JP2003282166A - 半導体接続用接着剤組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大量生産だけでなく、多品種少量生産にも適し
た常温保存が可能であるＩＣチップを回路基板の端子部
に実装可能な半導体接続用接着剤組成物を提供する。 【解決手段】ＩＣチップと回路基板の相対峙する電極間
を加圧加熱により電気的に接続するする半導体接続用接
着剤組成物で、反応性樹脂をマイクロカプセル化した樹
脂粒子の平均粒子径が、ＩＣチップの電極高さと回路基
板の電極高さの合計より大きい半導体接続用接着剤組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、非接触ＩＣタグを
始めとする情報送受信メディアやプリント基板などに設
けるＩＣチップの実装の際に用いる半導体接続用接着剤
組成物に関するものである。 【０００２】 【従来技術】従来、非接触ＩＣタグを始めとする情報送
受信メディアやプリント基板などに構成されている回路
の端子部にＩＣチップを実装する方法の一つとして異方
導電性フィルムや接着剤を用いた方法が知られており
（例えば特開平9−1969号）、ＩＣチップと端子部との
間に配した接着剤の硬化によりＩＣチップを接着固定す
るようにしていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来の接着剤は可使時
間が短かったために、少量単位で冷蔵保存が必要であ
り、経済的に好ましいものではなかった。また、接着剤
が液状あるいはシート状であってもセット後にＩＣチッ
プをすぐに端子部に配置して接着剤の硬化工程に移らな
ければならないため、情報送受信メディアやプリント基
板などを同じ仕様で大量生産する場合には向いていた
が、多品種少量生産には適応し難いという問題があっ
た。本発明は上記に鑑みなされたもので、常温保存を可
能とし、ＩＣチップを回路基板の端子部に実装すること
が可能な半導体接続用接着剤組成物を提供することを目
的としている。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を考慮
してなされたもので、ＩＣチップと回路基板の相対峙す
る電極間を加圧加熱により電気的に接続する反応性樹脂
をマイクロカプセル化した樹脂粒子と前記反応性樹脂の
硬化剤とからなる半導体接続用接着剤組成物であって、
反応性樹脂をマイクロカプセル化した樹脂粒子の平均粒
子径が、ＩＣチップの電極高さと回路基板の電極高さの
合計より大きいことを特徴とする半導体接続用接着剤組
成物（以下、組成物とする）を特徴としている。 【０００５】 【発明の実施の形態】つぎに本発明を図１、図２に示す
実施の形態に基づいて詳細に説明する。第１図は本発明
の組成物からなる接着剤を示した図で、接着剤１の中に
反応性樹脂２をマイクロカプセル化した樹脂粒子３と硬
化剤４が含まれている状態を示す。第２図は本発明の組
成物からなる接着剤を回路接続部に用いた状況を示す断
面模式図、（ａ）〜（ｃ）は接着時の工程を示す記号で
ある。第２図において、（ａ）は回路基板５とＩＣチッ
プ６の間に、接着剤１を載置した状態を示す。（ｂ）は
接続時の圧着の際、熱、電磁波、またこれらを複合した
硬化条件を加え、反応性樹脂２をマイクロカプセル化し
た樹脂粒子３が電極７とバンプ８を接続する高さより平
均粒子径が大きいため破壊し、反応性樹脂２と硬化剤４
が反応し始め、温度上昇と共に硬化が速くなる。この
時、回路基板５の電極７とＩＣチップ６のバンプ８は加
圧により接続されている。（ｃ）は接続時の加圧加熱状
態が更に時間の経過した状態を示す。接着剤の粘度は上
昇して高粘度化し、やがて硬化接着剤９となる。この
時、回路基板５とＩＣチップ６間は硬化接着剤９により
固定することができる。また、接着剤１は絶縁性を有す
るものであるが、電極７とバンプ８を介して導通するも
のとなる。 【０００６】本発明を構成する材料は、反応性樹脂２を
マイクロカプセル化した樹脂粒子３と硬化剤４を必須と
し、接着剤ベース樹脂中に分散されている。前記接着剤
ベース樹脂は、熱可塑性樹脂としてポリエステル、ポリ
ウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアリレート、ポ
リメチルメタクリレート、アクリルゴム、ポリスチレ
ン、フェノキシ樹脂、ＮＢＲ、ＳＢＲ、ポリイミドやシ
リコーン変性樹脂（アクリルシリコーン、エポキシシリ
コーン、ポリイミドシリコーン）等があり、1種類以上
の熱可塑性樹脂を併用しても良い。接着強度や信頼性向
上を目的としてエポキシ、フェノール、ビスマレイミ
ド、アクリルなどの熱硬化性樹脂を保存性が低下しない
程度混合しても良い。この場合混合する硬化剤４の量を
調整しておくことが必要である。また、用途に応じて無
機充填剤、有機充填剤、白色顔料、重合抑制剤、増感
剤、シランカップリング剤、耐熱性・吸水性・密着性を
上げるための改質剤、及びその組合せから選択される添
加物を含有しても良い。この場合の添加量としては、組
成物の樹脂成分１００重量部に対して０．１〜１００重
量部が好ましい。但し、この場合、添加物の種類や性質
が得られる回路基板の信頼性に悪影響を及ぼす可能性の
ない、又は著しく低くなる範囲で使用するよう留意する
必要がある。 【０００７】本発明の組成物を構成する反応性樹脂２を
マイクロカプセル化した樹脂粒子３の中の反応性樹脂２
は、エポキシ、尿素、メラミン、グアナミン、フェノー
ル、フラン、ジアリルフタレート、ビスマレイミド、ト
リアジン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルブ
チラール、ポリアミド、ポリイミド、及びシアノアクリ
レート等の各種合成樹脂類や、カルボキシル基、ヒドロ
キシル基、ビニル基、アミノ基、及びエポキシ基等の官
能基含有型のゴムやエラストマ類があり、これらは単独
もしくは２種以上の混合物としても適用できる。これら
の反応性樹脂２の中では、エポキシ樹脂単独もしくは成
分中に少なくともエポキシ樹脂を含有するいわゆるエポ
キシ系接着剤が、速硬化性でかつ各種特性のバランスの
とれた硬化物を得られることから好適である。これらの
エポキシ樹脂としては、例えばエピクロルヒドリンとビ
スフェノールＡやビスフェノールＦ等から誘導されるビ
スフェノール型エポキシ樹脂、エピクロルヒドリンとフ
ェノールノボラックやクレゾールノボラックから誘導さ
れるエポキシノボラック樹脂が代表的であり、その他グ
リシジルアミン、グリシジルエステル、脂環式、複素環
式などの１分子内に２個以上のオキシラン基を有する各
種のエポキシ化合物が適用できる。これらは単独もしく
は２種以上混合して用いることが可能である。これらエ
ポキシ樹脂は、不純物イオン（Na+、K+、Cl-、SO42-な
ど）や加水分解性塩素などが各々３００ppm以下に低減
されたいわゆる高純度品を、さらに、好ましくは１００
ppm以下のいわゆる超高純度品を使用することが、接続
回路の腐食を防止することから更に好ましい、また、上
記不純物イオンはエポキシ樹脂の硬化反応を害すること
があり好適である。そのためにも高純度とすることは速
硬化性の得られることから接続作業上も好ましい。反応
性樹脂には硬化促進剤や硬化触媒を添加しても良く、又
保存性に悪影響を及ぼさない範囲であれば硬化剤や架橋
剤類を添加しても良い。又、溶剤類や分散媒、粘着性調
整剤、充填剤、紫外線収縮剤、老化防止剤、重合禁止
剤、及びカップリング剤などの一般的な添加剤類も含有
できる。上記の反応性樹脂２をマイクロカプセル化する
材料は一般的に尿素、メラミン、ホルムアルデヒド樹
脂、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリア
ミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレン及びポリプ
ロピレン樹脂等があり、一般的な製法によって、マイク
ロカプセル化した樹脂粒子３が得られる。マイクロカプ
セル化した樹脂粒子３はマイクロカプセルの厚さによっ
て、加圧による変形破壊が起こり難くなることから、圧
縮破壊強度は１０ＭＰａ以下（島津製作所製微小圧縮試
験機，ＭＣＴ−Ｗ５００Ｊにて測定）とする。 樹脂粒
子の大きさは、回路基板５の電極７高さとＩＣチップ６
のバンプ８高さの合計よりも平均粒子径が大きいことが
必須条件で、好ましくは平均粒子径が回路基板５の電極
７高さとＩＣチップ６のバンプ８高さの合計の１０％増
し〜１００μｍ以下が望ましい。 【０００８】本発明を構成する硬化剤４は反応性樹脂２
を硬化する公知の各種物質を適量用いることができる。
例えばエポキシ樹脂の場合の硬化剤について例示する
と、脂肪族アミン、芳香族アミン、カルボン酸無機物、
チオール、アルコール、フェノール、イソシアネート、
第三級アミン、ホウ素錯塩、無機酸、ヒトラジド、及び
イミダゾールなどの各系及びこれらの変性物が採用でき
る。これらの中では、速硬化性で接続作業性に優れ、又
イオン重合型で触媒的に作用する化学当量的な考慮が少
なくて良い第三級アミン、ホウ素錯塩、ヒドラジド、及
びイミダゾール系が好ましく、これらは単独もしくは２
種以上の混合体として適用できる。硬化反応は接続時に
完了することが好ましいが、回路基板５とＩＣチップ６
との間で電極の接続を保持する状態まで反応が進行すれ
ばよく、この状態で更に後硬化することもできる。ま
た、硬化剤４は液状、粉状でも良く、接着剤ベース樹脂
中に分散し、信頼性試験において影響の及ぼさない適量
にて配合する。 【０００９】本発明の組成物からなる接着剤を用いて接
続する回路基板５は一般的なエポキシ樹脂、フェノール
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹
脂、熱硬化ＰＰＯ樹脂、ＢＴ樹脂、シアネート樹脂、液
晶ポリマー等の樹脂単独あるいはこれらの樹脂に紙、ガ
ラス繊維等を一種以上複合したもの、あるいはこれらの
複合品を重ねて更に複合化したものやに、Ｃｕ、Ａｌ、
Ｓｎ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ、半田等の一種以上の金属や導
電性ペースト等で回路として描かれている材料や、ガラ
ス等のセラミック基板にＡｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、ＩＴ
Ｏ等の金属あるいは合金をコーティングしたものが上げ
られる。電極の高さは接続信頼性と価格との関係で決め
れば良い。 【００１０】本発明の組成物からなる接着剤を用いて接
続するＩＣ６はＳｉなど半導体で使用される材料から作
られ、端子部のバンプはスタッドバンプ、めっきバン
プ、転写バンプ、印刷バンプなどがあり、材料としてＡ
ｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａ
ｌ、Ｗ、半田などの金属あるいは導電ペーストが使用さ
れている。バンプの高さの制限はなく、接続信頼性と価
格との関係で決めれば良い。 【００１１】本発明の組成物は、実装する側の設備に合
わせて、液状にしたり、フィルム状の接着剤にし、ＩＣ
６あるいは回路基板５に転写したり、また、回路基板上
に印刷したりしても良い。また、図−２（ｂ）において
接着剤１を加圧加熱し硬化させる方法として、圧力は一
般的なエアー圧、油圧、モータ等を用い、加熱方法とし
てはコンスタントヒート方式、低電圧大電流を流すイン
パルス方式、摩擦熱をおこす超音波方式等がある。超音
波方式は直接接着剤１に直接熱を加えるのではなく、回
路基板５とＩＣ６を接合する時に発生する余熱を利用す
る。また、回路基板に熱のダメージを受けさせない方法
として、圧着時に波長１〜１０-12mmの電磁波を当てる
方法や、アフターキュアの工程を取っても良い。 【００１２】〔作用〕本発明によれば、情報送受信メデ
ィアやプリント基板を得るための回路基板５の片面に形
成された電極７の端子部にＩＣチップ６を固定するに際
して、接着剤１はマイクロカプセルの壁材により反応性
樹脂が包まれているので、反応性樹脂と硬化剤が反応し
ない構造をとる。よって、通常の状態では硬化せず常温
保存が可能である。また、マイクロカプセル化した樹脂
粒子の大きさが電極接合時の基板間の距離よりも大き
く、接合時の圧力、熱、電磁波そして、これらを複合し
た硬化条件を付与することで接着剤１のマイクロカプセ
ル化した樹脂粒子３が確実に破壊され、包含されていた
反応性樹脂２と接着剤ベース中に分散されていた硬化剤
４とが反応し硬化するため、接続の信頼性も高い。 【００１３】〔実施例〕本発明を以下実施例により、更
に詳細に説明する。 実施例１ 市販のエポキシ樹脂マイクロカプセルＥＰ−
２８（松本油脂製薬工業製）を分級し、平均粒子径φ３
５．２μｍのエポキシ樹脂マイクロカプセル樹脂粒子を
得た。上記樹脂と硬化剤２ＭＺ（イミダゾール、四国化
成工業製）、熱可塑性樹脂 PKHH（フェノキシ樹脂、イ
ンケム製）、ＡＲ３１（アクリルゴム、日本ゼオン
製）、ＸＬＣ−ＬＬ（フェノール樹脂、三井化学製）を
フィルム状にするため、 表１に示すような比率となる
ようにトルエン／ＭＥＫ＝５０／５０の溶剤にて溶かし
固形分が３５％に成るように配合し、この溶液を離型処
理ＰＥＴ５０μｍ上に塗布し、６0℃−15分間の乾燥を
行い、平均膜厚３５μｍのフィルム状接着剤を得た。こ
のフィルム状接着剤を用いて、ポリイミド基板、電極高
さ８μｍＣｕ、Ｓｎめっきの回路基板とＡｕメッキバン
プ高さ１５μｍのＩＣチップとを４２０℃−１．５秒の
超音波圧着により接続し、１２０℃１０分のエージング
を行った。この時、まず、ポリイミド基板上にフィルム
状接着剤を１００℃−５kg/cm−３秒の条件で転写す
る。また、フィルム状接着剤を６０℃一週間放置後、接
続し、保存性能を確認した。上記により得た接続品の評
価結果を表１に示した。 【００１４】実施例２ エポキシ樹脂マイクロカプセル
樹脂粒子を分級し、平均粒子径４４．７μｍのエポキシ
樹脂マイクロカプセル樹脂粒子を実施例１と同様に混合
し、、エピコート１０５５（ジャパンエポキシレジン）
を加え、加工したところ、厚さ４５μｍのフィルム状接
着剤を得た。このフィルム状接着剤をＩＣカード用とし
てポリエステル基板にＡｌ製１０μｍ電極とＡｕスタッ
ドバンプ高さ３０μｍのＩＣチップとを実施例１と同様
に超音波圧着し、エージングを行った。上記により得た
接続品の評価結果及び配合比率を表１に示した。 【００１５】実施例３ 実施例２で用いたフィルム状接
着剤を金電極高さ５μｍのセラミック基板に金スタッド
バンプ高さ３０μｍのＩＣを実施例１と同様４８０℃−
２秒の条件で超音波圧着し、エージングを行った。上記
により得た接続品の評価結果及び配合比率を表１に示し
た。 【００１６】実施例４ エポキシ樹脂マイクロカプセル
樹脂粒子を分級し、平均粒子径５６．５μｍのエポキシ
樹脂マイクロカプセル樹脂粒子を実施例２と同様に混合
し、液状の接着剤を得た。液状の接着剤をディスペンサ
ーにて電極高さ１８μｍニッケル金メッキ仕様の回路基
板の端子部に塗布し、６０℃２０分の乾燥を行い、金ス
タッドバンプ高さ３０μｍのＩＣを実施例１と同様４８
０℃−２秒の条件で超音波圧着し、エージングを行っ
た。上記により得た接続品の評価結果及び配合比率を表
１に示した。 【００１７】実施例５ 実施例４で得られた組成物を高
沸点溶剤に変更し、電極高さ１８μｍニッケル金メッキ
品のガラエポ製回路基板の端子部にスクリーン印刷し、
１３０℃２０分の乾燥を行い、接着剤付の回路基板を得
た。この回路基板に高さ３０μの金スタッドバンプを持
つＩＣを４８０℃−２秒の条件で超音波圧着し、エージ
ングを行った。上記により得た接続品の評価結果及び配
合比率を表１に示した。 【００１８】実施例６ ポリエステル基材に銀カーボン
製の導電ペーストで厚さ１７μｍの回路を印刷し、１５
０℃３０分乾燥させ、回路基板を得た。この回路基板の
端子部に実施例５で得られた組成物を印刷、乾燥して、
接着剤厚さ３０μｍの接着剤付回路基板を得、高さ３０
μの金スタッドバンプを持つＩＣを１５０℃，１００Ｍ
Ｐa／bump，１５秒の条件で圧着し、１２０℃２０分の
エージングを行った。上記により得た接続品の評価結果
及び配合比率を表１に示した。 【００１９】比較例１ 実施例１と同様のフィルム状接着剤をポリエステル基板
にＡｌ製１０μｍ電極とＡｕスタッドバンプ高さ３０μ
ｍのＩＣチップとを実施例１と同様に超音波圧着し、エ
ージングを行った。上記により得た接続品の評価結果及
び配合比率を表１に示した。 【００２０】比較例２ エポキシ樹脂マイクロカプセル樹脂粒子の変わりにエポ
キシ樹脂 エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン
製）、硬化剤を潜在性硬化剤HX-3941HP（旭化成エポキ
シ製）に変更し、実施例１と同様にフィルム状接着剤を
得た。これを実施例１と同様の回路基板とＩＣを接着し
た。上記により得た接続品の評価結果及び配合比率を表
１に示した。 【００２１】実施例１〜６、及び比較例１、２に示す回
路の接続体の２４０時間後接続抵抗と組成物をフィルム
状、液状、印刷状態で６０℃一週間放置後、接続体の２
４０時間後接続抵抗についてそれぞれ評価し、結果を表
１にまとめた。 【００２２】 【表１】太字は平均樹脂粒子径あるいは電極高さ合計の数値が高
い 【００２３】表１に示すように実施例１〜６は良好な接
続特性、保存性が得られた。比較例１はエポキシ樹脂マ
イクロカプセル樹脂粒子の大きさが電極高さの合計より
低く、マイクロカプセルの破壊が十分にできず、接着力
が弱いためオープンが発生した。比較例２は６０℃一週
間後接着の抵抗測定において、初期測定時にオープンが
発生していることより、保存性能が実施例より劣ること
が判る。抵抗測定については、回路基板とＩＣの接続
後、接続部を含む隣接回路間の抵抗値をマルチメータで
測定することとした。 【００２４】 【発明の効果】本発明によれば、常温保存性と接続安定
性の優れた接着剤を提供できる。。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の組成物からなる接着剤を示す図であ
る。 【図２】本発明の組成物からなる接着剤を用いた回路接
続部を示す模式的断面図である。 【符号の説明】 １ 接着剤 ２ 反応性樹脂 ３ マイクロカプセル化した樹脂粒子 ４ 硬化剤 ５ 回路基板 ６ ＩＣチップ ７ 電極 ８ バンプ ９ 硬化接着剤

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J040 CA071 CA081 DB031 DD071 DD072 DE042 DF041 DF051 DF062 EB032 EB092 EC002 ED001 ED002 ED041 EE061 EF001 EF002 EG002 EH022 EH031 EK111 HC01 HC15 HC24 HD39 JB10 KA02 KA03 KA16 KA32 NA20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】ＩＣチップと回路基板の相対峙する電極間
   を加圧加熱により電気的に接続する反応性樹脂をマイク
   ロカプセル化した樹脂粒子と前記反応性樹脂の硬化剤と
   からなる半導体接続用接着剤組成物であって、反応性樹
   脂をマイクロカプセル化した樹脂粒子の平均粒子径が、
   ＩＣチップの電極高さと回路基板の電極高さの合計より
   大きいことを特徴とする半導体接続用接着剤組成物。