JP5114784B2

JP5114784B2 - 接続体の製造方法及び接続体

Info

Publication number: JP5114784B2
Application number: JP2009183227A
Authority: JP
Inventors: 元秀武市; 秀和八木
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: JP2010010694A

Description

本発明は、対向する一対の基板のそれぞれの対向面に設けられた接続端子同士を接続するための熱硬化性接着材料に関する。

近年、携帯端末機器等を中心とした電子機器の軽薄短小化並びに高機能化が進展し、それに相応して機器内の実装エリアが狭くなっている現状から、ベアＩＣチップをＩＣ搭載用基板に直接フリップチップ実装したり、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）の形態に加工し実装することが行われるようになっている。

このような実装の際には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と硬化剤とを主剤として含有し、更に必要に応じて異方性導電接続用の導電性粒子が配合されたフィルム状、ペースト状もしくは液状の熱硬化性接着材料が一般に用いられている。

最近では、そのような熱硬化性接着材料の接続信頼性を向上させるために、アルミナやシリカ等の絶縁性無機フィラーを配合することにより、硬化後の接着材料の線膨張係数を減少させ、被接着体（ＩＣチップや配線基板等）の線膨張係数に近づけることが試みられている。

しかしながら、単に絶縁性無機フィラーを配合した場合には、硬化後の接着材料の弾性率の上昇、伸び率の低下などのタフネスパラメーターが低下し、接続信頼性が却って損なわれるという問題があった。

本発明は、以上の従来の技術の問題を解決するものであり、対向する一対の基板のそれぞれの対向面に設けられた接続端子同士を接続するための熱硬化性接着材料に、そのタフネスパラメーターを低下させずに絶縁性無機フィラーを配合できるようにすることを目的とする。

本発明者は、硬化後の熱硬化性接着材料の弾性率を、絶縁性無機フィラーの配合量（容量％）に対して特定の関係を保つように調整することにより上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、対向する一対の基板のそれぞれの対向面に設けられた接続端子同士を接続するための熱硬化性接着材料であって、熱硬化性樹脂と絶縁性無機フィラーとを含有する熱硬化性接着材料において、絶縁性無機フィラーの配合量（ａ（容量％））と熱硬化性接着材料の硬化後の弾性率（Ｅ（ＧＰａ）／３０℃）とが以下の関係式（１）

を満足し、同時に絶縁性無機フィラーの配合量（ａ（容量％））と熱硬化性接着材料の硬化後の２５℃における引張り伸び率（ｄ（％））とが以下の関係式（２）

を満足することを特徴とする熱硬化性接着材料を提供する。

本発明の熱硬化性接着材料によれば、対向する一対の基板のそれぞれの対向面に設けられた接続端子同士を、タフネスパラメーターを低下させずに絶縁性無機フィラーを配合でき、良好な接続信頼性で接続できる。

熱硬化性接着材料における絶縁性無機フィラーの配合量と弾性率及び引張り伸び率との関係図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の熱硬化性接着材料は、対向する一対の基板（例えば、ベアＩＣチップとその搭載用基板；液晶表示素子用ガラス基板とドライバーＩＣ等）のそれぞれの対向面に設けられた接続端子同士を接続するためのものであって、少なくとも一種の熱硬化性樹脂と少なくとも一種の絶縁性無機フィラーとを含有する。

本発明の熱硬化性接着材料においては、絶縁性無機フィラーの配合量（ａ（容量％））と熱硬化性接着材料の硬化後の弾性率（Ｅ（ＧＰａ）／３０℃）とが以下の関係式（１）

を満足する。具体的には、関係式（１）をプロットした図１から明らかなように、本発明の熱硬化性接着材料においては、絶縁性無機フィラーの配合量と熱硬化性接着材料の硬化後の弾性率とを、直線Ａ及び直線Ｂで挟まれた領域内に位置するように選ぶ。これは、直線Ａよりも下方の領域では、加熱加圧により接続された接続端子同士の接続状態を外部の応力から維持するだけの凝集力が得られず、信頼性試験に耐えられず、逆に直線Ｂよりも上方の領域では弾性率が高過ぎ、接続端子同士を接着した際に発生する界面応力が大きく
なり、信頼性試験で剥離等が生じ易くなるからである。

また、本発明においては、関係式（１）を満足すると同時に、絶縁性無機フィラーの配合量（ａ（容量％））と熱硬化性接着材料の硬化後の２５℃における引張り伸び率（ｄ（％））とが以下の関係式（２）

を満足する。具体的には、関係式（２）をプロットした図１から明らかなように、本発明の熱硬化性接着材料においては、絶縁性無機フィラーの配合量と熱硬化性接着材料の硬化後の引張り伸び率を、直線Ｃ及び直線Ｄで挟まれた領域内に位置するように選ぶ。これは、直線Ｃよりも下方の領域では、接着界面で発生した応力を十分に分散できず、信頼性試験で不具合が生じ、逆に直線Ｄよりも上方の領域では伸び率が大き過ぎ、外部応力に抗して接続端子同士の接続状態を維持することができないからである。

本発明においては、絶縁性無機フィラーの配合量（ａ（容量％））は、少なすぎると接続信頼性を十分に改善することができず、多すぎると硬化前の熱硬化性接着材料の粘度が過度に高くなり作業性が大きく低下するので、好ましくは５〜３５容量％である。ここで、配合量（ａ（容量％））は、熱硬化性接着材料の固形分中の配合量を意味する。

絶縁性無機フィラーとしては、従来の熱硬化性接着材料において用いられているものを使用することができ、中でも化学的安定性と入手コストとの点からアルミナ又はシリカが好ましく挙げられる。

このような絶縁性無機フィラーの平均粒子径は、接続すべき基板の種類や基板に設けられた接続端子の形状等に応じて異なるが、通常、０．１〜２０μｍ、好ましくは０．３〜１０μｍである。なお、後述するように異方性導電接続用の導電性粒子を配合する場合には、導電性粒子よりも小さくする必要がある。

本発明の熱硬化性接着材料において使用する熱硬化性樹脂としては、従来の熱硬化性接着材料において用いられている樹脂を使用することができ、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂は、アクリル酸エステル残基やメタクリル酸エステル残基等の光反応性官能基を有していてもよい。

熱硬化性接着材料中の熱硬化性樹脂の配合量は、少なすぎると熱硬化性接着材料の接着力が不十分となり接続信頼性が低下し、多すぎると相対的に絶縁性無機フィラーの配合量が少なくなり、やはり接続信頼性が低下するので、好ましくは５〜９０重量％、好ましくは１０〜７０重量％である。

本発明の熱硬化性接着材料は、更に熱硬化性樹脂に反応する硬化剤、好ましくは潜在性硬化剤を含有することが好ましい。例えば、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ヒドラジット系硬化剤、ジシアンジアミド系硬化剤等が挙げられる。

熱硬化性接着材料中の硬化剤の配合量は、熱硬化性樹脂１００重量部に対し、好ましくは１〜５０重量部、より好ましくは５〜３０重量部である。

本発明の熱硬化性接着材料は、更に、異方性導電接続用の導電性粒子を配合して異方性導電接着材料とすることができる。この場合、導電性粒子を、熱硬化性接着材料中に、好ましくは０．５〜２０容量％、より好ましくは１〜１５容量％の割合で含有させることが好ましい。

このような異方性導電接続用の導電性粒子としては、公知の異方性導電接着剤で使用されている導電性粒子を利用することができる。例えば、ハンダ粒子、ニッケル粒子等の金属粒子、樹脂コアの表面をメッキ金属で被覆した複合粒子、これらの粒子の表面に絶縁性樹脂薄膜を形成した粒子等が挙げられる。

本発明の熱硬化性接着材料は、熱硬化性樹脂と絶縁性無機フィラーと、更に導電性粒子や硬化剤とを必要に応じて溶媒（トルエン等）中で均一に混合することにより調製することができる。液状あるいはペースト状のまま使用してもよく、あるいは成膜して熱硬化性接着フィルムとして使用することもできる。

本発明の熱硬化性接着材料は、対向する一対の基板のそれぞれの対向面に設けられた接続端子の間に挟み込んで加熱加圧することにより、良好な導通特性と絶縁特性と接続強度とを実現しながらそれらを接続することができる。

以下、本発明を以下の実験例により具体的に説明する。

実施例１〜６及び比較例１〜６
表１及び表２に示した配合組成の樹脂成分を、固形分が７０％となるようにトルエンと混合し、更にフィラーを混ぜ、３本ロール混練装置で分散し、硬化剤を添加して混合し、熱硬化性接着材料を得た。

得られた熱硬化性接着材料を剥離ＰＥＴフィルムに乾燥厚が４０μｍとなるようにコーティングし、熱風循環式オーブン中で乾燥することにより熱硬化性接着フィルムに加工した。

得られた熱硬化性接着フィルムを使用して以下に説明するように接続信頼性を評価し、また引張り伸び率と弾性率とを測定した。

（接続信頼性）
裏面に１６０個の高さ２０μｍのＡｕメッキパンプ（高さｈ^１＝２０μｍ／１５０μｍピッチ）が設けられたシリコンＩＣチップ（６．３ｍｍ平方／０．４ｍｍ厚）と、ニッケル−金メッキが施された銅配線（厚さ（電極高さ）ｈ^２＝１２μｍ）が形成されたガラスエポキシ基板（４０ｍｍ平方／０．６ｍｍ厚）との間に、剥離ＰＥＴフィルムを取り除いた各実施例及び各比較例の熱硬化性接着フィルムを配置して位置合わせし、フリップチップボンダーを用いて両者を接続して接続体を得た（接続条件：１８０℃、２０秒、１００ｇ／バンプ）。

接続終了後、接続体を３０℃、７０％ＲＨの雰囲気下に１８６時間放置し、次いで２４０℃（ｍａｘ）のリフロー炉に２回通過させた。そして、４端子法により接続部の抵抗を測定した。測定後、接続体にプレッシャークッカー（ＰＣＴ）処理（１２１℃、２．１気圧、１００％ＲＨ）を２００時間施した後の接続部の抵抗を再度測定した。得られた結果を表３及び表４に示す。

（引張り伸び率と弾性率）
未硬化の熱硬化性接着フィルムを１ｃｍ（幅）×１５ｃｍ（長）の大きさにカッターナイフを用いて切り出し、１８０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間硬化させた後、剥離ＰＥＴフィルムを取り除いた。ここで、硬化後にカッターナイフを用いて切り出さないのは、マイクロクラックの発生を避けるためである。

得られたフィルムの引張り伸び率を引張り試験機（オートグラフＡＧＳ−Ｈ／ビデオ式伸び計ＤＶＥ−２００、島津製作所）で測定（測定条件：引張り速度＝１ｍｍ／ｍｉｎ；チャック間距離＝１０ｃｍ；標線間距離＝５ｃｍ；測定温度＝２５℃）した。また、弾性率は、引張り試験機より得られたストレス−ストレインカーブにおける歪量０．０５％〜０．２５％間の傾きから算出した。得られた測定結果並びに算出結果を表３及び表４に示す。併せて絶縁性無機フィラーの配合量（容量％）も表３及び表４に示す。

なお、実施例及び比較例における絶縁性無機フィラーの容量％（５．７％；１６％；１９％；３５％）に対する式（１）の弾性率Ｅ（ＧＰａ／３０℃）の範囲並びに式（２）の引張り伸び率ｄ（％）の範囲を表５に示した。

表１及び表２注
＊１ＹＰ５０、東都化成社製；＊２４０３２Ｄ、大日本化学工業社製；＊３ＹＤ１２８、東都化成社製；＊４：（株）クラレ社製；＊５：ＳＧ８０、藤倉化成社製；＊６：３９４１ＨＰ、旭化成社製；＊７：ＳＯＥ２、龍森社製；＊８：ホワイトンＳＢ、白石カルシウム社製；＊９：ＥＨ２０ＧＮＲ、日本化学工業社製

表３〜表５からわかるように、実施例１〜６の熱硬化性接着材料の場合、絶縁性無機フィラーの容量％と弾性率とが関係式（１）を満たしており、同時に絶縁性無機フィラーの容量％と引張り伸び率とが関係式（２）を満たしている。このため初期抵抗値もＰＣＴ２００時間処理後の抵抗値も殆ど変化がなく、良好な接続信頼性を示していることがわかる。

一方、比較例１〜３及び５〜６の熱硬化性接着材料の場合には、関係式（１）を満たしているが、関係式（２）を満たしておらず、また、比較例４の熱硬化性接着材料の場合には関係式（１）及び関係式（２）を同時に満たしていない。このため、初期抵抗値は良好であるが、ＰＣＴ２００時間処理後の抵抗値は増大しており、接続信頼性が劣っていることがわかる。

Claims

互いに接続されるべき接続端子がそれぞれ設けられた一対の基板の間に、熱硬化性樹脂と絶縁性無機フィラーと導電粒子とを含有し、異方導電性を示す熱硬化性接着材料（Ｂ）を配し、加熱加圧して該熱硬化性接着材料を硬化させることにより、それぞれの対向面に設けられた接続端子同士を導通させつつ、該一対の基板同士を接続することを含んでなる接続体の製造方法において、
一対の基板が、ベアＩＣチップとその搭載用基板、または液晶表示素子用ガラス基板とそのドライバーＩＣであり、
熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂であり、
絶縁性無機フィラーが、アルミナまたはシリカであり、
絶縁性無機フィラーの配合量（ａ）［容量％］が、５〜３５容量％であり、
絶縁性無機フィラーの平均粒径が、０．１〜２０μｍであり、
該熱硬化性接着材料の硬化物中の絶縁性無機フィラーの配合量（ａ）［容量％］と該硬化物の弾性率（Ｅ）［ＧＰａ／３０℃］とが以下の関係式（１）

を満足し、同時に該熱硬化性接着材料の硬化物中の絶縁性無機フィラーの配合量（ａ）［容量％］と該硬化物の２５℃における引張り伸び率（ｄ）［％］とが以下の関係式（２）

を満足し、
該熱硬化性接着材料の硬化物の弾性率が、１．２〜５．７ＧＰａの範囲となり、引張り伸び率が１．８〜９．６％の範囲となるように当該熱硬化性接着材料を硬化させ、且つ
該熱硬化性接着材料（Ｂ）の硬化物中の導電性粒子の配合量が、０．５〜２０容量％であることを特徴とする接続体の製造方法。
対向する一対の基板同士が、該一対の基板の間に配置された、熱硬化性樹脂と絶縁性無機フィラーと導電粒子とを含有し、異方導電性を示す熱硬化性接着材料（Ｂ）の硬化物で、該一対の基板のそれぞれの対向面に設けられた接続端子同士を導通させつつ、接続されてなる接続体において、
一対の基板が、ベアＩＣチップとその搭載用基板、または液晶表示素子用ガラス基板とそのドライバーＩＣであり、
熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂であり、
絶縁性無機フィラーが、アルミナまたはシリカであり、
絶縁性無機フィラーの配合量（ａ）［容量％］が、５〜３５容量％であり、
該熱硬化性接着材料の硬化物中の絶縁性無機フィラーの配合量（ａ）［容量％］と該硬化物の弾性率（Ｅ）［ＧＰａ／３０℃］とが以下の関係式（１）

を満足し、同時に該熱硬化性接着材料の硬化物中の絶縁性無機フィラーの配合量（ａ）［容量％］と該硬化物の２５℃における引張り伸び率（ｄ）［％］とが以下の関係式（２）

を満足し、
該熱硬化性接着材料の硬化物の弾性率が、１．２〜５．７ＧＰａの範囲であり、引張り伸び率が１．８〜９．６％の範囲であり、且つ
該熱硬化性接着材料（Ｂ）の硬化物中の導電性粒子の配合量が、０．５〜２０容量％であることを満足することを特徴とする接続体。