JP2007165028A

JP2007165028A - 異方導電性材料とこれを用いた実装方法

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Publication number: JP2007165028A
Application number: JP2005357074A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kuroishi; 友明黒石; Daido Komyoji; 大道光明寺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】狭いピッチ化した場合の短絡による実装障害を低減することを目的とする。
【解決手段】樹脂中に分散させたマイクロカプセル状の導電性粒子１１は、外力が作用した部分だけで絶縁膜１４が破れて導電性の部分１３が露出するので、隣接する端子間に位置する導電性粒子１１の表面は絶縁膜１４で覆われており、短絡事故が発生しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板面に半導体装置などの電気部品を実装する異方導電性材料に関するものである。

従来の異方導電性材料は、図９（ａ）に示す直径５μｍ程度のニッケル粒子１を、エポキシ系樹脂の中に分散させて構成されている。この異方導電性材料２を用いた実装方法は、図８に示すように実行されている。

図８（ａ）では、基板３の接続端子４の上に異方導電性材料２を供給し、次に図８（ｂ）を経て図８（ｃ）に示すように実装すべき電気部品の半導体チップ５を、半導体チップ５の電極６が基板３の接続端子４に対向するように、異方導電性材料２を介して基板３に押し付ける。

これによって、異方導電性材料２のニッケル粒子１のうちの一部が、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との間に挟まれて、ニッケル粒子１を介して基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とが電気接続される。この状態で異方導電性材料２のエポキシ樹脂７が硬化して、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との導通状態が維持される。

また、異方導電性材料２中のニッケル粒子１に代わるものとして、図９（ｂ）に示すように金属粒子のコア８の外側に絶縁膜９を介して導体膜１０が形成されたものも知られている。
特開２０００−３０６４２８公報

基板３の接続端子４のピッチが１２０μｍ程度で、接続端子４の大きさが４０μｍ程度の場合には、隣接する接続端子４との間に４０μｍ程度の隙間が形成されるので、直径５μｍ程度のニッケル粒子１を用いても、隣接する接続端子４の間で短絡する実装障害の発生は少なかったが、隣接する接続端子４との隙間が間に１５μｍ程度に狭ピッチ化の場合には、図１０に示す短絡個所Ａのように、直径５μｍ程度のニッケル粒子１が直列接続されることによる実装障害の発生が多くなる。

本発明は、狭いピッチ化が進んだ場合であっても、実装障害の発生が極めて少ない、高信頼性の異方導電性材料とこれを用いた実装方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の異方導電性材料は、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、樹脂材料中に分散させたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の異方導電性材料は、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、ペースト中に分散させたことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の異方導電性材料は、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、シート中に分散させたことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の異方導電性材料は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記導電性粒子は、外力によって形状が変形する粒子の表面を、導電性メッキまたは導電性粒子で覆って、さらにその表面に電気絶縁性を付与したことを特徴とする。

本発明の請求項５記載の異方導電性材料は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記導電性粒子は、導電性を有し外力によって形状が変形する粒子の表面に電気絶縁性を付与したことを特徴とする。

本発明の請求項６記載の実装方法は、電気部品を基板に実装するに際し、電気部品の電極部または基板面の少なくとも一方を、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、樹脂材料中に分散させた異方導電性材料によってコーティングし、前記基板面の実装位置にセットした前記電気部品と前記基板とを前記異方導電性材料を挟んで圧接させることによって表面に露出した前記導電材料によって電気部品の電極部と基板面とを電気接続した状態で前記樹脂材料を硬化させることを特徴とする。

本発明の請求項７記載の実装方法は、請求項６において、記導電性粒子として、前記電気部品と前記基板との圧接によって形状が変形する粒子の表面を、導電性メッキまたは導電性粒子で覆って、さらにその表面に電気絶縁性を付与したものを使用することを特徴とする。

本発明の請求項８記載の実装方法は、請求項６において、前記導電性粒子として、導電性を有し外力によって形状が変形する粒子の表面に電気絶縁性を付与したものを使用することを特徴とする。

この構成によると、異方導電性材料は、外力が作用した部分だけで導電性粒子の導電性の部分が露出し、外力が作用しない部分の導電性粒子の表面は絶縁膜で覆われた状態になるため、狭いピッチ化が進んだ場合であっても、隣接する接続端子の間で短絡することが無く、実装障害の発生が極めて少ない高信頼性の実装方法を実現できる。

以下、本発明の各実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２は本発明の（実施の形態１）を示す。

この実施の形態で使用する異方導電性材料２は、熱硬化性樹脂等からなる例えばエポキシ樹脂材料の中に、図２（ａ）に示すように表面を絶縁膜としてのシリカ薄膜１４で覆ったマイクロカプセル状の特殊な構造の導電性粒子１１を分散させたペースト状である。

詳しくは、外力によって形状が変形する樹脂製のコア粒子１２の表面に導電性メッキ１３を施して良好な電気導電性を付与し、さらにその表面にシリカ薄膜１４をゾル−ゲル法などの成膜プロセスでコーティングして電気絶縁性を付与した構造である。樹脂製の前記コア粒子１２は、具体的には、アクリルゴム、シリコンゴム，フッ素系ゴムなどの耐熱性のあるものを用いることができる。しかし、耐熱性の無い、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴムでも、熱で弾力性が無くなるだけで、用いることができる。

導電性メッキ１３の材料は、硬さが接続端子４、電極６とほぼ同じかそれよりも硬い金属（合金を含む）であり、具体的にはアルミニウム系金属、金、銀、ニッケル、クロム、銅等である。導電性粒子１１の平均直径は３〜５μｍ程度であり、導電性メッキ１３の厚さは数千Å程度であり、シリカ薄膜１４の厚さも数千Å程度である。

この異方導電性材料２を、図１に示すように基板３の接続端子４に供給してコーティングし、実装すべき電気部品の半導体チップ５を、半導体チップ５の電極６が基板３の接続端子４に対向するように、異方導電性材料２を介して基板３に押し付けることによって、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とで挟まれた導電性粒子１１には、図２（ｂ）に示すように、シリカ薄膜１４と導電性メッキ１３を介してコア粒子１２に外力が作用し、コア粒子１２の変形に伴って、導電性メッキ１３の表面を覆っていたシリカ薄膜１４のマイクロカプセルが図２（ｃ）に示すように脱落して、導電性メッキ１３が表面に露出する。基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とは、導電性粒子１１の露出した導電性メッキ３によって導通し、この状態で異方導電性材料２のエポキシ樹脂７が硬化して、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との導通状態が維持される。

これに対して、基板３の隣接する接続端子４の間、ならびに半導体チップ５の隣接する電極６の間に位置する導電性粒子１１については、上記のような外力が作用しないため、シリカ薄膜１４の脱落が発生しないため、各導電性粒子１１の表面がシリカ薄膜１４で覆われたままの状態であるため、導電性粒子１１の同士が接触しても短絡するような実装障害が発生しない。

（実施の形態２）
図３は本発明の（実施の形態２）を示す。
（実施の形態１）の異方導電性材料２はペースト状であったが、図３は表面を絶縁膜としてのシリカ薄膜１４の絶縁膜で覆ったマイクロカプセル状の構造の導電性粒子１１を樹脂シート中に分散させた場合を示している。導電性粒子１１の具体的な構造は（実施の形態１）と同様である。

図３（ａ）では、樹脂シート状の異方導電性材料２を基板３の接続端子４に載置し、次に図３（ｂ）では、実装すべき電気部品の半導体チップ５を、半導体チップ５の電極６が基板３の接続端子４に対向するように、異方導電性材料２を介して基板３に押し付けることによって、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とで挟まれた導電性粒子１１には、シリカ薄膜１４と導電性メッキ１３を介してコア粒子１２に外力が作用し、コア粒子１２の変形に伴って、導電性メッキ１３の表面を覆っていたシリカ薄膜１４のマイクロカプセルが脱落して、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とは導電性メッキ１３によって導通し、この状態で異方導電性材料２のエポキシ樹脂７が硬化して、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との導通状態が維持される。基板３の隣接する接続端子４の間、ならびに半導体チップ５の隣接する電極６の間に位置する導電性粒子１１については、シリカ薄膜１４の脱落が発生しないため、各導電性粒子１１の表面がシリカ薄膜１４で覆われており、導電性粒子１１同士が接触しても短絡するような実装障害が発生しない。

（実施の形態３）
図４は本発明の（実施の形態３）を示す。
上記の各実施の形態の異方導電性材料２における導電性粒子１１は、樹脂製のコア粒子１２と、導電性メッキ１３と、絶縁膜としてのシリカ薄膜１４との三層構造であって、コア粒子１２は導電性樹脂または絶縁性樹脂の何れでも良かったが、この図４ではコア粒子１２が導電性樹脂製で、この樹脂は外力によって形状が変形する。その表面に絶縁膜としてのシリカ薄膜１４をコーティングして電気絶縁性を付与した２層構造である点だけが異なっている。具体的には、導電性のコア粒子１２は、例えば、ゴム中に導電性の微粒子が混入された導電性ゴムで、導電性の微粒子の含有率は、体積比５０％以上が必要で、好ましくは７０％以上あればよい。

（実施の形態４）
図５は本発明の（実施の形態４）を示す。
上記の各実施の形態において、基板３の接続端子４、ならびに半導体チップ５の電極６の面は何れもフラットであったが、図５に示すように基板３の接続端子４、ならびに半導体チップ５の電極６の面に凹凸１５を形成する加工を施すことによって、導電性粒子１１の導電性メッキ１３がより確実に露出して好ましい。凹凸１５は、少なくも０．５μｍ以上あればよい。好ましくは１μｍ以上あればよい。

なお、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６の面の一方に凹凸１５を形成する加工を施すことによっても、ほぼ同様の効果を期待できる。
上記の各実施の形態では、基板３の接続端子４を異方導電性材料２でコーティングしたが、半導体チップ５の電極６を異方導電性材料２でコーティングしたり、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６の両方を異方導電性材料２でコーティングしてから、接続端子４と電極６を異方導電性材料２を介して押し付けることによっても同様に実施できる。

（実施の形態５）
図６は本発明の（実施の形態５）を示す。
上記の各実施の形態において、導電性粒子１１は、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で完全に覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子であったが、図６（ａ）に示すように、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子１１Ａであっても同様に実施できる。具体的には、樹脂製のコア粒子１２の表面に導電性メッキによって導電膜１３Ａを形成し、その上をシリカ微粒子１６で覆っている。シリカ微粒子１６の粒径は１００ｎｍ程度の微粒子である。樹脂製のコア粒子１２の表面に形成された導電膜１３Ａの半球程度がシリカ微粒子１６で覆われておれば電気絶縁性を保てる。より好ましくは、７０％以上がシリカ微粒子１６で覆われていることが好ましい。

この導電性粒子１１Ａを（実施の形態１）のようにペースト状、または（実施の形態２１）のように樹脂シート中に分散させて、この異方導電性材料２を、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との少なくとも一方に供給してコーティングし、実装すべき電気部品の半導体チップ５を、基板３の接続端子４に対向するように、異方導電性材料２を介して基板３に押し付けることによって、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とで挟まれた導電性粒子１１Ａは、図６（ｂ）に示すように、導電性メッキ１３の表面を覆っていたシリカ微粒子１６が脱落して、導電性メッキ１３が表面に露出する。基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とは、導電性粒子１１Ａの露出した導電性メッキ１３によって導通し、この状態で異方導電性材料２のエポキシ樹脂７が硬化して、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との導通状態が維持される。

（実施の形態６）
図７は本発明の（実施の形態６）を示す。
（実施の形態５）の導電性粒子１１Ａは、樹脂製のコア粒子１２の表面に導電性メッキによって導電膜１３Ａを形成し、その上をシリカ微粒子１６で覆っていたが、図７（ａ）に示すように、樹脂製のコア粒子１２の表面に導電性微粒子としての金属微粒子１７で覆い、その上を表面が電気絶縁性の微粒子としてのシリカ微粒子１６で覆った導電性粒子１１Ｂを、（実施の形態１）のようにペースト状、または（実施の形態２１）のように樹脂シート中に分散させて、この異方導電性材料２を、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との少なくとも一方に供給してコーティングし、実装すべき電気部品の半導体チップ５を、基板３の接続端子４に対向するように、異方導電性材料２を介して基板３に押し付けることによって、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とで挟まれた導電性粒子１１Ｂは、図７（ｂ）に示すように、金属微粒子１７の表面を覆っていたシリカ微粒子１６が脱落して、金属微粒子１７が表面に露出する。基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６とは、導電性粒子１１の露出した金属微粒子１７によって導通し、この状態で異方導電性材料２のエポキシ樹脂７が硬化して、基板３の接続端子４と半導体チップ５の電極６との導通状態が維持される。

ここで図７（ｂ）において金属微粒子１７は樹脂製のコア粒子１２の表面に食い込んでいて強固に付着しているが、金属微粒子１７の表面に付着していたシリカ微粒子１６は金属微粒子１７の表面から外れやすい。

本発明の異方導電性材料とこれを用いた実装方法によると、狭ピッチ化が進んだ場合であっても、短絡するような実装障害の発生が極めて少なく、高信頼性の実装を実現でき、各種電子機器の小型化に寄与できる。

本発明の（実施の形態１）に係る実装完了状態の断面図同実施の形態の異方導電性材料２における導電性粒子１１の拡大断面図と実装途中工程の拡大断面図本発明の（実施の形態２）に係る実装工程を示す断面図本発明の（実施の形態３）の異方導電性材料２における導電性粒子１１の拡大断面図本発明の（実施の形態４）における電極形状を示す拡大断面図本発明の（実施の形態５）における電極形状を示す拡大断面図本発明の（実施の形態６）における電極形状を示す拡大断面図一般的な実装工程を示す断面図一般的な導電性粒子の拡大断面図短絡による実装障害の説明図

符号の説明

２異方導電性材料
３基板
４基板３の接続端子
５半導体チップ（電気部品）
６半導体チップ５の電極
７異方導電性材料２のエポキシ樹脂
８金属粒子のコア
９絶縁膜
１０導体膜
１１，１１Ａ，１１Ｂ導電性粒子
１２コア粒子
１３導電性メッキ
１４シリカ薄膜（絶縁膜）
１５凹凸
１６シリカ微粒子
１７金属微粒子

Claims

導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、樹脂材料中に分散させた
異方導電性材料。
導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、ペースト中に分散させた
異方導電性材料。
導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、シート中に分散させた
異方導電性材料。
前記導電性粒子は、
外力によって形状が変形する粒子の表面を、導電性メッキまたは導電性粒子で覆って、さらにその表面に電気絶縁性を付与した
請求項１〜請求項３の何れかに記載の異方導電性材料。
前記導電性粒子は、
導電性を有し外力によって形状が変形する粒子の表面に電気絶縁性を付与した
請求項１〜請求項３の何れかに記載の異方導電性材料。
電気部品を基板に実装するに際し、
電気部品の電極部または基板面の少なくとも一方を、導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の膜で覆われたマイクロカプセル状の導電性粒子、または導電材料を内部に持ち表面が電気絶縁性の微粒子で覆った導電性粒子を、樹脂材料中に分散させた異方導電性材料によってコーティングし、
前記基板面の実装位置にセットした前記電気部品と前記基板とを前記異方導電性材料を挟んで圧接させることによって表面に露出した前記導電材料によって電気部品の電極部と基板面とを電気接続した状態で前記樹脂材料を硬化させる
実装方法。
前記導電性粒子として、前記電気部品と前記基板との圧接によって形状が変形する粒子の表面を、導電性メッキまたは導電性粒子で覆って、さらにその表面に電気絶縁性を付与したものを使用する
請求項６記載の実装方法。
前記導電性粒子として、導電性を有し外力によって形状が変形する粒子の表面に電気絶縁性を付与したものを使用する
請求項６記載の実装方法。