JPH10287848A - 回路部材接続用接着剤 - Google Patents

回路部材接続用接着剤

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JPH10287848A
JPH10287848A JP9032006A JP3200697A JPH10287848A JP H10287848 A JPH10287848 A JP H10287848A JP 9032006 A JP9032006 A JP 9032006A JP 3200697 A JP3200697 A JP 3200697A JP H10287848 A JPH10287848 A JP H10287848A
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賢三 竹村
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朗 永井
Kazuhiro Isaka
和博 井坂
Osamu Watanabe
治 渡辺
Kazuyoshi Kojima
和良 小島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続部での接続抵抗の増大や接着剤の剥離が
なく、接続信頼性が大幅に向上する回路板の製造を可能
とする接着剤を提供する。 【解決手段】 フェノキシ樹脂、アクリルゴムを酢酸エ
チルに溶解し溶液を得た。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この溶液に加え、撹拌し、
溶融シリカ、ニッケル粒子フィルム塗工用溶液を得、溶
液から接着フィルムを作製した。接着フィルムのTMA
法で測定した110〜130℃の平均熱膨張係数は11
5ppmであった。接着フィルムをNi/AuめっきC
u回路プリント基板に貼付け、チップを対向し、チップ
のバンプとNi/AuめっきCu回路プリント基板の位
置あわせを行い、加熱、加圧を行い接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフリップチ
ップ実装方式により半導体チップを基板と接着剤で接着
固定すると共に両者の電極同士を電気的に接続するため
に使用される回路部材接続用接着剤に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体実装分野では、低コスト化・高精
化に対応した新しい実装形態としてICチップを直接プ
リント基板やフレキシブル配線板に搭載するフリップチ
ップ実装が注目されている。フリップチップ実装方式と
しては、チップの端子にはんだバンプを設け、はんだ接
続を行う方式や導電性接着剤を介して電気的接続を行う
方式が知られている。これらの方式では、接続するチッ
プと基板の熱膨張係数差に基づくストレスが、各種環境
下に曝した場合、接続界面で発生し接続信頼性が低下す
るという問題がある。このため、接続界面のストレスを
緩和する目的で一般にエポキシ樹脂系のアンダフィル材
をチップ/基板の間隙に注入する方式が検討されてい
る。しかし、このアンダフィルの注入工程は、プロセス
を煩雑化し、生産性、コストの面で不利になるという問
題がある。このような問題を解決すべく最近では、異方
導電性と封止機能を有する異方導電性接着剤を用いたフ
リップチップ実装が、プロセス簡易性という観点から注
目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
を異方導電接着剤を介して直接基板に搭載する場合、温
度サイクル試験下ではチップと基板の熱膨張係数差に基
づくストレスが接続部において生じ、熱衝撃試験、PC
T試験、はんだバス浸漬試験などの信頼性試験を行うと
接続抵抗の増大や接着剤の剥離が生じるという問題があ
る。また、チップの接続端子に突起電極が形成されてい
る場合では、信頼性試験においてチップと基板の熱膨張
係数差に基づくストレスが突起電極とチップ界面に集中
し、突起電極がチップ電極界面から剥離し、導通不良が
生じるという問題がある。本発明は、接続部での接続抵
抗の増大や接着剤の剥離がなく、接続信頼性が大幅に向
上する回路板を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の接着剤は、相対
向する回路電極間に介在され、相対向する回路電極を加
圧し加圧方向の電極間を電気的に接続する回路部材接続
用接着剤であって、接着樹脂組成物に無機質充填材が含
有され、前記接着剤の硬化後の110〜130℃での平
均熱膨張係数が200ppm以下であることを特徴とす
る回路部材接続用接着剤である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明において用いられる回路部
材として半導体チップ、プリント基板、ポリイミドやポ
リエステルを基材としたフレキシル配線板があげられ
る。半導体チップや基板の電極パッド上には、めっきで
形成されるバンプや金ワイヤの先端をトーチ等により溶
融させ、金ボールを形成し、このボールを電極パッド上
に圧着した後、ワイヤを切断して得られるワイヤバンプ
などの突起電極を設け、接続端子として用いることがで
きる。
【0006】本発明において用いられる接着剤樹脂組成
物としては、エポキシ樹脂とイミダゾール系、ヒドラジ
ド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、
アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の
潜在性硬化剤の混合物が用いられ、回路部材の熱膨張係
数差に基づくストレスを緩和するためには、接着後の4
0℃での弾性率が30〜1500MPaの接着剤樹脂組
成物が好ましい。例えば、接続時の良好な流動性や高接
続信頼性を得られる接着剤樹脂組成物として、エポキシ
樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素
−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリア
ミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物
に、接着後の40℃での弾性率が30〜1500MPa
になるようにアクリルゴムを配合した接着剤があげられ
る。接着フィルム硬化物の弾性率は、例えば、レオロジ
(株)製レオスペクトラDVE−4(引っぱりモード、
周波数10Hz、5℃/minで昇温)を使用して測定
できる。
【0007】本発明で用いるアクリルゴムとしては、ア
クリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル
またはアクリロニトリルのうち少なくともひとつをモノ
マー成分とした重合体または共重合体があげられ、中で
もグリシジルエーテル基を含有するグリシジルアクリレ
ートやグリシジルメタクリレートを含む共重合体系アク
リルゴムが好適に用いられる。これらアクリルゴムの分
子量は、接着剤の凝集力を高める点から20万以上が好
ましい。アクリルゴムの接着剤中の配合量は、15wt
%以下であると接着後の40℃での弾性率が1500M
Paを越えてしまい、また40wt%以上になると低弾
性率化は図れるが接続時の溶融粘度が高くなり接続電極
界間、または接続電極と導電粒子界面の溶融接着剤の排
除性が低下するため、接続電極間または接続電極と導電
粒子間の電気的導通を確保できなくなる。このため、ア
クリル配合量としては15〜40wt%が好ましい。接
着剤に配合されたこれらのアクリルゴムは、ゴム成分に
起因する誘電正接のピーク温度が40〜60℃付近にあ
るため、接着剤の低弾性率化を図ることができる。ま
た、接着剤にはフィルム形成性をより容易にするために
フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を配合することもで
きる。特に、フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と構造が
類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性、接着性に
優れるなどの特徴を有するので好ましい。フィルム形成
は、これら少なくともエポキシ樹脂、アクリルゴム、フ
ェノキシ樹脂、潜在性硬化剤からなる接着組成物と導電
粒子を有機溶剤に溶解あるいは分散により液状化して、
剥離性基材上に塗布し、硬化剤の活性温度以下で溶剤を
除去することにより行われれる。この時用いる溶剤は、
芳香族炭化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶解性
を向上させるため好ましい。
【0008】本発明に用いられる無機質充填材として
は、特に限定するものではなく、例えば、溶融シリカ、
結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナ、炭酸カル
シウム等の粉体があげられる。無機充填材の配合量は、
接着剤樹脂組成物100重量部に対して10〜200重
量部好ましく、熱膨張係数を低下させるには配合量が大
きいほど効果的であるが、多量に配合すると接着性や接
続部での接着剤の排除性低下に基づく導通不良が発生
し、配合量が小さいと熱膨張係数を充分低下できないた
め、20〜90重量部が特に好ましい。また、その平均
粒径は、接続部での導通不良を防止する目的で3ミクロ
ン以下にするのが好ましい。また接続時の樹脂の流動性
の低下及びチップのパッシベーション膜のダメージを防
ぐ目的で球状フィラを用いることが望ましい。
【0009】本発明の接着剤には、チップのバンプや回
路電極の高さばらつきを吸収するために、異方導電性を
積極的に付与する目的で導電粒子を分散することもでき
る。本発明において導電粒子は例えばAu、Ni、A
g、Cu、Wやはんだなどの金属粒子またはこれらの金
属粒子表面に金やパラジウムなどの薄膜をめっきや蒸着
によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高
分子の球状の核材にNi、Cu、Au、はんだ等の導電
層を設けた導電粒子を用いることができる。粒径は基板
の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の
高さばらつきがある場合、高さばらつきよりも大きいこ
とが好ましく、かつ無機質充填材の平均粒径より大きい
ことが好ましく、1μm〜10μmが好ましい。また、
接着剤に分散される導電粒子量は、0.1〜30体積%
であり、好ましくは0.2〜15体積%である。本発明
のフィルム状接着剤の膜厚は、特に限定するものではな
いが、第一及び第二の回路部材間のギャップに比べ、厚
いほうが好ましく、一般にはギャップに対して5μm以
上厚い膜厚が望ましい。
【0010】
【実施例】
実施例1 フェノキシ樹脂50gと、ブチルアクリレート(40
部)、エチルアクリレート(30部)、アクリロニトリ
ル(30部)及びグリシジルメタクリレート(3部)を
共重合したアクリルゴム(分子量:85万)125gを
酢酸エチル400gに溶解し、30%溶液を得た。つい
で、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(エポキシ当量185)325gをこの溶液に加
え、撹拌し、溶融シリカ(平均粒子径:0.5μm)を
接着剤樹脂組成物100重量部に対して40重量、さら
にニッケル粒子(直径:5μm)を2vol%分散して
フィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ(シ
リコーン処理した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、100℃
10分乾燥し厚み45μmの接着フィルム1を作製し
た。なお、この接着フィルム1の溶融シリカ及びニッケ
ル粒子を除いた接着剤樹脂組成物のみの動的粘弾性測定
器で測定した40℃の弾性率は、800MPaであっ
た。また、接着フィルム1のTMA法で測定した110
〜130℃の平均熱膨張係数は115ppmであった。
次に作製した接着フィルム1を用いて金バンプ(面積:
80μmx80μm、スペース30μm、高さ:15μ
m、バンプ数288)付きチップ(10mmx10m
m、厚み:0.5mm)とNi/AuめっきCu回路プ
リント基板の接続を以下に示すように行った。接着フィ
ルム(12mmx12mm)をNi/AuめっきCu回
路プリント基板(電極高さ:20μm、厚み:0.8m
m)に80℃、10kgf/cm2で貼りつけた後、セ
パレータを剥離し、チップのバンプとNi/Auめっき
Cu回路プリント基板(厚み:0.8mm)の位置あわ
せを行った。ついで、180℃、30g/バンプ、20
秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を
行った。本接続後の接続抵抗は、1バンプあたり最高で
6mΩ、平均で2mΩ、絶縁抵抗は108Ω以上であ
り、これらの値は−55〜125 ℃の熱衝撃試験10
00サイクル処理、PCT試験(121℃、2気圧)2
00時間、260℃のはんだバス浸漬10秒後において
も変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【0011】実施例2 フェノキシ樹脂50gと、ブチルアクリレート(40
部)、エチルアクリレート(30部)、アクリロニトリ
ル(30部)及びグリシジルメタクリレート(3部)を
共重合したアクリルゴム(分子量:85万)175gを
酢酸エチル525gに溶解し、30%溶液を得た。つい
で、、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(エポキシ当量185)275gをこの溶液に
加え、撹拌し、溶融シリカ(平均粒子径:0.5μm)
を接着剤樹脂組成物100重量部に対して60重量、さ
らにニッケル粒子(直径:3μm)を2vol%分散し
てフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ
(シリコーン処理した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、100
℃、10分乾燥し厚み45μmの接着フィルム2を作製
した。この接着フィルム2の溶融シリカ及びニッケル粒
子を除いた接着剤樹脂組成物のみの動的粘弾性測定器で
測定した40℃の弾性率は、400MPaであった。ま
た、接着フィルム2のTMA法で測定した110〜13
0℃の平均熱膨張係数は100ppmであった。次に作
製した接着フィルム2を用いて金バンプ(面積:80μ
mx80μm、スペース30μm、高さ:15μm、バ
ンプ数288)付きチップ(10mmx10mm)とN
i/AuめっきCu回路プリント基板(電極高さ:20
μm、厚み:0.8mm)の接続を以下に示すように行
った。接着フィルム(12mmx12mm)をNi/A
uめっきCu回路プリント基板に80℃、10kgf/
cm2で貼りつけた後、セパレータを剥離し、チップの
バンプとNi/AuめっきCu回路プリント基板の位置
あわせを行った。ついで、170℃、30g/バンプ、
20秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接
続を行った。本接続後の接続抵抗は、1バンプあたり最
高で18mΩ、平均で8mΩ、絶縁抵抗は108Ω以上
であり、これらの値は−55〜125℃の熱衝撃試験1
000サイクル処理、PCT試験(121℃、2気圧)
200時間、260℃のはんだバス浸漬10秒後におい
ても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【0012】実施例3 フェノキシ樹脂50g、ブチルアクリレート(40
部)、エチルアクリレート(30部)、アクリロニトリ
ル(30部)及びグリシジルメタクリレート(3部)を
共重合したアクリルゴム(分子量:85万)100gを
酢酸エチル350gに溶解し、30%溶液を得た。つい
で、、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(エポキシ当量185)350gをこの溶液に
加え、撹拌し、溶融シリカ(平均粒子径:0.5μm)
を接着剤樹脂組成物100重量部に対して60重量、さ
らにポリスチレン系核体(直径:5μm)の表面にAu
層を形成した導電粒子を5vol%分散してフィルム塗
工用溶液を得た。この溶液をセパレータ(シリコーン処
理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み40
μm)にロールコータで塗布し、100℃10分乾燥し
厚み45μmの接着フィルム3を作製した。この接着フ
ィルム3の溶融シリカ及びニッケル粒子を除いた接着樹
脂組成物のみの動的粘弾性測定器で測定した40℃の弾
性率は、1000MPaであった。また、接着フィルム
3のTMA法で測定した110〜130℃の平均熱膨張
係数は98ppmであった。次に作製した接着フィルム
3を用いて金バンプ(面積:80μmx80μm、スペ
ース30μm、高さ:15μm、バンプ数288)付き
チップ(10mmx10mm、厚み:0.5mm)とN
i/AuめっきCu回路プリント基板(電極高さ:20
μm、厚み:0.8mm)の接続を以下に示すように行
った。接着フィルム3(12mmx12mm)をNi/
AuめっきCu回路プリント基板に80℃、10kgf
/cm2で貼りつけた後、セパレータを剥離し、チップ
のバンプとNi/AuめっきCu回路プリント基板の位
置あわせを行った。ついで、170℃、30g/バン
プ、20秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、
本接続を行った。接続抵抗は、1バンプあたり最高で5
mΩ、平均で1.5mΩ、絶縁抵抗は108Ω以上であ
り、これらの値は−55〜125℃の熱衝撃試験100
0サイクル処理、PCT試験(121℃、2気圧)20
0時間、260℃のはんだバス浸漬10秒後においても
変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【0013】実施例4 フェノキシ樹脂50gと、ブチルアクリレート(40
部)、エチルアクリレート(30部)、アクリロニトリ
ル(30部)及びグリシジルメタクリレート(3部)を
共重合したアクリルゴム(分子量:85万)100gを
酢酸エチル350gに溶解し、30%溶液を得た。つい
で、、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(エポキシ当量185)350g部をこの溶液
に加え、撹拌し、溶融シリカ(平均粒子径:0.5μ
m)を接着剤樹脂組成物100重量部に対して40重
量、さらにポリスチレン系核体(直径:5μm)の表面
にAu層を形成した導電粒子を5vol%分散してフィ
ルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ(シリコ
ーン処理した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、100℃10分
乾燥し厚み45μmの接着フィルム4を作製した。この
接着フィルム4の溶融シリカ及びニッケル粒子を除いた
接着剤樹脂組成物のみの動的粘弾性測定器で測定した4
0℃の弾性率は、1000MPaであった。また、接着
フィルム4のTMA法で測定した110〜130℃の平
均熱膨張係数は111ppmであった。次に作製した接
着フィルム4を用いて金バンプ(面積:50μmx50
μm、362バンプ、スペース:20μm、高さ:15
μm)付きチップ(1.7mmx17mm、厚み:0.
5mm)とITO回路付ガラス基板(厚み:1.1m
m)の接続を以下に示すように行った。接着フィルム4
(12mmx12mm)をITO回路付ガラス基板に8
0℃、10kgf/cm2で貼りつけた後、セパレータ
を剥離し、チップのバンプとITO回路付ガラス基板の
位置あわせを行った。ついで、180℃、40g/バン
プ、20秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、
本接続を行った。接続抵抗は、1バンプあたり最高で1
50mΩ、平均で80mΩ、絶縁抵抗は108Ω以上で
あり、これらの値は−40〜100℃の熱衝撃試験10
00サイクル処理、PCT試験(105℃、1.2気
圧)100時間においても変化がなく、良好な接続信頼
性を示した。
【0014】実施例5 フェノキシ樹脂50gと、ブチルアクリレート(40
部)、エチルアクリレート(30部)、アクリロニトリ
ル(30部)及びグリシジルメタクリレート(3部)を
共重合したアクリルゴム(分子量:85万)125gを
酢酸エチル400gに溶解し、30%溶液を得た。つい
で、、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(エポキシ当量185)325gをこの溶液に
加え、撹拌し、溶融シリカ(平均粒子径:0.5μm)
を接着剤樹脂組成物100重量部に対して60重量、さ
らにニッケル粒子(直径:3μm)を2vol%分散し
てフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ
(シリコーン処理した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、100
℃10分乾燥し厚み45μmの接着フィルム5を作製し
た。この接着フィルム5の溶融シリカ及びニッケル粒子
を除いた接着剤樹脂組成物のみの動的粘弾性測定器で測
定した40℃の弾性率は、800MPaであった。ま
た、接着フィルム5のTMA法で測定した110〜13
0℃の平均熱膨張係数は102ppmであった。次に作
製した接着フィルム5を用いてバンプレスチップ(10
mmx10mm、厚み:0.5mm、パッド電極:A
l、パッド径:120μm)と回路上にNi/Auめっ
きCuバンプ(直径:100μm、スペース50μm、
高さ:15μm、バンプ数200)を形成したNi/A
uめっきCu回路プリント基板の接続を以下に示すよう
に行った。接着フィルム5(12mmx12mm)をN
i/AuめっきCu回路プリント基板(電極高さ:20
μm、厚み:0.8mm)に80℃、10kgf/cm
2で貼りつけた後、セパレータを剥離し、チップのAl
パッドとNi/AuめっきCuバンプ付Ni/Auめっ
きCu回路プリント基板(厚み:0.8mm)の位置あ
わせを行った。ついで、180℃、30g/バンプ、2
0秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続
を行った。本接続後の接続抵抗は、1バンプあたり最高
で8mΩ、平均で4mΩ、絶縁抵抗は108Ω以上であ
り、これらの値は−55〜125℃の熱衝撃試験100
0サイクル処理、PCT試験(121℃、2気圧)20
0時間、260℃のはんだバス浸漬10秒後においても
変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【0015】
【発明の効果】本発明の接着剤によれば、従来の接着剤
のように熱膨張係数が大きくないため、チップとACF
界面でのストレスを緩和できる他、さらに接着樹脂組成
物として40℃での弾性率が30〜1500MPaであ
る場合にはさらに接着樹脂組成物によって熱衝撃、PC
Tやはんだバス浸漬試験などの信頼性試験において生じ
るストレスを吸収できるため、信頼性試験後においても
接続部での接続抵抗の増大や接着剤の剥離がなく、接続
信頼性が大幅に向上する。また、本発明の接着剤は、熱
膨張係数が小さくチップとACF界面でのストレスを緩
和できることから、チップと基板を接着剤を介して接続
する際にチップの電極パッドに突起電極を設けた場合、
温度サイクル試験下での突起電極の電極パッドからの剥
離を大幅に低減できる。したがって、本発明の接着剤
は、LCDパネルとTAB、TABとフレキシブル回路
基板、LCDパネルとICチップ、ICチップとプリン
ト基板とを接続時の加圧方向にのみ電気的に接続するた
めに好適に用いられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井坂 和博 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 (72)発明者 渡辺 治 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 (72)発明者 小島 和良 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対向する回路電極間に介在され、相対
    向する回路電極を加圧し加圧方向の電極間を電気的に接
    続する回路部材接続用接着剤であって、接着樹脂組成物
    に無機質充填材が含有され、前記接着剤の硬化後の11
    0〜130℃での平均熱膨張係数が200ppm以下で
    あることを特徴とする回路部材接続用接着剤。
  2. 【請求項2】 接着剤の硬化後の110〜130℃での
    平均熱膨張係数が30〜200ppmである請求項1記
    載の回路部材接続用接着剤。
  3. 【請求項3】 無機質充填材の平均粒径が3ミクロン以
    下である請求項1又は2記載の回路部材接続用接着剤。
  4. 【請求項4】 接着剤に無機充填材の平均粒径に比べて
    平均粒径の大きい導電粒子が0.1〜30体積%含有さ
    れている請求項1〜3各項記載の回路部材接続用接着
    剤。
  5. 【請求項5】 接着剤樹脂組成物の硬化後の40℃での
    弾性率が30〜1500MPaである請求項1〜4各項
    記載の回路部材接続用接着剤。
  6. 【請求項6】 接着剤組成物は少なくともエポキシ樹
    脂、アクリルゴム、潜在性硬化剤を含有する請求項1〜
    5各項記載の回路部材接続用接着剤。
  7. 【請求項7】 アクリルゴムが、その分子中にグリシジ
    ルエーテル基を含有している請求項6記載の回路部材接
    続用接着剤。
  8. 【請求項8】 形状がィルム状である請求項1〜7各項
    記載の回路部材接続用接着剤。
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