JP3912310B2 - Anisotropic conductive film - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方導電膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板上に半導体パッケージを実装したり、あるいは２つのプリント配線板上の導体回路同士を電気的に接続するとともに、両プリント配線板を互いに結合、固定したりするエレクトロニクス実装の方法の１つに、フィルム状の異方導電膜を用いた方法がある（例えば特許文献１、特許文献２等参照）。
例えば半導体パッケージの実装の場合は、プリント配線板への実装面に複数のバンプを配列して接続部を形成した半導体パッケージと、当該半導体パッケージを実装する領域に、上記バンプとピッチを合わせて複数の電極を配列して接続部を形成したプリント配線板とを用意する。そしてこの両者の接続部を相対向させて、その間に異方導電膜を挟んだ状態で、両接続部の各々のバンプと電極とが１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせしながら熱接着を行うことで、半導体パッケージが基板上に実装される。
【０００３】
またプリント配線板同士の接続の場合は、それぞれの接続位置に、互いにピッチを合わせて複数の電極を配列して接続部を形成した２つのプリント配線板を用意する。そしてこの両者の接続部を相対向させて、その間に異方導電膜を挟んだ状態で、同様に両接続部の各々の電極が１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせしながら熱接着を行うことで、配線板同士が接続される。
かかるエレクトロニクス実装に用いる異方導電膜は一般に、粉末状の導電成分を、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂等の結着剤を含む、感熱接着性を有する膜中に分散させた構造を有する。
【０００４】
また異方導電膜は、膜の面方向に重なった各々のバンプ−電極対や電極−電極対が、隣接する他の対のバンプや電極と短絡する、膜の面方向の短絡が発生するのを防止すべく、面方向の導電抵抗（「絶縁抵抗」という）が高くなるように、導電成分の、式(1)：
【０００５】
【数１】
で求められる充てん率を調整してある。なお式中の、固形分の総体積とは、膜を、前記のように導電成分と結着剤とを固形分として用いて形成する場合、この両者の体積の合計量である。
そして熱接着を行うと、その際の加熱、加圧によって異方性導電膜が厚み方向に圧縮されることで、当該厚み方向の導電成分の充てん率が上昇し、導電成分同士が互いに近接もしくは接触して導電ネットワークを形成する結果、厚み方向の導電抵抗（「接続抵抗」という）が低くなる。しかしこの際、異方導電膜の面方向における導電成分の充てん率は増加しないため、面方向は、絶縁抵抗が高く導電率が低い初期の状態を維持する。
【０００７】
このため異方導電膜は、厚み方向の接続抵抗が低く、かつ面方向の絶縁抵抗が高い異方導電特性を有するものとなり、かかる異方導電特性に基づいて、
＊ 前述したような膜の面方向の短絡が発生するのを防止して、各バンプ−電極対や電極−電極対ごとの、それぞれ電気的に独立した状態を維持しつつ、
＊ 各対の、１対１で膜の面方向に重なったバンプ−電極間、電極−電極間を良好に導電接続する
ことが可能となる。
【０００８】
またそれとともに、膜の持つ感熱接着性によって、プリント配線板上に、半導体パッケージを熱接着によって固定したり、プリント配線板同士を熱接着によって固定したりできる。
このため異方導電膜を用いれば、エレクトロニクス実装の作業が容易になる。従来の異方導電膜中に含まれる導電成分としては、例えば平均粒径が数μｍ〜数十μｍ程度で、かつその形状が粒状、球状、薄片状（鱗片状、フレーク状）などであるＮｉ粉末や、あるいは表面に金メッキを施した樹脂粉末などの、種々の金属粉末が実用化されている。
【０００９】
また従来の異方導電膜においては通常、上記の金属粉末を、前記式(1)で求められる充てん率が３〜１０体積％となるように含有させている。
しかし近時、この充てん率の範囲では、熱接着後の厚み方向の接続抵抗の値が十分でなく、より一層、接続抵抗を低くすることを求められる場合が増加しつつある。
そこで、厚み方向の接続抵抗をこれまでよりもさらに低くするべく、導電成分としての金属粉末の充てん率を、上記の範囲より高くすることが考えられる。
【００１０】
しかしそうした場合、前記の一般的な金属粉末を用いた従来の異方導電膜では、膜の面方向の絶縁抵抗まで低くなるため、同方向の短絡を生じやすくなるという問題がある。
そこで発明者は先に、金属のイオンと還元剤とを含む液中で、還元剤の作用によって金属のイオンを還元させて、微細な金属粒として析出させる還元析出法（特許文献３〜５参照）を利用して、当該金属粒が多数、鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を製造し、それを異方導電膜の導電成分として用いることを検討した。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−１０２５２３号公報（第０００９欄、第００１０欄、図２）
【特許文献２】
特開平８−１１５６１７号公報（第０００３欄、図１）
【特許文献３】
特開平１１−３０２７０９号公報（第０００７欄、第０００８欄）
【特許文献４】
特許第３０１８６５５号公報（第０００５欄）
【特許文献５】
特開２００１−２００３０５号公報（第０００７欄〜第００１０欄）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
発明者の検討によると、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性を有する金属やその合金などを、上記還元析出法によって析出させると、液中で、多数の金属粒が、自身の持つ磁性によって自然に鎖状に繋がって、鎖状の金属粉末を形成する。
この鎖状の金属粉末を導電成分として用いて異方導電膜を形成するには、まず金属粉末を、結着剤などと配合して液状の複合材料を調製する。次にこの複合材料を膜状に塗布した状態で磁場をかけて、鎖状の金属粉末を膜の厚み方向に配向させながら固化させる。そうすると、鎖状の金属粉末が膜の厚み方向に配向された異方導電膜が製造される。
【００１３】
かかる異方導電膜は、膜の厚み方向に配向した鎖状の金属粉末の作用によって、これまでよりも異方導電特性が向上する。
すなわち鎖状の金属粉末を膜の厚み方向に配向させると、膜の面方向では、隣り合う金属粉末同士が接触する機会を極力少なくすることができるので、金属粉末間に介在する樹脂の絶縁性によって十分な絶縁抵抗を確保することができる。また膜の厚み方向では、同方向に配向させた多数の、鎖状の金属粉末による良好な導電ネットワークが形成されるため、接続抵抗をこれまでよりも低くすることができる。
【００１４】
ところが、前述した還元析出法によって製造される鎖状の金属粉末を、上記のように膜の厚み方向に配向させた異方導電膜は、確かに、粒状などの他の形状の金属粉末を用いたものに比べて異方導電特性は向上するものの、金属粉末の鎖の、長さのばらつきに基づいて、異方導電特性にもばらつきを生じると言う問題がある。
すなわち還元析出法によって製造される鎖状の金属粉末は、製造工程上、どうしても長さにある程度のばらつきを生じるのであるが、その最大長が膜の厚みを超える場合、かかる長寸の金属粉末は、たとえ磁場をかけても、物理的に、膜の厚み方向に配向させることができないため、当該長寸の金属粉末を介して電極間が短絡するおそれがある。このため、異方導電特性のうち面方向の絶縁抵抗が低下するおそれがある。
【００１５】
一方、金属粉末の最大長を、上記の短絡を防止するために、膜の厚み以下に設定した場合には、金属粉末全体の長さの分布が、それに応じてより短い側にシフトすることになり、良好な導電ネットワークの形成に寄与しない、ごく短寸の金属粉末の割合が増加することになる。このため、異方導電特性のうち厚み方向の接続抵抗が上昇するおそれがある。
また、還元析出法によって形成した金属粉末は微細な金属粒の集合体であり、金属粒間の接続抵抗は、従来の、粒状などの金属粉末同士の接触抵抗に比べれば格段に小さくなるが、依然として、金属のバルクな抵抗値に比べればかなり高い値を示す。また、金属粉末の鎖の太さを太くすることにも限界がある。
【００１６】
このため、還元析出法によって形成した金属粉末を用いた異方導電膜は、大電流を流した際に、ジュール熱によって局部的に高温となって溶断するおそれがあり、前述した半導体パッケージの実装などには適しているものの、例えば２つのプリント配線板上の、大電流の導体回路同士の接続などには使用できないという問題もある。
本発明の目的は、異方導電特性のばらつきを生じるおそれがない上、大電流の導体回路同士の接続などにも十分に対応することが可能な、新規な異方導電膜を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するため、発明者は、所定の平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離する、いわゆる微細電鋳法によって製造した金属粉末を、異方導電膜の導電成分として利用することを検討した。
【００１８】
かかる微細電鋳法によって製造した金属粉末は、微小電極表面の平面形状を忠実に再現した平面形状を有しており、しかも微小電極表面の平面形状は、例えばリソグラフィーを利用した形成方法などを採用すれば、ミクロンレベルで任意の形状とすることが可能である。このため、多数の金属粉末の、長さを含む寸法、形状を均一化して、異方導電膜の、異方導電特性のばらつきをなくすることができると考えたのである。
【００１９】
また、微細電鋳法によって製造した金属薄膜の抵抗値はバルクな金属のそれであり、微細な金属粒の集合体である鎖状の金属粉末に比べて抵抗値を著しく小さくすることができる。しかも、上記のように微小電極表面の平面形状を調整することで、金属粉末の幅を極力広くとることもできる。このため異方導電膜を、大電流の導体回路同士の接続などにも使用できるようになると考えたのである。
さらに、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状に形成すると、異方導電膜に良好な異方導電特性を付与できるとともに、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部が支えとなって、金属粉末が横倒しになるのを確実に防止できると考えたのである。
したがって請求項１記載の発明は、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超えるとともに、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する微小電極表面を多数、備えためっき金型を使用して、上記微小電極表面を陰極とする電気めっきによって、当該表面に選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜を形成したのち、はく離して製造した微細な金属粉末を、導電成分として含むことを特徴とする異方導電膜である。
【００２０】
なお上記の異方導電膜においても、良好な異方導電特性を得るためには、金属粉末を、膜の厚み方向に配向させるのが好ましい。
したがって請求項２記載の発明は、金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
【００２１】
また上記の異方導電膜において、金属粉末を、面方向の絶縁抵抗が上昇しないように膜の厚み方向にきれいに配向させるためには、やはり金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下とするのが好ましい。その場合でも、本発明によれば全ての金属粉末の寸法、形状が均一であり、長さのたりない短寸の金属粉末を生じないため、膜の厚み方向に良好な導電ネットワークを形成することができ、厚み方向の接続抵抗が上昇するおそれはない。
【００２２】
したがって請求項３記載の発明は、金属粉末の長さＬを、膜の厚み以下としたことを特徴とする請求項２記載の異方導電膜である。
また金属粉末を、膜の厚み方向によりスムースに配向させるためには、当該金属粉末が、磁場をかけることによって容易に配向するように磁性を有しているのが好ましく、そのためには金属粉末が、磁性を有する金属を含んでいるのが好ましい。
【００２３】
したがって請求項４記載の発明は、金属粉末を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金、もしくは磁性を有する金属を含む複合体にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
また金属粉末は、良好な導電性と、当該導電性が、長期間使用した際の酸化によって低下するのを防止するための良好な耐酸化性とを有しているのが好ましく、そのためには金属粉末を、前述した微細電鋳法による製造過程を考慮して、磁性を有する金属薄膜からなる層と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜からなる層との積層による複合構造とするのが好ましい。
【００２４】
したがって請求項５記載の発明は、金属粉末を、微小電極表面に電気めっきによって積層、形成した２層以上の金属薄膜からなる複合体にて形成するとともに、その少なくとも１層を、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種以上の金属の合金、または磁性を有する金属と他の金属との合金にて形成したことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
また請求項６記載の発明は、他の少なくとも１層を、導電性、耐酸化性に優れた他の金属にて形成したことを特徴とする請求項５記載の異方導電膜である。
【００２５】
さらに上記異方導電膜における、前記式(1)で求められる、導電成分としての金属粉末の充てん量は、０．０５〜２０体積％であるのが好ましい。
充てん率が０．０５体積％未満では、異方導電膜の厚み方向の導通に寄与する金属粉末が少なすぎるため、同方向の接続抵抗を十分に低くできないおそれがある。また充てん率が２０体積％を超える場合には、異方導電膜の面方向の絶縁抵抗が低くなりすぎて、隣接する電極間で短絡が発生しやすくなるおそれがある。
【００２６】
したがって請求項７記載の発明は、固形分として金属粉末と結着剤とを含み、かつ固形分の総量に占める金属粉末の割合で表される充てん率を０．０５〜２０体積％としたことを特徴とする請求項１記載の異方導電膜である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を説明する。
本発明の異方導電膜は、前記のように微細電鋳法によって製造した、寸法、形状の揃った金属粉末を、導電性分として含有することを特徴とするものである。
（金属粉末）
微細電鋳法による金属粉末の製造工程の一例を図１(a)〜図１(c)に示す。なお、この例では、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いでいない、長円形の平面形状を有する金属粉末を製造する場合を例にとって説明しているが、以下の説明と同じ工程により、図３ (a)(b) に示した、前記上下両端に、短寸の両端部を繋いだ平面形状を有する金属粉末を形成できることは言うまでもない。
【００２８】
まずこの例の製造工程では、図１(a)、図２(a)に示す構造を有するめっき金型Ｍを用意する。
図のめっき金型Ｍは、図２(b)(c)に示すようにその平面形状が長円形である金属粉末３を製造するためのものであって、平板状の導電性基板１の表面に、無機の絶縁材料からなり、上記金属粉末３の平面形状に対応した長円形の開口２ａを多数、配列した絶縁層２を形成し、かつ絶縁層２の開口２ａを通して露出した導電性基体１の表面を微小電極表面１ａとしたものである。
【００２９】
上記のうち導電性基板１は、例では、ステンレス鋼板等からなる基板１１の、絶縁層２を積層する側の表面に、耐食性の表面層１２を積層した２層構造に形成してあり、この表面層１２の表面を、上記微小電極表面１ａとして、絶縁層２の開口２ａを通して露出してある。
基板１１としては、導電性を有するまたは有しない種々の材料からなる板材がいずれも使用可能である。しかし表面層１２とともに導電性基板１の良好な導電性を確保するとともに、電気めっき液に対する良好な耐食性を確保することを考慮すると、基板１１は、例えばステンレス鋼板などで形成するのが好ましい。
【００３０】
また表面層１２は、微小電極表面１ａの導電性を確保するとともに、電気めっき液に対する耐食性をさらに向上するために、チタンや、あるいはハステロイ（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金）などのニッケル系耐食合金などで形成するのが好ましい。
ただし、めっき金型Ｍの構造を簡略化するためには、基板１１の全体を、ステンレス鋼やチタン、あるいはニッケル系耐食合金などで一体に形成してもよい。
【００３１】
また例では、絶縁層２を、導電性基板１の表面に形成した中間層２１と、この中間層２１の上に積層した表層２２の２層構造に形成してある。
このうち中間層２１としてはケイ素や炭化ケイ素の薄膜が好ましく、表層２２としては絶縁性のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の薄膜が好ましい。
かかる積層構造においては、表層２２としてのＤＬＣの薄膜が、高硬度でかつ高強度である上、中間層２１としてのケイ素や炭化ケイ素の薄膜が、上記ＤＬＣ薄膜と導電性基板１との密着性を向上するために機能するので、絶縁層２の耐久性を向上することができる。
【００３２】
なお絶縁層２は、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、絶縁性のＤＬＣなどの単層の薄膜からなる単層構造に形成してもよい。
絶縁層２に、金属粉末３の平面形状に対応した開口２ａを形成するには、前述したようにリソグラフィーを利用した方法を実施すればよい。
例えば導電性基板１の表面に、リソグラフィーによって、上記開口２ａに対応した平面形状を有するレジスト膜を形成した状態で、気相成長法などによって、導電性基板１の、レジスト膜を形成していない露出した表面に選択的に絶縁層２を積層、形成した後、レジスト膜を除去すれば、開口２ａを形成することができる。また、導電性基板１の表面全面に形成した絶縁層２の上に、リソグラフィーによって、開口２ａに対応した開口を有するレジスト膜を形成した状態で、気相エッチング法などによって、絶縁層２の、開口で露出した部分を選択的にエッチング除去して開口２ａを形成した後、レジスト膜を除去してもよい。
【００３３】
上記のめっき金型Ｍを用いて金属粉末を製造するには、図示していないが、当該めっき金型Ｍと、金属粉末３のもとになる金属やカーボンなどで形成した対向電極とをめっき液に浸漬した状態で、前者のうち導電性基板１を電源の陰極、後者を陽極に接続して電気めっきを開始する。
そうすると図１(b)に示すようにめっき金型Ｍの、絶縁層２の開口２ａを通して露出した導電性基板１の微小電極表面１ａに選択的に、その平面形状に対応した微小な金属薄膜３０が成長する。
【００３４】
そして、金属薄膜３０が所定の厚みに成長した時点でめっき金型Ｍをめっき液中から取り出して洗浄などした後、その表面を不織布でこするなどして、図１(c)に示すように金属薄膜３０を微小電極表面１ａからはく離すると、図２(b)に示すように所定の平面形状（図では長円形）と一定の寸法とを有する、多数の金属粉末３を製造することができる。
【００３５】
なお図２ (b) の金属粉末３は、１層の金属薄膜３０からなる単層構造を有しており、かかる金属粉末３は、異方導電膜中で、その厚み方向に良好に配向させることを考慮すると、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性を有する金属単体、これら金属の２種以上の金属の合金、またはこれらの金属と他の金属との合金などで形成して磁性を付与するのが好ましい。
【００３６】
また金属粉末３に、良好な導電性と耐酸化性とを付与することを考慮すると、当該金属粉末３は、前記のようにして磁性を付与した金属薄膜３１と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜３２とを積層した複合構造に形成するのが好ましい〔図２(c)参照〕。
【００３７】
このうち金属薄膜３２は、例えばＣｕ、Ｒｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、ＰｔおよびＡｕからなる群より選ばれた少なくとも１種の、導電性、耐酸化性に優れた金属やその合金などによって形成すればよい。
なお図では金属粉末３を２層構造としているが、例えば磁性を付与した金属薄膜３１の両面に、それぞれ導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜３２を積層した３層構造や、あるいはそれ以上の多層構造に形成してもよい。
【００３８】
かかる複合構造を有する金属粉末３は、各層ごとにめっき液を違えながら、連続して電気めっきを行うことによって形成できる。
金属粉末３の平面形状は、微細電鋳法に特有の、リソグラフィーによる加工精度の範囲内で任意の平面形状の金属薄膜を形成できるという利点を活かして、長さ方向の上下両端に、前記長さ方向と直交する短寸の両端部を繋いだ平面形状に形成される。
例えば図３(a)の金属粉末３は、直線状の本体部３ａの上下両端に、当該本体部３ａと直交する短寸の両端部３ｂ、３ｂを繋いだ平面形状を有しており、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部３ｂ、３ｂが支えとなって、金属粉末３が横倒しになるのを確実に防止できる。
【００３９】
また図３(b)の金属粉末３は、両端部３ｂ、３ｂ間をジグザグ状の本体部３ｄで繋いだ平面形状を有しており、異方導電膜の熱接着時に上下の両端部３ｂ、３ｂが支えとなって、金属粉末３が横倒しになるのを確実に防止できる。またジグザグ状の本体部３ｄが、熱接着による圧を受けた際にばねのように変形して圧を吸収することによって折れにくいものとなる。
なお上記両金属粉末においては、異方導電膜の厚み方向に配向させた際に、当該膜に良好な異方導電特性を付与するため、それぞれの図中に示した長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超える必要がある。
【００４０】
また長さＬは、異方導電膜の厚み以下であるのが好ましい。
また特に、熱接着時に金属粉末３が横倒しになった際に、隣り合う電極間を短絡させないためには、長さＬは、当該電極間の距離未満とするのが好ましく、電極間の距離の０．９倍以下とするのがさらに好ましい。
ただし、前記のように両金属粉末３は、いずれも両端部３ｂ、３ｂの働きによって、金属粉末３が横倒しになりにくいものであるため、長さＬを、必ずしも隣り合う電極間の距離未満に設定する必要はない。その場合は、横倒しをより一層、確実に防止するために、幅Ｄに相当する両端部３ｂ、３ｂの長さを、隣り合う電極間の距離未満の範囲でできるだけ大きくするのが好ましい。
【００４１】
図３(a)(b)の金属粉末３はいずれも、磁性を付与した単層の金属薄膜からなる単層構造に形成してもよいし、磁性を付与した金属薄膜と、導電性、耐酸化性に優れた金属薄膜の、２層以上の積層構造に形成してもよい。
異方導電膜に良好な異方導電特性を付与するためには、製造した金属粉末３が、上記所定の平面形状を有するできるだけまっすぐな状態であることも重要である。そのためには、めっき時に金属薄膜に生じる残留応力をできるだけ小さくするのが好ましい。残留応力が大きい場合には、微小電極表面１ａからのはく離時に、金属薄膜が反り返ってまっすぐな状態にならないためである。
【００４２】
金属薄膜の残留応力を小さくするためには、めっき液にサッカリンなどの応力緩和剤を加えたり、めっき浴の温度、ｐＨ、濃度等を最適化したりすればよい。これにより金属薄膜の残留応力を、例えば２０ｋｇ／ｍｍ2以下といった小さな値として、金属粉末３をできるだけまっすぐな状態に形成することができる。
（結着剤）
金属粉末とともに異方導電膜を形成する結着剤としては、当該用途において結着剤として従来公知の、成膜性および接着性を有する種々の化合物がいずれも使用可能である。かかる結着剤としては、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂、液状硬化性樹脂などがあり、特に好ましくはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂などをあげることができる。
【００４３】
（異方導電膜とその製造方法）
本発明の異方導電膜は、従来同様に、結着剤からなる膜中に、金属粉末を均一に分散させてなるものであって、特に前記のように、長さＬと幅Ｄの比Ｌ／Ｄが１を超える平面形状に形成した金属粉末を、その長さ方向が膜の厚み方向と一致するように、膜中で配向させた状態で固定しているのが好ましい。
かかる異方導電膜は、
(A) 下地面と交差する方向に磁場をかけた下地上に、金属粉末と結着剤とを、適当な溶媒とともに所定の割合で配合して調製した複合材料を塗布して、金属粉末を、その長さ方向が、上記磁場の方向に沿う膜の厚み方向と一致するように配向させた状態で、複合材料を固化または硬化させることによって、金属粉末の配向を固定するか、あるいは
(B) 金属粉末を、下地面と交差する方向に磁場をかけた下地上に散布して、当該金属粉末の長さ方向が、上記磁場の方向と一致するように配向させた状態で、結着剤を含む、流動性を有する塗剤を塗布して固化または硬化させることによって、金属粉末の配向を固定したのち、
下地からはく離することによって製造できる。
【００４４】
なお(A)の方法で使用する複合材料や(B)の方法で使用する塗剤は、液状硬化性樹脂等の液状の結着剤を用いることで、溶媒を省略してもよい。
これらの方法を実施する際にかける磁場の強さは、金属粉末中に含まれる、磁性を有する金属の種類や割合等によって異なるものの、異方導電膜中の金属粉末を、当該膜の厚み方向に十分に配向させることを考慮すると、磁束密度で表して１ｍＴ以上、中でも１０ｍＴ以上、とくに４０ｍＴ以上であるのが好ましい。
【００４５】
磁場をかける方法としては、ガラス基板、プラスチック基板などの下地の上下に磁石を配置する方法や、あるいは下地として磁石の表面を利用する方法などをあげることができる。後者の方法は、磁石の表面から出る磁力線が、当該表面から、異方導電膜の厚み程度までの領域では、磁石の表面に対してほぼ垂直であることを利用したもので、異方導電膜の製造装置を簡略化できるという利点がある。
【００４６】
かくして製造した異方導電膜における、前記式(1)で求められる、導電成分としての金属粉末の充てん量は、０．０５〜２０体積％とするのが好ましい。
またその厚みは、異方導電膜を介して電極とバンプ、あるいは電極と電極を圧着させた際に良好に導電接着させることを考慮すると、１０μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。
【００４７】
【実施例】
参考例１
〔めっき金型の製造〕
縦２００ｍｍ×横３００ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）鋼板（基板）１１の片面に、スパッタリング法によって、チタンの薄膜からなる耐食性の表面層１２（厚み１００ｎｍ）を形成した。
【００４８】
次にこの表面層１２の上に、フォトリソグラフ法によって、図２(a)(b)に示す長円形の金属粉末３の平面形状に対応した、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍのレジスト膜が多数、分布したレジストパターンを形成した。レジスト膜の厚みは２μｍであった。
次に、上記表面層１２上に、スパッタリング法によって、中間層２１のもとになるケイ素薄膜を形成し、次いでその上に、プラズマＣＶＤ法によって、表層２２のもとになる絶縁性のＤＬＣ薄膜を形成した。両層の合計の厚みは０．２μｍであった。
【００４９】
次に、上記の積層体をアセトンに浸漬してレジスト膜を溶解、除去したのち水洗して乾燥させた。
そしてそれにより、レジスト膜を除去した跡に、金属粉末３の形状に対応した長円形の、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍの開口２ａを多数、有する絶縁層２を形成し、かつ開口２ａを通して露出した表面層１２の表面を微小電極表面１ａとして、図１(a)に示す積層構造を有するめっき金型Ｍを製造した。
【００５０】
〔金属粉末の作製〕
次に、上記めっき金型Ｍと、下記組成のニッケルめっき液（ｐＨ＝３）とを使用して、エアバブリング中、液温４５℃の条件でニッケルの電気めっきを行った。
（成 分） （濃 度）
硫酸ニッケル６水和物 ２００ｇ／リットル
塩化ニッケル６水和物 ４０ｇ／リットル
ホウ酸 ３０ｇ／リットル
サッカリン １ｇ／リットル
電気めっきは、めっき金型Ｍを陰極とし、かつ陽極にニッケル板を使用して、直流１０Ａ／ｄｍ2で３０秒間の通電を行うことによって実施し、それによってめっき金型Ｍの微小電極表面１ａに選択的に、ニッケル薄膜を成長させた。
【００５１】
そして電気めっき後のめっき金型Ｍにポリプロピレン製の不織布を押し付けてこすることによって、微小電極表面１ａ上に形成されたニッケル薄膜をはく離してニッケル粉末を製造した。
得られたニッケル粉末を、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、図４に示すように、いずれの粉末も欠陥や変形のない、長さＬ＝２０μｍ、幅Ｄ＝２μｍ、長円形の平面形状を有する、厚みｔ＝１μｍの粉末であることが確認された。
【００５２】
〔異方導電膜の製造〕
２種の固形エポキシ樹脂〔旭化成(株)製の品番６０９９（樹脂Ａとする）、６１４４（樹脂Ｂとする）〕と、マイクロカプセル型潜在性硬化剤〔旭化成(株)製の品番ＨＸ３７２１（硬化剤とする）〕とを、重量比で樹脂Ａ／樹脂Ｂ／硬化剤＝７０／３０／４０の割合で、酢酸ブチルとメチルイソブチルケトンとの重量比７５／２５の混合溶媒に溶解して、樹脂分、すなわち樹脂Ａ、樹脂Ｂおよび硬化剤の３成分の合計の濃度が４０重量％である樹脂溶液を調製した。
【００５３】
次にこの樹脂溶液に、前記式(1)で求められる充てん率が０．５体積％となるように、先に作製した金属粉末を配合し、遠心かく拌ミキサーを用いてかく拌して均一に分散させることで、異方導電膜用の液状の複合材料を調製した。
そしてこの複合材料を、ＰＥＴフィルム上に、ドクターナイフを用いて塗布した後、４０ｍＴの磁場をかけながら８０℃で５分間、次いで１００℃で１０分間、加熱して溶媒を乾燥、除去するとともに樹脂を予備硬化させて、金属粉末の長さ方向が膜の厚み方向と一致するように配向した状態で固定された、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。
【００５４】
参考例２
参考例１で作製したのと同じ金属粉末を、その充てん率が２．０体積％となるように樹脂溶液に配合したこと以外は参考例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。
比較例１
〔金属粉末の作製〕
純水に、硫酸ニッケルと、クエン酸三ナトリウムとを溶解し、次いで三塩化チタンを混合して還元析出反応用の液を調製した。次に述べるｐＨ調整後の液における各成分のモル濃度は、Ｎｉ(II)が０．０４モル／リットル、クエン酸が０．３モル／リットル、Ｔｉ(III)が０．１モル／リットルとした。
【００５５】
次にこの液をかく拌下、アンモニア水と、必要に応じて少量の純水とを加えて液のｐＨを９に調整するとともに、各成分のモル濃度を上記の値に調整して、還元析出反応を開始させた。液温は２３±１℃とし、液のかく拌速度は４００ｒｐｍとした。
そして、１５分経過時点で液中に析出した沈殿をロ別し、水、次いでエタノールで十分に洗浄した後、真空乾燥して、多数の金属粒が鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を得た。
【００５６】
得られた金属粉末は、その鎖長が５〜２０μｍの範囲で分布していた。また金属粉末を形成する個々の金属粒の一次粒子径は４００ｎｍであった。
〔異方導電膜の製造〕
上記の金属粉末を使用したこと以外は実施例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。金属粉末の充てん率は０．５体積％であった。
比較例２
〔金属粉末の作製〕
液温を５０±１℃、ｐＨを１０．５としたこと以外は比較例１と同様にして、多数の金属粒が鎖状に繋がった形状を有する金属粉末を得た。
【００５７】
得られた金属粉末は、その鎖長が１０〜３５μｍの範囲で分布していた。また金属粉末を形成する個々の金属粒の一次粒子径は４００ｎｍであった。
〔異方導電膜の製造〕
上記の金属粉末を使用したこと以外は実施例１と同様にして、厚み３０μｍの異方導電膜を製造した。金属粉末の充てん率は０．５体積％であった。
接続抵抗、絶縁抵抗の測定
幅１５μｍ、長さ５０μｍ、厚み８μｍのＡｕ電極が１５μｍ間隔で配列された電極パターンを有するＦＰＣの、上記電極パターン上に、実施例、比較例で製造した異方導電膜を重ねて、８０℃に加熱しながら０．１Ｎ／ｍｍ2の圧力で１０秒間、加圧して仮接着した。
【００５８】
次にこの異方導電膜上に、同形状、同寸法の電極パターンを有するもう１枚のＦＰＣを、異方導電膜を挟んで電極パターン同士を相対向させて、両電極パターンの各々の電極が１対１で膜の面方向に重なるように位置合わせした状態で、２００℃に加熱しながら３Ｎ／ｍｍ2の圧力で加圧して本接着した。
そして異方導電膜を介して導電接続された、相対向する２つのＡｕ電極間の抵抗値を測定して、異方導電膜の厚み方向の接続抵抗とした。
【００５９】
また隣り合う２つのＡｕ電極間の抵抗値を測定して、異方導電膜の面方向の絶縁抵抗とした。
限界電流値の測定
異方導電膜を介して導電接続された、相対向する２つのＡｕ電極間に流す電流を徐々に増加させた際に、溶断による断線が発生した電流値を求めて限界電流値とした。
【００６０】
以上の結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
表より、最大長が膜の厚みを超える鎖状の金属粉末を用いた比較例２の異方導電膜は、長寸の金属粉末が膜の厚み方向にきれいに配向せず、斜めに存在していたことから、膜の面方向の絶縁抵抗が１００ＭΩという低い値を示すことがわかった。
また最大長を膜の厚み以下とした鎖状の金属粉末を用いた比較例１の異方導電膜は、膜の面方向の絶縁抵抗を１００ＧΩまで高くすることができるものの、相対的に導電ネットワークの形成に寄与しない短寸のものが多量に含まれるため、膜の厚み方向の接続抵抗が０．３Ωと高くなってしまうこともわかった。
【００６３】
さらに比較例１、２の異方導電膜はいずれも、限界電流値が０．５Ａと小さいため、大電流を流す回路などの接続には適さないこともわかった。
これに対し参考例１、２の異方導電膜はいずれも、長さＬを膜の厚み以下とした金属粉末を用いているため、比較例２に比べて膜の面方向の絶縁抵抗を高くできるとともに、金属粉末の寸法、形状が揃っていて、導電ネットワークの形成に寄与しない短寸のものなどを含まないため、比較例１に比べて、膜の厚み方向の接続抵抗を低くできることが確認された。
【００６４】
また両参考例の異方導電膜はいずれも、両比較例に比べて限界電流値が大きいことから、大電流を流す回路などの接続に適していることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 同図(a)〜(c)はそれぞれ、本発明の異方導電膜に含有させる金属粉末を、微細電鋳法によって製造する工程の一例を示す断面図である。
【図２】 同図(a)は、図１(a)〜(c)の工程に使用するめっき金型の一例を示す平面図、同図(b)(c)はそれぞれ、上記めっき金型を使用して製造される金属粉末の外観を示す斜視図である。
【図３】 同図(a)(b)はそれぞれ、本発明の異方導電膜に含有させる金属粉末の平面形状を示す平面図である。
【図４】 本発明の参考例１で作製した金属粉末の粒子構造を示す顕微鏡写真である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an anisotropic conductive film.
[0002]
[Prior art]
One of electronic mounting methods for mounting a semiconductor package on a printed wiring board, or electrically connecting conductor circuits on two printed wiring boards, and coupling and fixing both printed wiring boards to each other. In addition, there is a method using a film-like anisotropic conductive film (see, for example,
For example, in the case of mounting a semiconductor package, a semiconductor package in which a plurality of bumps are arranged on a mounting surface to a printed wiring board to form a connection portion, and a plurality of the bumps and pitches are aligned in a region where the semiconductor package is mounted. And a printed wiring board on which connection portions are formed by arranging the electrodes. Then, with the two connection portions facing each other and with the anisotropic conductive film sandwiched between them, the bumps and the electrodes of both connection portions are aligned so that they overlap one on one in the surface direction of the film. The semiconductor package is mounted on the substrate by performing thermal bonding.
[0003]
In the case of connection between printed wiring boards, two printed wiring boards are prepared in which a plurality of electrodes are arranged at respective connection positions so as to form a connection portion. Then, with the connecting portions of the two facing each other and sandwiching the anisotropic conductive film between them, the electrodes of both connecting portions are similarly aligned so that they overlap one on one in the film surface direction. By performing thermal bonding, the wiring boards are connected to each other.
An anisotropic conductive film used for such electronics mounting generally has a structure in which a powdery conductive component is dispersed in a film having heat-sensitive adhesive properties including a binder such as a thermoplastic resin or a curable resin.
[0004]
An anisotropic conductive film causes a short circuit in the film surface direction, in which each bump-electrode pair or electrode-electrode pair overlapping in the film surface direction is short-circuited with another adjacent pair of bumps or electrodes. In order to prevent this, the conductive component equation (1):
[0005]
[Expression 1]
The filling rate required in is adjusted. In addition, the total volume of solid content in a formula is a total amount of both volume, when forming a film | membrane using a conductive component and a binder as solid content as mentioned above.
And when thermal bonding is performed, the anisotropic conductive film is compressed in the thickness direction by heating and pressurization at that time, so that the filling rate of the conductive component in the thickness direction increases, and the conductive components are close to each other or As a result of contact and formation of the conductive network, the conductive resistance in the thickness direction (referred to as “connection resistance”) decreases. However, at this time, since the filling rate of the conductive component in the plane direction of the anisotropic conductive film does not increase, the plane direction maintains the initial state where the insulation resistance is high and the conductivity is low.
[0007]
For this reason, the anisotropic conductive film has anisotropic conductive characteristics with low connection resistance in the thickness direction and high insulation resistance in the plane direction, and based on such anisotropic conductive characteristics,
* Preventing the occurrence of short-circuit in the surface direction of the film as described above, while maintaining an electrically independent state for each bump-electrode pair and each electrode-electrode pair,
* Good conductive connection between bumps and electrodes, and between electrodes and electrodes that overlap each other in the direction of the film surface.
It becomes possible.
[0008]
At the same time, the semiconductor package can be fixed on the printed wiring board by thermal bonding or the printed wiring boards can be fixed by thermal bonding due to the heat-sensitive adhesiveness of the film.
For this reason, if an anisotropic conductive film is used, the operation | work of electronics mounting becomes easy. As a conductive component contained in a conventional anisotropic conductive film, for example, Ni having an average particle diameter of about several μm to several tens of μm, and its shape is granular, spherical, flaky (flaky, flaky), etc. Various metal powders such as powders or resin powders whose surfaces are gold-plated have been put into practical use.
[0009]
Further, in the conventional anisotropic conductive film, the above metal powder is usually contained so that the filling rate obtained by the formula (1) is 3 to 10% by volume.
However, recently, in this filling rate range, the value of the connection resistance in the thickness direction after thermal bonding is not sufficient, and there are increasing cases where it is required to further reduce the connection resistance.
Therefore, in order to further reduce the connection resistance in the thickness direction than before, it is conceivable to increase the filling rate of the metal powder as the conductive component from the above range.
[0010]
However, in such a case, the conventional anisotropic conductive film using the above-described general metal powder has a problem that the insulation resistance in the surface direction of the film is lowered, so that a short circuit in the same direction is likely to occur.
Therefore, the inventor first reduced the metal ions in a liquid containing metal ions and a reducing agent by the action of the reducing agent to precipitate as fine metal particles (see
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-6-102523 (column 0009, column 0010, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-8-115617 (column 0003, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP-A-11-302709 (Columns 0007 and 0008)
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 3018655 (column 0005)
[Patent Document 5]
JP 2001-200305 A (columns 0007 to 0010)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
According to the inventor's study, for example, when a ferromagnetic metal such as Ni, Fe, or Co or an alloy thereof is deposited by the above-described reduction precipitation method, a large number of metal particles are formed in the liquid due to their own magnetism. The chain is naturally connected to form a chain metal powder.
In order to form an anisotropic conductive film using the chain metal powder as a conductive component, first, a metal composite is mixed with a binder or the like to prepare a liquid composite material. Next, a magnetic field is applied in a state where the composite material is applied in a film shape, and the chain metal powder is solidified while being oriented in the thickness direction of the film. Then, an anisotropic conductive film in which chain metal powder is oriented in the thickness direction of the film is manufactured.
[0013]
Such an anisotropic conductive film has improved anisotropic conductive characteristics than before due to the action of the chain metal powder oriented in the thickness direction of the film.
That is, if chain metal powder is oriented in the thickness direction of the film, the chance of contact between adjacent metal powders in the film surface direction can be reduced as much as possible. Therefore, a sufficient insulation resistance can be ensured. Further, in the thickness direction of the film, a good conductive network is formed by a large number of chain metal powders oriented in the same direction, so that the connection resistance can be made lower than before.
[0014]
However, the anisotropic conductive film obtained by orienting the chain metal powder produced by the above-described reduction precipitation method in the thickness direction of the film as described above certainly uses a metal powder of another shape such as a granular shape. Although the anisotropic conductive property is improved as compared with the conventional one, there is a problem that the anisotropic conductive property also varies based on the variation in the length of the chain of the metal powder.
That is, the chain metal powder produced by the reduction deposition method inevitably causes some variation in length in the production process, but when the maximum length exceeds the thickness of the film, such a long metal powder is Even if a magnetic field is applied, the electrodes cannot be physically oriented in the thickness direction of the film, and thus there is a possibility that the electrodes are short-circuited through the long metal powder. For this reason, there exists a possibility that the insulation resistance of a surface direction may fall among anisotropic conductive characteristics.
[0015]
On the other hand, when the maximum length of the metal powder is set to be equal to or less than the thickness of the film in order to prevent the short circuit, the length distribution of the entire metal powder is shifted to the shorter side accordingly. Thus, the proportion of very short metal powder that does not contribute to the formation of a good conductive network increases. For this reason, there exists a possibility that the connection resistance of the thickness direction among anisotropic conductive characteristics may rise.
In addition, the metal powder formed by the reduction precipitation method is an aggregate of fine metal particles, and the connection resistance between the metal particles is much smaller than the conventional contact resistance between metal powders such as particles, Still, it is considerably higher than the bulk resistance of metal. There is also a limit to increasing the thickness of the metal powder chain.
[0016]
For this reason, the anisotropic conductive film using metal powder formed by the reduction deposition method may melt locally due to Joule heat when a large current flows, and the semiconductor package mounting described above may occur. For example, there is a problem that it cannot be used for connection between high-current conductor circuits on two printed wiring boards.
An object of the present invention is to provide a novel anisotropic conductive film that does not cause a variation in anisotropic conductive characteristics and can sufficiently cope with connection between conductor circuits of a large current. is there.
[0017]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to solve the above-mentioned problems, the inventor uses a plating mold having a large number of microelectrode surfaces having a predetermined planar shape, and selectively selects the surface by electroplating using the microelectrode surface as a cathode. In addition, the inventors examined the use of metal powder produced by a so-called fine electroforming method, which is formed after forming a minute metal thin film corresponding to the planar shape, as a conductive component of the anisotropic conductive film.
[0018]
The metal powder produced by this micro electroforming method has a planar shape that faithfully reproduces the planar shape of the surface of the microelectrode, and the planar shape of the surface of the microelectrode employs, for example, a forming method utilizing lithography. In this case, it is possible to obtain an arbitrary shape at the micron level. For this reason, it was thought that the anisotropic conductive characteristics of the anisotropic conductive film can be eliminated by making the dimensions and shapes including the lengths of many metal powders uniform.
[0019]
Moreover, the resistance value of the metal thin film manufactured by the micro electroforming method is that of a bulk metal, and the resistance value can be remarkably reduced as compared with a chain metal powder that is an aggregate of fine metal particles. Moreover, the width of the metal powder can be made as wide as possible by adjusting the planar shape of the surface of the microelectrode as described above. For this reason, it was considered that the anisotropic conductive film can be used for connection between conductor circuits of a large current.
Further, when the ratio L / D of the length L to the width D exceeds 1, and the two ends of the short direction perpendicular to the length direction are connected to the upper and lower ends in the length direction, The present inventors thought that it was possible to impart good anisotropic conductive characteristics to the conductive film, and to reliably prevent the metal powder from lying down by supporting the upper and lower ends during thermal bonding of the anisotropic conductive film.
Therefore, the invention of claim 1The ratio L / D of the length L to the width D exceeds 1, and both short ends perpendicular to the length direction are connected to the upper and lower ends in the length direction.Using a plating mold provided with a large number of microelectrode surfaces having a planar shape, electroplating with the microelectrode surface as a cathode is used to selectively form a minute metal thin film corresponding to the planar shape on the surface. It is an anisotropic conductive film characterized in that it contains fine metal powder produced after peeling as a conductive component.
[0020]
In the above anisotropic conductive film, in order to obtain good anisotropic conductive characteristics, a metal powder is used.,filmIt is preferable to orient in the thickness direction.
Therefore, in the invention described in
[0021]
Further, in the above anisotropic conductive film, in order to orient the metal powder cleanly in the thickness direction of the film so that the insulation resistance in the plane direction does not increase, the length L of the metal powder is also made equal to or less than the thickness of the film. Is preferred. Even in that case, according to the present invention, the size and shape of all the metal powders are uniform, and no short metal powder with no length is produced, so that a good conductive network is formed in the thickness direction of the film. The connection resistance in the thickness direction does not increase.
[0022]
Therefore, the invention described in
Further, in order to smoothly orient the metal powder in the thickness direction of the film, it is preferable that the metal powder has magnetism so that it can be easily oriented by applying a magnetic field. It is preferable that a metal having magnetism is included.
[0023]
Therefore, according to the invention of claim 4, the metal powder is composed of a single metal having magnetism, an alloy of two or more metals having magnetism, an alloy of a metal having magnetism with another metal, or a composite containing a metal having magnetism. The anisotropic conductive film according to
The metal powder preferably has good conductivity and good oxidation resistance to prevent the conductivity from being deteriorated by oxidation when used for a long time. Considering the manufacturing process by the micro electroforming method described above, the metal powder has a composite structure by laminating a layer made of a magnetic metal thin film and a layer made of a metal thin film having excellent conductivity and oxidation resistance. Is preferred.
[0024]
Accordingly, in the invention described in claim 5, the metal powder is formed of a composite composed of two or more layers of metal thin films formed by electroplating on the surface of the microelectrode, and at least one layer of the metal powder has magnetic properties. 2. The anisotropic conductive film according to
The invention according to claim 6 is the anisotropic conductive film according to claim 5, wherein at least one other layer is formed of another metal having excellent conductivity and oxidation resistance.
[0025]
Furthermore, it is preferable that the filling amount of the metal powder as the conductive component, which is obtained by the formula (1) in the anisotropic conductive film, is 0.05 to 20% by volume.
When the filling rate is less than 0.05% by volume, there is too little metal powder contributing to conduction in the thickness direction of the anisotropic conductive film, and thus there is a possibility that the connection resistance in the same direction cannot be sufficiently lowered. Moreover, when a filling rate exceeds 20 volume%, the insulation resistance of the surface direction of an anisotropic conductive film becomes low too much, and there exists a possibility that it may become easy to generate | occur | produce a short circuit between adjacent electrodes.
[0026]
Therefore, the invention according to claim 7 includes a metal powder and a binder as a solid content, and a filling rate represented by a ratio of the metal powder in the total amount of the solid content is 0.05 to 20% by volume. The anisotropic conductive film according to
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described below.
The anisotropic conductive film of the present invention is characterized by containing, as a conductive component, a metal powder having a uniform size and shape, manufactured by a fine electroforming method as described above.
(Metal powder)
An example of the manufacturing process of the metal powder by the fine electroforming method is shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c).In this example, the case where metal powder having an oval planar shape is produced, in which the upper and lower ends in the length direction are not connected to the short ends perpendicular to the length direction, will be described as an example. However, according to the same process as described below, FIG. (a) (b) Needless to say, it is possible to form a metal powder having a planar shape connecting both short ends at the upper and lower ends shown in FIG.
[0028]
First, in the manufacturing process of this example, a plating mold M having the structure shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a) is prepared.
The plating mold M shown in the figure is for producing a
[0029]
Of the above, the
As the
[0030]
Further, the
However, in order to simplify the structure of the plating mold M, the
[0031]
In the example, the insulating
Among these, the
In such a laminated structure, the DLC thin film as the
[0032]
The insulating
In order to form the
For example, in a state where a resist film having a planar shape corresponding to the
[0033]
In order to manufacture metal powder using the above-described plating mold M, although not shown, the plating mold M and a counter electrode formed of metal, carbon, or the like that is the basis of the
Then, as shown in FIG. 1B, a minute metal
[0034]
Then, after the metal
[0035]
2 (b) The
[0036]
MaIn view of imparting good conductivity and oxidation resistance to the
[0037]
Of these, the metal
Although the
[0038]
The
The planar shape of the
For example, the
[0039]
The
In both the above metal powdersIsWhen the anisotropic conductive film is oriented in the thickness direction, it imparts good anisotropic conductive characteristics to the film.For, Ratio L / D of length L and width D shown in each figureButOver 1There is a need.
[0040]
The length L is preferably equal to or less than the thickness of the anisotropic conductive film.
In particular, when the
However, as described above, both the
[0041]
Each of the
In order to impart good anisotropic conductive characteristics to the anisotropic conductive film, it is also important that the manufactured
[0042]
In order to reduce the residual stress of the metal thin film, a stress relaxation agent such as saccharin may be added to the plating solution, or the temperature, pH, concentration, etc. of the plating bath may be optimized. Thereby, the residual stress of the metal thin film is reduced to, for example, 20 kg / mm.2As a small value such as the following, the
(Binder)
As the binder for forming the anisotropic conductive film together with the metal powder, any of various compounds having film forming properties and adhesiveness, which are conventionally known as binders in the application, can be used. Examples of the binder include thermoplastic resins, curable resins, and liquid curable resins, and particularly preferable examples include acrylic resins, epoxy resins, fluorine resins, and phenol resins.
[0043]
(Anisotropic conductive film and manufacturing method thereof)
The anisotropic conductive film of the present invention is obtained by uniformly dispersing a metal powder in a film made of a binder as in the prior art, and particularly as described above, the ratio of the length L to the width D. It is preferable that the metal powder formed in a planar shape with L / D exceeding 1 is fixed in an oriented state in the film so that the length direction thereof coincides with the thickness direction of the film.
Such anisotropic conductive film
(A) A composite material prepared by blending a metal powder and a binder in a predetermined ratio with an appropriate solvent is applied onto a base applied with a magnetic field in a direction crossing the lower ground. Fixing the orientation of the metal powder by solidifying or hardening the composite material with its length direction aligned with the thickness direction of the film along the direction of the magnetic field, or
(B) The metal powder is sprinkled on a base applied with a magnetic field in a direction crossing the base surface, and the metal powder is aligned in such a manner that the length direction of the metal powder coincides with the direction of the magnetic field. After fixing the orientation of the metal powder by applying a flowable coating material containing an adhesive and solidifying or curing it,
It can be manufactured by peeling from the substrate.
[0044]
The composite material used in the method (A) and the coating material used in the method (B) may be omitted by using a liquid binder such as a liquid curable resin.
Although the strength of the magnetic field applied when carrying out these methods varies depending on the type and ratio of the metal having magnetism contained in the metal powder, the metal powder in the anisotropic conductive film is used in the thickness direction of the film. In view of sufficient orientation, the magnetic flux density is preferably 1 mT or more, more preferably 10 mT or more, and particularly preferably 40 mT or more.
[0045]
Examples of a method for applying a magnetic field include a method of arranging magnets above and below a base such as a glass substrate or a plastic substrate, or a method of using the surface of a magnet as a base. The latter method utilizes the fact that the lines of magnetic force emerging from the surface of the magnet are substantially perpendicular to the surface of the magnet in the region from the surface to the thickness of the anisotropic conductive film. There is an advantage that the manufacturing apparatus can be simplified.
[0046]
In the anisotropic conductive film thus manufactured, the filling amount of the metal powder as the conductive component, which is obtained by the above formula (1), is preferably 0.05 to 20% by volume.
The thickness is preferably 10 μm to 100 μm in consideration of good conductive adhesion when the electrodes and bumps or the electrodes and electrodes are pressure-bonded via the anisotropic conductive film.
[0047]
【Example】
Reference example 1
[Manufacture of plating molds]
On one surface of a stainless steel (SUS316L) steel plate (substrate) 11 having a length of 200 mm and a width of 300 mm, a corrosion-resistant surface layer 12 (thickness: 100 nm) made of a titanium thin film was formed by sputtering.
[0048]
Next, a resist having a length L = 20 μm and a width D = 2 μm corresponding to the planar shape of the
Next, a silicon thin film serving as the
[0049]
Next, the laminate was immersed in acetone to dissolve and remove the resist film, and then washed with water and dried.
As a result, an insulating
[0050]
[Production of metal powder]
Next, using the plating mold M and a nickel plating solution (pH = 3) having the following composition, nickel was electroplated at a liquid temperature of 45 ° C. during air bubbling.
(Component) (Concentration)
Nickel sulfate hexahydrate 200g / liter
Nickel chloride hexahydrate 40g / liter
Boric acid 30g / liter
Saccharin 1g / liter
Electroplating uses a plating mold M as a cathode and a nickel plate as an anode, and a direct current of 10 A / dm2Then, the nickel thin film was selectively grown on the
[0051]
Then, a non-woven fabric made of polypropylene was pressed against the plating mold M after electroplating to peel off the nickel thin film formed on the
When the obtained nickel powder was observed using a scanning electron microscope, as shown in FIG. 4, the length L = 20 μm, the width D = 2 μm, and an oval plane without any defects or deformation. It was confirmed to be a powder having a shape and a thickness t = 1 μm.
[0052]
[Manufacture of anisotropic conductive film]
Two kinds of solid epoxy resins [product number 6099 (referred to as resin A) and 6144 (referred to as resin B) manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.)] and a microcapsule latent curing agent [product number HX3721 manufactured by Asahi Kasei Corp. (cured) In a weight ratio of resin A / resin B / curing agent = 70/30/40 in a mixed solvent of butyl acetate and methyl isobutyl ketone in a weight ratio of 75/25, A resin solution having a resin component, that is, a total concentration of three components of resin A, resin B, and a curing agent was 40% by weight was prepared.
[0053]
Next, in this resin solution, the previously prepared metal powder is blended so that the filling rate obtained by the formula (1) is 0.5% by volume, and stirred uniformly using a centrifugal mixer. To prepare a liquid composite material for anisotropic conductive film.
And after applying this composite material on a PET film using a doctor knife, it is heated at 80 ° C. for 5 minutes and then at 100 ° C. for 10 minutes while applying a magnetic field of 40 mT to dry and remove the solvent and resin. Was anisotropically cured to produce an anisotropic conductive film having a thickness of 30 μm, which was fixed in such a manner that the length direction of the metal powder was aligned so as to coincide with the thickness direction of the film.
[0054]
Reference example 2
Reference example 1Except that the same metal powder as prepared in the above was added to the resin solution so that the filling rate was 2.0% by volume.Reference example 1In the same manner, an anisotropic conductive film having a thickness of 30 μm was manufactured.
Comparative Example 1
[Production of metal powder]
Nickel sulfate and trisodium citrate were dissolved in pure water, and then titanium trichloride was mixed to prepare a solution for reduction precipitation reaction. The molar concentration of each component in the solution after pH adjustment described below is 0.04 mol / liter for Ni (II), 0.3 mol / liter for citric acid, and 0.1 mol / liter for Ti (III). did.
[0055]
Next, while stirring this liquid, ammonia water and a small amount of pure water as necessary are added to adjust the pH of the liquid to 9, and the molar concentration of each component is adjusted to the above value to reduce the liquid. A precipitation reaction was started. The liquid temperature was 23 ± 1 ° C., and the liquid stirring speed was 400 rpm.
Then, the precipitate deposited in the liquid at the time when 15 minutes have passed is separated, washed thoroughly with water and then with ethanol, and then vacuum dried to obtain a metal powder having a shape in which a large number of metal particles are connected in a chain. Obtained.
[0056]
The obtained metal powder had a chain length distributed in the range of 5 to 20 μm. The primary particle diameter of each metal particle forming the metal powder was 400 nm.
[Manufacture of anisotropic conductive film]
An anisotropic conductive film having a thickness of 30 μm was produced in the same manner as in Example 1 except that the above metal powder was used. The filling rate of the metal powder was 0.5% by volume.
Comparative Example 2
[Production of metal powder]
Except that the liquid temperature was 50 ± 1 ° C. and the pH was 10.5, a metal powder having a shape in which a number of metal particles were connected in a chain was obtained in the same manner as in Comparative Example 1.
[0057]
The obtained metal powder had a chain length distributed in the range of 10 to 35 μm. The primary particle diameter of each metal particle forming the metal powder was 400 nm.
[Manufacture of anisotropic conductive film]
An anisotropic conductive film having a thickness of 30 μm was produced in the same manner as in Example 1 except that the above metal powder was used. The filling rate of the metal powder was 0.5% by volume.
Measurement of connection resistance and insulation resistance
An anisotropic conductive film manufactured in Examples and Comparative Examples was stacked on the above electrode pattern of FPC having an electrode pattern in which Au electrodes having a width of 15 μm, a length of 50 μm, and a thickness of 8 μm were arranged at intervals of 15 μm. 0.1N / mm while heating2The pressure was applied for 10 seconds at a pressure of 5 to temporarily bond.
[0058]
Next, on this anisotropic conductive film, another FPC having an electrode pattern of the same shape and the same size is placed so that the electrode patterns are opposed to each other with the anisotropic conductive film sandwiched therebetween. 3: 1 N / mm while heating to 200 ° C. in a state of being aligned so as to overlap with the film surface direction2The main adhesion was performed by applying pressure of
Then, the resistance value between the two opposing Au electrodes that were conductively connected via the anisotropic conductive film was measured to obtain the connection resistance in the thickness direction of the anisotropic conductive film.
[0059]
Further, the resistance value between two adjacent Au electrodes was measured to obtain the insulation resistance in the surface direction of the anisotropic conductive film.
Limit current measurement
When the current flowing between two opposing Au electrodes that were conductively connected via an anisotropic conductive film was gradually increased, the current value at which disconnection due to fusing occurred was determined and used as the limit current value.
[0060]
The results are shown in Table 1.
[0061]
[Table 1]
From the table, the anisotropic conductive film of Comparative Example 2 using a chain metal powder whose maximum length exceeds the thickness of the film does not align the long metal powder cleanly in the thickness direction of the film and exists diagonally. This indicates that the insulation resistance in the surface direction of the film shows a low value of 100 MΩ.
Further, the anisotropic conductive film of Comparative Example 1 using a chain metal powder whose maximum length is equal to or less than the thickness of the film can increase the insulation resistance in the surface direction of the film up to 100 GΩ, but it is relatively conductive network. It has also been found that the connection resistance in the thickness direction of the film becomes as high as 0.3Ω because of the large amount of short-sized materials that do not contribute to the formation of the film.
[0063]
Further, it has also been found that the anisotropic conductive films of Comparative Examples 1 and 2 are not suitable for connection to a circuit or the like in which a large current flows because the limit current value is as small as 0.5 A.
On the other handReference exampleSince each of the anisotropic
[0064]
BothReference exampleEach of these anisotropic conductive films has a larger limit current value as compared with both comparative examples, and therefore, it was confirmed that the anisotropic conductive film is suitable for connection to a circuit or the like through which a large current flows.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are sectional views showing an example of a process for producing a metal powder to be contained in an anisotropic conductive film of the present invention by a fine electroforming method.
FIG. 2A is a plan view showing an example of a plating mold used in the steps of FIGS. 1A to 1C, and FIGS. 2B and 2C are the above-described plating molds, respectively. It is a perspective view which shows the external appearance of the metal powder manufactured using this.
Fig. 3 (a) and (b) are respectivelyMetal powder included in anisotropic conductive film of the present inventionIt is a top view which shows the planar shape of this.
FIG. 4 of the present inventionReference example 1It is a microscope picture which shows the particle structure of the metal powder produced by.
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