JP4032974B2

JP4032974B2 - 回路接続用接着フィルムの接続方法及び回路接続用接着フィルム

Info

Publication number: JP4032974B2
Application number: JP2003006733A
Authority: JP
Inventors: 幸寿廣澤; 伊津夫渡辺; 泰史後藤; 潤竹田津; 克彦富坂
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: JP2004221312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板同士またはＩＣチップ等の電子部品と配線基板の接続に用いられる回路接続用接着フィルムの接続方法及びそれに用いる回路接続用接着フィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板同士またはＩＣチップ等の電子部品と回路基板の接続とを電気的に接続する際には、接着剤または導電粒子を分散させた異方導電接着剤が用いられている。すなわち、これらの接着剤を相対峙する電極間に配置して、加熱、加圧によって電極同士を接続後、加圧方向に導電性を持たせることによって、電気的接続を行うことができる。例えば、特開平３−１６１４７号公報には、エポキシ樹脂をベースとした回路接続用接着剤が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０３−０１６１４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エポキシ樹脂とイミダゾール系混合物などの従来の回路接続用接着剤を用いて行われる加熱、加圧時間は１７０℃〜２３０℃、２０秒〜４秒程度であり、３秒以下の短時間接続を可能にするためには２３０℃以上の高温加熱が必要となる。この時、ＩＣチップを、接着剤を介して直接基板に搭載する場合、接続基板としてＦＲ−４基材等を用いたプリント基板、ポリイミドやポリエステルなどの高分子フィルムを基材とするフレキシブル配線板、あるいはガラス基板を用いると、接続後、チップとの熱膨張率差に基づく内部応力によってチップ及び基板の反りが増大したり、接続部において接続抵抗の増大や接着剤の剥離が生じるという問題がある。
また、スルホニウム塩等の反応性が高い潜在性硬化剤を用いることにより、加熱温度を２３０℃以下にすることが可能だが、１８０℃以上の加熱温度では硬化反応が急速に進行するため、圧着時の樹脂流動が不十分となり、電気的導通性が低下するなどの問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑み、低温度、短時間で回路電極を電気的に接続できる回路接続用接着フィルムの接続方法及びそれに用いる回路接続用接着フィルムを提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路接続用接着フィルムの接続方法は、接続時の加熱、加圧時間が３秒以下であり、該加熱、加圧時間の１次条件が１２０℃〜１８０℃、２秒以下でかつ２次条件が１８０℃〜２２０℃、１秒以上である２段階の接続条件とすることを特徴とする。前記回路接続用接着フィルムは、熱によって硬化する反応性樹脂を含有しており、該接着剤の示差走査熱分析（ＤＳＣ）での発熱開始温度が６０℃以上でかつ硬化反応の６０％が終了する温度が１６０℃以下である。前記反応性樹脂としては、エポキシ樹脂及び潜在性硬化剤がスルホニウム塩からなる樹脂が好ましく用いられる。さらに、これらの接着剤には０．１〜３０体積％の導電粒子を分散することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、接続時の加熱、加圧時間が３秒以下であり、該加熱、加圧時間の１次条件が１２０℃〜１８０℃、２秒以下でかつ２次条件が１８０℃〜２２０℃、１秒以上である２段階の接続条件とすることを特徴とする回路接続用接着フィルムの接続方法である。前記回路接続用接着フィルムは、熱によって硬化する反応性樹脂を含有しており、該接着剤のＤＳＣでの発熱開始温度が６０℃以上でかつ硬化反応の６０％が終了する温度が１６０℃以下であることが好ましい。接着フィルムの反応性は、ＤＳＣ（昇温速度：１０℃／分）で測定することができる。
【０００７】
反応性樹脂としては、エポキシ樹脂とスルホニウム塩の潜在性硬化剤の混合物の他、ラジカル反応性樹脂と有機過酸化物の混合物が用いられる。
特に、スルホニウム塩は、６０℃以上でかつ硬化反応の６０％が終了する温度が１６０℃以下であり、低温での反応性に優れながら、ポットライフが長く好適に用いられる。スルホニウム塩としては、一般式（１）で示されるスルホニウム塩が好適に用いられる。
【０００８】
【化１】

一般式（１）中、Ｒ¹は、電子吸引性の基、例えば、ニトロソ基、カルボニル基、カルボキシル基、シアノ基、トリアルキルアンモニウム基、フルオロメチル基、Ｒ²及びＲ³は電子供与性の基、例えば、アミノ基、水酸基、メチル基、Ｙ^-は、非求核性陰イオン例えば、ヘキサフルオロアルセネート、ヘキサフルオロアンチモネートである。
【０００９】
スルホニウム塩のエポキシ樹脂１００重量部に対する配合量は、１〜２０重量部が好ましい。この場合、ＤＳＣにより２つの発熱ピークが出ることがある。ＤＳＣは、測定温度範囲内で、発熱、吸熱の無い標準試料との温度差をたえず打ち消すように熱量を供給または除去するゼロ位法を測定原理とするものであり、市販されている測定装置を用いて測定できる。接着剤の反応は、発熱反応であり、一定の昇温速度で試料を昇温していくと、試料が反応して熱量を発生する。その発熱量をチャートに出力し、ベースラインを基準として発熱曲線とベースラインで囲まれた面積を求め、これを発熱量とする。室温（２５℃）から３００℃程度まで１０℃／分の昇温速度で測定し、上記した発熱量を求める。これらは、全自動で測定を行うものであり、それを使用すると容易に行うことができる。また、硬化反応の６０％（発熱量の６０％）、８０％（発熱量の８０％）が終了する温度は、発熱量の面積から求めることができ、その際の温度である。
【００１０】
本発明において用いられるエポキシ樹脂としては、エピクロルヒドリンとビスフェノールＡやＦ、ＡＤ等から誘導されるビスフェノール型エポキシ樹脂、エピクロルヒドリンとフェノールノボラックやクレゾールノボラックから誘導されるエポキシノボラック樹脂やナフタレン環を含んだ骨格を有するナフタレン系エポキシ樹脂、グリシジルアミン、グリシジルエーテル、ビフェニル、脂環式等の１分子内に２個以上のグリシジル基を有する各種のエポキシ化合物等を単独にあるいは２種以上を混合して用いることが可能である。これらのエポキシ樹脂は、不純物イオン（Ｎａ^＋、Ｃｌ⁻等）や、加水分解性塩素等を３００ｐｐｍ以下に低減した高純度品を用いることがエレクトロンマイグレーション防止のために好ましい。
【００１１】
また、回路接続用接着フィルムにはフィルム形成性をより容易にするために、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を配合することもできる。これらのフィルム形成性高分子は、反応性樹脂の硬化時の応力緩和に効果がある。特に、フィルム形成性高分子が、水酸基等の官能基を有する場合、接着性が向上するためより好ましい。フィルム形成は、これら少なくとも反応性樹脂、潜在性硬化剤からなる接着組成物を有機溶剤に溶解あるいは分散により、液状化して、剥離性基材上に塗布し、硬化剤の活性温度以下で溶剤を除去することにより行われる。この時用いる溶剤は、芳香族炭化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶解性を向上させるため好ましい。
【００１２】
本発明の回路接続用接着剤には、チップのバンプや基板電極の高さばらつきを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を混入・分散することもできる。本発明において導電粒子は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕやはんだ等の金属の粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けたものがより好ましい。さらに導電性の粒子の表面にＳｕ、Ａｕ、はんだ等の表面層を形成することもできる。粒径は基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さばらつきがある場合、高さばらつきよりも大きいことが好ましく、１〜１０μｍが好ましい。また、接着剤に分散される導電粒子量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．２〜１５体積％である。
【００１３】
本発明の回路接続用接着剤には、無機質充填材やゴム状粒子を混入・分散することができる。
無機質充填材としては、特に制限するものではなく、例えば、溶融シリカ、結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナ、炭酸カルシウム等の粉体があげられる。無機充填材の配合量は、接着樹脂組成物１００重量部に対して１０〜２００重量部が好ましく、熱膨張係数を低下させるには配合量が大きいほど効果的であるが、多量に配合すると接着性や接続部での接着剤の排除性低下に基づく導通不良が発生するし、配合量が小さいと熱膨張係数を充分低下できないため、２０〜９０重量部がさらに好ましい。また、その平均粒径は、接続部での導通不良を防止する目的で３μｍ以下にするのが好ましい。また接続時の樹脂の流動性の低下及びチップのパッシベーション膜のダメージを防ぐ目的で球状フィラを用いることが望ましい。無機質充填材は、導電粒子と共に又は導電粒子が使用されない層に混入・分散することができる。
【００１４】
接着剤に分散するゴム粒子としては、ガラス転移温度が２５℃以下のゴム粒子であれば特に限定するものではないが、ブタジエンゴム、アクリルゴム、スチレン-ブタジエン-スチレンゴム、ニトリル-ブタジエンゴム、シリコーンゴム等を用いることができ、平均粒径が０．１〜１０μｍのものが用いられ、平均粒径以下の粒子が、粒径分布の８０％以上を占めるゴム粒子が特に好ましく、さらに好ましくは０．１〜５μｍのものが用いられる。また、微粒子表面をシランカップリング剤で処理した場合、反応性樹脂に対する分散性が向上するのでより好ましい。
ゴム粒子の中でシリコーンゴム粒子は、耐溶剤性に優れる他、分散性にも優れるため効果的なゴム粒子として用いることができる。シリコーンゴム粒子はシラン化合物やメチルトリアルコキシシラン及び/またはその部分加水分解縮合物を苛性ソーダやアンモニア等の塩基性物質によりｐＨ＞９に調整したアルコール水溶液に添加し、加水分解、重縮合させる方法やオルガノシロキサンの共重合等で得ることができる。また、分子末端もしくは分子内側鎖に水酸基やエポキシ基、ケチミン、カルボキシル基、メルカプト基などの官能基を含有したシリコーン微粒子は反応性樹脂への分散性が向上するため好ましい。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製，ＰＫＨＣ）５０ｇを酢酸エチル１１５ｇに溶解し、３０重量％溶液を得た。
固形重量比でフェノキシ樹脂６０ｇ、平均粒子径０．２μｍのアクリル粒子が２０ｗｔ％分散されたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８０）３０ｇ、ビスフェノールＡ型固形エポキシ樹脂（エポキシ当量：４７０）５ｇ、ｐ−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウム塩（非求核性陰イオン：ヘキサフルオロアンチモネート）３ｇを配合し、ポリスチレン系核体（直径：３μｍ）の表面にＡｕ層を形成した導電粒子を１０体積％配合分散してフィルム塗工用溶液を得た。ついで、この溶液を厚み５０μｍの片面を表面処理したＰＥＴフィルムに塗工装置を用いて塗布し、７０℃、１０分の熱風乾燥により、接着剤層の厚みが１０μｍのフィルム状接着剤aを得た。
ついで、前記フィルム塗工用溶液の作製の中で、Ａｕ層を形成した導電粒子を分散しない以外は同様な方法で作製したフィルム塗工用溶液を、厚み５０μｍの片面を表面処理したＰＥＴフィルムに塗工装置を用いて塗布し、７０℃、１０分の熱風乾燥により、接着剤層の厚みが１５μｍのフィルム状接着剤ｂを得た。さらに得られたフィルム状接着剤aとｂを４０℃で加熱しながら、ロールラミネータでラミネートした二層構成異方導電フィルムを作製した。この接着フィルムのＤＳＣ測定での反応開始温度は８０℃、硬化反応の６０%が終了する温度は１５０℃であった。
次に、作製した異方導電フィルムを用いて、金バンプ（面積：５０×５０μｍ、スペース２０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数３６２）付きチップ（１．７×１７ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＩＴＯ回路付きガラス基板（厚み：１．１ｍｍ）の接続を、以下に示すように行った。異方導電フィルム（２×２０ｍｍ）をＩＴＯ回路付きガラス基板に８０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²）で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＩＴＯ回路付きガラス基板の位置合わせを行った。次いで、１次条件が１５０℃、４０ｇ／バンプ、１秒でかつ２次条件が２００℃、４０ｇ／バンプ、１秒である２段階の接続条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後の接続抵抗は、１バンプあたり最高で５０ｍΩ、平均で２０ｍΩ、絶縁抵抗は１０^８Ω以上であり、これらの値は−４０〜１００℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、高温・高湿（８５℃／８５％ＲＨ、１０００ｈ）試験後においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１６】
（比較例１）
実施例１で作製した二層構成異方導電フィルムを用い、金バンプ（面積：５０×５０μｍ、スペース２０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数３６２）付きチップ（１．７×１７ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＩＴＯ回路付きガラス基板（厚み：１．１ｍｍ）の接続を、以下に示すように行った。異方導電フィルム（２×２０ｍｍ）をＩＴＯ回路付きガラス基板に８０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²）で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＩＴＯ回路付きガラス基板の位置合わせを行った。次いで、２００℃、４０ｇ／バンプ、２秒の接続条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後の接続抵抗は、１バンプあたり最高で１０Ω、平均で２Ω、絶縁抵抗は１０^８Ω以上であり、これらの値は−４０〜１００℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、高温・高湿（８５℃／８５％ＲＨ、１０００ｈ）試験後において、接続抵抗値が５０Ω以上となり異常を示した。
【００１７】
（比較例２）
日立化成工業株式会社製異方導電フィルムＡＣ−８４０２（膜厚：２３ミクロン）を用いて実施例１に対する比較試験を行った。この接着フィルムは、エポキシ樹脂とイミダゾール系混合物系であり、ＤＳＣ測定での反応開始温度は９０℃、硬化反応の６０%が終了する温度は１７０℃であった。
このフィルムを用いて、金バンプ（面積：５０×５０μｍ、スペース２０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数３６２）付きチップ（１．７×１７ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＩＴＯ回路付きガラス基板（厚み：１．１ｍｍ）の接続を、以下に示すように行った。異方導電フィルム（２×２０ｍｍ）をＩＴＯ回路付きガラス基板に８０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²）で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＩＴＯ回路付きガラス基板の位置合わせを行った。次いで、１次条件が１５０℃、４０ｇ／バンプ、１秒でかつ２次条件が２００℃、４０ｇ／バンプ、１秒である２段階の接続条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後の接続抵抗は、１バンプあたり最高で８Ω、平均で２Ω、絶縁抵抗は１０^８Ω以上であり、これらの値は−４０〜１００℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、高温・高湿（８５℃／８５％ＲＨ、１０００ｈ）試験後において接続抵抗値が５０Ω以上となり２段階の接続条件では異常を示した。
【００１８】
（比較例３）
比較例２で使用した二層構成異方導電フィルムＡＣ−８４０２（膜厚：２３ミクロン）を用い、金バンプ（面積：５０×５０μｍ、スペース２０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数３６２）付きチップ（１．７×１７ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＩＴＯ回路付きガラス基板（厚み：１．１ｍｍ）の接続を、以下に示すように行った。異方導電フィルム（２×２０ｍｍ）をＩＴＯ回路付きガラス基板に８０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²）で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＩＴＯ回路付きガラス基板の位置合わせを行った。次いで、２５０℃、４０ｇ／バンプ、２秒の接続条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後の接続抵抗は、１バンプあたり最高で１Ω、平均で３００ｍΩ、絶縁抵抗は１０^８Ω以上であり、これらの値は−４０〜１００℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、高温・高湿（８５℃／８５％ＲＨ、１０００ｈ）試験後において、接続抵抗値が５０Ω以上となり異常を示した。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の回路接続用接着フィルム及びこれを用いた接続方法によれば、３秒以下の短時間接続を可能にすることができ、回路基板同士またはＩＣチップ等の電子部品と配線基板の接続において生産性を向上することができる。また、接続温度を２２０℃以下とすることにより、熱膨張率差に基づく内部応力を低下することができ、信頼性試験後においても接続部での接続抵抗の増大や接着剤の剥離がなく、接続信頼性が向上する。
したがって、本発明の接着フィルムは、ＬＣＤパネルとＴＡＢ、ＴＡＢとプリント基板、ＬＣＤパネルとＩＣチップ、ＩＣチップとプリント基板とを接続時の加圧方向にのみ電気的に接続するために好適に用いられる。

Claims

相対峙する回路電極を加熱、加圧によって、加圧方向の電極間を電気的に接続する加熱接着性接着フィルムにおいて、接続時の加熱、加圧時間が３秒以下であり、該加熱、加圧時間の１次条件が１２０℃〜１８０℃、２秒以下で、かつ２次条件が１８０℃〜２２０℃、１秒以上である２段階の接続条件とすることを特徴とした回路接続用接着フィルムの接続方法。
回路接続用接着フィルムが熱により硬化する反応性樹脂を含有しており、該接着フィルムの示差走査熱分析（ＤＳＣ）での発熱開始温度が６０℃以上でかつ硬化反応の６０％が終了する温度が１６０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の回路接続用接着フィルムの接続方法に用いる回路接続用接着フィルム。
反応性樹脂がエポキシ樹脂及び潜在性硬化剤がスルホニウム塩からなる請求項２に記載の回路接続用接着フィルム。
回路接続用接着フィルムに０．１〜３０体積％の導電粒子が分散されている請求項２または請求項３に記載の回路接続用接着フィルム。