CN101313438A - 各向异性导电片及其制造方法、连接方法和检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有耐热性和耐冷性且适合于连接电极的各向异性导电片(8)。本发明的各向异性导电片在厚度方向上具有导电性，其中，由具有电绝缘性的合成树脂制成的基膜(1)具有在厚度方向上形成的多个孔(3)，所述孔(3)向所述基膜的一个主表面敞开而向另一个主表面闭合，其中，在孔(3)的闭合部分(2a)和内壁(2b)上附着有金属，所述孔(3)敞开一侧的主表面借助于所述金属与电极(7)电连接，所述电极分别从外部与所述闭合部分(2a)接触。

Description

各向异性导电片及其制造方法、连接方法和检查方法
技术领域
本发明涉及适合于与半导体晶片、半导体芯片或电路板连接的各向异性导电片。半导体芯片是例如球形栅格阵列(BGA)、平面栅格阵列(LGA)、芯片尺寸封装件等。本发明还涉及使用这种各向异性导电片的连接方法和检查方法。此外，本发明涉及具有耐热性和耐冷性且生产率较高的各向异性导电片的制造方法。
背景技术
用于IC或LSI的半导体晶片在其制造出来之后要接受电连接等检查。检查在150℃至200℃的高温气氛下进行，该温度高于半导体晶片的通常工作温度，以便可以通过加速试验在短时间内去除次品。因此，这种试验被称为预烧试验，并且在用于该试验的检查设备中使用的材料必须具有耐热性。另一方面，在用于机动车辆等的装置的情况下，由于该装置需要在低温下的工作安全性，所以检查在-30℃或更低的温度下进行，因此在用于这种检查的检查设备中使用的材料必须具有耐冷性。
半导体晶片的预烧试验通过半导体晶片的表面上的电极来进行。在这种情况下，由于电极的高度以及检查设备的电极的高度是变化的，所以需要消除由于电极高度的变化而引起的接触不良。因此，可以利用放置在电极之间的柔性平坦导电片来进行检查。这种导电片具有导电部分，这些导电部分沿着半导体晶片表面上的电极的图案排列且在表面方向上绝缘，以便在导电部分处的厚度方向上实现导电，而在电极之间不发生导电。因此，这种导电片被称为各向异性导电片。该各向异性导电片不仅用于半导体晶片的检查，而且用于消除当被封装的半导体晶片安装在印刷电路板等上时由于电极高度的变化而引起的接触不良。
装入半导体晶片的封装件的实例包括例如BGA或LGA等表面安装式封装件以及例如针脚栅格阵列(PGA)等通孔安装式封装件。在这些封装件中，BGA被构造成这样，即：使球形电极在封装件的后表面上排列成阵列，以使用球形电极而不是导线。这样，当使用封装件时，封装件被推压在各向异性导电片上以便实现充分连接。
图5是示出常规各向异性导电片的结构和安装情况的简图。图5示出用于连接例如BGA等凸点电极的各向异性导电片(见日本专利申请公开文献No.平成10-221375(专利文献1))。图5(a)是安装半导体晶片之前各向异性导电片的剖视图，而图5(b)是示出安装半导体晶片56之后的情况的剖视图。如图5(a)所示，各向异性导电片50由绝缘部分51和导电部分52构成，该绝缘部分由例如聚酰亚胺、聚酯等绝缘树脂制成的柔性膜构成，而该导电部分由铜、金等制成。在绝缘部分51中，在与半导体晶片56的凸点电极57相同的位置处形成截锥形状的连接孔53。
如图5(b)所示，当安装半导体晶片56时，将半导体晶片56的凸点电极57插入连接孔53中并接触导电部分52，这可导致导电。此外，需要说明的是，即使半导体晶片56被挤压在导电片上，由于凸点电极57通过与连接孔53的壁面接触而受到支撑使得挤压力分散而不会集中在导电部分52上，所以也可以防止导电部分52受到损伤。还需要说明的是，可以通过如图5(c)所示在导电部分52上连接孔53的底部设置例如金属管脚等凸起58，来进一步保证电连接。
[专利文献1]日本专利申请公开文献No.平成10-221375
发明内容
要解决的技术问题
然而，由于导电片被构造为通过非柔性导电部分52和凸点电极57之间的接触来实现导电，所以即使由合成树脂膜构成的绝缘部分51具有一定柔性，图5所示的各向异性导电片也不能充分吸收凸点电极57的高度变化。因此，一些凸点电极57可能无法实现导电，并且如果半导体晶片56和各向异性导电片50的挤压力增大，则将导致凸点电极57和导电部分52的损伤。此外，如果例如金属管脚等凸起58设置在连接孔53的底部，则每当进行连接时该凸起就会损伤凸点电极57的表面，这将导致接触不良。另一方面，由于各向异性导电片具有由铜等制成的导电部分52和由合成树脂膜构成的绝缘部分51的双层结构，所以如果重复进行150℃至200℃的预烧试验或-30℃或更低温度的耐冷试验，则容易在导电部分52和绝缘部分51之间引起层离。
本发明的一个目的在于提供一种具有耐热性和耐冷性且适合与电极连接的各向异性导电片及其制造方法。本发明的另一个目的在于提供使用这种各向异性导电片的连接方法和检查方法。
技术方案
本发明的一个实施例是一种在厚度方向上具有导电性的各向异性导电片，其中，该导电片的基膜是由具有电绝缘性的合成树脂制成的膜，并且所述基膜具有在厚度方向上以这样的方式形成的多个孔，即：这些孔向基膜的一个主表面敞开而向另一个主表面闭合，其中，在孔的内壁和闭合部分上附着有金属，所述孔敞开一侧的主表面借助于所述金属与电极电连接，所述电极分别从外部与所述闭合部分接触。合成树脂优选为膨体聚四氟乙烯。
可以通过利用钻头或借助于激光束或同步加速辐射X射线在厚度方向上形成孔来制造本发明的各向异性导电片。本发明的连接方法的特征在于，通过使半导体芯片或电路板的电极与各向异性导电片的孔的闭合部分接触来实现连接。此外，本发明的检查方法的特征在于，通过在半导体芯片或电路板的电气检查中使被检查物的电极与各向异性导电片的孔的闭合部分接触来进行检查。
有益效果
本发明的适合于连接BGA等的电极的各向异性导电片可以完全实现被挤压在导电片上的电极和导电片在孔开口侧的主表面之间的导电，从而在进行连接时灵活地应对电极高度的变化和位置差异。此外，本发明的各向异性导电片可重复使用而无需考虑电极宽度的差异，并且连接可靠性高。此外，本发明的各向异性导电片具有耐热性和耐冷性，可容易地实现其小型化和轻薄化以及形成小的电极间距。
附图说明
图1是示出本发明的各向异性导电片的结构和安装情况的简图。
图2是示出本发明的具有外部通孔的各向异性导电片的结构和安装情况的简图。
图3是示出本发明的用于制造各向异性导电片的制造过程的简图。
图4是示出本发明的用于制造各向异性导电片的制造过程的简图。
图5是示出常规各向异性导电片的结构和安装状况的简图。
[附图标记的说明]
1、21基膜    2a闭合部分    2b内壁    3孔
7、27电极    8、28各向异性导电片
9、29半导体晶片
具体实施方式
(各向异性导电片)
图1包括示出本发明的各向异性导电片的结构和安装情况的简图。如图1(a)所示，本发明的各向异性导电片是一种在厚度方向上具有导电性的各向异性导电片8，其中，其基膜是由具有电绝缘性的合成树脂制成的膜1且该基膜具有在厚度方向上形成的多个孔3。孔3向该基膜的一个主表面敞开而向另一个主表面闭合，其中，孔3的闭合部分2a和内壁2b设置有金属。图1(b)示出半导体晶片9安装在各向异性导电片8上的情况。如图1(b)所示，通过使半导体晶片9的电极7从外部与闭合部分2a接触，可以使孔3敞开一侧的主表面经由附着在孔3的内壁2b和闭合部分2a上的金属与电极7电连接。
基膜1优选为作为柔性弹性片的多孔膜，因此该基膜可以以这样的方式与半导体晶片9的电极7柔性连接，即：当基膜接触电极时，该基膜随着孔3的闭合部分如图1(b)所示弯曲而包裹电极7的表面。这样，可以通过灵活地吸收连接电极的高度变化而实现高可靠性的连接。此外，即使半导体晶片9经历由温度变化而引起的热膨胀或收缩，从而导致孔3的中心和电极7的中心之间的位移，由于可通过吸收电极7的位置变化来进行连接，所以也可获得高可靠性的连接。因此，本发明的具有耐热性和耐冷性的各向异性导电片可以在恶劣环境下例如在150℃或更高的高温气氛下进行的预烧试验或-30℃或更低的低温下进行的耐冷试验中使用。
图2包括示出本发明的具有外部通孔的各向异性导电片的结构和安装情况的简图。如图2(a)所示，当半导体晶片29的电极27的直径小于通孔23的直径时，可能会出现即使电极27被挤压在各向异性导电片28上也无法获得电连接的情况。此外，如图2(b)所示，当半导体晶片29的电极27的直径大于通孔23的直径时，通孔23的端部23a由于电极27的挤压而扩张，并且如果基膜21的表面方向上的弹性不够，则基膜21可能无法使扩张完全恢复，从而导致连接可靠性降低，因而不能重复使用。
在本发明的各向异性导电片中形成的孔向一个主表面敞开而向另一个主表面闭合。因此，如图1(b)所示，当电极7被挤压在闭合部分2a上时，闭合部分2a以包裹方式与电极7柔性连接，并且当电极移开时，闭合部分2a恢复其原来的形状。因此，无论电极7的形状和尺寸如何，即使重复这样的挤压，都可以保持高可靠性的连接。特别有用的是，即使在例如焊料凸点或焊球等具有倾斜侧表面的电极的情况下，也可获得可靠连接。因此，本发明的通过使半导体芯片或电路板的电极从外部与各向异性导电片的孔的闭合部分接触来进行连接的连接方法的优点在于能够实现柔性和可靠的连接。此外，本发明的以相似方式进行的检查方法最适合于半导体芯片或电路板的电气检查。
本发明的各向异性导电片的孔向一个主表面敞开而向另一个主表面闭合。这种结构的优点在于，与两个主表面均闭合的空心结构相比，可以通过较低压力下的变形来获得电连接。因此，根据本发明，可以在对被检查物的每个电极不造成损伤或损伤较小的情况下完成检查。此外，在实际检查中，可以通过将数目大约为几千或几万个电极压缩在一起来实现电连接，从而可以减小总载荷，总体上减少被检查物的损伤，因而减少裂纹等的出现。此外，可通过使上述结构适合于低载荷来简化检查设备。
上述基膜是由合成树脂构成且具有电绝缘性的膜。这样，通过使用具有电绝缘性的材料，可以给基膜提供表面方向上的绝缘性以消除相邻电极的相互影响。上述基膜设置有在厚度方向上形成的多个孔，并且在这些孔的闭合部分和内壁上附着有金属。因此，如图1(b)所示，通过从外部将电极7挤压在孔3的闭合部分2a上，可以使电极7和孔3敞开一侧的主表面经由闭合部分2a和内壁2b的金属电连接在一起。因此，本发明的导电片仅在厚度方向上具有导电性。
考虑到电绝缘和柔性，用于形成基膜的合成树脂优选为聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚氨酯等，这些材料能够以膜、纺织织物、非织造织物等形式来使用。此外，从优良的耐热性、耐化学性、加工性能、力学特性、介电性能(低介电常数)等观点来看，氟取代聚合物更为优选。氟取代聚合物的实例包括聚四氟乙烯(在下文中也称为“PTFE”)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物，四氟乙烯/全氟烷基乙烯醚共聚物、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯共聚物、乙烯/四氟乙烯共聚物等；从耐热性、耐冷性、加工性能和机械强度的观点来看，膨体聚四氟乙烯是特别优选的，即使在200℃或更高的高温下以及在-30℃或更低的低温下，膨体聚四氟乙烯也能够保持稳定的连接，而不会失去弹性。此外，也可使用工程塑料，例如聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、改性聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、液晶聚合物等。
由于基膜具有回弹性和柔性，所以可以利用用于基膜的多孔材料减少在安装半导体晶片时由于电极的位置差异而引起的接触不良，从而实现可靠和柔性的连接。从这样的观点来看，包含在多孔材料内部的孔的平均孔径优选为10μm或更小，泡点优选为2kPa或更高。此外，从实现导电部分的小间距的观点来看，平均孔径更优选为1μm或更小，而泡点更优选为10kPa或更高。这样，通过使平均孔径小于或等于10μm或使泡点高于或等于2kPa，可以提高膜强度以方便其使用。
上述多孔材料的孔隙率优选为20％至80％。通过使孔隙率大于或等于20％，可保持多孔材料的回弹性和柔性。另一方面，通过使孔隙率小于或等于80％，可保证足够的膜强度。术语“孔隙率”是指孔部的体积与多孔材料的整个体积的比率(％)。
如图1(a)所示，当使用钻头、激光束或同步加速辐射X射线形成孔3时，可以使基膜1的厚度T最大为3mm；尽管从保证导电片柔性的观点来看越厚越好，然而考虑到加工性能，厚度T优选为0.1mm至2mm；例如，厚度T可以是1mm。因此，可减小各向异性导电片的尺寸和厚度。
通过利用附着在孔的闭合部分和内壁面上的催化剂进行电镀，可以将金属附着在孔的闭合部分和内壁上。对于这样的电镀来说，可适当地采用非电解电镀方法。首先，在非电解电镀之前，将催化剂附着在孔的内壁面和闭合部分上，然后活化所保留的催化剂(钯-锡)。更具体来说，通过将锡浸入可以在市场上获得的用于活化电镀催化剂的有机酸盐中进行溶解，来活化钯催化剂。
接下来，将附着有活性催化剂的基膜浸入非电解电镀溶液中，从而只在孔的闭合部分和内壁面上沉积导电金属，以便形成导电部分(也被称为“导电路径”或“电极”)。这种导电金属的实例包括铜、镍、银、金、镍合金等；在需要特别高的导电性的情况下优选铜。
当使用膨体多孔PTFE片作为基膜时，首先以如同缠结的方式将电镀颗粒(晶粒)沉积在多孔PTFE片的表面上露出的细纤维上，可通过调整电镀时间来控制导电金属的附着状态。如果非电解电镀时间太短，则沉积金属的量将会太少而不能保证充分导电。相反，如果非电解电镀时间太长，则沉积金属的层的厚度变得太厚，从而形成金属硬块，因而会减小多孔膜的弹性恢复力。通过使电镀量适中以便在保持多孔结构状态的同时附着导电金属，可以保证足够的回弹性和柔性以及保证膜厚度方向上的导电性。由膨体多孔PTFE等构成的多孔膜的细纤维的厚度优选为50μm或更小，并且导电金属的粒径优选为约0.001μm至5μm。此外，附着的导电金属的量优选为约0.01g/cm3至4.0g/cm3以保持多孔结构和回弹性。
如图1(b)所示，一旦电极7被挤压在闭合部分2a上，则闭合部分2a的导电金属利用闭合部分2a的回弹性被挤压在电极7上。这样，电极7和导电金属连接在一起，从而电极7和孔3敞开一侧的主表面可通过内壁2b的金属可靠地电连接在一起。一旦电极7被移开，则由多孔膜等构成的闭合部分2a利用其回弹性自行恢复。因此，可以在进行检查等情况下重复地附着或移开电极。
如图1(a)所示，孔3的闭合部分2a的厚度t优选为10μm至100μm，更优选为30μm至80μm。通过使厚度t大于或等于10μm，可获得克服电极7挤压的足够强度，因而可保证恢复力。另一方面，当厚度t小于或等于100μm时，金属均匀地附着在闭合部分2a上，从而在保持闭合部分的柔性的同时保证充分的导电性。
从提高电接触性能和防止氧化的观点来看，以这种方式附着的金属优选用抗氧化剂、贵金属或贵金属的合金来覆盖。考虑到低电阻，贵金属优选为钯、铑或金。贵金属等的涂层的厚度优选为0.005μm至0.5μm，而更优选为0.01μm至0.1μm。如果涂层的厚度太薄，则电接触性能的提高较少；而如果太厚，则涂层易于脱落。此外，为了用金进行涂布，在用约8nm的镍层覆盖之后进行金浸渍是有效的。
(各向异性导电片的制造方法)
实施例1
本发明的用于制造各向异性导电片的制造方法的特征在于，通过照射同步加速辐射X射线或激光束来在厚度方向上形成孔。图3包括示出制造本发明的各向异性导电片的步骤的简图。首先，如图3(a)所示，制备例如具有600μm厚度的聚四氟乙烯片作为基膜31b，并在基膜31b的两个主表面上形成牺牲层31a和31c。考虑到增强与基膜31b的层离性和附着性，牺牲层31a和31c优选由相同的材料即聚四氟乙烯制成。可通过热熔附着等方法形成分别具有约100μm厚度的牺牲层31a和31c。
接下来，如图3(b)所示，以下列方式在厚度方向上形成孔，即：通过具有给定图案的掩模吸收体37b照射激光束或同步加速辐射X射线38b，同时调整辐射能量和照射时间，从而局部分解和去除牺牲层31c和基膜31b。
优选地，照射的X射线是同步加速辐射X射线。在用同步加速辐射X射线进行烧蚀的情况下，可以仅在一个曝光过程中同时形成多个预定孔，并且不需要曝光之后的显影过程。此外，由于烧蚀速度高达100μm/分钟，所以可以根本上降低光子成本，使得容易以这样的大纵横比进行加工：数十微米的宽度和数千微米的高度。此外，也可用激光束形成预定孔：设备的尺寸小且成本低；容易加工；如同同步加速辐射X射线的情况那样，易于实现小的电极间距。特别地，如果使用具有10ps或更小短脉冲的激光束，则可以在不破坏基膜的微结构的情况下形成孔。此外，也可以利用将在实施例2中描述的钻头形成这样的孔。
接下来，如图3(c)所示，通过非电解电镀来附着金属。这种电镀方法生产率较高并能够立即提供导电性。在非电解电镀方法中存在各种方式，例如在非电解镀铜的情况下，可按下列方式进行电镀：用Nikko Metalplating制造的CR-3023进行预浸渍，然后，要使用的催化剂可以是Nikko Metalplating制造的CP-3316，而电镀促进剂可以是Nikko Metalplating制造的NR-2A和NR-2B，并且NikkoMetalplating制造的NKM554可用于电镀。
此后，剥离牺牲层31a和31c1，然后获得本发明的各向异性导电片，例如图3(d)所示的导电片30。各向异性导电片30具有基膜31，该基膜是由聚四氟乙烯制成且具有电绝缘性的多孔膜，并且基膜31具有在厚度方向上形成的多个孔33。孔33向基膜31的一个主表面敞开且向另一个主表面闭合，并且在孔33的闭合部分32a和内壁32b上附着有金属。这样，通过使电极从外部与孔33的闭合部分32a接触，该电极和孔33敞开一侧的主表面经由所附着的金属电连接，从而实现厚度方向上的导电性。
实施例2
本发明的用于制造各向异性导电片的制造方法的另一实施例的特征在于，用钻头在厚度方向上形成孔。图4包括示出本发明的用于制造各向异性导电片的制造过程的简图。首先，如图4(a)所示，在由厚度为1mm的聚四氟乙烯片构成的基膜的两个主表面上形成由聚四氟乙烯制成且各具有100μm厚度的牺牲层41a和41c。
接下来，如图4(b)所示，利用钻头48b从牺牲层41c一侧以预定深度在牺牲层41c和基膜41b上形成孔。也可利用激光束或同步加速辐射X射线形成给定孔；然而，由于用于产生激光或X射线的设备昂贵，所以通过用微型钻头形成孔，可降低制造成本。例如，可以使用刀片直径为100μm或更大且刀片长度为1.5mm或更长的钻头(例如Daiwa Seiko，Co.，Ltd.制造的硬质合金微型钻头SCMMR)简单地形成直径为100μm或更大的孔。
为了提高加工性能，一种优选方式是：在钻孔过程之前，用熔融石蜡填充多孔聚四氟乙烯片并通过冷却进行固化。在这个实施例中，可以抑制多孔PTFE的孔部由于钻头加工所引起的机械载荷而变形或塌陷。在钻孔过程之后，填充的石蜡可以容易地用二甲苯等去除。
另一种优选方式是：PTFE片的在钻头加工之后往往会遭到侧壁表面粗化或孔的破坏的机械成形孔受到侧壁的轻度蚀刻处理以使侧壁复原。可用包含碱金属的蚀刻溶液进行蚀刻处理。此外，碱金属优选为钠或锂。
接下来，如图4(c)所示，将促进还原反应的催化剂颗粒(未示出)附着在包括孔的闭合部分42a和内壁42b的整个表面上。例如，为了进行非电解镀铜，浸渍Pd-Sn胶体催化剂析出溶液作为催化剂。此后，如图4(d)所示，剥离牺牲层41a和41c1。牺牲层的去除导致这样的状态，即：仅在孔的闭合部分42a和内壁42b上形成有用于促进非电解电镀的催化剂颗粒。随后，进行非电解电镀，从而金属仅附着在孔的闭合部分42a和内壁42b上。这样，获得如图4(e)所示的各向异性导电片40。
如此获得的各向异性导电片40包括由合成树脂制成且具有电绝缘性的多孔膜41构成的基膜，该基膜具有在厚度方向上形成的多个孔43。孔43向基膜的一个主表面敞开而向另一个主表面闭合，并且在孔43的闭合部分42a和内壁42b上附着有金属。从而，通过使电极从外部与孔的闭合部分42a接触，来使该电极和孔43敞开一侧的主表面经由金属电连接。因此，各向异性导电片在厚度方向上具有导电性。
由于可以通过电镀立即提供导电性，所以本实施例在生产率方面也较高。此外，也可以通过在如同实施例1中那样不提供催化剂颗粒的情况下进行非电解电镀来制造本发明的各向异性导电片；然而本实施例的有利之处在于，可以仅在想要进行电镀的区域即孔43的闭合部分42a和内壁42b上有效地进行电镀。
本发明的各向异性导电片的孔在一个主表面的方向上具有开口，而在另一个主表面方向上闭合。与孔具有在两个主表面上均闭合的空心结构的方式相比，这种方式更易于形成孔及控制闭合部分的厚度t。此外，通过使电镀溶液从开口处渗透，也可容易地将金属附着在孔的闭合部分和内壁上。
应当理解，在此公开的实施例和实例在各个方面都是示例性的，而非限制性的。本发明意在用权利要求的范围而不是用以上的说明来限定本发明的保护范围，本发明的保护范围包括所有的变型及其等同内容。
工业实用性
本发明的各向异性导电片易于减小其尺寸和厚度并且易于使电极间距更小，因而可以满足电子设备和信息设备所要求的小型化的需要。

Claims (6)

1.一种在厚度方向上具有导电性的各向异性导电片(8)，其中，
基膜(1)是由具有电绝缘性的合成树脂制成的膜，并且所述基膜具有在厚度方向上形成的多个孔(3)，所述孔(3)向所述基膜的一个主表面敞开而向其另一个主表面闭合，
其中，在所述孔(3)的闭合部分(2a)和内壁(2b)上附着有金属，所述孔敞开一侧的主表面借助于所述金属与电极(7)电连接，所述电极分别从外部与所述闭合部分接触。
2.根据权利要求1所述的各向异性导电片，其中，
所述合成树脂是膨体聚四氟乙烯。
3.一种根据权利要求1所述的各向异性导电片(8)的制造方法，其中，
通过照射激光束或同步加速辐射X射线在厚度方向上形成所述孔(3)。
4.一种根据权利要求1所述的各向异性导电片(8)的制造方法，其中，
通过钻孔在厚度方向上形成所述孔(3)。
5.一种连接方法，其特征在于，
使半导体芯片或电路板的电极(7)与根据权利要求1所述的各向异性导电片的所述孔的所述闭合部分(2a)连接。
6.一种检查方法，其特征在于，
在半导体芯片或电路板的电气检查中，通过使被检查物的电极与根据权利要求1所述的各向异性导电片的所述孔的所述闭合部分接触来进行所述检查。
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