JP2012191195A - 接続構造体の製造方法、異方性導電材料及び接続構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る接続構造体1の製造方法では、電極2bを上面2aに有する第1の接続対象部材2上に、熱硬化性成分と導電性粒子5とを含む異方性導電材料を用いた異方性導電材料層を配置する工程と、該異方性導電材料層の上面3aに、電極4bを下面4aに有する第2の接続対象部材4を積層する工程と、異方性導電材料層を加熱して本硬化させ、硬化物層3を形成する工程とを備える。第2の接続対象部材4及び第1の接続対象部材2として、半導体チップとガラス基板とを用いる。本硬化前の上記異方性導電材料層の25℃での貯蔵弾性率G’25を1×105Pa以上、1×107Pa以下にし、本硬化前の上記異方性導電材料層を25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minを5×102Pa以上、1×105Pa以下にする。
【選択図】図1
Description
上記熱硬化性化合物は熱硬化性を有する。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
光の照射によって硬化するように、上記異方性導電材料は、光硬化性化合物を含むことが好ましい。光の照射により光硬化性化合物を半硬化(Bステージ化)させ、硬化性化合物の流動性を低下させることができる。
上記熱硬化剤は特に限定されない。上記熱硬化剤として、従来公知の熱硬化剤を用いることができる。上記熱硬化剤としては、イミダゾール硬化剤、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、ポリチオール硬化剤及び酸無水物等が挙げられる。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記光硬化開始剤は特に限定されない。上記光硬化開始剤として、従来公知の光硬化開始剤を用いることができる。上記光硬化開始剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記異方性導電材料に含まれている導電性粒子は、第1,第2の接続対象部材の電極間を電気的に接続する。上記導電性粒子は、導電性を有する粒子であれば特に限定されない。導電性粒子の導電層の表面が絶縁層により被覆されていてもよい。この場合には、接続対象部材の接続時に、導電層と電極との間の絶縁層が排除される。上記導電性粒子としては、例えば、有機粒子、無機粒子、有機無機ハイブリッド粒子もしくは金属粒子等の表面を金属層で被覆した導電性粒子、又は実質的に金属のみで構成される金属粒子等が挙げられる。上記金属層は特に限定されない。上記金属層としては、金層、銀層、銅層、ニッケル層、パラジウム層又は錫を含有する金属層等が挙げられる。
上記異方性導電材料は、フィラーを含むことが好ましい。フィラーの使用により、異方性導電材料の硬化物の潜熱膨張を抑制できる。上記フィラーの具体例としては、シリカ、窒化アルミニウム及びアルミナ等が挙げられる。フィラーは1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
(1)異方性導電ペーストの調製
熱硬化性化合物であるエポキシ化合物(ナガセケムテックス社製「EP−201P」)5重量部と、熱硬化性化合物であるエポキシ化合物(DIC社製「EPICLON HP−4032D」)10重量部と、熱硬化剤であるイミダゾールのアミンアダクト体(味の素ファインテクノ社製「PN−F」))4重量部と、光硬化性化合物であるエポキシアクリレート(ダイセル・サイテック社製「EBECRYL3608」)8重量部と、光ラジカル開始剤であるアシルホスフィンオキサイト系化合物(BASFジャパン社製「IRGACURE TPO」)0.1重量部と、硬化促進剤である2−エチル−4−メチルイミダゾール1重量部と、フィラーであるアルミナ(平均粒子径0.5μm)10重量部とを配合し、さらに導電性粒子A(平均粒径3μm)を配合物100重量%中での含有量が10重量%となるように添加した後、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌することにより、異方性導電ペーストを得た。
L/Sが15μm/15μmのAl−4%Ti電極パターンが上面に形成された透明ガラス基板(第1の接続対象部材)を用意した。また、L/Sが15μm/15μm、1電極あたりの電極面積が1500μm2の銅電極パターンが下面に形成された半導体チップ(第2の接続対象部材)を用意した。
接続構造体を作製する際に、下記の表1に示す照射エネルギーとなるように、異方性導電ペースト層に上方から紫外線を照射したこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
(1)異方性導電フィルムの調製
熱硬化性化合物であるフェノキシ樹脂(Inchem社製「PKHC」、重量平均分子量43000)15重量部と、熱硬化性化合物であるエポキシ化合物(ナガセケムテックス社製「EP−201P」)5重量部と、熱硬化性化合物であるエポキシ化合物(DIC社製「EPICLON HP−4032D」)10重量部と、熱硬化剤であるイミダゾールのアミンアダクト体(味の素ファインテクノ社製「PN−F」)4重量部と、硬化促進剤である2−エチル−4−メチルイミダゾール1重量部とを配合し、実施例1で用いた導電性粒子Aを配合物100重量%中での含有量が10重量%となるように添加し、更に固形分が35重量%となるよう溶剤であるトルエンを配合した後、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌することにより、組成物を得た。
L/Sが15μm/15μmのAl−4%Ti電極パターンが上面に形成された透明ガラス基板(第1の接続対象部材)を用意した。また、L/Sが15μm/15μm、1電極あたりの電極面積が1500μm2の銅電極パターンが下面に形成された半導体チップ(第2の接続対象部材)を用意した。
異方性導電フィルムを調製する際に、フェノキシ樹脂(Inchem社製「PKHC」、重量平均分子量43000)を、フェノキシ樹脂(Inchem社製「PKHH」、重量平均分子量57000)に変更したこと以外は実施例5と同様にして、異方性導電フィルムを得た。得られた異方性導電フィルムを用いたこと以外は実施例5と同様にして、接続構造体を得た。
異方性導電フィルムを調製する際に、フェノキシ樹脂(Inchem社製「PKHC」、重量平均分子量43000)を、フェノキシ樹脂(東都化成社製「YP−50」、重量平均分子量70000)に変更したこと以外は実施例5と同様にして、異方性導電フィルムを得た。得られた異方性導電フィルムを用いたこと以外は実施例5と同様にして、接続構造体を得た。
平均粒子径3μmのジビニルベンゼン樹脂粒子(積水化学工業社製「ミクロパールSP−203」)を無電解ニッケルめっきし、樹脂粒子の表面上に厚さ0.1μmの下地ニッケルめっき層を形成した。次いで、下地ニッケルめっき層が形成された樹脂粒子を電解銅めっきし、厚さ0.5μmの銅層を形成した。更に、錫及びビスマスを含有する電解めっき液を用いて、電解めっきし、厚さ1μmのはんだ層を形成した。このようにして、樹脂粒子の表面上に厚み1μmの銅層が形成されており、該銅層の表面に厚み3μmのはんだ層(錫:ビスマス=43重量%:57重量%)が形成されている導電性粒子Bを作製した。
接続構造体を作製する際に、下記の表1に示す照射エネルギーとなるように、異方性導電ペースト層に上方から紫外線を照射したこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
異方性導電フィルムを調製する際に、フェノキシ樹脂(Inchem社製「PKHC」、重量平均分子量43000)を、フェノキシ樹脂(Inchem社製「PKHB」、重量平均分子量32000)に変更したこと以外は実施例5と同様にして、異方性導電フィルムを得た。得られた異方性導電フィルムを用いたこと以外は実施例5と同様にして、接続構造体を得た。
異方性導電フィルムを調製する際に、フェノキシ樹脂(東都化成社製「YP−50」、重量平均分子量70000)の配合量を25重量部に変更したこと、並びに熱硬化性化合物であるエポキシ化合物(DIC社製「EPICLON HP−4032D」)を配合しなかったこと以外は実施例7と同様にして、異方性導電フィルムを得た。得られた異方性導電フィルムを用いたこと以外は実施例5と同様にして、接続構造体を得た。
(1)25℃での貯蔵弾性率G’25
接続構造体の作製時における本硬化前の異方性導電材料層を、50℃に加温したラミネーターを用いて積層し、厚み500μm以上の測定用サンプルを作製し、25℃での貯蔵弾性率G’25を測定した。回転型動的粘弾性装置(レオロジク インスツルメンツ社製「VAR−100」)を用いて、周波数1Hz、歪み1.0E−2及び測定温度25℃の条件で測定を行った。
接続構造体の作製時における本硬化前の異方性導電材料層を、50℃に加温したラミネーターを用いて積層し、厚み500μm以上の測定用サンプルを作製した。得られたサンプルを25℃から250℃まで加熱して、最低損失弾性率G’’minを測定した。回転型動的粘弾性装置(レオロジカ インスツルメンツ社製「VAR−100」)を用いて、周波数1Hz、歪み1.0E−2の条件で、かつ25℃から250℃まで、昇温速度5℃/分にて加熱する条件で測定を行った。損失弾性率G’’が最も小さくなる値を、最低損失弾性率G’’minとした。
得られた接続構造体における100箇所の導電性粒子と電極との接続部分について、電極に形成された圧痕の状態を観察した。
○○:100箇所の接続部分中、明らかな球状の圧痕が平均25個以上
○:100箇所の接続部分中、明らかな球状の圧痕が平均5個以上、25個未満
×:100箇所の接続部分中、明らかな球状の圧痕が平均5個未満
得られた接続構造体において、異方性導電材料層により形成された硬化物層に空隙(ボイド)が生じているか否かを、透明ガラス基板の下面側から光学顕微鏡にて、空隙(ボイド)の発生面積を算出し、下記の基準で判定した。
○○:空隙(ボイド)の発生面積が2.5%未満
○:空隙(ボイド)の発生面積が2.5%以上、5%未満
×:空隙(ボイド)の発生面積が5%以上、又は20μm以上の大きさの空隙(ボイド)がある
得られた20個の接続構造体の上下の電極間の接続抵抗をそれぞれ、4端子法により測定した。20個の接続構造体の接続抵抗の平均値を求めた。なお、電圧=電流×抵抗の関係から、一定の電流を流した時の電圧を測定することにより接続抵抗を求めることができる。接続抵抗を下記の判定基準で判定した。
○○:接続抵抗の平均値が3Ω未満
○:接続抵抗の平均値が3Ωを超え、5Ω以下
×:接続抵抗の平均値が5Ωを超える、又は測定不可な接続構造体がある
2…第1の接続対象部材
2a…上面
2b…電極
2c…凹部(圧痕)
3…硬化物層
3a…上面
3A…異方性導電材料層
3B…Bステージ化された異方性導電材料層
4…第2の接続対象部材
4a…下面
4b…電極
5…導電性粒子
Claims (13)
- 半導体チップとガラス基板とを接続する接続構造体の製造方法であって、
電極を上面に有する第1の接続対象部材上に、熱硬化性成分と導電性粒子とを含む異方性導電材料を用いた異方性導電材料層を配置する工程と、
前記異方性導電材料層の上面に、電極を下面に有する第2の接続対象部材を積層する工程と、
前記異方性導電材料層を加熱して本硬化させ、硬化物層を形成する工程とを備え、
本硬化前の前記異方性導電材料層の25℃での貯蔵弾性率G’25を1×105Pa以上、1×107Pa以下にし、本硬化前の前記異方性導電材料層を25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minを5×102Pa以上、1×105Pa以下にし、
前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材として、半導体チップとガラス基板とを用いる、接続構造体の製造方法。 - 本硬化前に、前記異方性導電材料層に熱を付与又は光を照射することにより硬化を進行させて、Bステージ化された異方性導電材料層を形成する工程をさらに備え、
本硬化前の前記異方性導電材料層が、Bステージ化された異方性導電材料層であり、
前記異方性導電材料層に光を照射する場合には、前記異方性導電材料として、熱硬化性成分と光硬化性成分と導電性粒子とを含む異方性導電材料を用いる、請求項1に記載の接続構造体の製造方法。 - 本硬化前に、前記異方性導電材料層に光を照射することにより硬化を進行させて、Bステージ化された異方性導電材料層を形成する工程をさらに備え、
本硬化前の前記異方性導電材料層が、Bステージ化された異方性導電材料層であり、
前記異方性導電材料として、熱硬化性成分と光硬化性成分と導電性粒子とを含む異方性導電材料を用いる、請求項1に記載の接続構造体の製造方法。 - 前記異方性導電材料として、エポキシ基又はチイラン基を有する化合物と、(メタ)アクリロイル基を有する化合物と、熱硬化剤と、光硬化開始剤と、導電性粒子とを含む異方性導電材料を用いる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記異方性導電材料として、エポキシ基又はチイラン基を有する化合物と、(メタ)アクリロイル基を有する化合物と、熱硬化剤と、光ラジカル開始剤と、導電性粒子とを含む異方性導電材料を用いる、請求項4に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記異方性導電材料として、異方性導電ペーストを用いる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
- 半導体チップとガラス基板とを接続するために用いられる異方性導電材料であって、
熱硬化性成分と導電性粒子とを含み、
25℃での貯蔵弾性率G’25が、1×105Pa以上、1×107Pa以下であり、25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minが、5×102Pa以上、1×105Pa以下である、異方性導電材料。 - 熱の付与又は光の照射により硬化を進行させて、Bステージ化された異方性導電材料を形成した後、Bステージ化された異方性導電材料を加熱して本硬化させる用途に用いられ、
前記25℃での貯蔵弾性率G’25が、Bステージ化された異方性導電材料の25℃での貯蔵弾性率G’25であり、前記25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minが、Bステージ化された異方性導電材料を25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minであり、
光の照射により硬化を進行させる異方性導電材料である場合には、熱硬化性成分と光硬化性成分と導電性粒子とを含む、請求項7に記載の異方性導電材料。 - 光の照射により硬化を進行させて、Bステージ化された異方性導電材料を形成した後、Bステージ化された異方性導電材料を加熱して本硬化させる用途に用いられ、
前記25℃での貯蔵弾性率G’25が、Bステージ化された異方性導電材料の25℃での貯蔵弾性率G’25であり、前記25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minが、Bステージ化された異方性導電材料を25℃から250℃まで加熱したときの最低損失弾性率G’’minであり、
熱硬化性成分と光硬化性成分と導電性粒子とを含む、請求項7に記載の異方性導電材料。 - エポキシ基又はチイラン基を有する化合物と、(メタ)アクリロイル基を有する化合物と、熱硬化剤と、光硬化開始剤と、導電性粒子とを含む、請求項7〜9のいずれか1項に記載の異方性導電材料。
- エポキシ基又はチイラン基を有する化合物と、(メタ)アクリロイル基を有する化合物と、熱硬化剤と、光ラジカル開始剤と、導電性粒子とを含む、請求項10に記載の異方性導電材料。
- 異方性導電ペーストである、請求項7〜11のいずれか1項に記載の異方性導電材料。
- 電極を上面に有する第1の接続対象部材と、
電極を下面に有する第2の接続対象部材と、
前記第1の接続対象部材と前記第2の接続対象部材とを接続している硬化物層とを備え、
前記硬化物層が、請求項7〜12のいずれか1項に記載の異方性導電材料を加熱して本硬化させることにより形成されており、
前記第2の接続対象部材及び前記第1の接続対象部材が、半導体チップとガラス基板とである、接続構造体。
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