JP2002327166A - 接着剤及び電気装置 - Google Patents
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Abstract
の粒径分布は第一のピークと、第一のピークよりも0.
7μ以上粒子径の大きい位置にある第二のピークとを有
するので、接着剤が硬化されたときの剛性が高くなって
いる。従って、このような接着剤(接着フィルム15)
を用いて半導体チップ11を基板13に搭載してなる電
気装置5の接続信頼性は高いものになる。
Description
に、半導体チップを基板に接続する接着剤に関する。
するために熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂から成る接着剤
が用いられている。
が、接着剤112によって基板113に貼付されてなる
電気装置101を示している。半導体チップ111が有
するバンプ状の端子121は、基板113上の配線パタ
ーンの一部から成る端子122上に当接されている。こ
の状態では、半導体チップ111内の内部回路は、端子
121、122を介して基板113上の配線パターンに
電気的に接続されている。また接着剤112を構成する
樹脂は硬化されており、この接着剤112を介して半導
体チップ111と基板113は機械的にも接続されてい
る。
熱膨張係数は、半導体チップ111の熱膨張係数に比べ
て大きいため、図7に示したような電気部品101を高
温高湿の条件に置いた場合等に、これらの熱膨張係数の
差から接着剤112と半導体チップ111との界面に生
じる応力によって半導体チップ111が接着剤112か
ら剥離されてしまう。
ら接着剤112に無機フィラーを分散させ、接着剤11
2の熱膨張係数や吸水性を低下させたり、接着剤112
にゴム成分等を含有させ、硬化した状態の接着剤112
の弾性を低下させる方法が取られている。
ラーやゴム成分を分散させたものは、温度変化の急変に
よって接着剤112内部に亀裂が生じる場合がある。特
に、フィラーを添加した場合は、接着剤112が硬化し
た場合の剛性が低いので、より接着剤112内部に亀裂
が生じやすくなってしまう。
分散させた場合には、熱膨張係数が大きくなってしま
い、その結果、得られる電気部品の信頼性が低いものに
なってしまう。いずれにしても、従来の接着剤を用いて
信頼性の高い電気部品を得ることは困難であった。
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は信頼性が高い接着剤を提供することにある。
に温度変化によるストレス(熱応力)が与えられると、
接着剤内部の温度勾配が部分的な膨張や収縮生じ、内部
応力が発生する。この内部応力が接着剤の凝集体を形成
する凝集力以上になると、接着剤にクラックなどが生
じ、接着剤の凝集体が破壊される。このような熱応力に
対する抵抗(熱衝撃抵抗Rt)は下記式(1)に表され
る。
を、αは熱膨張率を、Eは弾性率をそれぞれ示してい
る。
撃抵抗Rtを高くするためには、接着剤の剛性や熱伝導
率を高くすると同時に、熱膨張率や弾性率をある程度抑
える必要がある。
にはフィラーの存在が不可欠であることから、本発明の
発明者等はフィラー材料に着目し、検討を重ねた結果、
フィラー材料に含まれるフィラー粒子の粒子径を不均一
にすることにより、フィラー粒子同士の凝集力を向上さ
せる方法を見出した。
場合の一例を示しており、図6はフィラー粒子の粒子径
が不均一な場合の一例を示している。図6を参照し、フ
ィラー粒子50、55の粒子径が不均一な場合には、大
径のフィラー粒子50の間に小径のフィラー粒子55が
入りこむので、フィラー粒子が高密度充填される。
ラー粒子50同士が接触する箇所を、図6の符号58は
大径のフィラー粒子50と小径のフィラー粒子55とが
接触する箇所を示しており、図6に示す場合では、図5
に示す場合に比べてフィラー粒子50、55が同士が接
触する箇所57、58が多く、フィラー粒子50、55
同士の接触によって生じる摩擦力も大きくなる。フィラ
ー粒子が高密度充填され、生じる摩擦力が大きくなった
結果、フィラー材料の凝集力が高くなり、接着剤全体の
剛性が向上する。
ので、請求項1記載の発明は、フィラー材料と、導電性
粒子と、樹脂とを有する接着剤であって、前記フィラー
材料の粒径分布は、第一のピークと、前記第一のピーク
よりも粒子径の小さい側にある第二のピークとを有し、
前記第一のピークの位置する粒子径と、前記第二のピー
クが位置する粒子径との差が0.7μm以上にされた接
着剤である。請求項2記載の発明は、請求項1記載の接
着剤であって、前記第二のピークの位置する粒子径が1
nm以上であり、前記第一のピークの位置する粒子径が
20μm以下である接着剤である。請求項3記載の発明
は、請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の接着剤
であって、前記フィラー材料がそれぞれ平均粒子径の異
なる2種類以上のフィラー成分により構成された接着剤
である。請求項4記載の発明は、請求項3記載の接着剤
であって、前記フィラー成分がシリカ、アルミナのいず
れか一方又は両方からなる接着剤である。請求項5記載
の発明は請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の接
着剤であって、前記接着剤が予め半硬化され、シート状
に成形された接着剤である。請求項6記載の発明は電気
装置であって、半導体チップと、基板と、前記半導体チ
ップと基板の間に配置され、熱処理によって硬化された
請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の接着剤とを
有する電気装置である。
ィラー材料の粒径分布のうち、第二のピークを構成する
フィラー成分の粒子は、第一のピークを構成するフィラ
ー成分の粒子よりも0.7μm以上小さくされているの
で、第二のピークを構成するフィラー粒子が第一のピー
クを構成するフィラー粒子間の間隙に入り込む。従っ
て、これらのフィラー粒子同士の接触により生じる摩擦
力がより大きくなり、本発明の接着剤が硬化された場合
の剛性が高くなる。
ラー成分を混合すれば、粒径分布が第一、第二のピーク
を有するフィラー材料を容易に作製することができる。
また、1種類のフィラーを部分的に粉砕して粒子径を不
均一にし、フィラー材料としても良い。尚、本発明での
粒径分布とは、フィラー材料中に含まれるフィラー粒子
の粒径(μm)に対する含有量(フィラー粒子の個数)
の分布のことである。
くするために、本発明の接着剤では、フィラー材料の添
加量を30重量%以上70重量%以下程度と比較的多く
する必要がある。導電性を有するフィラーを高充填する
と、被接着体である半導体チップや基板の配線が短絡す
ることがあるので、本発明には絶縁性を有するフィラー
成分を用いることが好ましい。
用いた電気装置の製造工程と共に図面を用いて説明す
る。先ず、熱硬化性の樹脂材料であるエポキシ樹脂60
重量部に対し、表面に金メッキ層とニッケルメッキ層と
を形成した樹脂粒子(金属メッキ樹脂粒子)からなる導
電性粒子(直径5μm)30重量部と、平均粒子径がそ
れぞれ異なる2種類のフィラー成分からなるフィラー材
料60重量部とを添加し、これらを十分に混合し、ペー
スト状の接着剤を得た。ここではフィラーとして平均粒
子径が1.6μmのシリカ(フィラー成分A)と、平均
粒子径が0.9μmのシリカ(フィラー成分B)とを用
い、フィラー成分Aの2容量部に対し、フィラー成分B
を1容量部添加したものをフィラー材料として用いた。
し、本発明の接着剤からなる接着フィルムを作製する。
図1(a)の符号15はその接着フィルムを示してお
り、接着フィルム15を構成する接着剤は、自己支持性
を示す程度に半硬化されている。
り、この基板13の一面には図示しない金属配線が配置
されている。金属配線の幅広の部分から接続端子22が
構成されており、接続端子22は基板13の表面に露出
している。ここでは、基板13として評価試験用に作成
されたガラス基材エポキシ樹脂銅貼積層板(JIS規格
GE2F(NEMA規格FR−5)、厚さ0.6mm)
を用いた。
が配置された表面に上記接着フィルム15を貼付した状
態を示している。図1(c)の符号11は半導体チップ
を示している。この半導体チップ11には、半導体チッ
プ11の表面から突き出されたバンプ状の接続端子21
が配置されており、この接続端子21は半導体チップ1
1の内部回路に接続されている。ここでは半導体チップ
11として、評価試験用に作成された大きさ6.3mm
角、厚さ0.4mmのシリコンチップを用いた。尚、こ
の半導体チップ11の接続端子21は100μm角の金
メッキバンプからなり、各接続端子21の間隔は150
μmであった。
置する側の面を基板13上の接着フィルム15に押し当
て、基板13の接続端子22と半導体チップ11の接続
端子21とを密着させると共に加熱すると、接続端子2
1、22同士が密着した状態で接着フィルム15が硬化
する。ここでは半導体チップ11の各接続端子21に1
00gの荷重が係るように全体を押圧しながら、180
℃、20秒間の条件で加熱を行った。
硬化した状態の電気装置を示しており、この電気装置5
では、接続端子21、22同士が電気的に接続された状
態で接着フィルム15が硬化しており、この接着フィル
ム15によって半導体チップ11が基板13に固定され
ている。
と、図1(c)に示す電気装置5をそれぞれ実施例1と
し、これら実施例1の接着フィルム15と実施例1の電
気装置5を用いて下記に示す「吸水率」、「弾性率」、
「熱伝導率」、「熱衝撃試験(TCT)」、「プレッシ
ャークッカー試験(PCT)」の各試験をそれぞれ行っ
た。尚、「吸水率」、「弾性率」、「熱伝導率」の各試
験には、実施例1の接着フィルム15を200℃の温度
で5分間加熱し、完全に硬化させたものを用いた。
5の導通抵抗(初期抵抗)を測定した後、電気装置5を
温度60℃、相対湿度85%の条件で168時間保存
(吸湿リフロー)し、吸湿リフロー後の導通抵抗値を測
定した。吸湿リフロー後の抵抗値が初期抵抗の2倍未満
の場合を「OK」、2倍以上の場合を「NG]とし、
「OK」と判断されたものを用いて、更に、下記の「熱
衝撃試験(TCT)」、「プレッシャークッカー試験」
を行った。
1時間の条件で加熱し、硬化させたものを成形し、直径
5mm、高さ15mmの円柱状の試料片を作成した。試
料片を80℃の真空オーブン中で完全に乾燥させた後、
試料片の重量を測定した(初期重量)。次いで、試料片
を85℃、85%RHの条件で500時間保存した後
(吸湿試験)、試料片の重量を測定した。
し、これらa、bの値を下記式(2)に代入し、吸水率
を求めた。 式(2):吸水率(%)=(b−a)/a×100
mm×5cm、厚み50μmの大きさに切りとって試験
片を作製し、昇温条件3℃/分、周波数11Hzの条件
でDMA法(Dynamic Mechanical
Analysis)により、試験片の温度が30℃のと
きの弾性率を測定した。この結果を下記表1に記載する
ものと同じ試料片について、迅速熱伝導率計(京都電子
(株)社製の商品名「QTM 500J」)を用い、2
3℃、65%RHの条件で熱伝導率を測定した。
の電気装置5を−55℃の条件に15分間保存し、更
に、125℃の条件に15分間保存した。これを温度急
変の1サイクルとし、温度急変の200サイクル毎に電
気装置5の導通テストを行った。測定される導通抵抗の
値が、初期抵抗の2倍以上になったときのサイクル数を
下記表1に記載する。
吸湿リフロー後の実施例1の電気装置5を、121℃、
2.1気圧、相対湿度100%の条件で保存し(飽和蒸
気加圧)、100時間毎に電気装置5の導通テストを行
った。測定される導通抵抗が初期抵抗の値の2倍以上に
なったときの時間を下記表1に記載する。
料と導電性は実施例1と同じものを用い、実施例1で用
いたフィラー材料の組成を変えて実施例2〜12と比較
例1〜3の接着フィルムを作成した。実施例2〜12と
比較例1〜3のフィラー材料に含まれるフィラー材料の
種類、及び配合比率は表1のフィラー配合比率の欄に記
載した通りである。
例1に用いたものと同じ基板13、半導体チップ11と
を用いて、図1(b)、(c)の工程でそれらの基板1
3と半導体チップ11とを接続し、実施例2〜12、比
較例1〜3の電気装置5をそれぞれ作製した。
着フィルム15と電気装置5とを用い、実施例1と同じ
条件で、「吸水率」、「弾性率」、「熱伝導率」、「熱
衝撃試験(TCT)」、「プレッシャークッカー試験
(PCT)」の各試験をそれぞれ行った。これらの試験
結果を上記表1に記載した。
3の電気装置は熱衝撃試験、プレッシャークッカー試験
の前処理である吸湿リフローの段階で接続不良が発生し
たのに対し、実施例1〜12の電気装置5は吸湿リフロ
ー後の「熱衝撃試験」、「プレッシャークッカー試験」
において高い評価が得られ、特に、フィラー材料にアル
ミナ(フィラーD、フィラーE)を用いた場合には、よ
り高い熱衝撃抵抗性が確認された。
施例2、6に用いたフィラー材料について、粒度分析計
(日機装(株)社製の商品名「マイクロトラック粒度分
析計」)を用いてレーザー解析散乱法により粒度測定を
行った。
線LAをフィラー成分Bの粒度分布曲線LBと共に記載
し、図3(b)にこれらフィラー成分A、Bを等量ずつ
用いた実施例2のフィラー材料の粒径分布曲線LA+Bを
記載する。また、図4(a)にフィラー成分Aの粒径分
布曲線LAをフィラー成分Cの粒度分布曲線LCと共に記
載し、図4(b)にこれらフィラー成分A、Cを等量ず
つ用いた実施例6のフィラー材料の粒径分布曲線LA+C
を記載する。これら図3(a)、(b)、図4(a)、
(b)の横軸は粒子径(μm)を縦軸は含有率(個数)
をそれぞれ示している。
規分布曲線であるので、各ピークは平均粒子径M(フィ
ラー成分A、B、CではそれぞれM=1.6μm、0.
9μm、0.05μm)の位置にある。各粒径分布曲線
LA、LB、LCの分散σはそれぞれ0.14μm、0.
1μm、0.007μmである。正規分布では、平均粒
子径M±σ(μm)の粒径範囲に68%の粒子が含まれ
る。
(0.7μm以上)、各粒径分布曲線LA、LB、LCの
分散σが小さいので、実施例2、6のように、フィラー
成分A、B又はフィラー成分A、Cを混合した場合に
は、図3(b)、図4(b)に示すような2つのピーク
(第一、第二のピーク)を持つ粒径分布曲線LA+B、LA
+Cが得られる。
μm以上の2種類のフィラー成分を用いた実施例1〜1
2のフィラー材料の粒径分布曲線は、実施例2、6の場
合と同様に第一、第二のピークを有していると推測さ
れ、フィラー材料中の粒子同士の摩擦により、実施例1
〜12の接着剤の剛性が増し、上記表1に記載した各試
験で優れた結果が得られたと推測される。
15を作製する場合について説明したが、本発明はこれ
に限定されるものでは無く、例えば、接着剤に固形樹脂
を添加してフィルム状にしたものも含まれる。また、本
発明の接着剤をフィルム状に成形せず、ペースト状のま
ま半導体チップ11と基板13との接続に用いても良
い。
じ基板13を示しており、この基板13に半導体チップ
11を搭載するには、先ず、基板13の接続端子22が
配置された側の表面にペースト状の接着剤を塗布し、接
着剤の塗布層12を形成する(図2(b))。
た側の面と、半導体チップ11の接続端子21が配置さ
れた側の面とを対向させ、図1(b)、(c)と同じ工
程でこれら基板13と半導体チップ11を加熱押圧する
と、基板13の接続端子22と半導体チップ11の接続
端子21とが密着した状態で塗布層12の接着剤が硬化
し、本発明の電気装置6が得られる。
て金属メッキ樹脂粒子を用いたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えば、銀ペースト、ニッケル粒
子、又は銅粒子からなる導電性粒子等種々のものを用い
ることができる。また、本発明の接着剤は導電性粒子を
含有しないものも含まれる。
樹脂であるエポキシ樹脂を用いる場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものでは無い。例えば、
尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂等の種々のも
のを用いることができる。また、本発明に用いられる樹
脂は熱硬化性のものに限定されるものではなく、例え
ば、光重合性樹脂、熱可塑性樹脂等も用いることができ
る。
るための硬化剤を添加することもできる。本発明の接着
剤に用いることのできる硬化剤としては、例えば、アミ
ン系硬化剤、フェノール系硬化剤、ヒドラジド系硬化
剤、メルカプト系硬化剤、ジシアンジアミド系硬化剤等
を使用することができる。また、本発明の接着剤には、
硬化剤以外にも、カップリング剤、老化防止剤、着色剤
等種々の添加剤を添加することもできる。
ミナを用いる場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものでは無く、窒化アルミニウム、炭酸カル
シウム、クレー、ビーズ、種々の鉱石粉砕品、酸化亜
鉛、樹脂粒子、又はジルコン、ムライト、スピネル等の
複合酸化物等種々のものを用いることができる。しかし
ながら、ニッケルやカーボンブラックのように導電性を
有するフィラー成分を接着剤に高充填すると、電気装置
5の配線の短絡の原因となるので、本発明の接着剤には
適さない。
摩擦力が高いので、接着剤の剛性が向上し、信頼性の高
い電気装置を得ることができる。
を示す図
例を示す図
子の分布の一例を説明するための図
子の分布の他の例を説明するための図
図
の図
Claims (6)
- 【請求項1】フィラー材料と、導電性粒子と、樹脂材料
とを有する接着剤であって、 前記フィラー材料の粒径分布は、第一のピークと、前記
第一のピークよりも粒子径の小さい側にある第二のピー
クとを有し、 前記第一のピークの位置する粒子径と、前記第二のピー
クが位置する粒子径との差が0.7μm以上にされた接
着剤。 - 【請求項2】前記第二のピークの位置する粒子径が1n
m以上であり、前記第一のピークの位置する粒子径が2
0μm以下である請求項1記載の接着剤。 - 【請求項3】前記フィラー材料がそれぞれ平均粒子径の
異なる2種類以上のフィラー成分により構成された請求
項1又は請求項2のいずれか1項記載の接着剤。 - 【請求項4】前記フィラー成分がシリカ、アルミナのい
ずれか一方又は両方からなる請求項3記載の接着剤。 - 【請求項5】前記接着剤が予め半硬化され、シート状に
成形された請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の
接着剤。 - 【請求項6】半導体チップと、基板と、前記半導体チッ
プと基板の間に配置され、熱処理によって硬化された請
求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の接着剤とを有
する電気装置。
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
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