(57)【要約】【課題】  微細化するＩＣチップや回路基板の電極接続を、信頼性の高い接続ができる異方導電性接着剤を提供する。【解決手段】  エポキシ樹脂、硬化剤、導電性粒子及び一部硬化反応が進行したエポキシ樹脂硬化物を含み、その溶融粘度の最低値が５０℃から２００℃の範囲内で４００Ｐａ・ｓ以上、５００００Ｐａ・ｓ以下である導電性層と、該導電性層の少なくとも片側に積層され、その溶融粘度の最低値が、５０℃から２００℃の範囲内で前記導電性層が示す値の１／２以下である絶縁層を有することを特徴とする異方導電性接着剤である。使用する導電性粒子には、直鎖状あるいは針状のものが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、導電性粒子及び一部硬化反応が進行したエポキシ樹脂硬化物を含み、その溶融粘度の最低値が５０℃から２００℃の範囲内で４００Ｐａ・ｓ以上、５００００Ｐａ・ｓ以下である導電性層と、該導電性層の少なくとも片側に積層され、その溶融粘度の最低値が、５０℃から２００℃の範囲内で前記導電性層が示す値の１／２以下である絶縁層を有することを特徴とする異方導電性接着剤。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂硬化物が、ビスフェノールＡ型、Ｆ型又はＳ型のエポキシ樹脂と、イミダゾール系、アミン系、ジシアンジアミド系、メラミン系、ケチミン系、酸無水物系及びフェノール系からなる群より選ばれる１種以上の硬化剤により一部硬化反応させたものである、請求項１に記載の異方導電性接着剤。
【請求項３】
前記導電性粒子が、前記導電性層の厚み方向に配向されている請求項１又は２に記載の異方導電性接着剤。
【請求項４】
前記導電性粒子が、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状、又は針形状である、請求項１乃至３のいずれかに記載の異方導電性接着剤。
【請求項５】
前記導電性粒子が、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種類以上の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金及び磁性を有する金属を含む複合体のいずれかである請求項１乃至４のいずれかに記載の異方導電性接着剤。
【請求項６】
導電性粒子が、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状であり、その鎖の太さが５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、かつアスペクト比が１０以上である粒子を５０％以上含んでいる、請求項５に記載の異方導電性接着剤。
【請求項７】
導電性層の厚みが、前記導電粒子の長さ以下である、請求項６に記載の異方導電性接着剤。
【請求項８】
前記絶縁層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値が１０Ｐａ・ｓ以上である請求項１に記載の異方導電性接着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度実装化する回路基板とＩＣチップの接続等に用いられ、ファインピッチの回路においても電極間ショートしにくい異方導電性接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の軽量化、小型化に伴って、構成部品の小型化が急速に進行している。この結果、各部の回路（ピッチ）や電極間の距離が小さくなり、最近では十数μｍにまで近接している。このような回路や電極を、ショートを起こさずに接合するためには、従来使用する異方性導電膜では困難になりつつある。
【０００３】
異方導電性接着剤には、一旦接着した後、接着剤が硬化等の固定化するものを使用する。そして、例えば、回路基板とＩＣチップの電極を接続する等の操作においては、回路基板とＩＣチップとの間に異方導電性接着剤を介在させ、加熱加圧により接続させる。この時に該異方導電性接着剤は流動するが、それと同時に接着剤中に含まれる導電性物質が流動する場合があり、ＩＣと回路基板との電極間に介在して残るはずの導電性物質が接着剤と共に流動する場合がある。このような状況となると、前記電極間は導通不良となり、異方導電性接着剤の役割が果たせない。
【０００４】
この解決手段として導電性物質を含む層とその外側に絶縁性接着剤層とを設け、前記導電性物質を含む層の１５０℃における溶融粘度が１００ｐｏｉｓｅ以上であり、該絶縁性接着剤層の１５０℃における溶融粘度が１００ｐｏｉｓｅ未満である複層構造の多層異方導電性接着剤の開示がある（特許文献１参照）。このようにすることで、昇温すると、まず絶縁性接着剤層が溶融流動し、ＩＣや回路基板等の電極周囲にある隙間を埋めることで、さらなる昇温により導電性粒子を含む層が流動する余地を減らすため、前記導電性粒子が流動による流れだしを防ぐことができるというものである。
【特許文献１】特開２０００−１７８５１１号公報、（００１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の手段でも十分な対応とは言えず、流動性においてさらなる解決手段が必要である。特に流動性が大きすぎると、所望の接着温度で異方導電性接着剤を使用する際に、接着剤が周囲に流れ出し、隣接する電極あるいは回路に影響を与える場合があるため、接着温度付近における樹脂の流動性をコントロールする必要があると考えられる。また、導電性物質を含む層の流動性と絶縁層の流動性においては、一定のバランスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記概念を具現化した発明である。即ち、エポキシ樹脂、硬化剤、導電性粒子及び一部硬化反応が進行したエポキシ樹脂硬化物を含み、その溶融粘度の最低値が５０℃から２００℃の範囲内で４００Ｐａ・ｓ以上、５００００Ｐａ・ｓ以下である導電性層と、該導電性層の少なくとも片側に積層され、その溶融粘度の最低値が、５０℃から２００℃の範囲内で前記導電性層が示す値の１／２以下である絶縁層を有することを特徴とする異方導電性接着剤である。このように、導電性粒子を含む導電層である導電性層の流動性と、導電性物質を含まない絶縁層の流導性の関係が前記範囲にあれば、該異方導電性接着剤が加温され、流動した時点で、まず絶縁層が流動して電極間空間を埋め、その後の加温により、導電性物質を含む導電性層が流動する。このときは既に絶縁層が電極間空間を埋めて硬化過程にあり、導電性層が流動しても大きな流動は起こらない。そのバランスが絶縁層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値を、導電性層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値の１／２以下とした点である。
【０００７】
前記発明において、このような接着性をコントロールするには、特にエポキシ樹脂を用いるのが好ましく、流動性を調節する手段として、既に硬化が進行したエポキシ樹脂を加えているのが特徴である。このエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂を一旦硬化した後、粉砕し、粉末状にして添加するのが好ましい。
また、導電性層に対し、絶縁層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値が１／２以上では、絶縁層が十分な流動が進まない状態で、導電性層の流動が始まるため、導電性層の流動範囲が大きくなり好ましくない。
そして、前記絶縁層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値が１０Ｐａ・ｓ以上であると好ましい。１０Ｐａ・ｓ未満であると、溶融時の流動性が良すぎるため、周囲へ絶縁層材料が流れ出しやすくなる。絶縁層に使用する樹脂も、接着性や、導電性層との相溶性の観点から、エポキシ樹脂を用いるのが好ましい。
【０００８】
前記エポキシ樹脂硬化物が、ビスフェノールＡ型、Ｆ型又はＳ型のエポキシ樹脂と、イミダゾール系、アミン系、ジシアンジアミド系、メラミン系、ケチミン系、酸無水物系及びフェノール系からなる群より選ばれる１種以上の硬化剤により一部硬化反応させたものであると、より好ましい。脂環式エポキシ樹脂は一般に耐熱性が不十分であり、フェノールノボラック型エポキシでは、溶媒への溶解性に劣るため、本発明では、前記ビスフェノール系エポキシ樹脂が好まれる。
【０００９】
前記導電性粒子が、前記導電性層の厚み方向に配向されていると、隣り合う電極への回路間ショートが起こりにくく、非常に好ましい。
前記導電性粒子が、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状、又は針形状であると、好ましい。このような形状の場合、特に前記配向性の操作を組み合わせることにより好ましい選択となる。
前記導電性粒子が、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種類以上の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金及び磁性を有する金属を含む複合体のいずれかであるものを選択すると、好ましい。これは、磁性を有する金属が、互いに引き合うことにより溶融流動時に導電性物質が電極間に挟まれた導電性物質に集合しやすいためである。また、磁力による配向操作ができるので好ましい。
【００１０】
導電性粒子が、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状であり、その鎖の太さが５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、かつアスペクト比が１０以上である粒子を５０％以上含んでいると、好ましい。これは、導電性層で厚み方向に配向させておけば、厚み方向に加圧されても導電性層中で電極間に挟まれたときに、強固な導電回路形成ができる。
さらに、導電性層の厚みが、前記導電粒子の長さ以下であると、導電性層を突き抜けた状態で導電性粒子が存在するため、絶縁層が流動した時点で電極間に挟まれた状態となり、導電性層の流動においても、該導電性粒子が流動されずに残るので好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明になる異方導電性接着剤は、適度に調整された溶融流動性により、ファインピッチの回路基板や、ＩＣチップ等の接着には導通性がよく、かつ隣り合う電極へのリークも抑えられた好適な異方導電性接着剤である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明になる異方導電接着剤は、導電性粒子を含む導電性層に用いるエポキシ樹脂に、その使用時における溶融粘度の最低値を高めるために、一部硬化反応が進行したエポキシ樹脂硬化物を加えたことに一つの特徴がある。
【００１３】
通常、ある温度範囲において、樹脂の溶融粘度の最低値を大きくしようとする場合は、低い温度で反応し始める硬化剤を用いるが、この場合、保存安定性が悪くなる。また、別の方策として、樹脂の分子量を高める手段も考えられるが、接着後の熱軟化点が低くなるため、十分な増粘効果が得られない。
【００１４】
本発明は、予め導電性層の主材料となるエポキシ樹脂を予め硬化剤により反応させ、反応後の樹脂を溶剤に溶解するか、反応後の樹脂を粉砕してから溶剤に溶解することにより、高分子化された樹脂溶液を作製し、これに未反応のエポキシ樹脂と硬化剤と導電性粒子を加えることにより溶液を作製し、これをフィルム状に展延、乾燥するものである。このように作製されたフィルム状の導電性層は、加えるエポキシ樹脂硬化物の熱軟化温度が高く、又少量の添加量で、溶融粘度の最低値が大幅に高められるので、接着性にも影響を及ぼさない。
即ち、導電性層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値を、前記エポキシ樹脂硬化物の使用量により調節できることにより、異方導電性接着剤として合わせて用いられる絶縁層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値を適宜選択できることになる。
【００１５】
絶縁層に用いる樹脂の溶融粘度は低すぎると流動して基板上に展延し、不要な範囲にまで樹脂層を形成することになるため、１０Ｐａ・ｓ以上あるものを選択するのが良い。
好ましくは、使用温度に合わせて溶融粘度の最低値を選択することになる。その後、導電性層に用いる樹脂の前記溶融粘度の最低値を調整し、絶縁層の溶融粘度より２倍以上の溶融粘度を有する樹脂配合とすればよい。
【００１６】
ここで使用するエポキシ樹脂硬化物を作製するには、エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型、Ｆ型又はＳ型のエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。そして使用する硬化剤としては、イミダゾール系、アミン系、ジシアンジアミド系、メラミン系、ケチミン系、酸無水物系及びフェノール系からなる群より選ばれる１種以上を選択するのが良い。特にイミダゾール系が好ましく用いられる。
【００１７】
また、本発明に用いるエポキシ樹脂としては、前記したエポキシ樹脂硬化物に用いるビスフェノール系樹脂を好適に用いることができる。また、硬化剤としては、前記したエポキシ樹脂硬化物に用いる硬化剤を用いることができるが、導電性粒子を混合した後、乾燥している間に硬化しては意味をなさないため、接着剤としての使用温度付近で反応する目的から、マイクロカプセル化してある硬化剤が好適に使用できる。硬化剤の種類は、前記したエポキシ硬化物で用いるイミダゾール系の硬化剤カプセルが好適に使用できる。
【００１８】
一方、導電性粒子としては、金属粉末が使用できるが、好ましくは、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状、又は針形状である、いわゆるアスペクト比が大きい形状を有するものが好ましい。
そして、これらの粒子は、導電性層を形成する時点で厚み方向にかけた磁場の中を通過させることにより、厚み方向に配向させて用いるのが好ましい。
従って、用いる金属粉末は、その一部に磁性金属が含まれるものが良く、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種類以上の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金及び磁性を有する金属を含む複合体のいずれかであるのが好ましい。
【００１９】
特に好ましくは、導電性粒子が、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状であり、その鎖の太さが５０ｎｍ以上１μｍ以下であり、かつアスペクト比が１０以上である粒子を５０％以上含んでいるものが良い。鎖の太さが５０ｎｍ未満であると、製造工程中の外力により、折れたりすると長さの効果を得ることができない。又、太さが１μｍを超えると、大きな金属粒末となるため、分散性に影響する。アスペクト比が１０未満では、膜厚方向に配向させる場合、配向の効果が少ない。
より好ましくは、導電性層の厚みが、前記導電粒子の長さ以下であるように、厚みを調整するとよい。若しくは所望の導電性層の厚みより長い鎖状の金属粉末を用いればよい。
前記する微細な金属が多数鎖状に繋がった形状を有する金属粉末は、３価のチタンイオンの存在下で４価のチタンイオンを還元剤として用い、クエン酸等をクラスターとして利用した湿式還元方法により、入手することができる。
【００２０】
以上の組み合わせにより、本発明の異方導電性接着剤は、回路のピッチが十数μｍ程度の電子回路や、電極間に用いても、隣り合う電極間の電気抵抗も大きく、且つ接着対象電極間の導通抵抗は十分に小さいものとなる。
【実施例】
【００２１】
以下に実施例をあげるが、本発明は実施例に限定するものでもない。
（実施例）
（溶液の作製）導電性粒子としては３μｍから１５μｍまでの長さ分布を有する直鎖状ニッケル粉末を用いた。導電性層の樹脂としては、２種のエポキシ樹脂〔ＪＥＲ（株）製、商品名エピコート１０１０（分子量約５５００）および商品名エピコート８２８（分子量約３８０）〕を用い、硬化剤にはマイクロカプセル型硬化剤〔旭化成エポキシ（株）製商品名ノバキュアＨＸ３９４１〕を用いた。以上の重量比が７０／３０／１０の割合となるようにした。エポキシ樹脂硬化物としては、２種のエポキシ樹脂〔ＪＥＲ（株）製商品名エピコート１０１０（分子量約５５００）および商品名エピコート１００１（分子量約９００）〕と、硬化剤としてイミダゾール系硬化剤〔四国化成工業（株）製商品名キュアゾール２ＭＡ−ＯＫ〕とを重量比で５０／５０／５の割合で混合し、２００℃の恒温槽中で１時間加熱したものを用いた。
【００２２】
これらのエポキシ樹脂配合物とエポキシ硬化物とを８０／２０の割合で配合し、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン、トルエンの重量比５５／２５／２０の混合溶媒に溶解、三本ロールを用いて混合し、樹脂濃度が４０重量％である溶液を得た。
この溶液に、固形分の総量（Ｎｉ粉末＋樹脂）に占める割合で表される金属充填率が、０．５体積％となるように前記Ｎｉ粉末を添加した後、遠心撹拌ミキサーを用いて撹拌することでＮｉ粉末を均一に分散し、導電性層用の溶液を調製した。
別に、絶縁層用として、前記エポキシ樹脂硬化物と、Ｎｉ粉末を加えないエポキシ樹脂溶液を用意した。
【００２３】
（異方導電膜の作製）上記で調製した導電性層用の溶液を、離型処理したＰＥＴフィルム上にドクターナイフを用いて塗布した後、磁束密度１００ｍＴの磁場中、８０℃で３０分間、乾燥、固化させて、膜中の直鎖状粒子が磁場方向に配向した、厚さ１２μｍの導電性層を得た。この上に、前記絶縁層用溶液を塗布し、再び８０℃で３０分間、乾燥、固化させて、目的とする総厚みが２５μｍの異方導電性接着剤を作製した。
【００２４】
（溶融粘度の測定）前記導電性層用溶液の溶媒を、硬化反応が進行しないよう４０℃真空下で除去、５００μｍ厚のフィルムを作製し、粘弾性測定装置（レオメトリック社製ＡＲＥＳ）を用いて５０℃から２００℃までの溶融粘度を測定し、その最低値を求めた。
同様に、前記絶縁槽用溶液の溶媒を、硬化反応が進行しないよう４０℃真空下で除去、５００μｍ厚のフィルムを作製し、粘弾性測定装置（レオメトリック社製ＡＲＥＳ）を用いて５０℃から２００℃までの溶融粘度を測定し、その最低値を求めた。
得られた溶融粘度の最低値を表１に示す。
【００２５】
（比較例１）
絶縁層の樹脂として、２種のエポキシ樹脂〔ＪＥＲ（株）製商品名エピコート１０１０（分子量約５５００）および商品名エピコート８２８（分子量約３８０）〕と、硬化剤としてマイクロカプセル型硬化剤〔旭化成エポキシ（株）製商品名ノバキュアＨＸ３９４１〕との重量比を９５／５／５の割合で用いたこと以外は実施例と同様にして総厚みが２５μｍの異方導電性接着剤を作製した。この絶縁層は、導電性層の５０℃〜２００℃における溶融粘度の最低値に対して、同温度域における溶融粘度の最低値が、１／２を超える値となる。
【００２６】
（比較例２）
導電性層の樹脂として、２種のエポキシ樹脂〔ＪＥＲ（株）製商品名エピコート１２５６（分子量約５万）および商品名エピコート８２８（分子量約３８０）〕と、硬化剤としてマイクロカプセル型硬化剤〔旭化成エポキシ（株）製商品名ノバキュアＨＸ３９４１〕とを重量比で７０／３０／１０の割合で用いた（エポキシ硬化物は添加していない）こと以外は実施例と同様にして総厚みが２５μｍの異方導電性接着剤を作製した。
【００２７】
（比較例３）
導電性層の樹脂として、２種のエポキシ樹脂〔ＪＥＲ（株）製エピコート１２５６（分子量約５万）および８２８（分子量約３８０）〕と、マイクロカプセル型硬化剤〔旭化成エポキシ（株）製ノバキュアＨＸ３９４１〕とを重量比で７０／３０／１０の割合で用いた（エポキシ硬化物は添加していない）こと、導電粒子として直径５μｍの金メッキ樹脂粒子を用い、樹脂＋導電性粒子を１００とした時、１０体積％添加したこと以外は実施例と同様にして総厚みが２５μｍの異方導電性接着剤を作製した。
【００２８】
以上の実施例と比較例１〜３を異方導電性接着剤として性能評価した。
（抵抗評価）
幅１５μｍ、長さ１００μｍ、高さ１６μｍのＡｕメッキバンプが１５μｍ間隔で７００個配列されたＩＣチップと、それと同じ線幅で透明導電回路（ＩＴＯ）が形成されたガラス基板とを用意した。このＩＣチップと回路基板との間に実施例、比較例で作製した異方導電性接着剤をはさみ、２００℃に加熱しながら、１バンプ当たり３０ｇｆの圧力で１５秒間加圧して接着させた。
そして、ＩＴＯ電極、異方導電性接着剤とＡｕバンプとを介して導電接続された連続する４８０個の電極間の導体抵抗も含めた回路抵抗値を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
（接着力評価）
幅１５μｍ、長さ１００μｍ、高さ１６μｍのＡｕメッキバンプが１５μｍ間隔で７００個配列されたＩＣチップと、回路を形成していないＩＴＯガラス板とを用意した。このＩＣチップとガラス板との間に実施例、比較例で作製した異方導電接着剤をはさみ、２００℃に加熱しながら、１バンプ当たり３０ｇｆの圧力で１５秒間加圧して接着させた。その後、シェア強度テスター（デイジー製２４００ＰＣ）を用いて接着力を測定した。得られた結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2005146043.tif 000002
【００３１】
表１に示すように、本発明の一例である実施例は、異方導電性接着剤として使用した際に、接着力がよく、接続抵抗も小さい。比較例１は接着時における溶融粘度の最低値が導電性層の値の１／２より絶縁層のそれが大きくなったため、電極間の接続が好ましくなく、接続抵抗を大きくしている。導電性層にエポキシ樹脂硬化物を配合していない比較例２は、導電性層の溶融粘度を大きくするために、高分子のエポキシ樹脂を使用した結果、接着時の外観は良いが、接着力が低下し接触抵抗も大きくなっている。さらに、比較例３は、比較例２の結果に対比して、導電性層に使用する導電性粒子を直鎖状ニッケル粉末に代え、直径５μｍの金めっきされた樹脂の粒子を用いたものである。５０℃〜２００℃における導電性層の溶融粘度の最低値は導電性粒子を多く含んだため大きくなるが、接着性には寄与度が減少するため、接着強度は低下する。また、溶融粘度の最低値が大きいため、導電粒子の流動性が好ましくなく、互いに接触しにくくなるため、接続抵抗も大きくなる。
以上のように、本発明になる異方導電性接着剤は、ファインピッチの回路基板やＩＣチップの接続に信頼性のある接続をもたらすものである。とりわけ、導電性層に含まれる導電粒子を配向させることにより、その効果は向上する。