JP4344966B2 - 配線板とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線板に電子部品を搭載する方法として、配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続する方法があり、このような配線板に形成された電極の厚さは１０〜５０μｍで、半導体チップのバンプが１０〜５０μｍで、その間に厚さ１５〜５０μｍの異方導電性フィルムを挟み、加熱・加圧して積層接着する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体チップは、ダイシングして分割されているので、その端部の加工ができず、切断した箇所に半導体チップ内部の回路導体が露出しており、そのような半導体チップを配線板上に搭載しようとすると、その半導体チップの端部が電極に接触して短絡することがあるという課題があった。
【０００４】
本発明は、短絡のない配線板とその配線板を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線板は、配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続した配線板であって、前記異方導電膜が、前記配線板上と電子部品との間に、直径が前記電極の厚さの０．６倍以上、１．３倍以下である絶縁粒子を有し、前記電子部品に設けられたバンプの一部が、前記電極に埋め込まれる状態で接続されることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の配線板の製造方法は、配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続する配線板の製造方法であって、前記異方導電膜として、直径が前記電極の厚さの０．６倍以上、１．３倍以下である絶縁粒子を有するものを用い、この異方導電膜を、前記配線板上と前記電子部品との間に配置し、前記電子部品に設けられたバンプの一部が、前記電極に埋め込まれる状態で接続するように、前記電子部品を加熱加圧することを特徴とする。
【０００７】
本発明者らは、鋭意、検討の結果、図３に示すように、半導体チップ１を配線板１１に搭載しようとすると、その半導体チップ１の端部が電極１４に接触して短絡するという現象が、半導体チップ１のバンプ２が搭載するときの圧力で配線板１１の電極１４に埋まるので、配線板１１の電極１４と半導体チップ１の端部とが接近することにより発生するということが分かり、さらに、半導体チップ１が埋まらないように接続しようとすると、接続が不完全になるという知見が得られた。
そこで、この知見を元に、図１に示すように、半導体チップ１と電極１４の接続を完全に行えるための接続条件下で、半導体チップ１が電極１４に埋まる量を抑制する方法として、異方導電膜３に絶縁粒子４を混入するという本発明をなすことができた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の異方導電膜は、樹脂と導電粒子からなるもので、樹脂には、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂でも用いることができるが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱、光、電子線等のエネルギーによる硬化性絶縁材料が、耐熱性、耐湿性及び機械的特性に優れることから好ましく適用できる。
本発明は加熱加圧下での製造法であるため、エポキシ樹脂類と潜在性硬化剤の系や、アクリルやウレタン、エポキシ樹脂類と光活性化剤との組み合わせ系が比較的低温下で反応し易いことから、より好ましい。
【０００９】
また、導電粒子は、導電性を有する各種の金属や合金、酸化物等が採用できる。導電性と耐腐食性を加味して好ましく用いられる材料としてはＮi、Ｃu、Ａl、Ｓn、Ｚn、Ａu、Ｐd、Ａg、Ｃo、Ｐb等の粒子である。粒形はほぼ球状が好ましいが、表面に多数の突起を設ける等の任意の形でよい。また、導電粒子は、核材の表面に金属薄層を設けた構成のものが、均一粒径の球状品が容易に入手可能なことから好ましい。核材が有機物の例としては、ポリスチレン、ナイロン、各種ゴム類等の高分子類があり、これらは架橋体であると耐溶剤性が向上するので、例えばシート原材料中に溶剤が含有される場合に溶出がなく、シートの特性に影響が少ないことから好ましい。核材が高分子類のような変形可能な粒子であると、製造時の加熱加圧により、シートからの突出部を扁平化することや弾力性を付与することも可能であり、電極への接触面積の増大による信頼性の向上に有効である。核材は、ガラス、セラミック、シリカ等の無機物の粒子でも良く、この場合は高分子の核材に比べて更に耐熱性の向上が可能となる。
そして、その導電粒子の直径は、中心粒径が２〜５０００μｍ程度が好ましく、５〜１００μｍにすれば更に好ましく、１０〜８０μｍにすれば特に好ましい。これらは所望の分解能に応じて選択する。即ち、導電性粒子の粒径を隣接する電極や配線パターン間距離の最小幅よりも小さくすることが、ショートを防止し、配線の細線化に対応する上で必要である。また、粒径が小さ過ぎるとシート厚みの減少により強度が不足し、取り扱いがやりにくくなる。
【００１０】
本発明に用いる異方導電膜に含ませる絶縁粒子には、前記核材と同じものを用いることができ、ポリスチレン、ナイロン、各種ゴム類等の高分子類があり、これらは架橋体であると耐溶剤性が向上するので、例えばシート原材料中に溶剤が含有される場合に溶出がなく、シートの特性に影響が少ないことから好ましい。核材が高分子類のような変形可能な粒子であると、製造時の加熱加圧により、シートからの突出部を扁平化することや弾力性を付与することも可能であり、電極への接触面積の増大による信頼性の向上に有効である。核材は、ガラス、セラミック、シリカ等の無機物の粒子でも良く、この場合は高分子の核材に比べて更に耐熱性の向上が可能となる。
そして、その絶縁粒子の直径は、電極の厚さの０．６〜１．３倍程度の範囲が好ましい。粒子径が電極の厚さの０．６倍未満であると、バンプ２の埋まり込みを抑制するのが少なく、粒子径が電極の厚さの１．３倍を越えると、異方導電膜中の導電粒子による電気的接続が困難となる。
【００１１】
この絶縁粒子を、導電粒子、及び樹脂と共に、有機溶剤に混合してワニスとし、支持フィルムに塗布し、加熱・半硬化させ、異方導電接着剤フィルムとして用いる。
また、支持フィルムに塗布せずに、ワニスを直接、配線板に塗布して異方導電膜を形成することもできる。
【００１２】
絶縁粒子、導電粒子及び樹脂を混合する割合は、支持フィルムに塗布する場合には、導電粒子：絶縁粒子＝９０：１０〜５０：５０となるようにすることが好ましく、導電粒子がこの範囲未満であると、接続抵抗が大きくなり回路の損失が大きくなり、絶縁粒子がこの範囲未満であると、半導体チップの端部と配線板の電極が接触することを抑制する効果が小さく、絶縁粒子がこの範囲を超えると、導電粒子の妨げになり、電気的に接続することが困難になる。そして、樹脂と導電粒子及び絶遠粒子の割合は、樹脂：（導電及び絶縁）粒子＝５０：５０〜１０：９０であることがより好ましい。
【００１３】
【実施例】
異方導電性フィルムは、核材に平均粒径３０μｍの架橋ポリスチレン粒子（ガラス転移点１６０℃）を用い、表面を塩化パラジウム系の活性化処理を行った後、無電解Ｎiめっき液を用いて９０℃でＮiめっきを行い、更にＡuめっき液を用いて７０℃で置換めっきを行って金属薄層を被覆した導電性粒子と、絶縁粒子として架橋ポリスチレン粒子（ガラス転移点１６０℃）の平均直径がそれぞれ２μｍ、１０μｍ、１２μｍ、２０μｍ、２６μｍ、３０μｍの球状のものを、絶縁材料として、ゴム変性可撓性エポキシ樹脂、マイクロカプセル型潜在性硬化剤（活性化温度１２０℃）及びトルエン溶剤を主成分（不揮発分５０％）とする接着剤に、導電粒子：絶縁粒子＝５０：５０となるようにしたものを４０体積％添加してロール間隔４０μｍで形成した後、１００℃で１０分乾燥し、厚さ２０μｍの接着剤（純水で１００℃１０時間抽出後の抽出水のＮaイオン、Ｃlイオンが各１０ppm以下）を基材のテトラフルオロエチレンフイルム（セパレータ、厚さ５０μｍ）の上に形成したものを用いた。
配線板は、片面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせた厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム製フレキシブル銅張り積層板の不要な銅箔の部分を、塩化第二銅エッチング液をスプレー噴霧してエッチング除去し、ニッケル／金めっき（ニッケル２μｍ、金０．２μｍ）を行い、厚さ約２０μｍの回路導体と厚さ２０μｍの電極を形成して作製した。
その電極に、異方導電性フィルムを３ｍｍ×４ｍｍに切断したものを貼り付け、その上に、大きさが２ｍｍ×３ｍｍで高さ１５μｍのバンプを形成した半導体チップを搭載した、
半導体チップを電極に接続するために、図２に示すように、電極１４を有する配線板１１を固定する固定板１２と、加圧ヘッド１３と、その加圧ヘッド１３を加熱する加熱ヒータ１５と、加圧ヘッド１３を半導体チップ１を固定する位置に移動させるＸＹステージ１７とからなる加圧装置１６を用い、加圧ヘッド１３には、その寸法が６ｍｍ×６ｍｍのものを用い、１７５℃で、０．４ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を２０秒間加えた。そして、半導体チップを搭載した配線板の回路の短絡と接続不良とを、それぞれ１００枚づつの試験片で調べたところ、表１のようになった。
【００１４】
【表１】
【００１５】
表１に示すように、絶縁樹粒子の直径を、電極の厚さ２０μｍの０．６〜１．３倍の範囲では、半導体チップの短絡率が、大幅に低く、また、回路の接続不良もなかった。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によって、短絡のない配線板とその配線板を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の構成を示す上面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】本発明の一実施例に用いた装置の側面図である。
【図３】本発明の課題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１．半導体チップ ２．バンプ
３．異方導電膜 ４．絶縁粒子
１１．配線板 １２．固定板
１３．加圧ヘッド １４．電極
１５．加熱ヒータ １６．加圧装置
１７．ＸＹステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線板に電子部品を搭載する方法として、配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続する方法があり、このような配線板に形成された電極の厚さは１０〜５０μｍで、半導体チップのバンプが１０〜５０μｍで、その間に厚さ１５〜５０μｍの異方導電性フィルムを挟み、加熱・加圧して積層接着する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体チップは、ダイシングして分割されているので、その端部の加工ができず、切断した箇所に半導体チップ内部の回路導体が露出しており、そのような半導体チップを配線板上に搭載しようとすると、その半導体チップの端部が電極に接触して短絡することがあるという課題があった。
【０００４】
本発明は、短絡のない配線板とその配線板を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線板は、配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続した配線板であって、前記異方導電膜が、前記配線板上と電子部品との間に、直径が前記電極の厚さの０．６倍以上、１．３倍以下である絶縁粒子を有し、前記電子部品に設けられたバンプの一部が、前記電極に埋め込まれる状態で接続されることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の配線板の製造方法は、配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続する配線板の製造方法であって、前記異方導電膜として、直径が前記電極の厚さの０．６倍以上、１．３倍以下である絶縁粒子を有するものを用い、この異方導電膜を、前記配線板上と前記電子部品との間に配置し、前記電子部品に設けられたバンプの一部が、前記電極に埋め込まれる状態で接続するように、前記電子部品を加熱加圧することを特徴とする。
【０００７】
本発明者らは、鋭意、検討の結果、図３に示すように、半導体チップ１を配線板１１に搭載しようとすると、その半導体チップ１の端部が電極１４に接触して短絡するという現象が、半導体チップ１のバンプ２が搭載するときの圧力で配線板１１の電極１４に埋まるので、配線板１１の電極１４と半導体チップ１の端部とが接近することにより発生するということが分かり、さらに、半導体チップ１が埋まらないように接続しようとすると、接続が不完全になるという知見が得られた。
そこで、この知見を元に、図１に示すように、半導体チップ１と電極１４の接続を完全に行えるための接続条件下で、半導体チップ１が電極１４に埋まる量を抑制する方法として、異方導電膜３に絶縁粒子４を混入するという本発明をなすことができた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の異方導電膜は、樹脂と導電粒子からなるもので、樹脂には、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂でも用いることができるが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱、光、電子線等のエネルギーによる硬化性絶縁材料が、耐熱性、耐湿性及び機械的特性に優れることから好ましく適用できる。
本発明は加熱加圧下での製造法であるため、エポキシ樹脂類と潜在性硬化剤の系や、アクリルやウレタン、エポキシ樹脂類と光活性化剤との組み合わせ系が比較的低温下で反応し易いことから、より好ましい。
【０００９】
また、導電粒子は、導電性を有する各種の金属や合金、酸化物等が採用できる。導電性と耐腐食性を加味して好ましく用いられる材料としてはＮi、Ｃu、Ａl、Ｓn、Ｚn、Ａu、Ｐd、Ａg、Ｃo、Ｐb等の粒子である。粒形はほぼ球状が好ましいが、表面に多数の突起を設ける等の任意の形でよい。また、導電粒子は、核材の表面に金属薄層を設けた構成のものが、均一粒径の球状品が容易に入手可能なことから好ましい。核材が有機物の例としては、ポリスチレン、ナイロン、各種ゴム類等の高分子類があり、これらは架橋体であると耐溶剤性が向上するので、例えばシート原材料中に溶剤が含有される場合に溶出がなく、シートの特性に影響が少ないことから好ましい。核材が高分子類のような変形可能な粒子であると、製造時の加熱加圧により、シートからの突出部を扁平化することや弾力性を付与することも可能であり、電極への接触面積の増大による信頼性の向上に有効である。核材は、ガラス、セラミック、シリカ等の無機物の粒子でも良く、この場合は高分子の核材に比べて更に耐熱性の向上が可能となる。
そして、その導電粒子の直径は、中心粒径が２〜５０００μｍ程度が好ましく、５〜１００μｍにすれば更に好ましく、１０〜８０μｍにすれば特に好ましい。これらは所望の分解能に応じて選択する。即ち、導電性粒子の粒径を隣接する電極や配線パターン間距離の最小幅よりも小さくすることが、ショートを防止し、配線の細線化に対応する上で必要である。また、粒径が小さ過ぎるとシート厚みの減少により強度が不足し、取り扱いがやりにくくなる。
【００１０】
本発明に用いる異方導電膜に含ませる絶縁粒子には、前記核材と同じものを用いることができ、ポリスチレン、ナイロン、各種ゴム類等の高分子類があり、これらは架橋体であると耐溶剤性が向上するので、例えばシート原材料中に溶剤が含有される場合に溶出がなく、シートの特性に影響が少ないことから好ましい。核材が高分子類のような変形可能な粒子であると、製造時の加熱加圧により、シートからの突出部を扁平化することや弾力性を付与することも可能であり、電極への接触面積の増大による信頼性の向上に有効である。核材は、ガラス、セラミック、シリカ等の無機物の粒子でも良く、この場合は高分子の核材に比べて更に耐熱性の向上が可能となる。
そして、その絶縁粒子の直径は、電極の厚さの０．６〜１．３倍程度の範囲が好ましい。粒子径が電極の厚さの０．６倍未満であると、バンプ２の埋まり込みを抑制するのが少なく、粒子径が電極の厚さの１．３倍を越えると、異方導電膜中の導電粒子による電気的接続が困難となる。
【００１１】
この絶縁粒子を、導電粒子、及び樹脂と共に、有機溶剤に混合してワニスとし、支持フィルムに塗布し、加熱・半硬化させ、異方導電接着剤フィルムとして用いる。
また、支持フィルムに塗布せずに、ワニスを直接、配線板に塗布して異方導電膜を形成することもできる。
【００１２】
絶縁粒子、導電粒子及び樹脂を混合する割合は、支持フィルムに塗布する場合には、導電粒子：絶縁粒子＝９０：１０〜５０：５０となるようにすることが好ましく、導電粒子がこの範囲未満であると、接続抵抗が大きくなり回路の損失が大きくなり、絶縁粒子がこの範囲未満であると、半導体チップの端部と配線板の電極が接触することを抑制する効果が小さく、絶縁粒子がこの範囲を超えると、導電粒子の妨げになり、電気的に接続することが困難になる。そして、樹脂と導電粒子及び絶遠粒子の割合は、樹脂：（導電及び絶縁）粒子＝５０：５０〜１０：９０であることがより好ましい。
【００１３】
【実施例】
異方導電性フィルムは、核材に平均粒径３０μｍの架橋ポリスチレン粒子（ガラス転移点１６０℃）を用い、表面を塩化パラジウム系の活性化処理を行った後、無電解Ｎiめっき液を用いて９０℃でＮiめっきを行い、更にＡuめっき液を用いて７０℃で置換めっきを行って金属薄層を被覆した導電性粒子と、絶縁粒子として架橋ポリスチレン粒子（ガラス転移点１６０℃）の平均直径がそれぞれ２μｍ、１０μｍ、１２μｍ、２０μｍ、２６μｍ、３０μｍの球状のものを、絶縁材料として、ゴム変性可撓性エポキシ樹脂、マイクロカプセル型潜在性硬化剤（活性化温度１２０℃）及びトルエン溶剤を主成分（不揮発分５０％）とする接着剤に、導電粒子：絶縁粒子＝５０：５０となるようにしたものを４０体積％添加してロール間隔４０μｍで形成した後、１００℃で１０分乾燥し、厚さ２０μｍの接着剤（純水で１００℃１０時間抽出後の抽出水のＮaイオン、Ｃlイオンが各１０ppm以下）を基材のテトラフルオロエチレンフイルム（セパレータ、厚さ５０μｍ）の上に形成したものを用いた。
配線板は、片面に厚さ１８μｍの銅箔を貼り合わせた厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム製フレキシブル銅張り積層板の不要な銅箔の部分を、塩化第二銅エッチング液をスプレー噴霧してエッチング除去し、ニッケル／金めっき（ニッケル２μｍ、金０．２μｍ）を行い、厚さ約２０μｍの回路導体と厚さ２０μｍの電極を形成して作製した。
その電極に、異方導電性フィルムを３ｍｍ×４ｍｍに切断したものを貼り付け、その上に、大きさが２ｍｍ×３ｍｍで高さ１５μｍのバンプを形成した半導体チップを搭載した、
半導体チップを電極に接続するために、図２に示すように、電極１４を有する配線板１１を固定する固定板１２と、加圧ヘッド１３と、その加圧ヘッド１３を加熱する加熱ヒータ１５と、加圧ヘッド１３を半導体チップ１を固定する位置に移動させるＸＹステージ１７とからなる加圧装置１６を用い、加圧ヘッド１３には、その寸法が６ｍｍ×６ｍｍのものを用い、１７５℃で、０．４ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を２０秒間加えた。そして、半導体チップを搭載した配線板の回路の短絡と接続不良とを、それぞれ１００枚づつの試験片で調べたところ、表１のようになった。
【００１４】
【表１】
表１に示すように、絶縁樹粒子の直径を、電極の厚さ２０μｍの０．６〜１．３倍の範囲では、半導体チップの短絡率が、大幅に低く、また、回路の接続不良もなかった。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によって、短絡のない配線板とその配線板を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の構成を示す上面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】本発明の一実施例に用いた装置の側面図である。
【図３】本発明の課題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１．半導体チップ ２．バンプ
３．異方導電膜 ４．絶縁粒子
１１．配線板 １２．固定板
１３．加圧ヘッド １４．電極
１５．加熱ヒータ １６．加圧装置
１７．ＸＹステージ
Claims (2)
- 配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続した配線板であって、
前記異方導電膜が、前記配線板上と電子部品との間に、直径が前記電極の厚さの０．６倍以上、１．３倍以下である絶縁粒子を有し、
前記電子部品に設けられたバンプの一部が、前記電極に埋め込まれる状態で接続される配線板。 - 配線板上に形成した電極に異方導電膜を介して電子部品を接続する配線板の製造方法であって、
前記異方導電膜として、直径が前記電極の厚さの０．６倍以上、１．３倍以下である絶縁粒子を有するものを用い、
この異方導電膜を、前記配線板上と前記電子部品との間に配置し、
前記電子部品に設けられたバンプの一部が、前記電極に埋め込まれる状態で接続するように、前記電子部品を加熱加圧する配線板の製造方法。
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