JP2005327654A - 接続材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 液状もしくはペースト状の接続材料に対し、高信頼性で接続を可能とし、優れた保存特性と、ＪＥＤＥＣのレベル２Ａの吸湿リフロー試験を行った場合でも浮きが発生しないという良好な耐吸湿リフロー性とを付与する。
【解決手段】 熱硬化性成分、非導電性フィラ及びシランカップリング剤を含有する接続材料において、シランカップリング剤を第１のシランカップリング剤と第２のシランカップリング剤とから構成する。ここで、第１のシランカップリング剤としては、非導電性フィラに対する反応性が、第２のシランカップリング剤の非導電性フィラに対する反応性よりも高いものを使用する。第１のシランカップリング剤の含有量は、非導電性フィラ１００重量部に対して０．１５〜１．８５重量部であり、第２のシランカップリング剤の含有量は、非導電性フィラ１００重量部に対して０．８０〜１２．００重量部である。
【選択図】 無し

Description

本発明は、フレキシブルあるいはリジッド配線基板にＩＣチップ等の各種電子部品を接続するための液状もしくはペースト状の接続材料に関する。

従来、電子部品、例えばＩＣチップを配線基板にフリップチップ実装するためのパッケージ法として、チップオンボード法（ＣＯＢ法）やチップオンフィルム法（ＣＯＦ法）が広く採用されており、その際、異方性導電接着フィルムを使用して異方性導電接続することが一般的であったが、材料コストや設備コストの低減とタクトタイムの短縮化を目的として、異方性導電接着フィルムに代わって液状もしくはペースト状の異方性導電接着剤や非導電性接着剤等の接続材料が使用されるようになっている。

従来の一般的な液状又はペースト状の接続材料としては、熱硬化型エポキシ樹脂と潜在性硬化剤とからなる熱硬化性成分に、接続材料の線膨張係数と吸湿率の調整のための非導電性フィラと、熱硬化型成分と非導電性フィラとの間に良好な結合状態を作り出すためのカップリング剤と、必要に応じて異方性導電接続用導電粒子とを均一に分散させたものが使用されている（特許文献１）。

ところで、最近では、液状もしくはペースト状の接続材料を使用してＣＯＦ法やＣＯＢ法で形成されたフリップチップ実装体に対し、より高い接続信頼性が求められるようになっている。特に、ＣＯＢ法による場合には、ＪＥＤＥＣ(Joint Electron Device Engineering Council)規格のレベル３やレベル２Ａの耐吸湿リフロー性が求められるようになっている。

特開２０００−８０３４１

しかしながら、液状もしくはペースト状の接続材料の場合、異方性導電接着フィルムを形成するための樹脂組成物に比べて、非導電性フィラの配合量の範囲が狭く、高分子量あるいは高粘度の樹脂成分を使用できず、溶剤も使用できない等の問題があるために配合の自由度が小さく、そのため高い信頼性で接続することが困難であるという問題があった。しかも、ＪＥＤＥＣのレベル２Ａの耐吸湿リフロー試験を行った場合には、例えばＩＣチップと接続材料との間で浮きが発生するという問題があった。

また、液状もしくはペースト状の接続材料に対しては、常温で保存中に粘度変化が少ないという良好な保存特性や、ＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト）試験により接続抵抗が増大しないという良好な耐ＰＣＴ性を備えることも求められている。

本発明は、以上の従来の技術の問題を解決しようとするものであり、液状もしくはペースト状の接続材料に対し、高信頼性で接続を可能とし、優れた保存特性と、ＪＥＤＥＣのレベル２Ａの吸湿リフロー試験を行った場合でも浮きが発生しないという良好な耐吸湿リフロー性とを付与することを目的とする。

本発明者らは、（１）液状もしくはペースト状の接続材料における上述の問題が、ＩＣチップや配線基板と接続材料中の硬化した熱硬化性成分との間の密着性だけでなく、従来ほとんど考慮されていなかった非導電性フィラ表面と硬化した熱硬化性成分との間の密着性の良否に大きく依存していること、（２）非導電性フィラ表面と硬化した熱硬化性成分との間の密着性が十分でない場合には、耐吸湿リフロー試験時にそれらの界面にクラックが生じ易く、結果的に接続材料が吸湿し易くなっていること、そして、（３）それらの問題を解決するためには、接続材料に、非導電性フィラに対する反応性が異なる２種類のシランカップリング剤を特定の量範囲で併用すればよいこと、を見出し本発明を完成させた。

即ち、本発明は、熱硬化性成分、非導電性フィラ及びシランカップリング剤を含有する接続材料において、該シランカップリング剤が第１のシランカップリング剤と第２のシランカップリング剤とを含み、該第１のシランカップリング剤の該非導電性フィラに対する反応性が、該第２のシランカップリング剤の該非導電性フィラに対する反応性よりも高く、第１のシランカップリング剤の含有量が該非導電性フィラ１００重量部に対して０．１５〜１．８５重量部であり、第２のシランカップリング剤の含有量が該非導電性フィラ１００重量部に対して０．８０〜１２．００重量部であることを特徴とする接続材料を提供する。

本発明の接続材料は、液状もしくはペースト状でありながら、高信頼性での接続が可能であり、しかも優れた保存特性と、ＪＥＤＥＣのレベル２Ａの吸湿リフロー試験を行った場合でも浮きが発生しないという良好な耐吸湿リフロー性とを示す。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、熱硬化性成分、非導電性フィラ及びシランカップリング剤を含有する接続材料であり、シランカップリング剤として、非導電性フィラに対して相対的に高い反応性を示す第１のシランカップリング剤と、相対的に低い反応性を示す第２のシランカップリング剤とを併用する。ここで、非導電性フィラに対するシランカップリング剤の反応性の指標として臨界表面張力が挙げられる。同じ基材（例えばソーダガラス基材）に対する臨界表面張力を比較した場合に、臨界表面張力が小さいほど高い反応性を示す。

本発明において、反応性の異なる２種類のシランカップリング剤を併用する理由は以下の通りである。

即ち、導電性フィラに対して相対的に高い反応性を示す第１のシランカップリング剤をシランカップリング剤として単独で使用した場合、非導電性フィラとの反応性が高い反面、接続すべき配線基板やＩＣチップと硬化後の熱硬化性成分との密着性が不十分となり、接続材料の耐ＰＣＴ性が低下し、また、非導電性フィラに対して相対的に低い反応性を示す第２のシランカップリング剤をシランカップリング剤として単独で使用した場合、接続すべき配線基板やＩＣチップと硬化後の熱硬化性成分との間の密着性を、接続材料を増粘させずに改善できる反面、非導電性フィラと硬化後の熱硬化性成分との密着性が不十分となり、耐吸湿リフロー性が低下する。そこで、本発明においては、非導電性フィラに対して互いに反応性の異なる第１のシランカップリング剤と第２のカップリング剤とを併用することにより、硬化後の熱硬化性成分と非導電性フィラとの間の密着性並びに硬化後の熱硬化性成分と接続すべき配線基板やＩＣチップとの間の密着性の間のバランスを取っている。

第１のシランカップリング剤の接続材料中の含有量は、少なすぎると非導電性フィラと硬化後の熱硬化性成分との境界でクラックが発生し、導通信頼性が低下し、多すぎると非導電性フィラ対して未反応の第１のシランカップリング剤が接続材料中に残存し、これが熱硬化性成分の官能基（例えば、エポキシ基）と反応して接続材料自体が増粘し、その結果、圧着操作が困難となるので、非導電性フィラ１００重量部に対して０．１５〜１．８５重量部、好ましくは０．２〜１．７重量部である。

また、第２のシランカップリング剤の含有量は、少なすぎると接続すべき配線基板やＩＣチップと硬化後の熱硬化性成分との間の密着性が不十分となり、結果的に耐吸湿リフロー性が低下し、多すぎると非導電性フィラ対して未反応の第２のシランカップリング剤が接続材料中に残存してボイド発生の原因となり、ＰＣＴ試験後にオープンが発生するので、非導電性フィラ１００重量部に対して０．８０〜１２．００重量部、好ましくは１．００〜１１．００重量部である。

本発明において使用できるシランカップリング剤の具体例を以下の表１に示す。

本発明においては、これらの中から異なる２種を選択し、反応性の高い方が第１のシランカップリング剤と位置づけられ、反応性の低い方が第２のシランカップリング剤として位置づけられる。ここで、第１のシランカップリング剤と第２のシランカップリング剤との表面表力の差は、３ｄｙｎｅ／ｃｍ以上１０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下が好ましい。

また、第１のシランカップリング剤と第２のカップリング剤の含有重量比は、第２のシランカップリング剤が第１のシランカップリング剤に対して相対的に少なすぎると耐ＰＣＴ性（耐プレッシャークッカーテスト性）が低く、多すぎると増粘または硬化するので、好ましくは１：０．８５〜１：０．０５、より好ましくは１：０．７５〜１：０．０７である。

本発明において、非導電性フィラは接続材料の線膨張係数や吸湿率を調整するためのものである。そのような非導電性フィラとしては、粒径が約０．１〜５μｍの、シリカ微粒子、酸化チタン粒子等が挙げられる。中でも、コストの点からシリカ微粒子が好ましい。

本発明で使用する熱硬化性成分としては、従来の異方性導電接着ペーストや非導電性接着ペーストにおいて用いられている熱硬化性成分を使用することができる。中でも、導通信頼性、接続信頼性の点から重合性エポキシ系化合物と潜在性硬化剤とを含有する熱硬化性成分を好ましく使用できる。

このような重合性エポキシ系化合物としては、分子量（重量平均分子量）１００００以下のエポキシ系モノマーもしくはオリゴマーを好ましく挙げることができる。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、レゾルシノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどのフェノール類のグリシジルエーテル；ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのアルコール類のグリシジルエーテル；フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸などのカルボン酸のグリシジルエステル等のエポキシモノマーやこれらのオリゴマーもしくは脂環型エポキシドを挙げることができる。中でも、ビスフェノールＡグリシジルエーテルモノマーもしくはオリゴマーを好ましく使用できる。具体的には、油化シェル社製造のエピコート８２８（分子量３８０）、エピコート８３４（分子量４７０）、エピコート１００１（分子量９００）、エピコート１００２（分子量１０６０）、エピコート１０５５（分子量１３５０）、エピコート１００７（分子量２９００）等を使用することができる。これらは、単独で、あるいは２種以上を併用することもできる。

潜在性硬化剤としては、公知の熱硬化型エポキシ系接着剤において使用されているものを使用することができ、例えばイミダゾール系（例えばＨＸ３７４８、旭化成ケミカルズ社）、アミン系（ＰＮ−２３、味の素社）、ジシアンジアミド系（ＤＣＭＶ９９、ＡＣＩジャパンリミテッド社）の各潜在性硬化剤等を使用できる。

潜在性硬化剤の使用量は、重合性エポキシ系化合物１００重量部に対し、好ましくは１〜１００重量部である。

本発明の接続材料には、上述した成分に加えて、架橋剤、各種ゴム成分、フィラ、レベリング剤、粘度調整剤、酸化防止剤等を必要に応じて適宜配合することができる。特に、異方性導電接続用導電粒子を配合すると、接続材料を液状もしくはペースト状の異方性導電接着剤として使用可能となるので好ましい。そのような導電粒子としては、従来の公知の導電粒子、例えば、ニッケルや金等の金属粒子、熱可塑性樹脂コアの表面を前述の金属で被覆した複合粒子、金属粒子や複合粒子の表面を絶縁性樹脂薄膜で被覆した粒子等を使用することができる。

本発明の接続材料は、熱硬化性成分、非導電性フィラ、シランカップリング剤及び必要に応じて添加される他の成分を、それぞれ真空脱泡処理した後に公知の撹拌装置にて均一に混合することにより製造することができる。

本発明の接続材料は、使用する原料の種類や量比により異なるが、液状もしくはペースト状の形態として用いられる。

本発明の接続材料を使用する場合、例えば、配線基板の接続端子領域に公知の塗布装置により接続材料を塗布し、ＩＣチップなどの各種電子部品をアライメントした上で加熱ボンダーで加熱圧着すればよい。

以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。

実施例１〜６及び比較例１〜６
表２及び表３に示した配合表の各成分を、それぞれ４０℃で６０分間、真空脱泡した後、遊星式撹拌機（練太郎、ＴＨＩＮＫＹ社）で均一に混合することにより接続材料を調製した。得られた接続材料の保存安定性について、以下に説明するように評価した。

なお、非導電性フィラ１００重量部に対する第１のシランカップリング剤の含有量[(A)wtp/対フィラ100wtp]と、非導電性フィラ１００重量部に対する第２のシランカップリング剤の含有量[(B)wtp/対フィラ100wtp]とを表２及び表３に示す。

（保存安定性）
接続材料を室温で一週間放置し、初期粘度に対する粘度変化が±２０％未満である場合を「良好」と評価し、表２及び表３中に「○」と記載し、±２０％以上である場合を「不良」と評価し、表２及び表３中に「×」と記載した。

次に、得られた接続材料をディスペンサーで、ＣＯＢ用基板（ＦＲ５、１５０μｍピッチ、ソニーケミカル社製のＴＥＧ基板）に２〜５ｍｇ程度塗布し、その塗布膜に、Ａｕメッキバンプ（サイズ：６０μｍ四方、０．２μｍ高、バンプピッチ：１００μｍ）が形成されたＩＣチップ（サイズ：６．３ｍｍ四方、０．４ｍｍ厚）をアライメントし、８０℃に加熱された受け台上で加熱ボンダーで加熱圧着（加熱温度：２３０℃、加熱時間：５秒間、圧力：０．５９Ｎ／バンプ）を行いＣＯＢ接続体を作製した。

得られたＣＯＢ接続体について、以下に示すように耐吸湿リフロー性と耐ＰＣＴ性を評価した。得られた結果を表２及び表３中に示す。

（耐吸湿リフロー性）
得られたＣＯＢ接続体を、ＪＥＤＥＣのレベル２Ａの条件（８５℃／８５％ＲＨに２４時間放置後、最高２４５℃の温度でのリフロー処理を３回）で吸湿リフロー処理を行い、更に、１２１℃、１００％ＲＨ、２０２．６ｋＰａの雰囲気中に１００時間放置した後、四端子法にて接続抵抗値を測定した。最大抵抗値が２００ｍΩ以下である場合を「良好」と評価し、表２及び表３中に「○」と記載し、２００ｍΩを超える場合を「不良」と評価し、表２及び表３中に「×」と記載した。

（耐ＰＣＴ性）
得られたＣＯＢ接続体を、１２１℃、１００％ＲＨ、２０２．６ｋＰａの雰囲気中に３００時間放置した後、四端子法にて接続抵抗値を測定した。最大抵抗値が２００ｍΩ以下である場合を「良好」と評価し、表２及び表３中に「○」と記載し、２００ｍΩを超える場合を「不良」と評価し、表２及び表３中に「×」と記載した。

表２及び表３注
*1: HP3748、旭化成ケミカルズ社
*2: EP828、油化シェルエポキシ社
*3: HX3748、旭化成ケミカルズ社
*4: シリカ微粒子、DF5VLD、龍森社
*5: アミノ変性タイプ、KBM603、信越化学社
*6: 未変性タイプ、KBM403、信越化学社
*7: 粒径3.5μmのベンゾグアナミン樹脂粒子にNi/Auメッキを施した導電粒子

表２及び表３に示されているように、比較例３及び４の結果から、第１のシランカップリング剤の含有量が非導電性フィラ１００重量部に対し０．１２５重量部であると少なすぎて耐吸湿リフロー性が不十分であり、２重量部であると多すぎて保存安定性に欠けることがわかる。一方、実施例４及び５の結果から、第１のシランカップリング剤の含有量が非導電性フィラ１００重量部に対し０．２５重量部〜１．７５重量部であれば、良好な耐吸湿リフロー性と保存安定性とが得られたことがわかる。従って、第１のシランカップリング剤の含有量は、非導電性フィラ１００重量部に対し０．１５〜１．８５重量部が妥当であることがわかる。

また、比較例１及び２の結果から、第２のシランカップリング剤の含有量が非導電性フィラ１００重量部に対し０．７５重量部であると少なすぎて耐吸湿リフロー性が不十分であり、１２．５重量部であると多すぎて耐ＰＣＴ性に欠けることがわかる。一方、実施例２及び３の結果から、第２のシランカップリング剤の含有量が非導電性フィラ１００重量部に対し１．００重量部〜１１．２５重量部であれば、良好な耐ＰＣＴ性が得られたことがわかる。従って、第２のシランカップリング剤の含有量は、非導電性フィラ１００重量部に対し０．８０〜１２．００重量部が妥当であることがわかる。

本発明の接続材料は、液状もしくはペースト状でありながら、高信頼性での接続が可能であり、しかも優れた保存特性と、ＪＥＤＥＣのレベル２Ａの吸湿リフロー試験を行った場合でも浮きが発生しないという良好な耐吸湿リフロー性とを示す。従って、本発明の接続材料は、フレキシブルあるいはリジッド配線基板にＩＣチップ等の各種電子部品を接続するための液状もしくはペースト状の接続材料として有用である。

Claims (5)

1. 熱硬化性成分、非導電性フィラ及びシランカップリング剤を含有する接続材料において、該シランカップリング剤が第１のシランカップリング剤と第２のシランカップリング剤とを含み、該第１のシランカップリング剤の該非導電性フィラに対する反応性が、該第２のシランカップリング剤の該非導電性フィラに対する反応性よりも高く、第１のシランカップリング剤の含有量が該非導電性フィラ１００重量部に対して０．１５〜１．８５重量部であり、第２のシランカップリング剤の含有量が該非導電性フィラ１００重量部に対して０．８０〜１２．００重量部であることを特徴とする接続材料。
2. 該第１のシランカップリング剤と第２のカップリング剤の含有重量比が４：３〜１５：１である請求項１記載の接続材料。
3. 該非導電性フィラがシリカ微粒子である請求項１又は２記載の接続材料。
4. 該熱硬化性成分が熱硬化型エポキシ樹脂と潜在性硬化剤とを含有する請求項１〜３のいずれかに記載の接続材料。
5. 更に、異方性導電接続用導電粒子を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の接続材料。