JP3886401B2 - 接続構造体の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板の接続端子とそこに実装する電子部品の接続端子のように、相対する接続端子が異方導電性接着剤により電気的に接続されている接続構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等の電子部品を回路基板に接続する方法の一つに、電子部品の接続端子と回路基板の接続端子とを、熱硬化型絶縁性接着剤中に導電性粒子を分散させてなる異方導電性接着剤を介して加熱加圧する方法がある。
【０００３】
この方法では、通常、まず図１（ａ）に示すように、ステージ１に回路基板２を載置し、回路基板２の接続端子３上にフィルム状に成形した異方導電性接着剤（異方導電性フィルム４）を重ね、あるいはペースト状の異方導電性接着剤の塗布により熱硬化型異方導電性接着剤層を形成し、その上に、半導体素子５を該半導体素子の接続端子６を回路基板２側に向けて配し、半導体素子５をボンダー等の加熱加圧装置７で押圧する。こうして、図１（ｂ）のように双方の接続端子３、６を電気的に接続する仮圧着を行う。図中、符号８は熱硬化型絶縁性接着剤、符号９は導電性粒子である。
【０００４】
次いで、これを同様の加熱加圧装置を用いて加熱加圧することにより本圧着を行い、さらに加熱炉を用いてアフターキュアリングを行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法では、図２に示すように、仮圧着の加熱加圧時にボイド１０が巻き込まれ、そのボイド１０によって回路基板２と半導体素子５との密着力が低下し、回路基板２あるいは半導体素子５の剥離が引き起こされ、接続不良が生じる場合がある。
【０００６】
また、半導体素子５の接続端子６や回路基板２の接続端子３のパターンが微細化し、双方の接続端子３、６のラップ面積が狭くなると、これらの接続端子３、６の間に導電性粒子９を挟み込むことが難しくなる。そのため、図３に示すように、半導体素子５の接続端子６と回路基板２の接続端子３との間に導電性粒子９が十分に挟み込まれることなく、半導体素子５と回路基板２とが接着され、接続不良が生じるという問題がある。
【０００７】
これに対し、本発明は、回路基板の接続端子とそこに実装する半導体素子の接続端子のように、相対する接続端子を異方導電性接着剤により電気的に接続した接続構造体を製造するにあたり、ボイドの巻き込みを低減させ、また、接続端子間に異方導電性接着剤の導電性粒子が確実に捕捉されるようにし、接続信頼性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、相対する接続端子を熱硬化型異方導電性接着剤を介して加熱加圧する接続構造体の製造方法において、加熱加圧時の接続端子の押圧速度を特定の範囲に制御することによりボイドを低減させ、接続端子間に捕捉される導電性粒子の数を向上させられることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は、第１の接続端子上に第２の接続端子を熱硬化型異方導電性接着剤を介して対向させ、熱硬化型異方導電性接着剤を加熱硬化しつつ第２の接続端子を押圧することにより第１の接続端子と第２の接続端子が電気的に接続した接続構造体を得る接続構造体の製造方法において、
第２の接続端子の押圧速度を５０ｍｍ／分以下とし、かつ、
加熱硬化により熱硬化型異方導電性接着剤の粘度が最低溶融粘度を経て１０７Ｐａ・ｓとなる前に第１の接続端子と第２の接続端子とを熱硬化型異方導電性接着剤中の導電性粒子を介して接触させることを特徴とする接続構造体の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
【００１１】
本発明の接続構造体の製造方法においては、例えば、互いに接続する第１の接続端子が回路基板に形成された接続端子であり、第２の接続端子がＩＣ等の半導体素子の接続端子である場合、図１に示した公知の方法と同様に、まず、ステージ１に回路基板２を載置し、回路基板２の接続端子３上に異方導電性フィルム４を重ね、あるいはペースト状の異方導電性接着剤の塗布により熱硬化型異方導電性接着剤層を形成し、その上に、半導体素子５を該半導体素子の接続端子６を回路基板２側に向けて配し、半導体素子５をボンダー等の加熱加圧装置７で押圧する。この場合、半導体素子５を押圧する加熱加圧装置７のみによって異方導電性フィルム４を加熱してもよいが、必要に応じてステージ１にヒータを設け、加熱してもよい。
【００１２】
本発明者の知見によれば、異方導電性フィルム４は、図４に示すように、一般に、加熱前には１０8 〜１０9 Ｐａ・ｓの粘度を有しているが、所定温度以上で加熱すると、温度上昇に伴って粘度が１０4 〜１０5 Ｐａ・ｓ程度まで低下し（最低溶融粘度）、その後硬化反応が進むことにより粘度が１０7 〜１０8 Ｐａ・ｓ程度に上昇する。なお、この粘度は、溶融粘度特性測定器（レオメーター）を用いて、回転によるずり速度を測定することにより得られる数値である。
【００１３】
したがって、加熱加圧装置７を用いて異方導電性フィルム４を加熱硬化させつつ半導体素子５を押圧する際に、その押圧速度が過度に速いと、異方導電性フィルム４の粘度が上昇する前に接続端子３、６間に押圧力がかかるので、接続端子３、６間から熱硬化型絶縁性接着剤８と共に導電性粒子９も排除され、接続端子３、６間に導電性粒子９が捕捉されず、接続不良が生じる。そこで、本発明においては、半導体素子５の押圧速度を５０ｍｍ／分以下、好ましくは２０ｍｍ／分以下とし、接続端子３、６間に確実に導電性粒子９を捕捉する。
【００１４】
反対に、押圧速度が過度に遅いと、導電性粒子９を介して接続端子３、６が接触する前に異方導電性フィルム４の硬化反応が進み、１０7 〜１０8 Ｐａ・ｓ程度にまで粘度が上昇する。このため導電性粒子９を介して接続端子３、６を接触させることができず、接続不良が生じる。そこで、本発明においては、加熱硬化により異方導電性フィルム４の粘度が１０7 Ｐａ・ｓとなる前に、導電性粒子９を介して接続端子３、６を接触させることを要件とする。
【００１５】
加熱硬化により異方導電性フィルム４の粘度が１０7 Ｐａ・ｓとなる前に、導電性粒子９を介して接続端子３、６を接触させるための具体的手法としては、例えば、異方導電性フィルム４の粘度が、所定の加熱温度において最低溶融粘度から硬化反応により１０7 Ｐａ・ｓとなるのに要する時間をｔ分、異方導電性フィルム４を介して回路基板２と半導体素子５とを対向させたときの、回路基板２の接続端子３と半導体素子５の接続端子６との距離をｄｍｍとした場合に、押圧速度をｄ／ｔ以上とする。
【００１６】
加熱加圧時の条件としては、この他、異方導電性フィルム４が最低溶融粘度を経て硬化するよう、異方導電性フィルム４を加熱することが好ましい。最低溶融粘度を経るように加熱しない場合には、硬化反応が十分に進行しない。
【００１７】
異方導電性フィルム４が最低溶融粘度を経るように加熱するのに必要な加熱温度は、異方導電性フィルム４の種類、加熱方法等によるが、図１に示したように、加熱加圧装置７で半導体素子５を介して異方導電性フィルム４を加熱する場合、加熱加圧装置７の加熱温度を、通常、５０〜１２０℃、特に６０〜９０℃とすることが好ましい。
【００１８】
本発明において、異方導電性接着剤としては、熱硬化型である限り特に限定はないが、最低溶融粘度が１０4 Ｐａ・ｓ以上、特に１０5 Ｐａ・ｓ以上のものが、相対する接続端子間に導電性粒子を確実に捕捉できるようにする点から好ましい。また、異方導電性接着剤としては、それを構成する熱硬化型絶縁性接着剤が、少なくとも１種以上のエポキシ系樹脂成分と塩基性窒素を含有する硬化剤成分からなるものが好ましい。異方導電性接着剤を構成する導電性粒子としては、半田粒子、ニッケル粒子等の金属粒子や、樹脂のコアの表面を金属で被覆した金属被覆粒子等を使用することができる。
【００１９】
本発明において、熱硬化型異方導電性接着剤を用いて互いに接続する接続端子は、上述のような回路基板の接続端子と半導体素子の接続端子に限らない。本発明は、例えば、回路基板同士を接続する場合等にも適用することができる。
【００２０】
【実施例】
試験例１〜２０
ＩＣチップ（外形６．３ｍｍ角、バンプの大きさ４５μｍ角、バンプ高さ２０μｍ、バンプピッチ８５μｍ）を、フレキシブルプリント基板（接続端子のパターン幅３０μｍ、パターンピッチ８５μｍ、パターン高さ１３μｍ）に、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いてＩＣチップ側からボンダーで加熱加圧することにより仮圧着し、その後１９０℃で１０秒間加熱することにより本圧着して接続構造体を得た。
【００２１】
この場合、表１に示すように、異方導電性フィルムの種類、仮圧着時のボンダーの加熱温度、及びボンダーによるＩＣチップの押圧速度を変えた。
【００２２】
表１には、各試験例で用いた異方導電性フィルムの最低溶融粘度も示した。
【００２３】
また、各試験例で用いた異方導電性フィルムが各試験例における加熱温度で最低溶融粘度から硬化反応により１０7 Ｐａ・ｓとなるのに要する時間ｔを調べ、一方、異方導電性フィルムを介してフレキシブルプリント基板とＩＣチップとを対向させたときの、フレキシブルプリント基板の接続端子のパターンとＩＣチップのバンプとの距離ｄを測定し、ｄ／ｔの値を算出し、表１に示した。
【００２４】
評価
（１）導電性粒子の捕捉数：各試験例で得られた接続構造体を顕微鏡観察することにより、フレキシブルプリント基板の接続端子のパターンとＩＣチップのバンプとの間に捕捉された導電性粒子の数を調べ、各試験例ごとに１つのバンプ当たりの捕捉数の平均値を求めた。
【００２５】
（２）ボイド：各試験例で得られた接続構造体を顕微鏡観察することによりボイドの有無を調べ、以下の基準で評価した。
【００２６】
○：少ない
△：やや少ない
×：多い
【００２７】
（３）導通信頼性：各試験例で得られた接続構造体をＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト：１０５℃、１００％ＲＨ、１２時間）にかけ、その前後の導通抵抗を測定し、ＰＣＴによる導通抵抗の変化量を求め、導通信頼性を以下の基準で評価した。
【００２８】
○：導通抵抗の変化量が５０ｍΩ未満
△：導通抵抗の変化量が５０ｍΩ以上１００ｍΩ未満
×：導通抵抗の変化量が１００ｍΩ以上
【００２９】
これらの結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
Figure 0003886401
Figure 0003886401
【００３１】
表１の結果から、押圧速度が１００ｍｍ／分と速い場合（試験No.１〜４）には導電性粒子の捕捉数が少なく、導通信頼性が低いことがわかる。
【００３２】
また、押圧速度が３ｍｍ／分と遅い場合（試験No.２０）には、ＩＣチップのバンプとフレキシブルプリント基板の接続端子のパターンとが導電性粒子を介して接触する前に異方導電性フィルムの硬化が進み、導通信頼性が低くなることがわかる。
【００３３】
さらに、押圧速度を２０ｍｍ／分とする場合において、加熱温度を５０〜１００℃としたときは良好な導通信頼性を得られるが、加熱温度を１２０℃とするとに反応速度が高まり、その結果、押圧速度がｄ／ｔよりも遅くなり、ＩＣチップのバンプとフレキシブルプリント基板の接続端子のパターンとが導電性粒子を介して接触する前に異方導電性フィルムの硬化が進み、導通信頼性が低くなることがわかる（試験No.１２、１４、１６）。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、相対する接続端子を異方導電性接着剤により電気的に接続した接続構造体を製造するにあたり、ボイドの巻き込みを低減させ、また、接続端子間に捕捉される異方導電性接着剤の導電性粒子の数を増加させることができるので、接続構造体の密着性、導通信頼性が向上する。
【００３５】
また、接続端子間に捕捉される異方導電性接着剤の導電性粒子の数が増加することにより、異方導電性接着剤中の導電性粒子の濃度を減らしても導通信頼性を確保することができるので、接続構造体の製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 異方導電性接着剤を用いた接続構造体の製造方法の説明図である。
【図２】 ボイドを有する接続構造体の断面図である。
【図３】 相対する接続端子間に導電性粒子が十分に捕捉されていない接続構造体の断面図である。
【図４】 異方導電性フィルムを所定温度で加熱した場合の時間と粘度との関係図である。
【符号の説明】
１…ステージ、
２…回路基板、
３…回路基板の接続端子、
４…異方導電性フィルム、
５…半導体素子、
６…半導体素子の接続端子、
７…加熱加圧装置、
８…熱硬化型絶縁性接着剤、
９…導電性粒子、
１０…ボイド

Claims (3)

  1. 第１の接続端子上に第２の接続端子を熱硬化型異方導電性接着剤を介して対向させ、熱硬化型異方導電性接着剤を加熱硬化しつつ第２の接続端子を押圧することにより第１の接続端子と第２の接続端子が電気的に接続した接続構造体を得る接続構造体の製造方法において、
    第２の接続端子の押圧速度を５０ｍｍ／分以下とし、かつ、
    加熱硬化により熱硬化型異方導電性接着剤の粘度が最低溶融粘度を経て１０７Ｐａ・ｓとなる前に第１の接続端子と第２の接続端子とを熱硬化型異方導電性接着剤中の導電性粒子を介して接触させることを特徴とする接続構造体の製造方法。
  2. 押圧速度を２０ｍｍ／分以下とする請求項１記載の接続構造体の製造方法。
  3. 熱硬化型異方導電性接着剤の加熱温度を５０〜１００℃とする請求項１又は２記載の接続構造体の製造方法。
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