JP6490999B2 - 接続構造体、及び接続構造体の製造方法 - Google Patents

接続構造体、及び接続構造体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、接続構造体、及び接続構造体の製造方法に関する。
従来、FPD(Flat Panel Display)のガラス基板上に、IC(Integrated Circuit)チップを搭載させるCOG(Chip On Glass)実装が行われている。また、ガラス基板の反りを低減し、表示ムラを抑制するため、光硬化性接着組成物を用いてICチップとガラス基板を接続させる低温実装が行われている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−235530号公報
しかしながら、ガラス基板のICチップ接続用の金属端子部は、光透過性が低く、光硬化性接着組成物の硬化反応が十分に進まない。また、圧着ツールに押圧による応力がICチップのバンプ列のない中心部に集中しやすくなり、結果として当該領域で接着が不十分になる現象(浮き)が発生することがあった。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、半導体チップの浮きの発生を抑制することができる接続構造体、及び接続構造体の製造方法を提供する。
本発明者は、鋭意検討を行った結果、光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差を所定値以下とすることにより、半導体チップの浮きの発生を抑制可能であることを見出した。
すなわち、本発明に係る接続構造体は、複数の接続端子を有する半導体チップと、前記複数の接続端子に対応した複数の金属端子を有する透光基板と、前記複数の接続端子と前記複数の金属端子とを接続する光硬化性接着組成物を光硬化してなる光硬化接着膜とを備え、前記光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、前記光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が、70%以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る接続構造体の製造方法は、光硬化性接着組成物を介して、半導体チップの複数のバンプと透光基板の複数の金属端子とを圧着しながら前記透光基板側から光照射し、前記光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、前記光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が、70%以下である光硬化接着膜を形成することを特徴とする。
本発明によれば、光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が小さいため、半導体チップの浮きの発生を抑制することができる。
図1は、接続構造体の接続部の一部を示す概略断面図である。 図2は、実施例における光カチオン重合開始剤の吸収スペクトルを示すグラフである。 図3は、比較例における光カチオン重合開始剤の吸収スペクトルを示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1.接続構造体
2.接続構造体の製造方法
3.実施例
<1.接続構造体>
本実施の形態に係る接続構造体は、複数の接続端子を有する半導体チップと、複数の接続端子に対応した複数の金属端子を有する透光基板と、複数の接続端子と複数の金属端子とを接続する光硬化性接着組成物を光硬化してなる光硬化接着膜とを備え、光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が、70%以下であるものである。ここで、光硬化性接着組成物の金属端子間部は、金属端子間の透光基板上の組成物をいい、また、光硬化性接着組成物の金属端子端部は、金属端子上の端部から略5μm以下の範囲の組成物をいう。
図1は、接続構造体の接続部の一部を示す概略断面図である。図1に示すように、この接続構造体は、半導体チップ10と、透光基板20と、光硬化性接着組成物からなる光硬化接着膜30とを備える。
半導体チップ10は、第1のバンプ列群の第1のバンプ11と、第2のバンプ列群の第2のバンプ12とを備える。第1のバンプ列群は、例えば、入力端子群であり、実装面の一方の側縁に沿って第1のバンプ11が一列で配列されている。また、第2のバンプ列群は、例えば、出力端子群であり、一方の側縁と対向する他方の側縁に沿って第2のバンプ12が複数列で千鳥格子状に配列されている。第1のバンプ11及び第2のバンプ12は、例えば、Cuバンプ、Auバンプ、又はCuバンプにAuメッキを施したAuメッキバンプから形成されている。このような半導体チップ10の具体例としては、FPD(Flat Panel Display)駆動用のICチップ(Integrated Circuit)が挙げられる。
透光基板20は、例えばガラス基板からなり、第1のバンプ11に対応する第1の金属端子21と、第2のバンプ12に対応する第2の金属端子22とを備える。第1の金属端子21及び第2の金属端子22は、透光基板20上に形成され、光透過性の低いCu、Al、Ag、Ni、Tiなどの金属、又はこれを含む合金からなる。また、例えば、透光基板20がLCD(Liquid Crystal Display)用途である場合、液晶を駆動させるためのITO、IGZOなどの透明電極配線が形成されている。このような透光基板20の具体例としては、LCDパネルなどのFPD用パネル基板が挙げられる。
光硬化接着膜30は、光硬化性接着組成物を光硬化させ、半導体チップ10と透光基板20を固着させるものである。また、導電性粒子31を介して、第1のバンプ11と第1の金属端子21との間、及び第2のバンプ12と第2の金属端子22との間を電気的に接続することが好ましい。
光硬化性接着組成物の金属端子間部30aにおける反応率と光硬化性接着組成物の金属端子端部30bにおける反応率との差が70%以下であることにより、半導体チップ10の第1のバンプ11と第2のバンプ12との間の中心部における浮きの発生を抑制することができる。これは、金属端子間部30aと金属端子端部30bとの反応率の差が小さくなることにより、熱膨張率差に基づく内部応力が小さくなったものと考えられる。なお、図1において、金属端子間部30aは、半導体チップ10と透光基板20との間の略中心部であって、第1の金属端子11と第2の金属端子12との間の略中心部である。また、金属端子端部30bは、第1のバンプ11と第1の金属端子21との間の略中心部であって、第2のバンプ21側又は第2の金属端子22側の端部から略5μm以下の範囲である。
このような接続構造体は、光硬化性接着組成物の金属端子間部30aにおける反応率と光硬化性接着組成物の金属端子端部30bにおける反応率との差が小さいため、半導体チップ10の第1のバンプ11と第2のバンプ12との間の中心部における浮きの発生を抑制することができる。
光硬化性接着組成物は、光硬化型であれば、特に限定されるものではなく、例えば、カチオン硬化型、ラジカル硬化型、又はこれらを併用することができる。これらの中でも、光カチオン重合開始剤を含有するカチオン硬化型であることが好ましい。これにより、光硬化性接着組成物の金属端子間部30aにおける反応率と光硬化性接着組成物の金属端子端部30bにおける反応率との差を小さくすることが可能となる。
以下、光硬化性接着組成物として、カチオン硬化型の異方性導電フィルムについて説明する。異方性導電フィルムに使用される導電性粒子としては、公知の導電性粒子を用いることができる。導電性粒子としては、例えば、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、錫、鉛、クロム、コバルト、銀、金などの金属粒子、又はこれらの1種以上の金属を含む合金粒子を挙げることができる。また、樹脂、カーボン、グラファイト、ガラス、セラミック、プラスチックなどの粒子の表面に金属をコートしたもの、さらにこれらの粒子の表面に更に絶縁薄膜をコートしたものなどが挙げられる。樹脂粒子の表面に金属をコートしたものである場合、樹脂粒子としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル・スチレン(AS)樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニルベンゼン系樹脂、スチレン系樹脂等の粒子を用いることができる。
導電性粒子の平均粒径としては、通常1〜10μm、より好ましくは2〜6μmである。また、バインダー樹脂中の導電性粒子の平均粒子密度は、接続信頼性及び絶縁信頼性の観点から、好ましくは1000〜100000個/mm、より好ましくは30000〜80000個/mmである。
カチオン硬化型のバインダーは、膜形成樹脂と、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤とを含有する。
膜形成樹脂は、例えば平均分子量が10000以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、10000〜80000程度の平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ブチラール樹脂等の種々の樹脂が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、膜形成状態、接続信頼性等の観点からフェノキシ樹脂を好適に用いることが好ましい。膜形成樹脂の含有量は、バインダー樹脂組成物100質量部に対し、通常、30〜80質量部、好ましくは40〜70質量部である。
カチオン重合性化合物としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、フェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル等の1官能性エポキシ化合物;ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネート、ヒダントインエポキシ等の含複素環エポキシ樹脂;水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトール−ポリグリシジルエーテル等の脂肪族系エポキシ樹脂;芳香族、脂肪族もしくは脂環式のカルボン酸とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるエポキシ樹脂;スピロ環含有エポキシ樹脂;o−アリル−フェノールノボラック化合物とエピクロルヒドリンとの反応生成物であるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;ビスフェノールAのそれぞれの水酸基のオルト位にアリル基を有するジアリルビスフェノール化合物とエピクロルヒドリンとの反応生成物であるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;シッフ系化合物、スチルベン化合物およびアゾベンゼン化合物のジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプロピル)シクロヘキサンとエピクロルヒドリンとの反応生成物等の含フッ素脂環式、芳香環式エポキシ樹脂等を用いることができる。これらの中でも、比較的暗反応が生じにくいビスフェノールA型エポキシ樹脂、又はビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
カチオン重合性化合物の含有量は、少なすぎると導通信頼性が低くなり、多すぎると接着強度が低くなる傾向があるので、好ましくはバインダー樹脂組成物100質量部に対し、20〜70質量部、より好ましくは30〜60質量部である。
また、光カチオン重合開始剤は、250nm〜350nmの波長域に吸収極大を1つ有することが好ましい。これにより、硬化反応が遅くなるため、光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応を進行させることができる。
光カチオン重合開始剤としては、トリアリールスルホニウム塩、ベンジルスルホニウム塩、トリフェニルスルホニウム塩、ジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウム塩、トリアリールヨードニウム塩,ジアリールヨードニウム塩、ジフェニルヨードニウム塩、4−メトキシジフェニルヨードニウム塩、ビス(4−メチルフェニル)ヨードニウム塩、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム塩、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム塩などが挙げられる。具体例としては、下記化合物1において、アニオン種が6フッ化アンチモン([SbF)であるトリアリールスルホニウム塩、アニオン種(X)が6フッ化リン([PF)であるトリアリールスルホニウム塩などが挙げられ、これらの中でも、アニオン種が6フッ化アンチモン([SbF)であるトリアリールスルホニウム塩を好ましく使用することができる。これにより、硬化反応が遅くなるため、光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応を進行させることができる
Figure 0006490999
また、光、熱どちらにも適用可能な光・熱カチオン重合開始剤を使用してもよい。光・熱カチオン重合開始剤としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩が挙げられ、中でも、低温での反応性に優れ、ポットライフが長い芳香族スルホニウム塩を好適に用いることができる。光・熱カチオン重合開始剤の市場で入手可能な具体例としては、三新化学工業(株)の商品名「SI−60L」、「SI−80L」、「SI−100L」等を挙げることができる。
光カチオン重合開始剤の含有量は、少なすぎると反応性が無くなり、多すぎると接着剤の製品ライフが低下する傾向があるため、バインダー樹脂組成物100重量部に対し、好ましくは0.1〜30重量部、より好ましくは0.5〜20重量部である。
また、必要に応じて、応力緩和剤、シランカップリング剤、無機フィラー等を配合してもよい。応力緩和剤としては、水添スチレン−ブタジエンブロック共重合体、水添スチレン−イソプレンブロック共重合体等を挙げることができる。また、シランカップリング剤としては、エポキシ系、メタクリロキシ系、アミノ系、ビニル系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系等を挙げることができる。また、無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を挙げることができる。
<2.接続構造体の製造方法>
本実施の形態に係る接続構造体の製造方法は、光硬化性接着組成物を介して、半導体チップの複数のバンプと透光基板の複数の金属端子とを圧着しながら透光基板側から光照射し、光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が、70%以下である光硬化接着膜を形成するものである。なお、光硬化性接着組成物、半導体チップ及び透光基板は、前述した接続構造体における、光硬化性接着組成物、半導体チップ及び透光基板と同様のため、ここでは説明を省略する。
前述の異方性導電フィルムを用いて、半導体チップの接続端子と透光基板の金属端子とを接続する場合、例えばヒートツールなどの圧着ツールを用いて、所定温度で半導体チップを押圧しながら透光基板側から紫外線を照射することにより行われる。所定温度は、80℃以上160℃以下であることが好ましい。ここで、所定温度は、異方性導電フィルムの温度をいう。また、押圧の圧力は、30MPa以上150MPa以下であることが好ましい。また、押圧の時間は1秒以上10秒以下であることが好ましい。また、紫外線照射の開始は、加圧開始から1秒以上5秒以下の間に行うことが好ましい。また、紫外線照射の照度は、100mW/cm以上1000mW/cm以下であることが好ましい。また、紫外線の照射時間は、0.5秒以上10秒以下であることが好ましい。
このような圧着により、異方性導電フィルムのバインダーが流動化して導電性粒子が半導体チップの接続端子と透光基板の金属端子との間で押し潰され、この状態でバインダー樹脂が硬化し、半導体チップと透光基板とが電気的、機械的に接続される。ここで、光硬化性接着組成物であるバインダーの金属端子間部における反応率と、金属端子端部における反応率との差が、70%以下である光硬化接着膜を形成することにより、半導体チップの浮きの発生を抑制することができる。
なお、圧着ツールと半導体チップとの間に緩衝材を介装して圧着してもよい。緩衝材を介装することにより、押圧ばらつきを低減できると共に、圧着ツールが汚れるのを防止することができる。圧着ツールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、押圧対象よりも大面積である押圧部材を用いて押圧を1回で行ってもよく、また、押圧対象よりも小面積である押圧部材を用いて押圧を数回に分けて行ってもよい。圧着ツールの先端形状としては、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平面状、曲面状などが挙げられる。
<4.実施例>
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、光カチオン重合開始剤を含有する異方性導電フィルム作製し、これを用いてICチップとガラス基板とを接続させた接続構造体を作製した。そして、接続構造体の金属端子間部における異方性導電フィルムの反応率と、金属端子端部における異方性導電フィルムの反応率を測定した。また、温度85℃、湿度85%、48hの環境試験後、ICチップとガラス基板との界面の浮きの有無を評価した。また、接続構造体のダイシェア強度、及び導通抵抗について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
異方性導電フィルムの作製、接続構造体の作製、異方性導電フィルムの反応率の測定、接続構造体の浮きの評価、ダイシェア強度の測定、及び、導通抵抗の測定は、次のように行った。
[異方性導電フィルムの作製]
フェノキシ樹脂(YP50、新日鐵住金化学社製)を50質量部、エポキシ樹脂(EP828、三菱化学社製)を40質量部、応力緩和剤(グレード0588、JSR株式会社製)を10質量部、光カチオン重合開始剤を5質量部、光・熱カチオン重合開始剤(サンエイドSI−60L、三新化学社製)を1質量部、及び導電性粒子(AUL704、積水化学社製)を30質量部配合した組成物をPETフィルムにバーコーターで塗布し、60℃、5分で熱風乾燥し、厚み20μmの異方性導電フィルムを作製した。
[接続構造体の作製]
35mm×24mmにカットされた異方性導電フィルムをITOガラス(a−ITO/Mo/Al、L/S=30/20、t=0.5mm)に貼り付けた後、IC(1.8mm×20mm、t=0.5mm、Au-plated bump:30μm×85μm、h=15μm)を圧着しながら、ITOガラス側から光照射した。圧着条件は、110℃−70MPa−5秒、光照射:400mW/cm−3秒(加圧開始後2秒後に照射)、緩衝材:テフロン(商標)(t=50μm)とした。
[異方性導電フィルムの反応率の測定]
ITOガラスからICを引き剥がし、Cu端子間の略中央部の金属端子間部、及びCu端子上の端部から略5μmの金属端子端部からサンプルAを取得した。そしてサンプルA〜Cを測定し、硬化率を算出した。
サンプルA:金属端子間部の試料、又は金属端子端部の試料
サンプルB:未硬化(反応前)の試料
サンプルC:サンプルBを110℃−70MPa−5秒の熱圧着条件、及び200mW/cm−3秒の光照射条件で完全硬化させた試料
各サンプルについて、FT−IR測定を行い、得られたIRチャートから(I)914cm−1:エポキシ環の逆対象伸縮振動及び(II)829cm−1:芳香環のC−H間界面外変角振動2つのピークを数値化した。そして、各試料について、下記(1)式にて吸光度比を求め、得られた吸光度比を用いて下記(2)式で示される反応率を算出した。 吸光度比=(I)/(II) (1)
反応率(%)=(1−サンプルAの吸光度比/サンプルBの吸光度比)/(1−サンプルCの吸光度比/サンプルBの吸光度比)×100 (2)
[接続構造体の浮きの評価]
85℃85%48hの環境試験後、ITOガラスからのICの浮きの有無を金属顕微鏡(対物倍率5倍)にて検査した。任意のサンプルを10個検査し、ICの浮きが無いものが7個以上である場合を「○」と評価し、ICの浮きが無いものが7個未満である場合を「×」と評価した。
[接続構造体のダイシェア強度の測定]
ダイシェア強度測定器(PTR−1100:RHESCA社製)を用いて、接続構造体のダイシェア強度(kgf/IC)を測定した。測定条件は、ツール速度を200μm/秒、ツール高さを10μmとした。
[接続構造体の導通抵抗の測定]
デジタルマルチメーター(商品名:デジタルマルチメーター7561、横河電機社製)を用いて、接続構造体の導通抵抗(Ω)の測定を行い、最大値及び平均値を求めた。
<実施例1>
光カチオン重合開始剤として、サンアプロ株式会社製の商品名「CPI−101A」を用いた。この光カチオン重合開始剤は、図2に示すように、250nm〜350nmの波長域に吸収極大を1つ有していた。この光カチオン重合開始剤は、トリアリールスルホニウムからなるカチオン種と、6フッ化アンチモン([SbF)からなるアニオン種とを含む。この光カチオン重合開始剤を含有する異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。表1に、反応率の測定結果、接続構造体の浮きの評価結果、ダイシェア強度の測定結果、及び導通抵抗の測定結果を示す。
<比較例1>
図3に示すように、250nm〜350nmの波長域に吸収極大を2つ有する光カチオン重合開始剤を用いた。この光カチオン重合開始剤は、トリアリールスルホニウムからなるカチオン種と、4フッ化ホウ素(TEFB:テトラフルオロボレート、[BF)からなるアニオン種を含む。この光カチオン重合開始剤を含有する異方性導電フィルムを作製し、接続構造体を作製した。表1に、反応率の測定結果、接続構造体の浮きの評価結果、ダイシェア強度の測定結果、及び導通抵抗の測定結果を示す。
Figure 0006490999
比較例1のように、金属端子間部における反応率と金属端子端部における反応率との差が70%を超える場合、ICの浮きが見られた。一方、実施例1のように、金属端子間部における反応率と金属端子端部における反応率との差が70%以下である場合、ICの浮きが見られなかった。また、実施例1のように、250nm〜350nmの波長域に吸収極大を1つ有する光カチオン重合開始剤、又はトリアリールスルホニウムからなるカチオン種と、6フッ化アンチモンからなるアニオン種とを含む光カチオン重合開始剤を用いることにより、金属端子間部における反応率と金属端子端部における反応率との差を小さくできることが分かった。
10 半導体チップ、11 第1のバンプ、12 第2のバンプ、20 透光基板、21 第1の金属端子、22 第2の金属端子、30 光硬化接着膜、30a 金属端子間部、30b 金属端子端部、31 導電性粒子

Claims (5)

  1. 複数の接続端子を有する半導体チップと、
    前記複数の接続端子に対応した複数の金属端子を有する透光基板と、
    前記複数の接続端子と前記複数の金属端子とを接続する光硬化性接着組成物を光硬化してなる光硬化接着膜とを備え、
    前記光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、前記光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が、70%以下である接続構造体。
  2. 前記光硬化性接着組成物が、光カチオン重合開始剤を含有する請求項1記載の接続構造体。
  3. 前記光カチオン重合開始剤が、250nm〜350nmの波長域に吸収極大を1つ有する請求項2記載の接続構造体。
  4. 前記光カチオン重合開始剤が、トリアリールスルホニウムからなるカチオン種と、6フッ化アンチモンからなるアニオン種とを含む請求項2又は3記載の接続構造体。
  5. 光硬化性接着組成物を介して、半導体チップの複数のバンプと透光基板の複数の金属端子とを圧着しながら前記透光基板側から光照射し、前記光硬化性接着組成物の金属端子間部における反応率と、前記光硬化性接着組成物の金属端子端部における反応率との差が、70%以下である光硬化接着膜を形成する接続構造体の製造方法。

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