CN1303892A - 热固性粘接材料 - Google Patents

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Abstract

用于将在对置的一对基板的相对表面上设置的连接端子彼此连接的热固性粘接材料,它含有热固性树脂和绝缘性无机填料,而且绝缘性无机填料的配合量(a(容量%))与热固性粘接材料固化后的弹性模量(E(GPa)/30℃)满足下式(1):0.042a+0.9<E<0.106a+2.5 (1)同时,绝缘性无机填料的配合量(a(容量%))与热固性粘接材料固化后在25℃下的拉伸延伸率(d(%))满足下式(2)－0.072a+4<d<－0.263a+13 (2)。

Description

热固性粘接材料
本发明是关于用于将在对置的一对基板的相对表面上设置的接线端子彼此连接的热固性粘接材料。
近年来，以便携式终端机器等为中心的电子装置不断地向着轻、薄、小型化和高性能化的方向发展，相应地，装置内的安装面积越来越小，基于这种情况，人们将裸装集成电路(IC)芯片直接倒装片式安装在搭载IC用的基板上，或者加工成集成电路芯片尺寸组件(CSP)的形态进行安装。
在进行这样的安装时，一般使用含有环氧树脂等热固性树脂和固化剂作为主剂、必要时配入各向异性导电连接用的导电性粒子的薄膜状、糊状或液状的热固性粘接材料。
最近，为了提高这类热固性粘接材料的连接可靠性，人们偿试通过配入氧化铝或二氧化硅等绝缘性无机填料，减小固化后的粘接材料的线膨胀系数，使之接近于被粘接体(集成电路芯片或配线基板等)的线膨胀系数。
但是，仅仅配入绝缘性无机填料时，固化后的粘接材料的弹性模量升高，延伸率降低，即韧性参数低下，连接可靠性反而受到损害。
本发明的目的是，解决上述现有技术中存在的问题，即，可以在用于将对置的一对基板的相对表面上设置的接线端子彼此连接的热固性粘接材料中配入绝缘性无机填料而不使其韧性参数降低。
本发明人发现，通过调整固化后的热固性粘接材料的弹性模量，使之相对于绝缘性无机填料的配合量(容量％)保持特定的关系，可以达到上述目的，从而完成了本发明。
即，本发明提供了一种热固性粘接材料，它是用于将在对置的一对基板的相对表面上设置的接线端子彼此连接的热固性粘接材料，其特征在于，在含有热固性树脂和绝缘性无机填料的热固性粘接材料中，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％))与热固性粘接材料的固化后的弹性模量(E(GPa)/30℃)满足下列关系式(1)
0.042a+0.9＜E＜0.106a+2.5    (1)同时，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％))与热固性粘接材料固化后的25℃下的拉伸延伸率(d(％))满足下列关系式(2)。
-0.072a+4＜d＜-0.263a+13    (2)
下面详细地说明本发明。
本发明的热固性粘接材料，是用于将对置的一对基板(例如裸装集成电路芯片与其搭载用基板、液晶显示元件用玻璃基板与驱动器IC等)各自相对表面上设置的接线端子彼此连接，其中至少含有一种热固性树脂和至少一种绝缘性无机填料。
在本发明的热固性粘接材料中，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％))与热固性粘接材料的固化后的弹性模量(E(GPa)/30℃)满足下列关系式(1)
0.042a+0.9＜E＜0.106a+2.5    (1)
具体地说，如同标绘关系式(1)的图1所示那样，在本发明的热固性粘接材料中，应在直线A和直线B所夹的区域内选择绝缘性无机填料的配合量和热固性粘接材料的固化后的弹性模量。这是因为，在直线A下方的区域中，得不到可以保持通过加热加压而连接的接线端子彼此的连接状态不受外部应力破坏的凝集力，不能经受可靠性试验，反之，在直线B上方的区域，弹性模量过高，将接线端子彼此连接时产生的界面应力增大，在可靠性试验中容易发生剥离等。
另外，在本发明中，在满足关系式(1)的同时，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％))与热固性粘接材料固化后的25℃下的拉伸延伸率(d(％))满足下列关系式(2)。
-0.072a+4＜d＜-0.263a+13    (2)具体地说，由标绘关系式(2)的图1可以看出，在本发明的热固性粘接材料中，应在由直线C和直线D所夹着的区域内选择绝缘性无机填料的配合量和热固性粘接材料固化后的拉伸延伸率。这是因为，在直线C下方的区域中，在粘接界面处产生的应力不能充分分散，在可靠性试验中将产生问题，反之，在直线D上方的区域中，延伸率过大，不能抗拒外部应力而保持接线端子彼此间的连接状态。
在本发明中，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％))过少时，不能充分改善连接可靠性，反之，其配合量过多时，固化前的热固性粘接材料的粘度过高，操作性大为降低，因此其配合量在5-35％(容量)为宜。所述的配合量(a(容量％))是指热固性粘接材料的固形分中的配合量。
所述的绝缘性无机填料可以使用以往的热固性粘接材料中使用的填料，其中，从化学稳定性和成本的角度考虑优先选用氧化铝或二氧化硅。
这类绝缘性无机填料的平均粒径，根据需要连接的基板种类以及在基板上设置的接线端子的形状等而不同，通常是0.1-20μm，优选的是0.3-10μm。另外，如下文中所述，在配入各向异性导电连接用的导电性粒子的场合，必须比导电性粒子还要小。
在本发明的热固性粘接材料中使用的热固性树脂，可以使用以往的热固性粘接材料中使用的树脂，例如环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂等。另外，热固性树脂还可以具有丙烯酸酯残基或甲基丙烯酸酯残基等光反应性官能基。
热固性粘接材料中的热固性树脂的配合量过少时，热固性粘接材料的粘接力不足，连接可靠性降低，反之，其配合量过多时，绝缘性无机填料的配合量相对减少，连接可靠性同样会降低，因此其配合量在5-90％(重量)为宜，优选的是10-70％(重量)。
本发明的热固性粘接材料，最好是还含有与热固性树脂反应的固化剂，特别是潜在性固化剂，例如咪唑类固化剂、酸酐类固化剂、酰肼类固化剂、双氰胺类固化剂。
相对于100份(重量)热固性树脂来说，热固性粘接材料中的固化剂配合量为1-50份(重量)，优选的是5-30份(重量)。
本发明的热固性粘接材料，还可以配合各向异性导电连接用的导电性粒子，形成各向异性导电连接材料。在这种情况下，热固性粘接材料中可以以0.5-20％(容量)、最好是1-15％(容量)的比例含有导电性粒子。
这样的各向异性导电连接用的导电性粒子，可以采用在公知的各向异性导电粘结剂中使用的导电性粒子。例如软钎料粒子、镍粒子等金属粒子，用镀覆金属被覆树脂芯部表面而形成的复合粒子、在这些粒子表面上形成绝缘性树脂薄膜而得到的粒子等。
本发明的热固性粘接材料，可以通过将热固性树脂和绝缘性无机填料以及导电性粒子和固化剂根据需要在溶剂(甲苯等)中均匀混合而制成。可以以液状或糊状直接使用，也可以制成膜，以热固性粘接膜的形式使用。
本发明的热固性粘接材料，通过将其夹在设置在对置的一对基板的相对表面上的接线端子之间然后加热加压，可以实现良好的导通特性、绝缘特性和连接强度。
下面通过实施例更具体地说明本发明。
实施例
将表1和表2中所示配合组成的树脂成分与甲苯混合，使固形分达到70％，再混入填料，用三辊混炼机分散，添加固化剂后混合，得到热固性粘接材料。
将所得到的热固性粘接材料涂布在剥离PET薄膜上，使之干燥厚度达到40μm，在热风循环式烘箱中干燥，加工成热固性粘接薄膜。
使用所得到的热固性粘接薄膜，按以下所述评价连接可靠性，并测定拉伸延伸率和弹性模量。
连接可靠性
在背面上设置了160个高度20μm的镀Au突起(高度h1=20μm/150μm间距)的硅集成电路芯片(6.3mm平方/0.4mm厚)与镀镍-金的铜配线(厚度(电极高度)h2=12μm)的玻璃环氧树脂基板(40mm平方/0.6mm厚)之间，配置除去剥离PET薄膜的各实施例和各比较例的热固性粘接薄膜，使之对位，使用倒装片焊接机将两者连接，得到连接体(连接条件：180℃、20秒、100g/突起)。
连接结束后，将连接体在30℃、70％RH的气氛中放置186小时，然后使之通过240℃(max)的软溶炉2次。接着，采用4端子法测定接线部位的电阻。测定后，对接线体进行200小时压力锅(PCT)处理(121℃、2.1大气压、100％RH)，然后再次测定接线部位的电阻，所得到的结果示于表3和表4中。
拉伸延伸率和弹性模量
使用切刀将未固化的热固性粘接薄膜切成1cm(宽)×15cm(长)大小，在180℃的热风循环式烘箱中固化15分钟，然后除去剥离PET薄膜。之所以不是在固化后用切刀切割，是为了避免产生微裂纹。
用拉伸试验机(自动记录AGS-H/电视图像式伸长计DVE-200、岛津制作所)测定所得到的薄膜的拉伸延伸率(测定条件：拉伸速度=1mm/分，夹头间距=10cm，标距=5cm，测定温度=25℃)。另外，根据用拉伸试验机测得的应力-应变曲线上应变量在0.05％-0.25％之间部分的斜率计算出弹性模量。所得到的测定结果和计算结果示于表3和表4中。表3和表4中还一并示出绝缘性无机填料的配合量(容量％)。
另外，表5中示出实施例和比较例中的相对于绝缘性无机填料的容量％(5.7％、16％、19％、35％)的(1)式的弹性模量E(GPa/30℃)的范围和(2)式的拉伸延伸率d(％)的范围。
【表1】
    成分          实施例            (重量份)
  1   2   3   4     5     6
苯氧树脂*1环氧树脂*2环氧树脂*3聚丁二烯橡胶微粒子*4丙烯酸树脂*5咪唑系固化剂*6绝缘性无机填料二氧化硅粒子*7碳酸钙粒子*8导电性粒子*9   3020-10-40-10--   3020-10-40-30--   3020-10-40-50--   20-20101040-10--     20-20101040-30--     3020-10-40-50-12
表1和表2注*1 YP50、东都化成社制造；*2 4032D、大日本化学工业社制造；*3 YD128、东都化成社制造；*4(株)ケラレ社制造；*5 SG80、藤仓化成社制造；*6 3941HP、旭化成社制造；*7 SOE2、龙森社制造；*8 ホワイトンSB、白石ヵルシゥム社制造*9 EH20GNR、日本化学工业社制造
【表2】
成分         比较例              (重量份)
1 2 3 4 5 6
苯氧树脂*1环氧树脂*2环氧树脂*3聚丁二烯橡胶微粒子*4丙烯酸树脂*5咪唑系固化剂*6绝缘性无机填料二氧化硅粒子*7碳酸钙粒子*8导电性粒子*9  20-20101040-30-  3525---4010--     3525---4050--     2040---4010--     20-301040-10--     20-301040-50--
【表3】
评价项目                         实施例
  1     2   3     4     5     6
绝缘性无机填料(容量％)弹性模量E(GPa)拉伸延伸率d(％)电阻初始值(mΩ)PCT处理后电阻值(mΩ)   5.73.04.8810   194.33.2810  355.72.089     5.71.29.689     191.85.9810     355.71.81313
【表4】
  评价项目                  比较例
    1   2     3     4     5     6
绝缘性无机填料(容量％)弹性模量E(GPa)拉伸延伸率d(％)电阻初始值(mΩ)PCT处理后电阻值(mΩ)   161.61.88245  5.73.11.5868     356.21.2847     5.73.41.1856     5.71.216.88302   352.57.28195
【表5】
绝缘性无机填料容量(％)     (1)式的弹性模量范围    (2)式的拉伸延伸率范围
    5.7161935     1.14-3.101.57-4.201.70-4.512.37-6.21     3.59-11.502.85-8.792.63-8.001.48-3.80
由表3-表5可以看出，实施例1-6的热固性粘接材料，绝缘性无机填料的容量％和弹性模量满足关系式(1)，同时，绝缘性无机填料的容量％和拉伸延伸率满足关系式(2)。因此，初始电阻值和PCT200小时处理后的电阻值基本上都没有变化，显示出良好的连接可靠性。
另一方面，比较例1-3和5-6的热固性粘接材料满足关系式(1)但不满足关系式(2)，另外，比较例4的热固性粘接材料，即不满足关系式(1)也不满足关系式(2)。因此，虽然初始电阻值良好，但PCT200小时处理后的电阻值增大，连接可靠性低劣。
采用本发明的热固性粘接材料，可以配合绝缘性无机填料而不使韧性参数降低，以良好的连接可靠性将在对置的一对基板的各自相对表面上设置的接线端子彼此连接。
图1是热固性粘接材料中的绝缘性无机填料的配合量与弹性模量和拉伸延伸率的关系图。

Claims (4)

1．热固性粘接材料，它是用于将在对置的一对基板的相对表面上设置的接线端子彼此连接的热固性粘接材料，其特征在于，在含有热固性树脂和绝缘性无机填料的热固性粘接材料中，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％)与热固性粘接材料的固化后的弹性模量(E(GPa)/30℃)满足下列关系式(1)
0.042a+0.9＜E＜0.106a+2.5    (1)同时，绝缘性无机填料的配合量(a(容量％))与热固性粘接材料固化后的25℃下的拉伸延伸率(d(％))满足下列关系式(2)。
-0.072a+4＜d＜-0.263a+13    (2)
2．权利要求1所述的热固性粘接材料，其中，绝缘性无机填料的配合量(a)是5-35％(容量)。
3．权利要求1或2所述的热固性粘接材料，其中，绝缘性无机填料是氧化铝或二氧化硅。
4．权利要求1-3中任一项所述的热固性粘接材料，其中，以0.5-20％(容量)的比例含有各向异性导电连接用的导电性粒子。
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