JP4045620B2

JP4045620B2 - 回路接続用フィルム状接着剤

Info

Publication number: JP4045620B2
Application number: JP27619597A
Authority: JP
Inventors: 朗永井; 伊津夫渡辺; 賢三竹村; 治渡辺; 和博井坂; 和良小島
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: JPH11106714A

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チップや電子部品と回路基板の接続に用いられる回路接続用接着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術分野】
回路基板同士またはＩＣチップや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。一般的に、異方導電接着剤を用いた接続工程は、被接続体の一方の電極に異方導電接着剤を加熱加圧する工程（仮接続工程）と、次に仮接続した異方導電接着剤の支持体であるセパレータを剥離した後、異方導電接着剤上に仮接続した被接続体の電極に相当する電極を有する被接続体を加熱加圧する工程（本接続工程）に分けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
セパレータの剥離は、仮接着した後の接着剤と被着体界面の剥離力が、接着剤とセパレータ界面の剥離力よりも強いことによって、達成できるものである。しかしながら、ポリイミド等の接着性の悪い表面状態の被着体に対しては、通常の仮接続工程の加熱加圧条件である８０℃〜１００℃の加熱と、０．５〜２．０ＭＰａの加圧では被着体表面に対する充分な剥離力が得られないため、セパレータ剥離作業の際、セパレータに接着剤が追従して剥離してしまう。表面状態によらず接着剤と被着体界面の剥離力を充分に強くするためには、仮接続工程の加熱温度を高くするもしくは、加圧力を高くするという手段が考えられるが、熱硬化型の異方導電接着剤は成分中に加熱もしくは加圧によって硬化反応を開始すべく、潜在性硬化剤を含むものであり、接着剤と被着体界面の剥離力を充分に強くするための仮接続工程における過度の加熱加圧は、硬化反応を開始させるものである。本接続工程前の硬化の開始は、本接続時の接着剤の溶融粘度を低下させる原因となり、これによって、電極間の接着剤の排除が不十分なことを原因とする導通不良の問題、もしくは、熱衝撃試験、ＰＣＴ試験、はんだリフロー温度耐熱試験等の信頼性試験において接続抵抗が増大するという問題を生ずる。
本発明は、仮接続後のセパレータ剥離作業が容易な回路接続用フィルム状接着剤を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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回路接続用フィルム状接着剤であって、エポキシ系樹脂と、潜在性硬化剤と、分子量２０万以上のアクリルゴムとを含有し、前記フィルム状接着剤の一方の面はセパレ−タで支持されており、加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力は両面で異なり、支持体であるセパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）とがＢ＞Ａであり、前記エポキシ系樹脂及び前記潜在性硬化剤の混合物への前記分子量２０万以上のアクリルゴムの配合量は、前記他方の面を構成する前記接着剤中よりも前記セパレータ側の面を構成する前記接着剤中の方が少ないことを特徴とする回路接続用フィルム状接着剤である。アクリルゴムは、分子中にグリシジルエーテル基を有するものが好ましい。接着剤樹脂組成物の少なくとも一方の面を構成する樹脂の硬化後の４０℃での弾性率が、１００〜２０００ＭＰａであるものが好ましい。前記接着剤には、接着剤樹脂組成物１００容量部に０．１〜２０容量部の導電粒子を分散することができる。また、本発明の接着剤は、少なくとも一方の面を構成する樹脂の組成物１００重量部に無機質充填材を１０〜２００重量部含有することもできる。無機充填材の平均粒径は３ミクロン以下が好ましく、接着剤に無機充填材が含有される場合、該無機充填材の平均粒径に比べて平均粒径の大きい導電粒子が０．２〜２０体積％含有されていても良い。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる接着剤は、接着時の高信頼性を得られる接着剤として、エポキシ系樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物が用いられ、加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力が両面で事なることを特徴とするものである。例えば、エポキシ系樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物に、分子量２万以上のフェノキシ樹脂及び／又は分子量２０万以上のアクリルゴム及び／又は平均粒径３ミクロン以下の無機充填材を、接着剤樹脂組成物１００重量部に対して１０〜２００重量部配合したフィルム状接着剤が挙げられる。
【０００６】
加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力が両面で異なり、支持体であるセパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）が（Ｂ＞Ａ）であるためには、例えば、エポキシ系樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物への分子量２万以上のフェノキシ樹脂の配合量が、支持体であるセパレータ側の面を構成する樹脂中の配合量（イ）と他方の面を構成する樹脂中の配合量（ロ）で（イ＞ロ）であるか、エポキシ系樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物への分子量２０万以上のアクリルゴムの配合量が、支持体であるセパレータ側の面を構成する樹脂中の配合量（ハ）と他方の面を構成する樹脂中の配合量（ニ）で（ニ＞ハ）であるか、エポキシ系樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物への平均粒径３ミクロン以下の無機充填材の接着剤樹脂組成物１００重量部に対する１０〜２００重量部の配合量が、支持体であるセパレータ側の面を構成する樹脂中の配合量（ホ）と他方の面を構成する樹脂中の配合量（ヘ）で（ホ＞ヘ）である接着剤が挙げられる。
【０００７】
加熱硬化前の剥離力は、以下の手段によって測定する。すなわち、幅５ｍｍ、長さ５ｍｍに切断した接着剤を表面状態が均一のガラエポ基板とＰＥＴ製セパレータに挟んだ状態で加熱温度８０℃、加圧１ＭＰａ、加圧時間３秒で加熱、加圧を行う。この後、先端にクリップを装着したプッシュプルゲージのクリップでＰＥＴ製セパレータを挟み、垂直方向に引き剥がす。この時のプッシュプルゲージの指針を読み取ることにより、セパレータと接着剤界面の剥離力を測定することができる。接着剤を支持体であるセパレータに保持させるためには、前記剥離力の測定法において１ｇｆ／５ｍｍ以上の剥離力があることが好ましい。さらに好ましくは剥離力は２ｇｆ／５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは剥離力は３ｇｆ／５ｍｍ以上である。また、セパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）が（Ａ≧Ｂ）であると、セパレータ剥離作業で接着剤がセパレータごと被着体から剥がれてしまい、また、接着剤と被着体界面の剥離力を充分に強くするためには、仮接続工程において８０℃〜１００℃以上の加熱と０．５〜２．０ＭＰａ以上の加圧が必要となり、硬化反応が開始することによって、本接続時の接着剤の溶融粘度が低下し、電極間の接着剤の排除が不十分なことによって信頼性が低下する。
本発明の接着剤は、例えば、チップと有機基板を接続する場合、チップと基板の間の熱膨張係数差に基づく応力を緩和する目的で、少なくとも一方の面を構成する樹脂の接着後の４０℃での弾性率は、１００〜２０００ＭＰａが好ましい。接着剤の接着後の段階に相当する接着フィルム硬化物の弾性率は、例えば、レオロジ（株）製レオスペクトラＤＶＥ−４（引っ張りモード、周波数１０Ｈｚ、５℃／ｍｉｎで昇温）を用いて測定することができる。なお、接着フィルムの硬化は、接着工程時の加熱温度及び時間と同じ条件で行い、硬化方法としては、接着フィルムをオイルバスに浸漬して行うことができる。
【０００８】
また本発明において用いられる接着剤は、少なくとも一方の面を構成する接着剤がエポキシ系樹脂と、分子中にグリシジルエーテル基を有するアクリルゴム及び潜在性硬化剤を含有しているものである。
本発明で用いるアクリルゴムとしては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルまたはアクリルニトリルのうち、少なくとも一つをモノマー成分とした重合体または共重合体が挙げられ、中でもグリシジルエーテル基を有するグリシジルアクリレートやグリシジルメタクリレートを含む共重合体系アクリルゴムが好適に用いられる。
これらアクリルゴムの分子量は、接着剤の凝集力を高める点から２０万以上が好ましい。アクリルゴムの接着剤中の配合量は、１５重量％以下では接着後の４０℃での弾性率が２０００ＭＰａを越えてしまい、また４０重量％以上になると低弾性率化は図れるが接続時の溶融粘度が高くなり、接続電極間、または接続電極と導電粒子界面の溶融接着剤の排除性が低下するため、接続電極間または接続電極と導電粒子間の電気的導通を確保できなくなる。このため、アクリルゴムの配合量としては１５〜４０ｗｔ％が好ましい。
【０００９】
接着剤に配合されたアクリルゴムは、ゴム成分に起因する誘電正接のピーク温度が４０〜６０℃付近にあるため、接着剤の低弾性率化を図ることができる。また、接着剤にはフィルム形成性をより容易にするために、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂を配合することもできる。特に、フェノキシ樹脂は、エポキシ系樹脂をベース樹脂とした場合、エポキシ樹脂と構造が類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性、接着性に優れる等の特徴を有するので好ましい。フィルム形成は、これら少なくともエポキシ樹脂、アクリルゴム、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。
【００１０】
本発明に用いられる無機充填材としては、特に限定するものではなく、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挙げられる。無機充填材の配合量は、接着剤樹脂組成物１００重量部に対して１０〜２００重量部であり、熱膨張係数を低下させるため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ため、１０〜９０重量部が好ましい。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３ミクロン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。また、加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力が両面で異なり、支持体であるセパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）が（Ｂ＞Ａ）であるためには、支持体であるセパレータ側の面を構成する樹脂中へのフィラの配合量（ホ）と他方の面を構成する樹脂中へのフィラの配合量（ヘ）が（ホ＞ヘ）である事が望ましい。
【００１１】
本発明の接着剤には、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、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕやはんだ等の金属の粒子またはこれらの金属表面に金やパラジウムなどの薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、また、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導電粒子を用いることができる。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、かつ無機充填材の平均粒径より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、接着剤樹脂組成物１００容量部に対し０．１〜３０容量部であり、好ましくは０．２〜１５容量部である。
本発明の接着剤は、加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力が両面で異なり、支持体であるセパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）が（Ｂ＞Ａ）であるため、仮接続後のセパレータ剥離作業が容易である。さらに、従来の仮接続工程での加熱温度、加圧力を低減することができることから、本接続前の接着剤の硬化反応を抑制でき、結果として、接続信頼性が大幅に向上する。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例１
フェノキシ樹脂１７５ｇを酢酸エチル５８３ｇに溶解し、３０％溶液を得た。次いで、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５）３２５ｇをこの溶液に加え、攪拌し、さらにポリスチレン系核体（直径：５μｍ）の表面に、Ａｕ層を形成した導電粒子を５容量％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、１００℃、１０分乾燥し厚み２０μｍの接着フィルム１を作製した。この接着フィルム１のセパレータ剥離力は５ｇｆ／５ｍｍであった。
次に、フェノキシ樹脂５０ｇと、ブチルアクリレート（４０部）、エチルアクリレート（３０部）、アクリロニトリル（３０部）及びグリシジルメタクリレート（３部）を共重合したアクリルゴム（分子量：８５万）１００ｇを酢酸エチル３５０ｇに溶解し、３０％溶液を得た。次いで、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５）３５０ｇをこの溶液に加え、攪拌し、さらにポリスチレン系核体（直径：５μｍ）の表面に、Ａｕ層を形成した導電粒子を５容量％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、１００℃、１０分乾燥し厚み２０μｍの接着フィルム２を作製した。この接着フィルム２のセパレータ剥離力は、１５ｇｆ／５ｍｍであった。なお、接着フィルム２の導電粒子を除いた樹脂組成物のみの動的粘弾性測定器で測定した４０℃の弾性率は、１０００ＭＰａであった。
次に、接着フィルム１をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）側とし、接着フィルム２とラミネートし、厚み４０μｍの接着フィルム３を作製した。
次に、作製した接着フィルム３を用いて、金バンプ（面積：８０×８０μｍ、スペース３０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数２８８）付きチップ（１０×１０ｍｍ、厚み：０．５ｍｍ）とＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）の接続を以下に示すように行った。接着フィルム３（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板に６０℃、０．５ＭＰａで仮接続工程を行った。仮接続工程後、セパレータを剥離した。セパレータ剥離作業において、セパレータの剥離は容易であり、接着剤の剥がれは生じなかった。チップのバンプとＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った後、１７０℃、３０ｇ／バンプ、２０秒の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５ｍΩ、平均で１．５ｍΩ、絶縁抵抗は１０８Ω以上であり、これらの値は−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、２気圧）２００時間、２６０℃のはんだバス浸漬１０秒後においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１３】
実施例２
フェノキシ樹脂５０ｇと、ブチルアクリレート（４０部）、エチルアクリレート（３０部）、アクリロニトリル（３０部）及びグリシジルメタクリレート（３部）を共重合したアクリルゴム（分子量：８５万）１００ｇを酢酸エチル３５０ｇに溶解し、３０％溶液を得た。次いで、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５）３５０ｇをこの溶液に加え、攪拌し、溶融シリカ（平均粒子径：０．５ミクロン）を樹脂組成物１００重量部に対して２０重量部、さらにポリスチレン系核体（直径：５μｍ）の表面にＡｕ層を形成した導電粒子を５容量％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、１００℃、１０分乾燥し厚み２０μｍの接着フィルム４を作製した。この接着フィルム４のセパレータ剥離力は１０ｇｆ／５ｍｍであった。なお、接着フィルム４溶融シリカ及び導電粒子を除いた樹脂組成物のみの動的粘弾性測定器で測定した４０℃の弾性率は、１０００ＭＰａであった。
次に、フェノキシ樹脂５０ｇと、ブチルアクリレート（４０部）、エチルアクリレート（３０部）、アクリロニトリル（３０部）及びグリシジルメタクリレート（３部）を共重合したアクリルゴム（分子量：８５万）１００ｇを酢酸エチル３５０ｇに溶解し、３０％溶液を得た。次いで、マイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５）３５０ｇをこの溶液に加え、攪拌し、さらにポリスチレン系核体（直径：５μｍ）の表面にＡｕ層を形成した導電粒子を５容量％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、１００℃、１０分乾燥し厚み２０μｍの接着フィルム５を作製した。この接着フィルム５のセパレータ剥離力は、１５ｇｆ／５ｍｍであった。なお、接着フィルム５の導電粒子を除いた樹脂組成物のみの動的粘弾性測定器で測定した４０℃の弾性率は、１０００ＭＰａであった。
次に、接着フィルム４をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）側とし、接着フィルム５とラミネートし、厚み４０μｍの接着フィルム６を作製した。
次に、作製した接着フィルム６を用いて、金バンプ（面積：８０×８０μｍ、スペース３０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数２８８）付きチップ（１０×１０ｍｍ、厚み：０．５ｍｍ）とＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）の接続を以下に示すように行った。接着フィルム６（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板に６０℃、１ＭＰａで仮接続工程を行った。仮接続工程後、セパレータを剥離した。セパレータ剥離作業において、セパレータの剥離は容易であり、接着剤の剥がれは生じなかった。チップのバンプとＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った後、１７０℃、３０ｇ／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続工程を行った。
本接続後の接続抵抗は、１バンプあたり最高で５ｍΩ、平均で１．５ｍΩ、絶縁抵抗は１０８Ω以上であり、これらの値は−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、２気圧）２００時間、２６０℃のはんだバス浸漬１０秒後においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１４】
【発明の効果】
以上記述したように、本発明の接着剤は、加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力が両面で異なり、支持体であるセパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）が（Ｂ＞Ａ）であるため、仮接続後のセパレータ剥離作業が容易である。さらに、従来の仮接続工程での加熱温度、加圧力を低減することができることから、本接続前の接着剤の硬化反応を抑制でき、結果として、接続信頼性が大幅に向上させることができる。

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回路接続用フィルム状接着剤であって、エポキシ系樹脂と、潜在性硬化剤と、分子量２０万以上のアクリルゴムとを含有し、前記フィルム状接着剤の一方の面はセパレ−タで支持されており、加熱硬化前のフィルム状接着剤の剥離力は両面で異なり、支持体であるセパレータ側の面の剥離力（Ａ）と他方の面の剥離力（Ｂ）とがＢ＞Ａであり、
前記エポキシ系樹脂及び前記潜在性硬化剤の混合物への前記分子量２０万以上のアクリルゴムの配合量は、前記他方の面を構成する前記接着剤中よりも前記セパレータ側の面を構成する前記接着剤中の方が少ないことを特徴とする回路接続用フィルム状接着剤。
アクリルゴムが分子中にグリシジルエーテル基を有するものである請求項１記載の回路接続用フィルム状接着剤。
接着剤の少なくとも一方の面を構成する樹脂組成物１００重量部に、無機充填材が１０〜２００重量部含有される請求項１又は２記載の回路接続用フィルム状接着剤。
無機充填材の平均粒径が３ミクロン以下である請求項３記載の回路接続用フィルム状接着剤。
接着剤の少なくとも一方の面を構成する樹脂の接着後の４０℃における弾性率が、１００〜２０００ＭＰａである請求項１〜４各項記載の回路接続用フィルム状接着剤。
接着剤樹脂組成物１００容量部に０．１〜２０容量部の導電粒子が分散されている請求項１〜５各項記載の回路接続用フィルム状接着剤。
接着剤に無機充填材が含有される場合、該無機充填材の平均粒径に比べて平均粒径の大きい導電粒子が分散されている請求項６記載の回路接続用フィルム状接着剤。