(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が２〜２０μｍ、アスペクト比が２未満、ＣＶ値が５％以下の導電性微粒子の表面に、前記導電性微粒子の平均粒子径の１／１万〜１／１０の厚さの圧力により破れる絶縁性樹脂被覆層が形成されていることを特徴とする絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項２】
平均粒子径が２〜２０μｍ、アスペクト比が１．２未満、ＣＶ値が５％以下の導電性微粒子が用いられていることを特徴とする請求項１記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項３】
平均粒子径が３〜１０μｍ、アスペクト比が１．０６未満、ＣＶ値が５％以下の導電性微粒子が用いられていることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項４】
導電性微粒子の平均粒子径の１／１０００〜１／３０の厚さの絶縁性樹脂被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項５】
導電性微粒子の平均粒子径の１／５００〜１／６０の厚さの絶縁性樹脂被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項６】
絶縁性樹脂被覆層を構成する絶縁性樹脂の数平均分子量が、５００〜２０万であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項７】
絶縁性樹脂被覆層を構成する絶縁性樹脂の数平均分子量が、２千〜５万であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項８】
絶縁性樹脂被覆層を構成する絶縁性樹脂が、水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の絶縁被覆導電性微粒子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の絶縁被覆導電性微粒子がバインダー樹脂中に分散していることを特徴とする異方性導電接着剤。
【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１〜８のいずれか１項記載の絶縁被覆導電性微粒子を介して貼り合わされ、かつ、前記絶縁被覆導電性微粒子に対する圧力の印加により絶縁性樹脂被覆層の一部が破れ、前記絶縁被覆導電性微粒子の導電材料と前記電極部とが接触し、これにより前記電極部同士の導通が図られていることを特徴とする導電接続構造体。
【請求項１１】
基板又は電気部品を構成する電極部同士が、請求項９記載の異方性導電接着剤を介して貼り合わされ、かつ、前記異方性導電接着剤中の絶縁被覆導電性微粒子に対する圧力の印加により絶縁性樹脂被覆層の一部が破れ、前記絶縁被覆導電性微粒子の導電材料と前記電極部とが接触し、これにより前記電極部同士の導通が図られていることを特徴とする導電接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細電極間の接続に用いられる絶縁被覆導電性微粒子、異方性導電接着剤、及び、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られ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６−９６７７１号公報、特開平４−３６９０２号公報、特開平４−２６９７２０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６３−２３１８８９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】
近年、電子機器や電子部品が小型化するにともない、基板等の配線がより微細になってきたため、導電性微粒子もこれに対応できるように微粒子化や粒子径精度の向上が図られてきた。しかしながら、高い粒子径精度のままで一定以上に粒子径精度を小さくすることは技術的に困難であり、たとえそれが可能となっても電気容量の問題を解決しようとすると、ある確率で隣接する粒子が発生する。そのため導電性微粒子によるブリッジが発生し、隣接する電極間でのリークが発生しやすくなるという問題がある。
【０００６】
また、導電性微粒子を用いて配線を行う場合には、導電性微粒子を熱や圧力により電極に固定する操作が必要であるが、液晶素子のようにあまり熱や圧力をかけることができないデバイスが増えてきており、これらへの対応の必要性もでてきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑み、より微細な配線に対応でき、接続時の電気容量の問題がなく、接続が安定していて、リーク現象を起こさず、しかも高温や高圧を用いることなく導通をとることができる絶縁被覆導電性微粒子、上記絶縁被覆導電性微粒子を含有する異方性導電接着剤、及び、上記絶縁被覆導電性微粒子又は上記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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平均粒子径が２〜２０μｍ、アスペクト比が２未満、ＣＶ値が５％以下の導電性微粒子の表面に、前記導電性微粒子の平均粒子径の１／１万〜１／１０の厚さの圧力により破れる絶縁性樹脂被覆層が形成されていることを特徴とする絶縁被覆導電性微粒子である。
以下に、本発明を詳述する。
【０００９】
本発明で用いられる導電性微粒子は、平均粒子径が２〜２０μｍ、アスペクト比が２未満、ＣＶ値が５％以下で、少なくとも表面が導電材料により形成されている。
【００１０】
上記導電性微粒子の平均粒子径は、２〜２０μｍである。
上記平均粒子径が２μｍ未満では、接合すべき電極面に導電性微粒子が接触せず、電極間に隙間ができ、接触不良を発生する場合があり、２０μｍを超えると、微細な導電接合ができなくなるため、上記範囲に限定される。
好ましくは３〜１０μｍである。
上記導電性微粒子の平均粒子径は、任意の導電性微粒子３００個を電子顕微鏡で観察することにより得られる値である。
【００１１】
上記導電性微粒子のアスペクト比は２未満である。
上記アスペクト比が２以上では、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、接触しない粒子が大量に発生しやすくなるため上記範囲に限定される。
好ましくは１．２未満、より好ましくは１．１未満、更に好ましくは１．０６未満である。
本明細書において、上記アスペクト比とは、任意の導電性微粒子３００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。
【００１２】
上記導電性微粒子は、ＣＶ値が５％以下である。
上記ＣＶ値が５％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、接触しない粒子が大量に発生しやすくなるため上記範囲に限定される。
本明細書において、上記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３００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。
【００１３】
上記導電性微粒子は特に限定されず、高分子材料からなる粒子に金属を被覆したもの、カーボン粒子、金属粒子等が挙げられる。
高い導電性を得るという点では金属粒子が好ましく、更に、被覆を突き破り易いという点からニッケルがより好ましい。また、電極との接触面積を増加し、安定性をあげるという点においては、ＣＶ値やアスペクト比が小さいものを得やすいことから高分子材料からなる粒子に金属を被覆したものが好ましく、更に、電極との接続抵抗を下げたり長期信頼性を高くするためには金メッキした粒子がより好ましい。
【００１４】
上記導電性微粒子の表面に、上記導電性微粒子の平均粒子径の１／１万〜１／１０の厚さの絶縁性樹脂被覆層が形成されることにより、絶縁被覆導電性微粒子が構成されている。
上記絶縁性樹脂被覆層の厚みが、導電性微粒子の平均粒子径の１／１０を超えると、絶縁被覆導電性微粒子に圧力をかけても、圧力をかけた部分の被覆物が破れず、導通がとれない場合があり、導電性微粒子の平均粒子径の１／１万より薄いと絶縁被覆導電性微粒子同士の接触により、被覆が破れ隣接する電極間でリークが発生しやすくなるため、上記範囲に限定される。
好ましくは１／１０００〜１／３０であり、より好ましくは１／５００〜１／６０である。
【００１５】
上記絶縁性樹脂被覆層を形成する樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体等のポリオレフィン類；ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリエチル（メタ）アクリレート、ポリブチル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート重合体及び共重合体；ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ＳＢ型スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ＳＢＳ型スチレン−ブタジエンブロック共重合体及びこれらの水添化合物等のブロックポリマー；ビニル系重合体及び共重合体等の熱可塑性樹脂や特にその架橋物；エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂；ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、メチルセルロース等の水溶性樹脂及びこれらの混合物等が挙げられる。
絶縁被覆導電性微粒子は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂系のバインダー及びそれらの溶媒と混合して使用されることがあることから、これらとは相溶しにくくかつ分散性がはかられるという点からこれらのなかでは、水溶性樹脂が好ましく、ポリビニルアルコールがより好ましい。
【００１６】
上記樹脂の数平均分子量としては特に限定されないが、５００〜２０万が好ましい。上記数平均分子量が５００未満では、樹脂強度が弱いために剥がれ落ちやすく、２０万を超えると、樹脂強度が強すぎて圧力をかけた際に、圧力をかけた部分の被覆層が破れず導通がとれなくなる場合がある。
より好ましくは２千〜５万であり、更に好ましくは５千〜２万である。
【００１７】
上記絶縁性樹脂被覆層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、界面重合法、微粒子存在下での懸濁重合、乳化重合等の化学的製法；スプレードライ、ハイブリタイゼーション、静電付着法、噴霧法、ディッピング、真空蒸着等の物理的、機械的製法等が挙げられる。
なかでも、噴霧法を繰り返し行い、徐々に膜厚を厚くしていく方法が均一な被覆をできるという点で好ましい。
【００１８】
上記絶縁被覆導電性微粒子は、主として、相対向する２つの電極を電気的に接続する際に用いられる。上記絶縁被覆導電性微粒子を用いて相対向する２つの電極を電気的に接続する方法としては、例えば、上記絶縁被覆導電性微粒子をバインダー樹脂中に分散させて異方性導電接着剤を調製し、上記異方性導電接着剤を使用して２つの電極を接着、接続する方法、バインダー樹脂と上記絶縁被覆導電性微粒子とを別々に使用して接続する方法等が挙げられる。
【００１９】
本明細書において、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、異方性導電インキ等を含むものとする。
【００２０】
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−酢酸ビニル樹脂、スチレン−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。
好ましくは、上記硬化性樹脂組成物のなかでも低温で硬化する低温硬化性樹脂、及び、光硬化性樹脂である。
【００２１】
上記異方性導電接着剤として異方性導電膜を使用した場合、上記絶縁被覆導電性微粒子は、ランダムに分散されていてもよく、特定の位置に配置されていてもよい。絶縁被覆導電性微粒子がランダムに分散された導電膜は、通常、汎用的な用途に使用される。また、上記絶縁被覆導電性微粒子が所定の位置に配置された導電膜は、効率的な電気接合を行うことができる。
上記異方性導電接着剤の塗工膜厚は特に限定されないが、１０〜数百μｍが好ましい。
このような異方性導電接着剤も本発明の１つである。
【００２２】
上記異方性導電接着剤により接続される対象物しては、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、液晶素子周りのＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）等が挙げられる。特に、熱や圧力に弱い液晶素子周りのＣＯＧ等に最適である。
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。
【００２６】
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。
【００２７】
上記電極の厚みは、０．１〜１００μｍであることが好ましく、上記電極の幅は、１〜５００μｍであることが好ましい。また、上記電極のピッチは１０〜６００μｍが好ましく、上記電極間は５〜１００μｍであることが好ましい。
【００２８】
従来、用いられてきた微細な配線では、電極の幅が５０〜１００μｍ、電極のピッチが１００〜２００μｍであり、電極間も５０〜１００μｍであったが、最近、より微細な電極として使用されるようになってきたものは、電極の幅が３０〜６０μｍ、電極のピッチが４０〜９０μｍであり、電極間が３０μｍ以下になっている。本発明の絶縁被覆導電性微粒子、及び絶縁被覆導電性微粒子を含有する異方性導電接着剤は、このようなより微細な電極にも好適に用いることができ、電極間が２０μｍ以下の配線にも好適に用いることができる。
【００２９】
上記のより微細な配線に用いられる上記絶縁被覆導電性微粒子の粒子径は、上記電極間の２／３未満であることが好ましく、２／３以上では、電極に挟みこまれた粒子同士が接触し、縦方向の押圧が横方向の力として加わり被覆が破れてショートを起こす場合がある。
【００３０】
上記絶縁被覆導電性微粒子と上記基板又は部品等との接合としては、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、上記絶縁被覆導電性微粒子を含有する異方性導電膜を配置し、その上に、他の基板又は電気部品の電極を置き、加圧する方法が挙げられる。上記異方性導電膜の代わりに、スクリーン印刷やディスペンサー等の印刷手段により、上記絶縁被覆導電性微粒子を含有する異方性導電ペーストを所定量用いることもできる。上記加圧には、圧着機やボンディングマシーン等が用いられる。
【００３１】
上記加圧の際に加える圧力は、上記基板又は部品等への負荷を低く抑えるために、２００ＭＰａ未満が好ましく、より好ましくは１００ＭＰａ未満、更に好ましくは３０ＭＰａ未満、特に好ましくは５ＭＰａ未満である。
【００３２】
上記異方性導電膜及び上記異方性導電ペーストを用いない方法も可能であり、例えば、絶縁被覆導電性微粒子を介して貼り合わせた２つの電極部の隙間に液状のバインダーを注入した後、硬化させる方法等を用いることができる。
【００３３】
上記基板又は電気部品の電極部同士が、上記絶縁被覆導電性微粒子又は上記異方性導電接着剤を用いて接続された導電接続構造体もまた、本発明の１つである。
【００３４】
上述のように、本発明は、少なくとも表面が導電材料により形成されている導電性微粒子の表面に、絶縁性樹脂被覆層が形成されている絶縁被覆導電性微粒子を用いることを特徴としている。このため、本発明の異方性導電接着剤及び導電接続構造体では、絶縁被覆導電性微粒子の濃度を上げることができる。また、電極と絶縁被覆導電性微粒子の接触部位では圧力により電極との接触面で絶縁被覆が除去されることにより、導通が得られるとともに、絶縁被覆導電性微粒子を高濃度に含有させることができるために大きな電気容量を確保することができる。
【００３５】
【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。
【００３６】
実施例１
平均粒子径５μｍ、アスペクト比１．０４、ＣＶ値４％のジビニルベンゼン系微球にニッケル／金メッキ（１００ｎｍ／４０ｎｍ）を施すことにより作製した導電性微粒子に、更に、噴霧法を繰り返すことにより数平均分子量１万、ケン化度８８％のポリビニルアルコールを３０ｎｍ被覆し、本発明の絶縁被覆導電性微粒子を得た。
【００３７】
この絶縁被覆導電性微粒子をトルエンに光硬化型樹脂を溶解させたバインダー溶液に混合、分散させた。ついで、この絶縁被覆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３０μｍであり、導電性微粒子の濃度は１５％であった。
次に、液晶素子のガラス基板（配線幅４０μｍ、電極ピッチ６０μｍ）に得られた異方性導電膜を貼り付けた。
この上にＩＣチップ（バンプ幅４０μｍ、電極ピッチ６０μｍ）を位置あわせした後重ね合わせ、紫外線を照射しながら、４ＭＰａの圧力で加圧し導電接続構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。
【００３８】
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、隣接する電極間の接続抵抗は１×１０9 Ω 以上で線間絶縁性は充分保たれていた。
また、−４０〜８５℃の冷熱サイクルテストを１０００回行ったが、変化は見られなかった。
【００４３】
比較例１
平均粒子径０．３μｍ以下のニッケル球を導電性微粒子として用いた以外は、実施例１と同様にして導電接続構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。
得られた導電接続構造体は、一部導通がとれていない部分があった。そこで重ね合わせる際の圧力を３０ＭＰａとしたがやはり導通のとれていない部分があり、２００ＭＰａまで圧力をかけたがやはり導通のとれていない部分があり、ガラス基板が割れてしまった。
【００４４】
比較例２
平均粒子径１２００μｍのニッケル球を導電性微粒子として用いた以外は、実施例１と同様にして導電接続構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。
得られた導電接続構造体は、隣接する電極間でショートが発生した。
【００４５】
比較例３
平均粒子径５μｍ、アスペクト比２、ＣＶ値４０％のニッケル粉を導電性微粒子として用いた以外は、実施例１と同様にして導電接続構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。
得られた導電接続構造体は、接続抵抗値は低かったが、隣接する電極間で一部ショートがみられた。
【００４６】
比較例４
平均粒子径５μｍ、アスペクト比１．１７、ＣＶ値１８％のニッケル球を導電性微粒子として用いたこと、及び、ポリビニルアルコールを６００ｎｍ被覆した以外は、実施例１と同様にして導電接続構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。
得られた導電接続構造体は、一部しか導通がとれていなかった。そこで、重ね合わせる際の圧力を３０ＭＰａとしたがやはり導通のとれていない部分があり、２００ＭＰａまで圧力をかけたがやはり導通のとれていない部分があり、ガラス基板が割れてしまった。
【００４７】
比較例５
平均粒子径５μｍ、アスペクト比１．１７、ＣＶ値１８％のニッケル球を導電性微粒子として用いたこと、及び、ポリビニルアルコールを０．４ｎｍ被覆した以外は、実施例１と同様にして導電接続構造体を作製し、接続抵抗値を測定した。
得られた導電接続構造体は、接続抵抗値は低かったが、隣接する電極間で一部ショートがみられた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の絶縁被覆導電性微粒子、及び、絶縁被覆導電性微粒子を含有する異方性導電接着剤は、上述の構成よりなるので、より微細な配線に対応でき、接続時の電気容量の問題がなく、接続が安定していて、リーク現象を起こさず、しかも高温や高圧を用いることなく導通をとることができるものである。
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、より微細な配線に用いても隣接電極間でのリークが発生しにくく、接続抵抗が低く、接続時の電気容量の問題がなく、接続が安定しているものである。