電粒子を埋め込み、粘着剤の付いた延伸可能なフィルムを剥離することで、本発明の異方性導電フィルムが得られる。

延伸可能なフィルムとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＰＥＴ、ＰＥＮ等のポリエステル、ナイロン、塩化ビニル、ポリビニルアルコールのフィルムが例示される。

粘着剤としては、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、酢酸ビニル樹脂、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴムが例示される。導電粒子の被覆に用いられる粘着剤と延伸可能なフィルムに塗布される粘着剤は、同種でも良いし異なっていても良い。同種であることが好ましい。

余剰の導電粒子を排除する方法としては、エアブローによって吹き飛ばす方法、吸引によって吸い取る方法等が挙げられる。このとき、導電粒子の凝集体を排除せずに独立の導電粒子のみを排除できる様に、ブロー圧や、吸引圧をコントロールする必要がある。

延伸は縦方向延伸と横方向延伸の両方が行われる、所謂、二軸延伸であり、公知の方法で実施することができる。例えば、クリップ等でフィルムの２辺または４辺を挟んで引っ張る方法や、２以上のロールで挟んでロールの回転速度を変えることで延伸する方法等が挙げられる。延伸は縦方向と横方向を同時に延伸する同時二軸延伸でも良いし、一方向を延伸した後、他方を延伸する逐次二軸延伸でも良い。延伸時の導電粒子の配列乱れを起こし難いので同時二軸延伸が好ましい。延伸を精度良く行うために、延伸可能なフィルムを軟化させて行うのが好ましく、使用する延伸可能なフィルムによるが、例えば、７０℃以上２５０℃以下で延伸を行うのが好ましい。

延伸したフィルムの導電粒子が配置された側に、絶縁性接着フィルム層を重ね、絶縁性接着フィルム層に導電粒子を埋め込む方法としては、例えば、絶縁性接着フィルムと溶剤を含む塗工液を、延伸したフィルムの導電粒子が配置された側に、所望の膜厚になる様に塗工し、溶剤を飛散させて乾燥する方法や、セパレーター上に形成されたフィルム状の絶縁性接着フィルムを、延伸したフィルムの導電粒子が配置された側に、ラミネーター等を用いてラミネートし、ローラーを用いて絶縁性接着フィルム層に導電粒子を埋め込む方法等が挙げられる。延伸したフィルムを剥離した後、必要に応じ、本発明の異方性導電フィルムはスリットされる。

セパレーターとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ナイロン、塩化ビニル、ポリビニルアルコールのフィルムが例示される。好ましい保護フィルム用の樹脂としては、ポリプロピレン、ＰＥＴが挙げられる。該セパレーターはフッ素処理、Ｓｉ処理、アルキド処理等の表面処理を行っていることが好ましい。セパレーターの膜厚は、２０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。

本発明において、導電粒子が絶縁性接着フィルムの表層に単層として配列し、特定導電粒子集合体を有する異方性導電フィルム作る他の方法としては、導電粒子の平均粒子径よりも小さい内径を有し、所望の中心間距離と中心間距離の変動係数を有する吸引孔を多数有し、更に、該吸引孔と同じ内径の吸引孔の集合体であって、特定頻度で、導電粒子の平均粒径の１．０倍より大きく１.１倍以内の中心間距離を有する４個〜１０個の吸引孔の集合体を設けた吸引治具に、導電粒子を吸引した後、絶縁性接着フィルムに転写する方法が挙げられる。

ここで用いられる吸引治具の吸引孔の内径は導電粒子の平均粒子径よりも小さいことが必要であり、導電粒子の平均粒子径の９０％以下が好ましい。３０％〜８０％の径が更に好ましい。吸引孔の集合体の頻度は、集合体に含まれる吸引孔の数が、全吸引孔の数の、１０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍとなる範囲で設けられているもが好ましい。
ここで用いられる吸引治具は、例えば、吸引孔をなす貫通孔が所定の配置で形成された孔開きシート部品と、吸引機構、例えば、真空ポンプ等に接続する接続口と孔開きシート部品を保持する部分を有するハウジング部から構成された治具が挙げられる。

孔開きシート部品の製造方法としては、合成樹脂、例えば、ポリイミドからなる厚さ１μｍ以上１０００μｍ以下の板状物の所定位置に高エネルギー線を照射することにより、当該板状物に、吸引孔に対応させた配置で貫通孔を形成する方法が挙げられる。高エネルギー線を照射するときに、孔開きシート部品の貫通孔に対応した開口部を有する金属マスクを用いることで所定位置に照射することができる。高エネルギー線としては、例えば、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、電子線、分子線、各種のイオン線、収束イオン線を用いることができる。あるいは、微小領域に収束できる高エネルギー線を用いて、ガルバノミラーや電磁石等を用いて高エネルギー線の収束ビームを走査することで、あるいは貫通孔を形成する板状物をＸＹステージ上で移動させることで、合成樹脂等からなる板状物に所定配置で貫通孔を形成することができる。

微小領域に収束できない高エネルギー線の場合には、上述のように金属マスクを用いるか、フォトマスクを用いて照射を行う。あるいは、貫通孔を形成する板状物に感光性樹脂層を設け、フォトリソグラフィとエッチングを行うことによって、当該板状物に所定配置で貫通孔を形成してもよい。

板状物の材料としては、ポリイミド以外にも、寸法安定性の良い樹脂、例えば、各種液晶ポリマー、アラミド、ポリエステルを使用することができる。また、合成樹脂以外にも、金属、例えば、ニッケル、クロム、タングステンや、半導体、例えば、シリコンが挙げられる。この方法によれば、数μｍ程度の微小な貫通孔が所定配置で形成されている孔開きシート部品が容易に得られる。
吸引治具のハウジング内には、孔開きシート部品を支持するために、孔開きシート部品の貫通孔よりも小さい孔を有する多孔質材、例えば、セラミックからなる多孔質材が固定されていて、その外側に孔開きシート部品が固定されている構造が好ましい。

吸引治具を用いて、本発明の異方性導電フィルムを製造する方法としては、吸引治具を吸引機構、例えば、真空ポンプに接続し、孔開きシート部品側を、多数の導電粒子が入った容器内に挿入し、吸引状態にして、全ての吸引孔に導電粒子が吸着されるようにし、吸引孔以外の部分に付着した導電粒子をエアーブローといった手段で除去する。

次に、絶縁性接着フィルムを、吸引治具の導電粒子を吸着している面に向けて押し付ける。次に、吸引状態を解除し、絶縁性接着フィルムを吸引治具から引き離すことで導電粒子は絶縁性接着フィルムに所定の配置で転写される。これで導電粒子は絶縁性接着フィルムの表面層に単層として所定配置される。導電粒子の絶縁性接着フィルム中への埋め込みが不十分であれば、表面にカバー、例えばＰＥＴフィルムを掛けてロール等で埋め込むことができる。必要に応じ、本発明の異方性導電フィルムはスリットされる。

本発明の異方性導電フィルムの厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、更に好ましくは６μｍ以上３５μｍ以下、更に好ましくは７μｍ以上２５μｍ以下、更に好ましくは８μｍ以上２０μｍ以下である。

異方性導電フィルムはセパレーターを有していてもよい。該セパレーターとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ナイロン、塩化ビニル、ポリビニルアルコール等のフィルムが例示される。好ましい保護フィルム用の樹脂としては、ポリプロピレン、ＰＥＴが挙げられる。該セパレーターはフッ素処理、Ｓｉ処理、アルキド処理等の表面処理を行っていることが好ましい。セパレーターの膜厚は、２０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。

このようにして製造された本発明の異方性導電フィルムは、ファインピッチ接続用途に好適に用いることができ、液晶ディスプレイとＴＣＰ、ＴＣＰとＦＰＣ、ＦＰＣとプリント配線基板との接続、あるいは、半導体チップを直接基板に実装するフリップチップ実装に好適に用いることができる。

本発明の接続部材は、ＩＴＯ配線や金属配線等によって回路と電極を形成したガラス基板等の回路基板と、回路基板の電極と対を成す位置に電極を形成したＩＣチップ等の回路部材とを準備し、回路基板上の回路部材を配置する位置に、本発明の異方導電性フィルムを貼り付け、次に、回路基板と回路部材をそれぞれの電極が互いに対を成すように位置を合わせた後、熱圧着されることで製造される。熱圧着は、８０℃以上２５０℃以下の温度範囲で、１秒以上３０分以下で行うのが好ましい。加える圧力は、回路部材面積に対して、０．１ＭＰａ以上５０ＭＰa以下が好ましい。

本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
溶融粘度測定は以下のようにして行った。
＜溶融粘度測定＞
ＨＡＡＫＥ社製、ＲＨｅｏＳｔｒｅｓｓ６００ Ｔｈｅｒｍｏを用い、２０ｍｍ径のコーン（ＰＰ２０Ｈ）を用いて測定した。

［実施例１］
フェノキシ樹脂（東都化成株式会社製、商品名フェノトートＹＰ５０、以下同じ）７８質量部、ナフタレン型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名：ＨＰ４０３２Ｄ、以下同じ）２３質量部、シランカップリング剤（日本ユニカー社製、商品名：Ａ−１８７、以下同じ）０．５質量部、酢酸エチル３００質量部を混合し、ワニスを得た。このワニスを離型処理した３８μｍのＰＥＴフィルム上にブレードコーターを用いて塗布、溶剤を乾燥除去して、膜厚２μｍのフィルム状の絶縁性接着フィルム１を得た。絶縁性接着フィルム１の１８０℃溶融粘度は、４００Ｐａ・ｓであった。

フェノキシ樹脂１００質量部、ナフタレン型エポキシ樹脂８８質量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤と液状エポキシ樹脂の混合物（旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名：ノバキュア）６０質量部（液状エポキシ樹脂は４０質量部含有）、シランカップリング剤１．０質量部、酢酸エチル３００質量部を混合し、ワニスを得た。このワニスを離型処理した５０μｍのＰＥＴフィルム上にブレードコーターを用いて塗布、溶剤を乾燥除去して、膜厚２０μｍのフィルム状の絶縁性接着フィルム２を得た。別途マイクロカプセル型潜在性硬化剤と液状エポキシ樹脂の混合物６０質量部に替えて、液状エポキシ樹脂４０質量部を配合して同様に作成した絶縁性接着フィルムの溶融粘度を測定した結果、絶縁性接着フィルム２の１８０℃溶融粘度は、１１．５Ｐａ・ｓであった。
絶縁性接着フィルム１と絶縁性接着フィルム２とを、ＰＥＴフィルムを設けていない側の面を向かい合わせて５０℃、０．３ＭＰａでラミネートし、次いで絶縁性接着フィルム１に設けたＰＥＴフィルムを剥離して絶縁性接着フィルムＡを得た。

平均粒径４μｍの導電粒子（積水化学社製、商品名：ミクロパールＡＵ、以下同じ）０．００５質量部をトルエンで樹脂分４質量％に希釈したイソプレンゴム溶液１質量部中に入れ１０分間撹拌した後、３μｍのメンブレンフィルターでろ過しフィルター上に残った導電粒子を大きめのトレーに移し乾燥し、表面を粘着剤で被覆した導電粒子を得た。これを別のトレーに移し、そこに平均粒径４μの導電粒子１００質量部を混合して、更に、容器に移して良く撹拌し、導電粒子の集合体を含む導電粒子が得られた。

次に、１００μｍ無延伸共重合ポリプロピレンフィルム上にブレードコーターを用いてトルエンで樹脂分４質量％に希釈したイソプレンゴムを塗布、８０℃で１０分間乾燥し、厚さ１．２μｍの粘着剤層を形成した。
この粘着剤上に、上記で得た導電粒子の集合体を含む導電粒子を一面に充填し、０．１ＭＰａ圧のエアブローにより、粘着剤によって保持されていない導電粒子を排除した。これをマイクロスコープ（株式会社キーエンス製、商品名：ＶＨＸ−１００、以下同じ）で観察したところ、特定導電粒子集合体が、単層で敷き詰められた導電粒子上に、およそ０．２８ｍｍ^２に１個の頻度で存在していた。
この導電粒子が敷き詰められたフィルムを、試験用二軸延伸装置を用いて、１３５℃で、縦横共に１０％／秒の比率で２．２倍まで延伸し、徐々に室温まで冷却した。

次に、延伸されたフィルムの粒子側と、絶縁性接着フィルムＡの絶縁性接着フィルム１側を向かい合わせて、６５℃、０．５ＭＰａの条件でラミネートを行い、粒子を絶縁性接着フィルム１中に埋め込み、導電粒子が埋め込まれた絶縁性接着フィルムＡから粘着剤の付いた延伸可能なフィルムを剥離し、剥離した面に離型処理した３８μｍのＰＥＴフィルムを載せて、更に、６５℃、０．５ＭＰａの条件でラミネートを行い、異方性導電フィルムＡを得た。

異方性導電フィルムＡを、レーザー顕微鏡で観察した所、いずれの導電粒子も絶縁性接着フィルムＡから少し突き出した状態で埋め込まれており、絶縁性接着フィルムＡからの突き出している導電粒子の部分は０．０５μｍ〜０．１５μｍの範囲内にあり、単層の導電粒子層が形成されていた。

更に、異方性導電フィルムＡをマイクロスコープで観察した画像から、画像処理ソフト（旭化成株式会社製、商品名：Ａ像くん、以下同じ）を用いて、導電粒子の中心間距離の平均値、その変動係数、および独立に存在する導電粒子の割合を求めた結果、平均値が９．９μｍ、変動係数が０．２１であり、独立に存在する導電粒子の割合は、９９．１％であった。また、導電粒子の面積率は１５．１％であった。なお、導電粒子の中心間距離は、各粒子の中心点を用いたデローニ三角分割でできる三角形の辺の長さを使用し、導電粒子の観察は高倍率レンズ（株式会社キーエンス製、ＶＨ−Ｚ１００、以下同じ）を用いて、０．３５ｍｍ^２内の粒子について行った。

更に、異方性導電フィルムＡをマイクロスコープ（高倍率レンズ使用）で観察した画像から画像処理ソフトを用いて、４個以上１０個以下の導電粒子の集合体（特定導電粒子集合体）の頻度を求めた結果、８８個／ｃｍ^２であった。一方、１５個以上の導電粒子の集合体は、０．３個／ｃｍ^２の頻度であった。ここで、特定導電粒子集合体の頻度計算は、０．１ｃｍ^２以上の面積でかつ、特定導電粒子集合体が５個以上の頻度となる面積について行った。但し、観察面積が１ｃｍ^２に達しても、頻度が５個に達しない時は、観察面積が１ｃｍ^２の時の頻度を使用した。
また、１５個以上の導電粒子の集合体については、２個以上の頻度となる面積について行った。但し、観察面積が１ｃｍ^２に達しても、頻度が２個に達しない時は、観察面積が１ｃｍ^２の時の頻度を使用した場合もある。

次に、２０μｍ×１００μｍの金バンプがピッチ４０μｍで並んだ１．６ｍｍ×１５ｍｍのベアチップとベアチップに対応した接続ピッチを有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）ガラス基板を準備し、ガラス基板のチップ実装位置に、導電粒子側がガラス基板面に来る様に異方性導電フィルムＡを載せて、７０℃、５Ｋｇ／ｃｍ^２、２秒間の条件で熱圧着し、ベアチップをフリップチップボンダー（東レエンジニアリング株式会社製ＦＣ２０００、以下同じ）を用いて位置合わせをして、所定位置に仮付けした後、コンスタントヒートで２秒後に２００℃に到達し、その後一定温度となる条件で３０Ｋｇ／ｃｍ^２、１０秒間加熱加圧し、ベアチップとＩＴＯガラス基板を接続した。

仮付け後と接続後の２回ベアチップとＩＴＯガラス基板間の状態を、マイクロスコープを用いて、倍率２０倍（低倍率レンズ：ＶＨ−Ｚ０５使用）で、接続領域全体を観察した。結果、特定導電粒子集合体の配置パターンが変動しておらず、導電粒子の移動がほとんどないことが判った。この結果は、安定した接続が行われていることを示す。接続状態の確認性を評価するために、同様の接続を２０個行った結果、２０個全てにおいて、特定導電粒子集合体の配置パターンが変動していないことを確認でき、簡易な方法で接続状態の確認ができることが判った。

次に、接続したベアチップとＩＴＯガラス電極によって形成された６４対のデイジーチェーン回路による導通抵抗測定と４０対の櫛型電極による絶縁抵抗測定を行った結果、配線抵抗を含む導通抵抗は２．７ｋΩであり、６４対の全ての電極が接続されていた。一方、絶縁抵抗は１０^９Ω以上であり、４０対の櫛型電極間でショートの発生がなかった。更に、温度８５℃、相対湿度８５％の環境下、櫛型電極部には１０Ｖの直流電圧をかけて１０００時間放置した後に、導通抵抗と絶縁抵抗を、同様に測定した結果、導通抵抗は２．９ｋΩ、絶縁抵抗は８．２×１０^８Ωであり、接続信頼性、絶縁信頼性共に問題なく、ファインピッチ接続において有用であった。

［実施例２，３、比較例１，２］
表面を粘着剤で被覆した導電粒子を表１に示す添加量で用いた以外は、実施例１と同様にして、異方性導電フィルムを作成し、評価した。得られた評価結果を表１に示す。
特定導電粒子集合体が１００個／ｃｍ^２を超える比較例１，２は、１０００時間後の絶縁抵抗が低かった。

［比較例３］
表面を粘着剤で被覆した導電粒子を用いなかった以外は、実施例１と同様にして、異方性導電フィルムを作成し、評価した。得られた評価結果を表１に示す。特定導電粒子集合体が５個未満の比較例３では、接続状態の簡易な確認は困難であった。

［実施例４〜６、比較例４］
表２に示す平均粒径の導電粒子を用い、粘着剤層を表２に示す厚みにした以外は実施例１と同様にして、異方性導電フィルムを作成し、評価した。得られた評価結果を表２に示す。
平均粒径が６μｍを超える比較例４では、接続信頼性、絶縁信頼性共に低かった。

［実施例７］
金属マスクを通してエキシマレーザーを照射することにより、直径３μｍの貫通孔を中心間距離の平均値が１０．５μｍ、中心間距離の変動係数が０．０５で開けて、かつ、１ｃｍ^２当たり７箇所は、１辺４．２μｍの正六角形の頂点とその中心の７箇所に直径３μｍの貫通孔が開いている領域のある、２５μｍ厚のポリイミドフィルムを作成し、それを孔開きシート部品とする吸引治具を作成し、その吸引治具の全ての吸引孔に、実施例１で用いた導電粒子を吸引し、吸引孔以外の部分に付着した導電粒子をエアブローにより除去した。次に、実施例１で得られた絶縁性接着フィルムＡの絶縁性接着フィルム１側を吸引治具の導電粒子を吸着している面に押し付け、吸引状態を解除し、絶縁性接着フィルムＡを吸引治具から引き離すことで、導電粒子が絶縁性接着フィルムＡに転写した。更に、導電粒子側に３８μｍのＰＥＴフィルムを載せて、６５℃、０．５ＭＰａの条件でラミネートを行い、異方性導電フィルムを得た。次に、実施例１と同様に評価した。得られた評価結果を表３に示す。

［実施例８］
実施例７で得た異方性導電フィルムを使用して、チップサイズが１ｃｍ^２角のベアチップとベアチップに対応した接続ピッチを有するＩＴＯガラス基板を用いて、実施例１と同様に評価した。得られた評価結果を表３に示す。
実施例７で得た異方性導電フィルムは、大面積のベアチップを使う場合は、接続状態確認性において問題なかった。

［比較例５］
直径３μｍの貫通孔が、１辺４．２μｍの正六角形の頂点とその中心の７箇所に開いている領域を作らなかった以外は、実施例７と同様にして、異方性導電フィルムを作成し、実施例８と同様に評価した。得られた評価結果を表３に示す。比較例５で作成した異方性導電フィルムでは、接続状態の簡易な確認は困難であった。

［比較例６］
貫通孔を、中心間距離の平均値が１１．５μｍ、中心間距離の変動係数が０．５１となる様に開けて、かつ、直径３μｍの貫通孔が１辺４．２μｍの正六角形の頂点とその中心の７箇所に開いている領域の頻度を、１ｃｍ^２当たり８５箇所にした以外は、実施例７と同様にして異方性導電フィルムを作成し、実施例１と同様にして評価した。得られた評価結果を表３に示す。比較例６で用いた異方性導電フィルムでは、導電粒子の中心間距離の変動係数が０．５を超えるため、接続信頼性、絶縁信頼性共に、低かった。

［比較例７］
実施例１で用いた平均粒径４μｍの導電粒子（積水化学社製、商品名：ミクロパールＡＵ）を、帯電させた後気流と共に飛散させ、実施例１で用いた絶縁性接着フィルム１の表面に付着させ、その上に、５０μｍＰＥＴ製のカバーフィルムを被せてロールで導電粒子を絶縁性接着剤中に埋め込んだ後、カバーフィルムを剥離し、異方性導電フィルムを得た。この異方性導電フィルムをマイクロスコープで観察し、得られた画像から、画像処理ソフトを用いて、導電粒子の中心間距離の平均値およびその変動係数を求めた結果、平均値が９．７μｍ、変動係数が０．６１であった。
結果、接続信頼性、絶縁信頼性共に低かった。

本発明の異方性導電フィルムは、微細面積の電極の電気的接続性に優れると共に、微細な配線間の絶縁破壊（ショート）を起こしにくく、長期に渡り接続安定性を保持できると共に、接続時の導電粒子の移動具合を簡便に確認できて、接続時の品質管理の簡便性に優れており、微細パターンの電気的接続用途において好適に利用できる。

Claims (2)

1. 平均粒径が０．５μｍ以上６μｍ以下の導電粒子がその平均粒径よりも大きい厚さの絶縁性接着フィルムの表面層に、単層として配置された異方性導電フィルムにおいて、導電粒子の中心間距離の変動係数が０．５以下であって、導電粒子の９０％以上が独立に存在し、４個以上１０個以下の導電粒子の集合体を１ｃｍ^２当たり５個以上１００個以下の頻度で有し、前記導電粒子の中心間距離の平均が２μｍ以上１５μｍ以下であり、かつ、１５個以上の導電粒子の集合体の頻度が１ｃｍ ^２ 当たり１個未満である異方性導電フィルム。
2. 請求項１に記載の異方性導電フィルムを用いて、相互に対向する端子を有する回路基板と回路部材を接続して得られる接続構造体。