JP2010268010A - 電子部品、並びに、接合体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材と、前記基材上に立設され、少なくとも表面が導電性部材で形成され、突出部を有する電極とを有し、前記突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に形成された角部に、被覆材が被覆され、前記被覆された被覆材の最大高さが、前記電極の最大高さの90%以下である接合体である。
【選択図】図1
Description
前記フリップチップ実装の1つとして、回路基板上の実装領域に異方性導電フィルムを介在させて、その上から、半導体チップを装着機で位置決めすると共に、加熱及び押圧手段により異方性導電フィルムにおける樹脂を硬化させて実装する方法が知られている。
通常、バンプは、メッキにより半導体基板に接合されているため、特に、バンプの基部(付け根部分、エッジ部分)の機械的強度が低い。よって、バンプが、押圧手段により押圧されると、バンプの基部から、亀裂が生じたり、破損したりする。バンプの基部に、亀裂が生じたり、破損したりすると、亀裂乃至破損部分から金属イオンが溶出(マイグレーション)して、腐食や剥離を引き起こすという問題があった。また、半導体チップにおけるバンプと回路基板における端子とを、異方性導電フィルムを介して接続する際に、バンプの基部に、異方性導電フィルムが充填されていない隙間ができてしまい、異方性導電フィルムの充填効率が低くなってしまうという問題があった。
<1> 基材と、前記基材上に立設され、少なくとも表面が導電性部材で形成され、突出部を有する電極とを有し、前記突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に形成された角部に、被覆材が被覆され、前記被覆された被覆材の最大高さが、前記電極の最大高さの90%以下であることを特徴とする電子部品である。
<2> 電極が突出部からなり、該突出部の基部が、前記電極と基材との接続界面の端部である前記<1>に記載の電子部品である。
<3> 電極が、基材表面に形成された基層と、該基層から突出する突出部とを有し、前記突出部の基部が、前記突出部と前記基層との境界である前記<1>に記載の電子部品である。
<4> 導電性部材が、金、パラジウム及びニッケルから選択される少なくとも1種を含む前記<1>から<3>のいずれかに記載の電子部品である。
<5> 被覆材が絶縁性樹脂を含む前記<1>から<4>のいずれかに記載の電子部品である。
<6> 絶縁性樹脂が、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくともいずれかを含み、かつ熱及び光のいずれかにより硬化される前記<5>に記載の電子部品である。
<7> 前記<1>から<6>のいずれかに記載の電子部品と、端子を有する他の電子部品と、前記電子部品と前記他の電子部品間に介在する異方性導電フィルムとを有することを特徴とする接合体である。
<8> 前記<7>に記載の接合体を製造する接合体の製造方法において、突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に形成された角部に被覆材を被覆する被覆工程と、異方性導電フィルムを、電子部品に対向するように、他の電子部品上に配設し、前記電子部品を前記他の電子部品に向かって加熱しながら押圧する押圧工程とを含むことを特徴とする接合体の製造方法である。
<9> 被覆工程が、被覆材を含む塗布液をスピンコートにより塗布することを含む前記<8>に記載の接合体の製造方法である。
本発明の電子部品は、基材と、該基材上に立設された電極とを少なくとも有し、更に、必要に応じて適宜選択した、その他の部材を有する。
前記基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体基板、セラミック基板、プラスチック基板、などが挙げられる。
前記基材の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Auメッキバンプ付きLSI、FPC(フレキシブルプリント配線板)、などが挙げられる。
前記基材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリコンウェハ、セラミック、ポリイミド、などが挙げられる。
前記電極としては、少なくとも表面が導電性部材で形成され、突出部を有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、バンプなどが挙げられる。
前記導電性部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金、パラジウム、ニッケル、などが挙げられる。
前記突出部としては、該突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に角部が形成されている限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記角部は、前記突出部の突出方向に平行な断面において、少なくとも1本の直線を含む、基部を構成する2本の線(2本の直線、又は、1本の直線及び1本の曲線)が交差して形成される部分を意味する。
また、前記角部は、曲部を一部に含むことを完全に除外するものではなく、図10に示すように、電極部の角部の接線の角度θが5°以上である曲部を一部に含んでいてもよい。
電子部品を硬化性樹脂で硬化させた後、突出部の突出方向に平行な面で切断する。ここで、前記突出方向側から前記電子部品を視たときに、各切断面が約45°おきに形成されるように切断する。そして、各切断面を電子顕微鏡などを用いて観察し、前記突出部の基部に形成された角部が被覆材で被覆されたか否かを分析する。ここで、各断面における角部の少なくとも1つに被覆材が被覆されていれば、角部が被覆材で被覆されたものとする。
接合体を硬化性樹脂で硬化させた後、突出部の突出方向に平行な面で切断する。ここで、前記突出方向側から前記接合体を視たときに、各切断面が約45°おきに形成されるように切断する。そして、各切断面を電子顕微鏡などを用いて観察し、前記突出部の基部に形成された角部が被覆材で被覆されたか否かを分析する。ここで、各断面における角部の少なくとも1つに被覆材が被覆されていれば、角部が被覆材で被覆されたものとする。
なお、前記角部の周辺に形成された材料と、異方性導電フィルム中央部付近の材料とについて、それぞれ、元素分析、成分分析などを行うことによって、前記角部が被覆材で被覆されているか、或いは、前記角部が異方性導電フィルムにおけるバインダーで被覆されているかを判別することができる。
前記被覆材の電極の周方向に関する形成領域としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、電極の周側面の全周に亘って形成されていても、電極の周側面の一部に形成されていてもよい。
前記被覆された被覆材の形状としては、角部を覆うことが可能な形状である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、図7に示す形状(突出部の突出方向に平行な断面において曲線を含む形状)、図8に示す形状(突出部の突出方向に平行な断面において直線を含む形状)、図9に示す形状(突出部の突出方向に平行な断面において基材及び電極に沿った形状(L字形状))などが挙げられる。
これらの中でも、角部に応力が集中するのをより防止することができる点で、角部を含まない形状(図7及び図8に示す形状)が好ましいが、被覆材の形状はこれらに限定されるものではなく、場合に応じて適宜選択することができる。
また、前記被覆材は、導電性材料及び絶縁性材料のいずれであってもよいが、電極間距離を狭めることがなく、電極間のショートを防止することができる点で、絶縁性材料が好ましい。
前記絶縁性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、
塗布の容易さ、入手のし易さ、耐腐食性の点で、絶縁性樹脂が好ましい。
前記絶縁性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、塗布の容易さ、入手のし易さ、耐腐食性、樹脂強度の点で、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくともいずれかを含み、かつ熱及び光のいずれかにより硬化されるものであることが好ましい。
前記熱硬化時の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、300℃以下が好ましく、200℃以下が特に好ましい。
前記温度が、300℃より高いと、硬化時から冷却時において歪が発生する場合がある。一方、硬化温度が160℃以下であると、硬化反応が不十分となることがあるが、硬化性樹脂、硬化剤の最適化、加熱工程(熱処理工程)を更に追加することにより、改善できる。よって、前記温度の下限を規定する必要はない。
前記被覆された被覆材の最大高さとしては、電極の最大高さの90%以下である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記電極の最大高さの2%以上(0.5μm以上)90%以下が好ましい。
前記被覆された被覆材の最大高さが、前記電極の最大高さの90%を超えると、ファインピッチに対応することができない。一方、前記被覆された被覆材の最大高さが前記特に好ましい範囲内であると、ファインピッチ用電極の強度を向上させることができ、更に、接続信頼性も向上させることができる点で有利である。
前記被覆された被覆材の最大高さは、突出部の突出方向に関する、被覆材が被覆された表面と該表面から最も離れた被覆材部分との距離を意味し、図1及び図2では、H1で表され、通常、2μm〜3μmである。
前記被覆された被覆材の最大高さは、後述する塗布液の塗布量、塗布液の塗布方法、電極間の距離、電極が形成されていない基材部分の面積、塗布液中に含まれる被覆材量、被覆材と基材表面との親和性、被覆材と電極の表面との親和性、などを、調整することによって、調整することができる。
また、前記電極の最大高さは、突出部の突出方向に関する、電極が立設された基材表面と該基材表面から最も離れた電極部分との距離を意味し、図1及び図2では、H2で表され、通常10μm〜30μmである。ここで、前記基材は、基板及び電極間に配設され得る電極パッド、保護絶縁膜、バリアメタル等も含む概念である。
なお、図3に示すように、被覆材30が、電極20における端子(不図示)と対向する面20dに被覆されている(被覆された被覆材の最大高さが、電極の最大高さよりも高い)と、電極20と端子(不図示)とを電気的に接続することができないことがある。
前記二層構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、図2に示すように、表面に形成された第1の層(導電層)21と、内部に形成された第2の層22とを有する二層構造、などが挙げられる。なお、第2の層は、必ずしも導電性である必要はなく、非導電性であってもよい。
本発明の接合体は、少なくとも、本発明の電子部品と、他の電子部品と、異方性導電フィルムとを有してなり、更に、必要に応じて適宜選択した、その他の部材を有する。
前記他の電子部品としては、端子を有するものである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、セラミック基板、ポリイミド基板等のプラスチック基板、などが挙げられる。
前記端子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、配線、金属配線、導電性ペーストによる印刷配線などが挙げられる。
前記異方性導電フィルム(ACF)としては、導電性粒子と、バインダーとを少なくと
も含むフィルムである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記導電性粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、従
来の異方性導電接着剤に用いられているものと同じ構成の数平均粒子径が1μm〜50μmの金属粒子又は金属被覆樹脂粒子を使用することができる。
前記金属粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ニッケル、コバルト、銅などが挙げられる。それらの表面酸化を防ぐ目的で、表面に金、パラジウムを施した粒子を用いてもよい。更に、表面に金属突起や有機物で絶縁被膜を施したものを用いてもよい。
前記金属被覆樹脂粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することがで
き、例えば、ニッケル、コバルト、銅等の1種以上の金属でメッキを施した真球状の粒子、などが挙げられる。同様に、最外表面に金、パラジウムを施した粒子を用いてもよい。更に、表面に金属突起や有機物で絶縁被膜を施したものを用いてもよい。
前記バインダーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例
えば、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂等の熱硬化樹脂などが挙げられる。
本発明の接合体の製造方法は、少なくとも、被覆工程と、押圧工程とを含んでなり、更に、必要に応じて適宜選択した、その他の工程を含む。
前記被覆工程は、突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に形成された角部に被覆材を被覆する工程である。
前記被覆は、前記被覆材を可溶溶剤に溶解させた塗布液を塗布し、前記被覆材を硬化させることなどにより行うことができる。なお、該被覆は、前記電子部品のダイシング前後のいずれに行ってもよい。
前記塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコート、スプレー塗布、などが挙げられる。
例えば、前記塗布液をスピンコートにより前記電子部品の基材上に薄く塗布すると、前記塗布液が表面張力により突出部の基部に形成された角部に集まり、角部を含まない形状(図7、図8)の被覆材が形成される。
前記硬化の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、加熱、紫外線(UV)照射、電子線(EB)照射、水分付与、などが挙げられる。
前記硬化は、完全に硬化することだけではなく、半硬化することも含む。該半硬化の場合は、残りの硬化が後述する押圧工程でに加熱等により行われる。
前記押圧工程は、異方性導電フィルムを、電子部品に対向するように、他の電子部品上に配設し、前記電子部品を前記他の電子部品に向かって加熱しながら押圧する工程である。
前記圧力が0.1MPa未満であると、押圧力不足により導通が得られないことがあり、10MPaを超えると、スプリングバックにより導通が得られないことがある。一方、前
記圧力が前記特に好ましい範囲内であると、導通の安定性の点で有利である。
前記加熱温度が90℃未満であると、硬化に時間を要することがあり、280℃を超え
ると、残留応力が大きくなることがある。一方、前記加熱温度が前記特に好ましい範囲内
であると、接続信頼性の点で有利である。
前記押圧時間が3秒間未満であると、充分に樹脂が硬化しないことがあり、300秒
間を超えると、生産性が低下することがある。一方、前記押圧時間が前記特に好ましい
範囲内であると、生産性と接続信頼性の点で有利である。
前記押圧工程により、図4に示すように、電子部品としての半導体チップ100における電極20と、他の電子部品としての回路基板200上の端子40とが異方性導電フィルム50における導電性粒子60を介して、電気的に接続される。
−樹脂被覆−
前記樹脂被覆は、半導体ウェハ(ダイシングにより個片化し、チップとする前段階)における樹脂被覆と同様に以下のように行った。
エポキシ樹脂及びアクリル樹脂を加熱攪拌して調製した塗布液を、スピンコータを用いて10,000rpmの回転数で、半導体基板表面の材質が金の半導体ウェハにおける半導体基板上にスピンコートし、乾燥することにより、樹脂被覆を行った半導体チップを作製した。
その結果、図1に示すように、バンプと半導体基板との接続界面の端部に形成された角部を覆うように、塗布液中の絶縁性樹脂が被覆されたことを、下記樹脂被覆分析により確認した。なお、被覆樹脂の最大高さ及びバンプ最大高さを、下記方法により測定したところ、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、0.2であった(図1)。また、バンプ底面(回路基板における端子との接続部分)には、塗布液中の絶縁性樹脂が被覆されていないことをバンプ底面を観察することにより確認した。
半導体チップを硬化性樹脂で硬化させた後、バンプの突出方向に平行な面で切断した。ここで、前記突出方向側から前記半導体チップを視たときに、各切断面が約45°おきに形成されるように切断した。そして、各切断面を電子顕微鏡を用いて観察した。
回路基板としてのITOパターンガラスに異方性導電フィルム(商品名:CP6920F3、ソニーケミカル&インフォメーションデバイス社製)を貼り付けた後、作製した半導体チップを位置合わせして、半導体チップと回路基板との接合を行った。接合条件は200℃/60MPa/5秒間で行い、接合体を作製した。作製した接合体について、下記の耐腐食性試験、接続信頼性試験、を行った。
耐腐食性を下記測定方法で測定し、下記評価基準で評価した。結果を表1に示す。
−測定方法−
作製した接合体を、85℃、85%RHの恒温槽中に入れ、電極間に30Vの電圧を印加した状態で12時間放置した。その後、電極に変色や欠陥、断線等が発生したか否かを、ITOパターンガラスの表面及び裏面から光学顕微鏡(オリエンテック社製)を用いて観察し、以下の基準に従って評価した。
−評価基準−
◎:変色・欠陥・断線等が発生していない。
○:変色・欠陥・断線等がわずかに発生しているが、実用上問題の無い状態。
△:変色・欠陥・断線等が発生している。
×:変色・欠陥・断線等が著しく発生している。
接続信頼性試験を下記測定方法で測定し、下記評価基準で評価した。結果を表1に示す。
−測定方法−
作製した接合体について、4端子法を用いて電流1mAを流したときの接続抵抗を、200ポイント測定し、その最大値、最小値及び平均値を算出した。なお、測定は、接続初期と、85℃、85%の高温高湿下にて、500時間経過後に行った。
−評価基準−
○:初期、高温・高湿試験後共に良好。
△:初期は良好だが、高温・高湿試験後に抵抗が著しく高い
×:初期、高温・高湿試験後に抵抗が著しく高い
実施例1において、スピンコータの回転数を10,000rpmから6,000rpmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、0.4であった。結果を表1に示す。
実施例1において、スピンコータの回転数を10,000rpmから4,000rpmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、0.6であった。結果を表1に示す。
実施例1において、スピンコータの回転数を10,000rpmから2,500rpmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、0.8であった。結果を表1に示す。
実施例1において、スピンコータの回転数を10,000rpmから2,000rpmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、0.9であった。結果を表1に示す。
実施例1において、スピンコータの回転数を10,000rpmから1,500rpmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、接続信頼性試験の被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、1.0であった(図5)。結果を表1に示す。
実施例1において、スピンコータの回転数を10,000rpmから1,000rpmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、1.1であった(図3)。結果を表1に示す。
実施例1において、絶縁性樹脂を含む塗布液をスピンコートする代わりに、絶縁性樹脂を含む塗布液をスピンコートしなかった以外は、実施例1と同様にして、接合体の作製、耐腐食性試験、接続信頼性試験を行った。なお、被覆樹脂の最大高さ/バンプ最大高さは、0であった(図6)。結果を表1に示す。
15 接続界面
20 電極
20a 基部
20b 基層
20c 境界部
20d 面
20e 突出部
21 第1の層
22 第2の層
30 被覆材
40 端子
50 異方性導電フィルム
60 導電性粒子
100 半導体チップ
200 回路基板
Claims (9)
- 基材と、
前記基材上に立設され、少なくとも表面が導電性部材で形成され、突出部を有する電極とを有し、
前記突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に形成された角部に、被覆材が被覆され、
前記被覆された被覆材の最大高さが、前記電極の最大高さの90%以下であることを特徴とする電子部品。 - 電極が突出部からなり、該突出部の基部が、前記電極と基材との接続界面の端部である請求項1に記載の電子部品。
- 電極が、基材表面に形成された基層と、該基層から突出する突出部と有し、前記突出部の基部が、前記突出部と前記基層との境界である請求項1に記載の電子部品。
- 導電性部材が、金、パラジウム及びニッケルから選択される少なくとも1種を含む請求項1から3のいずれかに記載の電子部品。
- 被覆材が絶縁性樹脂を含む請求項1から4のいずれかに記載の電子部品。
- 絶縁性樹脂が、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくともいずれかを含み、かつ熱及び光のいずれかにより硬化される請求項5に記載の電子部品。
- 請求項1から6のいずれかに記載の電子部品と、端子を有する他の電子部品と、前記電子部品と前記他の電子部品間に介在する異方性導電フィルムとを有することを特徴とする接合体。
- 請求項7に記載の接合体を製造する接合体の製造方法において、
突出部の突出方向に平行な断面における、該突出部の基部に形成された角部に被覆材を被覆する被覆工程と、
異方性導電フィルムを、電子部品に対向するように、他の電子部品上に配設し、前記電子部品を前記他の電子部品に向かって加熱しながら押圧する押圧工程とを含むことを特徴とする接合体の製造方法。 - 被覆工程が、被覆材を含む塗布液をスピンコートにより塗布することを含む請求項8に記載の接合体の製造方法。
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