JP7032367B2 - 接続体の製造方法、異方性導電接合材料、及び接続体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップ（素子）を実装する接続体の製造方法、異方性導電接合材料、及び接続体に関する。

半導体チップ（素子）を実装する方法の一つとして、フリップチップ実装が挙げられる。フリップチップ実装は、ワイヤーボンディングに比べて実装面積を小さくすることができ、小型、薄型の半導体チップを実装することができる。

しかしながら、フリップチップ実装は、加熱圧着するため、例えば、多数の半導体チップと大型基板とを接合する場合、非常に高い圧力が必要であったり、平行度のあたり調整が必要であったりし、量産性が困難である。

特開２００９－１０２５４５号公報

特許文献１には、はんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分を含有するはんだペーストを用い、リフローにより複数の部品を配線板等に一括して実装することが記載されている。

しかしながら、特許文献１のはんだペーストは、はんだ粒子を溶融一体化させるために、はんだ粒子が多量に含まれており、ファインピッチの電極を備える電子部品の接合は困難である。

本技術は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ファインピッチの電極を備える電子部品を接合させることができる接続体の製造方法、異方性導電接合材料、及び接続体を提供する。

本件発明者は、鋭意検討を行った結果、導電粒子が挟み込まれた方向のみ導電性を示す異方性導電接合材料を用いることにより、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。

すなわち、本発明に係る接続体の製造方法は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有し、厚みが前記はんだ粒子の平均粒径の５０％以上３００％以下である異方性導電接合フィルムを、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間に介在させ、前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とをリフロー炉を用いて無荷重で接合させ、前記リフロー炉のピーク温度が、前記異方性導電接合フィルムの硬化温度よりも１０度以上高く、前記絶縁性バインダーが、常温で固形である固形エポキシ樹脂を含み、前記固形エポキシ樹脂の軟化点が、８０℃以上１２０℃以下であり、前記異方性導電接合フィルムの最低溶融粘度が、１００Ｐａ・ｓ未満である。

また、本発明に係る異方性導電接合材料は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有し、厚みが、前記はんだ粒子の平均粒径の５０％以上３００％以下であり、前記絶縁性バインダーが、常温で固形である固形エポキシ樹脂を含み、前記固形エポキシ樹脂の軟化点が、８０℃以上１２０℃以下であり、当該異方性導電接合フィルムの最低溶融粘度が、１００Ｐａ・ｓ未満である。

また、本発明に係る接続体は、上述の異方性導電接合材料を用いて、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とが接合されてなる。

本発明によれば、加熱により絶縁性バインダーが溶融し、はんだ粒子が電極間に挟持された状態でバインダーが硬化するため、ファインピッチの電極を備える電子部品を接合させることができる。

図１は、接合工程の一部を模式的に示す断面図である。 図２は、ＬＥＤ実装体の構成例を示す断面図である。 図３は、本技術を適用させた異方性導電接合フィルムの一部を模式的に示す断面図である。 図４は、リフローの温度プロファイルを示すグラフである。 図５は、実施例１の異方性導電接合フィルムの示差走査熱量測定（ＤＳＣ：Differential scanning calorimetry）の測定結果を示すグラフである。 図６は、実施例１のＬＥＤチップを引き剥がした後の基板側のはんだ接合状態を観察したときの顕微鏡写真である。

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．接続体の製造方法
２．異方性導電接合材料
３．実施例

＜１．接続体の製造方法＞
本実施の形態における接続体の製造方法は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有する異方性導電接合材料を、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間に介在させ、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とをリフロー炉を用いて無荷重で接合させ、リフロー炉のピーク温度が、異方性導電接合材料の硬化温度よりも１０度以上高い。このようにリフロー炉（リフロー工程）の昇温時に最低溶融粘度到達温度まで絶縁性バインダーが溶融されることで、はんだ粒子が、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極と接触し易い状態を得ることができる。

本明細書において、異方性導電接合材料の最低溶融粘度到達温度は、例えば、回転式レオメーター（ＴＡ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製）を用い、測定圧力５ｇ、温度範囲３０～２００℃、昇温速度１０℃／分、測定周波数１０Ｈｚ、測定プレート直径８ｍｍ、測定プレートに対する荷重変動５ｇの条件で測定し、粘度が最低値（最低溶融粘度）となる温度をいう。また、異方性導電接合材料の硬化温度は、示差熱分析（ＤＳＣ）で試料５ｍｇ以上をアルミパンで計量し、温度範囲３０～２５０℃、昇温速度１０℃／分の条件で測定した発熱ピーク温度である。また、接続体とは、二つの材料または部材が電気的に接続されたものである。また、接合とは、二つの材料または部材をつなぎ合わせることである。無荷重とは、機械的な加圧がない状態をいう。

第１の電子部品としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ドライバーＩＣ（Integrated Circuit）、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits、樹脂成形された部品など、配線（導通材）が設けられたものであればよく、これらの中でも、ＬＥＤ、ドライバーＩＣ等のチップ（例えば、半導体素子）が好適である。第２の電子部品としては、第１の電子部品の端子と少なくとも一部対応する端子が設けられたものであれば特に限定はなく、第１の電子部品を搭載できる電極が設けられた基板（所謂、プリント配線板：ＰＷＢ）として広義に定義できるものであればよい。例えば、リジット基板、ガラス基板、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）、セラミック基板、プラスチック基板等の基板が挙げられる。また、同じ部品を積層して接続してもよい。この積層の数は、接続に支障を来さなければ特に限定はない。異種部品の多数積層であっても同様である。第１の電子部品及び第２の電子部品にそれぞれに設けられた電極（電極配列、電極群）は、対向して異方性接続されるように設けられており、複数の第１の電子部品が一つの第２電子部品に搭載されるように電極（電極配列、電極群）が設けられていてもよい。なお、上記の電子部品は、リフロー工程における耐熱性を備えていることが望ましい。

本実施の形態における接続体は、ＢＧＡ（Ball grid array）などで広く使われている、はんだ粒子により接続されており、接続信頼性が高いため、センサー機器、車載用機器、ＩｏＴ（Internet of Things）機器など、多くの用途に適用することができる。

異方性導電接合材料は、フィルム状の異方性導電接合フィルム、又はペースト状の異方性導電接合ペーストのいずれであってもよい。また、異方性導電接合ペーストを接続時にフィルム状にしても、部品を搭載することでフィルムに近い形態としてもよい。

異方性導電接合ペーストの場合、基板上に所定量を均一に塗布することができればよく、例えば、ディスペンス、スタンピング、スクリーン印刷等の塗布方法を用いることができ、必要に応じて乾燥させてもよい。異方性導電接合フィルムの場合、フィルム厚により異方性導電接合材料の量を均一化することができるだけでなく、基板上に一括ラミネートすることができ、タクトを短縮することができるため特に好ましい。また、予めフィルム状とすることで取り扱い易いので作業効率も高くすることが期待できる。

以下、接続体の製造方法の具体例として、ＬＥＤ実装体の製造方法について説明する。ＬＥＤ実装体の製造方法は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有する異方性導電接合材料を基板上に設ける工程と、ＬＥＤ素子を異方性導電接合材料上に搭載する搭載工程と、ＬＥＤ素子の電極と基板の電極とを無荷重で加熱接合させる接合工程とを有する。複数の部品を一括して実装してもよい。

異方性導電接合材料を設ける工程は、異方性導電接合ペーストを接続前に基板上にフィルム状にする工程であってもよく、従来の異方性導電フィルムで用いられているように、異方性導電接合フィルムを基板上に低温低圧で貼着する仮貼り工程であってもよく、異方性導電接合フィルムを基板上にラミネートするラミネート工程であってもよい。

異方性導電接合材料を設ける工程が仮貼り工程の場合、公知の使用条件で基板上に異方性導電接合フィルムを設けることができる。この場合、従前の装置からツールの設置や変更といった最低限の変更だけですむため、経済的なメリットが得られる。

異方性導電接合材料を設ける工程がラミネート工程の場合、例えば、加圧式ラミネータを用いて異方性導電接合フィルムを基板上にラミネートする。ラミネート工程は、真空加圧式であってもよい。従来の異方性導電フィルムの加熱加圧ツールを用いた仮貼りであると、フィルムの幅がツール幅の制約を受けるが、ラミネート工程の場合、加熱加圧ツールを用いないため、比較的広い幅を一括で搭載できるようになることが期待できる。また、一つの基板に対して一つの異方性導電接合フィルムをラミネートしてもよい。これにより、加熱圧着ツールの上下動と異方性導電接合フィルムの搬送とを複数回することがないため、異方性導電接合材料を設ける工程の時間を短縮することができる。

異方性導電接合材料を設ける工程では、ＬＥＤ素子の電極と基板の電極との間の異方性接合材料の厚みを、はんだ粒子の平均粒径に近似させることが好ましい。異方性接合材料の厚みの下限は、はんだ粒子の平均粒径の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である。異方性接合材料の厚みが薄すぎると、はんだ粒子の電極間への挟持が容易になるが、フィルム状にする際の難易度が高くなる虞がある。また、異方性接合材料の厚みの上限は、はんだ粒子の平均粒径の３００％以下、好ましくは２００％以下、より好ましくは１５０％以下である。異方性接合材料の厚みが厚すぎると接合に支障を来たす虞がある。

本明細書において、平均粒径は、金属顕微鏡、光学顕微鏡、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等の電子顕微鏡などを用いた観察画像において、Ｎ＝５０以上、好ましくはＮ＝１００以上、さらに好ましくはＮ＝２００以上で測定した粒子の長軸径の平均値であり、粒子が球形の場合は、粒子の直径の平均値である。また、観察画像を公知の画像解析ソフト（「ＷｉｎＲＯＯＦ」：三谷商事（株）、「Ａ像くん（登録商標）」：旭化成エンジニアリング株式会社など）を用いて計測された測定値、画像型粒度分布測定装置（例として、ＦＰＩＡ－３０００（マルバーン社））を用いて測定した測定値（Ｎ＝１０００以上）であってもよい。観察画像や画像型粒度分布測定装置から求めた平均粒径は、粒子の最大長の平均値とすることができる。なお、異方性接合材料を作製する際には、簡易的にレーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における頻度の累積が５０％になる粒径（Ｄ５０）、算術平均径（体積基準であることが好ましい）などのメーカー値を用いることができる。

搭載工程では、例えば複数のＬＥＤ素子を異方性導電接合フィルム上に配置し、搭載する。本技術では、はんだ粒子によるセルフアライメントが期待できないため、搭載工程では、ＬＥＤ素子を正確にアライメントすることが好ましい。各ＬＥＤ素子は、例えば、片面に第１導電型電極と第２導電型電極とを有し、第１導電型電極及び第２導電型電極に対応する基板３０の電極上に配置される。

なお、前述の異方性導電接合材料を設ける工程において、ＬＥＤ素子の電極と基板の電極との間の異方性接合材料の厚みを、はんだ粒子の平均粒径に近似させることとしたが、これに限られず、搭載工程において、加圧により異方性接合材料の厚みをはんだ粒子の平均粒径に近似させてもよい。この加圧工程は、例えば、第２の電子部品に載置されている第１の電子部品側から加圧することにより、ＬＥＤ素子の電極と基板の電極との間の異方性接合材料の厚みを、はんだ粒子の平均粒径に近似させる。ここで、異方性接合材料の厚みが大きすぎると、加圧に支障をきたす虞があるため、上述の上限の厚みとすることが好ましいともいえる。平均粒径に近似とは、この加圧工程を経ると理論上、はんだ粒子の最大径が異方性接続材料の厚みとなるため、異方性接続材料の厚みは、はんだ粒子の最大径と同等と考えてもよく、厚みバラツキを考慮するなら、はんだ粒子の最大径の１３０％以下、好ましくは１２０％以下としてもよい。また、加圧工程の圧力の下限は、好ましくは０．２ＭＰａ以上、より好ましくは０．４ＭＰａ以上であり、また、加圧工程の圧力の上限は、２．０ＭＰａ以下でもよく、好ましくは１．０ＭＰａ以下、より好ましくは０．８ＭＰａ以下である。上限および下限は、装置の仕様によって変動することがあるため、樹脂をはんだ粒子径まで押し込む目的が達成できれば、上の数値範囲に限定されるものではない。

図１は、接合工程の一部を模式的に示す断面図である。接合工程では、ＬＥＤ素子１０の電極１１，１２と基板２０の電極２１，２１とを無荷重で加熱接合させる。機械的な加圧をせずに無荷重で加熱接合させる方法としては、大気圧リフロー、真空リフロー、大気圧オーブン、オートクレーブ（加圧オーブン）等が挙げられ、これらの中でも、接合部に内包する気泡を排除することができる真空リフロー、オートクレーブ等を用いることが好ましい。無荷重であることで、一般的な加熱加圧ツールを用いた異方性導電接続と比べて、不要な樹脂流動が発生しないことから、気泡の巻き込みも抑制される効果が期待できる。

リフロー炉におけるピーク温度は、異方性導電接合材料の硬化温度よりも１０度以上高いことが求められ、好ましくは１５０℃以上２５０℃以下、より好ましくは１６０℃以上２３０℃以下、さらに好ましくは１７０℃以上２１０℃以下で本加熱する。これにより、ＬＥＤ素子１０の電極と基板２０の電極とが接合されるため、優れた導通性、放熱性、及び接着性を得ることができる。接合工程では、無荷重であることから、はんだ粒子の移動量が小さくなり、はんだ粒子の捕捉効率は高いことが予想される。また、はんだ粒子の含有量は、セルフアライメントが期待できない程度であり、接合工程において、異方性導電接合フィルムに含有されている多数のはんだ粒子は一体とならないため、一つの電極内に複数のはんだ接合箇所が存在する場合がある。ここで、はんだ接合とは、対向した電子部品のそれぞれの電極を、はんだを溶融させて繋ぐことをいう。

リフロー炉では、加熱により熱硬化樹脂が溶融し、ＬＥＤ素子１０の自重によりはんだ粒子３１が電極間に挟持され、はんだ融点以上である本加熱によりはんだ粒子３１が溶融し、はんだが電極に濡れ広がり、冷却によりＬＥＤ素子１０の電極と基板２０の電極とが接合される。リフローは、昇温工程と降温工程のほか、一定温度に維持する工程（キープ工程）を含んでいてもよい。最も高温となるピーク工程があってもよく、昇温もしくは降温の途中で工程を含んでいてもよい。昇温工程は、バインダーを溶融させる工程（例：図４の１２０℃まで）と、はんだ粒子が溶融し塗れ広がる工程（例：図４の１２０～１７５℃）の２段階となっていてもよい。そのため昇温速度は一例として１０～１２０℃／ｍｉｎでもよく、２０～１００℃／ｍｉｎでもよい。キープ工程（例：図４の１７５～１８０℃）の維持時間は、バインダーを硬化させる工程ともなる。この温度は、一例として温度１６０～２３０℃であり、５～１０℃程度の差があってもよく、ピーク温度と同じでもよい。短すぎるとバインダーのライフ性能が低下して取り扱い性に支障を来たすことから０．５ｍｉｎ以上、好ましくは０．７５ｍｉｎ以上であり、長すぎると製造効率が悪化するので、５ｍｉｎ以下、好ましくは３ｍｉｎ以下である。降温工程を経て冷却（はんだ粒子の融点以下）することで、はんだ粒子を固相にし、電極間で接合させることができる。降温速度は、生産性を上げるには早く取り出せるために高い方がよく、接合状態を急冷させない方が接合体の品質向上には望ましいため低いほうがよい。一例として、昇温工程と同じ速度でもよく、１０～３０℃／ｍｉｎであることが好ましい。降温速度は、接合対象物の組み合わせと使用するバインダーの条件等によって調整できる。取り出し温度やその環境にも影響する。

上述のＬＥＤ実装体の製造方法によれば、リフロー工程前にはんだ粒子とフィルム厚みを近似させ、はんだ粒子と電極とを接触させることにより、接合をより容易に行うことができる。また、リフロー工程の昇温・維持・降温と、異方性導電接合フィルムの熱硬化性の挙動を合わせることにより、無荷重接続時の樹脂溶融、電極間でのはんだ粒子の挟持、はんだ溶融・樹脂硬化を最適化することができる。なお、異方性導電接合フィルムの熱硬化性の挙動は、ＤＳＣ測定やレオメーターによる粘度測定により知ることができる。

図２は、ＬＥＤ実装体の構成例を示す断面図である。このＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子１０と基板２０とを、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子３１が分散された異方性導電接合フィルムを用いて接続されたものである。すなわち、ＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子１０と、基板２０と、半田粒子３１とを有し、ＬＥＤ素子１０の電極１１，１２と基板２０の電極２１，２２とを接続してなる異方性導電接合膜３２とを備え、ＬＥＤ素子１０の電極１１，１２と基板２０の電極２１，２２とが、はんだ接合部３３によって接合されてなり、固形樹脂が、ＬＥＤ素子１０と基板２０との間に充填されてなるものである。

ＬＥＤ素子１０は、第１導電型電極１１及び第２導電型電極１２を備え、第１導電型電極１１と第２導電型電極１２との間に電圧を印加すると、素子内の活性層にキャリアが集中し、再結合することにより発光が生じる。第１導電型電極１１と第２導電型電極１２とのスペース間の距離は、素子サイズにより、例えば１００μｍ以上２００μｍ以下であるもの、１００μｍ以上５０μｍ以下であるもの、２０μｍ以上５０μｍ以下であるものがある。ＬＥＤ素子１０としては、特に限定されないが、例えば、４００ｎｍ－５００ｎｍのピーク波長を有する青色ＬＥＤ等を好適に用いることができる。

基板２０は、基材上にＬＥＤ素子１０の第１導電型電極１１及び第２導電型電極１２に対応する位置にそれぞれ第１の電極２１及び第２の電極２２を有する。基板２０としては、プリント配線板、ガラス基板、フレキシブル基板、セラミック基板、プラスチック基板等が挙げられる。プリント配線板の電極高さは、例えば１０μｍ以上４０μｍ以下であり、ガラス基板の電極高さは、例えば３μｍ以下であり、フレキシブル基板の電極高さは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。

異方性導電接合膜３２は、接合工程後に異方性導電接合材料が膜状となったものであり、ＬＥＤ素子１０の電極１１，１２と基板２０の電極２１，２２とをはんだ接合部３３にて金属接合するとともに、ＬＥＤ素子１０と基板２０との間に異方性導電接合材料を充填してなる。

図２に示すように、ＬＥＤ実装体は、ＬＥＤ素子１０の端子（電極１１，１２）と、基板２０の端子（電極２１，２２）とがはんだ接合部３３により金属結合しており、ＬＥＤ素子２０と基板３０との間に固形樹脂が充填されてなる。これにより、ＬＥＤ素子１０と基板２０との間への水分等の侵入を防止することができる。

＜２．異方性導電接合材料＞
本実施の形態における異方性導電接合材料は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有するものである。ここで、硬化温度は、前述のように、昇温速度１０℃／分の条件で測定した発熱ピーク温度である。

異方性導電接合材料の硬化温度は、１５０℃以上２００℃以下であることが好ましい。これにより、加熱により絶縁性バインダーが溶融し、はんだ粒子が電極間に挟持された状態で溶融するため、ファインピッチの電極を備える電子部品を接合させることができる。

また、異方性導電接合材料の最低溶融粘度は、１００Ｐａ・ｓ未満でもよく、好ましくは５０Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは３０Ｐａ・ｓ以下、さらに好ましくは１０Ｐａ・ｓ以下である。最低溶融粘度が高すぎると、リフロー工程において無荷重では樹脂溶融が進行せず、はんだ粒子と電極間の挟持に支障を来す虞が生じる。本技術では、バインダー樹脂の加熱硬化時に荷重をかけないため、荷重をかける（一般的な異方性接続のようにツールで押圧する）ことを前提にしたバインダー樹脂の最低溶融粘度よりも低く設定する必要がある。また、異方性導電接合材料の最低溶融粘度到達温度は、好ましくははんだ粒子の溶融温度の－１０℃～－６０℃、より好ましくははんだ粒子の溶融温度の－１０℃～－５０℃、さらに好ましくははんだ粒子の溶融温度の－１０℃～－４０℃である。これにより、はんだ溶融前に最低溶融粘度に到達し、樹脂溶融後にはんだ粒子を溶融させ、その後、樹脂を硬化させることができるため、良好なはんだ接合を得ることができる。

図３は、本技術を適用させた異方性導電接合フィルムの一部を模式的に示す断面図である。図３に示すように、異方性導電接合フィルム３０は、熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子３１が分散されてなる。また、異方性導電フィルム３０には、必要に応じて、第１の面に第１のフィルムが貼付され、第２の面に第２のフィルムが貼付されてもよい。なお、異方性導電接合フィルムは、異方性導電接合材料をフィルム状に形成したものである。

フィルム厚みの下限は、はんだ粒子の平均粒径の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である。フィルム厚みが薄すぎると、はんだ粒子の電極間への挟持が容易になるが、フィルム状にする際の難易度が高くなる虞がある。また、フィルム厚みの上限は、はんだ粒子の平均粒径の３００％以下、好ましくは２００％以下、より好ましくは１５０％以下である。フィルム厚みが厚すぎると接合に支障を来たす虞がある。フィルム厚みは、１μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下を測定できる公知のマイクロメータやデジタルシックネスゲージ（例えば、株式会社ミツトヨ：ＭＤＥ－２５Ｍ、最小表示量０．０００１ｍｍ）を用いて測定することができる。フィルム厚みは、１０箇所以上を測定し、平均して求めればよい。但し、粒子径よりもフィルム厚みが薄い場合には、接触式の厚み測定器は適さないので、レーザー変位計（例えば、株式会社キーエンス、分光干渉変位タイプＳＩ－Ｔシリーズなど）を用いることが好ましい。ここで、フィルム厚みとは、樹脂層のみの厚みであり、粒子径は含まない。

［熱硬化型の絶縁性バインダー］
熱硬化型の絶縁性バインダー（絶縁性樹脂）としては、（メタ）アクリレート化合物と熱ラジカル重合開始剤とを含む熱ラジカル重合型樹脂組成物、エポキシ化合物と熱カチオン重合開始剤とを含む熱カチオン重合型樹脂組成物、エポキシ化合物と熱アニオン重合開始剤とを含む熱アニオン重合型樹脂組成物などが挙げられる。また、公知の粘着剤組成物を用いてもよい。なお、（メタ）アクリルモノマーとは、アクリルモノマー、及びメタクリルモノマーのいずれも含む意味である。

以下では、具体例として、固形エポキシ樹脂と、液状エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、フラックス化合物とを含有する熱アニオン重合型樹脂組成物を例に挙げて説明する。

固形エポキシ樹脂は、常温で固形であり、分子内に１つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等であってもよい。これにより、フィルム形状を維持することができる。なお、常温とは、ＪＩＳ Ｚ ８７０３で規定する２０℃±１５℃（５℃～３５℃）の範囲である。

液状エポキシ樹脂は、常温で液状であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等であってもよく、ウレタン変性のエポキシ樹脂であっても構わない。

液状エポキシ樹脂の配合量は、固形エポキシ樹脂１００質量部に対し、好ましくは１６０質量部以下、より好ましくは１００質量部以下、さらに好ましくは７０質量部以下である。液状エポキシ樹脂の配合量が多くなると、フィルム形状を維持することが困難となる。

エポキシ樹脂硬化剤は、熱で硬化が開始する熱硬化剤であれば、特に限定されるものではなく、例えば、アミン、イミダゾール等のアニオン系硬化剤、スルホニウム塩等のカチオン系硬化剤が挙げられる。また、硬化剤は、フィルム化させる際に使用される溶剤に対して耐性が得られるようにマイクロカプセル化されていてもよい。

また、硬化剤は、カルボン酸、又はカルボキシル基がアルキルビニルエーテルでブロック化されたブロック化カルボン酸であってもよい。すなわち、硬化剤は、フラックス化合物であってもよい。

フラックス化合物は、電極表面の異物や酸化膜を取り除いたり、電極表面の酸化を防止したり、溶融はんだの表面張力を低下させたりする。フラックス化合物としては、例えば、レブリン酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸等のカルボン酸を用いることが好ましい。これにより、良好なはんだ接続を得ることができるとともに、エポキシ樹脂を配合した場合、エポキシ樹脂の硬化剤として機能させることができる。

また、フラックス化合物として、カルボキシル基がアルキルビニルエーテルでブロック化されたブロック化カルボン酸を用いることが好ましい。これにより、フラックス効果、及び硬化剤機能が発揮される温度をコントロールすることができる。また、樹脂に対する溶解性が向上するため、フィルム化する際の混合・塗布ムラを改善することができる。また、ブロック化が解除される解離温度は、はんだ粒子の融点以上であることが好ましい。これにより、良好なはんだ接続を得ることができるとともに、エポキシ樹脂を配合した場合、エポキシ樹脂の流動後に硬化が開始されるため、良好なはんだ接合を得ることができる。

［はんだ粒子］
はんだ粒子は、異方性導電接合フィルム中にランダムに混練りされて分散されていてもよく、平面視で配置されていてもよい。これらは用途に応じて使い分ければよい。異方性導電接合フィルムの平面視におけるはんだ粒子全体の配置は、規則的配置でもランダム配置でもよい。規則的配置の態様としては、正方格子、六方格子、斜方格子、長方格子等の格子配列を挙げることができ、特に制約はない。また、ランダム配置の態様としては、フィルムの平面視にて各はんだ粒子が互いに接触することなく存在し、フィルム厚方向にもはんだ粒子が互いに重なることなく存在していることが好ましい。また、異方性導電接合フィルム中のはんだ粒子の全個数の７５％以上、好ましくは９５％以上が、他のはんだ粒子と非接触であり、独立していることが好ましい。これは公知の金属顕微鏡や光学顕微鏡を用いて、フィルム平面視における１ｍｍ^２以上の面積を任意に５箇所以上抜き取って、はんだ粒子を２００個以上、好ましくは１０００個以上を観察して確認することができる。また、はんだ粒子が異方性導電接合フィルム中に平面視で配置されている場合において、はんだ粒子がフィルム厚方向の同じ位置に揃っていてもよい。

また、はんだ粒子は、複数個が凝集した凝集体として配置されていてもよい。この場合、異方性接合フィルムの平面視における凝集体の配置は、前述のはんだ粒子の配置と同様に、規則的配置でもランダム配置でもよい。また、フィルムの平面視にて各凝集体が互いに接触することなく存在し、フィルム厚方向にも凝集体が互いに重なることなく存在していることが好ましい。凝集体の個々のはんだ粒子の平均粒径は、前述した平均粒径と同様に計測することができる。

はんだ粒子の平均粒径は、好ましくは被着体である半導体素子の電極のスペース間の距離の１／３以下であり、より好ましくは１／４以下であり、さらに好ましくは１／５以下である。はんだ粒子の平均粒径が半導体素子の電極のスペース間の距離の１／３よりも大きくなると、ショートが発生する可能性が高くなる。

はんだ粒子の平均粒径の下限は、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上である。これにより、フィルムの塗布厚みを一定にすることができる。はんだ粒子の平均粒径が０．５μｍより小さいと電極部と良好なはんだ接合状態を得ることができず、信頼性が悪化する傾向にある。また、はんだ粒子の平均粒径の上限は、３０μｍ以下であり、好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下である。接続対象によっては、はんだ粒子の平均粒径の上限は１５μｍ以下とすることができ、１２μｍ以下が望ましく、１０μｍ以下がより望ましい場合がある。また、複数のはんだ粒子が凝集した凝集体である場合、凝集体の大きさを前述のはんだ粒子の平均粒径と同等にしてもよい。凝集体とする場合は、はんだ粒子の平均粒径を上述の値より小さくしてもよい。個々のはんだ粒子の大きさは、電子顕微鏡で観察して求めることができる。

また、はんだ粒子の最大径は、平均粒径の２００％以下、好ましくは平均粒径の１５０％以下、より好ましくは平均粒径の１２０％以下とすることができる。はんだ粒子の最大径が、上記範囲であることにより、はんだ粒子を電極間に挟持させ、はんだ粒子の溶融により電極間を接合させることができる。加圧後の異方性導電接合材料の厚みは、はんだ粒子の最大径となることがある。また、複数のはんだ粒子が凝集した凝集体である場合、凝集体の大きさを前述のはんだ粒子の最大径と同等にしてもよい。凝集体とする場合は、はんだ粒子の最大径を上述の値より小さくしてもよい。個々のはんだ粒子の大きさは、電子顕微鏡で観察して求めることができる。

はんだ粒子は、例えばＪＩＳ Ｚ ３２８２－１９９９に規定されている、Ｓｎ－Ｐｂ系、Ｐｂ－Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ系、Ｂｉ－Ｓｎ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ａｇ系、Ｐｂ－Ａｇ系などから、電極材料や接続条件などに応じて適宜選択することができる。はんだ粒子の融点の下限は、好ましくは１１０℃以上、より好ましくは１２０℃以上、さらに好ましくは１３０℃以上である。はんだ粒子の融点の上限は、好ましくは１８０℃以下、より好ましくは１６０℃以下、さらに好ましくは１５０℃以下である。また、はんだ粒子は、表面を活性化させる目的でフラックス化合物が直接表面に結合されていても構わない。表面を活性化させることで電極部との金属結合を促進することができる。

はんだ粒子の配合量の質量比範囲の下限は、好ましくは２０ｗｔ％以上、より好ましくは３０ｗｔ％以上、さらに好ましくは４０ｗｔ％以上であり、はんだ粒子の配合量の質量比範囲の上限は、好ましくは８０ｗｔ％以下、より好ましくは７０ｗｔ％以下、さらに好ましくは６０ｗｔ％以下である。また、はんだ粒子の配合量の体積比範囲の下限は、好ましくは５ｖｏｌ％以上、より好ましくは１０ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは１５ｖｏｌ％以上であり、はんだ粒子の配合量の体積比範囲の上限は、好ましくは３０ｖｏｌ％以下、より好ましくは２５ｖｏｌ％以下、さらに好ましくは２０ｖｏｌ％以下である。はんだ粒子の配合量は、前述の質量比範囲又は体積比範囲を満たすことにより、優れた導通性、放熱性、及び接着性を得ることができる。はんだ粒子がバインダー中に存在する場合には、体積比を用いてもよく、異方性導電接合材料を製造する場合（はんだ粒子がバインダーに存在する前）には、質量比を用いてもよい。質量比は、配合物の比重や配合比などから体積比に変換することができる。はんだ粒子の配合量が少なすぎると優れた導通性、放熱性、及び接着性が得られなくなり、配合量が多すぎると異方性が損なわれ易くなり、意図した導通性能が得られ難くなる。

［他の添加剤］
異方性導電接合フィルムには、上述した絶縁性バインダー及びはんだ粒子に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で種々の添加剤を配合することができる。例えば、異方性導電接合フィルムは、無機フィラー、有機フィラー、金属フィラー、カップリング剤、レベリング剤、安定剤、チクソ剤等を含有しても構わない。無機フィラー、有機フィラー、及び金属フィラーの粒子径は、接続安定性の観点から、はんだ粒子の平均粒径よりも小さく、例えば、１０－１０００ｎｍのナノフィラー、１－１０μｍのマイクロフィラー等が用いられる。

無機フィラーとしては、シリカ、酸化アルミ、水酸化アルミ、酸化チタン、水酸化アルミニム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、タルク、酸化亜鉛、ゼオライト等が挙げられ、吸湿信頼性の向上を目的にシリカを添加したり、光反射の向上を目的に酸化チタンを添加したり、酸による腐食防止を目的に水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等を添加しても構わない。

有機フィラーとしては、アクリル系樹脂、カーボン、コアシェル粒子等が挙げられ、有機フィラーの添加により、ブロッキング防止、光散乱等の効果を得ることができる。

金属フィラーとしては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕが挙げられ、これらの合金でも構わない。例えば、Ｃｕフィラーは、酸と錯体を形成するため電極等の腐食を防止することができる。なお、金属フィラーは、導通に寄与しても寄与しなくもよく、金属フィラーの配合量は、はんだ粒子を含めて、ショートしない程度に調整すればよい。

また、上述の異方性導電接合フィルムは、例えば、絶縁性バインダー及びはんだ粒子を溶剤中で混合し、この混合物を、バーコーターにより、剥離処理フィルム上に所定厚みとなるように塗布した後、乾燥させて溶媒を揮発させることにより得ることができる。また、混合物をバーコーターにより剥離処理フィルム上に塗布した後、加圧により所定厚みとしてもよい。また、はんだ粒子の分散性を高くするために、溶媒を含んだ状態で高シェアをかけることが好ましい。例えば、公知のバッチ式遊星攪拌装置を用いることができる。真空環境下で行えるものであってもよい。また、異方性導電接合フィルムの残溶剤量は、好ましくは２％以下、より好ましくは１％以下である。

＜３．実施例＞
本実施例では、硬化温度の異なる異方性導電接合フィルムを作製した。そして、異方性導電接合フィルムを用いてＬＥＤ実装体を作製し、ＬＥＤ実装体の順電圧、ダイシェア強度、及び接合状態ついて評価した。

［異方性導電接合フィルムの最低溶融粘度、最低溶融粘度到達温度、及び硬化温度の測定］
回転式レオメーター（ＴＡ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製）を用い、測定圧力５ｇ、温度範囲３０～２００℃、昇温速度１０℃／分、測定周波数１０Ｈｚ、測定プレート直径８ｍｍ、測定プレートに対する荷重変動５ｇの条件で溶融粘度を測定し、最低溶融粘度及び最低溶融粘度到達温度を求めた。また、硬化温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で試料５ｍｇ以上をアルミパンで計量し、温度範囲３０～２５０℃、昇温速度１０℃／分の条件で測定した発熱ピーク温度とした。なお、異方性導電接合ペーストであっても、同様の条件で測定すればよい。

［ＬＥＤ実装体の作製］
ＬＥＤチップ（デクセリアルズ評価用ＬＥＤチップ、サイズ４５ｍｉｌ、Ｉｆ＝３５０ｍＡ、Ｖｆ＝３．１Ｖ、Ａｕ－Ｓｎパッド、パッドサイズ３００μｍ×８００μｍのＰ電極とＮ電極がそれぞれ設けられており、パッド間距離（Ｐ電極とＮ電極間距離）１５０μｍ）と、基板（デクセリアルズ評価用セラミック基板、１８μｍ厚Ｃｕパターン、Ｎｉ－Ａｕメッキ、パターン間（スペース）５０μｍ)とを準備した。

基板上に異方性導電接合フィルムを６０℃－２ＭＰａ－２ｓｅｃの条件でラミネートし、ＬＥＤチップを搭載した。その後、リフローによりＬＥＤチップを実装した。

図４は、リフローの温度プロファイルを示すグラフである。図４に示すように、リフローは、２４０ｓｅｃでピーク温度１８０℃となるように段階的に温度を上昇させた。先ず、バインダーを溶融させるため、６０秒間に２０℃から１２０℃に昇温させ、次に、はんだ粒子を溶融させて濡れ広がらせるため、６０秒間に１２０℃から１４０℃に昇温させた。次に、バインダーを硬化させるために、６０秒間に１４０℃から１７５℃に昇温させ、６０秒間に１７５℃から１８０℃に維持し、６０秒間に１８０℃から１６０℃に降温させた。

［順電圧の測定］
定格電流であるＩｆ＝３５０ｍＡを基板のパターンを介してＬＥＤチップに流し、ＬＥＤチップの順電圧値Ｖｆを測定した。電圧オーバーで読み取れない場合を「ＯＰＥＮ」とした。

［ダイシェア強度の測定］
ボンディングテスター（品番：ＰＴＲ－１１００、レスカ社製）を用いて、測定速度２０μｍ／ｓｅｃでＬＥＤチップのダイシェア強度を測定した。

［接合状態の観察］
ダイシェア強度を測定した後、ＬＥＤチップを引き剥がした後の基板側のはんだ接合状態を光学顕微鏡にて観察した。

＜実施例１＞
表１に示すように、固形エポキシ樹脂（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル（株）、ＪＥＲ４００７Ｐ、軟化点１０８℃）、液状エポキシ樹脂（ジシクロペンタジエン骨格エポキシ樹脂、ＡＤＥＫＡ（株）、ＥＰ４０８８Ｌ）、フラックス化合物（グルタル酸（１，３－プロパンジカルボン酸）、東京化成（株））、はんだ粒子（Ｓｉ－Ｂｉ、三井金属（株）、ＳＴ－７、融点１３９℃、平均粒子径（Ｄ５０）７．１μｍ）、エポキシ樹脂硬化剤（イミダゾール系硬化剤、四国化成工業（株）、キュアゾール２Ｐ４ＭＨＺ－ＰＷ）を所定の質量部で配合し、異方性導電接合フィルムを作製した。

ＰＭＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）に溶解した主構成エポキシ樹脂と液状エポキシ樹脂にフラックス化合物のＭＥＫ（メチルエチルケトン）溶解品、エポキシ樹脂硬化剤を混合した。この混合溶液に、はんだ粒子を分散させた後、ギャップコーターにて溶剤乾燥後の厚みが１０μｍになるようにＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム上に塗布して異方性導電接合フィルムを作製した。乾燥は７０℃－５ｍｉｎの条件で行った。

表１に、異方性導電接合フィルムを用いて作製したＬＥＤ実装体の順電圧、及びダイシェア強度の測定結果を示す。順電圧が３．１Ｖ、ダイシェア強度が３２Ｎ／ｃｈｉｐであった。

図５は、実施例１の異方性導電接合フィルムの示差走査熱量測定の測定結果を示すグラフである。図５に示すグラフより、１３９℃付近にはんだ溶融の吸熱反応が現れ、１６３℃付近に樹脂硬化の発熱ピーク温度が現れることが分かる。

図６は、実施例１のＬＥＤチップを引き剥がした後の基板側のはんだ接合状態を観察したときの顕微鏡写真である。はんだがＬＥＤチップ側及び基板側に濡れ広がっており、良好なはんだ接合状態であることが確認できた。また、一つの電極内に複数のはんだ接合箇所が存在することが確認できた。

＜実施例２＞
表１に示すように、固形エポキシ樹脂（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル（株）、ＪＥＲ４００５Ｐ、軟化点８７℃）を代えた以外は、実施例１と同様に異方性導電接合フィルムを作製した。異方性導電接合フィルムを用いて作製したＬＥＤ実装体は、順電圧が３．０Ｖ、ダイシェア強度が２９Ｎ／ｃｈｉｐであった。

＜実施例３＞
表１に示すように、固形エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱ケミカル（株）、ＪＥＲ１００４ＡＦ、軟化点９７℃）を代えた以外は、実施例１と同様に異方性導電接合フィルムを作製した。異方性導電接合フィルムを用いて作製したＬＥＤ実装体は、順電圧が３．０Ｖ、ダイシェア強度が３０Ｎ／ｃｈｉｐであった。

＜比較例１＞
表１に示すように、エポキシ樹脂硬化剤（アンモニウム塩系酸発生剤、ＫＩＮＧＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ（株）、ＣＸＣ－１８２１）を代えた以外は、実施例１と同様に異方性導電接合フィルムを作製した。異方性導電接合フィルムを用いて作製したＬＥＤ実装体は、順電圧がオープンとなり、ダイシェア強度が２８Ｎ／ｃｈｉｐであった。

比較例１では、異方性導電接合フィルムの硬化温度がはんだ粒子の融点よりも低いため、はんだ粒子が溶融する前に異方性導電接合フィルムのバインダーが硬化した。このため、順電圧を測定することができなかった。また、はんだ接合も形成されていなため、ＬＥＤチップの密着性が弱く、ダイシェア強度が低い結果となった。

一方、実施例１～実施例３では、異方性導電接合フィルムが、はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有するため、異方性導電接合フィルムのバインダーが溶融・流動し、被着体の電極間にはんだ粒子が挟持された状態でバインダーが硬化した。このため、定格電圧３．１Ｖに近い値を得ることができた。また、ダイシェア強度も良好な結果となった。

１０ ＬＥＤ素子、１１ 第１導電型電極、１２ 第２導電型電極、２０ 基板、２１ 第１の電極、２２ 第２の電極、３０ 異方性導電接合フィルム、３１ はんだ粒子、３２ 異方性導電膜、３３ はんだ接合部

Claims (13)

1. 熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有し、厚みが前記はんだ粒子の平均粒径の５０％以上３００％以下である異方性導電接合フィルムを、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極との間に介在させ、
   前記第１の電子部品の電極と前記第２の電子部品の電極とをリフロー炉を用いて無荷重で接合させ、
   前記リフロー炉のピーク温度が、前記異方性導電接合フィルムの硬化温度よりも１０度以上高く、
   前記絶縁性バインダーが、常温で固形である固形エポキシ樹脂を含み、
   前記固形エポキシ樹脂の軟化点が、８０℃以上１２０℃以下であり、
   前記異方性導電接合フィルムの最低溶融粘度が、１００Ｐａ・ｓ未満である接続体の製造方法。
2. 前記はんだ粒子の融点が、１１０℃以上１８０℃以下である請求項１記載の接続体の製造方法。
3. 前記絶縁性バインダーが、常温で液状である液状エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、フラックス化合物とをさらに含み、
   前記エポキシ樹脂硬化剤が、アニオン系硬化剤である請求項２記載の接続体の製造方法。
4. 前記フラックス化合物が、カルボン酸である請求項３記載の接続体の製造方法。
5. 前記第２の電子部品が、基板である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接続体の製造方法。
6. 加圧により、前記異方性導電接合フィルムの厚みを前記はんだ粒子の最大径の１３０％以下とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接続体の製造方法。
7. 前記異方性導電接合フィルムの厚みが、前記はんだ粒子の平均粒径の８０％以上１５０％以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接続体の製造方法。
8. 前記異方性導電接合フィルムのはんだ粒子の配合量が、３０ｖｏｌ％以下である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接続体の製造方法。
9. 熱硬化型の絶縁性バインダー中にはんだ粒子が分散されてなり、前記はんだ粒子の融点よりも低い最低溶融粘度到達温度と、前記はんだ粒子の融点よりも高い硬化温度とを有し、厚みが、前記はんだ粒子の平均粒径の５０％以上３００％以下であり、
   前記絶縁性バインダーが、常温で固形である固形エポキシ樹脂を含み、
   前記固形エポキシ樹脂の軟化点が、８０℃以上１２０℃以下であり、
   当該異方性導電接合フィルムの最低溶融粘度が、１００Ｐａ・ｓ未満である異方性導電接合フィルム。
10. 前記硬化温度が、１５０℃以上２００℃以下である請求項９記載の異方性導電接合フィルム。
11. 当該異方性導電接合フィルムの厚みが、前記はんだ粒子の平均粒径の８０％以上１５０％以下である請求項９又は１０記載の異方性導電接合フィルム。
12. 前記はんだ粒子の配合量が、３０ｖｏｌ％以下である請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の異方性導電接合フィルム。
13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の異方性導電接合フィルムを用いて、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極とが接合されてなる接続体。
    

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