JP4595980B2 - 接続部材および該接続部材を用いた電極の接続構造並びに接続方法 - Google Patents
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本発明によれば、バインダ成分の接続時の溶融粘度が絶縁性接着層に比べ、同等以下であるので、電極の接続時に、導電性接着層1の導電材料3が相対的に溶融粘度が同等以上の絶縁性接着層2に埋め込まれ、あるいは一部が捕捉された状態で接触し、突出電極12上に導電材料3の位置が保持される。次いで、絶縁性の接着層の軟化流動により、導電材料3が突出電極12と接触し導通可能となる。この時絶縁性接着層2は、バインダ成分4に比べ粘度が高く、導電材料3の保持が可能であり、隣接する突出電極間のスペース部分を気泡の無い状態で接続できる。本発明によれば、半導体チップ等の接続用電極面の長径と短径の比(L/D)が小さな場合、微小な突出電極12上に多くの導電材料3が確実に保持されるので接続信頼性が高く、また高価な導電材料を効率良く適用できるので省資源的である。
(1)導電性接着層の作製
フェノキシ樹脂(高分子量エポキシ樹脂)と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樹脂(エポキシ当量185)の比率を30/70とし、酢酸エチルの30%溶液を得た。この溶液に、粒径4±0.2μmのポリスチレン系粒子にNi/Auの厚さ0.2/0.02μmの金属被覆を形成した導電性粒子を8体積%添加し、混合分散した。この分散液をセパレータ(シリコーン処理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、110℃で20分乾燥し、厚み5μmの導電性接着層を得た。この接着層の硬化剤を除去したモデル配合の粘度を、デジタル粘度計HV−8(株式会社レスカ製)により測定した。150℃における粘度は80ポイズであった。
(1)の配合比を40/60とし導電性接着層から導電性粒子を除去し、厚み15μmのシートを前記(1)と同様に作製した。まず(1)の導電性接着層面と(2)の接着層面とをゴムロール間で圧延しながらラミネートした。以上で図1の2層構成の厚みが20μmの多層接続部材を得た。前記と同様に測定した絶縁性接着層の150℃における粘度は280ポイズであった。したがって150℃における導電性接着層と絶縁性接着層との粘度の差は、200ポイズである。
評価用ICチップ(シリコン基板、2×12mm、高さ0.5mm、長辺側2辺にバンプと呼ばれる50μmφ、高さ20μmの金電極が300個形成)と、ガラス1.1mm上に酸化インジウム厚み0.2μm(ITO、表面抵抗20Ω/□)の薄膜回路を有する平面電極とを接続した。ガラス側のITO電極を前記ICチップのバンプ電極サイズに対応させ周辺に測定用のリ−ドを引き出した。接続部材をICチップの大きさよりも若干大きい2.5×14mmに切断し、平面電極側に導電性接着層がくるようにして仮接続した。基板が平滑であることに加え接続部材の有する粘着性により、貼り付けが容易でこの後のセパレータ剥離も簡単であった。次にICチップのバンプと、平面電極とを位置合わせし、150℃、30kgf/mm2、15秒で加熱加圧し接続体を得た。この時接続装置の熱源は絶縁性の接着層側に配置し、平面電極側に導電性接着層を配置した。
この接続体の断面を研磨し顕微鏡で観察したところ、図6相当の接続構造であった。隣接電極間のスペースは気泡混入がなく粒子が球状であったが、電極上は粒子が圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。相対峙する電極間を接続抵抗、隣接する電極間を絶縁抵抗として評価したところ、接続抵抗は1Ω以下、絶縁抵抗は1010Ω以上であり、これらは85℃、85%RH1000時間処理後も変化が殆どなく良好な長期信頼性を示した。本参考例における電極上(50μmφ=1962.5μm2)の接続に寄与している有効平均粒子数は、20個(最大23個、最小18個、以下同様に表示)であった。接続に寄与している有効粒子とは、接続面をガラス側から顕微鏡(×100)で観察し、電極との接触により光沢を有しているものとした。またL/Dは50μmφ(直径)のなので1.0である。本参考例では、バンプ上の粒子は圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。隣接バンプ間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。導電粒子は、相対峙する電極間距離のばらつきに応じて粒子の変形度が異なり、部分的にバンプに食い込むものも見られ、全電極において良好な接続を得た。
参考例1と同様であるが、厚みが20μmの従来構成の単層の導電性接着層を得た。参考例1と同様に評価したところ、電極上(50μmφ)の粒子数は最大13個、最小0個であり、電極上に有効粒子の無いものが見られ、また参考例1に比べ最大と最小のばらつきが大きかった。また、接続体の絶縁抵抗を測定したところショート不良が発生した。接続時に導電粒子が電極上から流出し、隣接電極間(スペース部)での絶縁性が保持できなくなったと見られる。
参考例1の導電性接着層の他の面に、さらに同様に絶縁性接着層を形成し、図2の3層構成の多層接続部材を得た。また、参考例1のガラス平面電極に代えて、ポリイミドフィルム上に、高さ18μmの銅の回路を有する2層FPC回路板とした。参考例1と同様に接続し、図7相当の接続体を得た。参考例1と同様に評価したところ良好な接続特性を示した。電極上の有効粒子数は、突出電極同士の接続なので粒子が流出しやすい構成にもかかわらず、全電極において10個以上の確保が可能であった。
参考例1と同様であるが、絶縁性接着層のフェノキシ樹脂と液状エポキシ樹脂の配合比を変えることで、両層の150℃における粘度の差を変化させた。結果を前述参考例1と共に表1に示す。各参考例では、電極上の有効粒子数が多くばらつきも比較的少なく、参考例1と同様に良好な接続特性を示した。比較例2では、粘度の差が大きすぎるため絶縁性接着層から導電粒子が露出できずに電極上に有効粒子が見られず、接続が不可能であった。比較例3は、接続部材の構成を参考例1と逆にした従来から知られている2層構成であるが、有効粒子数が少なく電極上に有効粒子の無いものが見られ、また参考例1に比べ最大と最小のばらつきが大きかった。
平行電極の接続として参考例2のFPC回路板同士を接続(電極幅D=50μm、接続幅L=1500μm、L/D=30)した。比較例4は、参考例1の接続部材による接続であるが、50μmφに換算した電極上の有効粒子数は9個(0〜16)と参考例1に比べ1/2以下であった。比較例5は、比較例3の接続部材による接続であるが、有効粒子数は18個(14〜24)と比較例3に比べて向上した。これらの結果から,L/Dの大きな回路板のような平行電極の接続の場合と、半導体チップ電極のようなL/Dの小さなドット状電極の場合とでは、接続部材の最適構成が異なることが分かった。この理由については不明であるが、接続時の熱伝達性や接着剤の流動がL/Dの影響で変化するためと考えられる。
参考例1と同様であるが、ICチップ接続面のバンプ形状を変化させた。バンプは長径をICチップの中央に向けた。結果を表2に示す。L/D=1〜10の各参考例では、電極上の有効粒子数が多く、ばらつきが比較的少なく、参考例1と同様に良好な接続特性を示した。
参考例1と同様であるが、ICチップ接続面のバンプを形成しなかった。すなわち、Al配線の必要部にパッドが形成され、パッド以外は厚み1μmの絶縁層(この場合SiO2)で覆われた凹状電極の半導体チップであり、図8の構成である。この場合、半導体チップに導電性接着層側を仮接続した。本参考例では参考例1と同様に良好な接続特性を示し、チップ類への突出電極が形成不要であり、極めて経済的であった。
参考例2の接続部材と同様であるが、導電性粒子の粒子径を7μmとし導電性接着層厚みを7μmとした。また絶縁性接着層の厚みを片側25μm、他の面を50μmに形成した。電極は、QFP形ICのリード(厚み100μm、ピッチ300μm、電極幅350μm、接続幅3000μm、L/D=8.6)であり、ガラスエポキシ基板上の銅の厚み35μmの端子と接続した。本構成は図7類似であるが、ICのリード側(片側)に基板のない構成である。本参考例は、高さの大きな電極同士の接続であるが、電極ずれがなく良好な接続特性を示した。導電性シート中の導電材料は図示していないが、粒子は圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。隣接電極間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。本参考例では、基板のない部分もリード高さに沿って接着層が形成され、リードを固定できた。電極上の有効粒子数は、全電極において10個以上の確保が可能であった。
参考例1と同様であるが、ガラス基板上に5個のICチップを搭載できる基板に変更し、加熱加圧工程を2段階とした。まず、150℃、20kgf/mm2で、2秒後に加圧しながら各接続点の接続抵抗をマルチメータで測定検査した(実施例1)。同様であるが他の一方は、150℃、20kgf/mm2、3秒後に接続装置から除去した。加熱加圧により接着剤の凝集力が向上したので、各ICチップは、ガラス側に仮固定が可能で無加圧で同様に検査(実施例2)した。両実施例ともに1個のICチップが異常であった。そこで異常チップを剥離して新規チップで前記同様の接続を行ったところ、いずれも良好であった。両実施例ともに接着剤は硬化反応の不十分な状態なので、チップの剥離や、その後のアセトンを用いた清浄化も極めて簡単であり、リペア作業が容易であった。以上の通電検査工程およびリペア工程の後で、150℃、20kgf/mm2、15秒で接続したところ、両実施例ともに良好な接続特性を示した。バンプ上の有効粒子数は、全電極において19個以上の確保が可能であった。本実施例では参考例1に比べバンプ上の有効粒子数が増加し、電極上からの流出が少ない。加熱加圧工程を2段階としたので、粒子の保持性がさらに向上したと見られる。
参考例1の接続部材と同様であるが、導電粒子を表面に凹凸有するカルボニルニッケル(平均粒径3μm)とし、添加量4体積%、導電性接着層の厚みを5μmに変更した。また絶縁性接着層をカルボキシル変性SEBS(スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体)と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樹脂(エポキシ当量185)の比率を20/80とし、厚み15μmのシートを前記と同様に作製し、前記導電性接着層面とラミネートした。同様に測定した150℃における粘度は100ポイズであった。したがって導電性接着層と絶縁性接着層との粘度の差は20ポイズである。参考例1と同様に評価したところ、電極に導電粒子の先端が食い込んでおり、電極上の有効粒子数は、100個以上が確保できた。接続抵抗、絶縁抵抗、長期信頼性ともに良好あった。本参考例では、導電性接着層と絶縁性接着層とで、高分子成分を変えたので接着後に、絶縁性接着層側の面から綺麗に剥離可能であった。このことは、リペア作業の容易さを意味する。導電性接着層と絶縁性接着層とのTMA(熱機械分析)による引っ張り法で求めたTg(ガラス転移点)は、前者が125℃、後者が100℃であった。これはリペア作業において剥離温度を高温とした場合、接着層の耐熱性の差を利用して剥離可能であり、凝集力の差を設け易いことから剥離作業に有効である。
参考例1の接続部材と同様であるが、絶縁粒子として参考例1の導電性粒子の核体であるポリスチレン系粒子を1体積%、導電性接着層(参考例12)、絶縁性接着層(参考例13)、および両層(参考例14)にそれぞれ混合分散した。参考例1と同様に評価したところ、接続抵抗、絶縁抵抗、長期信頼性ともに良好であった。絶縁粒子の添加量が少ないので、各参考例で流動性に対する影響は見られなかった。参考例12では、導電性粒子の間に絶縁粒子が分散され導電性接着層のみの異方導電性の分解能向上に有効であった。参考例13は、絶縁性接着層の絶縁性保持に有効で、参考例14は、参考例12〜13の両者の特徴を有していた。参考例12と14の絶縁粒子は、電極間で導電粒子と同様に変形保持された。
参考例1の接続部材と同様であるが、導電粒子の表面を絶縁被覆処理を行った。すなわち、平均粒径4μmの導電粒子の表面を、ガラス転移点127℃のナイロン樹脂で厚み約0.2μm被覆し、添加量を15体積%に増加した。参考例1と同様に評価したが、良好な接続特性を示した。本参考例では、電極上の粒子数が著しく増加した。電極接続部は、接続時の熱圧による絶縁層およびバインダの軟化により導通可能であるが、隣接電極列のスペース部は熱圧が少なく導電材料の表面が絶縁層で被覆されたままなので、絶縁性も良好であった。バンプ上の有効粒子数は、全電極で30個以上の確保が可能であった。本構成では、導電材料のバインダに対する濃度を高密度に構成できた。
Claims (3)
- 相対峙する電極列間の少なくとも一方が、基板上に形成された複数のチップの有する突出した電極列である電極列間の接続構造であって、
前記電極列間は接続部材を介して接続されており、前記接続部材は導電材料とバインダとよりなる加圧方向に導電性を有する接着層の少なくとも片面に絶縁性の接着層が形成されてなる多層接続部材であって、バインダ成分の接続時の溶融粘度が、絶縁性接着層に比べ同等以下であり、絶縁性接着層が突出電極の少なくとも基板側の周囲を覆ってなる、ことを特徴とする電極の接続構造。 - 突出した電極の頂部から基板側にかけて導電材料の密度が傾斜的に薄いことを特徴とする請求項1記載の電極の接続構造。
- 前記バインダ成分又は前記絶縁性接着層が熱又は光硬化性の材料で形成されている、請求項1又は2記載の電極の接続構造。
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