JP2001068179A

JP2001068179A - 異方導電性接続部材

Info

Publication number: JP2001068179A
Application number: JP24409399A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Sato; 克己佐藤
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ＢＧＡ等の電極がバンプ形状を有する半導体
素子の電気的接続部材、およびそれを用いて半導体素子
等の電気的検査などを行う方法を提供する。【解決手段】半導体素子の平面より突出した形状の電
極を有する半導体素子の接続部材であって、絶縁性シー
トの接続対象半導体素子の各電極に対応した位置に、該
電極の径より大きな径の開口部を設け、該開口部内に弾
性である導電体を一体的に設け、かつ、該開口部におい
て絶縁シート表面から導電体までの深さが、半導体素子
の平面より突出した電極の高さよりも浅いことを特徴と
する異方導電接続部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＧＡ等の電極が
バンプ形状を有する半導体素子の電気的接続部材に関
し、またそれを用いて半導体素子等の電気的検査などを
行う方法および半導体素子の検査装置に関するものであ
る。さらに詳しくは、上記半導体素子の電気的接続部材
からなる異方導電性接続部材、ならびに半導体素子の電
気的性能を該異方導電性接続部材を介在させて検査する
際に、異方導電性接続部材の導電部と被検査半導体素子
の電極との高精度な位置合せ、および被検査半導体素子
の電極の変形の低減が可能な半導体素子検査装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機器の小型化、高性能化に伴
い、半導体素子の電極数は増加し、その電極の間隔ピッ
チも微細化する傾向にある。また、ＢＧＡ等のように半
導体素子の裏面にバンプ形状の電極が形成された半導体
素子は、機器に実装する上において、その専有面積を小
さくできるためその重要性が高まってきた。それらの半
導体素子の電気的検査等を行う場合、該半導体素子の電
極を回路装置や検査装置と接続するための部材が用いら
れる。かかる部材としては、異方導電性接続部材があ
る。異方導電性接続部材は、例えば図１に示すように、
絶縁シート２０に厚さ方向へ貫通孔を設け、該貫通孔に
金属バンプ２１を形成するものや、図２に示すように、
ゴム等を絶縁部の基材２２とし、球状や棒状の導電材を
用いて形成された異方性導電部２３を有するものなどが
があり、両者とも電気的な接続を得られる点で有効な方
法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる異方導
電性接続部材を用いて微細な電極ピッチを有するＢＧＡ
等の半導体素子の電気検査を行う場合、その半導体素子
の微細かつ高密度な電極と異方導電性接続部材シートの
導電部との位置合わせが重要であり、電極間のピッチが
微細かつ高密度になるほどその重要性が増してくる。ま
た、半導体素子の電極間ピッチが微細になるに伴って、
電極径が小径化され、半田ボールが小さくなりつつあ
る。半導体素子の電極径の小径化は、バーンイン試験等
の高温下で半導体素子を上面から加圧した状態で保持し
検査した場合、検査工程における加圧による電極の変形
が著しくなる。このような試験中の電極部の変形は、試
験後の実装工程に影響を与える場合もある。そのような
状況下で、前記、金属バンプを用いた導電性シートで
は、該バンプと半導体素子の電極との接触が金属同士と
なり、電気的性能の検査中に該素子の電極が変形し易い
状況にある。また、前記ゴムを絶縁部の基材とする異方
導電性接続部材の場合は、高温環境下においてゴム基材
の膨張により位置精度に影響が生じやすい状況となり、
これらの点で技術的な対応が求められてきている。

【０００４】本発明は以上のような問題点を解決するも
のであって、その目的は、検査対象であるＢＧＡ等の半
導体素子の電極間のピッチが微細であっても、また半導
体素子の外形に多少の寸法バラツキ、そり、電極位置の
ずれ等があっても、半導体素子の電極部と異方導電性接
続部材の導電部との位置合わせが確実に行え、且つ、電
気的接続が確保されるとともに、半導体電極が微細で検
査時の加圧により変形を起こしやすいものであってもそ
の変形を十分に低減できる異方導電性接続部材を提供す
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、半
導体素子の平面より突出した形状の電極を有する半導体
素子の接続部材であって、絶縁性シートの接続対象半導
体素子の各電極に対応した位置に、該電極の径より大き
な径の開口部を設け、該開口部内に弾性である導電体を
一体的に設け、かつ、該開口部において絶縁シート表面
から導電体までの深さが、半導体素子の平面より突出し
た電極の高さよりも浅いことを特徴とする異方導電性接
続部材を提供するものである。また本発明は、検査対象
半導体素子と電気的検査装置の間に、上記の異方導電性
接続部材を設けてなることを特徴とする半導体素子の検
査装置を提供するものである。また本発明は、検査対象
半導体素子と電気的検査装置の間に、上記の異方導電性
接続部材を設け、該検査対象半導体素子の電気的検査を
行なうことを特徴とする半導体素子の検査方法を提供す
るものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において異方導電性接続部
材は、絶縁シートに接続対象半導体素子の各電極に対応
した位置に該電極の径より大きな径の開口部を設け、必
要に応じて開口部の内部および底部に導電体が一体的に
設けられている。該接続部材のシートの開口部は、例え
ば半導体素子を異方導電性接続部材を介在させて電気的
検査を行う際に、該検査対象の半導体素子の電極の一部
が該開口部に挿入され、異方導電性接続部材の弾性を有
している導電体と接合もしくは圧接される。異方導電性
接続部材としては、その全面が厚さ方向に電気的に導通
性のものでもよいし、部分的に厚さ方向に電気的に導通
性のものでもよい。好ましいのは、基板の各開口部に対
応する位置に、各々厚さ方向に電気的に導通性の導電体
を有する異方導電性接続部材である。

【０００７】本発明の対象となる半導体素子は、フリッ
プチップ等のベアチップＬＳＩ，ＢＧＡ等のパッケージ
ＬＳＩ，ＭＣＭ等の複数の半導体素子が搭載されたモジ
ュール基板、回路基板等であり、特に、その電極が素子
平面から突出しているバンプ状のものに対して効果的で
ある。さらに、バンプはボール形状、円柱形状、角柱形
状のものが特に好ましい。このような電極が半導体素子
平面から突出している被検査半導体素子であると、該突
出電極の各々を異方導電性接続部材の対応する各開口部
に挿入することにより，半導体素子の電極部と異方導電
性接続部材の導電部とを正確に位置決めすることができ
る。そして、この状態で半導体素子の電気検査で通常行
われる程度の加圧を行えば、半導体素子の電極と異方導
電性接続部材の導電部との電気的接続が確保できる。ま
た、半導体素子のバンプ状の電極の径は、異方導電性接
続部材の開口部の径よも小さいため、挿入された電極
は、その先端が弾性を有する該と接触し導通を得るた
め、該素子の電極の変形は十分に低減できる。

【０００８】また、本発明の異方導電性接続部材は、透
明であっても不透明であってもよいが、半導体素子の電
極部を開口部に挿入する際に目視で確認できる点で透明
である方が好ましい。また、本発明の異方導電性接続部
材は、絶縁部である基材と導電部が一体化した構造とな
っており、シート状であることが好ましい。

【０００９】本発明の異方導電性接続部材は、絶縁部と
なる基材の材質の性能として、弾性の有無、耐熱性及び
柔軟性は適宜選択することができる。また、本発明の異
方導電性接続部材の開口部は、半導体素子の電極を挿入
できる径であればよく、その形状については種々のもの
が可能である。また、本発明の異方導電性接続部材は、
図４に示すように半導体素子電極と接触する側に対応す
る導電部２ｂの表面が、平面であっても凹凸を有してい
てもよく、またへこんだ凹部１４を有していてもよい。
異方導電性接続部材の開口部において、その部材平面か
ら導電体までの深さは、該接続部材の厚さ方向に該半導
体素子の電極の高さより浅ければよく、開口径や深さに
ついて特に制限はない。また、本発明の異方導電性接続
部材は、図５に示すように、接続する電極の状態や形状
や接触性を考慮し、凹凸化、平滑化及び粗面化等のほ
か、メッキや導電化などの表面加工１５を施してもよ
い。さらに、図６に示すように弾性や耐久性等の特徴的
な性能を得るために硬度の異なるゴム１７及び１８を組
み合わせることもできる。その際、１７と１８のどちら
の硬度が高くてもよい。また、図７に示すように表面に
ゴムの替わりに１８部表面に金属薄膜処理１９等の加工
を加えてもよい。また、図８に示すように絶縁部の開口
に導電性メッキ１６を施しても良い。なお、本発明の接
続部材において、半導体に対する面とは反対側の導電体
部分は、図１１に示すように種々の形態をとることがで
きる。

【００１０】上記異方導電性接続部材の導電体は、導電
性のゴムやエラストマーが好ましい。特に、硬化可能な
ゴムが好ましく、特にシリコーンゴムが好ましい。これ
らは、ゴムやエラストマー中に導電性の物質を配合した
ものが好ましい。かかる導電性の物質としては、カーボ
ンブラックや金属粒子や金属繊維などが好ましく、特に
金属粒子が好ましい。なかでも磁性を示す粒子は、磁場
により配向させて導通性を良好にできる点で好ましい。
金属粒子としては、例えばニッケル、鉄、コバルトなど
の磁性を示す金属粒子もしくはこれらの合金の粒子、ま
たはこれらの粒子に金、銀、パラジウム、ロジウムなど
の導電性のよい金属のメッキを施したもの、非磁性金属
粒子もしくはガラスビーズなどの無機質粒子またはポリ
マー粒子にニッケル、コバルトなどの導電性磁性体のメ
ッキを施したものなどを挙げることができる。これら
の中ではニッケル粒子の表面に金や銀のメッキを施した
粒子が好ましい。

【００１１】絶縁部を構成する材料としては、ゴムやエ
ラストマーや樹脂が用いられる。これらのなかでは、樹
脂が好ましい。これらの材料の具体例としては、例えば
ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、例
えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート樹脂などのポリエステル樹脂、塩化ビニル
樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、
ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹
脂、ポリブタジエン樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリオキシメ
チレン等の熱可塑性樹脂などが用いられる。これらの中
では、耐熱性、寸法安定性の点で熱硬化性樹脂が好まし
く、特に電気特性の点でポリイミド樹脂が好ましい。

【００１２】異方導電性接続部材は、上記絶縁材料に穴
加工し、その穴の中に前記導電体を充填し、成形するこ
とにより製造することができる。かかる導電体として
は、前記磁性体を含有する成形材料を用いた場合、その
成形材料を用いて形成した層の厚さ方向に平行磁場をか
けて、その磁力によって導電粒子を移動させながら、硬
化することによって該材料の開口部内に導電部を形成す
ることができる。かかる成型方法においては、ゴムとし
て液状シリコーンゴムを用いるのが好ましい。

【００１３】以下、図面によって本発明を具体的に説明
する。図３は本発明の異方導電性接続部材を用いた半導
体素子検査装置およびそこに検査対象半導体素子を装着
した具体的構成例を示すものである。検査対象の半導体
素子１の電極１ａは、該素子１の表面から突出してお
り、異方導電性接続部材２の開口部２ａに挿入されてい
る。導電部表面１３ｃと該接続部材表面１３ｂとの深さ
ｄは前記半導体素子電極１ａの高さより低く、異方導電
性シート２は、厚さ方向に電気的に導電性の導電部を複
数有し、その導電部２ｂが検査装置基板３の電極部３ａ
に対応した位置となるように位置決めピン４で位置を規
制されている。検査対象の半導体素子１の電極１ａと
検査装置基板３の電極部３ａと異方導電性接続部材２の
導電部２ｂとは、加圧力５を介して十分な電気的接続を
得る程度に加圧接触されており、異方導電性接続部材の
導電部と対応した位置から引き出し配線８は検査装置基
板３を介して、半導体素子１の各電極は外部の電気的検
査測定機に接続されている。

【００１４】異方導電性接続部材２の厚さは、実用的に
好ましくは０．０１〜３ｍｍ、より好ましくは０．０５
〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜０．８ｍｍ程度の
厚みで用いられる。この厚さは、検査対象である半導体
素子の電極の突出高さを考慮して設定することができ
る。また、導電体（導電部）２ｂの厚さは、実用的に好
ましくは０．０５〜３ｍｍ、より好ましくは０．１〜１
ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．８ｍｍである。ま
た、図１０に示すように、半導体素子の平面より突出し
た電極の、該平面からの高さをｔとし、異方導電性接続
部材の該表面から導電体までの深さをｄとしたとき、ｄ
／ｔの比は、０．５〜０．９９が好ましく、さらに好ま
しくは０．６〜０．９５であり、特に好ましくは０．７
〜０．９である。また、ｔとｄの差（ｔ−ｄ）は、０．
０１〜１ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．０２〜
０．５であり、特に好ましくは０．０５〜０．４であ
る。

【００１５】異方導電性接続部材２の開口部２ａは、例
えば上記絶縁部形成材料からなる接続部材シートの所定
位置に穴を開け、その内部や底部を導電材料と一体的に
製造することでできる。

【００１６】開口部の穴あけは、ＮＣ(Numerical Cont
rol)制御のドリル穴あけ装置やレーザー加工装置を用い
て行うことができる。また、多数のピンを有する金型
を用いて成形することによっても製造できる。絶縁部の
開口形状は、電極部の形状に合わせて円形であっても角
形であってもまた異形のものであってもよいが、通常、
円形とすることが好ましい。また、開口部は、回路基板
の各電極に対応した位置に開ける必要がある。例えばＢ
ＧＡの場合、その電極位置に対応して格子状（グリッ
ド）に配列して開けるのが好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。（実施例１）異方導電性接続部材を形成する方法を、図
９を用いて説明する。厚さ０．２ｍｍのガラエポ板６
に、ＮＣ制御のドリル穴あけ装置で、検査対象パッケー
ジＬＳＩの球状（径０．３ｍｍ、厚み０．２５ｍｍ）の
バンプ（０．５ｍｍピッチ）に対応した位置に０．４ｍ
ｍ径の穴７を多数開け、図９に示すように金型３１，３
２の間にセットした。

【００１８】次に、熱硬化型シリコーンゴムに、平均粒
径４０μmの金メッキしたニッケルよりなる導電性磁性
体粒子を１２体積％となる割合で混合して導電体成形材
料を調製した。この成形材料を、金型にセットした上記
ガラエポ板の開口部７に充填した。

【００１９】この金型は、各々電磁石で構成される上型
３１と下型３２よりなり、上型と下型には、それぞれ検
査対象半導体素子の電極位置に対応したパターンの強磁
性体部分３３と、それ以外の非磁性体部分３５を有し成
形材料と接する磁極板が設けられている。さらに、上型
には、開口部内の凹部深さを調整する目的で凸部３４が
設けられており、この凸部の長さで異方導電性接続部材
表面から導電体の上面位置までの距離すなわち、開口部
の導電体までの深さｄを設定することができる。また、
上記の上下の磁極板は、上記イミドフィルムの４隅のガ
イド穴に相当する位置にガイドピンをたてることにより
位置合わせを行った。この状態で上型と下型とを電磁石
の間に挟み、異方導電性接続部材の厚さ方向に平行磁場
を作用させて、導電性粒子を金型内の強磁性体部分に集
め、かつ磁場方向に並べさせた。この状態で、圧力を加
えながら１００℃、１時間かけて異方導電性シート材料
を硬化させて異方導電性接続部材を製造した。上記のよ
うに成形金型の４隅にガイドピンをたてることにより、
４隅に位置合わせ用のガイド穴を有する異方導電性接続
部材が得られた。

【００２０】次に、上記のようにして得られた異方導電
性接続部材を用いて、図３に示した構成とし、無作為に
抽出した１００個の半導体素子について電気検査を行な
った。半導体素子の各電極の間隔のピッチは０．５ｍｍ
と微細で、該素子には若干のそり等が見られていたが、
位置合わせが容易かつ正確であり、対象とした該素子全
数の電気検査を精度よく行うことができた。

【００２１】実施例２被検査物として、０．３ｍｍ径の半田ボールを電極と
し、電極間隔が０．５ｍｍピッチのマトリクス状の電極
を有するＢＧＡを用い、実施例１と同様にして１２５℃
の高温下に上記構成の検査装置を投入し、高温下での電
気検査を行なった。その結果、無作為に抽出した１０個
の該素子すべてについて電気検査を精度よく行なうこと
ができた。また、試験後の被検査物の電極には側面にわ
ずかな圧痕は見られるものの半田ボールの外径ならびに
高さには６％以上の変化は見られなかった。

【００２２】

【発明の効果】本発明の異方導電性接続部材によれば、
半導体素子の各電極部を該接続部材の開口部に挿入する
ことにより正確に位置決めができ、この状態で半導体素
子に加圧を行えば、半導体素子の電極と異方導電性接続
部材の導電体との電気的接続が確保できる。さらに、導
電体を弾性を有する導電ゴムにより形成することによ
り、半導体素子の電極の変形を最小限に抑える事ができ
る。このため微細かつ高密度の半導体素子電極であって
も、精度よく電気的検査装置（治具）との導通ができ、
効率よく半導体素子の検査ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の異方導電性シートの構成の一例を示す
説明図である。

【図２】従来の異方導電性シートの構成の一例を示す
説明図である。

【図３】本発明の半導体素子検査装置の構成の一例を
示す説明図である。

【図４】本発明の一例図である。

【図５】本発明の一例図である。

【図６】本発明の一例図である。

【図７】本発明の一例図である。

【図８】本発明の一例図である。

【図９】本発明の製造方法を示す一例図である。

【図１０】本発明の一例図である。

【図１１】本発明の一例図である。

【符号の説明】

１半導体素子１ａ半導体素子ボール状電極２導電性シートの基材２ａ開口部２ｂ導電部３電気的検査装置基板３ａ電気的検査装置基板の電極部４位置決めピン５加圧力６ガラエポ板７開口部８引き出し配線１３ｂ開口部分の表面１３ｃ導体部の表面１４凹部１５表面加工１６導電性メッキ１７ゴム１８ゴム１９金属薄膜処理２０貫通孔２１金属バンプ２２絶縁部２３異方導電部３１上型３２下型３３強磁性体部分３４凸部３５非強磁性体部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の平面より突出した形状の電
極を有する半導体素子の接続部材であって、絶縁性シー
トの接続対象半導体素子の各電極に対応した位置に、該
電極の径より大きな径の開口部を設け、該開口部内に弾
性である導電体を一体的に設け、かつ、該開口部におい
て絶縁シート表面から導電体までの深さが、半導体素子
の平面より突出した電極の高さよりも浅いことを特徴と
する異方導電性接続部材。
【請求項２】異方導電性シートである請求項1記載の
異方導電性接続部材
【請求項３】検査対象半導体素子の突出した形状の被
検査電極が、異方導電接続部材の開口部に挿入されるこ
とで、該素子電極と該シート接続部材の位置合わせ機構
を有することを特徴とする請求項１記載の異方導電性接
続部材。
【請求項４】半導体素子の平面より突出した電極の、
該平面からの高さをｔとし、異方導電性接続部材の該表
面から導電体までの深さをｄとしたとき、ｔとｄの差
（ｔ−ｄ）が０．０１〜１ｍｍである請求項１記載の異
方導電性接続部材。
【請求項５】導電体の厚さが０．０５〜３ｍｍである
請求項１記載の異方導電性接続部材。
【請求項６】検査対象半導体素子と電気的検査装置の
間に、請求項1記載の異方導電性接続部材を設けてなる
ことを特徴とする半導体素子の検査装置
【請求項７】検査対象半導体素子と電気的検査装置の
間に、請求項1記載の異方導電性接続部材を設け、該検
査対象半導体素子の電気的検査を行なうことを特徴とす
る半導体素子の検査方法。