JP4151101B2

JP4151101B2 - 電極接続用接着剤及びこれを用いた微細電極の接続構造、並びに、電極の接続方法

Info

Publication number: JP4151101B2
Application number: JP03948298A
Authority: JP
Inventors: 泰史後藤; 功塚越; 幸寿廣澤; 和也松田; 正規藤井; 裕司保田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2018-02-23
Also published as: JPH11236535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の電子部品上の電極と第２の電子部品の電極との間に載置し、相対峙した電極間を電気的に接続、接着する目的に使用される電極接続用接着剤及びこれを用いた微細電極の接続構造、並びに、電極の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体パッケージや回路基板等の電子部品の小形薄形化に伴い、これらに用いる電極は高密度・高精細化している。これら微細電極の接続は、従来の半田やゴムコネクタ等では対応が困難であることから、最近では異方導電性の接着剤からなる接続部材が多用されるようになってきた。この方法は、相対峙する電極間に導電性材料を所定量含有した接着剤よりなる接続部材層を設け、加圧もしくは加熱加圧手段を講じることによって、上下電極間の電気的接続と同時に隣接電極間には絶縁性を付与し、相対峙する電極を接着固定するものである。接着剤の硬化手段としては、熱可塑性接着剤による室温冷却による固化や熱硬化性樹脂による加熱硬化、光硬化性樹脂による紫外線や可視光硬化等がある。また、化学反応による接着剤の硬化手段の１つに、ラジカル重合反応を利用したものが知られている。これは、熱や光エネルギーによりラジカルを発生させ、接着剤を重合硬化するものである。
厚み方向にのみ導電性を有する異方導電性フィルム状接着剤に関する先行技術としては、例えば特開昭５１−２１１９２号公報に開示されているように、導電粒子を非導電性ベースにより互いに接触しない状態に保持した混合体を、導電粒子の大きさにほぼ等しい厚さのシート状に成形し、導電粒子を介してシート状の厚み方向にのみ導電性を有する構造としたものがある。また、紫外線照射によるラジカル重合反応を利用した異方導電性接着剤としては、特開昭６０−２６２４３６号公報等に開示されている方法が知られている。
これらのラジカル重合反応を利用した異方導電性接着剤は、アクリロイル基を持つモノマやオリゴマを数種組み合わせ、紫外線等でラジカルを発生する光重合開始剤を少量添加した接着剤組成である。しかし、これまでラジカル重合反応を利用した異方導電性接着剤では、耐熱性と接着力を両立した接続信頼性の高い接続が得られないという問題があった。具体的には、これまで接着剤硬化物の耐熱性を向上して高温条件下での充分な接続信頼性を得るためには、多官能のアクリルモノマ量を多くし、接着剤中の反応性基であるアクリル基の濃度を高くする必要があった。しかし、この方法では高弾性で伸びの小さな硬化物になるため接着力が低下し、接続界面の剥離が進行しやすく、充分な接続信頼性が得られなかった。また、接着剤にシランカップリング剤を添加することで接着力を向上することができるが、シランカップリング剤の反応を進行させ接着力を向上するためには、接続温度を高くするか接続時間を長くしなければならず、低温短時間で硬化可能であるという光硬化性接着剤の特長を充分に生かすことができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、接着力並びに接続信頼性に優れた電極接続用接着剤の新規な構成を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、第１の電子部品上の電極と第２の電子部品の電極との間に載置し、相対峙した電極間を電気的に接続、接着する目的に使用される電極接続用接着剤において、光酸発生剤、シランカップリング剤、ラジカル重合性アクリル化合物、光反応開始剤を必須成分としてなり、前記ラジカル重合性アクリル化合物が、ウレタンアクリレートオリゴマと、アクリロイル基もしくはメタクリロイル基を３つ以上持つラジカル重合性アクリル化合物と、を含有する、電極接続用接着剤および前記電極接続用接着剤を用いた微細電極の接続構造に関する。また、本発明は、第１の電子部品上の電極と第２の電子部品の電極との間に電極接続用接着剤を載置し、相対峙した電極間を電気的に接続、接着する電極の接続方法であって、前記電極接続用接着剤が、光酸発生剤、シランカップリング剤、ラジカル重合性アクリル化合物、光反応開始剤を必須成分としてなるものであり、前記ラジカル重合性アクリル化合物が、ウレタンアクリレートオリゴマと、アクリロイル基もしくはメタクリロイル基を３つ以上持つラジカル重合性アクリル化合物と、を含有するものであり、電極間の接続時に、加熱加圧状態で前記電極接続用接着剤への紫外線照射を行う、電極の接続方法に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、電極接続用接着剤の必須成分として光酸発生剤、シランカップリング剤、ラジカル重合性アクリル化合物、光反応開始剤を用いることより、低温の接続条件でも接着力が高く接続信頼性の優れた電極接続用接着剤が得られるようになる。
光酸発生剤は光を吸収し酸を発生する物質で、生成した酸はシランカップリング剤のアルコキシシラン基の加水分解縮合反応の反応触媒として働き、光硬化性の電極接続用接着剤と被着体である基板との接着力を高めることができる。よって、従来の加熱のみでシランカップリング剤のアルコキシシラン基の加水分解縮合反応を進める場合よりも低温で速やかに反応が進ので、低温の接続条件で高い接着力が得られ、低温接続時の接続信頼性を向上できる。
光酸発生剤としては、種々のスルホニウム塩やヨードニウム塩が使用できるが、触媒活性が高いスルホニウム塩の方がより大きな反応促進硬化が得られるので好ましい。
シランカップリング剤としては、種々のアルコキシシランが使用できるが、あアクリロイル基を含有したものは、接着剤成分のラジカル重合性アクリル化合物と重合反応し、接着剤硬化物の一部となるのでより高い接着力が得られるので好ましい。
【０００６】
ラジカル重合性アクリル化合物としては、アクリロイル基を持つ種々のメタクリレートやアクリレート化合物のモノマあるいはオリゴマが用いられる。なかでも接着剤の硬化物の弾性率や耐熱性からアクリロイル基を２つ持つものを添加することが好ましい。
具体的にはアクリルモノマとしては、例えばポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールの骨格の両端にアクリルあるいはメタクリル基があるものやビスフェノール骨格の両端にアクリルあるいはメタクリル基があるもの等を用いることができる。また、トリメチロールプロパントリメタクリレートやテトラメチロールメタンテトラアクリレート等のアクリロイル基を３つ以上持つものも適量添加することで耐熱性を向上することができる。アクリルオリゴマとしては、ポリエステルアクリレートやエポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等のオリゴマを用いることができる。
光反応開始剤としては、アセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾフェノン等の誘導体が紫外線による反応開始剤として使用でき、ジカルボニル化合物、チオキサントン、アシルホスフィンオキサイド等の誘導体は、可視光による反応開始剤として使用できる。また、これらにアミン化合物等の光反応促進剤を併用することはより、硬化反応を速やかに進行させるので好ましい。
【０００７】
また、接着剤成分の一部として、分子量１０，０００以上のフェノキシ樹脂、ポリエステル、ポリビニルブチラール、フェノール樹脂等の水酸基含有樹脂を添加すると、高分子化合物による硬化物の靭性の増加と水酸基による接着性が増し、信頼性が向上する。なかでもフェノキシ樹脂の水酸基にイソシアネート基を有するアクリルモノマを反応させ、側鎖にアクリロイル基を導入したアクリル変成フェノキシ樹脂を用いると、接続時に接着剤中のアクリル樹脂と反応するので、より耐熱性を向上することができる。アクリル変成フェノキシ樹脂中のビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合は、０．１から１の範囲で顕著な硬化物の耐熱性の向上が得られ、硬化物のガラス転移温度は、アクリロイル基の割合が大きくなるにつれ高くなる。よって、所望の耐熱性はアクリル変成フェノキシ樹脂中のビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合を調節することで得ることができる。しかし、アクリロイル基の割合が多くなるにつれ硬化物の靭性が損なわれる傾向があり、ビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合がおおむね０．１から０．５の範囲で、さらに最適な耐熱性と靭性の両立が得られる。
【０００８】
ここで、ビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合とは、分子中に含まれるビスフェノール構造の数と分子中に含まれるアクリロイル基の数の比を表している。すなわち、分子中のビスフェノール構造の数と分子中のアクリロイル基の数が同数のとき、ビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合は１であり、分子中のビスフェノール構造の数に対して分子中のアクリロイル基の数が１／１０のとき、ビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合は０．１である。また、固形の高分子化合物を適量添加することで、取り扱い性やポットライフに優れたフィルム状の電極接続用接着剤とすることができる。このフィルム状の電極接続用接着剤の厚みは特に限定するものではないが、接続する電極部分の凹凸に接着剤が充填することで接着力や耐湿性が向上することから、ＦＰＣ等の電極部の凹凸以上の厚みが適当である。また、薄くなると取り扱いが容易でなく、しわの発生等により製造が困難になってくることから、０．００５ｍｍ〜１ｍｍが適当である。
この接続工程で接着した硬化物のガラス転移温度は、前記の通りアクリル変成フェノキシ樹脂のビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合や、アクリルモノマやアクリルオリゴの構造や配合比で変化するが、ガラス転移温度が１００℃以上であるとき、８５℃８５％ＲＨの高温高湿試験や−４０℃〜１００℃の熱衝撃試験等の加速試験で接続部の剥離が無く、低抵抗な特に良好な接続信頼性が得られる。
また、この電極接続用接着剤に導電粒子を添加することで、さらに接続抵抗が小さく、高温高湿試験や熱サイクル試験等における抵抗上昇が抑えられた高信頼性の接続が得られる。この導電粒子は、Ｎｉ等の金属粒子や樹脂粒子の表面に、ＮｉやＡｕのめっき層を設けた金属めっき樹脂粒子を単独または複合して使用することができる。これらの導電粒子の材質は、接続する電極の堅さや変形性等の特性により最適なものを選択して用いる。また、粒径は、接続する回路の細かさにより選択されるが、各粒子の粒径はできるだけ均一である必要がある。
また、本発明の電極接続用接着剤は、上記した電極の接続材料だけでなく、多層回路部材の層間接続材等への応用が可能である。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいて詳細を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施例と比較例に使用した材料と評価方法を以下に示す。
光酸発生剤は芳香族スルホニウム塩（三新化学工業株式会社製、商品名サンエイド）を使用した。シランカップリング剤はγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製、商品名ＳＺ６０３０）を使用した。ラジカル重合性アクリル化合物として、ウレタンアクリレートオリゴマ（新中村化学工業株式会社製、商品名ＵＡ−１２２Ｐ）を使用し、多官能のアクリルモノマであるテトラメチロールメタントリアクリレート（新中村化学工業株式会社製、商品名Ａ−ＴＭＭ−３Ｌ）を用いた。光反応開始剤としてはベンゾフェノン（試薬）を４％、光反応促進剤として４，４−ビスジエチルアミノベンゾフェノン（保土ヶ谷化学工業株式会社製、商品名ＥＡＢ）を１％添加した。水酸基含有樹脂としては、ポリビニルブチラール樹脂（電気化学工業株式会社製、商品名ＰＶＢ３０００Ｋ）とフェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド株式会社製、商品名ＰＫＨＣ）を用いた。アクリル変成フェノキシ樹脂は、フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド株式会社製、商品名ＰＫＨＣ）と２−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート（昭和電工株式会社製、商品名カレンズＭＯＩ）を反応させて得たものを用いた。
導電粒子は、平均粒径５μｍのポリスチレン球状粒子の表面に０．１μｍのＮｉ層とＡｕ層を設けたものを使用した。
液状の電極接続用接着剤はシリンジ状ディスペンサを用い、電極上に塗布して接続した。フィルム状の電極接続用接着剤は、メチルエチルケトンや酢酸エチルの溶剤で希釈した接着剤をアプリケーターでテフロンフィルム上に塗布したのち乾燥し、約２０μｍの厚さのフィルム状に成形した。接続時にはフィルム状の電極接続用接着剤をテフロンフィルムから電極面に転写し、テフロンフィルムを除去して用いた。
【００１０】
接続信頼性の評価は、ポリイミドフィルム上にライン幅５０μｍピッチ１００μｍ厚さ１８μｍの平行配列した銅電極を１００本有するＦＰＣと、表面抵抗２０Ω／□のＩＴＯ電極を有するガラス基板とを電極接続用接着剤により接続した試料を用いて行った。接続方法は、圧力２０ｋｇ／ｃｍ²で１３０℃２０秒間のまたは１５０℃３０秒間の加圧加熱状態で、接着剤に約２Ｊ／ｃｍ²の紫外線を照射し接続した。紫外線は高圧水銀ランプを光源とし、光ファイバにより接続部の接着剤に紫外線を導入する方法で照射した。
フィルム状に成形した硬化済みの接着剤について動的粘弾性測定を行い、ガラス転移温度を測定し、耐熱性の指標とした。硬化済み接着剤の作製条件は、１３０℃で紫外線を２Ｊ照射した硬化物を使用した。
接続抵抗は、１ｍＡの測定電流で各ラインごとに測定し、平均値を接続抵抗とした。信頼性評価は、−４０℃と１００℃の各試験槽に交互に試料を入れる熱サイクル試験１０００サイクルにて行った。
接着力の評価は、ＦＰＣのＩＴＯガラスへの接着性を９０度剥離試験にて測定した。
【００１１】
実施例１
ウレタンアクリレートオリゴマ６０％（重量、以下同じ）、テトラメチロールメタントリアクリレート２２％、シランカップリング剤１０％、光酸発生剤３％、光反応開始剤４％、光反応促進剤１％を均一混合し、回路接続用接着剤を作製した。
【００１２】
実施例２
ポリビニルブチラール樹脂４０％、ウレタンアクリレートオリゴマ３０％、テトラメチロールメタントリアクリレート１２％、シランカップリング剤１０％、光酸発生剤３％、光反応開始剤４％、光反応促進剤１％を均一混合し、フィルム状回路接続用接着剤を作製した。
【００１３】
実施例３
フェノキシ樹脂４０％、ウレタンアクリレートオリゴマ３０％、テトラメチロールメタントリアクリレート１２％、シランカップリング剤１０％、光酸発生剤３％、光反応促進剤１％を均一混合し、フィルム状回路接続用接着剤を作製した。
【００１４】
実施例４
ビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合が０．１であるアクリル変成フェノキシ樹脂４０％、ウレタンアクリレートオリゴマ３０％、テトラメチロールメタントリアクリレート１２％、シランカップリング剤１０％、光酸発生剤３％、光反応開始剤４％、光反応促進剤１％を均一混合し、フィルム状回路接続用接着剤を作製した。
【００１５】
実施例５
ビスフェノール構造に対するアクリロイル基の割合が０．３であるアクリル変成フェノキシ樹脂４０％、ウレタンアクリレートオリゴマ３０％、テトラメチロールメタントリアクリレート１２％、シランカップリング剤１０％、光酸発生剤３％、光反応開始剤４％、光反応促進剤１％を均一混合し、フィルム状回路接続用接着剤を作製した。
【００１６】
実施例６〜実施例１０
実施例１から５に導電粒子を５体積％添加したものをそれぞれ実施例６から実施例１０とした。
【００１７】
比較例１〜比較例１０
実施例１から１０の光酸発生剤を添加していないものをそれぞれ比較例１から１０とした。
各実施例と比較例のガラス転移温度、１３０℃２０秒接続での接着力、１５０℃３０秒接続での接着力、初期接続抵抗、信頼性試験後の接続抵抗を表１に示した。本発明にかかる電極接続用接着剤はいづれも比較的低い温度の接続条件でも接着力にすぐれ、かつ接続信頼性に優れている。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の電極接続用接着剤は、低温の接続条件で高い接着力が得られ、接続信頼性の高い接続を得るのに好適である。
請求項２記載の電極接続用接着剤は、請求項１記載の効果を奏し、さらに低温の接続条件で接着性が優れる。
請求項３記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至２記載の効果を奏し、さらに接着力と接続信頼性が優れる。
請求項４記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至３記載の効果を奏し、接着力と接続信頼性に優れたフィルム状の電極接続用接着剤を得るのに好適である。
請求項５記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至４記載の効果を奏し、さらに接着力と接続信頼性に優れたフィルム状の電極接続用接着剤が得られる。
請求項６記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至５記載の効果を奏し、さらに耐熱性が高い電極接続用接着剤が得られる。
請求項７記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至６記載の効果を奏し、耐熱信頼性が高い電極接続用接着剤が得られる。
請求項８記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至７記載の効果を奏し、信頼性試験後の接続抵抗の上昇量が少ない電極接続用接着剤が得られる。
請求項９記載の電極接続用接着剤は、請求項１乃至８記載の効果を奏し、接着力と接続信頼性が高い微細電極の接続構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる導電粒子を含有した電極接続用接着剤を用いた電極接続構造の断面図。
【符号の説明】
１電極接続用接着剤２接着剤
３導電粒子４第１の電極
５第２の電極

Claims

第１の電子部品上の電極と第２の電子部品の電極との間に載置し、相対峙した電極間を電気的に接続、接着する目的に使用される電極接続用接着剤において、
光酸発生剤、シランカップリング剤、ラジカル重合性アクリル化合物、光反応開始剤を必須成分としてなり、
前記ラジカル重合性アクリル化合物が、ウレタンアクリレートオリゴマと、アクリロイル基もしくはメタクリロイル基を３つ以上持つラジカル重合性アクリル化合物と、を含有する、電極接続用接着剤。
光反応開始剤がアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾフェノン、ジカルボニル化合物、チオキサントン、アシルホスフィンオキサイド及びこれらの誘導体から選択される、請求項１記載の電極接続用接着剤。
光酸発生剤がスルホニウム塩である請求項１又は２記載の電極接続用接着剤。
シランカップリング剤がアクリロイル基含有アルコキシシランである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電極接続用接着剤。
分子量１０，０００以上の水酸基含有樹脂をさらに添加した請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電極接続用接着剤。
水酸基含有樹脂がフェノキシ樹脂である請求項５記載の電極接続用接着剤。
フェノキシ樹脂がアクリル変成フェノキシ樹脂である請求項６記載の電極接続用接着剤。
硬化物のガラス転移温度が１００℃以上である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電極接続用接着剤。
導電粒子を添加した請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電極接続用接着剤。
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電極接続用接着剤を用いた微細電極の接続構造。
第１の電子部品上の電極と第２の電子部品の電極との間に電極接続用接着剤を載置し、相対峙した電極間を電気的に接続、接着する電極の接続方法であって、
前記電極接続用接着剤が、光酸発生剤、シランカップリング剤、ラジカル重合性アクリル化合物、光反応開始剤を必須成分としてなるものであり、
前記ラジカル重合性アクリル化合物が、ウレタンアクリレートオリゴマと、アクリロイル基もしくはメタクリロイル基を３つ以上持つラジカル重合性アクリル化合物と、を含有するものであり、
電極間の接続時に、加熱加圧状態で前記電極接続用接着剤への紫外線照射を行う、電極の接続方法。
前記光反応開始剤がアセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾフェノン、ジカルボニル化合物、チオキサントン、アシルホスフィンオキサイド及びこれらの誘導体から選択される、請求項１１記載の電極の接続方法。
光酸発生剤がスルホニウム塩である請求項１１又は１２記載の電極の接続方法。
シランカップリング剤がアクリロイル基含有アルコキシシランである請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の電極の接続方法。
分子量１０，０００以上の水酸基含有樹脂をさらに添加した請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の電極の接続方法。
水酸基含有樹脂がフェノキシ樹脂である請求項１５記載の電極の接続方法。
フェノキシ樹脂がアクリル変成フェノキシ樹脂である請求項１６記載の電極の接続方法。
前記電極接続用接着剤の硬化物のガラス転移温度が１００℃以上である請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の電極の接続方法。
前記電極接続用接着剤に導電粒子を添加した請求項１１乃至１８のいずれか一項に記載の電極の接続方法。