JPS6353805A - 異方導電材料およびこれを用いた半導体装置の実装方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＩＣ等の微細な電極を、基板に設けた電極
に取着ける際等に用いる電気接続用異方導電材料および
これを用いたＩＣ等の素子の基板等への実装方法に関す
る。

〔従来の技術〕

電子機器の小型化、薄形化、貰密度化に伴い、各種部品
の高密度化が進み各種配線との接続部分の高密度化に対
応する接続材料の開発が強（望まれている。

この要望に答えるものの１つとして、近年、一定方向に
のみ導電性を有し、他方向には、電気的絶縁性を呈する
ようにした異方性導電膜を用いた接続方法が注目されて
いる。

（電子材料ｖｏｗ、２３、Ｎｏ、７、Ｐ６９〜７３（１
９８４）特開昭６０−２６２４８９号公報）。

これは、例えば、ゴムフィルム中に直径１５μｍ前後の
金属粒子を一様に分散せしめてなる異方性導電膜を用い
るものである。

この例を、第５図によって説明すると、フレキシブルプ
リント基板５１上の電極パターン５２と、ガラス基板５
３上の電極パターン５４との間に、この異方性導電膜５
５を挟み、約１５０℃の温度を加えながら圧着するだけ
で、両電極パターン間の接続がなされるというものであ
る。第５図（Ａ）は、圧着前の状態を示し、同（Ｂ）は
加熱圧着後の状態を示している。

これは、この異方性導電膜中の金属粒子Ｍとして、鉛−
錫系（Ｐｂ−３ｎ）の低融点ハンダが用いられており、
約１５０℃に加熱されるとこの金属粒子が溶け、これと
同時にゴムフィルムも溶けるようになっているからであ
る。加熱されると前記金属粒子Ｍが溶けて広がり、両基
板間の電気的接続が達成される。一方、加圧によって電
極間から押し出されたゴムは、隣接電極間に、各電極の
段差によってできる空間を埋める。従って、金属粒子Ｍ
の横方向は、絶縁性のゴムが充てんされて絶縁性を保ち
、両電極間は導電的な接続が行われる。これによれば、
５木／龍程度の密度に形成された電極パターン（ここで
は電極幅ｗ、＝ｉｏ。

μｍ）に対しては、良好な分解能を示すことができる。

しかしながら、ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）において
は、より高密度の多接点型＋Ｍ（１０本／璽■以上）が
用いられることが多（、例えば、２０本／　ｍｍ程度の
分解能が必要とされる。

このためには、数μｍオーダー以下の粒径の均一な導電
粒子が均一に分散されている必要があるが、微細な粒子
を膜中に均一に分散させることは難しく、第６図にａと
して示すように隣接粒子間でショートしてしまう場合や
、大径粒子の混入により隣接電極間のショート（ｂ参照
）や、粒子の不存在による接続不良（Ｃ参照）等の問題
点が生じてしまい、１０本／真餓以上の高分解能をこの
ような異方性導電膜で接続するのは困難であった。

そこで、本発明者らは先に、このような問題点を解決す
るため、導電性粒子を絶縁性高分子で被覆し、マイクロ
カプセル化した異方導電材料を提案した。（特願昭６０
−２１７５９８号）。

これによれば導電粒子は、個々に表面が絶縁層で被覆さ
れることになり、この粒子を接続場所に供給するだけで
高密度・高分解能の接続が実現できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、導電粒子として、金属や、金属化合物を
用いた場合、粒径を均一化するのが困難であり、マイク
ロカプセル化された各粒子の粒径分布のばらつきが大で
あるため、得られる分解能は２０本／ｌ１以上と、満足
すべきものが得られたが、接続砥抗が高くなるなど、電
気的な接続信頼性に少し難点があるという問題点があっ
た。

また、このような異方導電マイクロカプセルを均一に接
続部に供給することも易いことではなく、その作業性に
問題点があった。

この発明は、このような点に鑑みてなされたものであり
、実装作業性の良い、また接続信頼性の高い異方導電材
料と、これを用いた半導体装置の実装方法を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕上述の問題点
を解決するため、この発明においては、球状の芯物質と
、導電性の中間層と、絶縁性の表面層を備えた異方導電
マイクロカプセルを、ベースフィルム上に固着して異方
導電材料とすることを特徴とする。また、この異方導電
材料を用い、加熱加圧により異方導電マイクロカプセル
　を、配線基板の必要個所のみに転写し、しかる後半与
体チップを固着し、実装することを特徴とする。

これによれば、粒径のそろった異方導電マイクロカプセ
ルが容易に得られ、その解像度を向上させることができ
ると共に、ボンディングに必要な個所のみに、きわめて
容易にマイクロカプセルを供給できるので、作業上の向
上およびコストの低減が図れる。

〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。

最初に、第２図、第３図を用いて、この発明に用いる異
方導電材料の素材である異方導電マイクロカプセルにつ
いて説明する。

この発明に用いる異方導電マイクロカプセルは、球形の
芯物質２１と導電性の中間層２２と、絶縁性の表面層を
備えた粒子から成る。

球形の芯物質２１は、例えば、懸濁重合法により合成さ
れた球形のジビニルベンゼン樹脂より成る。この懸濁重
合法によれば、はぼ球形のものが得られるので、分級し
て粒径をそろえ１０±０．２μｍ程に収めて芯物質２１
とする。

ジビニルベンゼン樹脂は適宜アクリル・エステルで架橋
し、耐熱性、硬度等を調整する（第３図Ａ参照）。

次いで、無電解メッキ法により、導電性の中間層２２と
してニッケル層を形成する（第３図Ｂ参照）。ニッケル
メッキ層の膜厚は６５０±１５０人程度である。

最後に、上述の如くして形成された導電性粒子表面に、
スプレードライ法により、ポリブチレンテレフタレート
熱可塑性樹脂層からなる絶縁性の表面層２３を形成して
マイクロカプセル化する（第２図参照）。表面層２３の
厚さは、２．０±０゜５μｍ程度とする。

このようにして形成された、マイクロカプセルは、芯物
質の形成に際して、粒径の均一化が容易であるため、粒
径の分布が均一となる。

このようにして得られたマイクロカプセル２０を、第１
図（Ａ）に示すようにヘースフィルム１に中間層２を介
して一列に並べた形で一体化し、シート状の異方導電材
料１０とする。ヘースフィルムは、適当な樹脂例えば、
ポリイミド樹脂製のフィルムとし、それに、シリコン又
はテフロン系樹脂の接合中間層２を設けておく。異方導
電材料　　　　−１０を得るには、マイクロカプセルの
表面層樹脂をとかさない適当な溶媒（分散媒）にマイク
ロカプセルを拡散し、これを、前記接合中間層２を設け
たベースフィルム上に沈降させ、乾燥して溶媒を飛ばせ
ば良い。溶媒へのマイクロカプセルの分散量を調整する
ことにより、ベースフィルム上に、マイクロカプセルを
一列にしかも高密度に配列させることができる。

次に、第１図を参照してこのようにして作られた異方導
電材料１０を用いて電子部品、例えば、ＩＣを実装する
方法を説明する。

まず、配線基板１１のポンディングパッドＢＰ、、ＢＰ
２が形成された領域に対向して異方導電材料１０を配置
し、その上から熱圧着ヘンド４によって加熱加圧する。

これにより異方導電材料１０のマイクロカプセル層３が
熱圧着ヘッドによって加熱加圧された部分だけ配線基板
１１上に転写される。第１図（Ｂ）は、転写された状態
を示している。図に示すように、多数のボンディングバ
ンドＢＰ、、ＢＰ２−を含む領域にマイクロカプセル２
０が転写されている。続いて、ボンディングバンドＢＰ
、’、ＢＰ、′　・・・を有する半導体チップ１２をフ
ェースダウンとなるように載置し、半導体チップ１２側
から加熱しつつ加圧する。

マイクロカプセル２０は、第２図とともに説明したよう
に最外部に絶縁性の熱可塑性樹脂より成る表面層を有し
ているが、この加熱によりこの表面層が溶融状態となり
、さらに加圧されることによって、導電性の中間［２２
が露出し、配線基板１１上のボンディングバットＢＰ、
、ＢＰ２−・と、半導体チップ１２上のボンディングバ
ンドＢＰ。

′、ＢＰ２′　−とを電気的に接続する（第１図（ｃ）
参照）。

第１図（Ｃ）では、表面層２３が各マイクロカプセルに
耐着しているように記載されているが、実際には、表面
層を形成していた樹脂は流動し、この樹脂中に中間層２
２を有する導電球がうめ込まれた状態になっている。

尚、この時、基板の厚さ、熱電導率、熱容量等の条件に
応じ、適宜基板を予熱しておく。

このようにして粒径の均一なマイクロカプセルによって
、従来の異方性導電膜では不可能であった２０本／璽■
の接続も容易となり、フェースダウンで極めて簡単に高
分解能の電気的な接続が達成されうる。

このような工程によって接続した、この発明の異方導電
材料１０のＩＣチップの電極パ・ノド（１５０μｍ２、
最少間隔２５μｍ）１個当たりのｒ−Ｖ特性を第４図に
、各種電気特性の測定結果を第１表に示す。

第１表 なお、ｌパッド当たりのマイクロカプセル数は平均１０
０個程度であった。また、上記イメージセンサとサーマ
ルヘッドはいずれも当社製品駆ｖＪ用のものであり、そ
れぞれ１２８ｂｉｔと６４ｂｉｔ、であり、電極面積は
、ともに１５０μｍ平方でありバンド間最少間隔は３４
μｍである。

本発明異方導電材料で、前記の如く、イメージセンサ、
サーマルヘッドの駆動ＩＣを実装し、プラスチックパッ
ケージ後、以下（１）〜（７）の信頼性モードを確認し
た。

（１）高温高湿放置　８５°Ｃ１８５％ＲＨ１，０００
時間（２）高温放置　　　　　１５０℃　　　１，００
０　／／（３）低温放置　　　　−４０℃　　　Ｌ　０
００〜（４）温度サイクル 一４０℃−十１０５　°Ｃ３Ｑ″ｒ＊八ｔ−ｐ　　　１
．０００９イク）しく５）プレッシャークンカーテスト １２１　’Ｃ１１００％ＲＨ１２気圧、１　、０００時
間（６）高温高湿動作　８５°Ｃ１９０％ＲＨ動作　１
，０００時間（７）可変周波振動　１０〜５５〜１０Ｈ
２，１分／周朋、振幅１．５璽１．３方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ
）各２時間なお、各図の材料物質としては、実施例で使
用した物質に限定されるものではなく、この他、芯物質
および表面層としては、フェノール樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、アルキド樹脂、キシレン樹脂、ユリャ樹脂
、メラミン樹脂、アリル樹脂、フラン樹脂、ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウ
レタン樹脂、テフロン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ベン
ゾグアナミン樹脂等の熱硬化性高分子、ポリエチレン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレン樹脂、ポリメタ
クリル酸樹脂、メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリ
ロニトリル−スチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリ
ロニトリル−スチレン−フタジエン樹脂、ビニル樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリアセタール樹脂、アイオノマー樹脂、ポリエ
ーテルスルオン樹脂、ポリフェニルオキノド樹脂、ポリ
フェニレンスルファイド樹脂、ポリフェニレンオキシド
樹脂、芳香族ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、塩化エーテ
ル樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ビニルカ
ルバゾール樹脂、ビニルブチラール樹脂、ビニルホルマ
ール樹脂、ビニルアセクール樹脂、ポリビニルアルコー
ル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリアミド
酸樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂
、ボリアリレー１〜樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエー
テルスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、
ポリ−４−メチル−１−ペンテン樹脂、ポリスルホン樹
脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性高
分子、エチルセルロース樹脂、酢酸セルロース樹脂等の
繊維素系樹脂、のうちから適宜選択組合わせ可能である
。

また、中間層としては、金、恨、銅、ニッケル、アルミ
ニウム等の金属およびこれら金属の化合物、ＩＴ○、ハ
ンダ等の金属化合物、導電性カーボン等の導電性無機化
合物及び、有機金属化合物等のＲ電性有機化合物等のう
ちから上下電挽基板の材質等に応じて適宜選択可能であ
る。

また、実施例では、中間層としての導電層の形成を無電
解メッキ法によって行ったが、中間層の形成は無電解メ
ッキ法の他、無電解メツキー電解メッキ法、真空蒸着等
、使用導電材料に応じて適宜選択可能である。また中間
層は一層に限定されず多層あるいは前記金属の合金であ
ってもよく被接続電極（ＢＰＩ、　Ｂ　ｐｚ　）に応じ
て適宜選択可能である。その他気中懸濁被覆法、無機質
カプセル化法等、他の方法を用いても良いことはいうま
でもない。

ここで、芯物質と表面層とは同一物質を使用することも
可能であるが、芯物質の方が表面層よりもやや融点ある
いは軟化点が高くなるように重合度等を調整するのが望
ましい（通常数〜数十゛Ｃ）。

また、芯物質としては、球状に限らず、回転楕円形状で
あってもその大きさがそろってさえいればほぼ問題なく
使用できる。

実施例では、半導体装のため表面層として高融点の樹脂
を用いたが、液晶パネル実装の様な耐熱性のないものの
接続の場合、適時低融点の樹脂を適応すればよい。

半導実装用の表面層としては、次の熱的特性を有するこ
とが望ましい。即ち第７図に示す示差熱分析曲線（ＩＯ
ＴＡ曲線）において、（イ）の融解ピークの立上がりが
少なくとも１５０°Ｃ以上であること、融解ピークの立
下がり点（ロ）から３００　’Ｃの温度領域で酸化等の
変質が起こらないこと（発熱ピークが観測されないこと
）、室温（Ｒ’ｒ）から（イ）の温度領域で団体である
こと、（ロ）〜３００℃の温度領域で、溶融粘度が１０
０ＯＰ　（ポアズン）のオーダーまで低下すること（可
使範囲は０〜１００００Ｐ）１５０℃で１００時間放匿
しても劣化しないこと、などが上げられる。

また、表面層については、更に多層構造とすることも可
能であり、各層に夫々゛絶縁“、゛接着″、゛すペリ性
“等の機能を持たせ更に、良好な異方導電材料を得るこ
ともできる。（ここでマイクロカプセル表面の間の゛す
べり性″を調整することにより、単一層の形成を容易に
することができる。）また表面層を着色層とすることも
可能である。

更に、表面層の形成についても実施例で用いたスプレー
ドライ法の他、界面重合法、１ｎｓｉｔｕ重合法、液中
硬化被覆法等の化学的製法、コアセルヘーション法、気
中懸濁被覆法、真空蒸着被覆法、静電的合体法、融解分
散冷却法、無機質カッセル化法等の物理機械的製法、界
面沈澱法等の物理化学的製法等、によることも可能であ
る。

そして、マイクロカプセルの粒子径についても、目的に
応じ、１〜１００μｍの範囲で適宜選択可能である。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明の異方導電材料によれば球
形粒子の表面”に導電性の中間層を形成し、更に、その
外側を絶縁性の表面層で被覆してマイクロカプセル化し
ているため、導電粒子（すなわち、球形粒子とその表面
に形成られる導電層とからなる粒子であって導電性に寄
与するもの）の粒径と導電層の膜厚を均一化することが
できると共に任意に調整可能であり、極めて信頼性の高
い所定の分解能の異方導電接続の達成が可能となる。

ま１こ、ワイヤボンディング法やＴＡＢ（テープ・オー
トメーテツド・ボンディング）法に比べて占有面積が小
さい為、実装密度が高められ、薄型化が可能である。複
雑な電極パッド配置に対しても適応できるため、半導体
装置の設計上の制約が緩和でき、半導体装置を小型化で
きる。フリップ・チップ法等のように、バンブ形成等２
次加工が不要であり、歩留まりが高く、従って安価であ
る。また、はん用件に冨む、等々の優れた特性を有する
。

また、芯物質として、ジビニルベンゼン樹脂等の適度な
弾性および熱塑性を具えた樹脂を用いた場合には、加圧
によってＩＣチップにクラックが発生したりすることも
な（、電極間の密着性が向上し、電気的接続の信頼性が
向上する。

さらに、芯ＩｙＪ質の粒径のコントロールおよび表面層
の膜厚のコントロールがいずれも容易であるため、分解
能のコントロールも容易となり、使用用途に応じたきめ
細かい選択が可能である。

さらに、この発明による実装方法によれば、マイクロカ
プセル層を、きわめて容易に、必要な個所を含めた比較
的狭い範囲に供給できるため、異方導電材料の使用効率
が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は、それぞれこの発明の詳細な
説明するための図、第４図はこの発明の特性を示す図、
第５図、第６図は、従来例を説明するための図、第７図
は、表面層の具（Ｊ’Ｈすべき特性を示す図である。 １・−・−ベースフィルム　　２−−−−一接合中間層
３−　マイクロカプセル層 ４−・・−熱圧着ヘソド　　１０−・・・・異方導電材
料１１　−−−−一配線基板　　　１２−・−・−半導
体チノブ２０−・マイクロカプセル ２１−−−一芯　　　　　　２２−・中間層２３　−一
一一一表面層 特許出願人　富士ゼロックス株式会社 代理人弁理士　　山　谷　晧　榮 （Ｃ） 第１図 第２図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　ＣＢ）第３図 （Ａ） 第５図 α　　　　　　　　　　ｂ　　　　　　　　ｃ第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）球形の芯物質と、導電性の中間層と絶縁性の表面
   層を有する異方導電マイクロカプセルをベースフィルム
   上に固着したことを特徴とする異方導電材料。
2. （２）ベースフィルム上に、芯物質と導電性の中間層と
   絶縁性の表面層より成る異方導電マイクロカプセルを固
   着した異方導電材料を配線基板のボンディング領域に配
   置し、該ボンディング領域に応じた大きさの熱圧着ヘッ
   ドによって、前記異方導電材料を加熱加圧し、異方導電
   マイクロカプセルを配線基板のボンディング領域に転写
   し、該ボンディング領域に半導体チップを載置し、その
   後加熱加圧して、半導体チップを固着するようにしたこ
   とを特徴とする半導体装置の実装方法。