JPH04351863A - 接続部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対峙する電極若しく
は回路間を電気的に接続するとともに接着固定するのに
用いられる接続部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、チップコンデンサ等の半
導体チップの電極をガラスや合成樹脂及び金属等よりな
る基板の表面に所定回路を形成してなる基板回路上に直
接接続したり、あるいはこれら基板回路同士を直接接続
したりするいわゆる高密度電極の接続方法として、相対
峙する電極若しくは回路間に接着剤を主成分とする接続
部材を介して接続する方法が知られている。

【０００３】この接続部材を用いた例としては、例えば
実開昭６２−１０７４４４号公報にみられるように絶縁
性接着剤中にカーボン、ニッケル、半田及び表面に導電
層を形成したプラスチック粒子などの導電粒子を混入し
た異方導電性接着剤を用いて加圧により厚み方向に電気
的接続を得る方法と、導電粒子を用いずに絶縁性接着剤
の接続時の加圧により電極面の直接接触による電気的接
続を得て、残余の接着剤は回路外に排除して接続する方
法が知られている。

【０００４】高密度電極の代表例として半導体チップの
場合についてみると、チップ面にバンプと呼ばれる突出
電極が形成されている場合が多く、このバンプはまた基
板回路上に設けられる場合もある。いずれの場合もバン
プ形成は複雑な工程が必要であり、不良の発生と歩留り
の低下やバンプ材料であるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ及び半田等
の貴重な金属の消費により製造コストが高い問題点を有
している。このため半導体チップを回路材料である例え
ばアルミ配線のまま、若しくはその上に金属の拡散防止
用バリヤメタル層を形成した状態で接続電極とするバン
プレス接続方式の試みも一部で行われているが、特性が
不十分なことから実用化が困難な状況にある。

【０００５】導電粒子を用いた接着剤による接続方式は
、電気的接続の信頼性向上のために電極上の粒子数を増
加させると隣接電極間にも粒子が高密度な状態で存在し
てしまい絶縁性が不十分となったり、リークやショート
を発生するなど絶縁性の保持に問題を生じてしまう。 逆に粒子数を減少すると電極上の粒子数が不十分となり
接続信頼性が低下する。この相反する傾向は、接続時の
加熱加圧などにより導電粒子が接着剤とともに電極上か
ら流出する現象により更に助長され、例えばピッチ９０
μｍ以下といった高密度な接続に対応することは困難で
ある。

【０００６】また絶縁性接着剤による接続方式では、隣
接電極間の絶縁性は良好であるが、バンプ高さにバラツ
キのあることから、確実な接続信頼性を得難い欠点を有
している。すなわち、１チップあたりのバンプ数は、例
えば１０〜５００個と多数でありバンプの高さは１〜５
０μｍ程度である。これら多数の電極を、例えば０．５
μｍ以内のバラツキで形成管理することは極めて困難で
ある。バンプ高さが不均一であると、高さの大きいバン
プは容易に基板回路面に接触できるが、高さの低いバン
プは基板回路面との間に空隙を生じてしまい電気的な接
続が得られない。更にこの方式は、低コスト化の有望方
式であるバンプレス接続方式に対し、電極の接触が得難
いため原理的に対応することができない欠点を有してい
る。

【０００７】上記接着剤方式のあい路打開を目的に、最
近例えば特開昭６３−２７６２３７号公報や特開昭６３
−２８９８２４号公報などに見られるように、バンプ上
のみに導電性接着剤を形成して基板回路と接続する試み
もある。これらの方法では導電性接着剤を必要部に形成
するために、導電性接着剤の塗着工程が必要であるが、
清浄度が特に重要な半導体の製造工程に揮発しやすい有
機溶剤を持込むことによる清浄度の低下や作業環境の悪
化等の問題点がある。

【０００８】更に導電性接着剤を必要部に塗着や転写法
で形成する方法は、シルクスクリーンや転写治具などの
点で製造技術の限界に近く、より一層の高密度化に対応
することが困難となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は微小面積の接
続信頼性と絶縁性に優れ、高密度電極の接続が可能であ
り、また半導体チップ及び／又は回路上へのバンプ形成
の有無にかかわらず適用することが可能であり、更に半
導体製造工程に有機溶剤や導電性接着剤などを持込むこ
とが不要な接続部材の製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は下記
工程よりなる接続部材の製造方法を提供するものである
。 （１）接着剤層を形成する工程、（２）必要部に貫通孔
を有するマスクを前記接着剤層の表面に密着させる工程
、（３）マスクの貫通孔からレーザー光を照射して前記
接着剤層の厚み方向の少なくとも一部に孔を設ける工程
、（４）マスクの貫通孔から導電粒子を孔内に配設する
工程及び（５）マスクを前記接着剤層の表面から除去す
る工程。

【００１１】本発明では接着剤層の必要部に孔を設ける
手段としてレーザー光を用いることを特徴とする。レー
ザーとしてはＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザーも使用
可能であるが、本発明ではエキシマレーザを用いること
が好適である。エキシマレーザーについては、例えば（
株）シーエムシー発行の機能材料、１９８９年１０月号
及び１１月号に詳しく記述されている。エキシマレーザ
ーは化学結合を直接開裂させるに必要な紫外光領域の高
エネルギーのフォトンを高強度で発振できるレーザーで
ある。

【００１２】このレーザーを照射すると、照射部分が瞬
間的にプラズマ発光と衝撃音を伴って分解、飛散する（
アブレーション）。このレーザーを用いることによりシ
ャープな断面の孔を設けることかでき、ミクロンレベル
での形状、位置制御が可能で、孔の深さも±０．１μｍ
精度で制御できる。代表的な照射レーザーと波長を例示
すると、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）
、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＸｅＦ（３５１ｎｍ）であ
る。

【００１３】本発明を以下図面に基づいて説明する。図
１は接続部材の製造方法を示す断面模式図である。 （１）の工程において、接着剤層２を形成する。このと
き接着剤層２の剥離が可能な基材１上に接着剤層を形成
することが好ましい。基材１は必要に応じて用いる材料
であり、接続部材の片面あるいは両面に形成し、塵埃等
の付着を防止することができる。基材１の使用にあたっ
ては、接続部材の使用時に剥離可能とすることが必要で
あり、その指標としてＪＩＳ　　Ｋ−６７６８による濡
れ張力を３５ｄｙｎ／ｃｍ以下とすることが好ましい。 そのためには、ポリエチレンやポリテトラフルオロエチ
レン等の低表面張力材料を用いることや、ポリエチレン
テレフタレートやポリイミド等にあっては前記の低表面
張力材料やシリコーンなどで表面処理したものを用いる
ことが好ましい。

【００１４】接着剤層２は、接着シート等に用いられる
熱可塑性絶縁材料や、熱や光により硬化性を示す硬化性
絶縁材料が広く用いられる。接続後の耐熱性や耐湿性に
優れることから、硬化性絶縁材料を用いることが好まし
い。中でもエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接
続作業性がよく、また分子構造上接着性に優れる等の特
徴から好ましく用いられる。エポキシ系接着剤としては
、例えば高分子量エポキシ樹脂、固形エポキシ樹脂と液
状エポキシ樹脂の混合物、ウレタンやポリエステル、Ｎ
ＢＲ等で変性したエポキシ樹脂等を主成分とし、これに
潜在性硬化剤やカップリング剤などの各種変性剤、触媒
等を添加した系からなるものが用いられる。

【００１５】これらの接着剤は室温近辺で粘着性を有す
るものが導電粒子の配置固定を行い易い。接着剤層の厚
みは５〜７０μｍが好ましく、良好な接続信頼性を得る
ためには１０〜３５μｍとすることが更に好ましい。

【００１６】次に、（２）の工程において、必要部に貫
通孔３を有するマスク４を前記接着剤層２の表面に密着
させる。ここに貫通孔の配置は接続すべき電極の配置と
一致すべきであり、少なくともその中心点の配置を貫通
孔と電極とで一致させて形成するようにする。マスクの
貫通孔の形成には、ＹＡＧや炭酸ガスレーザー、精密ド
リル、プラズマや薬液によるエッチング及び繊維状物で
形成した金鋼等が用いられる。

【００１７】マスク４はレーザー光を遮蔽可能であれば
よく、スレンレスやＡｌ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｂｅなど
の各種金属が好ましく適用できるが、セラミック、ガラ
ス、石英及びこれらに金属薄膜を形成したものなどの適
用が可能である。また、マスクは最終工程で接着剤層か
ら剥離できることが必要で、表面が剥離剤で処理されて
いてもよい。

【００１８】マスクは接着剤層の表面にロール、加熱ロ
ール、平行板間でのプレスなどで気泡が入らぬようよく
密着させる。気泡が入ると導電粒子の配置の精度が低下
する。マスクの厚みは特に規定しないが、上記した作業
性や用いる導電粒子の粒径等を考慮して決定する。

【００１９】次に、（３）の工程において、密着したマ
スクの貫通孔３からレーザー光を接着剤面に照射する。 照射時のビーム径、繰り返し数、パルス巾、出力及び波
長などを調整することで所望の深さの孔を接着剤層の厚
み方向に作製できる。孔は貫通孔としてもよい。エキシ
マレーザーを用いた場合は、マスク上からエキシマレー
ザーを全面照射しても貫通孔部の接着剤のみがアブレー
ションできる。この理由は接着剤等の高分子物質に比べ
マスク材質である金属やセラミックス等が結合エネルギ
ーが高いこととエキシマレーザーの透過率が低いためで
ある。

【００２０】ここで例えばビーム径を絞り込むことで貫
通孔の面積のうちのごく一部のみに孔開けすることも可
能であり、例えばマスクの開孔面積が４０μｍ角に対し
２０μｍ角といったマスクの精度以上の高精度加工も可
能となる。また接続部材の周囲を切断する際にも、切断
を必要とする部分のマスクに開孔部を設けてエキシマレ
ーザーを照射することで、高精度な寸法で接続部材を切
断することができる。エキシマレーザーは深さ方向のア
ブレーションが可能なことから、接着剤層のみを切断し
、基材層は切断せずに保持材として用いることも可能で
ある。この切断方法によれば切断部周辺に変形や損傷を
及ぼさない。

【００２１】エキシマレーザーの照射工程の後は、一般
のいわゆるフィルムマスクに変更してもよいし、もちろ
んそのまま当初のマスクを使用することも可能である。

【００２２】次に、（４）の工程でマスクの貫通孔から
導電粒子５を孔内に配設する。本発明に用いる導電粒子
５はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｍｏ、Ｐｂ
、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属、これらの酸
化物及びこれらの二種以上の複合体若しくは合金、ある
いはカーボンなどからなる一般的な導電粒子であればよ
く、これら導電粒子はまた、少なくとも粒子の表面が導
電性であれば使用可能である。

【００２３】これらの導電粒子の中では、接続時の加熱
、加圧、加熱加圧などの条件下で変形性を示す粒子が好
ましく適用できる。変形性粒子としては、例えばポリス
チレンやエポキシ樹脂などの高分子核材の表面をＮｉ、
Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、半田などの導電性金属薄層で被覆し
た粒子や低融点金属粒子などがある。接続時の条件とし
ては、例えば温度２５０℃以下、圧力１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ２以下、時間３０秒以下が一般的であり、高温高圧に
なるほど周辺材料に熱損傷を与えることから温度２００
℃以下、圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下とすることが好ま
しい。導電粒子の変形の確認は接続体の断面を電子顕微
鏡で観察することにより行われる。導電粒子の平均粒径
は、高密度な電極配置に対応するために３０μｍ以下の
小粒径が好ましく、３〜１５μｍ程度とすることがより
好ましい。

【００２４】貫通孔内における導電粒子の配設は図２に
示すように、単粒子による配設（ａ、ｂ）や複数粒子に
よる配設（ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）のいずれでも可能である。 複数粒子の場合は、粒子間凝集力や粒子の表面処理に用
いられた粘着性樹脂の粘着力により配設可能となる。導
電粒子はそのまま貫通孔内に配設（ａ、ｃ、ｅ）しても
よい。また樹脂でその表面を被覆（ｂ、ｄ）したり、あ
るいは樹脂中に導電粒子を分散（ｆ）する等の表面処理
によってもよい。導電粒子の表面処理を行わない場合は
、単粒子状（ａ）とすることが接着剤２と接触すること
で脱落し難いことから好ましい。表面処理を行う場合は
、小粒径粒子を密集して形成できる利点がある。

【００２５】次に、（５）の工程において、マスクを除
去して接着剤層２上に導電粒子５を配設固定した接続部
材が得られる。

【００２６】このようにして得られた接続部材を接続す
べき電極間に必要に応じ基材１を除去して配置し、例え
ば加熱加圧を行うことで、導電粒子５は接着剤層２中に
埋った状態となり、次いで電極と接触、変形し両回路の
接続が可能となる。（６）の工程は（５）の工程の後で
必要に応じて行うものであり、基材１′と接着剤層２′
よりなる接着フィルムを積層してなる。この場合は導電
粒子を上部からも固定できるので導電粒子が脱落し難く
、また両面が基材１及び１′で覆われているので塵埃の
付着防止に効果的である。なお、導電粒子５は接着剤中
に埋没しないで導電粒子が接着剤面から露出して突出し
た状態でもよい。

【００２７】図３は本発明になるほかの実施例を示すも
のである。図３（ａ）は、接着剤層２の一部をエキシマ
レーザーでアブレーションし、浅い孔を形成後、粒子５
を配設したものである。浅い穴でも導電粒子を固定でき
れば本発明の実施が可能である。図３（ｂ）は、接着剤
層２の厚み方向に貫通孔を形成し重ね合わせたものであ
る。エキシマレーザーによるため側壁が精密に作製でき
るので、導電粒子５の高密度充填が可能となり、また導
電粒子が接着面から突出して形成できるので接続抵抗が
低いことや、導電粒子を着色することにより位置合わせ
が容易である等の特徴を有する。

【００２８】

【作用】本発明によれば、接着剤上の必要部に貫通孔を
有するマスクを密着できるので、マスクは接着剤により
固定され位置ずれを起こさず正確な孔あけが可能となる
。マスクはエキシマレーザーを遮蔽可能な材質とするこ
とで、貫通孔のみに照射が可能となる。貫通孔より接着
剤面に到達したエキシマレーザーにより接着剤をアブレ
ーションして高精度に除去することが可能となる。この
ときエキシマレーザー装置は、ビーム径が例えば約１×
２ｃｍ２と比較的大きいので広面積への照射が可能であ
り、繰り返し数も１から数１００Ｈｚと連続可変できる
ため、数秒の照射で必要部のみに所望の深さの孔を形成
できる。また、ビームを絞り込むことでマスクの貫通孔
面積の一部分のみをアブレーションできるので、マスク
精度の限界より小面積の孔を設けることもできる。その
後孔部に導電粒子を配設することで、接着剤層の必要部
のみに導電粒子を配置した接続部材を容易に製造するこ
とが可能となる。本発明になる接続部材は必要部のみに
導電粒子を配置することで、半導体チップ及び／又は回
路上へのバンプ形成の有無にかかわらず適用可能であり
、フィルム状であることから無溶剤下の清浄雰囲気中で
の接続が可能となる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 図１において、ポリテトラフルオロエチレン製フィルム
を基材１に使用し、この基材１上にエポキシ系接着剤を
主成分にした絶縁性接着剤を塗布し、厚さ約２０μｍの
絶縁性の接着剤層２を設けた。次に、接続するテスト用
ＩＣチップの電極と同じ配列に、直径８０μｍの貫通孔
３を設けた厚さ３０μｍのステンレス製メタルマスク４
を絶縁性接着剤層２に密着させた。密着にはゴムロール
を使用したラミネーターを用い、メタルマスク４と接着
剤２間の浮きを極力防止した。次にこのメタルマスク４
の面に波長２４８ｎｍのエキシマレーザーを照射し、接
着剤２に１５μｍ程の深さをもった孔を設けた。次に、
ポリスチレンの高分子核材の表面にＡｕの金属薄層を持
った変形性の導電粒子５（平均粒系１０μｍ）をメタル
マスク４の上に散布した後、ゴム製のスキージかブラシ
を用いてメタルマスク４の貫通孔３に導電粒子５を押し
入れるとともに、余剰の導電粒子５をメタルマスク４上
から取り除いた。次にメタルマスク４を絶縁性接着剤２
から剥離し、所望の接続部材を得た。

【００３０】実施例２ 図１（５）に示すようにポリテトラフルオロエチレン製
フィルムの基材１′上にエポキシ系接着剤を主成分にし
た絶縁性接着剤２′を塗布し、厚さ約１０μｍの絶縁性
接着剤２′の層を設け、この絶縁性接着剤２′層を前記
実施例１に示した接続部材の絶縁性接着剤層２に張り合
わせて接続部材を得た。

【００３１】実施例３ 実施例１に示した接続部材において、導電粒子５の代り
に導電粒子５の表面にコートマイザー（フロイント産業
（株）製）を用いて厚さ２０μｍのアクリル樹脂６の層
を設けた導電粒子を用いた他は同様にして接続部材を得
た。

【００３２】実施例４ 実施例１に示した２枚の接続部材を導電粒子の配列が一
致するように、接着剤層を対向させて張り合わせ接続部
材を得た。

【００３３】前記実施例１〜４の接続部材を用いて電極
径８０μｍ、電極間距離４０μｍのバンプが配列したテ
スト用ＩＣと同様の配列のＩＴＯ電極をもったガラス基
板とを接続し、接続抵抗と隣接する電極間の絶縁抵抗を
測定した結果を下表に示す。接続抵抗は６０箇所の電極
についての平均値、絶縁抵抗は５６箇所の測定値の最低
値を示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、電気的接続を必要とす
る部分に導電粒子を局在させ、絶縁性の必要部は絶縁性
接着剤を用いることから、微小部分の接続が簡単に得ら
れる接続部材を比較的容易に製造することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる接続部材の製造方法を示す断面模
式図。

【図２】導電粒子の状態を示す断面模式図。

【図３】本発明になる接続部材のほかの実施例を示す断
面模式図。

【符号の説明】

１　　基材 ２　　接着剤層 ３　　貫通孔 ４　　マスク ５　　導電粒子 ６　　樹脂層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　下記工程よりなる接続部材の製造方法
   。 （１）接着剤層を形成する工程、（２）必要部に貫通孔
   を有するマスクを前記接着剤層の表面に密着させる工程
   、（３）マスクの貫通孔からレーザー光を照射して前記
   接着剤層の厚み方向の少なくとも一部に孔を設ける工程
   、（４）マスクの貫通孔から導電粒子を孔内に配設する
   工程及び（５）マスクを前記接着剤層の表面から除去す
   る工程。