JP4254995B2 - 異方導電性接着剤及び回路板 - Google Patents

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異方導電性接着剤及び回路板に関する。
【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、導電粒子を分散させた異方導電性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、電気的接続と固定とを行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の異方導電性接着剤では、接続ピッチが５０μｍ以下と狭ピッチになった場合、電極スペース間で分散した導電粒子が凝集し、ショートを引き起こすという問題がある。
本発明は、接続ピッチが狭ピッチになった場合でも、電極スペース間で分散した導電粒子が凝集によるショートを引き起こさない接続信頼性に優れる異方導電性接着剤及びそれを用いた回路板を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、［１］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異方導電性接着剤において、前記接着剤に分散されている導電粒子の表面が、ポリアニオン薄膜とポリカチオン薄膜とを交互積層して得られる膜厚１〜３００ｎｍの高分子電解質薄膜により被覆されていることを特徴とする異方導電性接着剤である。また、本発明は、［２］第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有する第二の回路部材とを、第一の接続端子と第二の接続端子を対向して配置し、前記対向配置した第一の接続端子と第二の接続端子の間に異方導電性接着剤を介在させ、加熱加圧して前記対向配置した第一の接続端子と第二の接続端子を電気的に接続させた回路板であって、前記異方導電性接着剤が前記［１］に記載の異方導電性接着剤である回路板である。また、本発明は、［３］第一の接続端子を有する第一の回路部材が金属電極回路を有するガラス基板であり、第二の接続端子を有する第二の回路部材が、第二の接続端子を有する有機質絶縁基板である前記［２］に記載の回路板。また、本発明は、［４］第一の接続端子を有する第一の回路部材が半導体チップであり、第二の接続端子を有する第二の回路部材が、金属電極回路を有するガラス基板である前記［２］に記載の回路板である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の異方導電性接着剤に用いられる接着剤には、熱反応性樹脂と硬化剤の混合物が用いられる。好ましく用いられる接着剤としては、エポキシ樹脂と潜在性硬化剤との混合物である。潜在性硬化剤としては、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が挙げられる。この他、接着剤には、ラジカル反応性樹脂と有機過酸化物の混合物や紫外線などのエネルギー線硬化性樹脂が用いられる。
【０００６】
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マイグレーション防止のために好ましい。
【０００７】
接着剤には接着後の応力を低減するため、あるいは接着性を向上するために、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混合することができる。
また、接着剤としてはペースト状またはフィルム状のものが用いられる。フィルム状にするためには、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が効果的である。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も効果がある。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。
【０００８】
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Ａｕ、Ａｇ、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。
本発明において導電粒子の表面は、高分子電解質薄膜で被覆されている。前記高分子電解質薄膜としては、ポリアニオン薄膜とポリカチオン薄膜が交互に積層されたものが好ましい。高分子電解質薄膜の膜厚は、ポリアニオン薄膜とポリカチオン薄膜を交互に積層することによって１μｍ以上の厚膜化が可能であるが、導電性を阻害させないため３００ｎｍ以下が好ましく、絶縁性を確保するためには１ｎｍ以上であることが好ましい。ポリアニオンとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のアニオン性ポリマが用いられる。また、ポリカチオンとしては、ポリアリルアミン塩酸塩等のカチオン性ポリマが用いられる。これらは水溶性であることが好ましいが制限するものではない。ポリアニオン薄膜とポリカチオン薄膜の交互積層膜は、例えば白鳥らの方法（白鳥世明著、ｐＨによる電解質ポリマの交互吸着膜のナノスケール制御、電子情報通信学会技術研究報告、Ｐ２１−２５、１９９８年）を用いて前記導電粒子表面に形成できる。また、前記電解質ポリマ薄膜を表面に形成した導電粒子の接着剤に分散される充填量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．２〜１５体積％である。この高分子電解質薄膜を用いることにより導電粒子の表面に欠陥なく均一に被覆することができ、回路電極間隔が狭ピッチでも絶縁性が確保され、電気的に接続する電極間では接続抵抗が低く良好となる。
【０００９】
本発明の接着剤には、無機質充填材を混入・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したり、配合量が少な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。
【００１０】
フィルム状接着剤は、接着剤溶液を離型性フィルム上にロールコータ等で塗布し、乾燥させ離型性フィルムから剥離することにより得ることができる。フィルム状接着剤で接着剤層を多層化することもできる。例えば、異方導電性を付与するために導電粒子を充填させた接着フィルムと導電粒子を充填していない接着剤層をラミネート化した二層構成異方導電フィルムや導電粒子を充填させた接着フィルムの両側に導電粒子を充填していない接着剤層をラミネート化した三層構成異方導電フィルムを用いることができる。これらの多層構成異方導電フィルムは接続電極上に効率良く、導電粒子を捕獲できるため、狭ピッチ接続に有利である。また、回路部材との接着性を考慮して、回路部材１及び２に対してそれぞれ接着性に優れる接着フィルムをラミネートして多層化することもできる。
【００１１】
【実施例】
（実施例）
導電粒子として、樹脂粒子（粒子径５μｍのポリスチレン系球状樹脂粒子）表面に無電解ニッケル皮膜とこのニッケル皮膜層に金皮膜を置換めっきによって形成した金属膜被覆導電樹脂粒子を用いた。この金属膜被覆導電樹脂粒子表面に高分子電解質薄膜を形成した。高分子電解質薄膜の形成は次のように行った。ポリカチオンとしてポリアリルアミン、ポリアニオンとしてポリアクリル酸を用い、それぞれを水溶液（濃度：１０^−２Ｍ）に調整した。金属膜被覆導電樹脂粒子表面を親水化した後、ポリカチオン及びポリアニオン水溶液にそれぞれ１５分間浸漬し、金属膜被覆導電樹脂粒子表面にポリカチオンとポリアニオンからなる交互高分子電解質薄膜（膜厚：１２０ｎｍ）を被覆した導電粒子を得た。得られた交互高分子電解質薄膜被覆導電粒子を下記の接着剤溶液に分散（接着剤に対して９体積％）し、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イルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、９０℃、１０分乾燥し厚み２５μｍの異方導電接着剤フィルムを作製した。接着剤溶液の作製：フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製商品名、ＰＫＨＣ）１００ｇと、アクリルゴム（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、グリシジルメタクリレート３部の共重合体、分子量：８５万）７５ｇを酢酸エチル４００ｇに溶解し、３０重量％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（エボキシ当量１８５、旭化成エポキシ株式会社製、ノバキュアＨＸ−３９４１）３００ｇをこの溶液に加え、撹拌して接着剤溶液を作製した。次に、作製した異方導電接着フィルムを用いて、金バンプ（面積：３０×９０μｍ、スペース１０μｍ、高さ：１５μｍ、バンブ数３６２）付きチップ（１．７×１．７ｍｍ、厚み：０．５μｍ）とＡｌ回路付きガラス基板（厚み：０．７ｍｍ）の接続を、以下に示すように行った。異方導電接着フィルム（２×１９ｍｍ）をＡｌ回路付きガラス基板に８０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＡｌ回路付きガラス基板の位置合わせを行った。次いで、１９０℃、４０ｇ／バンプ、１０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１００ｍΩ、平均で３０ｍΩ、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サイクル処理においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１２】
（比較例）
実施例１の導電粒子において最外層に交互高分子電解質薄膜を被覆しない実施例１と同じ金属膜被覆導電樹脂粒子を導電粒子として用いる以外は実施例１と同じ方法で異方導電フィルムを作製した。
次に、作製した異方導電接着剤フィルムを用いて、金バンプ（面積：４０×９０μｍ、スペース１０μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数３６２）付きチップ（１．７×１．７ｍｍ、厚み：０．５μｍ）とＡｌ回路付きガラス基板（厚み：０．７ｍｍ）の接続を、以下に示すように行った。異方導電接着剤フィルム（２×１９ｍｍ）をＡｌ回路付きガラス基板に８０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＡ１回路付きガラス基板の位置合わせを行った。
次いで、１９０℃、４０ｇ／バンプ、１０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３０ｍΩ、平均で８０ｍΩであったが、一部のバンブ間で導電粒子の凝集に伴うショートが発生した。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の異方導電性接着剤によれば、導電粒子とした表面に均一に高分子電解質薄膜を形成した導電粒子を用いているため、接続電極間のスペースが１５μｍ以下の狭スペースにおいて導電粒子が凝集しても高分子電解質薄膜によって導電粒子間のショート発生が抑制でき狭ピッチ接続性を向上させることができる。また、フィルム状の接着剤では、取扱性にも便利である。したがって、本発明の異方導電性接着剤は、ＬＣＤ、プラズマディスプレイや有機ＥＬパネルとＴＡＢまたはＦＰＣ、ＴＡＢとＦＰＣ、ＬＣＤ、プラズマディスプレイや有機ＥＬ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ることができ接続信頼性にも優れる。

Claims (4)

1. 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異方導電性接着剤において、前記接着剤に分散されている導電粒子の表面が、ポリアニオン薄膜とポリカチオン薄膜とを交互積層して得られる膜厚１〜３００ｎｍの高分子電解質薄膜により被覆されていることを特徴とする異方導電性接着剤。
2. 第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有する第二の回路部材とを、第一の接続端子と第二の接続端子を対向して配置し、前記対向配置した第一の接続端子と第二の接続端子の間に異方導電性接着剤を介在させ、加熱加圧して前記対向配置した第一の接続端子と第二の接続端子を電気的に接続させた回路板であって、前記異方導電性接着剤が請求項１に記載の異方導電性接着剤である回路板。
3. 第一の接続端子を有する第一の回路部材が金属電極回路を有するガラス基板であり、第二の接続端子を有する第二の回路部材が、第二の接続端子を有する有機質絶縁基板である請求項２に記載の回路板。
4. 第一の接続端子を有する第一の回路部材が半導体チップであり、第二の接続端子を有する第二の回路部材が、金属電極回路を有するガラス基板である請求項２に記載の回路板。