TWI592947B

TWI592947B - 各向異性導電膜以及使用該導電膜的半導體元件

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Publication number: TWI592947B
Application number: TW104122838A
Authority: TW
Inventors: 金智軟; 朴憬修; 姜炅求; 朴永祐; 申潁株; 鄭光珍; 崔賢民; 黃慈英
Original assignee: 三星Sdi 股份有限公司
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-07-21
Also published as: TW201616515A; WO2016068444A1; KR20160050591A; KR101768282B1

Description

各向異性導電膜以及使用該導電膜的半導體元件

本發明是關於一種各向異性導電膜及一種使用所述導電膜的半導體元件。

一般而言，各向異性導電膜(anisotropic conductive film；ACF)是指藉由將導電粒子分散於諸如環氧樹脂之樹脂中而製備之膜形黏著劑。各向異性導電膜由具有電各向異性及黏著性之聚合物層組成，且展現在膜厚度方向上之導電特性及在其表面方向上之絕緣特性。

當安置於待連接之電路板之間的各向異性導電膜在某些條件下經受加熱及壓縮時，電路板之電路終端經由導電粒子電連接，且絕緣黏著樹脂填充相鄰電路終端之間的空間以使導電粒子彼此隔離，從而提供電路終端之間的高絕緣效能。

當具有微細間距之電極經由各向異性導電膜彼此連接時，由於微細間距極有可能出現短路。為防止此問題，相關技術領域中建議絕緣導電粒子。然而，雖然所述絕緣處理可減少電極之間出現短路，但存在連接電阻增加之問題。

因此，需要研發一種用於連接具有微細間距之電極之新穎各向異性導電膜，其可滿足絕緣電阻與連接電阻。

本發明之一個目標為提供一種各向異性導電膜，其包含絕緣導電粒子及熔點為140℃或小於140℃之金屬合金粒子，從而確保微細間距下之極佳連接特性。

根據本發明之一個態樣，各向異性導電膜包含絕緣導電粒子及熔點為140℃或小於140℃之金屬合金粒子。

根據本發明之另一態樣，半導體元件包含：具有第一電極之第一連接構件；具有第二電極之第二連接構件；以及如本文中所闡述之各向異性導電膜。此處，各向異性導電膜安置於第一連接構件與第二連接構件之間，且連接第一電極與第二電極。

根據本發明之實施例，各向異性導電膜包含絕緣導電粒子及熔點為140℃或小於140℃之金屬合金粒子，從而確保微細間距下之良好絕緣電阻、初始階段中及可靠性評估之後的低連接電阻以及電極之間短路的低可能性。

3‧‧‧導電粒子

10‧‧‧各向異性導電膜

30‧‧‧半導體元件

50‧‧‧第一連接構件

60‧‧‧第二連接構件

70‧‧‧第一電極

80‧‧‧第二電極

圖1為根據本發明之一個實施例之半導體元件30之剖視圖，其包含具有第一電極70之第一連接構件50、具有第二電極80之第二連接構件60以及安置於第一連接構件與第二連接構件之間以連接第一電極與第二電極之各向異性導電膜10。

在下文中，將詳細描述本發明之實施例。為清楚起見，將省略所屬技術領域中具通常知識者顯而易知之細節描述。

本發明之一個實施例提供一種各向異性導電膜，其包含絕緣導電粒子及熔點為140℃或小於140℃之金屬合金粒子。

金屬合金粒子

可用於本發明之金屬合金粒子具有140℃或小於140℃之熔點，且可藉由使例如Sn、Sb、Pb、Ag、Bi、In、Cd、Mn、Fe、Zn、Al以及As中之兩種或多於兩種金屬形成合金來製備。具體言之，金屬合金粒子可藉由使例如Sn、Bi、In以及Sb中之兩種或多於兩種金屬形成合金來製備。在一個實施例中，金屬合金粒子可為Sn-Bi或Sn-In合金粒子。

具體言之，金屬合金粒子具有70℃至140℃之熔點，更尤其80℃至140℃之熔點。電極部件之溫度往往高於間隔部件之溫度，且熔點為140℃或小於140℃之金屬合金粒子特徵與基於電極部件與間隔部件之間的溫度差之連接特性及絕緣特性改良有關，其使得接近電極部件之金屬合金粒子比接近間隔部件之金屬合金粒子更好地熔融。由於接近電極部件之金屬合金粒子更好地熔融，因此金屬合金粒子連接至絕緣導電粒子，從而改良連接特性。相反地，接近間隔部件之金屬合金粒子較不熔融，從而在絕緣特性方面提供優勢。

金屬合金粒子可具有球狀、片狀或針狀形狀，尤其球狀或片狀形狀。

金屬合金粒子可具有1微米至10微米之粒子直徑。具體言之，金屬合金粒子可具有3微米至6微米之粒子直徑。在此範圍內，金屬合金粒子可改良連接特性及絕緣特性。

金屬合金粒子可以依照固體含量按各向異性導電膜之總重量計5重量%至30重量%，尤其10重量%至20重量%之量存在。在此範圍內，金屬合金粒子可防止電極之間的短路，同時保證良好連接特性。

絕緣導電粒子

在本發明中，可非限制性地使用任何導電粒子，只要所述導電粒子經由絕緣處理進一步絕緣。

絕緣導電粒子之實例可包含金屬粒子諸如金(Au)、銀(Ag)、鎳(Ni)、銅(Cu)、焊料粒子以及類似物。絕緣處理可執行如下：藉由用絕緣樹脂塗佈至少部分導電粒子表面，藉由連續地或非連續地將絕緣細粒固定在至少部分導電粒子表面中，或藉由用金屬組分塗佈包括聚合物樹脂之核心層，之後使用如上文所描述之絕緣樹脂或絕緣細粒執行絕緣處理。

絕緣樹脂之實例可包含固體環氧樹脂、苯氧基樹脂、乙烯基聚合物、聚酯樹脂、烷基化纖維素樹脂、流動樹脂以及類似樹脂。

用絕緣樹脂塗佈導電粒子之方法不特別受限制，且可視其目的而經適合地選擇。舉例而言，導電粒子可分散於樹脂溶液中以製備混合分散液(其又在加熱的同時呈微滴形式噴射)，之後乾燥以移除溶劑，從而製備絕緣導電粒子。

絕緣細粒可為例如交聯可聚合細粒。交聯可聚合細粒為自由基可聚合的，且可包含烯丙基化合物，諸如二乙烯苯、1,4-二乙烯氧基丁烷、二乙烯碸、二烯丙基鄰苯二甲酸酯、二烯丙基丙烯醯胺、三烯丙基(異)氰酸酯以及三烯丙基苯偏三酸酯；丙烯酸酯類交聯化合物，諸如(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯以及丙三醇三(甲基)丙烯酸酯；以及類似物。

製備絕緣細粒之方法不特別受限制，且可包含例如乳化聚合、無皂乳化聚合、種子聚合以及類似方法。

將絕緣細粒固定至導電粒子之方法可包含基於物理/機械摩擦之乾燥、噴霧乾燥、真空沈積、核殼處理、濕處理或類似方法。絕緣細粒需要防止在可固化樹脂或塗佈溶液中自金屬表層分離及需要在加熱與壓縮後變形及碾碎。舉例而言，絕緣細粒可藉由經由細微修改細粒表面而向金屬表面賦予物理黏著強度同時藉由細粒表面上之官能基賦予化學鍵結力來固定至導電粒子。為了此目的，絕緣細粒可包含親核性基團，其為具有金屬親和力之官能基，例如羧基、羥基、二醇基、醛基、噁唑基、矽烷基、矽烷醇基、胺基、銨基、醯胺基、醯亞胺基、硝基、腈基、吡咯啶酮基、硫醇基、碸基、磺酸基、鋶基、硫基、異氰酸酯基以及類似基團。

固定至導電粒子之絕緣細粒之粒子直徑可為核心粒子之0.5%至15%，尤其1%至10%。

在一個實施例中，絕緣細粒可藉由將環氧反應性官能基偶合至聚合物核心表面而在其末端處具有環氧反應性官能基。

聚合物核心可由高度交聯有機聚合物粒子、無機粒子(包含二氧化矽粒子或二氧化鈦粒子)、有機/無機複合粒子以及金屬氧化物粒子中之一者構成。

高度交聯有機聚合物粒子可使用以可聚合單體之總重量計30重量%或大於30重量%之聚合物或30重量%或大於30重量%共聚物製備，所述聚合物由交聯可聚合單體組成，所述共聚物為交聯可聚合單體與至少一種一般可聚合單體的共聚物。

至於交聯可聚合單體，可使用與前述交聯可聚合細粒相同之單體。

一般可聚合單體為自由基可聚合的，且可包含苯乙烯單體，諸如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、間氯甲基苯乙烯、乙基乙烯苯以及類似物；丙烯酸酯單體，諸如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酯以及(甲基)丙烯酸硬脂酯；氯乙烯、乙酸乙烯酯、乙烯醚、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯以及類似物。

至於偶合至聚合物核心之環氧反應性官能基，可非限制性地使用任何聚合物樹脂，只要聚合物樹脂具有環氧基。具體言之，環氧反應性官能基化合物可包含甲基丙烯酸縮水甘油酯、環氧丙烯酸酯、環氧甲基丙烯酸酯；藉由三元酸及/或四元酸酐(a-i)與含不飽和基團之單醇(a-ii)反應獲得的含不飽和基團之二羧酸化合物；藉由多元酸酐與藉由具有兩個環氧基之環氧化合物與含不飽和基團之單羧酸反應獲得之反應產物之反應獲得的酸改質環氧(甲基)丙烯酸酯化合物；具有兩個或大於兩個環氧基之環氧化合物；以及類似物。

適用於製備核心層之聚合物樹脂可以球狀細粒形式存在，且可包含熱固性樹脂，諸如酚、脲、三聚氰胺、氟、聚酯、環氧樹脂、矽酮、聚醯亞胺、聚胺基甲酸酯、丙烯、聚烯烴樹脂以及類似物；熱塑性樹脂，諸如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基丙烯酸、甲烯、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯、乙烯、二乙烯苯、聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚縮醛、聚醚碸、聚二氧苯(polyphenyl oxide)、聚苯硫醚、聚碸及聚胺基甲酸酯樹脂；以及類似物。在另一實施例中，絕緣細粒可用作核心層之聚合物樹脂。微細核心粒子可由聚合物樹脂之乳化聚合形成。微細核心粒子可經受金屬電鍍，之後在微細核心粒子之至少部分金屬電鍍層上用如上文所描述之絕緣樹脂或絕緣細粒絕緣處理。金屬電鍍可藉由無電極電鍍執行，且金屬電鍍層可為Au、Ag、Ni或Cu層。在一個實例中，金屬電鍍層可為Ni電鍍層或Au電鍍層。隨後，金屬電鍍層可額外經受用如上文所描述之絕緣樹脂或絕緣細粒之絕緣處理。或者，可於金屬電鍍層上形成交聯有機粒子之薄層。所述薄層可使用混合器經由電鍍聚合物樹脂粒子與交聯有機粒子之組合在細粒表面上形成連續或非連續塗層。交聯有機粒子可經由苯乙烯及丙烯腈之乳化聚合獲得，其中添加適合量之雙官能環氧丙烯酸酯以調節最終有機細粒使其具有交聯或超分支結構。若在微細間距電極中使用導電粒子本身，則存在短路問題。在本發明中，導電粒子經受絕緣處理以便減小短路可能性。

絕緣導電粒子可具有1微米至20微米，尤其1微米至10微米，更尤其1微米至5微米之粒子直徑。在此範圍內，導電粒子可保證微細間距下之良好連接特性。

導電粒子可以依照固體含量按各向異性導電膜之總重量計5重量%至50重量%，尤其5重量%至40重量%，更尤其5重量%至38重量%之量存在。在此範圍內，導電粒子可易於在終端之間壓縮以確保連接可靠性，且可改良電導率以減小連接電阻。

黏合劑樹脂

在本發明之其他實施例中，除了絕緣導電粒子及金屬合金粒子之外，各向異性導電膜可更包含黏合劑樹脂。

黏合劑樹脂之實例可包含聚醯亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、苯氧基樹脂、聚甲基丙烯酸酯樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚酯胺基甲酸酯樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-butadiene-styrene；SBS)樹脂及其環氧化改質物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(styrene-ethylene/butylene-styrene；SEBS)樹脂及其改質物、丙烯腈丁二烯橡膠(acrylonitrile butadiene rubber；NBR)或其氫化化合物以及類似物。這些樹脂可單獨或以其組合形式使用。具體言之，黏合劑樹脂可為苯氧基樹脂。

黏合劑樹脂可以依照固體含量按以各向異性導電膜之總重量計10重量%至60重量%，尤其15重量%至50重量%之量存在。在此黏合劑含量範圍內，用於各向異性導電膜之組成物可具有改良之流動性及黏著強度。

固化系統

在本發明之其他實施例中，各向異性導電膜可更包含固化系統。固化系統之實例可包含：包含(甲基)丙烯酸酯類自由基可聚合物質及自由基聚合起始劑之固化系統，或包含環氧樹脂及用於所述環氧樹脂之固化劑的固化系統以及類似者。具體言之，可使用包含環氧樹脂及用於所述環氧樹脂之固化劑的固化系統。

在包含(甲基)丙烯酸酯類自由基可聚合物質及自由基聚合起始劑之固化系統中，(甲基)丙烯酸酯類自由基可聚合物質可由含有能夠經由自由基反應而聚合之(甲基)丙烯酸酯單體的任何物質中選出。舉例而言，(甲基)丙烯酸酯類自由基可聚合物質可包含(甲基)丙烯酸酯寡聚物或(甲基)丙烯酸酯單體。(甲基)丙烯酸酯寡聚物可包含由所屬技術領域中已知之(甲基)丙烯酸酯寡聚物之群中選出的至少一者。較佳地，(甲基)丙烯酸酯寡聚物包含例如(甲基)丙烯酸胺基甲酸酯、環氧(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸聚酯、氟(甲基)丙烯酸酯、茀(甲基)丙烯酸酯、矽酮(甲基)丙烯酸酯、磷酸(甲基)丙烯酸酯、經順丁烯二醯亞胺改質之(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸酯(甲基丙烯酸酯)及其組合。

(甲基)丙烯酸酯單體可包含由所屬技術領域中已知之(甲基)丙烯酸酯單體中選出之至少一種單體。較佳地，(甲基)丙烯酸酯單體包含例如1,6-己二醇單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丙酯、(甲基)丙烯酸2-羥丁酯、(甲基)丙烯酸2-羥基-3-苯基氧基丙酯、1,4-丁二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯醯基磷酸2-羥烷基酯、(甲基)丙烯酸4-羥基環己酯、新戊二醇單(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基乙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、丙三醇二(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸三氫糠基酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸2-苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、乙氧基化壬基酚(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、環己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、苯氧基-三乙二醇(甲基)丙烯酸酯、磷酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯、三環癸烷二羥甲基二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷苯甲酸酯丙烯酸酯、茀(甲基)丙烯酸酯以及其混合物，但不限於此。

另外，根據本發明之自由基可聚合起始劑可包含例如過氧化物類或偶氮基類起始劑。過氧化物類起始劑之實例可包含過氧月桂酸第三丁酯、1,1,3,3-第三甲基丁基過氧基-2-乙基己酸酯、2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己醯基過氧基)己烷、1-環己基-1-甲基乙基過氧基-2-乙基己酸酯、2,5-二甲基-2,5-二(間甲苯甲醯基過氧基)己烷、過氧基異丙基單碳酸第三丁酯、過氧基-2-乙基己基單碳酸第三丁酯、過氧基苯甲酸第三己酯、過氧基乙酸第三丁酯、過氧化二異丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(第三丁基過氧基)己烷、過氧化第三丁基異丙苯、過氧基新癸酸第三己酯、過氧基-2-乙基己酸第三己酯、過氧基-2-2-乙基己酸第三丁酯、過氧基異丁酸第三丁酯、1,1-雙(第三丁基過氧基)環己烷、過氧基異丙基單碳酸第三己酯、過氧基-3,5,5-三甲基己酸第三丁酯、過氧基特戊酸第三丁酯、過氧基新癸酸異丙苯酯、氫過氧化二異丙基苯、氫過氧化異丙苯、異丁基過氧化物、2,4-二氯過氧化苯甲醯、3,5,5-三甲基己醯基過氧化物、辛醯基過氧化物、月桂基過氧化物、硬脂醯基過氧化物、丁二酸過氧化物、過氧化苯甲醯、3,5,5-三甲基己醯基過氧化物、苯甲醯基過氧基甲苯、過氧基新癸酸1,1,3,3-四甲基丁酯、1-環己基-1-甲基乙基過氧基新癸酸、過氧基二碳酸二正丙酯、過氧基碳酸二異丙酯、過氧基二碳酸雙(4-第三丁基環己基)酯、二2-乙氧基甲氧基過氧基二碳酸酯、二(2-乙基己基過氧基)二碳酸酯、過氧基二碳酸二甲氧基丁酯、二(3-甲基-3-甲氧基丁基過氧基)二碳酸酯、1,1-雙(第三己基過氧基)-3,3,5-三甲基環己烷、1,1-雙(第三己基過氧基)環己烷、1,1-雙(第三丁基過氧基)-3,3,5-三甲基環己烷、1,1-(第三丁基過氧基)環十二烷、2,2-雙(第三丁基過氧基)癸烷、第三丁基三甲基矽烷基過氧化物、雙(第三丁基)二甲基矽烷基過氧化物、第三丁基三烯丙基矽烷基過氧化物、雙(第三丁基)二烯丙基矽烷基過氧化物、三(第三丁基)烯丙基矽烷基過氧化物以及類似物。

當使用包含環氧樹脂及用於所述環氧樹脂之固化劑的固化系統時，環氧樹脂之實例可包含雙酚A環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、雙酚S環氧樹脂、苯酚酚醛環氧樹脂、甲酚酚醛環氧樹脂、雙酚A酚醛環氧樹脂、雙酚F酚醛環氧樹脂、脂環環氧樹脂、縮水甘油酯環氧樹脂、縮水甘油胺環氧樹脂、乙內醯脲環氧樹脂、異氰尿酸酯環氧樹脂、脂族環環氧樹脂以及類似物。這些環氧樹脂可以鹵化物或其氫化產物形式提供。

固化劑可包含鎓鹽化合物，諸如芳族重氮鹽、芳族鋶鹽、脂族鋶鹽、芳族碘鋁鹽、鏻鹽、吡錠鹽、硒鹽以及類似物；化合物錯合物，諸如金屬芳烴錯合物、矽烷醇/鋁錯合物以及類似物；含有甲苯磺酸酯基(tosylate group)之化合物，諸如安息香甲苯磺酸酯(benzoin tosylate)、甲苯磺酸鄰硝基苄基酯(o-nitrobenzyl tosylate)以及類似物以提供捕獲電子之功能；以及類似者。更具體言之，可使用在產生陽離子方面具有高效率之鋶鹽化合物，諸如芳族鋶鹽化合物或脂族鋶鹽化合物。

另外，當所述用於環氧樹脂之固化劑形成鹽結構時，六氟銻酸根、六氟磷酸根、四氟硼酸根、五氟苯基硼酸根以及類似者可用作相對離子。

依照固體含量(甲基)丙烯酸酯類自由基可聚合物質或環氧樹脂可以10重量%至40重量%之量存在於各向異性導電膜之組成物中。在此範圍內，組成物可在黏著強度、外部外觀以及可靠性方面展現良好特性。

依照固體含量自由基聚合起始劑或用於環氧樹脂之固化劑可以0.5重量%至15重量%，尤其1重量%至10重量%之量存在於各向異性導電膜之組成物中。在此範圍內，自由基聚合起始劑或固化劑確保用於固化之充分反應，且可經由形成適合的分子量而在鍵結之後的黏著強度、可靠性以及類似者方面提供良好特性。

無機粒子

各向異性導電膜可更包含無機粒子。無機粒子允許各向異性導電膜經識別，且可防止導電粒子之間的短路。

無機粒子之實例可包含二氧化矽(SiO₂)、Al₂O₃、TiO₂、 ZnO、MgO、ZrO₂、PbO、Bi₂O₃、MoO₃、V₂O₅、Nb₂O₅、Ta₂O₅、WO₃、In₂O₃粒子以及類似粒子。具體言之，二氧化矽可用作無機粒子。二氧化矽可包含藉由諸如溶膠-凝膠處理、沈降以及類似方法之液相方法製備之二氧化矽；藉由諸如火焰氧化及類似方法之氣相方法製備之二氧化矽；無需粉碎自矽膠獲得之非粉末狀二氧化矽；煙霧狀二氧化矽；熔融二氧化矽；以及類似物。二氧化矽粒子可具有球狀形狀、片狀形狀、針狀形狀、片段形狀、無邊形狀以及類似形狀。這些形狀可單獨或以其組合形式使用。

無機粒子可以依照固體含量按各向異性導電膜之總重量計1重量%至20重量%，尤其1重量%至10重量%之量存在。在此範圍內，有可能防止導電粒子流入間隔部件中。

其他添加劑

根據本發明之各向異性導電膜可更包含添加劑，諸如聚合抑制劑、抗氧化劑、熱穩定劑以及類似添加劑，以便在基本特性不劣化之情況下賦予額外特性。雖然不特別限制於特定量，但這些添加劑可以依照固體含量按各向異性導電膜之總重量計0.01重量%至10重量%之量存在。

聚合抑制劑之實例可包含氫醌、氫醌單甲醚、對苯醌、啡噻嗪以及其混合物。抗氧化劑之實例可包含酚系化合物、羥基肉桂酸酯化合物以及類似者。抗氧化劑之實例可包含四-(亞甲基-(3,5-二第三丁基-4-羥基肉桂酸酯)甲烷、3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酸硫醇二-2,1-乙二基酯以及類似物。

製造各向異性導電膜之方法

形成各向異性導電膜無需特殊裝置或設備。舉例而言，各向異性導電膜可由以下形成：將用於根據本發明之各向異性導電膜之組成物溶解於諸如甲苯之有機溶劑中，以一定速率攪拌溶解組成物預定時間段以免粉碎導電粒子，將組成物塗覆至離型膜上達至一定厚度(例如10微米至50微米)，且以充分時間乾燥組成物以使有機溶劑揮發。

根據本發明之一個態樣，各向異性導電膜可具有單層結構或其中絕緣層堆疊於導電層上之多層結構。舉例而言，各向異性導電膜可具有其中絕緣樹脂堆疊於導電層上之雙層結構；其中第一絕緣層及第二絕緣層分別堆疊於導電層兩個表面上之三層結構；其中第一絕緣層及第二絕緣層分別堆疊於導電層之兩個表面上，且第三絕緣樹脂堆疊於第一絕緣樹脂及第二絕緣樹脂中之一者上之四層結構。具體言之，各向異性導電膜可具有單層或雙層結構，且金屬合金粒子及絕緣導電粒子可置放於同一層中，例如導電層中。

如本文中所使用，術語「堆疊(stack)」意謂某一層形成於另一層之一個表面上，且可與塗層或疊層互換使用。在具有其中導電層及絕緣樹脂層獨立形成之雙層結構之各向異性導電膜中，大量諸如二氧化矽之無機粒子不阻斷導電粒子之壓縮，且因此不影響導電性，但因導電層及絕緣樹脂層之獨立形成而影響用於各向異性導電膜之組成物之流動性，從而各向異性導電膜可具有受控制的流動性。

本發明之另一態樣提供一種藉由如上文所闡述之各向異性導電膜中之一者連接的半導體元件。半導體元件可包含：包含第一電極之第一連接構件；包含第二電極之第二連接構件；以及置放於第一連接構件與第二連接構件之間且連接第一電極與第二電極之各向異性導電膜。

本文中，第一連接構件可包含例如覆晶膜(chip on film；COF)或可撓性印刷電路板(flexible printed circuit board；fPCB)。第二連接構件可包含例如玻璃基板、印刷電路板(printed circuit board；PCB)或可撓性印刷電路板(fPCB)。

參看圖1，根據本發明之一個實施例之半導體元件30包含：包含第一電極70之第一連接構件50、包含第二電極80之第二連接構件60以及包含如上文所闡述之導電粒子3之各向異性導電黏著劑層。此處，各向異性導電黏著劑層置放於第一連接構件50與第二連接構件60之間，且經由導電粒子3連接第一電極70與第二電極80。

另外，根據此實施例之半導體元件之電極可具有微細間距。具體言之，微細間距可在5微米至50微米，更尤其5微米至40微米，仍更尤其9微米至20微米範圍內。

隨後，將參考一些實例更詳細描述本發明。然而，應理解提供這些實例僅為說明，且不應以任何方式解釋為限制本發明。

為清楚起見，將省略所屬技術領域中具通常知識者顯而易知之細節描述。

實例實例1：製造各向異性導電膜 1. 製備絕緣導電粒子

將0.5公克月桂基硫酸鈉(sodium lauryl sulfate；SLS)分散於3,000公克蒸餾水(去離子水(DI water))中10分鐘。隨後，將30公克苯乙烯(styrene；St)添加至所得物質中，之後分散且乳化。此處，在反應器中創造氮氣(N₂)氛圍。隨後，將藉由將1公克過硫酸鉀(potassium persulfate；KPS)溶解於水中製備之過硫酸鉀溶液添加至所得物質中，且在80℃下靜置1小時以形成聚合物核心。反應完成後，將45公克苯乙烯、75公克二乙烯苯(divinylbenzene；DVB)以及3.5公克硫酸鉀依序引入所得物質中，且在相同溫度下靜置10小時。反應完成後，將1.5公克月桂基硫酸鈉及0.5公克硫酸鉀額外添加至所得物質中，攪拌20分鐘，且反應10小時，同時將195公克苯乙烯、25公克二乙烯苯以及45公克甲基丙烯酸縮水甘油酯依序添加至所得物質中。離心最終獲得之所得物質以分離出聚合物，之後冷凍乾燥，獲得最終絕緣樹脂細粒。

藉由使用物理衝擊法(混合器)，在導電粒子(AUL-704，平均粒徑：4微米，日本積水化學(SEKISUI,Japan))表面上形成絕緣樹脂細粒之塗層來製備絕緣導電粒子(相對於導電粒子之含量：4重量%，塗佈比：68%，絕緣層厚度：50奈米，耐壓：0.3千伏)。

2. 製備用於各向異性導電膜之組成物

藉由混合以40體積%的量溶解於二甲苯/乙酸乙酯共沸溶劑中之32重量份苯氧基樹脂(PKHH，美國英科米茲(Inchemrez,US))、15重量份環氧丙烷環氧樹脂(EP-4000S，日本艾迪科(Adeka,Japan))、20重量份雙酚A環氧樹脂(JER834，日本三菱化學(Mitsubishi Chemical))、8重量份無機奈米二氧化矽粒子(R812，粒子直徑：7奈米，德國德固賽(Degussa,Germany))、5重量份熱固性陽離子聚合催化劑(SI-60L，日本三信化學(Sanshin Chemical,Japan))、10重量份絕緣導電粒子以及10重量份焊球(Sn-Bi合金，平均粒徑：4微米，熔點：132℃，日本三井礦業冶煉(Mitsui Kinzoku,Japan))來製備用於各向異性導電膜之組成物。此處，苯氧基樹脂用作充當膜形成基質之黏合劑系統，環氧樹脂用作用於固化反應之固化系統，且焊球用作金屬合金粒子。

用於各向異性導電膜之經製備組成物沈積於離型膜上，之後在60℃下在乾燥器中使溶劑揮發5分鐘，從而製備乾燥16微米厚各向異性導電膜。

實例2：製造各向異性導電膜

以與實例1中相同之方式製備各向異性導電膜，例外為使用7重量份絕緣導電粒子及13重量份作為金屬合金粒子之焊球。

實例3：製造各向異性導電膜

以與實例1中相同之方式製備各向異性導電膜，例外為使用13重量份絕緣導電粒子及7重量份作為金屬合金粒子之焊球。

比較例1：製造各向異性導電膜

以與實例1中相同之方式製備各向異性導電膜，例外為使用20重量份絕緣導電粒子且不使用金屬合金粒子。

比較例2：製造各向異性導電膜

以與實例1中相同之方式製備各向異性導電膜，例外為使用非絕緣導電粒子(AUL-704，平均粒徑：4微米，日本積水化學)代替絕緣導電粒子。

比較例3：製造各向異性導電膜

以與實例1中相同之方式製備各向異性導電膜，例外為Sn-Pb(平均粒徑：4微米，熔點：183℃，日本三井礦業冶煉)用作金屬合金粒子。

表1中展示用於實例及比較例中之各別組分之細節。

實驗實例：各向異性導電膜之特性評估

在以下條件下量測實例1至實例3以及比較例1至比較例3中製備之每個各向異性導電膜之熔融黏度、連接電阻、可靠性後連接電阻以及絕緣電阻。結果展示於表2中。

量測熔融黏度

在30℃至200℃之溫度區中，在10℃/分鐘溫度升高速率、5%應力以及10弧度/秒頻率之條件下，使用ARES G2流變計(TA儀器公司(TA Instruments))在150微米厚樣本上量測實例及比較例之各向異性導電膜的熔融黏度。

量測連接電阻及可靠性後連接電阻

為評估實例及比較例中製備之各向異性導電膜之電學特性，將包含凸塊面積為1200平方微米且厚度為2000埃之氧化銦錫(indium tin oxide；ITO)電路之玻璃基板(間距：20微米)及凸塊面積為1200平方微米且厚度為1.5毫米之IC晶片(間距：20微米)置放於各向異性導電膜之上表面及下表面上，之後在主壓縮條件下壓縮且加熱，從而每個樣本製造成5個樣品。各樣品之連接電阻根據ASTM F43-64T量測，且定義為初始連接電阻(T₀)。

另外，對於可靠性評估，將電路連接產品在85℃及85%RH下於高溫/高濕度箱中靜置500小時，之後以與上文所描述相同之方式量測定義為可靠性後連接電阻(T₁)之連接電阻(根據ASTM F43-64T)。

使用電阻測試器藉由4點探針法(4-point probe method)量測連接電阻，其中使用四個連接至測試器之探針量測四點之間的電阻。使用藉由施加1毫安測試電流所量測之電壓計算電阻，其又顯示於測試器上。

量測絕緣電阻

將各向異性導電膜切割成尺寸為2毫米×25毫米之樣本，其又黏結至基板以用於評估絕緣電阻。此處，各向異性導電膜在70℃、1兆帕以及1秒之預壓縮條件下黏結至0.5毫米厚玻璃基板上，且隨後置放於玻璃基板上，其中PET膜自各向異性導電膜移除。隨後，將晶片(晶片長度：19.5毫米，晶片寬度：1.5毫米，凸塊間距：8微米)彼此平行排列於其上，之後在150℃、70兆帕以及5秒之條件下主壓縮。在100個位置處藉由兩點探針法，同時施加50伏電壓檢查短路之發生。

如表2中所展示，實例1至實例3之各向異性導電膜在初始連接電阻及可靠性後連接電阻方面具有較低電阻，且未經歷電極之間的短路。反之，比較例1之各向異性導電膜(其不含金屬合金粒子)在初始連接電阻及可靠性後連接電阻方面具有較高電阻，且比較例2之各向異性導電膜(其不含絕緣導電粒子)經歷短路。另外，比較例3之各向異性導電膜(其使用熔點高於140℃之金屬合金粒子)在初始連接電阻及可靠性後連接電阻方面具有較高電阻。

儘管以上已經描述了本發明之一些實施例及特徵，但應理解這些實施例及特徵只出於說明目的而給出且不應以任何方式解釋為限制本發明。因此，本發明之範疇及精神應僅由所附申請專利範圍及其等效物界定。