JP2006169288A - 接着剤、および、薄板の平板への接着方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】接着剤の体積収縮による、チップ本体の曲げ変形を抑制する。
【解決手段】接着剤は、硬化されることによって接着力が発生する主剤と、主剤の硬化を促進する硬化剤（以上、樹脂混合物Ｍ）と、フィラーＦとを有している。フィラーＦは、最大粒径０．８μｍ以下の粒状体から構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は薄板の平板への接着に用いる接着剤、および薄板の平板への接着方法に関し、特に、非接触ＩＣカードの製造ステップにおいて、チップ本体を補強板に接着する際に用いられる接着剤および接着方法に関する。
非接触ＩＣカードは、鉄道の出改札などの用途を中心に様々な分野で利用され、今後も多くの分野への適用が期待されている。非接触ＩＣカードは、通信用アンテナおよび半導体チップ（ＩＣチップ）を所定のシートで挟み込んで構成されている。ＩＣチップは、シリコン等の基板上に回路を構成する積層膜が成膜されたチップ本体が、通常ステンレス鋼でできた補強板に支持されて構成されている。補強板はチップ本体が過度の変形を受けないようにチップ本体を保護するとともに、チップ本体からの発熱を吸収するヒートシンクとしての機能を有している。
ＩＣチップの製造方法としては種々のものが提案されているが、その一つとして、まず、チップ本体が多数形成されたウエハの裏面を薄化し、次に、薄化されたウエハを切断して個々のチップ本体に分離し、その後分離されたチップ本体を補強板に接着してＩＣチップを製造する方法がある。分離されたチップ本体を補強板に接着するには、まず、複数の補強板を、接着剤が塗布される面を上にして、基台の上に固定する。次に、接着剤が塗布される面に接着剤を塗布し、接着剤が塗布された面にチップ本体を密着させる。接着剤としては、エポキシ樹脂等の高温硬化性樹脂が用いられることが多い。高温硬化性樹脂を用いた場合、この状態で所定時間、所定温度で加熱（例えばエポキシ樹脂であれば、１２０℃で２時間加熱）することによって、接着剤が硬化し、ＩＣチップは補強板に接着される。
接着剤には、エポキシ樹脂等の主剤および硬化反応を促進する硬化剤のほかに、硬化後の接着剤に熱伝導性や電導性を与えるために、フィラーが含まれることがある。フィラーとしては、５μｍ以下の球状フィラーまたは厚さ５μｍ以下の鱗片状フィラー（特許文献１参照。）や、最大粒径１００μｍ以下の鱗片状グラファイト粉末と、表面がカーボンにより被覆された最大粒径２０μｍ以下の球状銅粉末とを有するフィラー（特許文献２参照。）や、最大粒径１〜２０μｍのシリカ粉末と、平均粒子径２〜５０ｎｍの疎水性超微細シリカ粉末とを有するフィラー（特許文献３参照。）や、平均粒径１〜２０μｍで、最大粒径５０μｍ以下のシリカ粉末（特許文献４参照。）などが開示されている。
特開平６−１３６３４１号公報 特開２０００−３９８７号公報 特開平５−５９１５８号公報 特開平６−２５５１２号公報 特開平９−１０２５６７号公報
しかしながら、従来技術においては以下の問題があった。すなわち、ＩＣチップの接着剤として多用される高温硬化性の樹脂は、硬化していくに従って、徐々に収縮していく性質、すなわち、体積収縮を生じる性質を有している。図５には従来技術に従ってチップ本体を補強板に接着するときの、チップ本体と補強板チップ本体と接着剤との積層体の断面図を示す。
同図（ａ）に示すように、平坦な補強板Ｈの塗布面Ｈ１に接着剤Ｓを塗布し、接着剤Ｓの上面Ｓ１にチップ本体Ｃを固定すると、固定した直後は同図（ａ）に示すように、補強板Ｈ、接着剤Ｓ、およびチップ本体Ｃは平行な積層体を形成し、面外方向への歪は生じない。しかし、接着剤Ｓの重合反応が始まり硬化が進むと、接着剤Ｓは体積収縮を始める。これは、接着剤Ｓの塗布面が縮小しようとすることを意味する。また、接着剤Ｓの接着力は時間とともに増加していくため、接着剤Ｓと、補強板Ｈおよびチップ本体Ｃとは互いに拘束されていく。
一般にチップ本体Ｃは表面積に比較して厚みが小さいため、みかけの剛性が小さくなり、変形を受けやすいため、チップ本体Ｃの、接着剤Ｓの上面Ｓ１と面している接着面Ｃ１は、体積（面積）の収縮した接着剤Ｓにひきづられるようにして、同図（ｂ）に示すように、矢印Ａに示す力を受け、この結果、チップ本体Ｃは内側に寄せられるように変形する。一方、補強板Ｈの塗布面Ｈ１も、接着剤Ｓにひきづられるようにして、矢印Ｂに示す力を受ける。しかし、補強板Ｈはチップ本体Ｃよりも剛性が高いので、チップ本体Ｃに比べると変形を受けにくい。この結果、チップ本体Ｃの接着面Ｃ１は、補強板Ｈの塗布面Ｈ１に比べ、より縮小しようとし、チップ本体Ｃと補強板Ｈと接着剤Ｓとの積層体は、チップ本体Ｃの曲率が補強板Ｈの曲率より小さくなるように、換言すればチップ本体Ｃが凹面に、補強板Ｈの接着剤Ｓが塗布されていない面が凸面になるような形状に曲げられる。なお、このような歪は積層体の平面内の２方向に生じるため、チップ本体Ｃは平面的には外周部から中心部に向かって圧縮される応力状態となり、チップ本体Ｃの中央部が凹部となるような形状に変形される。
このようにしてチップ本体に生じた歪は、不要な内部応力をチップ本体に生じさせ、クラックを発生させる原因となり、また、すでに存在するクラックを成長させる原因となる。特に、ＩＣチップが非接触ＩＣカードに組み込まれる場合には、ＩＣチップは利用の際に頻繁に曲げ変形を受けるため、クラックがさらに進展し、最悪の場合ＩＣチップが割れてしまうなど、ＩＣチップ自体の信頼性を大きく低下させることとなる。
一般に、接着剤には接着性が要求されるが、要求される接着力は用途に応じて変わるものである。ＩＣチップを非接触ＩＣカードに用いる場合、チップ本体は非常に薄く、補強板との間に要求される接着力はそれほど大きくないこと、ＩＣチップは保護膜に覆われ、固定され、最終的に外装シートでも保護されることから、接着性自体の要求はそれほど厳しいものではない。一方、補強板にヒートシンクとしての機能を発揮させるためには、補強板とチップ本体との間に介在する接着剤には、一定の熱伝導性が必要となる。さらに、非接触ＩＣカードとして利用する場合、接着剤の体積収縮によるチップ本体の曲げ変形を抑制することが極めて重要である。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、熱伝導性を確保しながら、ＩＣチップを補強板に接着する際に、接着剤の体積収縮によるチップ本体の曲げ変形を抑制することのできる接着剤、および接着剤の塗布方法を提供することを目的とする。また本発明は、より一般的には、薄板の平板への接着に用いる接着剤、および薄板の平板への接着方法を提供することを目的とする。
本発明の接着剤は、硬化されることによって接着力が発生する主剤と、主剤の硬化を促進する硬化剤と、フィラーとを有している。そして、上記の課題を解決するために、フィラーは、最大粒径０．８μｍ以下の粒状体から構成されていることを特徴としている。
このような接着剤においては、実質的にすべてのフィラーは最大粒径０．８μｍ以下まで微細化されており、フィラーは接着剤中に満遍なく分布することができる。フィラーは主剤が硬化して体積収縮する場合に、体積収縮を抑制する抵抗成分として作用するので、接着剤の体積収縮を効果的に抑えることができる。この結果、接着剤によって接着される２つの被接着物に、接着剤の体積収縮に起因する面外方向の曲げ変形が発生することを抑制することができる。
主剤は、高温硬化性樹脂を用いることができ、代表的にはエポキシ樹脂である。
フィラーは、シリカ、銀、カーボン、銅のいずれか、またはシリカ、銀、カーボン、銅のいずれかを含む混合物から作ることができる。
本発明の薄板の平板への接着方法は、平板上に、上記の接着剤を塗布する塗布ステップと、塗布された接着剤の上面に薄板を固定するステップと、接着剤を硬化させて、平板と薄板を接着するステップとを有している。
このとき、塗布ステップの前に、平板の、薄板が接着される部分に、少なくとも１つの凹部を設けるステップを有し、塗布ステップにおいて、凹部にも接着剤を充填するようにしてもよい。
本発明のＩＣチップの製造方法は、チップ本体の一面が補強板に接着されて構成されるＩＣチップの製造方法であって、チップ本体を製造するステップと、補強板を製造するステップと、補強板を、補強板の接着面を上面にして固定するステップと、チップ本体を薄板として、補強板を平板として、上記の接着方法を用いて、チップ本体を補強板に接着するステップとを有している。
以上説明したように、本発明の接着剤等は、熱伝導性を確保しながら、ＩＣチップを補強板に接着する際に、接着剤の体積収縮によるチップ本体の曲げ変形を抑制することができ、より一般的には、薄板を平板に接着する際に、同様の効果を奏することができ、ＩＣチップや接着された薄板の信頼性向上が可能となる。
まず、本発明の接着剤について説明する。接着剤は、高温で硬化されることによって接着力が発生する主剤であるエポキシ樹脂と、主剤の硬化を促進する硬化剤と、接着剤の熱伝導性を高めるフィラーとを有している。
樹脂は１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば、特に制限はなく、一般的なものを用いることができる。一例として、ビスフェノールＦ，フェニルグリシジルエーテル等を挙げることができる。エポキシ樹脂は常温で液状のものがよいが、液状でなくても溶剤によって液状となるものであればかまわない。
硬化剤は、エポキシ樹脂との間で速やかに硬化反応が生じ、硬化後の長期安定性に優れる化合物であれば、特に制限はなく、一般的なものを用いることができる。一例として、潜在性アミン化合物、フェノールノボラック化合物等を挙げることができる。
フィラーは、補強板のヒートシンクとしての機能に鑑み、熱伝導性が高いものが望ましい。材料としてはシリカが特に好ましいが、銀、カーボン、または銅からなるフィラーを用いることもでき、シリカ、銀、カーボン、または銅の少なくともいずれかが混合されたフィラーでもよい。
フィラーの形状は該当する素材を微粉化したもので、略球形、楕円形、鱗片、円柱形、角柱形等の形状を含んでいてもよい。大きさは最大長径０．８μｍ程度以下のものが好ましく、特に０．６μｍ程度以下であることが好ましい。ここで、最大長径とは、上記の形状の縦、横、高さの最も長い辺の長さをいい、本明細書では最大長径を粒径という場合もある。これらの粒径を越える大きさのフィラーは存在していないことが望ましく、実質的にすべてのフィラーが粒径０．８μｍ程度以下に微細化されていることが重要である。フィラーの量に関しては、特に制約はないが、一例として１０〜４０重量比程度であればよい。この値は粒径によって変えてもよいが、後述するように、同程度の重量比であれば、粒径が小さくなるほど、チップ本体の曲げ歪を抑制する効果は高まる。
次に、フィラーを微細化することによって、被接着物に生じる曲げ変形が抑制されるメカニズムについて説明する。図１（ａ）は、接着剤中のフィラーの分布形態を示す模式図である。接着剤Ｓは、主剤と硬化剤とからなる樹脂混合物Ｍと、樹脂混合物Ｍの中に分布するフィラーＦとからなっている。図１（ｂ）は比較のために、従来技術の比較的大きなフィラーが混入された接着剤の、フィラーの分布形態を示す模式図である。図中フィラーＦＦの粒径は、本発明のフィラーＦよりも１桁以上大きなものである。また、フィラーＦ，ＦＦの重量比は両図で同等であるとする。
樹脂混合物Ｍが硬化によって収縮しようとすると、樹脂混合物Ｍは体積収縮の生じないフィラーＦに抵抗して収縮しなければならない。すなわち、樹脂混合物ＭはフィラーＦの表面との間で抵抗力（収縮の方向とフィラーＦの形状によるが、主としてせん断抵抗であると考えられる。）を受け、このせん断抵抗力は樹脂混合物Ｍの収縮を妨げるように作用する。フィラーが図１（ａ）に示したように微細化されていると、樹脂混合物Ｍと接するフィラーの全表面積が、図１（ｂ）に示すフィラーＦＦよりも増加する。この結果、樹脂混合物Ｍは、フィラーＦが微細化されるほど、収縮時に大きな抵抗を受け、収縮が抑制されるものと考えられる。換言すれば、フィラーＦが微細化されていないと、大きなフィラーが接着剤に部分的に点在するような状態となり、フィラーが存在しない広い領域では、樹脂混合物Ｍは何の抵抗も受けずに収縮するが、微細化されていると、細かいフィラーＦが接着剤中のあらゆる領域に分布し、全体的な収縮抑制効果が生じやすくなると考えられる。
また、フィラーＦの重量比が増えるほど、樹脂混合物Ｍの収縮抑制効果は高まる。これは、フィラーＦが増えることにより、上記の効果が高まるほか、フィラーＦが増えた分だけ樹脂混合物Ｍの重量比が減ることも寄与している。あまりフィラーＦの重量比を大きくすると、接着力が低下する原因となるが、上述の非接触式ＩＣカードのように、大きな接着力が要求されない用途では、このことは大きな問題とはならない。
次に、フィラーをどの程度微細化すればよいのかを定量的に評価するため、平面積５×６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのステンレス製の補強板と、平面積４×５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのチップ本体とを非接着物として、これらをエポキシ樹脂の主剤、硬化剤およびフィラーからなる接着剤で接着した。主剤の成分は、Cas No.124358-36-7を主とした３種類のアミノフェノール系樹脂、硬化剤の成分は変性脂肪族ポリアミン系樹脂とした(CasはChemical Abstracts Service（アメリカ化学会発行）の略称。）。フィラーはシリカとし、塗布厚さは、１０μｍとした。接着剤の粘度は４３Ｐａ・ｓ、弾性率は８．５ＧＰａであった。フィラーの粒径を最大粒径０．２ｍｍから段階的に３ｍｍまで増加させ（図３（ａ）参照）、接着剤が加熱によって硬化した後のＩＣチップの厚さ方向の変形量を計測した。硬化条件は、１２０℃で２時間の加熱とした。変形量は、図２に示すように、チップ本体の上面の表面高さをチップ本体の端部から中心に向けて（白抜き矢印参照）表面粗さ計で測定し、その差分として求めた。
図３に測定結果を示す。同図（ａ）には、フィラーの粒径と測定した変形量との関係を表で示し、同図（ｂ）には、グラフで示す。フィラーの最大粒径が０．６μｍ以下であると変形は全く生じなかった。また、最大粒径が０．８μｍでも変形は極く小さいが、０．８μｍを越えると、変形量は急激に増大する。これより、最大粒径を０．８μｍ以下、より好ましくは０．６μｍ以下とするのがよい。
次に、以上説明した接着剤を用いた、チップ本体の補強板への接着方法について説明する。
まず、シリコン基板にチップ本体Ｃが多数形成されたウエハ（図示せず）を製作し、次に、ウエハのチップ本体Ｃが形成された面の裏面を研磨する。ウエハは一例では０．６５ｍｍ程度の厚さを有しているが、例えば機械研磨で厚さをある程度落として、最終的にケミカルエッチングによって仕上げ、０．１ｍｍ以下まで、例えば７５μｍ以下まで薄化する。次に、ウエハに加工用テープ（図示せず）を貼り付け、ウエハを安定化させた上で、ウエハを砥石（図示せず）で切断し、多数のチップ本体Ｃを形成する。
次に、ステンレス製の補強板Ｈを多数作成し、両面接着テープ等によって基台（図示せず）に保持させ、補強板Ｈに接着剤Ｓを塗布する。接着剤の塗布厚さは一例では５０μｍ以下である。次に、チップ本体Ｃを接着剤Ｓに密着させる。具体的には、チップ本体Ｃの素子の形成されている面の反対面（ウエハの基板側の面）を接着剤Ｓの塗布面に密着させる。このときの状態は図５（ａ）に示したものと同様である。次に、全体を加熱して接着剤Ｓを硬化させる。硬化に要する時間は、エポキシ樹脂の場合、１２０℃で２時間程度である。このとき、本発明の接着剤の効果によって、補強板Ｈ、接着剤Ｓ、およびチップ本体Ｃは面外方向に変形することはなく、ほぼ図５（ａ）に示した状態を維持しながら硬化する。その後、補強板Ｈを基台から切り離す。以上のステップで、チップ本体Ｃに補強板Ｈが取り付けられたＩＣチップが完成する。
このとき、図４（ａ）に示すように、補強板Ｈの塗布面Ｈ１に凹部１を設け、図４（ｂ）に示すように、凹部１にも接着剤Ｓを流入させるようにしてもよい。凹部１を設けることによって、もし接着剤Ｓに、上述した適正な粒径よりも大きなフィラーが混入した場合でも、粒径の大きなフィラーは、接着剤Ｓを塗布面Ｈ１に引き伸ばすとき、凹部１に引っかかり、重力によって凹部１に沈降するするので、凹部１以外の、塗布面Ｈ１とチップ本体Ｃの接着面Ｃ１とが対向する平面部２にある接着剤Ｓには、適切な粒径のフィラーだけを含ませることができる。
その後、ＩＣチップを洗浄し、外観検査をおこなう。さらに、完成したＩＣチップを通信用アンテナとともにアンテナ基板上に搭載し、アンテナ基板上に、ＩＣチップおよび通信用アンテナを被覆する保護膜を形成し、保護膜とアンテナ基板とを外装シートで覆って、非接触ＩＣカードが完成する。
以上説明したように、チップ本体を補強板に接着してＩＣチップを形成する際に、最大粒径が０．８μｍ以下のフィラーを混入した接着剤を用いるので、接着剤の樹脂混合物は微細化されたフィラーによって体積収縮が抑制される。その結果、チップ本体が大きな曲げ変形を受けることがなくなり、曲げ変形に起因するクラックの発生を防止することができ、ＩＣチップおよびＩＣチップを内蔵した非接触式ＩＣカードの信頼性を向上させることができる。
また、接着剤のフィラーとして、シリカを用いているので、熱伝導特性に優れ、チップ本体の発生熱をヒートシンクである補強板に有効に伝えることができる。さらに、シリカ粉末は安価に調達することが可能であるので、経済性への影響も小さい。
なお、本発明の接着剤および接着方法は、以上説明した実施形態に限定されない。例えば、接着剤は、硬化時に体積収縮を起こす接着剤であればよく、例えば、エポキシ樹脂の代わりに紫外線硬化樹脂を用いてもよい。また、フィラーとして本実施形態のように熱伝導性が重視されず、導電特性が重視される場合（例えば半導体素子と基板とを電気的導通を取りながら接合する場合）には、銀や銅等の導電性フィラーを用いればよい。さらに熱伝導性フィラーと導電性フィラーの両者の特性を具備したい場合には、銀を用いることができる。
また、本実施形態は、ウエハをチップ本体に切断後、補強板に接着する手順を例に説明したが、ウエハを補強板に接着後、ウエハと補強板の一体物をＩＣチップに切断する手順も考えられる。この場合も、従来技術を適用すると、接着剤が体積収縮して、接着されたウエハに歪が発生することが考えられる。本発明を適用すれば、ウエハに生じる曲げ変形を抑制することが可能となる。
さらに、本発明は、曲げ変形を防止することが特に望ましい薄板を平板に接着する、より一般的な使用にも適用できることはいうまでもない。
本発明および従来技術の接着剤中の、フィラーの分布形態を示す模式図である。 ＩＣチップの変形量の測定方法を示す概念図である。 フィラーの粒径と測定したＩＣチップの変形量との関係を示す図表である。 補強板の塗布面形状の変形例を示す概略図である。 従来技術を用いてチップ本体と補強板チップ本体を接着するときの、チップ本体、接着剤、および補強板チップ本体の断面図である。
符号の説明
Ｃ チップ本体
Ｃ１ 接着面
Ｆ フィラー
Ｈ 補強板
Ｈ１ 塗布面
Ｍ 樹脂混合物
Ｓ 接着剤
Ｓ１ 上面
１ 凹部
２ 平面部

Claims (7)

  1. 硬化されることによって接着力が発生する主剤と、該主剤の硬化を促進する硬化剤と、フィラーとを有する接着剤において、
    前記フィラーは、最大粒径０．８μｍ以下の粒状体から構成されていることを特徴とする接着剤。
  2. 前記主剤は、高温硬化性樹脂である、請求項１に記載の接着剤。
  3. 前記主剤は、エポキシ樹脂である、請求項２に記載の接着剤。
  4. 前記フィラーは、シリカ、銀、カーボン、銅のいずれか、またはシリカ、銀、カーボン、銅のいずれかを含む混合物からなる、請求項１から３のいずれか１項に記載の接着剤。
  5. 平板上に、請求項１から４のいずれか１項に記載の接着剤を塗布する塗布ステップと、
    塗布された前記接着剤の上面に薄板を固定するステップと、
    前記接着剤を硬化させて、前記平板と前記薄板を接着するステップとを有する、
    薄板の平板への接着方法。
  6. 前記塗布ステップの前に、前記平板の、前記薄板が接着される部分に、少なくとも１つの凹部を設けるステップを有し、
    前記塗布ステップにおいて、前記凹部にも前記接着剤を充填する、
    請求項５に記載の接着方法。
  7. チップ本体の一面が補強板に接着されて構成されるＩＣチップの製造方法であって、
    前記チップ本体を製造するステップと、
    前記補強板を製造するステップと、
    前記補強板を、該補強板の接着面を上面にして固定するステップと、
    前記チップ本体を前記薄板として、前記補強板を前記平板として、請求項５または６に記載の接着方法を用いて、前記チップ本体を前記補強板に接着するステップとを有する、
    ＩＣチップの製造方法。
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