(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
膜形成樹脂と、重合性アクリル系化合物と、有機過酸化物と、はんだ粒子とを含有し、前記有機過酸化物の1分間半減期温度が、前記はんだ粒子の固相線温度より低い導電性接着剤を、プリフラックス処理された第1の電子部品の電極と第2の電子部品の電極との間に挟み、第1の電子部品と第2の電子部品とを熱圧着し、第1の電子部品の電極と、第2の電子部品の電極とを電気的に接続する電子部品の接続方法。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について、下記順序にて詳細に説明する。
1.導電性接着剤
2.電子部品の接続方法
3.実施例
【0012】
<1.導電性接着剤>
本実施の形態における導電性接着剤は、接続時の硬化温度の低温化、タクトタイムの短縮化のため、有機過酸化物でラジカル重合を開始する重合性アクリル系化合物を熱硬化性接着主成分とするものである。
【0013】
すなわち、本実施の形態における導電性接着剤は、膜形成樹脂と、重合性アクリル系化合物と、有機過酸化物と、導電性粒子とを含有する。
【0014】
膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド、EVA等の熱可塑性エラストマー等を使用することができる。これらの中でも、耐熱性、接着性のために、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンより合成されるフェノキシ樹脂を好ましく使用することができる。
【0015】
膜形成樹脂の使用量は、少なすぎるとフィルムを形成せず、多すぎると電気接続を得るための樹脂の排除性が低くなる傾向があるので、樹脂固形分(重合性アクリル系化合物と膜形成樹脂との合計)の80〜30質量%、より好ましくは70〜40質量%である。
【0016】
重合性アクリル系化合物としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、リン酸エステル型アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンジアクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、o−フタル酸ジグリシジルエーテルアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、ビスフェノールA型エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、及びこれらに相当する(メタ)アクリレートを挙げることができる。これらの中でも、硬化物の凝集力の向上、導通信頼性の向上、接着性の向上などのため、
ウレタンアクリレート、単官能アクリレートなどを併用することが好ましい。
【0017】
重合性アクリル系化合物の使用量は、少なすぎると導通信頼性が低くなり、多すぎると接着強度が低くなり、さらにフィルムを形成できない傾向があるので、好ましくは樹脂固形分(重合性アクリル系化合物とフィルム形成樹脂との合計)の20〜70質量%、より好ましくは30〜60質量%である。
【0018】
有機過酸化物としては、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド(1分間半減期温度128.2℃)、ジ(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド(1分間半減期温度131.1℃)、ジベンゾイル パーオキサイド(1分間半減期温度 130.0℃)、t−ヘキシル パーオキシベンゾエート(1分間半減期温度 160.3℃)、t−ブチル パーオキシベンゾエート(1分間半減期温度 166.8℃)、ジイソブチリル パーオキサイド(1分間半減期温度 85.1℃)、1,1,3,3−テトラメチルブチル パーオキシ−2−エチルヘキサノエート(1分間半減期温度 124.3℃)、ジラウロイル パーオキサイド(1分間半減期温度 116.4℃)、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(1分間半減期温度 112.6℃)、t−ブチル パーオキシピバレート(1分間半減期温度 110.3℃)、t−ヘキシル パーオキシピバレート(1分間半減期温度 109.1℃)、t−ブチル パーオキシネオヘプタノエート(1分間半減期温度 104.6℃)、t−ブチル パーオキシネオデカノエート(1分間半減期温度 103.5℃)、t−ヘキシル パーオキシネオデカノエート(1分間半減期温度 100.9℃)、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート(1分間半減期温度 90.6℃)、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(1分間半減期温度 92.1℃)、1,1,3,3−テトラメチルブチル パーオキシネオデカノエート(1分間半減期温度 92.1℃)、ジ−sec−ブチル パーオキシジカーボネート(1分間半減期温度 85.1℃)、ジ−n−プロピル パーオキシジカーボネート(1分間半減期温度 85.1℃)、クミル パーオキシネオデカノエート(1分間半減期温度 85.1℃)等を挙げることができる。これらは、2種以上を併用することができる。
【0019】
有機過酸化物の使用量は、少なすぎると反応性が無くなり、多すぎると異方性導電フィルムの製品ライフが低下する傾向があるため、重合性アクリル系化合物100質量部に対し、好ましくは1〜10質量部、より好ましくは3〜7質量部である。
【0020】
本実施の形態では、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より低いものが用いられる。より好ましくは、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より0℃以上20℃以下低いものが用いられる。
【0021】
有機過酸化物の1分間半減期温度がはんだ粒子の固相線温度より高いと、はんだ粒子が溶融しても樹脂の硬化が進まないため、プリフラックス処理された基板に対して良好な導通が得られない。また、1分間半減期温度がはんだ粒子の固相線温度より20℃を超えて低いと、熱圧着時に導電性接着剤の硬化反応が早く進行し過ぎるため、低圧の熱圧着条件での良好な導通が困難となる。
【0022】
また、有機過酸化物の1分間半減期温度は、160℃以下であることが好ましい。これにより、200℃以下、2〜3MPaの低温・低圧の熱圧着条件で良好な導通を得ることができる。
【0023】
はんだ粒子としては、硬化温度の低温化の点から、Sn(47)−Bi(53)系(固相線温度:139℃)、Sn(49)−In(34)−Pb(17)系(固相線温度:130℃)、Sn(22)−Bi(50)−Pb(28)系(固相線温度:124℃)、Sn(48)−In(52)系(固相線温度:117℃)などの低融点のものが好ましく用いられる。
【0024】
はんだ粒子の使用量は、少なすぎると導通不良が生ずる可能性が高まり、多すぎると短絡が生ずる可能性が高まるので、樹脂固形分100質量部に対し、好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは0.2〜10質量部である。また、はんだ粒子の平均粒径は、通常1〜15μm、より好ましくは5〜10μmである。
【0025】
また、本実施の形態における導電性接着剤を構成する他の添加組成物として、必要に応じて、各種アクリルモノマー等の希釈用モノマー、充填剤、軟化剤、着色剤、難燃化剤、チキソトロピック剤、カップリング剤等を含有することができる。
【0026】
このような構成からなる導電性接着剤は、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より低いことにより、熱圧着時にはんだ粒子が押し潰され、酸化膜が除去されるとともに、溶融・流動することによりバンプ表面のプリフラックス層が除去され、導通が確保された後、接着剤成分が完全に硬化するため、プリフラックス処理された基板に対して良好な導通を得ることができる。
【0027】
また、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より0℃以上20℃以下低いことにより、低圧の熱圧着条件で良好な導通を得ることができる。さらに、有機過酸化物の1分間半減期温度が160℃以下、具体的には80℃以上160℃以下であることにより、200℃以下、2〜3MPaの低温・低圧の熱圧着条件で良好な導通を得ることができる。
【0028】
次に、前述した導電性接着剤の製造方法について、異方導電性フィルムを例に挙げて説明する。本実施の形態における異方導電性フィルムの製造方法は、剥離基材上に、膜形成樹脂と、重合性アクリル系化合物と、有機過酸化物と、はんだ粒子とを含有する組成物を塗布する塗布工程と、剥離基材上の組成物を乾燥させる乾燥工程とを有する。
【0029】
塗布工程では、前述のように有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より低いものを配合し、有機溶剤を用いて調整した後、この組成物を剥離基材上にバーコーター、塗布装置等を用いて塗布する。
【0030】
有機溶剤としては、トルエン、酢酸エチル、又はこれらの混合溶剤、その他各種有機溶剤を用いることができる。また、剥離基材は、例えば、シリコーンなどの剥離剤をPET(Poly Ethylene Terephthalate)、OPP(Oriented Polypropylene)、PMP(Poly-4-meth
ylpentene−1)、PTFE(Polytetrafluoroethylene)などに塗布した積層構造からなり、組成物のフィルム形状を維持する。
【0031】
次の乾燥工程では、剥離基材上の組成物を熱オーブン、加熱乾燥装置などにより乾燥させる。これにより、前述した導電性接着剤が膜状に形成された異方性導電フィルムを得ることができる。
【0032】
<2.電子部品の接続方法>
次に、導電性接着剤を用いた電子部品の接続方法について説明する。具体例として示す電子部品の接続方法は、膜形成樹脂と、重合性アクリル系化合物と、有機過酸化物と、はんだ粒子とを含有し、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より低い導電性接着剤を、プリフラックス処理された第1の電子部品の電極と第2の電子部品の電極との間に挟み、第1の電子部品と第2の電子部品とを熱圧着し、第1の電子部品の電極と、第2の電子部品の電極とを電気的に接続する。なお、第2の電子部品は、プリフラックス処理されていても、プリフラックス処理されていなくても構わない。
【0033】
本実施の形態では、第1の電子部品と第2の電子部品とをはんだ粒子の固相線温度より5℃以上高い温度、具体的には5℃以上30℃以下高い温度で熱圧着する。これにより、はんだ粒子が押しつぶされ、酸化膜が除去されるとともに、溶融・流動することによりバンプ表面のプリフラックス層を除去することができる。また、有機過酸化物の1分間半減期温度は、はんだ粒子の固相線温度より低いため、接着剤成分を完全に硬化させることができる。
【0034】
また、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より0℃以上20℃以下低い導電性接着剤を用いた場合、低圧でも十分にはんだ粒子が押しつぶされ、酸化膜が除去されるとともに、溶融・流動することによりバンプ表面のプリフラックス層を除去することができる。
【0035】
また、有機過酸化物の1分間半減期温度が、160℃以下であることにより、200℃以下、2〜3MPaの低温・低圧の熱圧着条件で良好な導通を得ることができる。
【0036】
本実施の形態における導電性接着剤は、様々な場面で使用することができるが、第1の電気部品が、液晶パネル、プリント配線板(PWB)など、また、第2の電気部品が、フレキシブル印刷回路基板、テープキャリアパッケージ(TCP)基板、チップオンフィルム(COF)基板などである場合に好ましく適用できる。また、太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの電極とタブ線との接続に用いることもできる。
【0037】
また、本実施の形態の導電性接着剤により接続された接続体は、導電性粒子としてはんだ粒子により接続されているため、高い接続信頼性を有する。
【実施例】
【0038】
<3.実施例>
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。ここでは、所定の固相線温度を有するはんだ粒子と、所定の1分間半減期温度を有する有機過酸化物とを含むアクリル系熱硬化型の導電性接着フィルムを作製した。そして、この導電性接着フィルムを用いてプリフラックス処理されたリジット基板とフレキシブル基板とを接続させ、導通抵抗を評価した。
【0039】
[実施例1]
(異方性導電フィルムの作製)
【0040】
フェノキシ樹脂(商品名:YP50、東都化成社製)を38質量部、ウレタンアクリレート(商品名:MP1600、東亜合成社製)を20質量部、2官能アクリルモノマー(商品名:DCP、新中村化学社製)を20質量部、単官能アクリルモノマー(商品名:A−SA、新中村化学社製)を10質量部、有機過酸化物(商品名:ナイパーBW、日本油脂社製、1分間半減期温度:130℃)を3質量部、シリカ(商品名:RY200、日本アエロジル社製)を2質量部、ゴム成分(商品名:JER−91、ジャパンエポキシレジン社製)を10質量部、シランカップリング剤(商品名:KMB503、信越化学工業社製)を1質量部、及び平均粒径10μmのはんだ粒子(固相線温度:139℃)を5質量部配合し、樹脂組成物を調製した。
【0041】
この樹脂組成物を、トルエン100質量部に溶解・混合させた後、剥離処理されたPETにバーコーターを用いて塗布し、60℃のオーブンで10分乾燥させ、厚さ30μmの異方性導電フィルムを作製した。
【0042】
はんだ粒子(固相線温度:139℃)は、次のように作製した。水アトマイズ法により、SnとBiとが溶融した合金(Sn:47%、Bi:53%)を所定のノズルから水中に噴霧し、急冷凝固して、平均粒径10μmのはんだ粒子を得た。
【0043】
(接続信頼性評価用構造体の作製・評価)
プリフラックス処理(OSP(Organic Solderability Preservative)処理とも呼ぶ。)したリジット基板と、200μmピッチのCu配線をSnめっき処理したフレキシブル基板とを上記異方性導電フィルムを用いて所定の条件で接続した。プリフラックス処理は、リジット基板を25〜40℃の水溶性プリフラックス(商品名:F2LX、四国化成社製)中に3〜5分間浸漬させた後、このリジット基板をピークトップ260℃のリフローを3回Passさせた。
【0044】
この接続構造体の初期、及び温度サイクル試験(TCT:−55℃、15分間←→125℃、15分間を1000サイクル)後の導通抵抗を4端子法により測定した。初期の導通抵抗及びTCT後の導通抵抗の両者が0.5Ω以下であるものを○、それ以外を×と評価した。
【0045】
実施例1の異方性導電フィルムを用いて、145℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は○であった。また、実施例1の異方性導電フィルムを用いて、140℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は×であった。表1に導通抵抗の評価結果を示す。
【0046】
[実施例2]
(異方性導電フィルムの作製)
有機過酸化物(商品名:パーロイルL、日本油脂社製、1分間半減期温度:116℃)を3質量部とした以外は、実施例1と同様にして実施例2の異方性導電フィルムを作製した。
【0047】
(接続信頼性評価用構造体の作製・評価)
実施例2の異方性導電フィルムを用いて、145℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は×であった。また、実施例2の異方性導電フィルムを用いて、145℃、5MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は○であった。表1に導通抵抗の評価結果を示す。
【0048】
[実施例3]
(異方性導電フィルムの作製)
固相線温度は130℃のはんだ粒子を5質量部、及び1分間半減期温度が116℃の有機過酸化物(商品名:パーロイルL、日本油脂社製)を3質量部とした以外は、実施例1と同様にして実施例3の異方性導電フィルムを作製した。
【0049】
はんだ粒子(固相線温度:130℃)は、次のように作製した。水アトマイズ法により、SnとInとPbとが溶融した合金(Sn:49%、In:34%、Pb:17%)を所定のノズルから水中に噴霧し、急冷凝固して、平均粒径10μmのはんだ粒子を得た。
【0050】
(接続信頼性評価用構造体の作製・評価)
実施例3の異方性導電フィルムを用いて、135℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は○であった。表1に導通抵抗の評価結果を示す。
【0051】
[実施例4]
(異方性導電フィルムの作製)
固相線温度は130℃のはんだ粒子を5質量部、及び1分間半減期温度が92℃の有機過酸化物(商品名:パーロイルTCP、日本油脂社製)を3質量部とした以外は、実施例1と同様にして実施例4の異方性導電フィルムを作製した。
【0052】
(接続信頼性評価用構造体の作製・評価)
実施例4の異方性導電フィルムを用いて、135℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は×であった。また、実施例2の異方性導電フィルムを用いて、135℃、5MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は○であった。表1に導通抵抗の評価結果を示す。
【0053】
[比較例1]
(異方性導電フィルムの作製)
1分間半減期温度が153℃の有機過酸化物(商品名:パーテトラA、日本油脂社製)を3質量部とした以外は、実施例1と同様にして比較例1の異方性導電フィルムを作製した。
【0054】
(接続信頼性評価用構造体の作製・評価)
比較例1の異方性導電フィルムを用いて、145℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は×であった。表1に導通抵抗の評価結果を示す。
【0055】
[参照例1]
(異方性導電フィルムの作製)
【0056】
はんだ粒子に代えて、Ni・Auめっきが施された樹脂粒子(日本化学製、平均粒径10μm)を5質量部とした以外は、実施例1と同様にして参照例1の異方性導電フィルムを作製した。
【0057】
(接続信頼性評価用構造体の作製・評価)
参照例1の異方性導電フィルムを用いて、145℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は×であった。また、プリフラックス処理していないリジット基板を用いて、145℃、2MPa、10秒という条件で熱圧着した接続構造体の導通抵抗の評価は○であった。表1に導通抵抗の評価結果を示す。
【0058】
【表1】
【0059】
実施例1〜4に示すように、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より低い異方性導電フィルムを用いることにより、プリフラックス処理された基板に対して良好な導通を得ることができる。
【0060】
また、実施例1、3に示すように、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より0℃以上20℃以下低い異方性導電フィルムを用いることにより、3MPa以下の低圧の熱圧着条件でも、プリフラックス処理された基板に対して良好な導通を得ることができる。
【0061】
また、実施例1に示すように、はんだ粒子の固相線温度より5℃以上高い温度で熱圧着することにより、はんだ粒子を押し潰した際、プリフラックスの除去とともに、はんだ粒子の一部を溶融させ、基板のフラックスによりはんだの濡れ性を向上させることができる。
【0062】
一方、比較例1に示すように、有機過酸化物の1分間半減期温度が、はんだ粒子の固相線温度より高い異方性導電フィルムを用いた場合、樹脂の硬化が進まないため、良好な導通が得られない。
【0063】
また、参照例1に示すように、導電性粒子として、Ni・Auめっきが施された樹脂粒子を用いた場合、普通の基板であれば良好な導通が得られるものの、プリフラックス処理された基板に対しては、フラックスが除去されず、良好な導通が得られない。