JP2748713B2

JP2748713B2 - 接続部材

Info

Publication number: JP2748713B2
Application number: JP3066238A
Authority: JP
Inventors: 功塚越; 泰史後藤; 敦夫中島; 共久太田; 豊山口; 達夫伊藤
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH04301382A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対峙する微小電極を
電気的に接続すると共に接着固定するのに用いる接続部
材に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、チップコンデンサ等の半
導体チップの電極を、ガラスや剛性樹脂或いは金属等よ
りなる基板の表面に所定回路を形成してなる基板回路上
に直接接続する方法、あるいはこれら基板回路同士の接
続などの、いわゆる高密度電極の接続方法として、これ
らの相対峙する電極（もしくは回路）間に接着剤を主成
分とする接続部材を介して接続する方法が知られてい
る。

【０００３】この接続部材としては、例えば実開昭６２
−１０７４４４号公報にみられるように絶縁性接着剤中
にカーボン、ニッケル、半田及び表面に導電層を形成し
たプラスチック粒子などの導電粒子を混入した異方導電
性接着剤を用いて加圧により厚み方向に電気的接続を得
る場合と、導電材料を用いずに絶縁性接着剤のみで、接
続時の加圧で電極面の直接接触により電気的接続を得
て、残余の接着剤を回路外に排除して接続する方法とが
知られている。

【０００４】高密度電極の代表例として半導体チップの
場合についてみると、チップ面にバンプと呼ばれる突出
電極が形成されている場合が多く、このバンプはまた基
板回路上に設ける場合もある。いずれの場合もバンプ形
成は、複雑な工程が必要であり不良の発生と歩留りの低
下や、バンプ材料であるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びはんだ等
の貴重な金属の消費により、製造コストが高い問題点を
有している。

【０００５】この為、半導体チップを回路材料である例
えばアルミ配線のまま、もしくはその上に金属の拡散防
止用バリヤメタル層を形成した状態で接続電極とするバ
ンプレスボンディングの試みも一部で行われているが、
特性が不十分なことから実用化が困難な状況にある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】導電粒子を用いた接着
剤による接続方式は、電気的接続の信頼性向上の為に電
極上の粒子数を増加させると、隣接電極間にも粒子が高
密度な状態で存在してしまい絶縁性が不十分となった
り、リークやショートを発生するなど絶縁性の保持に問
題を生じてしまう。逆に粒子数を減少すると電極上の粒
子数が不十分となり接続信頼性が低下する。この相反す
る傾向は、接続時の加熱加圧などにより、導電粒子が接
着剤と共に電極上から流出する現象により更に助長さ
れ、例えばピッチ９０μｍ以下といった高密度な接続に
対応することが困難な状況となってきた。

【０００７】また絶縁性接着剤による接続方式では、隣
接電極間の絶縁性は良好であるが、バンプ高さにバラツ
キがあることから、確実な接続信頼性を得難い欠点を有
している。すなわち、１チップあたりのバンプ数は、例
えば１０〜５００個と多数であり、バンプの高さは１〜
５０μｍ程度である。これら多数の電極を例えば０．５
μｍ以内のバラツキで形成管理することは極めて困難で
ある。バンプ高さが不均一であると、高さの大きいバン
プは容易に基板回路面に接触できるが、高さの低いバン
プは基板回路面との間に空隙を生じてしまい電気的な接
続が得られない。さらに、この方式は低コスト化の有望
方式であるバンプレス接続方式に対し、電極の接触が得
難いため原理的に対応することが出来ない欠点を有して
いる。

【０００８】本発明は、微小面積の接続信頼性と絶縁性
に優れた高密度電極の接続が可能であり、また、半導体
チップおよび／または回路上へのバンプの形成の有無に
関わらず適用することの可能な接続部材に関する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性接着フ
ィルムの必要部に導電粒子の密集領域を有してなり、密
集した導電粒子は接続時の条件下で、前記絶縁性接着フ
ィルムより高粘度であるが、流動可能な樹脂により少な
くともその一部が連結されており、導電粒子の密集領域
の平面上の中心点は接続すべき電極の中心点と一致する
ように配設されてなることを特徴とする接続部材に関す
る。

【００１０】本発明を以下実施例を示した図面を参照し
つつ説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例を示す平
面模式図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′の断面模式図、
（ｃ）〜（ｅ）はＸ−Ｘ′の他の実施例を示す断面模式
図である。図１（ａ）及び（ｂ）は絶縁性接着フィルム
１の必要な部分に導電粒子密集領域２を配設してなる接
続部材１１を示す。絶縁性接着フィルム１は、接着シー
ト等に用いられる熱可塑性材料や、熱や光により硬化性
を示す材料が広く適用できる。接続後の耐熱性や耐湿性
に優れることから、硬化性材料の適用が好ましい。中で
もエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性
が良く、また分子構造上、接着性に優れる等の特徴から
好ましく適用できる。

【００１１】エポキシ系接着剤は、例えば高分子量エポ
キシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタンやポリエ
ステル、ＮＢＲ等で変性したエポキシを主成分とし、こ
れに潜在性硬化剤やカップリング剤などの各種変性剤、
触媒等を添加した系から成るものが一般的である。これ
らの接着剤は、室温近辺で接着性を有すると導電粒子の
配置固定を行い易い。接着フィルムの厚みは７０μｍ以
下が好ましく、良好な接続信頼性を得るためには３５μ
ｍ以下とすることが更に好ましい。

【００１２】基材３は必要に応じて用いる材料であり、
図１（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）の様に接続部材の片面に形
成しても、図１（ｃ）に例示したように両面に設けても
良い。塵埃等の付着を防止する点から基材を用いること
が好ましい。基材３の使用にあたっては、接続部材の使
用時に剥離可能とすることが必要となり、その指標とし
てＪＩＳＫ−６７６８による濡れ張力を３５dyn/cm以下
とすることが好ましい。この方法としては、ポリエチレ
ンやポリテトラフルオロエチレン等の低表面張力材料を
用いることや、ポリエチレンテレフタレートやポリイミ
ド等にあたっては、前記の低表面張力材料やシリコーン
などで表面処理するなどの一般的な方法を採用すること
ができる。

【００１３】必要な部分に導電粒子密集領域２を配置す
ることについて説明する。ここで必要な部分とは、接続
すべき電極配置のことをいい、その形状は電極の上部か
ら投影した電極形状とほぼ同じとすることが好ましく、
図１（ａ）に示したような正方形の他に図示してない
が、長方形、円形及び楕円形などが例示できる。この
時、導電粒子密集領域の面積と形を相似させた状態で電
極面積よりも小さくすると、後述（図３）の様に電極面
積以外に導電粒子が流出し難いことから接続信頼性が向
上し好ましい。密集領域２内の導電粒子の密集程度は、
接続すべき電極の大きさや導電粒子の粒径等で異るが、
本発明では密集領域２の領域内に導電粒子が２ケ以上存
在すれば良い。接続信頼性を向上する点から５ケ以上の
高密度充填が好ましい。図１（ａ）における導電粒子密
集領域２の平面上の中心点は、接続すべき電極の中心点
と一致するように配設することが、高密度な接続を可能
とする為に必要となる。

【００１４】密集領域２を接続部材の断面でみた場合、
図１（ｂ）のように接着フィルムの厚み方向に貫通した
り、粒子が突出して良く、厚み方向の下層（ｃ）、中間
層（ｄ）、及び上層（ｅ）のいずれの場合も適用でき、
これらは又適時混在しても良い。これらの構成におい
て、（ｂ）の場合は接続時に導電粒子と電極とが接触し
易いので、高度な接続信頼性を得易く、（ｃ）や（ｅ）
の構成は、接着フィルムの積層により得られるので製造
が比較的容易である。また（ｄ）の構成は、両面が接着
剤であるため、強固な接着と電気的接続とを合わせて得
られることから好ましい形態である。本発明では、密集
した導電粒子は加熱、加圧、及び加熱加圧等の接続時の
条件下で、前記接着フィルムよりも高粘度であるが流動
可能な樹脂で連結されてなることを必要とする。

【００１５】本発明に用いる導電粒子は、少なくとも粒
子の表面が導電性であれば適用できるが、接続時の加
熱、加圧、加熱加圧などの条件下で変形性を示す粒子が
好ましく適用できる。変形性粒子としては、例えばポリ
スチレンやエポキシ樹脂などの高分子核材の表面をＮ
ｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、半田などの導電性金属薄層で被
覆した粒子や、低融点金属粒子などがある。

【００１６】接続時の条件としては、例えば温度２５０
℃以下、圧力１００kgf/cm²以下、時間３０秒以下が一
般的であり、高温高圧になるほど周辺材料に熱損傷を与
えることから、温度２００℃以下、圧力５０kgf/cm²以
下が好ましい。導電粒子の変形の確認は接続体の断面を
電子顕微鏡で観察するものとする。導電粒子の平均粒径
は、高密度な電極配置に対応する為に３０μｍ以下の小
粒径が好ましく、３〜１５μｍ程度とすることがより好
ましい。

【００１７】粒子を連結するための樹脂５としては、ポ
リビニルアセタール、フェノキシ、固形エポキシ、ナイ
ロン、ポリエチレン、ＳＢＳ、ＳＥＢＳなどの熱可塑性
材料が好ましいが、接続時に流動性を示すならば熱硬化
性材料も適用できる。接着フィルムよりも接続条件下で
高粘度とする理由は、接続時の加熱加圧などによっても
粒子相互が少なくともその一部で樹脂により連結される
ことで、密集領域から流出しないようにするためであ
る。また流動可能とすることで、接続時に導電粒子と電
極の接触を促進して電気的接続を可能とする。この為、
接続時には変形性導電粒子よりも低粘度であるが接着剤
よりも高粘度とすることが好ましい。

【００１８】粒子の連結状態を拡大した図２により、そ
の代表的な製造方法と共に以下説明する。樹脂５は、
（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｆ）のように必要部のみに形成し
ても（ｂ）（ｄ）のように面方向に連続状でもよい。
（ａ）と（ｃ）は、ほぼ必要部のみに樹脂５の存在する
場合である。

【００１９】その製法例として、必要部に貫通孔を有す
るマスクを基材３上に密着し、（ａ）の場合は樹脂５を
配設後に導電粒子４を、（ｃ）の場合は柔軟性の紫外線
（ＵＶ）硬化型の樹脂５と導電粒子４の混合物を各々例
えばスプレーガンで吹付けることで必要部のみに配設す
る。（ｃ）の場合は更にマスク材により必要部のみをＵ
Ｖ硬化したあと、マスク材を除去し溶剤によるエッチン
グで硬化後の樹脂５により固定された粒子４を得る。
（ａ）（ｃ）とも、この後で接着フィルムを積層するこ
とで図の構成を得ることができる。（ｂ）及び（ｄ）
は、導電粒子を必要部に配置し樹脂５は連続状の場合で
ある。連結の手段としては、例えば樹脂５のフィルムに
必要部に貫通孔を有するマスクを密着し、貫通孔から導
電粒子４を充填した後、平行板間で加熱加圧後にマスク
を除去すれば良い。（ｅ）は、導電粒子４を樹脂５と混
合後に配設した場合であり、混合することで連結を得
る。その為に溶剤を用いて低粘度下で行うこともでき
る。（ｆ）は導電粒子４の表面を、例えば市販のコート
マイザ、スプレードライヤー、オングミル、ハイブリダ
イザーなどの装置を用いて、樹脂５で表面処理を行った
場合を示す。樹脂５は導電粒子の個々を絶縁しながら固
定材料としても作用することが可能なので最も好ましい
手段である。（ｅ）（ｆ）の場合は、接着剤５の必要部
に孔を設けて配設した。接着剤（５）の必要部に深さの
一部までの孔もしくは貫通孔を形成する方法としては、
レーザーアブレーション、精密ドリル、プラズマやケミ
カルによるエッチングなどが好適である。以上の各手段
は適宜選択して組合わせることが可能であり、配設方法
として、シルクスクリーン法も採用できる。

【００２０】本発明になる接続部材の使用方法を図３に
より説明する。図３（ａ）は半導体チップ６の絶縁層８
とほぼ同じ高さに存在する電極７と、基板９上に絶縁層
８′を有し、これとほぼ同じ高さに形成された回路１０
との接続の場合であり、接続電極は両者ともに突出して
おらず、代表的なバンプレス接続の例である。電極７と
回路１０との中心点（一点鎖線で表示）を結ぶ線上に、
接続部材中の導電粒子の密集領域の中心点を揃えるよう
に位置合わせする。この時、接続部材１１は半導体チッ
プ側もしくは基板回路側に一度位置合わせして仮接続し
たものを用いると取扱いが簡単となり好ましい。また、
導電粒子の密集領域の面積は、電極形状より好ましくは
８０％以下、より好ましくは５０％以下と小さくするこ
とも接続後の密集領域の広がりに対処する上で有効であ
る。

【００２１】この状態で加熱加圧することで、図３
（ｂ）に示すように電極７と回路１０間で導電粒子２は
変形して面接触状となり接触面積が増加し、ほぼ電極面
積と同じに広がる。この時、粒子を連結していた樹脂
（図示なし）は、粒子間や電極および回路間より加熱加
圧で排除されて接着剤に相容してしまい、加圧方向での
導通接続が可能である。また、絶縁性接着フィルム１は
加熱加圧により溶融して半導体チップ６と基板９とを接
着し、余剰の接着剤は半導体チップの周縁に流出して盛
り上がった状態となり、接続部の封止材料及び接着の補
強材となる。

【００２２】本実施例では、バンプレス接続の場合で説
明したが、バンプが存在する場合も同様に適用できる。
この場合変形可能な導電粒子を用いることでバンプ高さ
の不均一を補って均一接続が可能である。

【００２３】

【作用】本発明においては、絶縁性接着フィルムの必要
部のみに導電粒子の密集領域を形成し、この密集領域の
中心点と接続すべき電極の中心点とを一致するように配
設したことにより、導電性の必要な電極部と絶縁性の必
要な隣接電極間とで機能を分離して接着フィルムにより
接着することが出来るので、高密度電極の接続が比較的
簡単に行えるようになる。

【００２４】また密集した導電粒子は、加熱、加圧及び
加熱加圧による接続時の条件下で、接着フィルムよりも
高粘度である樹脂により少なくともその一部が連結され
ることで流動し難くなっており、接続時の加熱加圧等に
より接着フィルムが低粘度な状態となっても、電極部か
らの導電粒子の流出がなく、電極上に高密度に存在した
まま接続でき、接続信頼性が向上する。

【００２５】さらに必要部に配設した導電粒子の密集領
域は、接続時においてバンプに相当した凸出電極として
作用するので、半導体チップや基板回路上にバンプを形
成しないバンプレス接続が可能となる。加えて導電粒子
が接続時に変形性を有する導電粒子の場合、接続時に任
意に変形可能なことからバンプ接続時のバンプ高さの不
均一に起因する接続不良が解消して、低コストで信頼性
に優れた接続が可能となる。

【００２６】以下に、図２に示す導電部材の実施例につ
き、さらに具体的に説明する。ポリテトラフルオロエチ
レン製フイルムを基材３に使用し、この上に接続するテ
スト用ＩＣチップの電極と同じ配列で、各電極位置に直
径８０μｍの大きさで高分子量の固形エポキシ系接着剤
を主成分にした絶縁性樹脂５をスクリーン印刷した。次
に、この基材３上にポリスチレンからなる核材の表面に
Ａｕの金属薄層を持った変形性の導電粒子４（平均粒径
１０μｍ）を散布した後、圧縮空気を吹き付けるかブラ
シを用いて絶縁性樹脂５に粘着していない余剰の導電粒
子４を取り除いた。ついで低分子量の液状エポキシ系接
着剤を主成分とした絶縁性接着剤１を塗布し、厚さ約２
０μｍの接着剤１の層を設け図２（ａ）にしめす接続部
材を得た。（実施例１）

【００２７】ポリテトラフルオロエチレン製フイルム上
に高分子量のエポキシ系接着剤を主成分とした絶縁性樹
脂５を約５μｍの厚さに設け、接続するテスト用ＩＣチ
ップの電極と同じ配列に、直径８０μｍの貫通孔を設け
た厚さ３０μｍのステンレス製メタルマスクを絶縁性樹
脂５に密着させた。密着させるためにゴムロールを使用
したラミネータを用い、メタルマスクと接着剤間の浮き
を極力防止した。次に実施例１と同じ導電粒子４をメタ
ルマスクの上に散布した後、ゴム製のスキージかブラシ
を用いてメタルマスクの貫通孔に導電粒子４を押し込む
とともに、余剰の導電粒子４をメタルマスク上から除去
した。次いでメタルマスクを絶縁性樹脂から剥離した。
このようにして得た導電粒子４が配列した絶縁性樹脂フ
イルムの他に、ポリテトラフルオロエチレン製フイルム
上に低分子量の液状エポキシ系接着剤を主成分にした絶
縁性接着剤１を塗布し、厚さ約１０μｍの絶縁性接着剤
の層を設けたものを作製した。前記の絶縁性樹脂フイル
ム５と絶縁性接着剤１のフイルムをラミネータで加圧し
て密着させ、絶縁性樹脂フイルム５の両面に絶縁性接着
剤１の層を設け図２（ｂ）に示すような接続部材をえ
た。（実施例２）

【００２８】紫外線硬化型で硬化後の弾性率が０．１ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の絶縁性樹脂５に導電粒子４を約２０体積
％混合したものを、ポリテトラフルオロエチレン製フイ
ルム上に塗布し、厚さ約２０μｍの絶縁性樹脂５の層を
もうけたものを作製した。この紫外線硬化型絶縁性樹脂
５に、接続するテスト用ＩＣチップの電極と同じ配列に
直径８０μｍの紫外線透過部を設けた石英製のガラスマ
スクを用いて、露光現像し、ポリテトラフルオロエチレ
ン製フイルム上に導電粒子５を配列させた。その後、さ
らに低分子量の液状エポキシ系接着剤１を塗布し、厚さ
２０μｍの絶縁性接着剤１の層を設けたものを作製し、
図２（ｃ）に示す接続部材をえた。（実施例３）

【００２９】ポリテトラフルオロエチレン製フイルム上
に高分子量の固形エポキシ系接着剤を主成分にした絶縁
性樹脂５を約１０μｍの厚さに設け、接続するテスト用
ＩＣチップの電極と同じ配列に、直径８０μｍの貫通孔
を設けた厚さ３０μｍのステンレス製メタルマスクを絶
縁性樹脂５に密着させた。密着させるためにゴムロール
を使用したラミネータを用い、メタルマスクと接着剤間
の浮きを極力防止した。次に実施例１と同じ導電粒子４
をメタルマスクの上に散布した後、ゴム製のスキージか
ブラシを用いてメタルマスクの貫通孔に導電粒子４を押
し込むとともに、余剰の導電粒子４をメタルマスク上か
ら除去した。次いでメタルマスクを絶縁性樹脂から剥離
した。このようにして得た導電性粒子４が配列した絶縁
性樹脂フイルム５の他に、ポリテトラフルオロエチレン
製フイルム上に低分子量の液状エポキシ系接着剤を主成
分にした絶縁性接着剤１を塗布し、厚さ約１０μｍの絶
縁性接着剤の層を設けたものを作製した。前記の絶縁性
樹脂フイルム５と絶縁性接着剤１のフイルムをラミネー
タで加圧して密着させ、絶縁性樹脂フイルム５の導電性
粒子４が粘着した面に絶縁性接着剤１の層を設け図２
（ｄ）に示すような接続部材をえた。（実施例４）

【００３０】ポリテトラフルオロエチレン製フイルム上
に低分子量の液状エポキシ系接着剤を主成分にした絶縁
性接着剤１を約２０μｍの厚さに設け、接続するテスト
用ＩＣチップの電極と同じ配列に、直径８０μｍの貫通
孔を設けた厚さ３０μｍのステンレス製メタルマスクを
絶縁性接着剤１に密着させた。密着させるためにゴムロ
ールを使用したラミネータを用い、メタルマスクと接着
剤間の浮きを極力防止した。次に、このメタルマスクの
面に波長が２４８ｎｍのエキシマレーザを照射し、接着
剤１に１５μｍの深さを持った孔を設けた。次に導電粒
子４を２０体積％混合した高分子量の固形エポキシ系接
着剤を主成分にした絶縁性樹脂５を、ゴム製のスキージ
を用いて孔に押し入れると共に、余剰の絶縁性樹脂と導
電粒子を絶縁性接着剤上から取り除き、図２（ｅ）に示
した接続部材をえた。（実施例５）

【００３１】ポリテトラフルオロエチレン製フイルム上
に低分子量の液状エポキシ系接着剤を主成分にした絶縁
性接着剤１を約２０μｍの厚さに設け、接続するテスト
用ＩＣチップの電極と同じ配列に、直径８０μｍの貫通
孔を設けた厚さ３０μｍのステンレス製メタルマスクを
絶縁性接着剤１に密着させた。密着させるためにゴムロ
ールを使用したラミネータを用い、メタルマスクと接着
剤間の浮きを極力防止した。次に、このメタルマスクの
面に波長が２４８ｎｍのエキシマレーザを照射し、接着
剤１に１５μｍの深さを持った孔を設けた。次に導電粒
子４の表面に高分子量の固形エポキシ系接着剤を主成分
とした絶縁性樹脂５の層をもった導電粒子４をコートマ
イザー（フロイント産業株製）を用いて作製し、この導
電粒子４を絶縁性接着剤１の上に散布した後、ゴム製の
スキージかブラシを用いて絶縁性接着剤１の孔に導電性
粒子を押し入れると共に、余剰の導電粒子を絶縁性接着
剤上から取り除き図２（ｆ）に示す接続部材を得た。
（実施例６）

【００３２】上記実施例で得られた接続部材を用い、電
極径８０μｍ、電極間距離４０μｍのバンプが配列した
テスト用ＩＣと同様な配列のＩＴＯ電極をもったガラス
基板とを接続し、接続抵抗と隣接する電極間の絶縁抵抗
を測定した結果を表１に示す。なお、接続抵抗は６０ヵ
所の電極についての平均値、絶縁抵抗は５６ヵ所の測定
値の最低値を示した。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、電気的接続を必要とす
る部分に導電粒子を局在させ、絶縁性の必要部は絶縁性
接着剤を用いることから、微小部分の接続が簡単に得ら
れる接続部材を容易に提供できることが可能となった。
また半導体チップ接続用とした場合には、バンプ形成が
不要となり、貴金属の使用量を削減することもできる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例を示す接続部材の
平面模式図であり、（ｂ）〜（ｅ）はその断面模式図で
ある。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例を示す断
面模式図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明になる接続部材を用
いた接続工程を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１絶縁性接着フィルム２導電粒子密
集領域３基材４導電粒子５樹脂６半導体チッ
プ７電極８絶縁層９基板１０回路１１接続部材

フロントページの続き (72)発明者太田共久茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館研究所内 (72)発明者山口豊茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館研究所内 (72)発明者伊藤達夫茨城県下館市大字五所宮1150番地日立化成工業株式会社五所宮工場内 (56)参考文献特開平２−306558（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性接着フィルムの必要部に導電粒子
の密集領域を有してなり、密集した導電粒子は接続時の
条件下で、前記絶縁性接着フィルムより高粘度であるが
流動可能な樹脂により少なくともその一部が連結されて
おり、導電粒子の密集領域の平面上の中心点は接続すべ
き電極の中心点と一致するように配設されてなることを
特徴とする接続部材。