JPH11339558A

JPH11339558A - 異方性導電接着剤及び導電接続構造体

Info

Publication number: JPH11339558A
Application number: JP14440198A
Authority: JP
Inventors: Takuo Suzuki; 卓夫鈴木
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】軟質電極、硬質電極等の電極の種類によら
ず、これらの電極が形成された基板又は電気部品等を良
好に導電接合することができる異方性導電接着剤を提供
する。【解決手段】平均粒子径が０．３〜５０μｍの硬質導
電性微粒子と、前記硬質導電性微粒子よりも大きい軟質
導電性微粒子とを含む異方性導電接着剤であって、前記
硬質導電性微粒子の平均粒子径が前記軟質導電性微粒子
の平均粒子径の０．２〜０．９５倍である異方性導電接
着剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極が形成された
基板又は電気部品の接続に用いられる異方性導電接着
剤、及び、該異方性導電接着剤が用いられた導電接続構
造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ、パーソナルコンピュ
ータ、携帯通信機器等のエレクトロニクス製品におい
て、半導体素子等の小型電気部品を基板に電気的に接続
したり、基板同士を電気的に接続するため、いわゆる異
方性導電材料といわれるものが使用されている。また、
上記異方性導電材料のなかで、導電性微粒子をバインダ
ー樹脂に混合した異方性導電接着剤が広く用いられてい
る。

【０００３】上記異方性導電接着剤に用いる導電性微粒
子としては、有機基材粒子又は無機基材粒子の表面に金
属メッキを施したものや金属粒子が用いられてきた。こ
のような導電性微粒子は、例えば、特公平６−９６７７
１号公報、特開平４−３６９０２号公報、特開平４−２
６９７２０号公報、特開平３−２５７７１０号公報等に
開示されている。

【０００４】また、このような導電性微粒子をバインダ
ー樹脂と混ぜ合わせてフィルム状又はペースト状にした
異方性導電接着剤は、例えば、特開昭６３−２３１８８
９号公報、特開平４−２５９７６６号公報、特開平３−
２９１８０７号公報、特開平５−７５２５０号公報等に
開示されている。

【０００５】従来の異方性導電接着剤は、導電性微粒子
を構成する基材として、軟質基材又は硬質基材の一方の
みが使用されてきた。これは、電極が金バンプのような
軟質電極の場合、硬質基材を用いることにより電極に導
電性微粒子を食い込ませることができ、これにより信頼
性を確保することができるからである。電極に軟質材料
を用いた場合、軟質基材を用いると、圧着するときに基
材が破壊されやすく、充分な信頼性が得られないことが
ある。

【０００６】一方、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯ
ｘｉｄｅ）のような硬質電極を用いた場合には、軟質基
材を用いると、圧着時に弾性変形するため、電極を傷つ
けることなく、充分な接触面積を確保することができ、
信頼性を確保することができる。硬質電極に硬質基材を
用いた場合、圧着時に電極を傷つけ、導通不良が発生す
ることもある。

【０００７】近年、電子機器や電子部品が小型化するに
ともない、基板等の配線が微細になるとともに、硬質電
極と軟質電極とが隣接することが多くなってきた。この
場合、従来の異方性導電接着剤を用いて導電接合を行う
と、軟質電極に使用すべき導電接着剤が硬質電極にはみ
出し、電極を傷つけてしまう等の不都合を生ずることが
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑
み、軟質電極、硬質電極等の電極の種類によらず、これ
らの電極が形成された基板又は電気部品等を良好に導電
接合することができる異方性導電接着剤、及び、該異方
性導電接着剤が用いられた導電接続構造体を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒子径が
０．３〜５０μｍの硬質導電性微粒子と、上記硬質導電
性微粒子よりも大きい軟質導電性微粒子とを含む異方性
導電接着剤であって、上記硬質導電性微粒子の平均粒子
径が上記軟質導電性微粒子の平均粒子径の０．２〜０．
９５倍であることを特徴とする異方性導電接着剤であ
る。以下に、本発明を詳述する。

【００１０】本発明は、平均粒子径が０．３〜５０μｍ
の硬質導電性微粒子と、上記硬質導電性微粒子よりも大
きい軟質導電性微粒子とを含む異方性導電接着剤であ
る。本発明の異方性導電接着剤において、硬質導電性微
粒子と、それよりも大きい軟質導電性微粒子とを使用し
ているのは、以下のような理由による。すなわち、上記
異方性導電接着剤を用いて軟質電極を接合する場合に
は、硬質導電性微粒子が軟質電極に食い込むために充分
に信頼性を確保することができ、一方、硬質電極を接合
する場合においては、軟質導電性微粒子が変形し、硬質
電極と充分な接触面積をとり得るので、充分な信頼性を
確保することができるからである。さらに、上記硬質導
電性微粒子よりも上記軟質導電性微粒子が大きいため、
硬質電極を接合させる場合であっも、硬質導電性微粒子
が電極を傷つけることはない。

【００１１】上記硬質導電性微粒子は、その平均粒子径
が０．３〜５０μｍである。０．３μｍ未満であると、
接合すべき電極面に導電性微粒子が接触しにくくなり、
電極間に隙間が生じて接触不良の原因となる場合があ
り、５０μｍを超えると、隣接する電極と接触しやすく
なり、電極間においてショートが発生しやすくなるため
上記範囲に限定される。より好ましくは、１〜７μｍで
ある。

【００１２】上記硬質導電性微粒子の平均粒子径は、上
記軟質導電性微粒子の平均粒子径の０．２〜０．９５倍
である。０．２倍未満であると、電極を接合する際、潰
れた軟質導電性微粒子が邪魔をするため、硬質導電性微
粒子が軟質電極に充分に食い込みにくくなり、０．９５
倍を超えると、硬質電極を接合する際に、上記硬質電極
が硬質導電性微粒子により傷つけられやすくなるため上
記範囲に限定される。好ましくは、０．３〜０．９倍で
あり、より好ましくは、０．４〜０．８倍であり、更に
好ましくは、０．５〜０．７倍である。

【００１３】上記硬質導電性微粒子の材質は特に限定さ
れず、例えば、金、銀、パラジウム、ニッケル、銅、タ
ングステン、スズ等の金属、ハンダ等の合金、金属の混
合体金属同士の複合体、セラミックと金属との複合体等
が挙げられる。上記金属同士の複合体としては、金属粒
子にメッキ処理が施されたもの等が挙げられ、上記セラ
ミックと金属の複合体としては、例えば、セラミック粒
子表面に導電層が被覆形成されたもの等が挙げられる。

【００１４】これらのなかでは、金属が好ましく、ま
た、接合時の信頼性を上げることができるという観点か
ら、金属粒子に貴金属メッキが施されたもの、特に金メ
ッキが施されたものがより好ましい。また、硬度が高い
という点から、ニッケル粒子を核とし、このニッケル粒
子にメッキ処理が施されたものが好ましい。

【００１５】上記硬質導電性微粒子は、ＣＶ値が４０％
以下であるものが好ましい。ここで、ＣＶ値とは、下記
の式（１）；ＣＶ値（％）＝（σ／Ｄｎ）×１００・・・・（１）（式中、σは、粒子径の標準偏差を表し、Ｄｎは、数平
均粒子径を表す）で表される値である。上記標準偏差及
び数平均粒子径は、導電性微粒子１００個を電子顕微鏡
で観察することにより得られる数値である。上記ＣＶ値
が４０％を超えると、軟質導電性微粒子よりも大きな硬
質導電性微粒子が多数発生し、硬質電極を傷つける場合
がある。より好ましくは、２０％以下である。

【００１６】上記硬質導電性微粒子は、アスペクト比が
１．３以下のものが好ましい。本明細書において、上記
アスペクト比とは、導電性微粒子１００個を電子顕微鏡
で観察することにより得られる上記導電性微粒子の平均
長径を平均短径で割った値とする。上記アスペクト比が
１．３を超えると、導電性微粒子を介して電極同士を接
触させる際、電極に接触しない粒子が多数発生し導電抵
抗が大きくなったり、隣接電極間でのリーク現象が発生
しやすくなる。より好ましくは、１．１以下である。

【００１７】上記軟質導電性微粒子の材質は特に限定さ
れず、例えば、カーボン、高分子材料からなる粒子を核
とし、その表面に導電層が被覆形成されたもの等が挙げ
られる。上記軟質導電性微粒子は、Ｋ値が２００〜８０
０ｋｇｆ／ｍｍ²であるものが好ましい。

【００１８】ここで、Ｋ値とは、下記の式（２）；Ｋ値（ｋｇｆ／ｍｍ²）＝（３／√２）×Ｆ×Ｓ^-3/2×Ｒ^-1/2・・・（２）（式中、Ｆは、２０℃、１０％圧縮変形における加重値
（ｋｇｆ）、Ｓは、２０℃における１０％圧縮変位（ｍ
ｍ）、Ｒは半径（ｍｍ）を表す）で表される値である。

【００１９】上記Ｋ値が２００ｋｇｆ／ｍｍ²未満であ
ると、上記硬質導電性微粒子により電極が傷つく可能性
があり、８００ｋｇｆ／ｍｍ²を超えると、電極同士を
圧着する際に上記導電性微粒子が電極と充分に接触でき
ないことがある。

【００２０】上記軟質導電性微粒子は、ＣＶ値が１０％
以下であるものが好ましい。上記ＣＶ値が１０％を超え
ると、粒子径が不揃いとなるため、導電性微粒子を介し
て電極同士を接触させる際、電極に接触しない粒子の割
合が大きくなり、隣接電極間でのリーク現象が発生しや
すくなる。より好ましくは、５％以下である。

【００２１】上記軟質導電性微粒子は、アスペクト比が
１．１以下のものが好ましい。上記アスペクト比が１．
１を超えると、導電性微粒子を介して電極同士を接触さ
せる際、電極に接触しない粒子が多数発生し、導電抵抗
が大きくなったり、隣接電極間でのリーク現象が発生し
やすくなる。より好ましくは、１．０５以下である。

【００２２】本発明において、硬質導電性微粒子に対す
る軟質導電性微粒子の重量比（軟質導電性微粒子／硬質
導電性微粒子）は、１／３〜３／１であるのが好まし
い。上記重量比が１／３未満の場合や３／１を超えた場
合、電極の接続時に電気容量が充分に確保されないこと
がある。

【００２３】上記異方性導電接着剤は、通常、上記硬質
導電性微粒子及び上記軟質導電性微粒子が絶縁性樹脂中
に分散されたものである。本明細書において、上記異方
性導電接着剤とは、異方性導電膜、異方性導電ペース
ト、異方性導電インキを含むものをいうものとする。

【００２４】上記異方性導電接着剤を構成するバインダ
ー樹脂としては特に限定されず、例えば、アクリレート
樹脂、エチレンー酢酸ビニル樹脂、スチレンーブタジエ
ンブロック共重合体等の熱可塑性樹脂；グリシジル基を
有するモノマーやオリゴマーとイソシアネート等の硬化
剤との反応により得られる硬化性樹脂組成物等の熱や光
によって硬化する組成物等が挙げられる。

【００２５】上記異方性導電接着剤中の硬質導電性微粒
子の含有量は、２〜５０重量％が好ましく、軟質導電性
微粒子の含有量は、１〜４０重量％が好ましい。

【００２６】上記異方性導電接着剤により接続される対
象物としては、例えば、表面に電極部が形成された基
板、半導体等の電気部品等が挙げられる。上記基板は、
フレキシブル基板とリジッド基板とに大別される。上記
フレキシブル基板としては、例えば、５０〜５００μｍ
の厚みの樹脂シートが挙げられる。上記樹脂シートの材
質としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエ
ステル、ポリスルホン等が挙げられる。

【００２７】上記リジッド基板は、樹脂製のものとセラ
ミック製のものとに大別される。上記樹脂製のものとし
ては、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、セルロース繊維強化フェノール樹脂等が挙げら
れる。上記セラミック製のものとしては、例えば、二酸
化ケイ素、アルミナ、ガラス等が挙げられる。

【００２８】上記基板の構成は特に限定されず、単層の
ものであってもよく、単位面積当たりの電極数を増加さ
せるために、例えば、複数の層が形成され、スルーホー
ル形成等の手段により、これらの層が相互に電気的に接
続されている多層基板であってもよい。

【００２９】上記電気部品としては特に限定されず、例
えば、トランジスタ、ダイオード、ＩＣ、ＬＳＩ等の半
導体等の能動部品；抵抗、コンデンサ、水晶振動子等の
受動部品等が挙げられる。上記基板又は電気部品の表面
に形成される電極の形状としては特に限定されず、例え
ば、縞状、ドット状、任意形状のもの等が挙げられる。

【００３０】上記電極の材質としては、例えば、金、
銀、銅、ニッケル、パラジウム、カーボン、アルミニウ
ム、ＩＴＯ等が挙げられる。接触抵抗を低減させるため
に、銅、ニッケル等の上に更に金が被覆された電極を用
いることができる。上記電極の厚みは、０．１〜１００
μｍであることが好ましく、上記電極の幅は、１〜５０
０μｍであることが好ましい。

【００３１】上記異方性導電接着剤を用いた接着方法と
しては、例えば、表面に電極が形成された基板又は電気
部品の上に、上記異方性導電膜からなる異方性導電接着
剤を配置し、その上に、他の基板又は電気部品の電極を
置き、加熱、加圧する方法が挙げられる。上記異方性導
電膜の代わりに異方性導電ペーストを所定量用い、スク
リーン印刷やディスペンサー等の印刷手段により、異方
性導電ペーストからなる異方性導電接着剤の層を形成す
ることもできる。上記加熱、加圧には、ヒーターが付い
た圧着機やボンディングマシーン等が用いられる。上記
異方性導電接着剤の塗工膜厚は、１０〜数百μｍが好ま
しい。

【００３２】本発明の異方性導電接着剤は、軟質導電性
微粒子と、その平均粒子径が０．３〜５０μｍで、上記
軟質導電性微粒子の平均粒子径に対して０．２〜０．９
５倍の平均粒子径を有する硬質導電性微粒子とを含むの
で、軟質電極を接合する場合には、上記硬質導電性微粒
子が軟質電極に食い込み、充分に信頼性を確保すること
ができ、一方、硬質電極を接合する場合には、軟質導電
性微粒子が変形し、硬質電極と充分に接触し、充分に信
頼性を確保することができる。また、硬質導電性微粒子
よりも軟質導電性微粒子が大きいため、硬質電極を接合
させる場合であっても、硬質導電性微粒子が電極を傷つ
けることはない。

【００３３】従って、本発明の異方性導電接着剤は、形
成されている電極の硬さによらず、表面に電極が形成さ
れた種々の基板、半導体等の電気部品等を良好に接合す
ることができ、隣接する電極間でのリーク現象も殆ど発
生しない。また、接合の際の電流容量を大きくとること
ができる。上記基板又は電気部品の電極部同士が、上記
異方性導電接着剤等を用いて接続された導電接続構造体
もまた、本発明の一つである。

【００３４】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３５】実施例１平均粒子径８μｍ、Ｋ値３５０ｋｇｆ／ｍｍ²、アスペ
クト比１．０５、ＣＶ値５％の架橋ポリスチレン重合体
に０．０５μｍの厚さの金メッキを施した軟質導電性微
粒子と、平均粒子径４μｍ、アスペクト比１．１、ＣＶ
値２０％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒
子とを、それぞれその含有量が５重量％になるように、
エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の混合物をトルエンに溶
解させたバインダー溶液に混合、分散させた。

【００３６】次に、上記工程により得られた導電性微粒
子分散溶液を離型フィルム上に一定厚みに塗布し、トル
エンを蒸発させ、異方性導電膜を作製した。膜厚は１５
μｍであった。次に、ガラス基板（ＩＴＯ電極：厚み
０．３μｍ、配線幅５０μｍ、電極ピッチ１００μｍ、
金バンプ電極：厚み３μｍ、配線幅５０μｍ、電極ピッ
チ１００μｍ、ＩＴＯ電極と金バンプ電極の間の幅１０
０μｍ）に得られた異方性導電膜を貼り付け、この上に
同じガラス基板を重ね合わせ、加熱、加圧して導電接続
構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。

【００３７】その結果、この導電接続構造体の接続抵抗
値は充分に低く、隣接する電極間の線間絶縁性は充分保
たれていた。また、−２０〜１００℃の冷熱サイクルを
１０００回行ったが、特に問題は発生しなかった。

【００３８】実施例２平均粒子径４μｍ、アスペクト比１．１、ＣＶ値２０％
のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒子の代わ
りに、平均粒子径が３μｍ、アスペクト比１．３、ＣＶ
値２０％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒
子を使用したほかは、実施例１と同様に導電接続構造体
を作製し、接続状態を調査した。

【００３９】その結果、この導電接続構造体の接続抵抗
値は、実施例１の場合の導電接続構造体より軟質電極
（金バンプ電極）での接続抵抗は大きいものの、実使用
上問題のない程度に低く、隣接する電極間の線間絶縁性
は、充分に保たれていた。また、−２０〜１００℃の冷
熱サイクルを１０００回行ったが、特に問題は発生しな
かった。

【００４０】実施例３平均粒子径４μｍ、アスペクト比１．１、ＣＶ値２０％
のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒子の代わ
りに、平均粒子径７μｍ、アスペクト比１．１、ＣＶ値
３０％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒子
を使用したほかは、実施例１と同様に導電接続構造体を
作製し、接続状態を調査した。

【００４１】その結果、この導電接続構造体の接続抵抗
値は、実施例１の場合の導電接続構造体より硬質電極
（ＩＴＯ電極）での接続抵抗は大きいものの、実使用上
問題のない程度に低く、隣接する電極間の線間絶縁性
は、充分に保たれていた。また、−２０〜１００℃の冷
熱サイクルを１０００回行ったが、特に問題は発生しな
かった。

【００４２】実施例４平均粒子径８μｍ、Ｋ値３５０ｋｇｆ／ｍｍ²、アスペ
クト比１．０５、ＣＶ値５％の架橋ポリスチレン重合体
に０．０５μｍの厚さの金メッキを施した軟質導電性微
粒子の代わりに、平均粒子径８μｍ、Ｋ値１０００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²、アスペクト比１．１、ＣＶ値１０％の架橋
アクリロニトリル重合体に０．０５μｍの厚さの金メッ
キを施した軟質導電性微粒子を使用したほかは、実施例
１と同様に導電接続構造体を作製し、接続状態を調査し
た。

【００４３】その結果、この導電接続構造体の接続抵抗
値は、実施例１の場合の導電接続構造体より硬質電極
（ＩＴＯ電極）での接続抵抗は大きいものの、実使用上
問題のない程度に低く、隣接する電極間の線間絶縁性
は、充分に保たれていた。また、−２０〜１００℃の冷
熱サイクルを１０００回行ったが、特に問題は発生しな
かった。

【００４４】比較例１平均粒子径が４μｍ、アスペクト比１．１、ＣＶ値２０
％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒子の代
わりに、平均粒子径が１μｍ、アスペクト比１．５、Ｃ
Ｖ値２０％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微
粒子を使用したほかは、実施例１と同様に導電接続構造
体を作製し、接続状態を調査した。その結果、隣接する
電極間の線間絶縁性は、充分に保たれていたが、軟質電
極で一部導通不良が観測された。

【００４５】比較例２平均粒子径が４μｍ、アスペクト比１．１、ＣＶ値２０
％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微粒子の代
わりに、平均粒子径が８μｍ、アスペクト比１．１、Ｃ
Ｖ値４５％のニッケルに金メッキを施した硬質導電性微
粒子を使用したほかは、実施例１と同様に導電接続構造
体を作製し、接続状態を調査した。その結果、隣接する
電極間の線間絶縁性は、充分に保たれていたが、−２０
〜１００℃の冷熱サイクルを１０００回行ったところ、
硬質電極で一部導通不良が観測された。

【００４６】

【発明の効果】本発明の異方性導電接着剤は、上述の構
成よりなるので、軟質電極、硬質電極等の電極の種類に
よらず、これらの電極が形成された基板又は電気部品等
を良好に導電接合することができる。また、本発明の導
電接続構造体は、上述の構成よりなるので、接続抵抗が
低く、接続時の電流容量が大きく、接続が安定してい
て、リーク現象を起こさない導電接続構造体を提供する
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が０．３〜５０μｍの硬質導
電性微粒子と、前記硬質導電性微粒子よりも大きい軟質
導電性微粒子とを含む異方性導電接着剤であって、前記
硬質導電性微粒子の平均粒子径が前記軟質導電性微粒子
の平均粒子径の０．２〜０．９５倍であることを特徴と
する異方性導電接着剤。
【請求項２】硬質導電性微粒子の平均粒子径は、１〜
７μｍであり、かつ、前記硬質導電性微粒子の平均粒子
径は、軟質導電性微粒子の平均粒子径の０．３〜０．９
倍であることを特徴とする請求項１記載の異方性導電接
着剤。
【請求項３】硬質導電性微粒子の平均粒子径は、軟質
導電性微粒子の平均粒子径の０．４〜０．８倍であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の異方性導電接着
剤。
【請求項４】硬質導電性微粒子の平均粒子径は、軟質
導電性微粒子の平均粒子径の０．５〜０．７倍であるこ
とを特徴とする請求項１、２又は３記載の異方性導電接
着剤。
【請求項５】硬質導電性微粒子は、金属からなり、軟
質導電性微粒子は、Ｋ値が２００〜８００ｋｇｆ／ｍｍ
²の材料からなるものであることを特徴とする請求項
１、２、３又は４記載の異方性導電接着剤。
【請求項６】硬質導電性微粒子は、ＣＶ値が４０％以
下、アスペクト比が１．３以下であり、軟質導電性微粒
子は、ＣＶ値が１０％以下、アスペクト比が１．１以下
であることを特徴とする１、２、３、４又は５記載の異
方性導電接着剤。
【請求項７】硬質導電性微粒子及び／又は軟質導電性
微粒子は、金メッキが施されていることを特徴とする請
求項１、２、３、４、５又は６記載の異方性導電接着
剤。
【請求項８】硬質導電性微粒子は、ニッケル粒子を核
としていることを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６又は７記載の異方性導電接着剤。
【請求項９】硬質導電性微粒子に対する軟質導電性微
粒子の重量比（軟質導電性微粒子／硬質導電性微粒子）
は、１／３〜３／１であることを特徴とする請求項１、
２、３、４、５、６、７又は８記載の異方性導電接着
剤。
【請求項１０】基板又は電気部品を構成する電極部同
士が、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記
載の異方性導電接着剤により接続されていることを特徴
とする導電接続構造体。