(57)【要約】  【課題】  電気部品の接続において、低温且つ短時間の接続方法を実現する。  【解決手段】  互いに接続すべき電極端子をそれぞれ有する電気部品どうしを接続する方法であって、電極端子２、４の接続面を金で構成し、接着剤５中に複数の金粒子６を分散させた異方性導電材７を電極端子２、４間に介在させ、荷重Ｆを加えると共に超音波振動Ｖを加え、金粒子６と電極端子２、４との接触面の径Ｂが、金粒子６の粒子径Ａ以上になって金属間接合することを特徴とする接続方法を提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接続すべき電極端子をそれぞれ有する電気部品どうしを接続する方
法であって、前記電極端子の少なくとも接続面を金で構成し、接着剤中に複数の金粒子を
分散させた異方性導電材を前記接続すべき電極端子間に介在させ、この電極端子どうしを
近接させる方向に荷重を加えると共に接続面に略平行方向の超音波振動を加え、前記金粒
子が前記接続すべき電極端子の両方に接触し更にこれら電極端子からの押圧を受けて塑性
変形し、前記金粒子と前記電極端子との接触面の径が、前記金粒子の粒子径以上になって
金属間接合することを特徴とする電気部品の接続方法。
【請求項２】
前記異方性導電材の接着剤として熱硬化性樹脂を用い、前記金属間接合が
終了したのち引き続き前記接着剤を加熱硬化させることなく、前記金属間接合の工程とは
別の工程において前記接着剤を硬化させることを特徴とする請求項１に記載の電気部品の
接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リジッド基板とフレキシブル基板、フレキシブル基板どうし、リジッド基板
又はフレキシブル基板とリードフレーム状金属端子を有するコネクタや半導体パッケージ
、あるいはリジッド基板又はフレキシブル基板と表面が金からなるバンプを有する半導体
チップ等の組み立てに際して、互いの電極端子を接続する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から電極端子間の接続には、異方性導電フィルムを電極端子間に介在させて接続す
る方法が広く行われており、これは一般にＡＣＦ法と呼ばれている。この方法は特許文献
１や特許文献２にも記載されているように、熱硬化性樹脂又はこれに熱可塑性樹脂を含む
接着剤中に、ニッケル、銅、金、銀等の導電粒子、又は樹脂ボールの表面にニッケルめっ
きを施したもの、また更にその上に金めっきを施したものを導電粒子として分散させる。
【０００３】
そしてこのような異方性導電材を接続すべき電極端子間に介在させ、過熱した接合ツー
ルで加圧することにより、電気部品の電極端子や基材あるいは樹脂ボールを弾性変形させ
、この弾性変形を維持したまま接着剤を硬化させることによって前記弾性変形の復元力に
よる接触圧を得て、半永久的な接続を実現しようというものである。
【０００４】
ここで、前述した接続方法の結果を断面模式図として示す。図２（ａ）は加圧の結果電
極端子と基材が弾性変形した様子、図２（ｂ）は樹脂ボールが弾性変形した様子を表す。
１１は一方の電気部品、１２は前記一方の電気部品１１に形成された電極端子、１３は他
方の電気部品、１４は前記他方の電気部品１３に形成された電極端子、１５は接着剤、１
６はニッケル等からなる比較的硬度の高い導電粒子、１７は樹脂ボールに金属めっきを施
した導電粒子である。
【０００５】
図２（ａ）においては導電粒子１６が硬いので、荷重を受けた結果電極端子１２、１４
の弾性変形（矢印Ｘで示す）や電気部品の基材の弾性変形（矢印Ｙで示す）が発生する。
一方図２（ｂ）においては導電粒子１７が軟らかいので、導電粒子１７の弾性変形（矢印
Ｚで示す）が発生する。
【０００６】
なお本明細書に添付する図面では構造を分かり易くするため、電気部品に形成された電
極端子をそれぞれ１つ、その電極端子上に位置する導電粒子を１つとして表現するが、実
際はこれらが多数あり、近年益々多数化し高密度化していることは言うまでもない。
【０００７】
また特許文献２で開示されているように、前述したような接合構造において電極端子の
めっきをスズめっきとし、導電粒子の金めっきとのあいだで金−スズ共晶の生成を図る方
法も提案されている。
【０００８】
さらに他の態様として特許文献３に開示されているように、基板の電極端子としてアル
ミ箔を用いる場合には接合面に超音波振動を加え、アルミ箔表面の酸化皮膜を導電粒子と
の摩擦によって破壊することも提案されており、この場合アルミの硬く厚い酸化膜を摩擦
によって破壊するため、通常は硬度の高いニッケルの導電粒子が用いられる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１５２０２３号公報（第４頁、図３）
【特許文献２】特開平１０−１８９６５７号公報（第３頁５頁、図２図３）
【特許文献３】特開平１０−２１５０５５号公報（第２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら導電粒子として硬いニッケル、銅あるいは銀等を用いる場合には電気部品
の電極端子や基材が、導電粒子としてめっきされた樹脂ボールを用いる場合には樹脂ボー
ル自体が大きな弾性復元力を持つことになり、接合時の加重を取り除いたあとはその復元
力によって接合が離れ電気的な接続が不完全になるという問題があった。すなわち、この
復元力が残留ストレスとなり接合の原理を成す反面、接合時の加重を取り除く前にバイン
ダーである接着剤を硬化させる必要があった。
【００１１】
したがってこのように押圧と同時に接着剤を硬化させるためには、必然的に目標時間内
に硬化させるのに必要な温度で接合ツールを加熱する必要があり、通常は接着剤温度とし
て２００℃から２５０℃に設定していた。
【００１２】
そのため加圧と同時に加熱する時間は一回の接合あたり１０秒から２０秒必要となり、
作業時間の問題の他にも各部品の熱膨張の違いによる位置ズレの問題や、この熱膨張の違
いによる接合後の残留応力の問題が無視できないものとなる。特に位置ズレの問題では、
電極端子のデザイン（寸法設定）の段階でこの熱膨張を考慮する必要が生じていた。
【００１３】
また、弾性変形に依存したこれらの接続方法では、弾性変形による接触面積が小さく、
電気的な接続においては電流経路が狭いなどの回路機能上の問題もあった。さらにスズめ
っきを用いた共晶接合の場合には、スズと金との共晶温度が２８０℃と高いため、やはり
前述したような熱的な問題が避けられなかった。
【００１４】
加えて、超音波による局部的な摩擦熱に期待する提案もあるが、樹脂が摩擦による発熱
で硬化温度に達するためには樹脂粘度が高くなければ摩擦が生じないため、大きな荷重と
超音波振動振幅を必要とし、実用的でなかった。
【００１５】
本発明は以上述べたような課題を解決すべく創出されたもので、低温且つ短時間で、強
固且つ電気的に良好な接続を行うことを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は第１の態様として、電極端子の少なくとも接続面を金で構成し、接着剤中に複
数の金粒子を分散させた異方性導電材を前記接続すべき電極端子間に介在させ、この電極
端子どうしを近接させる方向に荷重を加えると共に接続面に略平行方向の超音波振動を加
え、前記金粒子が前記接続すべき電極端子の両方に接触し更にこれら電極端子からの押圧
を受けて塑性変形し、前記金粒子と前記電極端子との接触面の径が、前記金粒子の粒子径
以上になって金属間接合することを特徴とする電気部品の接続方法を提供する。
【００１７】
また本発明は第２の態様として、前記異方性導電材の接着剤として熱硬化性樹脂を用い、
前記金属間接合が終了したのち引き続き前記接着剤を加熱硬化させることなく、前記金属
間接合の工程とは別の工程において前記接着剤を硬化させることを特徴とする第１の態様
として記載の電気部品の接続方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、導電粒子の塑性変形を容易に実現するために荷重と超音波振動とを併
用し、導電粒子を金粒子としているので、導電粒子や電気部品の構造体の弾性復元力を極
力抑制して残留応力の働かない状態で金属間接合を実現する。この結果、導電粒子１個あ
たりの接触面積の拡大により導電路断面積を大きく確保できたり機械的な強度を得られる
だけでなく、超音波振動による接合界面の酸化膜の破壊により微視的な面でも電流経路が
太くなり、電気的に良好な接続が得られる。
【００１９】
またさらに低温且つ短時間の作業で電気部品どうしの接続が行えるので、比較的耐熱温
度の低い材料を使用した電気部品に対してもこの接続方法が適用でき、加えて金粒子によ
る金属間接合の工程と接着剤硬化の工程とを分けることが可能となるので、接着剤の硬化
工程は多数の製品を一括して処理できるようになる。つまり接合装置上での個々の接合で
時間をかける必要がなくなり、生産性の向上に併せて省エネルギーが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明者によれば、異方性導電材の導電粒子として軟らかく塑性変形しやすい金を使用し
た場合、押圧力に併せて超音波振動を加えることで金粒子の塑性変形が加速することが確
認された。
【００２１】
この現象は超音波接合特有のもので、通常９９．５％程度の金の場合、常温における降
伏圧力（塑性変形開始圧力）が５００ＭＰａ程度であるのに対し、一定の振幅条件の超音
波振動の印加によってその降伏圧力は２００ＭＰａから３００ＭＰａに低下し、さらに１
００℃から１５０℃の比較的低い過熱を行うことによって降伏圧力は１００ＭＰａから１
５０ＭＰａとさらに低下することがわかった。
【００２２】
つまり比較的低温の加熱と超音波振動を荷重と併用することで金粒子は大きく変形し、
この変形は導電粒子である金粒子のみの変形であるため、前述したような電気部品の電極
端子や基材の弾性復元力が極めて小さくなり、接合時の荷重を取り除いたあとも安定して
接合が維持される。
【００２３】
次に図１に基づいて実施の形態を詳しく説明する。図１は本発明に係る接続方法の断面
模式図である。図１において、１はリジッド基板、２はリジッド基板１に形成された電極
端子で表面には金めっきが施されている。また３はフレキシブル基板、４はフレキシブル
基板３に形成された電極端子で、これも表面に金めっきが施されている。５は熱硬化性樹
脂からなる接着剤であり、６は接着剤５中に略均一に分散させた金粒子である。また、こ
の接着剤５と金粒子６で構成されるのが異方性導電材７である。
【００２４】
ここで金粒子６の大きさは、大きすぎると隣接電極端子間の短絡を引き起こし、小さす
ぎると複数の電極端子高さのコプラナリティの影響に対応できなくなることや、電極端子
の表面粗さの谷間に入り込んでしまうことから、表面粗さがＲｚ１．０μｍ前後の一般的
な電極端子に対して、実用的には粒径２μｍから５μｍとなるような粒径分布の幅の狭い
ものが好適である。
【００２５】
まず、リジッド基板１の電極端子２を含む領域に異方性導電材７を載置する。本実施の
形態では異方性導電材７は金粒子６を略均一に拡散させた接着剤５をシート状に形成した
もの（所謂ＡＣＦ）を使用するが、ペースト状のもの（所謂ＡＣＰ）を塗布するように供
給してもよい。
【００２６】
次に、さらに上方からフレキシブル基板３を、接続すべき電極端子どうしを位置合わせ
して載置し、上方から荷重Ｆを加える。この荷重により接続すべき電極端子２と４とのあ
いだに位置した金粒子６は前記両電極端子に接触する。またこのとき併せて加熱を行う。
金粒子６と電極端子２、４との接合自体は常温でも可能であるが、樹脂からなる接着剤５
の粘度を所定の粘度まで低下させるために温度を上昇させておくのが望ましい。この加熱
は接着剤５を硬化させるためのものではなく超音波振動に対する影響を低減させるための
ものであるから、比較的低温（樹脂温１００℃から１５０℃）の温度設定とする。
【００２７】
次に、荷重に加えて荷重の方向と略垂直方向の超音波振動Ｖを付与する。この超音波振
動Ｖの制御方式は振幅一定方式が望ましい。単なる出力一定方式の制御である場合は、接
合の過程で生じる機械的負荷抵抗の変動により振幅も変動するため接合品質の安定化が困
難となる。
【００２８】
このように荷重Ｆと共に超音波振動Ｖが加わると、金粒子６が塑性変形してつぶれ、電
極端子２，４との接触面積が拡大するのと同時に、この接触面では超音波振動による微視
的な酸化膜の分断が行われて新生面が露出し、この界面は拡散現象ではなく凝着現象のも
とに金属間接合する。
【００２９】
またこのときの荷重Ｆに関しては、金粒子６の分散密度から電極端子上に位置する粒子
数を計算し、超音波振動印加時の降伏圧力と目標とする金粒子６の接触面積より計算した
値を荷重Ｆとする。
【００３０】
これまでに述べたことからわかるように、本発明に係る金属間接合では、金粒子６のダ
イナミックな塑性変形が重要な要素を占めるため、接合時のあらゆるエネルギー付与の設
定は金粒子６の形状寸法を基準として決定することが望ましい。したがって、金粒子の確
実な塑性変形を得るための指標として、金粒子６と電極端子２、４との接触面の径（図１
で示すＢ寸法）が、変形前の金粒子６の粒径（図１で示すＡ寸法）以上になるようにする
ことで安定した接合品質が得られる。
【００３１】
このようにして接続作業が行われるが、荷重Ｆと超音波振動Ｖによる塑性変形を伴う接
合自体は、一般的には０．５秒前後という短時間で完了する。したがって、このあと引き
続き更に高温で加熱し、接着剤５の硬化を行ってもよいが、この接続方法によれば前述し
たような残留応力が極めて少ないので、別途設けた硬化用の炉などで複数の製品をまとめ
て処理すればよい。
【００３２】
以上実施の形態を、リジッド基板１とフレキシブル基板３との接続を例にとって説明し
たが、これがフレキシブル基板どうし、あるいは基板類と電子部品のように接続する対象
が変わっても、本発明による接続が特段の工夫なく実現可能であることは言うまでもない
。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１実施形態の接続方法を示す断面模式図
【図２】従来の接続方法を示す断面模式図
【符号の説明】
【００３４】
１  リジッド基板
２、４、１２、１４  電極端子
３  フレキシブル基板
５、１５  接着剤
６、１６、１７  導電粒子
７  異方性導電材
１１  一方の電気部品
１３  他方の電気部品
【図１】
2005340326.tif 000003
【図２】
2005340326.tif 000004