JP3417354B2 - 接着材料及び回路接続方法 - Google Patents

接着材料及び回路接続方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、突起状電極を有す
る半導体素子等の電子部品の当該突起状電極と、該電子
部品を搭載するための配線基板の端子電極とを接続する
ための接着材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、携帯電話等の携帯用電子機器のマ
ザーボードには、半導体素子をそれよりも比較的大きな
表面積を有するパッケージ用基板にマウントしたＩＣパ
ッケージが実装されている。しかし、最近、電子機器の
軽薄短小化と高機能化との進展に伴い、従来のＩＣパッ
ケージに代えて、マザーボードにベアチップ状態で半導
体素子自体をフリップチップ実装したり、半導体素子と
ほぼ同じ大きさのパッケージ用基板にマウントしたチッ
プサイズパッケージ（ＣＳＰ）を使用することが行われ
ている。これらの場合、ベアチップあるいはＣＳＰの突
起状電極（バンプ）をマザーボードの接続端子に接続す
る際に、液状、ペースト状もしくはフィルム状の絶縁性
接着剤、又はそれらの絶縁性接着剤に導電性粒子を分散
させてなるペースト状もしくはフィルム状の異方性導電
接着剤を使用している。
【０００３】ところで、このような接着剤により接続さ
れた接続部においては、ベアチップ（もしくはＣＳＰ）
とマザーボードとの間で熱線膨張率に差があるためにベ
アチップの突起状電極にストレスが集中し、しばしば突
起状電極に浮きや剥離が生じて導通抵抗の増大や接続不
良の発生を招き、接続信頼性が大幅に低下するという問
題がある。
【０００４】また、ベアチップの突起状電極の高さのバ
ラツキ等のために、対向するベアチップの突起状電極と
マザーボードの接続端子との間の距離にもバラツキが生
じ、接続信頼性が向上しないという問題もあった。
【０００５】このため、ベアチップとマザーボードとの
接続信頼性を確保するために、絶縁性接着剤もしくは異
方性導電接着剤に平均粒径３μｍ以下の無機質充填材
を、接着樹脂組成物１００重量部に対し５〜２００重量
部の割合で配合して粘度を増大させ、その密着力を向上
させることが提案されている（特開平１１−０６１０８
８号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−０６１０８８号公報に記載されているように無機
質充填材の粒径と配合量とを単に規定したとしても、ベ
アチップとマザーボードとの間の十分な接続信頼性を確
保することができないという問題があった。
【０００７】本発明は、以上の従来の技術の問題を解決
しようとするものであり、突起状電極を有する半導体素
子等の電子部品の当該突起状電極とマザーボード等の配
線基板の端子電極とを、それらの間の距離のバラツキを
キャンセルしつつ、良好な接続信頼性で接続できるよう
にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、突起状電
極を有する半導体素子等の電子部品の当該突起状電極
と、該電子部品を搭載するための配線基板の端子電極と
を、少なくとも一種の硬化性樹脂と無機系粒子とを含有
する接着材料で接続する際に、使用する無機系粒子の平
均粒径と配合量とを規定するだけでなく、無機系粒子の
比表面積を所定範囲内に設定し、且つその最大粒径を電
子部品の突起状電極高さと配線基板の端子電極高さとの
和の半分以下に設定することにより、上述の目的を達成
できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】即ち、本発明は、突起状電極を有する電子
部品（好ましくはベアチップ等の半導体素子）の当該突
起状電極と、該電子部品を搭載するための配線基板の端
子電極とを接続するための接着材料であって、少なくと
も一種の硬化性樹脂と無機系粒子とを含有する接着材料
において、無機系粒子はその比表面積Ｓ（ｍ2／ｇ）が
以下式（１）を満足しており、その平均粒径Ｄ1（μ
ｍ）と最大粒径Ｄ2（μｍ）とがそれぞれ以下式（２）
及び（３）
【００１０】
【数５】 ３＜Ｓ≦１７ （１） Ｄ1≦５ （２） Ｄ2≦０．５（ｈ1＋ｈ2） （３） （式中、ｈ1は電子部品の突起状電極高さ（μｍ）であ
り、ｈ2は配線基板の端子電極高さ（μｍ）である）を
満足しており、且つ該無機系粒子を１０〜６０体積％で
含有していることを特徴とする接着材料を提供する。
【００１１】また、本発明は、突起状電極を有する電子
部品（好ましくはベアチップ等の半導体素子）の当該突
起状電極と、該電子部品を搭載するための配線基板の端
子電極とを、少なくとも一種の硬化性樹脂と無機系粒子
とを含有する接着材料で接続する回路接続方法におい
て、接着材料として、比表面積Ｓ（ｍ2／ｇ）が以下式
（１）を満足し、その平均粒径Ｄ1（μｍ）と最大粒径
Ｄ2（μｍ）とがそれぞれ以下式（２）及び（３）
【００１２】
【数６】 ３＜Ｓ≦１７ （１） Ｄ1≦５ （２） Ｄ2≦０．５（ｈ1＋ｈ2） （３） （式中、ｈ1は電子部品の突起状電極高さ（μｍ）であ
り、ｈ2は配線基板の端子電極高さ（μｍ）である）を
満足する無機系粒子を１０〜６０体積％となるように硬
化性樹脂に分散させた接着材料を使用することを特徴と
する回路接続方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】本発明の接着材料は、突起状電極を有する
電子部品の当該突起状電極と、該電子部品を搭載するた
めの配線基板の端子電極とを接続するためのものであ
り、少なくとも一種の硬化性樹脂と無機系粒子とを含有
する。ここで、無機系粒子としては、ＢＥＴ法により測
定されたその比表面積Ｓ（ｍ2／ｇ）が以下式（１）を
満足しており、コールターカウンター法で計測されたそ
の平均粒径（１０万個の粒子を３回測定した結果の平
均）Ｄ1（μｍ）と最大粒径Ｄ2（μｍ）とがそれぞれ以
下式（２）及び（３）
【００１５】
【数７】 ３＜Ｓ≦１７ （１） Ｄ1≦５ （２） Ｄ2≦０．５（ｈ1＋ｈ2） （３） （式中、ｈ1は電子部品の突起状電極高さ（μｍ）であ
り、ｈ2は配線基板の端子電極高さ（μｍ）である）を
満足するものを使用する必要がある。これは、無機系粒
子の比表面積Ｓが３ｍ2／ｇ以下である場合には、粒子
径が大きくなり過ぎて、電子部品の接続面側の保護膜を
損傷させるおそれがあるからであり、比表面積Ｓが１７
ｍ2／ｇを超える場合には、接着材料の流動性が低下
し、接続に大きな圧力が必要となり、接着作業性も低下
し、結果的に突起状電極を有する電子部品の当該突起状
電極とマザーボード等の配線基板の端子電極との間の距
離のバラツキをキャンセルしにくくなるからである。ま
た、無機系粒子の平均粒径Ｄ1（μｍ）が５μｍを超え
る場合には、突起状電極と配線基板の間にはさまった無
機系粒子が、電気的接続を阻害する確率が高くなり、ま
た、無機系粒子の最大粒径Ｄ2（μｍ）が電子部品の突
起状電極高さｈ1（μｍ）と配線基板の端子電極高さｈ2
（μｍ）との和の半分を超える場合には、無機系粒子が
大きくなり過ぎて、電子部品の接続面側の保護膜を損傷
させるおそれがあるからである。
【００１６】なお、無機系粒子の最大粒径Ｄ2（μｍ）
は、一般に１５μｍを超えないようにすることが好まし
い。
【００１７】また、無機系粒子としては、更にその平均
粒径Ｄ1が以下式（４）
【００１８】
【数８】０．１（ｈ1＋ｈ2）≧Ｄ1 （４） を満足するものを使用することが好ましい。
【００１９】このような無機系粒子の接着材料中の配合
量は、１０〜６０体積％、好ましくは２０〜５０体積％
である。これは、１０体積％未満であると電気的接続信
頼性が得られにくく、６０体積％を超えると接続時の接
続材料の流動性が著しく悪化し、良好な接続を得られに
くくなるからである。
【００２０】以上説明した無機系粒子の材質としては、
アルミナ、シリカ等の金属酸化物、窒化アルミ、窒化シ
リコン等の金属窒化物等を使用することができる。これ
らに対し、公知の耐水性処理を施すこともできる。
【００２１】接着材料を構成する硬化性樹脂としては、
従来より、半導体素子をマザーボードにフリップチップ
実装する際に接着成分として用いられている熱硬化性樹
脂を使用することができ、例えば、エポキシ樹脂、ウレ
タン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。ま
た、紫外線等の特定の波長により反応する官能基を有す
る硬化性樹脂、例えばアクリレート系樹脂、メタクリレ
ート系樹脂等も挙げられる。これらは、二種以上を混合
して使用してもよい。
【００２２】本発明においては、硬化性樹脂の少なくと
も一種として、１００℃で５００ｃｐｓ以下、好ましく
は２００ｃｐｓ以下の粘度を示す液状の硬化性樹脂を使
用することが、接着材料の作業性（塗工性等）を確保す
る点から好ましい。このような１００℃で５００ｃｐｓ
以下の硬化性樹脂の硬化性樹脂全体中の配合量は、少な
くとも２０重量％とすることが好ましい。
【００２３】本発明の接着材料には、硬化剤を配合する
ことができ、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化
剤、ヒドラジッド系硬化剤、ジシアンジアミド系硬化剤
等を使用することができる。中でもこれらを潜在化させ
た潜在性硬化剤を好ましく使用することができる。
【００２４】本発明の接着材料には、更に平均粒径０．
５〜８．０μｍの導電性粒子を含有させることができ
る。これにより、接着材料を異方性導電接着剤として使
用することができる。このような導電性粒子としては、
従来より異方性導電接着剤に利用されている導電性粒子
を使用することができ、例えば、ハンダ、ニッケル等の
金属粒子、樹脂粒子表面に金属メッキ層を形成した複合
粒子、これらの粒子の表面に絶縁皮膜を形成した粒子等
が挙げられる。導電性粒子の配合量は、導電性粒子の種
類や接着剤の用途に応じて適宜決定することができる。
【００２５】以上のような接着材料は、８５℃で８５％
ＲＨの雰囲気下、その吸湿率を１．５重量％以下となる
ようにする。これにより、本発明の接着材料の適用対象
である突起状電極を有する電子部品と配線基板の接続端
子との間の接合部への水分の侵入を防ぎ、接続信頼性を
向上させることができる。
【００２６】なお、接着材料の吸湿率は、例えば、円筒
形（直径５ｍｍ，高さ１５ｍｍ）に成型した接着材料を
１３０℃で１時間乾燥させ、８５℃で８５％ＲＨの雰囲
気下で１６８時間放置した時の重量変化から算出でき
る。
【００２７】本発明の接着材料は、硬化性樹脂、無機系
粒子及び必要に応じて配合される各種添加剤を均一に混
合することにより製造することができる。この場合、硬
化性樹脂全体のうち、液状の硬化性樹脂の配合割合を調
節することにより、接着材料を液状〜ペースト状の形態
とすることができる。また、フィルム状の形態とする場
合には、硬化性樹脂、無機系粒子及び必要に応じて配合
される各種添加剤を溶剤に均一混合して塗工液を調製
し、その塗工液を剥離シート上に塗工し、乾燥すればよ
い。
【００２８】なお、電子部品を搭載するための配線基板
としては、特に制限はなく、従来のリジット基板、フレ
キシブル基板等を使用することができる。
【００２９】以上説明した本発明の接着材料は、突起状
電極を有する電子部品の当該突起状電極と、該電子部品
を搭載するための配線基板の端子電極とを接続する回路
接続方法に好ましく適用できる。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を具体的に説明する。
【００３１】実施例１〜８及び比較例１〜７ エポキシ系樹脂（４０３２Ｄ（粘度２００ｃｐｓ／１０
０℃）；大日本インキ工業社製）２０重量部、エポキシ
系樹脂（ＥＰ８２８（粘度１５０ｃｐｓ／１００℃）；
油化シェルエポキシ社製）２０重量部、フェノキシ系樹
脂（ＹＰ５０；東都化成社製）２０重量部及びイミダゾ
ール系硬化剤（ＨＸ３９４１；旭化成社製）４０重量部
の混合物に、表１に示すシリカを表２及び表３に示す配
合量並びに体積含有率（％）でトルエンと共に混合して
接着材料の塗工液を調製し、剥離シート上に乾燥厚が４
０μｍとなるように塗工し、熱風循環式オーブン中で乾
燥してフィルム状の接着材料（以下、接着フィルム）を
作製した。
【００３２】
【表１】 平均粒径 最大粒径 BET比表面積 使用シリカ Ｄ1（μｍ） Ｄ2（μｍ） Ｓ（ｍ2／ｇ） シリカ１ ０．５ １５ ３ シリカ２ ０．５ ８ １７ シリカ３ ３ ８ ９５ シリカ４ １．５ ８ １１ シリカ５ ０．５ ３５ ４ シリカ６ ０．５ １０ ２０
【００３３】
【表２】 （重量部） 実施例 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ シリカ１ 70 100 150 − − − − − シリカ２ − − − 100 − − − − シリカ４ − − − − 30 100 150 200 体積含有率(％) 28 35 45 35 14 35 45 52
【００３４】
【表３】 （重量部） 比較例 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ シリカ２ 15 − − − − − − シリカ３ − 30 100 − − − − シリカ５ − − − 30 100 − − シリカ６ − − − − − 30 100 体積含有率(％) 7.6 14 35 14 35 14 35
【００３５】（評価）各実施例及び各比較例の接着材料
の吸湿率、接続信頼性及び作業性（押し込み）をそれぞ
れ評価した。
【００３６】（吸湿率（％））各実施例及び各比較例の
接着材料を円筒形（直径５ｍｍ，高さ１５ｍｍ）に成型
し、１３０℃で１時間乾燥させて重量を計量した後、成
型物を８５℃、８５％ＲＨ雰囲気下で１６８時間放置
し、再度その重量を計量し、それらの計量結果の差（重
量変化）から吸湿率を算出した。得られた結果を表４に
示す。
【００３７】（接続信頼性）裏面に１６０個の高さ２０
μｍの金メッキバンプ（高さｈ1＝２０μｍ／１５０μ
ｍピッチ）が設けられたシリコンＩＣチップ（６．３ｍ
ｍ平方／０．４ｍｍ厚）と、ニッケル−金メッキが施さ
れた銅配線（厚さ（電極高さ）ｈ2＝１２μｍ）が形成
されたガラスエポキシ基板（４０ｍｍ平方／０．６ｍｍ
厚）との間に、各実施例及び各比較例の接着フィルムを
配置して位置合わせし、フリップチップボンダーを用い
て両者を接続して接続体を得た（接続条件：１８０℃、
２０秒、１００ｇ／バンプ）。
【００３８】接続終了後、接続体を３０℃、７０％ＲＨ
の雰囲気下に１８６時間放置し、次いで２４０℃（ｍａ
ｘ）のリフロー炉に２回通過させた。そして、４端子法
により接続部の抵抗を測定した。測定後、接続体にプレ
ッシャークッカー処理（１２１℃、２．１気圧、１００
％ＲＨ）を２００時間施した後の接続部の抵抗を再度測
定し、プレッシャークッカー処理の前後の抵抗上昇変化
（ΔΩ）を求めた。そして接続部の抵抗上昇が０．５Ω
未満である場合（好ましい場合）を「○」と評価し、
０．５Ω以上である場合又はオープン不良が生じた場合
を「×」と評価した。得られた結果を表４に示す。
【００３９】（作業性）図１に示すように、実施例１、
２及び３並びに比較例３及び７の接着材料１を、バンプ
レスのシリコンダミーチップ２（６．３ｍｍ平方／０．
４ｍｍ厚）と、回路レスのガラス基板３（１５ｍｍ×８
０ｍｍ／１．２ｍｍ厚）との間に配置し、表５に示す押
し込み力条件で、１８０℃で２０秒間熱圧着し、それぞ
れの押し込み力（ｋｇｆ）でのチップの押し込み量（μ
ｍ）を接続体のＸ−Ｘ断面の観察により測定した。得ら
れた結果を表５に示す。通常、１ｋｇｆの押し込み力で
１０μｍ以上、２ｋｇｆの押し込み力で１５μｍ以上の
押し込み量を示すことが望まれる。
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】表４からわかるように、式（１）〜（３）
の関係を満足する実施例１〜実施例８の接着フィルムは
良好な接続信頼性を示した。また、表５からわかるよう
に、少なくとも実施例１〜実施例３の接着フィルムの作
業性も良好であった。
【００４３】一方、シリカの体積含有率が下限（１０
％）を下回っている比較例１の接着フィルムは、吸湿率
も比較的高く、しかも接続信頼性も不十分であった。ま
た、ＢＥＴ比表面積が上限（１７ｍ2／ｇ）を大きく上
回っているシリカを用いた比較例２及び比較例３の接着
フィルムは接続信頼性が不十分であった。また、最大粒
径が式（３）を満たしていないシリカを用いた比較例４
及び比較例５の接着フィルムも接続信頼性が不十分であ
った。また、ＢＥＴ比表面積が上限（１７ｍ2／ｇ）を
わすかに上回っているシリカを用いた比較例６及び比較
例７の接着フィルムも、接続信頼性が不十分であった。
【００４４】なお、比較例３及び比較例７の接着フィル
ムに関し、表５の結果から接続時の作業性は比表面積１
７ｍ2／ｇ以下の無機系粒子を使用することで確保され
るということがわかる。
【００４５】
【発明の効果】本発明の接着材料によれば、突起状電極
を有する半導体素子等の電子部品の当該突起状電極とマ
ザーボード等の配線基板の端子電極とを、それらの間の
距離のバラツキをキャンセルしつつ、良好な接続信頼性
で接続できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接着材料の作業性評価用接続体の断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 接着材料、２ ダミーチップ、３ ガラス基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−106480（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−67883（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−288979（ＪＰ，Ａ) 特開2000−53876（ＪＰ，Ａ) 特開2000−286297（ＪＰ，Ａ) 特開2000−297201（ＪＰ，Ａ) 特開2001−55488（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 C09J 7/02 C09J 9/02 H01L 23/12 H01L 23/30 H01L 21/56

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 突起状電極を有する電子部品の当該突起
    状電極と、該電子部品を搭載するための配線基板の端子
    電極とを接続するための接着材料であって、少なくとも
    一種の硬化性樹脂と無機系粒子とを含有する接着材料に
    おいて、無機系粒子はその比表面積Ｓ（ｍ2／ｇ）が以
    下式（１）を満足しており、その平均粒径Ｄ1（μｍ）
    と最大粒径Ｄ2（μｍ）とがそれぞれ以下式（２）及び
    （３） 【数１】 ３＜Ｓ≦１７ （１） Ｄ1≦５ （２） Ｄ2≦０．５（ｈ1＋ｈ2） （３） （式中、ｈ1は電子部品の突起状電極高さ（μｍ）であ
    り、ｈ2は配線基板の端子電極高さ（μｍ）である）を
    満足しており、且つ該無機系粒子を１０〜６０体積％で
    含有していることを特徴とする接着材料。
  2. 【請求項２】 無機系粒子の平均粒径Ｄ1が、更に以下
    式（４） 【数２】０．１（ｈ1＋ｈ2）≧Ｄ1 （４） を満足する請求項１記載の接着材料。
  3. 【請求項３】 無機系粒子の比表面積Ｓ（ｍ 2 ／ｇ）
    が、１１≦Ｓ≦１７を満足している請求項１記載の接続
    材料。
  4. 【請求項４】 更に、平均粒径０．５〜８．０μｍの導
    電性粒子を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の接
    着材料。
  5. 【請求項５】 ８５℃、８５％ＲＨの雰囲気下での吸湿
    率が１．５重量％以下である請求項１〜４のいずれかに
    記載の接着材料。
  6. 【請求項６】 電子部品が半導体素子である請求項１〜
    ５いずれかに記載の接着材料。
  7. 【請求項７】 突起状電極を有する電子部品の当該突起
    状電極と、該電子部品を搭載するための配線基板の端子
    電極とを、少なくとも一種の硬化性樹脂と無機系粒子と
    を含有する接着材料で接続する回路接続方法において、
    接着材料として、比表面積Ｓ（ｍ2／ｇ）が以下式
    （１）を満足し、その平均粒径Ｄ1（μｍ）と最大粒径
    Ｄ2（μｍ）とがそれぞれ以下式（２）及び（３） 【数３】 ３＜Ｓ≦１７ （１） Ｄ1≦５ （２） Ｄ2≦０．５（ｈ1＋ｈ2） （３） （式中、ｈ1は電子部品の突起状電極高さ（μｍ）であ
    り、ｈ2は配線基板の端子電極高さ（μｍ）である）を
    満足する無機系粒子を１０〜６０体積％となるように硬
    化性樹脂に分散させた接着材料を使用することを特徴と
    する回路接続方法。
  8. 【請求項８】 無機系粒子の平均粒径Ｄ1が、更に以下
    式（４） 【数４】０．１（ｈ1＋ｈ2）≧Ｄ1 （４） を満足する請求項７記載の回路接続方法。
  9. 【請求項９】 電子部品が半導体素子である請求項７又
    は８記載の回路接続方法。
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