JP2014067705A - 異方性導電材料、接続構造体及び接続構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る異方性導電材料は、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、熱硬化性成分と導電性粒子11とを含む。導電性粒子11は、基材粒子と、上記基材粒子の表面上に配置された導電層とを備える。上記基材粒子の線熱膨張係数は60℃〜200℃で2×10−5/℃以上、20×10−5/℃以下である。上記異方性導電材料を硬化させた硬化物の23℃での引張伸び率は2%以上、20%以下であり、かつ異方性導電材料を硬化させた硬化物の85℃での引張り伸びは0.5%の時の引張り強度が5MPa以上、20MPa以下である。
【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、異方性導電材料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、酸無水物及びカチオン硬化剤等が挙げられる。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。図3に導電性粒子の一例を示すように、導電性粒子11は、基材粒子12と、基材粒子12の表面上に配置された導電層13とを備える。上記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。上記導電性粒子は、導電性の外表面に突起を有していてもよい。
F:導電性粒子の10%圧縮変形における荷重値(N)
S:導電性粒子の10%圧縮変形における圧縮変位(mm)
R:導電性粒子の半径(mm)
L1:負荷を与えるときの原点用荷重値から反転圧縮荷重値に至るまでの圧縮変位(mm)
L2:負荷を解放するときの反転圧縮荷重値から原点用荷重値に至るまでの圧縮変位(mm)
上記異方性導電材料は、本発明の効果を損なわない範囲でフィラーを含んでもよい。フィラーの使用により、異方性導電材料の硬化物の熱線膨張率を抑制できる。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、アルミナ、ガラス、窒化ボロン、窒化ケイ素、シリコン、カーボン、グラファイト、グラフェン及びタルク等が挙げられる。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。熱伝導率が高いフィラーを用いると、本硬化時間を短縮することができる。
本発明に係る異方性導電材料は、ペースト状又はフィルム状の異方性導電材料であり、ペースト状の異方性導電材料であることが好ましい。ペースト状の異方性導電材料は、異方性導電ペーストである。フィルム状の異方性導電材料は、異方性導電フィルムである。異方性導電材料が異方性導電フィルムである場合、該導電性粒子を含む異方性導電フィルムに、導電性粒子を含まないフィルムが積層されてもよい。
導電性粒子A〜Eは、平均粒子径が3μmかつ樹脂粒子である基材粒子の表面に厚み770nmのニッケルめっき層が形成されており、かつ該ニッケルめっき層の表面に厚み320nmの金めっき層が形成されている導電層を有する導電性粒子である。また、導電性粒子A〜Eにおける基材粒子の熱線膨張係数、導電性粒子A〜Eの10%K値及び圧縮変形回復率は下記の値を示した。
導電性粒子B(基材粒子の線熱膨張係数:5.5×10−5/℃、10%K値:4.5N/mm2、23℃での圧縮変形回復率:50%)
導電性粒子C(基材粒子の線熱膨張係数:10.2×10−5/℃、10%K値:3N/mm2、23℃での圧縮変形回復率:45%)
導電性粒子D(基材粒子の線熱膨張係数:15.9×10−5/℃、10%K値:2N/mm2、23℃での圧縮変形回復率:40%)
導電性粒子E(基材粒子の線熱膨張係数:22×10−5/℃、10%K値:1.5N/mm2、23℃での圧縮変形回復率:30%)
導電性粒子B(ジビニルベンゼン:シクロヘキシルアクリレート=85:15)
導電性粒子C(ジビニルベンゼン:シクロヘキシルアクリレート=70:30)
導電性粒子D(ジビニルベンゼン:シクロヘキシルアクリレート=50:50)
導電性粒子E(ジビニルベンゼン:シクロヘキシルアクリレート=20:80)
EX−201P(ナガセケムテックス社製、レゾルシノールグリシジルエーテル)
HP−4032D(DIC社製、ナフタレングリシジルエーテル)
EP−3300P(ADEKA社製、可撓性エポキシ樹脂)
エポゴーセーPT(四日市合成社製、可撓性エポキシ樹脂)
EBECRYL3702(ダイセル・オルネクス社製(旧ダイセル・サイテック社製)、脂肪酸変性エポキシアクリレート)
EBECRYL3708(ダイセル・オルネクス社製(旧ダイセル・サイテック社製)、カプロラクトン変性エポキシアクリレート)
EBECRYL8405(ダイセル・オルネクス社製(旧ダイセル・サイテック社製)、ウレタンアクリレート)
4HBAGE(日本化成社製、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル)
TEP−2E4MZ(日本曹達社製、包摂イミダゾール)
イルガキュア819(BASF社製)
KBE−402(信越化学工業社製、シランカップリング剤)
表面メチル処理シリカ(平均粒径0.7mm)(トクヤマ社製)
ナノシリカPM20L(トクヤマ社製)
KW−8800(三菱レイヨン社製、コアシェル粒子)
(1)異方性導電ペーストの調製
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合して、遊星式攪拌機を用いて2000rpmで5分間攪拌することにより、配合物を得た。得られた配合物を、ナイロン製ろ紙(孔径10μm)を用いてろ過することにより、異方性導電ペーストを得た。
L/Sが15μm/15μmのITO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、バンプピッチ30μm、1電極あたりの電極面積が1500μm2の金バンプが下面に形成された半導体チップ(第2の接続対象部材、縦15mm×横1.6mm×厚み0.3mm)を用意した。
異方性導電ペーストの調製の際に、導電性粒子の種類を下記の表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、異方性導電ペーストを得た。得られた異方性導電ペーストを用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
接続構造体の作製の際に、半導体チップの大きさのみが異なり、縦0.7mm×横17mm×厚み0.3mmの大きさの半導体チップを用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合したこと以外は実施例1と同様にして、異方性導電ペーストを調製した。得られた異方性導電ペーストを用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
異方性導電ペーストの調製の際に、導電性粒子として、導電性粒子Fを用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
下記の表1に示す成分を下記の表1に示す配合量で配合したこと以外は実施例1と同様にして、異方性導電ペーストを調製した。得られた異方性導電ペーストを用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
異方性導電ペーストの調製の際に、導電性粒子として、EH20GNR(日本化学工業社製、平均粒子径5μm、基材粒子の線熱膨張係数:1.8×10−5/℃、)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、接続構造体を得た。
異方性導電ペーストの調製の際に、導電性粒子として、導電性粒子Eを用い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)導電性粒子における基材粒子の線熱膨張係数
導電性粒子における基材粒子と同一組成の板状試料(縦25mm×横4mm×厚さ1mm)を作製した。得られた板状試料を用いて、かつSeiko Instruments
Inc.社製「TMA SS120」を用いて、圧縮荷重法(TMA)により、昇温速度5℃/分の条件で、基材粒子の線熱膨張係数を測定した。
導電性粒子の23℃での圧縮弾性率(10%K値)を、微小圧縮試験機(フィッシャー社製「フィッシャースコープH−100」)を用いて測定した。
導電性粒子の23℃での圧縮変形回復率を、微小圧縮試験機(フィッシャー社製「フィッシャースコープH−100」)を用いて測定した。
得られた異方性導電ペーストをPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に厚みが20μmとなるように塗工した。次に、紫外線照射ランプを用いて、照射エネルギーが1500mJ/cm2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、光重合によって異方性導電ペースト層を半硬化させ、Bステージ化し、異方性導電ペースト層を得た。得られた導電ペースト層を重ね合わせた後、該異方性導電ペースト層に185℃で15分間を付与して、硬化物を得た。得られた硬化物を重ね合わせPETフィルムから剥離して、縦5mm×横50mm×厚み0.3mmの大きさに切断して、評価サンプルを得た。
85℃での引張り伸びが0.5%の時の引張り強度は、加熱プレートを用い、測定サンプルを85℃に加熱し、引張試験機を用いて、JIS K7161に準拠して、縦5mm×横50mm×厚み0.3mmの大きさの硬化物を用いて、1mm/分、チャック間距離40mm及び測定温度85℃の条件で、島津製作所社製「マイクロオートグラフMST−I」を用い、測定した。
上記(4)引張伸びの評価で得られた評価サンプルを用意した。アイティー計測制御社製「DVA−200」を用いて、評価サンプルの導電性粒子を除く部分のガラス転移温度を測定した。
上記(4)引張伸びの評価で得られた評価サンプルを用意した。アイティー計測制御社製「DVA−200」を用いて、昇温速度5℃/分、変形率0.1%、10Hzの条件で、評価サンプルの120℃での弾性率を測定した。
上記(4)引張伸びの評価で得られた評価サンプルを用意した。島津製作所社製「オートグラフAG−IS」を用いて、ATSM−E999に準じて3点曲げ試験片を用い、クロスヘッド速度1mm/分及び測定温度23℃の条件で、評価サンプルの平面ひずみ破壊靭性を測定した。
得られた接続構造体において、異方性導電ペーストが硬化した硬化物層にボイドが生じているか否かを、光学顕微鏡により観察した。ボイドの有無を下記の基準で判定した。ボイドが無いと接続信頼性が高くなり、ボイドが少ないほど接続信頼性が高くなる。
○:ボイド無し
△:僅かにボイドがあるが、電極のL/S、ピッチ以上のボイドはなし
×:隣接する電極間以上のサイズのボイドあり
得られた接続構造体を用いて、20箇所の抵抗値を4端子法にて評価した。導通性を下記の判定基準で判定した。
○:全ての箇所で抵抗値が3Ω以下である
△:少なくとも1箇所で抵抗値が3Ωを超えるが、全く導通していない箇所はない
×:全く導通していない箇所が1箇所以上ある
得られた接続構造体100個を、−30℃で5分間保持し、次に120℃まで25分で昇温し、120℃で5分間保持した後、−30℃まで25分で降温する過程を1サイクルとする冷熱サイクル試験を実施した。1000サイクル後に、接続構造体を取り出した。
得られた接続構造体15個を、85℃及び85%RHの条件で1000時間放置した後、上記(10)導通性の評価と同様にして、導通性を評価した。上記(10)の導通性の判定基準における結果が「○」である場合を「○」、導通性の判定基準における結果が「△」である場合を「△」、導通性の判定基準における結果が「×」である場合を「×」と判定した。
2…第1の接続対象部材
2a…上面
2b…電極
3…接続部
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
11…導電性粒子
12…基材粒子
13…導電層
Claims (12)
- 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、
前記導電性粒子は、基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された導電層とを備え、
前記基材粒子の線熱膨張係数が60℃〜200℃で2×10−5/℃以上、20×10−5/℃以下であり、
異方性導電材料を硬化させた硬化物の23℃での引張伸び率が2%以上、20%以下であり、かつ異方性導電材料を硬化させた硬化物の85℃での引張り伸びが0.5%の時の引張り強度が、5MPa以上、20MPa以下である、異方性導電材料。 - 異方性導電材料を硬化させた硬化物における前記導電性粒子を除く部分のガラス転移温度が80℃以上、150℃以下である、請求項1に記載の異方性導電材料。
- 前記導電性粒子の平均粒子径が1μm以上、10μm以下であり、圧縮変形回復率が30%以上であり、かつ10%圧縮変形したときの圧縮弾性率が1GPa以上、10GPa以下である、請求項1又は2に記載の異方性導電材料。
- 異方性導電材料を硬化させた硬化物の120℃での弾性率が500MPa以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の異方性導電材料。
- 異方性導電材料を硬化させた硬化物の平面ひずみ破壊靭性が1.5MPa・m1/2以上である、請求項1〜4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電気的に接続している接続部とを備え、
前記接続部が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の異方性導電材料を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。 - 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硬化させ、接続部を形成する工程とを備え、
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、
前記導電性粒子として、基材粒子と、前記基材粒子の表面上に配置された導電層とを備え、前記基材粒子の線熱膨張係数が60℃〜200℃で2×10−5/℃以上、20×10−5/℃以下である導電性粒子を用い、
前記異方性導電材料が硬化された前記接続部の23℃での引張伸び率を2%以上、20%以下にし、かつ前記異方性導電材料が硬化された前記接続部の85℃での引張り伸びが0.5%の時の引張り強度を5MPa以上、20MPa以下にする、接続構造体の製造方法。 - 前記異方性導電材料が硬化された前記接続部における前記導電性粒子を除く部分のガラス転移温度を80℃以上、150℃以下にする、請求項7に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記導電性粒子として、平均粒子径が1μm以上、10μm以下であり、圧縮変形回復率が30%以上であり、かつ10%圧縮変形したときの圧縮弾性率が1GPa以上、10GPa以下である導電性粒子を用いる、請求項7又は8に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記異方性導電材料が硬化された前記接続部の120℃での弾性率を500MPa以上にする、請求項7〜9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が硬化された前記接続部の平面ひずみ破壊靭性を1.5MPa・m1/2以上にする、請求項7〜10のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
- 前記半導体チップとして、厚みが0.5mm以下、かつアスペクト比が11以上である半導体チップを用いる、請求項7〜11のいずれか1項に記載の接続構造体の製造方法。
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