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JP2016178225A - 異方性導電接続構造体、異方性導電接続方法、及び異方性導電接着剤 - Google Patents

異方性導電接続構造体、異方性導電接続方法、及び異方性導電接着剤 Download PDF

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JP2016178225A JP2015058068A JP2015058068A JP2016178225A JP 2016178225 A JP2016178225 A JP 2016178225A JP 2015058068 A JP2015058068 A JP 2015058068A JP 2015058068 A JP2015058068 A JP 2015058068A JP 2016178225 A JP2016178225 A JP 2016178225A
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Abstract

【課題】より簡単な工程によって作製可能であり、かつ、高い信頼性を有する、新規かつ改良された異方性導電接続構造体、異方性導電接続方法、及び異方性導電接着剤を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ベース基板と、ベース基板に設けられた第1の端子と、フレキシブル基板と、フレキシブル基板に設けられた配線パターンと、配線パターンを覆う絶縁性保護膜と、配線パターンに接続された第2の端子と、第1の端子と、第2の端子とを異方性導電接続する異方性導電接着剤層と、を備え、絶縁性保護膜は、ベース基板の面方向外側に配置され、異方性導電接着剤層は、第2の端子から絶縁性保護膜のベース基板側の端部まで伸びている、異方性導電接続構造体が提供される。
【選択図】図1

Description

本発明は、異方性導電接続構造体、異方性導電接続方法、及び異方性導電接着剤に関する。
例えば特許文献1、2には、表示パネルをモジュール化するために、ベース基板(表示パネル側を構成する基板)側の端子列と、フレキシブル基板側の端子列とを異方性導電接着剤により異方性導電接続することが開示されている。この技術においては、ベース基板側の端子列上に異方性導電接着剤を介してフレキシブル基板側の端子を設置する。すなわち、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とで異方性導電接着剤を挟持する。ついで、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを熱圧着する。これにより、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを異方性導電接続する。
ところで、フレキシブル基板には、フレキシブル基板側の端子に接続された配線パターンが形成されている。このため、フレキシブル基板の折り曲げ時に配線パターンが基板(特に基板の角部)に接触し、配線パターンが断線する可能性がある。そこで、特許文献1、2に開示された技術では、配線パターン上に絶縁性保護膜(ソルダーレジスト)を形成し、この絶縁性保護膜をベース基板上の領域まで形成する。これによって、フレキシブル基板の折り曲げ時に配線パターンがベース基板に接触することを防止している。
特開2002−358026号公報 特開2009−135388号公報
しかし、特許文献1、2に開示された技術では、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを熱圧着する際に、絶縁性保護膜がベース基板に接触してしまう場合があった。この場合、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列との間に十分な圧力が加わらなくなってしまう。言い換えれば、絶縁性保護膜がベース基板に接触すると、絶縁性保護膜によってベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列との近接が阻害されてしまう。このため、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とが接続不良を起こす場合があった。
さらに、ベース基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを熱圧着する際に、異方性導電接続に関与しない異方性導電接着剤は、各端子列を構成する端子同士の隙間に流動し、その後、各端子列の外部に流動する。ここで、絶縁性保護膜がベース基板に接触してしまうと、ベース基板側の端子同士の隙間から外部に流動しようとする異方性導電接着剤が絶縁性保護膜によってせき止められてしまう。この場合、多くの異方性導電接着剤がベース基板側の端子間に残留してしまう。すなわち、ベース基板側の端子間には、異方性導電接着剤を構成する導電粒子が多く滞留してしまう。そして、これらの導電粒子は、ベース基板側の端子同士を道通させてしまう(すなわち端子間がショートする)場合があった。このように、特許文献1、2に開示された技術では、基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを異方性道通接続した構造体、即ち異方性導電接続構造体の信頼性が低いという問題があった。
上記問題を解決するための技術として、絶縁性保護膜を基板の面方向(基板の厚さ方向に垂直な方向)外側に配置する技術が提案されている。しかし、この技術では、絶縁性保護膜と異方性導電接着剤層(基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを異方性導電接続する接着剤層)との間に隙間が形成される場合があった。この場合、当該隙間に存在する配線パターンはむき出しになってしまう。このように、配線パターンの一部がむき出しになると、この部分に異物が付着して配線パターンがショートする場合があった。また、フレキシブル基板を折り曲げた際に、配線パターンのむき出し部分が破断する場合があった。したがって、この技術によっても、異方性導電接続構造体の信頼性を向上させることができなかった。
そこで、配線パターンのむき出し部分を封止剤で保護する技術が提案されている。しかし、この技術では、配線パターンのむき出し部分を封止剤で覆う工程が別途必要となる。この工程では、基板側の端子列とフレキシブル基板側の端子列とを熱圧着した後、ベース基板とフレキシブル基板との接続構造体をひっくり返す。これにより、配線パターンのむき出し部分を上方に向ける。そして、当該配線パターンのむき出し部分に封止剤を注入し、封止剤に光源から光を照射する。これにより、封止剤を硬化させる。このように、配線パターンのむき出し部分を封止剤で覆う工程には非常に手間がかかるので、表示パネルとフレキシブル基板との接着に要する手間が増大してしまう。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より簡単な工程によって作製可能であり、かつ、高い信頼性を有する、新規かつ改良された異方性導電接続構造体、異方性導電接続方法、及び異方性導電接着剤を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ベース基板と、ベース基板に設けられた第1の端子と、フレキシブル基板と、フレキシブル基板に設けられた配線パターンと、配線パターンを覆う絶縁性保護膜と、配線パターンに接続された第2の端子と、第1の端子と、第2の端子とを異方性導電接続する異方性導電接着剤層と、を備え、絶縁性保護膜は、ベース基板の面方向外側に配置され、異方性導電接着剤層は、第2の端子から絶縁性保護膜のベース基板側の端部まで伸びている、異方性導電接続構造体が提供される。
ここで、ベース基板の絶縁性保護膜側の端部から絶縁性保護膜のベース基板側の端部までの距離は0.3mm以下であってもよい。
さらに、異方性導電接着剤層の30℃弾性率は4.0GPa以下であってもよい。
本発明の他の観点によれば、第1の端子が設けられたベース基板を準備する工程と、配線パターンと、配線パターンを覆う絶縁性保護膜と、配線パターンに接続された第2の端子とが設けられたフレキシブル基板を準備する工程と、未硬化の重合性化合物と、熱硬化開始剤と、導電性粒子とを含む異方性導電接着剤を準備する工程と、第1の端子と第2の端子とで異方性導電接着剤を挟持し、かつ、絶縁性保護膜をベース基板の面方向外側に配置する工程と、ベース基板とフレキシブル基板とを熱圧着することで、第1の端子と第2の端子とを異方性導電接続するとともに、異方性導電接着剤を絶縁性保護膜のベース基板側の端部まで流動させる工程と、を含む、異方性導電接続方法が提供される。各材料を準備する工程の順序は問われない。
ここで、異方性導電接着剤は、さらに光硬化開始剤を含み、異方性導電接着剤を絶縁性保護膜のベース基板側の端部まで流動させた後、ベース基板の面方向外側に流動した異方性導電接着剤に光を照射してもよい。
また、フレキシブル基板は、ベース基板の上方に配置されており、異方性導電接着剤の下方から異方性導電接着剤に光を照射してもよい。
また、異方性導電接着剤は異方性導電フィルムであり、異方性導電フィルムの厚さは、第1の端子と第2の端子との合計高さの少なくとも1.4倍以上であってもよい。
本発明の他の観点によれば、未硬化の重合性化合物と、熱硬化開始剤と、導電性粒子とを含み、未硬化状態での最低溶融粘度が100〜1000Pa・sであり、完全硬化後の30℃弾性率が4.0GPa以下である、異方性導電接着剤が提供される。
ここで、異方性導電接着剤は、さらに光硬化開始剤を含んでいてもよい。
本発明の上記観点によれば、絶縁性保護膜は、ベース基板の面方向外側に配置される。したがって、絶縁性保護膜は第1の端子と第2の端子との近接を阻害しないので、第1の端子と第2の端子との接続不良が生じにくい。さらに、第1の端子同士の隙間に流動した異方性導電接着剤は、第1の端子列の外部にスムーズに流動することができる。したがって、第1の端子同士がショートしにくくなる。したがって、異方性導電接続構造体の信頼性が向上する。
さらに、本発明の上記観点では、接着剤層が絶縁性保護膜まで到達している。このため、接着剤層と絶縁性保護膜との間には隙間が形成されない。したがって、配線パターンのむき出し部分が形成されないので、配線パターンのむき出し部分を封止剤によって封止する工程が不要となる。このため、異方性導電接続構造体をより簡単な工程によって作製することができる。
以上説明したように本発明によれば、高い信頼性を有する異方性導電接続構造体をより簡単な工程によって作製可能である。
本発明の実施形態に係る異方性導電接続構造体の構成を模式的に示す側断面図である。 異方性導電接続構造体の製造工程の一部を示す側断面図である。 異方性導電接続構造体の製造工程の一部を示す側断面図である。 樹脂フロー量の測定方法を説明するための斜視図である。 樹脂フロー量の測定方法を説明するための平面図である。 樹脂フロー量の測定方法を説明するための平面図である。 異方性導電接着剤層と絶縁性保護膜との間に隙間が形成されている態様の例を模式的に示す側断面図である。 異方性導電接着剤層と絶縁性保護膜との間に隙間が形成されている態様の他の例を模式的に示す側断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<1.異方性導電接続構造体の構成>
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る異方性導電接続構造体1の構成について説明する。
異方性導電接続構造体1(以下、単に「接続構造体1」とも称する)は、ベース基板10、第1の端子11、第1の配線パターン12、フレキシブル基板20、第2の端子21、第2の配線パターン22、絶縁性保護膜30、及び異方性導電接着剤層40(以下、単に「接着剤層40」とも称する)を備える。
ベース基板10は、例えば表示パネルを構成するガラス基板であるが、フレキシブル基板20と異方性導電接続される基板であれば特に制限されない。また、ベース基板10の厚さも特に制限されないが、本実施形態では、厚さが0.7mm以下であっても、接着剤層40がベース基板10の裏面(第1の端子列及び配線パターン12が形成される面と反対側の面)に回りこみにくい。また、ベース基板10の端部10aには、面取り部10bが形成されていてもよい。
第1の端子11は、ベース基板10の端部10a上に複数設けられる。第1の端子11同士は互いに平行になっており、複数の第1の端子11によって第1の端子列が形成される。なお、端部10a上に面取り部10bが形成される場合、第1の端子11は、面取り部10bよりもベース基板10の中心側(内側)に形成されれば良い。第1の端子11の各々は、第2の端子21と異方性導電接続される。
第1の端子11を構成する材料は、導電性を有するものであれば特に制限されない。第1の端子11を構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、および金などの金属、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウム、導電性酸化スズ、アンチモンスズ酸化物(ATO)、および導電性酸化亜鉛などの導電性金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、およびポリチオフェンなどの導電性高分子などが挙げられる。第1の端子11を構成する金属は、各種金属(たとえば、金、すず等)によってめっきされていてもよい。なお、ベース基板10が表示パネルの基板となる場合、表示パネルに表示される画像の視認性を確保する必要がある。したがって、この場合、第1の端子11は、透明導電性物質(ITO、IZOなど)で形成されることが好ましい。
第1の配線パターン12は、第1の端子11から伸びる配線パターンであり、ベース基板10上に設けられる。第1の配線パターン12を構成する材料は、第1の端子11と同様であれば良い。
フレキシブル基板20は、可撓性および柔軟性が高い材料で形成された基板である。フレキシブル基板20を構成する材料は特に制限されず、公知のフレキシブル基板に適用される材料は本実施形態にも適用可能である。フレキシブル基板20を構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、およびアクリル樹脂などの樹脂の他、薄膜化された金属またはガラス等が挙げられる。なお、ベース基板10が表示パネルの基板となる場合、表示パネルに表示される画像の視認性を確保する必要がある。したがって、この場合、フレキシブル基板20は、可視光の透過率が高い透明樹脂で形成されることが好ましい。
第2の端子21は、フレキシブル基板20の端部20a上に複数設けられる。第2の端子21同士は互いに平行になっており、複数の第2の端子21によって第2の端子列が形成される。第2の端子21の各々は、第1の端子11と異方性導電接続される。すなわち、第1の端子列と第2の端子列とは異方性導電接続される。第2の端子21を構成する材料は、第1の端子11と同様であれば良い。
第2の配線パターン22は、第2の端子列から伸びる配線パターンであり、ベース基板10上に設けられる。第2の配線パターン22を構成する材料は、第1の端子11と同様であれば良い。
絶縁性保護膜30は、配線パターン22を覆う膜である。絶縁性保護膜30は、絶縁性を有する膜であり、配線パターン22を保護する。絶縁性保護膜30は、ソルダーレジストとも称される。絶縁性保護膜30を構成する材料は特に制限されず、従来のフレキシブル基板に適用されるソルダーレジスト材料であれば本実施形態にも好適に適用可能である。
本実施形態では、絶縁性保護膜30は、ベース基板10の面方向(ベース基板10の厚さ方向に垂直な方向)外側に配置される。上述したように、絶縁性保護膜30がベース基板10上に配置される場合、第1の端子列と第2の端子列との接続不良、第1の端子11同士のショートといった問題が生じうるからである。なお、ベース基板10の端部10a(絶縁性保護膜30側の端部)から絶縁性保護膜30のベース基板10側の端部30aまでの距離Lは特に制限されない。本実施形態では、第1の端子列と第2の端子列とを熱圧着する際に、異方性導電接着剤を絶縁性保護膜30まで流動させる。したがって、距離Lに応じて、異方性導電接着剤の最低溶融粘度を調整すればよい。最低溶融粘度が小さいほど、異方性導電接着剤の流動量が大きくなる。ただし、距離Lは、0.3mm以下であることが好ましい。この場合、第1の端子列と第2の端子列との熱圧着時に異方性導電接着剤をより確実に絶縁性保護膜30まで流動させることができる。これは、距離Lが0より大きい場合に、より顕著である。また、ベース基板10の厚みが過度に薄い場合、例えば0.2μm以下の場合は、距離Lは0以下としてもよく、絶縁性保護膜30の端部30aが面取り部10b上に配置される範囲であればよく、0〜−0.2mmが好ましい。接着剤層40がベース基板10の裏面に回り込むことを抑制するためである。詳細を述べると、Lがマイナスの値になることは、絶縁性保護膜30のベース基板10側の端部30aがベース基板10上に配置されることを意味する。ただし、この場合であっても、絶縁性保護膜30の端部30aは、ベース基板10の面取り部10b上に配置されれば、第1の端子列と第2の端子列とを熱圧着する際に、絶縁性保護膜30がベース基板10に接触しにくくなる。また、絶縁性保護膜30は、熱圧着時に異方性導電接着剤の流動を阻害しにくくなる。
接着剤層40は、後述する異方性導電接着剤が硬化したものである。接着剤層40は、第1の端子列と第2の端子列とを異方性導電接続する。さらに、接着剤層40は、第2の端子列から絶縁性保護膜30のベース基板側の端部30aまで伸びている。このため、本実施形態では、接着剤層40と絶縁性保護膜30との間に隙間は形成されない。すなわち、配線パターン22のうち、絶縁性保護膜30で覆われていない部分は、接着剤層40によって保護される。なお、接着剤層40は、絶縁性保護膜30まで伸びていればよいが、絶縁性保護膜30の端部30aを覆っていることが好ましい。この場合、接着剤層40は、絶縁性保護膜30で覆われていない部分をより確実に保護することができる。
接着剤層40の上記以外の物性は特に制限されないが、30℃弾性率が4.0GPa以下であることが好ましい。本実施形態では、接着剤層40はベース基板10の面方向外側まで形成されているので、フレキシブル基板20の折り曲げ時に接着剤層40も折り曲げられる。したがって、30℃弾性率が4.0GPa以下であれば、フレキシブル基板20の折り曲げが容易となる。なお、接着剤層40を構成する材料については、後述する異方性導電接着剤の項にて詳細に説明する。
<2.異方性導電接着剤>
接着剤層40は、異方性導電接着剤を硬化したものである。そこで、ここでは、異方性導電接着剤について説明する。異方性導電接着剤は、少なくとも、重合性化合物、熱硬化開始剤、及び導電性粒子を含む。
重合性化合物は、熱硬化開始剤または光硬化開始剤と共に硬化する樹脂である。硬化した重合性化合物は、接着剤層40内で第1の端子列と第2の端子列とを接着するとともに、導電性粒子を接着剤層40内に保持する。重合性化合物は、後述する物性を満たすものであれば特に制限されない。重合性化合物としては、例えばエポキシ重合性化合物、及びアクリル重合性化合物等が挙げられる。エポキシ重合性化合物は、分子内に1つまたは2つ以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、またはプレポリマーである。エポキシ重合性化合物としては、各種ビスフェノール型エポキシ樹脂(ビスフェノールA型、F型等)、ノボラック型エポキシ樹脂、ゴムおよびウレタン等の各種変性エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、及びこれらのプレポリマー等が挙げられる。
アクリル重合性化合物は、分子内に1つまたは2つ以上のアクリル基を有するモノマー、オリゴマー、またはプレポリマーである。アクリル重合性化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、エポキシアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、テトラメチレングリコールテトラアクリレート、2−ヒドロキシ−1,3−ジアクリロキシプロパン、2,2−ビス[4−(アクリロキシメトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(アクリロキシエトキシ)フェニル]プロパン、ジシクロペンテニルアクリレート、トリシクロデカニルアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアネレート、およびウレタンアクリレート等が挙げられる。
本実施形態では、上記で列挙した重合性化合物のうちいずれか1種を用いてもよく、2種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。
熱硬化開始剤は、熱によって上記重合性化合物とともに硬化する材料である。熱硬化開始剤の種類も特に制限されない。熱硬化開始剤としては、例えば、エポキシ重合性化合物を硬化させる熱アニオンまたは熱カチオン硬化開始剤、アクリル重合性化合物を硬化させる熱ラジカル重合型硬化剤等が挙げられる。本実施形態では、重合性化合物によって適切な熱硬化開始剤を選択すればよい。
導電性粒子は、接着剤層40内で第1の端子列と第2の端子列とを異方性導電接続する材料である。具体的には、接着剤層40内で第1の端子列と第2の端子列とで挟持された導電性粒子は、第1の端子列と第2の端子列とを導通させる。一方、他の導電性粒子(例えば、第1の端子11同士の隙間に入り込んだ導電性粒子、第2の端子21同士の隙間に入り込んだ導電性粒子等)は、接着剤層40内で分散しているため、互いに導通していない。したがって、導電性粒子は、接着剤層40内で第1の端子11同士及び第2の端子21同士の絶縁性を維持しつつ、第1の端子列と第2の端子列とを導通させることができる。すなわち、導電性粒子は、接着剤層40内で第1の端子列と第2の端子列とを異方性導電接続する。
導電性粒子の種類は特に制限されない。導電性粒子としては、例えば、金属粒子、および金属被覆樹脂粒子等が挙げられる。金属粒子としては、例えば、ニッケル、コバルト、銅、銀、金、またはパラジウムなどの金属粒子等が挙げられる。金属被覆樹脂粒子としては、例えば、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ベンゾグアナミン樹脂、架橋ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、またはスチレン−シリカ複合樹脂などのコア樹脂粒子の表面を、ニッケル、銅、金、またはパラジウムなどの金属で被覆した粒子等が挙げられる。導電性粒子の表面には、金もしくはパラジウム薄膜、または圧着時には破壊される程度に薄い絶縁樹脂薄膜などが形成されてもよい。
本実施形態の異方性導電接着剤は、さらに光硬化開始剤を含んでいることが好ましい。詳細は後述するが、本実施形態では、第1の端子列及び第2の端子列で異方性導電接着剤を挟持し、ついで、ヒートツール等の加熱加圧部材を用いて第1の端子列及び第2の端子列を熱圧着する。このとき、異方性導電接着剤の一部は、第1の端子列及び第2の端子列からベース基板10の面方向外側に流動して、絶縁性保護膜30まで到達する。第1の端子列及び第2の端子列の間に存在する異方性導電接着剤には、加熱加圧部材から十分な熱量が供給される。このため、第1の端子列及び第2の端子列の間に存在する異方性導電接着剤は、加熱加圧部材からの熱量だけで硬化可能である。しかし、第1の端子列及び第2の端子列からベース基板10の面方向外側に流動した異方性導電接着剤には、加熱加圧部材からの熱量が十分に供給されない可能性がある。このため、第1の端子列及び第2の端子列からベース基板10の面方向外側に流動した異方性導電接着剤は、加熱加圧部材からの熱量だけでは十分に硬化しない可能性がある。そこで、本実施形態の異方性導電接着剤は、さらに光硬化開始剤を含んでいることが好ましい。この場合、第1の端子列及び第2の端子列からベース基板10の面方向外側に流動した異方性導電接着剤に光を照射することで、当該異方性導電接着剤も十分に硬化させることができる。
なお、光硬化開始剤の種類も特に制限されない。光硬化開始剤としては、例えば、エポキシ重合性化合物を硬化させる光アニオンまたは光カチオン硬化開始剤、アクリル重合性化合物を硬化させる光ラジカル重合型硬化剤等が挙げられる。本実施形態では、重合性化合物によって適切な光硬化開始剤を選択すればよい。第1の端子列及び第2の端子列からベース基板10の面方向外側に流動した異方性導電接着剤が加熱加圧部材からの熱量だけで十分に硬化する場合、光硬化開始剤は異方性導電接着剤に添加されなくても良い。
また、異方性導電接着剤には、上記の成分の他、膜形成樹脂、各種添加剤等を含めてもよい。膜形成樹脂は、異方性導電接着剤をフィルム形状としたい場合に異方性導電接着剤に添加される。膜形成樹脂の種類は、後述する特性を満たすものであれば特に制限されない。膜形成樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ブチラール樹脂などの種々の樹脂を用いることができる。また、本実施形態では、これらの膜形成樹脂のうちいずれか1種だけを使用することもできるし、2種以上を任意に組み合わせて使用することもできる。なお、膜形成樹脂は、膜形成性および接着信頼性を良好にするという観点からは、フェノキシ樹脂であることが好ましい。
異方性導電接着剤に添加可能な添加剤としては、シランカップリング剤、無機フィラー、着色剤、酸化防止剤、および防錆剤等が挙げられる。シランカップリング剤の種類は特に制限されない。シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ系、アミノ系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系のシランカップリング剤等が挙げられる。異方性導電接着剤にこれらのシランカップリング剤が添加された場合、ガラス基板等の無機基板への接着性を向上させることができる。
また、無機フィラーは、異方性導電接着剤の流動性及び膜強度、特に後述する最低溶融粘度を調整するための添加剤である。無機フィラーの種類も特に制限されない。無機フィラーとしては、例えば、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。
異方性導電接着剤の最低溶融粘度は、100〜1000Pa・sである。この条件が満たされる場合に、異方性導電接着剤は、第1の端子列と第2の端子列とを熱圧着する際に、絶縁性保護膜30まで到達することができる。ここで、異方性導電接着剤の最低溶融粘度は、重合性化合物の種類を変更することで調整することもできるが、上記の無機フィラーの添加量によって調整することもできる。無機フィラーの添加量が少ないほど、異方性導電接着剤の最低溶融粘度が小さくなる傾向がある。したがって、無機フィラーの添加量を調整することで、異方性導電接着剤の最低溶融粘度を容易に調整することができる。なお、異方性導電接着剤の最低溶融粘度は、100〜800Pa・sであることが好ましく、200〜600Pa・sであることがより好ましい。これらの条件が満たされる場合に、異方性導電接着剤は、絶縁性保護膜30までより確実に到達することができる。
また、異方性導電接着剤の完全硬化後の30℃弾性率は、4.0GPa以下であることが好ましい。上述したように、本実施形態では、完全硬化後の異方性導電接着剤、即ち接着剤層40はベース基板10の面方向外側まで形成されているので、フレキシブル基板20の折り曲げ時に接着剤層40も折り曲げられる。したがって、30℃弾性率が4.0GPa以下であれば、フレキシブル基板20の折り曲げが容易となる。また、30℃弾性率が4.0GPa以下であれば、フレキシブル基板20の折り曲げ時に接着剤層40が剥がれにくくなる。すなわち、接着剤層40の接着強度が十分に高くなる。異方性導電接着剤の30℃弾性率は、例えば、膜形成樹脂及び重合性化合物の種類、配合量を変更することで調整することができる。
また、異方性導電接着剤の樹脂フロー量は、1.3〜2.5であることが好ましく、1.5〜2.3であることがより好ましい。樹脂フロー量の値がこれらの範囲内の値となる場合に、異方性導電接着剤は、絶縁性保護膜30までより確実に到達することができる。
異方性導電接着剤は、ペースト状の異方性導電ペーストであってもよく、膜形成樹脂をさらに含有することでフィルム状に形成された異方性導電フィルムであってもよい。ここで、異方性導電フィルムを異方性導電接着剤として用いる場合、異方性導電フィルムは、剥離フィルム上に設けられることが望ましい。剥離フィルムは、例えば、PET(Poly Ethylene Terephthalate)、OPP(Oriented Polypropylene)、PMP(Poly−4−methylpentene−1)、PTFE(Polytetrafluoroethylene)等にシリコーン等の剥離剤を塗布したものである。剥離フィルムは、異方性導電フィルムの乾燥を防ぐとともに、異方性導電フィルムの形状を維持する。
<3.異方性導電接続方法>
次に、図2及び図3に基づいて、接続構造体1の製造方法、すなわち異方性導電接続方法について説明する。なお、ここでは、異方性導電接着剤として、光硬化開始剤を含む異方性導電フィルムを使用する場合を一例として製造方法を説明する。まず、第1の端子列が設けられたベース基板10を準備する。さらに、第2の端子列、配線パターン22、絶縁性保護膜30が設けられたフレキシブル基板20を準備する。さらに、上述した特性を有する異方性導電フィルム50を準備する。
ついで、図2に示すように、第1の端子列と第2の端子列とで異方性導電フィルム50を挟持する。例えば、ベース基板10を何らかの試料台に設置する。ついで、異方性導電フィルム50を第1の端子列上に設置し、仮圧着する。ここで、仮圧着は、例えば加熱加圧部材を異方性導電フィルム50に押し当てることにより行われる。仮圧着時の温度は本圧着時の温度よりも低く、異方性導電フィルム50が硬化しない程度の温度とされる。ついで、第2の端子列が第1の端子列に対向するように、フレキシブル基板20をベース基板10上に設置する。ここで、絶縁性保護膜30はベース基板10の面方向外側に配置する。また、異方性導電フィルム50の厚さは、第1の端子列と第2の端子列との合計高さの1.4倍以上であることが好ましい。この場合、異方性導電フィルム50は、より確実に絶縁性保護膜30に流動することができる。
ついで、第1の端子列と第2の端子列とを熱圧着(本圧着)する。例えば、第1の端子列及び第2の端子列の全域を加熱加圧可能な加熱加圧部材100を用意し、この加熱加圧部材100をフレキシブル基板20の上方からフレキシブル基板20に押し当てる。加熱加圧部材100による加圧位置は、第1の端子列及び第2の端子列の直上とする。加熱加圧部材100の加圧力、温度、加圧時間は、異方性導電フィルム50の材質等によって適宜調整すればよい。すなわち、これらのパラメータは、異方性導電フィルム50が絶縁性保護膜30まで流動し、その状態で硬化するように調整されればよい。
これにより、異方性導電フィルム50の一部は、第1の端子列及び第2の端子列の間に残留し、残りは第1の端子11同士の隙間、第2の端子21同士の隙間、または第1の端子列及び第2の端子列の外側に流動する。流動後の異方性導電フィルム50は、図3に示すように、異方性導電接続部分40a、第1の流動部分40b、第2の流動部分40cに区分される。異方性導電接続部分40aは、第1の端子列と第2の端子列との間に残留し、これらを導通する。第1の流動部分40bは、第1の端子列及び第2の端子列から面方向内側に流動した部分である。第2の流動部分40cは、第1の端子列及び第2の端子列から面方向外側に流動し、絶縁性保護膜30に到達した部分である。第1の流動部分40b、第2の流動部分40cは、絶縁性を維持している。したがって、本圧着により第1の端子列及び第2の端子列が異方性導電接続される。
異方性導電接続部分40a、及び第1の流動部分40bは加熱加圧部材100から与えられる熱量によって十分に硬化する。ただし、第2の流動部分40cは、加熱加圧部材100から与えられる熱量だけでは十分に硬化しない場合がある。そこで、図3に示すように、流動部分40cの下方から光(例えばUV光)を照射する。光の強度、照射時間は、第2の流動部分40cが十分に硬化する値であれば良い。これにより、異方性導電フィルム50を完全に硬化することができる。なお、光照射による硬化は、熱圧着から時間が経ってから行われてもよい。硬化した異方性導電フィルム50は、上述した接着剤層40となる。
以上により、本実施形態によれば、接続構造体1の絶縁性保護膜30は、ベース基板10の面方向外側に配置される。したがって、絶縁性保護膜30は第1の端子列と第2の端子列との近接を阻害しないので、第1の端子列と第2の端子列との接続不良が生じにくい。さらに、第1の端子11同士の隙間に流動した異方性導電接着剤は、第1の端子列の外部にスムーズに流動することができる。したがって、第1の端子11同士がショートしにくくなる。したがって、接続構造体1の信頼性が向上する。
さらに、本実施形態では、接着剤層40が絶縁性保護膜30まで到達している。このため、接着剤層40と絶縁性保護膜30との間には隙間が形成されない。したがって、配線パターン22のむき出し部分が形成されないので、配線パターンのむき出し部分を封止剤によって封止する工程が不要となる。このため、接続構造体1をより簡単な工程によって作製することができる。
なお、封止剤を用いて接続構造体を作製する技術においては、加熱加圧部材及び光源を備える製造装置を用いて接続構造体を作製する。一方、本実施形態においても加熱加圧部材及び光源を使用する。したがって、従来の製造装置をほとんどそのまま(例えば光源の設置位置を変える等の調整だけで)本実施形態の製造装置として流用することができる。
(異方性導電フィルムの作製)
(実施例1)
フェノキシ樹脂(品名:PKHC、巴工業社製)50質量部、ウレタンアクリルオリゴマー(品名:EB−600、ダイセル・サイテック社製)40質量部、アクリルモノマー(品名:A−DCP、新中村化学社製)5質量部、シランカップリング剤(品名:KBM−503、信越シリコーン社製)2質量部、熱硬化開始剤として、パーヘキサC(日本油脂社製)5質量部、光硬化開始剤としてベンゾフェノン5質量部、導電性粒子(品名:AUL704、粒径4μm積水化学工業社製)6質量部を混合することで、接着剤組成物を作製した。そして、別途用意した厚さ38μmの剥離処理PETフィルムに接着剤組成物をバーコータにより塗工、乾燥することで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(実施例2)
実施例1で作成した接着剤組成物に、増粘剤として疎水性シリカ(品名:AEROSIL972、EVONIK社製)を4質量部追加した他は実施例1と同様の処理を行うことで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(実施例3)
フェノキシ樹脂(品名:PKHC、巴工業社製)50質量部、ウレタンアクリルオリゴマー(品名:EB−600、ダイセル・サイテック社製)35質量部、アクリルモノマー(品名:A−DCP、新中村化学社製)15質量部、シランカップリング剤(品名:KBM−503、信越シリコーン社製)2質量部、熱硬化開始剤としてパーヘキサC(日本油脂社製)5質量部、光硬化開始剤としてベンゾフェノン5質量部、導電性粒子(品名:AUL704、粒径4μm積水化学工業社製)6質量部を混合することで接着剤組成物を得た。そして、別途用意した厚さ38μmの剥離処理PETフィルムに接着剤組成物をバーコータにより塗工、乾燥することで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(実施例4)
実施例1で作成した接着剤組成物から、光硬化開始剤であるベンゾフェノンを抜いた他は、実施例1と同様の処理を行うことで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(実施例5)
実施例1で作成した接着剤組成物に、増粘剤として疎水性シリカ(品名:AEROSIL972、EVONIK社製)を8質量部追加した他は、実施例1と同様の処理を行うことで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(実施例6)
フェノキシ樹脂(品名:PKFE、巴工業社製)50質量部、ウレタンアクリルオリゴマー(品名:EB−600、ダイセル・サイテック社製)25質量部、アクリルモノマー(品名:A−9300、新中村化学社製)25質量部、シランカップリング剤(品名:KBM−503、信越シリコーン社製)2質量部、熱硬化開始剤としてパーヘキサC(日本油脂社製)5質量部、光硬化開始剤としてベンゾフェノン5質量部、導電性粒子(品名:AUL704、粒径4μm積水化学工業社製)6質量部を混合することで、接着剤組成物を作製した。そして、別途用意した厚さ38μmの剥離処理PETフィルムに接着剤組成物をバーコータにより塗工、乾燥することで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(比較例1)
実施例1で作成した接着剤組成物に、増粘剤として疎水性シリカ(品名:AEROSIL972、EVONIK社製)を12質量部追加した他は、実施例1と同様の処理を行うことで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(比較例2)
エポキシ樹脂(品名:jER4004、三菱化学社製)50質量部、ウレタンアクリルオリゴマー(品名:EB−600、ダイセル・サイテック社製)40質量部、アクリルモノマー(品名:A−DCP、新中村化学社製)5質量部、シランカップリング剤(品名:KBM−503、信越シリコーン社製)2質量部、熱硬化開始剤としてパーヘキサC(日本油脂社製)5質量部、光硬化開始剤としてベンゾフェノン5質量部、導電性粒子(品名:AUL704、粒径4μm積水化学工業社製)6質量部を混合することで、接着剤組成物を作製した。そして、別途用意した厚さ38μmの剥離処理PETフィルムに接着剤組成物をバーコータにより塗工、乾燥することで、厚さ20μmの異方性導電フィルムを得た。
(最低溶融粘度の測定)
作成した異方性導電フィルムの最低溶融粘度を測定した。まず異方性導電フィルムを重ね合わせて厚み300μmの積層シートを作成した。ついで、溶融粘度計(Thermo Fisher Scientific社製)に積層シートをセットした。そして、昇温速度10℃/min、周波数1Hz、加圧力1N、測定温度範囲30〜180℃の条件で溶融粘度計を駆動することで、異方性導電フィルムの最低溶融粘度を測定した。測定結果を表1にまとめて示す。
(樹脂フロー量の測定)
つぎに、樹脂フロー量を測定した。ここで、樹脂フロー量の測定方法を図4〜図6に基づいて説明する。作成した異方性導電フィルムを2.0mm幅にカットした。ついで、図4に示すように、カット済みの異方性導電フィルム50をノンアルカリガラス(厚み0.7μm)150で挟んだ。ついで、2.0mm幅のヒートツールで180℃−4MPa−6secの加熱加圧条件でノンアルカリガラス150の上方から異方性導電フィルム50を加圧した。加圧部分は、異方性導電フィルム50の直上とした。そして、加圧前後の樹脂広がり量を測定し、この結果から樹脂フロー量を測定した。すなわち、図6に示す加圧後の幅B(ここでの幅Bは、異方性導電フィルム50の幅の最大値とする)を図5に示す加圧前の幅A(=2.0mm)で除算することで、樹脂フロー量を測定した。結果を表1にまとめて示す。
(弾性率の測定)
作成した異方性導電フィルムを200℃のオーブンにて完全硬化させたのち、完全硬化したフィルムを幅2mm,長さ50mmにカットした。そして、フィルムをDMA(SII社製)にセットし、DMAを引っ張りモードにて駆動した。そして、30℃弾性率E’の測定を行った。結果を表1にまとめて示す。
(評価用接続構造体の作製)
ベース基板として、ITOパターンガラスを用意した。このITOパターンガラスには、ITOからなる第1の端子が50μmピッチで形成されている。また、第1の端子の高さは200nmであり、ガラス部分の厚さは0.7μmであった。
また、フレキシブル基板として、ポリイミド製のフレキシブル基板を準備した。フレキシブル基板の厚さは38μmであった。また、このフレキシブル基板には、すずめっきされた銅からなる第2の端子が50μmピッチで形成されている。第2の端子の高さは8μmであった。したがって、異方性導電フィルムの厚さは、第1の端子と第2の端子との合計高さの1.4倍以上となる。また、第2の端子からは、第2の端子と同じ材料で構成される第2の配線パターンが形成されており、第2の配線パターンは絶縁性保護膜(SN9000 、日立化成株式会社)で覆われていた。
ついで、予め用意した試料台にベース基板を設置した。そして、第1の端子上に上記で作製した異方性導電フィルムを仮貼りし、剥離処理PETフィルムを異方性導電フィルムから引き剥がした。ついで、第2の端子が第1の端子に対向するように、フレキシブル基板をベース基板上に設置した。ここで、絶縁性保護膜はベース基板の面方向外側に配置した。ベース基板の絶縁性保護膜側の端部から絶縁性保護膜のベース基板側の端部までの距離は0.3mmとした。
ついで、緩衝材として厚さ150μmのテフロン(登録商標)膜をフレキシブル基板上に設置した。ついで、1.2mm幅のヒートツールをフレキシブル基板の上方からフレキシブル基板に押し当てた。ヒートツールによる加圧位置は、第1の端子列及び第2の端子列の直上とした。加熱加圧条件は、180℃−4MPa−6secとした。ついで、第1の端子及び第2の端子からベース基板の面方向外側に流動した異方性導電フィルムに下方から紫外線を照射した。紫外線の照射は、LEDタイプの紫外線照射装置(ウシオ電機株式会社製)を用いて行った。照射時間は5秒とした。また、照射強度を100mW/cm、波長を365nmとした。以上の工程により、接続構造体を作製した。
(接着剤層のはみ出し量評価)
接着剤層のベース基板の面方向外側へのはみ出し量を光学顕微鏡観察により評価した。結果を表1にまとめて示す。接着剤層が絶縁性保護膜まで到達している場合をOKと評価した。また、接着剤層が絶縁性保護膜まで到達していない場合をNGと評価した。ここで、NGの態様としては、異方性導電接着剤の最低溶融粘度が高すぎるために、接着剤層が絶縁性保護膜に到達していない態様と、異方性導電接着剤の最低溶融粘度が低すぎるために、接着剤層が絶縁性保護膜に到達せずにベース基板の裏面側に回りこんでしまう態様の2通り想定される。本実施例では、前者の態様をNG1、後者の態様をNG2と評価した。NG1の例を図7に、NG2の例を図8にしめす。いずれの例でも、接着剤層40と絶縁性保護膜30との間に隙間22aが形成されているのがわかる。隙間22aでは、配線パターン22がむき出しになってしまう。
(導通抵抗測定)
接続構造体を85℃/相対湿度85%の環境下で500時間放置する信頼性評価試験を行った。ついで、信頼性評価試験前後で接続構造体の導通抵抗を測定した。具体的には、接続構造体に電流1mAを流したときの導通抵抗値を4端子法により測定した。測定にはデジタルマルチメータ(横河電機社製)を用いた。2Ω未満をA、5Ω未満をB、5Ω以上をCと評価した。測定結果を表1に示す。
(接着強度測定)
接続構造体を85℃/相対湿度85%の環境下で500時間放置する信頼性評価試験を行った。ついで、信頼性評価試験前後で接続構造体の接着強度を測定した。測定は引張り試験機(AND社製)を用いて行った。すなわち、接続構造体のベース基板を試料台に保持し、フレキシブル基板を上方から引っ張りあげた。測定速度(引張速度)は50mm/secとした。そして、フレキシブル基板(詳細には第2の端子)が第1の端子から完全に剥がれたときの引張強度を接着強度とした。7N/cm以上をA、5〜7N/cmをB、5N/cm未満をCと評価した。接着強度が低い場合、フレキシブル基板の屈曲時に接着剤層が剥がれる可能性がある。測定結果を表1にまとめて示す。
(ショートテスト)
接続構造体のベース基板とフレキシブル基板との境界部分に平均粒子径3μm(球相当直径の算術平均値)のNi粉末を振り、接続構造体に均一に振動を与えた。その後、第1の端子と第2の端子との間に15Vの電圧をかけて絶縁抵抗を測定した。10Ω以上の場合をOK、10Ω未満の場合をNGと評価した。測定結果を表1にまとめて示す。
Figure 2016178225
実施例1〜3については、すべて良好な結果となった。実施例4は、光硬化剤を抜いたことにより、信頼性評価試験後の接着強度が、実施例1〜3と比較し、やや低下する傾向が見られた。しかし、実用上は問題ないレベルであった。実施例5では、最低溶融粘度が他の実施例1〜4よりも高くなっている。このため、接着剤層のはみ出し量が不十分となり、接着剤層が絶縁性保護膜に到達しなかった。ただし、絶縁性保護膜をさらにベース基板側に近づけ、両者の距離を0.2mmとした場合には、接着剤層が絶縁性保護膜に到達した。この結果、ショートテストでOKの結果が得られた。実施例6では、30℃弾性率が他の実施例1〜5よりも高くなった。このため、接着剤層が物性的に硬くなり、接着強度が低下した。ただし、実用上は問題ないレベルであった。比較例1では、最低溶融粘度が1000を超えている。このため、接着剤層のはみ出し量が不十分となり、接着剤層が絶縁性保護膜に到達しなかった。比較例2では、最低溶融粘度が100未満となっている。このため、接着剤層がベース基板の裏面に回りこみ、絶縁性保護膜に到達しなかった。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1 接続構造体
10 ベース基板
11 第1の端子
12 第1の配線パターン
20 フレキシブル基板
21 第2の端子
22 第2の配線パターン
30 絶縁性保護膜
40 接着剤層
50 異方性導電フィルム

Claims (9)

  1. ベース基板と、
    前記ベース基板に設けられた第1の端子と、
    フレキシブル基板と、
    前記フレキシブル基板に設けられた配線パターンと、
    前記配線パターンを覆う絶縁性保護膜と、
    前記配線パターンに接続された第2の端子と、
    前記第1の端子と、前記第2の端子とを異方性導電接続する異方性導電接着剤層と、を備え、
    前記絶縁性保護膜は、前記ベース基板の面方向外側に配置され、
    前記異方性導電接着剤層は、前記第2の端子から前記絶縁性保護膜の前記ベース基板側の端部まで伸びている、異方性導電接続構造体。
  2. 前記ベース基板の前記絶縁性保護膜側の端部から前記絶縁性保護膜の前記ベース基板側の端部までの距離は0.3mm以下である、請求項1記載の異方性導電接続構造体。
  3. 前記異方性導電接着剤層の30℃弾性率は4.0GPa以下である、請求項1または2記載の異方性導電接続構造体。
  4. 第1の端子が設けられたベース基板を準備する工程と、
    配線パターンと、前記配線パターンを覆う絶縁性保護膜と、前記配線パターンに接続された第2の端子とが設けられたフレキシブル基板を準備する工程と、
    未硬化の重合性化合物と、熱硬化開始剤と、導電性粒子とを含む異方性導電接着剤を準備する工程と、
    前記第1の端子と前記第2の端子とで前記異方性導電接着剤を挟持し、かつ、前記絶縁性保護膜を前記ベース基板の面方向外側に配置する工程と、
    前記ベース基板と前記フレキシブル基板とを熱圧着することで、前記第1の端子と前記第2の端子とを異方性導電接続するとともに、前記異方性導電接着剤を前記絶縁性保護膜の前記ベース基板側の端部まで流動させる工程と、を含む、異方性導電接続方法。
  5. 前記異方性導電接着剤は、さらに光硬化開始剤を含み、
    前記異方性導電接着剤を前記絶縁性保護膜の前記ベース基板側の端部まで流動させた後、前記ベース基板の面方向外側に流動した前記異方性導電接着剤に光を照射する、請求項4記載の異方性導電接続方法。
  6. 前記フレキシブル基板は、前記ベース基板の上方に配置されており、
    前記異方性導電接着剤の下方から前記異方性導電接着剤に光を照射する、請求項5記載の異方性導電接続方法。
  7. 前記異方性導電接着剤は異方性導電フィルムであり、
    前記異方性導電フィルムの厚さは、前記第1の端子と前記第2の端子との合計高さの少なくとも1.4倍以上である、請求項4〜6の何れか1項に記載の異方性導電接続方法。
  8. 未硬化の重合性化合物と、熱硬化開始剤と、導電性粒子とを含み、
    未硬化状態での最低溶融粘度が100〜1000Pa・sであり、
    完全硬化後の30℃弾性率が4.0GPa以下である、異方性導電接着剤。
  9. さらに光硬化開始剤を含む、請求項8記載の異方性導電接着剤。
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