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JP3296306B2 - 異方導電性接着剤および接着用膜 - Google Patents

異方導電性接着剤および接着用膜

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JP3296306B2
JP3296306B2 JP30076398A JP30076398A JP3296306B2 JP 3296306 B2 JP3296306 B2 JP 3296306B2 JP 30076398 A JP30076398 A JP 30076398A JP 30076398 A JP30076398 A JP 30076398A JP 3296306 B2 JP3296306 B2 JP 3296306B2
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JP
Japan
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average particle
conductive particles
conductive
particle size
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幸男 山田
雅男 斉藤
潤二 篠崎
元秀 武市
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Dexerials Corp
Original Assignee
Sony Chemicals Corp
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Publication date
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Priority to DE1999636089 priority patent/DE69936089T2/de
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、相対峙する回路を
電気的に接続すると共に接着固定するために用いられる
回路接続用の異方導電性接着剤およびこれからなる異方
導電性接着用膜に関し、特にICチップを直接回路に接
続する、いわゆるフリップチップボンディングに好適に
用いられる異方導電性接着剤およびこれからなる異方導
電性接着用膜に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品の軽量薄型化に伴い、これら電
子部品に適用する実装方式として、ICチップを直接実
装するベアチップ実装、またはフリップチップボンディ
ング方式が用いられている。回路基板上にICチップを
直接実装する方法としては、1)IC電極と回路端子を
金線で接続するワイヤーボンディング方式、2)IC電
極と回路端子を半田リフローで接続するフェイスダウン
方式、3)ICチップにバンプを形成して、異方導電性
接着剤により接続する方式等があげられる。これらの中
では、特に異方導電性接着剤(異方導電性接着剤を剥離
フィルム上に塗布して加熱・乾燥してフィルム状にした
異方導電性接着用膜を含む)方式が、手軽で導通信頼性
が高く、しかも封止の必要がないため、最小のコストで
高密度実装が可能になる等のメリットがあり、最近広く
用いられるようになっている。
【0003】しかしながら、ますますファインピッチ
化、およびICバンプ(突起電極)の面積の微小化に伴
い、異方導電性接着剤中に含まれる導電粒子の粒径を小
さくする必要があり、また導通信頼性を向上させるため
に導電粒子の配合量を増加させる傾向になっている。し
かしながら、導電粒子の粒径を小さくすると二次凝集に
より接続のバラツキやパターン間のショートが問題とな
り、配合量を増すとやはりパターン間のショートが問題
となってくる。
【0004】この対策として、導電粒子の表面を絶縁層
で被覆した絶縁コート粒子を用いたり、異方導電性接着
用膜を多層化して接続の際に電極からの導電粒子の流出
を防止する試みもなされている。しかしながら絶縁コー
ト粒子を用いる場合、その硬度、弾性によって長期間の
導通信頼性が低下することが懸念される。また絶縁コー
ト粒子としては平均粒径が5μm程度のものが主に使用
されているが、この粒子の配合量を増加すると、例えば
膜当り40000個/mm2程度配合すると、バンプ間
が10μm以下のピッチの小さいファインピッチICの
接続では絶縁信頼性を維持するのが困難になる。
【0005】一方、多層化した場合、導電粒子の配合量
を増加することができ、例えば平均粒径が3μm程度の
粒径が小さい導電粒子を膜当り80000個/mm2
度まで配合することができるが、この場合高精度のバン
プを作成する必要があるほか、接続する際のプレス精度
を厳しく管理する必要があるなど、コスト高になる。
【0006】ところで特開平4−174980号には、
加熱により変形する導電粒子の表面を熱可塑性絶縁層で
被覆した絶縁被覆粒子と、この絶縁被覆粒子より硬質で
ある厚み制御粒子とを、加熱により塑性流動性を示す絶
縁性接着剤中に含有させた回路の接続部材が記載されて
いる。
【0007】しかしながら、この接続部材は、厚み制御
粒子が絶縁体の場合、この厚み制御粒子は導通には関与
しないので高い導通信頼性が得られにくい。また厚み制
御粒子が導体の場合は、配合量が多くなると短絡が起こ
り、絶縁信頼性が得られない。さらに厚み制御粒子は変
形しないため、粒径にバラツキがある場合、最も大粒径
の粒子によって厚みが制御され、これより小粒径の粒子
は導通に関与しないため導通信頼性にも欠ける。
【0008】また特開平9−102661号には、特定
の圧縮硬さ(K値)と特定の変形回復率を有する導電性
微粒子を用いた電極間の導電接続方法が記載されてい
る。しかしながら、上記導電性微粒子を用いた場合で
も、ファインピッチICの接続においては、高い導通信
頼性と高い絶縁信頼性とを得るのは難しい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、バン
プまたはピッチの小さいICを接続する場合でも、ショ
ートや回路パターンへのダメージを与えることなく、高
い導通信頼性と高い絶縁信頼性が得られ、しかも低コス
トで容易に接続することができる異方導電性接着剤、お
よびそれからなる異方導電性接着用膜を提供することで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は次の異方導電性
接着剤およびそれからなる異方導電性接着用膜である。 (1) 絶縁性接着剤中に導電粒子が分散された異方導
電性接着剤であって、前記導電粒子は、それぞれ高分子
核材粒子を導電材で被覆した導電被覆粒子を絶縁性接着
剤に不溶な絶縁性樹脂で被覆した絶縁被覆導電粒子であ
って、かつ平均粒径が異なる2種以上の導電粒子であ
り、上記平均粒径が異なる2種以上の導電粒子は、いず
れも接続の際の加圧により弾性変形する粒子であって、
それぞれ1g荷重圧縮回復率(R)が5〜80%であ
り、平均粒径の小さい導電粒子は平均粒径の大きい導電
粒子と同等か、それ以上の硬度を有ることを特徴とす
る異方導電性接着剤。 (2) 平均粒径の小さい導電粒子のK値が350kg
f/mm2以上、平均粒径の大きい導電粒子のK値が4
50kgf/mm2以下であり、平均粒径の小さい導電
粒子のK値が平均粒径の大きい導電粒子のK値より相対
的に大きいことを特徴とする上記(1)記載の異方導電
性接着剤。 (3) 平均粒子径の小さい導電粒子の含有個数が平均
粒径の大きい導電粒子の含有個数より多いことを特徴と
する上記(1)または(2)に記載の異方導電性接着
剤。 (4) 平均粒径が3±0.5μmと5±0.5μmの
2種類の導電粒子が分散されてなることを特徴とする上
記(1)ないし(3)のいずれかに記載の異方導電性接
着剤。 (5) ICチップと回路基板とを接続するICチップ
接続用である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載
の異方導電性接着剤。 (6) ICチップに形成された4000μm2以下の
微小バンプと回路基板とを接続するICチップ接続用で
ある上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の異方導
電性接着剤。 (7) 上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の異
方導電性接着剤からなる異方導電性接着用膜。 (8) ICチップと回路基板とを接続するICチップ
接続用である上記(7)記載の異方導電性接着用膜。 (9) ICチップに形成された4000μm2以下の
微小バンプと回路基板とを接続するICチップ接続用で
ある上記(7)記載の異方導電性接着用膜。 (10) 単位面積当りの膜中に含有される平均粒径の
小さい導電粒子の含有量が30000〜80000個/
mm2の範囲であり、平均粒径の大きい導電粒子の含有
量が10000〜30000個/mm2の範囲であるこ
とを特徴とする上記(7)ないし(9)のいずれかに記
載の異方導電性接着用膜。 (11) 膜の厚みが、接続を行うICチップのバンプ
高さと回路基板上の配線パターンの高さとを合せた厚み
に対して1〜3倍である上記(7)ないし(10)のい
ずれかに記載の異方導電性接着用膜。
【0011】本発明で用いる絶縁性接着剤としては、各
種の熱硬化性樹脂、熱可塑性の樹脂やゴムを用いること
ができる。接続後の信頼性の点から熱硬化性の樹脂が好
ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミ
ン樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビ
スマレイミドトリアジン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂または
ポリイミド樹脂等の合成樹脂;ヒドロキシル基、カルボ
キシル基、ビニル基、アミノ基またはエポキシ基等の官
能基を含むゴムやエラストマなどを用いることができ
る。これらの中でも特にエポキシ樹脂が各種特性の点で
好ましく使用できる。
【0012】エポキシ樹脂としては、ビスフェノール型
エポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂または分子内に
2個以上のオキシラン基を有するエポキシ化合物等が使
用できる。これらのエポキシ樹脂は、不純物イオン特に
塩素イオンが50ppm以下の高純度品を用いることが
好ましい。
【0013】本発明で用いる導電粒子は、高分子核材粒
子を導電材で被覆した導電被覆粒子を、前記絶縁性接着
剤に不溶な絶縁性樹脂で被覆した絶縁被覆導電粒子であ
【0014】前記導電被覆粒子を構成する高分子核材粒
子としては、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、シリコーン
樹脂、アクリル樹脂、アクリル/スチレン樹脂(アクリ
レートとスチレンとの共重合体)、ポリオレフィン樹
脂、メラミン樹脂またはベンゾグアナミン樹脂等の合成
樹脂、ジビニルベンゼン架橋体;NBRまたはSBR等
の合成ゴム;これらの混合物などからなる粒子が使用で
きる。これらの中ではスチレン樹脂、アクリル樹脂、ア
クリル/スチレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジビニ
ルベンゼン架橋体が好ましい。高分子核材粒子の硬度ま
たは弾性等は特に制限されず、適宜所望する硬度または
弾性等を有するものを選択することができる。
【0015】上記高分子核材粒子を被覆する導電材とし
ては、ニッケル、金、銅等の金属が1種または2種以上
使用できる。導電材は高分子核材粒子表面に無電解また
は電解メッキにより膜状に被覆されているのが好まし
い。導電材の膜厚は5〜300nm、好ましくは10〜
200nmであるのが望ましい。特に下地としてニッケ
ルメッキを施し、その上に金メッキを施したものが好ま
しく、この場合、ニッケル下地メッキの膜厚は10〜3
00nm、好ましくは30〜200nm、金メッキの膜
厚は5〜100nm、好ましくは10〜30nmとする
のが望ましい。
【0016】前記導電被覆粒子を被覆する絶縁性樹脂と
しては、前記絶縁性接着剤に不溶であり、熱圧着により
被覆が溶融または破壊されて導電性を付与する絶縁性の
樹脂が制限なく使用できるが、アクリル樹脂、スチレン
樹脂またはアクリル/スチレン樹脂が好ましい。絶縁性
樹脂は導電被覆粒子表面に膜状に絶縁被覆されているの
が好ましく、特にアクリル樹脂架橋膜、スチレン樹脂架
橋膜またはアクリル/スチレン樹脂架橋膜で絶縁被覆さ
れているのが好ましい。絶縁性樹脂の膜厚は0.05〜
2μm、好ましくは0.1〜0.5μmであるのが望ま
しい。
【0017】本発明で用いる平均粒径が異なる2種以上
の導電粒子は、いずれも本発明の異方導電性接着剤また
は接着用膜を使用する際の接着温度、例えば200℃で
は熱変形を起こさず、接着する際の接着圧力、例えば4
00kgf/cm2−バンプでは弾性変形するものを用
いる。具体的には、高分子核材粒子がスチレン樹脂、ア
クリル樹脂、アクリル/スチレン樹脂またはベンゾグア
ナミン樹脂の弾性を有する樹脂からなる導電粒子が好ま
しい。
【0018】本発明では平均粒径の異なる2種以上の前
記導電粒子を用いる。各導電粒子の平均粒径は1〜10
μm、好ましくは2〜7μmであるのが望ましく、特に
バンプ面積が4000μm2以下またはバンプ間が10
μm以下の微小バンプのバンプと配線パターンとの接続
に用いる場合は2〜7μm、好ましくは3〜6μmであ
るのが望ましい。平均粒径が1μm未満では粒子が二次
凝集を起こしやすくなるほか、製造上の取扱が難しくな
る。また10μmを超えると絶縁幅の狭い微細回路での
絶縁性が低下する。
【0019】以下、2種類の導電粒子を用いた場合を例
にして詳しく説明する。導電粒子の平均粒径の差は0.
5〜5μm、好ましくは1〜3μmあるのが望ましい。
バンプ面積が4000μm2以下またはバンプ間隔が1
0μm以下の微小バンプのバンプと配線パターンとの接
続に用いる場合、平均粒径が3±0.5μmの導電粒子
と5±0.5μmの導電粒子とを組み合せて用いるのが
好ましい。
【0020】また平均粒径が小さい導電粒子の硬度は平
均粒径が大きい導電粒子の硬度と同等かそれ以上の硬度
を有しているのが好ましい。具体的には、平均粒径の小
さい導電粒子のK値は350kgf/mm2以上、好ま
しくは500kgf/mm2以上であり、平均粒径の大
きい導電粒子のK値は450kgf/mm2以下、好ま
しくは100〜450kgf/mm2であって、平均粒
径の小さい導電粒子のK値が平均粒径の大きい導電粒子
のK値より相対的に大きいのが好ましい。特に、50k
gf/mm2以上、好ましくは100kgf/mm2以上
大きいのが望ましい。平均粒径が3±0.5μmと5±
0.5μmの2種類の導電粒子を用いる場合、3±0.
5μmの導電粒子のK値は450kgf/mm2以上、
好ましくは600kgf/mm2以上、5±0.5μm
の導電粒子のK値は450kgf/mm2以下、好まし
くは100〜450kgf/mm2であって、K値の差
が50kgf/mm2以上、好ましくは100kgf/
mm2以上であるのが望ましい。
【0021】ここで、上記K値について説明する。ラン
ダウ−リフシッツ理論物理学教程『弾性理論』(東京図
書1972年発行)42頁によれば、半径がそれぞれ
R、R′の二つの弾性球体の接触問題は次式により与え
られる。
【数1】 h=F2/3[D2(1/R+1/R′)]1/3 ・・・(1) D=(3/4)[(1−σ2)/E+(1−σ′2)/E′] ・・・(2) (式中、hはR+R′と両球の中心間の距離の差、Fは
圧縮力、E,E′は二つの弾性球の弾性率、σ,σ′は
弾性球のポアッソン比を表す。)一方の球を剛体の板に
置き換えて他方の球と接触させ、かつ両側から圧縮する
場合、R′→∞、E≫E′とすると、近似的に次式が得
られる。
【数2】 F=(21/2/3)(S3/2)(E・R1/2)(1−σ2) ・・・(3) (式中、Sは圧縮変形量を表す。)
【0022】ここで、次式によりK値を定義する。
【数3】 K=E/(1−σ2) ・・・(4) 式(3)と式(4)から容易に次式が得られる。
【数4】 K=(3/√2)・F・S-3/2・R-1/2 ・・・(5) このK値は球体の硬さ(硬度)を普偏的かつ定量的に表
すものである。従って、K値により微粒子の硬さを定量
的かつ一義的に表すことが可能である。
【0023】K値は下記測定方法により測定することが
できる。平滑表面を有する鋼板の上に試料粒子を散布
し、その中から1個の試料粒子を選ぶ。次に、粉体圧縮
試験機(例えば、PCT−200型、島津製作所製)を
用いて、ダイヤモンド製の直径50μmの円柱の平滑な
端面で試料粒子を圧縮する。この際、圧縮荷重を電磁力
として電気的に検出し、圧縮変位を作動トランスによる
変位として電気的に検出する。そして図1に示す圧縮変
位−荷重の関係が求められる。この図から試料粒子の1
0%圧縮変形における荷重値と圧縮変位がそれぞれ求め
られ、これらの値と式(5)から図2に示すK値と圧縮
歪みの関係が求められる。ただし、圧縮歪みは圧縮変位
を試料粒子の粒子径で割った値を%で表したものであ
る。測定条件は以下の通りである。 圧縮速度: 定負荷速度圧縮方式で毎秒0.27グラム
重(grf)の割合で荷重を増加させる。 試験荷重: 最大10grf 測定温度: 20℃
【0024】本発明で用いる平均粒径が異なる2種以上
導電粒子は、下記方法で測定した1g荷重圧縮回復率
(R)がそれぞれ5〜80%、好ましくは30〜80%
のものを用いる。平滑表面を有する鋼板の上に試料粒子
を散布し、その中から1個の試料粒子を選ぶ。次に、粉
体圧縮試験機(例えば、PCT−200型、島津製作所
製)を用いて、ダイヤモンド製の直径50μmの円柱の
平滑な端面で試料粒子を圧縮する。この際、圧縮荷重を
電磁力として電気的に検出し、圧縮変位を作動トランス
による変位として電気的に検出する。そして、図3に示
すように試料粒子を反転荷重値まで圧縮した後(図中の
曲線a)、逆に荷重を減らして行き(図中の曲線b)荷
重と圧縮変位との関係を測定する。ただし、除荷重にお
ける終点は荷重値ゼロではなく、0.1gの原点荷重値
とする。圧縮回復率は反転の点までの変位L1と反転の
点から原点荷重値をとる点までの変位差L2の比を%で
表した値で定義する。
【数5】 圧縮回復率(R)=(L2/L1)×100 ・・・(6) 測定条件は次の通りである。 反転荷重値: 1.0grf 原点荷重値: 0.1grf 負荷および除負荷における圧縮速度: 0.27grf/sec 測定温度: 20℃
【0025】本発明の異方導電性接着剤中の導電粒子の
含有量は、平均粒径の小さい導電粒子の含有個数が平均
粒径の大きい導電粒子の含有個数より多いのが好まし
い。具体的には、平均粒径の小さい導電粒子の含有量
は、30000〜80000個/mm2、好ましくは3
0000〜50000個/mm2、平均粒径の大きい導
電粒子の含有量は、10000〜30000個/m
2、好ましくは15000〜30000個/mm2であ
るのが望ましい。また平均粒径の小さい導電粒子含有量
/平均粒径の大きい導電粒子含有量の比は、個数の比で
1.1〜8、好ましくは1.3〜4であるのが望まし
い。平均粒径が3±0.5μmと5±0.5μmの2種
類の導電粒子を用いる場合も、上記含有量が好ましい。
【0026】なお上記個数は、本発明の異方導電性接着
剤から接着用膜を形成し、この膜(接続に使用する前の
膜)の単位面積当りの膜中に含まれる個数、すなわち膜
の表面における面積1mm2を底面とし、膜厚を高さと
する直方体中に含まれる個数である。この場合、直方体
の側面で切断される導電粒子は1/2個と数える。な
お、上記膜厚は接続に用いる膜の膜厚とする。従って、
導電粒子の密度をより大きくすると、膜厚をより薄くし
た状態で使用することができ、逆に導電粒子の密度をよ
り小さくすると、膜厚をより厚くした状態で使用するの
が好ましい。平均粒径の大きい導電粒子および平均粒径
の小さい導電粒子を前記個数で含有している場合、接着
後のバンプ面上には、平均粒径の大きい導電粒子が、平
均−3σ(σは標準偏差を示す)で1個/1バンプ以
上、平均粒径の小さい導電粒子が、平均−3σで5個/
1バンプ以上通常存在する。なお導電粒子の膜中の含有
個数は、光学顕微鏡を用い、500倍の倍率で写真を撮
影し、200μm角中の粒子数を数え、その結果を1m
2に換算して求めることができる。
【0027】本発明で導電粒子として使用する前記絶縁
被覆導電粒子は、例えば次のような方法により製造する
ことができる。まず前記高分子核材粒子の表層部分を公
知のハイブリダイゼーションシステムによる処理(以下
「ハイブリダイゼーション処理」という)によって改質
する。ハイブリダイゼーション処理は、微粒子に微粒子
を複合化するもので(例えば、粉体と工業VOL.2
7,NO.8,1995,p35〜42等参照)、母粒
子と子粒子とを気相中に分散させながら、衝撃力を主体
とする機械的熱エネルギーを粒子に与えることによっ
て、粒子の固定化および成膜処理を行うものである。
【0028】図4は、ハイブリダイゼーション処理を施
した高分子核材粒子の形態を模式的に示すものであり、
図4(a)はシリコーンゴム粒子1aに対してニッケル
粒子2を用いてハイブリダイゼーション処理を施したも
の、図4(b)はベンゾグアナミン粒子1bに対してア
クリル/スチレン粒子3を用いてハイブリダイゼーショ
ン処理を施したものを示す。
【0029】図4(a)に示すように、シリコーンゴム
粒子1aに対してニッケル粒子2を用いてハイブリダイ
ゼーション処理を施した場合には、母粒子であるシリコ
ーンゴム粒子1aの表層部分に子粒子であるニッケル粒
子2が埋め込まれるように改質され、改質高分子核材粒
子5が得られる。
【0030】一方、図4(b)に示すように、ベンゾグ
アナミン粒子1bに対してアクリル/スチレン粒子3を
用いてハイブリダイゼーション処理を施した場合には、
母粒子であるベンゾグアナミン粒子1bの表層部分に子
粒子であるアクリル・スチレン樹脂による薄膜4が形成
されるように改質され、改質高分子核材粒子5が得られ
る。
【0031】次に、ハイブリダイゼーション処理した改
質高分子核材粒子5を金属めっきすることにより、図4
(c)に示すような、改質高分子核材粒子5表面が金属
めっき6により被覆された導電被覆粒子7を得る。金属
めっき6は公知の方法により行うことができるが、この
場合改質高分子核材粒子5の表面は金属めっき6との密
着性が向上するように改質されているので、従来の技術
では困難であったシリコーンゴムからなる粒子1aに対
しても容易に金属めっき6を施すことができる。
【0032】次に上記導電被覆粒子7表面に絶縁性樹脂
層8を形成し、絶縁被覆導電粒子9を得る。絶縁性樹脂
層8を形成するには、前記ハイブリダイゼーション処
理、静電塗装法、噴霧法、溶液塗布法、熱溶融被覆法、
高速攪拌法など、公知の方法が採用できる。またアクリ
ル樹脂架橋膜またはスチレン樹脂架橋膜などの絶縁性樹
脂層9を形成する場合も、前記ハイブリダイゼーション
処理などの方法により行うことができる。
【0033】本発明の異方導電性接着剤中には、前記導
電粒子の他に、熱反応性樹脂類の硬化剤、シランカップ
リング剤、フィルム形成性樹脂等の他の成分を必要に応
じ配合することができる。本発明の異方導電性接着剤
は、絶縁性接着剤中に導電粒子および必要により配合す
る他の成分を配合し、均一に分散させることにより製造
することができる。
【0034】本発明の異方導電性接着剤は、相対峙する
回路を電気的に接続するとともに接着固定するために用
いられる。例えば、ICチップの接続端子と回路基板上
の接続端子(配線パターン)とを接続するICチップ接
続用、液晶パネルの接続端子と回路基板上の接続端子と
の接続用などに用いられる。これらの中ではICチップ
接続用に用いるのが好ましく、特にICチップを直接回
路基板に接続するいわゆるフリップチップボンディング
の接続に用いるのが好ましく、中でもバンプ(突起電
極)を有するICチップのフリップチップボンディング
の接続に用いるのが好ましい。バンプの大きさは特に限
定されないが、4000μm2以下であるのが好まし
い。このような小さいバンプを接続する場合でも、高精
度のバンプを作成する必要はない。
【0035】接続は、温度150〜250℃、好ましく
は180〜220℃、圧力50〜3000kgf/cm
2−バンプ、好ましくは100〜1500kgf/cm2
−バンプ、時間2〜30秒、好ましくは3〜20秒の条
件で圧着して行うのが望ましい。
【0036】接続後は、相対峙する回路同士は導通性が
確保され、また隣接するバンプ間または配線パターン間
では絶縁性が確保されるので、電気的異方性が維持され
た状態で接着固定することができる。
【0037】本発明の異方導電性接着用膜は前記異方導
電性接着剤からなるフィルムである。膜厚は特に限定さ
れないが、通常5〜200μm、好ましくは10〜10
0μmとするのが望ましい。バンプを有するICチップ
の接続に使用する場合は、接続を行うICチップのバン
プ高さと、回路基板上の配線パターンの高さとを合せた
厚みに対して1〜3倍、好ましくは1〜2倍の膜厚を有
する接着用膜を使用するのが好ましい。膜厚が上記値よ
り大きい場合、圧着の際にバンプと配線パターンとの間
から排除される接着剤の量が多くなるので、バンプと配
線パターンとの間に保持される導電粒子が減少する。保
持量を多くするため導電粒子の配合量を多くすることも
できるが、この場合コスト高になる。また排除された接
着剤によりプレスヘッドが汚れるなど、作業性が低下す
る。一方膜厚が上記値より小さいと、圧着の際にバンプ
間または配線パターン間に接着剤が行き渡らず、接着力
が低下する場合がある。本発明の異方導電性接着用膜中
に含まれる導電粒子の個数は前記接着剤中の個数と同じ
であるのが好ましい。
【0038】本発明の異方導電性接着用膜は単層であっ
てもよく、片面または両面に1層以上の他の層が積層さ
れていてもよい。他の層を積層することにより、接続
(接着)の際に電極からの導電粒子の流出を防止するこ
とができる。また最外層に保管および取扱いを容易にす
るためのカバーフィルムを積層することもできる。
【0039】本発明の異方導電性接着用膜は前記接着剤
と同様の用途に使用することができ、同様にしてICチ
ップ等の接続端子と回路基板上の接続端子とを接続する
ことができる。
【0040】本発明の異方導電性接着剤および接着用膜
は、平均粒径の異なる2種以上の導電粒子を含有してい
るので、導電粒子の凝集を防止して配合量を多くするこ
とができ、これによりバンプまたはピッチの小さいIC
を接続する場合でも、ショートや回路パターンへのダメ
ージを与えることなく、高い導通信頼性と高い絶縁信頼
性を確保した状態で容易に低コストで接続することがで
きる。
【0041】このような異方導電性接着剤および接着用
膜の中でも、導電粒子が加圧により変形し、しかも平均
粒径の大きい導電粒子の硬度が平均粒径の小さい導電粒
子の硬度と同等かそれ以下の場合、圧着の際に平均粒径
の大きい導電粒子がまず変形して相対峙する回路同士を
導通させ、続いて平均粒径の小さい導電粒子も変形して
回路同士を導通させるので、より高い導通信頼性が得ら
れるので好ましい。この場合でも、隣接するバンプ間ま
たは配線パターン間は、絶縁性樹脂および絶縁性接着剤
により高い絶縁信頼性が維持される。このように本発明
においては、粒径の大きい粒子により圧着の際の厚みが
制御されることはない。
【0042】
【発明の効果】本発明の異方導電性接着剤は、絶縁性接
着剤中に、それぞれ高分子核材粒子を導電材で被覆した
導電被覆粒子を絶縁性接着剤に不溶な絶縁性樹脂で被覆
した絶縁被覆導電粒子であって、加圧によりいずれも弾
変形可能でそれぞれ特定の圧縮回復率を有する平均粒
径の異なる2種以上の導電粒子を含有しているので、バ
ンプまたはピッチの小さいICを接続する場合でも、シ
ョートや回路パターンへのダメージを与えることなく、
高い導通信頼性と高い絶縁信頼性が得られ、しかも低コ
ストで容易に接続することができる。本発明の異方導電
性接着用膜は上記接着剤からなっているので、ピッチの
小さいICを接続する場合でも、ショートや回路パター
ンへのダメージを与えることなく、高い導通信頼性と高
い絶縁信頼性が得られ、しかも低コストで容易に接続す
ることができ、しかもフィルム状であるので取扱性およ
び作業性に優れている。
【0043】
【発明の実施の形態】本発明の異方導電性接着用膜を用
いてICチップを接続した実施の形態を図面を用いて説
明する。図5は、本発明の異方導電性接着用膜を用いて
ICチップを回路基板上に直接フリップチップボンディ
ング方式により接続した垂直断面模式図であり、10は
異方導電性接着用膜で、平均粒径の小さい導電粒子11
と平均粒径が大きい導電粒子12とが絶縁性接着剤13
中に分散している。14はICチップであって、バンプ
15が形成されている。16は回路基板であって、配線
パターン17が形成されている。導電粒子11、12は
高分子核材粒子表面に金属めっき層が形成され、さらに
絶縁樹脂層で被覆されているが、これらの層の図示は省
略されている。
【0044】図5において、ICチップ14に形成され
ているバンプ15と回路基板16上の配線パターン17
とは、導電粒子11、12上の金属めっき層(図示せ
ず)により導通され、かつICチップ14と回路基板1
6とは絶縁性接着剤13により接着、固定されている。
【0045】図5のようにICチップ14と回路基板1
6とを接続するには、ICチップ14と回路基板16と
の間に異方導電性接着剤用膜10を介在させた状態で、
バンプ15と配線パターン17とを上下に相対峙するよ
うに配置し、この状態で上下方向に加圧するとともに加
熱して熱圧着する。これにより、まずバンプ15と配線
パターン17との間に存在する平均粒径の大きい導電粒
子12表面の絶縁性樹脂層が軟化ないし溶融あるいは破
壊するとともに粒子が変形し、絶縁性樹脂層がバンプ1
5および配線パターン17の接触部から排除され、金属
めっき層によりバンプ15と配線パターン17とが導通
する。続いて、平均粒径の小さい導電粒子11において
も、上記平均粒径の大きい導電粒子12の場合と同様に
してバンプ15と配線パターン17とが導通される。こ
のように、本発明の異方導電性接着用膜10において
は、平均粒径の大きい導電粒子12および平均粒径の小
さい導電粒子11の両方によりバンプ15と配線パター
ン17とが導通するので、高い導通信頼性が得られる。
この場合においても、隣接する導電粒子11、12間は
絶縁性樹脂層および絶縁性接着剤13により絶縁性が確
保される。
【0046】このように、異方導電性接着用膜10を用
いることにより、ICチップ14と回路基板16との接
着固定、バンプ15と配線パターン17との導通、およ
び隣接回路間の絶縁を同時にしかも簡単に低コストで行
うことができる。しかも本発明の異方導電性接着用膜1
0は、平均粒径の異なる導電粒子11、12を含有して
いるので、バンプ15面積が小さい場合やバンプ15の
間隔が狭い場合でも、ショートや回路パターンへのダメ
ージを与えることなく、高い導通信頼性と高い絶縁信頼
性が得られる。
【0047】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 実施例1 絶縁性接着剤としてエポキシ系樹脂組成物(高分子量ビ
スフェノールA系エポキシ樹脂33.3重量%、ナフタ
レン系エポキシ樹脂33.3重量%およびビスフェノー
ルF系エポキシ分散型潜在性硬化剤33.3重量%を含
む組成物)を用い、この絶縁性接着剤中に下記平均粒径
3μmおよび5μmの2種類の導電粒子を配合し、異方
導電性接着剤を調製した。
【0048】上記平均粒径3μmの導電粒子としては、
ベンゾグアナミン樹脂からなる高分子核材粒子にAu/
Niめっきを施し、さらにその表面を約0.3μmの膜
厚のアクリル/スチレン樹脂架橋膜で絶縁コートした導
電粒子(以下、B粒子と略記する)を用いた。なおアク
リル/スチレン樹脂架橋膜による絶縁被覆は、ハイブリ
ダイゼーションシステムによる処理によって行った。こ
のB粒子の配合量は30000個/mm2とした。
【0049】前記平均粒径5μmの導電粒子としては、
アクリル/スチレン樹脂からなる高分子核材粒子にAu
/Niめっきを施し、さらにその表面を約0.3μmの
膜厚のアクリル/スチレン樹脂架橋膜で絶縁コートした
導電粒子(以下、LL粒子と略記する)を用いた。
【0050】前記異方導電性接着剤をフィルム成形し、
膜厚75μmの単層の異方導電性接着用膜を得た。この
膜中のLL粒子の配合量は、単位面積当りの膜中に含有
される個数として20000個/mm2であった。この
異方導電性接着用膜を用いて、下記のようにしてICチ
ップの導通評価および絶縁評価を行った。
【0051】《導通評価》 ICチップ:100μm×100μm角パット上にスタ
ッドバンプを立て、バンプ面積1000、2000、3
000、4000または5000μm2となるように平
坦化処理を行い、評価用ICを作成した。バンプ高さは
いずれも約40μm、ICサイズは6mm×6mmであ
る。 基板:BT樹脂0.7mm厚の基板上に、18μm厚の
CuおよびAuめっきで配線パターンを形成した基板。
配線パターン間のピッチは150μm。
【0052】上記ICチップと基板との間(バンプ高さ
と配線パターンの高さとの合計は約58μm)に前記異
方導電性接着用膜を介在させた状態で、温度200℃、
圧力400kgf/cm2−バンプの条件で20秒間加
熱加圧し、圧着して接続した。この接続サンプルを24
0℃、リフロー2回通した後、121℃、2.1atm
飽和プレッシャークッカーテスト(PCT)100Hr
後の抵抗上昇値で導通信頼性を評価した。結果を表1に
示す。 ○:抵抗上昇 0.1Ω以下 △:抵抗上昇 0.1Ωを超え0.3以下 ×:抵抗上昇 0.3Ωを超える
【0053】《絶縁評価》 ICチップ:バンプサイズ=70μm×100μm、ス
ペース=10μm、バンプ高さ=20μm、ICサイズ
=6mm×6mm 基板:ガラス上にITO(Indium Tin Oxide)で配線
パターンを作成した透明基板、ピッチ=80μm、ライ
ン=70μm、スペース=10μm。ショートの発生の
有無を顕微鏡で確認するため透明基板を使用。
【0054】上記ICチップと基板とを導通評価の場合
と同様にして接続した。この接続サンプルを85℃、8
5%RH、1000Hrエージングした後、隣接する2
ピン間に25V、1min印加し、絶縁抵抗を評価し
た。結果を表1に示す。 ○:108Ω以上 ×:108Ω未満
【0055】実施例2〜5、比較例1〜8 実施例1の導電粒子の種類および配合量を表1または表
2に示すように変更した以外は実施例1と同様にして行
った。結果を表1または表2に示す。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】表1および表2の注 *1 導電粒子を含む膜厚25μmの異方導電性接着用
膜に、膜厚50μmの導電粒子を含有しない膜を積層し
たもの。この2層化接着膜は導電粒子を含む面を基板側
にして使用。 *2 *1と同じ *3 *1と同じ *4 ハミ出し多く、プレスヘッドを汚す *5 スペースをつめられなく接着力が低下し、剥離
【0059】試験例1 実施例1で用いたエポキシ系樹脂中に下記導電粒子を所
定量配合して異方導電性接着剤を調製した。平均粒径5
μmのベンゾグアナミン樹脂からなる高分子核材に、A
u/Niめっきを施し、さらにその表面を膜厚0.3μ
mのアクリル/スチレン樹脂で絶縁コートしたB粒子。
【0060】上記接着剤をフィルム成形して膜厚75μ
mの単層の接着用膜を得た。この接着用膜を用いて、バ
ンプ面積が1000〜5000μm2のICチップの接
続を実施例1と同様にして行った。
【0061】接着後、200℃にICチップを加熱して
剥離し、バンプおよび基板上の粒子数を数え、合計した
粒子数をバンプ上に存在していた粒子数としてカウント
し、バンプ面上の導電粒子の平均数を求め、さらに平均
数と3σ(σは標準偏差である)との差を求めた。この
差と異方導電性接着用膜中の導電粒子数との関係を図6
に示す。また導電粒子数が20000個/mm2または
30000個/mm2の接着用膜におけるバンプ面積と
バンプ上の導電粒子数との関係を図7に示す。
【0062】図6からバンプ面積が3000μm2以下
のICチップの接続においては、バンプ上に確実に5個
の粒子を存在させるためには、30000個/mm2
上の粒子が必要であり、また1000μm2では400
00個/mm2以上の粒子が必要であることがわかる。
【0063】図7から、バンプ上に必ず5個以上の粒子
を存在させるには、20000個/mm2の異方導電性
接続用膜ではバンプ面積が5000μm2以上必要であ
り、30000個/mm2の異方導電性接着用膜ではバ
ンプ面積が3000μm2以上必要であることがわか
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】導電粒子の圧縮変位と荷重との関係を示すグラ
フである。
【図2】導電粒子の圧縮歪みとK値との関係を示すグラ
フである。
【図3】導電粒子の負荷時および除負荷時の圧縮変位と
荷重との関係を示すグラフである。
【図4】(a)は高分子核材粒子と金属粒子とをハイブ
リダイゼーション処理した場合の高分子核材粒子の改質
状態を示す断面模式図、(b)は高分子核材粒子と樹脂
粒子とをハイブリダイゼーション処理した場合の高分子
核材粒子の改質状態を示す断面模式図、(c)は改質高
分子核材粒子を金属めっきした状態を示す断面模式図、
(d)は(c)の粒子を絶縁性樹脂で被覆した状態を示
す断面模式図である。
【図5】本発明の異方導電性接着用膜を用いてバンプと
配線パターンとを接続したときの状態を示す垂直断面模
式図である。
【図6】異方導電性接着用膜中の導電粒子数に対するバ
ンプ上の導電粒子が存在する確率を示すグラフである。
【図7】バンプ面積に対するバンプ上の導電粒子数の確
率を示すグラフである。
【符号の説明】
1a シリコーンゴム粒子 1b ベンゾグアナミン粒子 2 ニッケル粒子 3 アクリル/スチレン粒子 4 薄膜 5 改質高分子核材粒子 6 金属めっき 7 導電被覆粒子 8 絶縁性樹脂層 9 絶縁被覆導電粒子 10 異方導電性接着用膜 11 平均粒径の小さい導電粒子 12 平均粒径の大きい導電粒子 13 絶縁性接着剤 14 ICチップ 15 バンプ 16 回路基板 17 配線パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01B 5/16 H01B 5/16 H01L 21/60 311 H01L 21/60 311S H01R 11/01 H01R 11/01 H (72)発明者 武市 元秀 栃木県鹿沼市さつき町12−3 ソニーケ ミカル株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−174980(JP,A) 特開 平9−102661(JP,A) 特開 平5−125332(JP,A) 特開 昭63−301407(JP,A) 特開 昭62−18793(JP,A) 特開 平7−58148(JP,A) 特開 平7−131153(JP,A) 特開 平10−279903(JP,A) 特開 平11−126516(JP,A) 特開 平11−339558(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09J 201/00 - 201/10 C09J 7/00 C09J 9/02 H01B 1/20 - 1/24 H01B 5/00 H01B 5/16 H01L 21/60 H01R 11/01

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性接着剤中に導電粒子が分散された
    異方導電性接着剤であって、 前記導電粒子は、それぞれ高分子核材粒子を導電材で被
    覆した導電被覆粒子を絶縁性接着剤に不溶な絶縁性樹脂
    で被覆した絶縁被覆導電粒子であって、かつ平均粒径が
    異なる2種以上の導電粒子であり、上記 平均粒径が異なる2種以上の導電粒子は、いずれも
    接続の際の加圧により弾性変形する粒子であって、それ
    ぞれ1g荷重圧縮回復率(R)が5〜80%であり、 平均粒径の小さい導電粒子は平均粒径の大きい導電粒子
    と同等か、それ以上の硬度を有ることを特徴とする異
    方導電性接着剤。
  2. 【請求項2】 平均粒径の小さい導電粒子のK値が35
    0kgf/mm2以上、平均粒径の大きい導電粒子のK
    値が450kgf/mm2以下であり、平均粒径の小さ
    い導電粒子のK値が平均粒径の大きい導電粒子のK値よ
    り相対的に大きいことを特徴とする請求項1記載の異方
    導電性接着剤。
  3. 【請求項3】 平均粒子径の小さい導電粒子の含有個数
    が平均粒径の大きい導電粒子の含有個数より多いことを
    特徴とする請求項1または2に記載の異方導電性接着
    剤。
  4. 【請求項4】 平均粒径が3±0.5μmと5±0.5
    μmの2種類の導電粒子が分散されてなることを特徴と
    する請求項1ないし3のいずれかに記載の異方導電性接
    着剤。
  5. 【請求項5】 ICチップと回路基板とを接続するIC
    チップ接続用である請求項1ないし4のいずれかに記載
    の異方導電性接着剤。
  6. 【請求項6】 ICチップに形成された4000μm2
    以下の微小バンプと回路基板とを接続するICチップ接
    続用である請求項1ないし5のいずれかに記載の異方導
    電性接着剤。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載の異
    方導電性接着剤からなる異方導電性接着用膜。
  8. 【請求項8】 ICチップと回路基板とを接続するIC
    チップ接続用である請求項7記載の異方導電性接着用
    膜。
  9. 【請求項9】 ICチップに形成された4000μm2
    以下の微小バンプと回路基板とを接続するICチップ接
    続用である請求項7記載の異方導電性接着用膜。
  10. 【請求項10】 単位面積当りの膜中に含有される平均
    粒径の小さい導電粒子の含有量が30000〜8000
    0個/mm2の範囲であり、平均粒径の大きい導電粒子
    の含有量が10000〜30000個/mm2の範囲で
    あることを特徴とする請求項7ないし9のいずれかに記
    載の異方導電性接着用膜。
  11. 【請求項11】 膜の厚みが、接続を行うICチップの
    バンプ高さと回路基板上の配線パターンの高さとを合せ
    た厚みに対して1〜3倍である請求項7ないし10のい
    ずれかに記載の異方導電性接着用膜。
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