(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の成分（Ａ）〜（Ｃ）：
（Ａ）エポキシ樹脂；
（Ｂ）２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物；  及び
（Ｃ）潜在性硬化剤
を含有する異方性導電接続材料において、
異方性導電接続材料中のエポキシ樹脂のエポキシ当量数に対する成分（Ｂ）のフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量数の比が０．２〜１．０であり、
成分（Ｃ）の潜在性硬化剤がイミダゾール系潜在性硬化剤であり、その配合量が異方性導電接続材料中のエポキシ樹脂１００重量部に対し５〜３０重量部であり、そして
異方性導電接続用の導電粒子を更に２〜２０容量％で含有する
ことを特徴とする異方性導電接続材料。
【請求項２】
接続材料中のエポキシ樹脂のエポキシ当量数に対する成分（Ｂ）のフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量数の比が０．３〜０．６である請求項１記載の異方性導電接続材料。
【請求項３】
成分（Ｂ）の２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量が、５０〜５００ｇ／ｅｑである請求項１又は２記載の異方性導電接続材料。
【請求項４】
フェノール系化合物がノボラック型フェノール樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の異方性導電接続材料。
【請求項５】
対向する一対の電極とその間に挟み込まれた請求項１〜４のいずれかに記載の異方性導電接続材料とからなり、それらが加圧もしくは加圧加熱されることにより接続されていることを特徴とする接続構造体。
【請求項６】
対向する電極の一方が半導体素子のバンプ電極であり、他方が半導体素子搭載用の回路基板の電極である請求項５記載の接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ等の半導体素子を半導体素子搭載用の回路基板に実装する場合、特に、フリップチップ実装する場合に有用な接続材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ等の半導体素子を半導体素子搭載用の回路基板に実装する場合、半導体素子のバンプ電極と回路基板の電極との間に、ペースト状又はフィルム状の絶縁性接続材料もしくはその中に異方性導電粒子を分散させた異方性導電接続材料を挟み込み、加圧しながら熱硬化させることにより両者を接続し接続構造体を得ている。
【０００３】
このような絶縁性接続材料としては、エポキシ樹脂とイミダゾール系潜在性硬化剤とからなるエポキシ系絶縁性接続材料が広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体素子を半導体素子搭載用の回路基板に実装する際に、従来のエポキシ系絶縁性接続材料もしくはその中に異方性導電粒子を分散させた異方性導電接続材料を用いた場合、得られた接続構造体の保管中に接続材料が吸湿することがあり、吸湿した後に２４０℃前後の半田リフロー炉に投入した際に接続材料中に侵入した水分が膨張し、場合により破裂（ポップコーン現象）し、半導体素子と接続材料との界面で剥離が生じ、接続信頼性が大きく低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、半導体素子を半導体素子用の回路基板に実装する際に使用できる接続材料に対し、得られた接続構造体の保管中に接続材料が吸湿したか否かに関わらず、その後に２４０℃前後の半田リフロー炉に投入した場合であっても接続信頼性を低下させないようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、接続材料を使用して半導体素子と回路基板との接続の際に、２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物を配合してエポキシ系接続材料の熱硬化時の収縮を抑制するようにすると、吸湿条件下で接続構造体を保管した後に２４０℃前後の半田リフロー炉に投入しても接続信頼性が低下しないことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明は以下の成分（Ａ）〜（Ｃ）：
（Ａ）エポキシ樹脂；
（Ｂ）２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物；  及び
（Ｃ）潜在性硬化剤
を含有する異方性導電接続材料において、
異方性導電接続材料中のエポキシ樹脂のエポキシ当量数に対する成分（Ｂ）のフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量数の比が０．２〜１．０であり、
成分（Ｃ）の潜在性硬化剤がイミダゾール系潜在性硬化剤であり、その配合量が異方性導電接続材料中のエポキシ樹脂１００重量部に対し５〜３０重量部であり、そして
異方性導電接続用の導電粒子を更に２〜２０容量％で含有する
ことを特徴とする異方性導電接続材料を提供する。
【０００８】
また、本発明は、この接続材料で対向する電極間が接続されていることを特徴とする接続構造体を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、エポキシ樹脂（成分（Ａ））及び潜在性硬化剤（成分（Ｃ））とを含む接続材料において、成分（Ｂ）として２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物を含有することを特徴とする接続材料である。ここで、成分（Ｂ）の２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物は、接続材料の熱硬化時にエポキシ樹脂と反応し、接続材料の硬度を増大させて接着力を向上させることができ、しかも接続材料の収縮を抑制することができる。従って、吸湿条件下で接続構造体を保存しても接続材料中への水分の侵入を大きく抑制することができる。このため、接続構造体を半田リフロー炉で加熱しても、水分による膨張や破裂を大きく抑制でき、接続信頼性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の接続材料中においては、エポキシ樹脂のエポキシ当量数に対するフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量数の比が小さすぎると（フェノール性水酸基が相対的に少な過ぎる場合）、例えば、接続材料で半導体素子と回路基板とを接続した場合に半導体素子界面での密着力が低下する傾向があり、逆に大きすぎると（フェノール性水酸基が相対的に多過ぎる場合）、回路基板界面での密着力が低下するので、好ましくは０．２〜１．０、より好ましくは０．３〜０．６に調整する。具体的には、２００ｇ／ｅｑのエポキシ当量のエポキシ樹脂を接続材料中に４００ｇ使用すると、接続材料中のエポキシ樹脂当量数は２となり、一方、接続材料中に１００ｇ／ｅｑのフェノール性水酸基の成分（Ｂ）のフェノール性化合物を１００ｇ使用すると、接続材料中のフェノール性水酸基当量数は１となる。従って、この場合におけるエポキシ樹脂のエポキシ当量数に対する成分（Ｂ）のフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量数の比は０．５となる。
【００１２】
ここで、エポキシ当量を求める際に、後述するように潜在性硬化剤がエポキシ樹脂を含有する場合には、その部分のエポキシ樹脂のエポキシ当量も加味する必要がある。即ち、フェノール系化合物のフェノール性水酸基当量と比較する場合のエポキシ当量は、成分（Ａ）のエポキシ樹脂だけでなく他の成分（例えば成分（Ｃ）の潜在性硬化剤）に含まれているエポキシ樹脂についても加味した総エポキシ当量を意味する。
【００１３】
本発明において使用する成分（Ａ）のエポキシ樹脂としては、公知の熱硬化型接着剤（例えば、異方性導電接着剤用の絶縁性の熱硬化型接着剤）の成膜成分として用いられてきているものを好ましく使用することができる。特に、成膜性やフィルム強度等を考慮して、２種以上を併用してもよく、例えば、常温で固形の高分子量のエポキシ樹脂と常温で液状のエポキシ樹脂とを併用することができる。更に可撓性エポキシ樹脂を併用してもよい。このような固形の高分子量のエポキシ樹脂としては、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンを主骨格とするエポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型もしくはビスフェノールＦ型の高分子、又はこれらを変性したエポキシ樹脂等が挙げられる。常温で液状のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型もしくはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等が挙げられる。また、可撓性エポキシ樹脂としては、ダイマー酸変性エポキシ樹脂、プロピレングリコールを主骨格としたエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１４】
成分（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ当量（ｇ／ｅｐ）は、小さすぎると硬化収縮が大きく、内部応力が増加し、逆に大きすぎると凝集力が低下し、硬化物（接続構造体）の接続信頼性が低下するので、好ましくは１００〜５００、より好ましくは２００〜４００である。複数種のエポキシ樹脂を使用した場合のエポキシ当量は、各エポキシ樹脂のエポキシ当量に各エポキシ樹脂の全エポキシ樹脂中の重量比を乗した値の和に相当する。
【００１５】
本発明において使用する２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等の単量体、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のオリゴマー、ポリビニルフェノール樹脂等のポリマーを挙げることができる。中でも、ノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
【００１６】
これらの２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物のフェノール性水酸基当量（ｇ／ｅｑ）は、小さすぎと硬化収縮が大きく、内部応力が増大し、逆に大きすぎると凝集力が低下し、硬化物（接続構造体）の接続信頼性が低下するので、好ましくは５０〜５００、より好ましくは８０〜４００である。複数種の２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物を使用した場合のフェノール性水酸基当量は、各フェノール系化合物のフェノール水酸基当量に各フェノール系化合物の全フェノール系化合物中の重量比を乗した値の和に相当する。
【００１７】
本発明の接続材料において使用する潜在性硬化剤としては、イミダゾール系潜在性硬化剤、アミン系潜在性硬化剤等を単独で又は同時に使用することができる。中でも、作用（硬化）温度が約１７０℃であるイミダゾール系潜在性硬化剤を好ましく使用することができる。このような硬化温度を示すイミダゾール系潜在性硬化剤を使用することにより、本発明の接続材料を異方性導電接着剤に適用した場合に、電極端子間を確実に接着し且つ電気的にも接続することができる。しかも、熱圧着時のタクトタイムを数秒程度に設定することができ、また、異方性導電接着剤に良好な耐熱性を付与することもできる。
【００１８】
ここで、イミダゾール系潜在性硬化剤としては、従来より公知のイミダゾール系潜在性硬化剤を使用することができるが、中でも、マイクロカプセル化イミダゾール系潜在性硬化剤を好ましく使用することができる。このようなマイクロカプセル化イミダゾール系潜在性硬化剤としては、イミダゾールを尿素やイソシアネート化合物でアダクトし、更にその表面をイソシアネート化合物でブロックすることによりマイクロカプセル化したイミダゾール系潜在性硬化剤や、特にイミダゾールをエポキシ化合物でアダクトし、更にその表面をイソシアネート化合物でブロックすることによりマイクロカプセル化したイミダゾール系潜在性硬化剤を好ましく挙げることができる。
【００１９】
イミダゾール系潜在性硬化剤の使用量は、イミダゾール系潜在性硬化剤が少な過ぎると耐熱性が低下し接続信頼性が悪くなり、多過ぎると加熱加圧後のピール強度が低下し保存安定性が悪くなるので、エポキシ樹脂１００重量部に対し、好ましくは５〜３０重量部、より好ましくは８〜２０重量部である。
【００２０】
アミン系潜在性硬化剤としては、公知のポリアミン系潜在性硬化剤、第３級アミン系潜在性硬化剤、アルキル尿素系潜在性硬化剤を使用することができる。
【００２１】
また、アミン系潜在性硬化剤を使用する場合、その使用量は少な過ぎると加熱加圧後のピール強度が低下し、接続信頼性が悪くなり、多過ぎると保存安定性が悪くなるので、エポキシ樹脂１００重量部に対し、好ましくは２〜４０重量部、より好ましくは５〜３０重量部である。
【００２２】
本発明の接続材料を異方性導電接着剤として使用する場合には、公知の異方性導電接着剤において用いられているような導電粒子（例えば、半田粒子、ニッケル粒子などの金属粒子や、表面に金メッキ被膜が形成されたスチレン樹脂粒子などの複合粒子等）を配合することができる。配合量としては、接続材料中の２〜２０容量％が好ましい。
【００２３】
本発明の接続材料には、従来の異方性導電接着フィルム等に配合されている公知の添加剤、例えば、イソシアネート系架橋剤、エポキシシラン化合物などのカップリング剤、エポキシ変性シリコーン樹脂、あるいはフェノキシ樹脂等の熱硬化性の絶縁性樹脂を適宜配合することができる。また、必要に応じてトルエンやＭＥＫなどの溶媒を使用することもできる。
【００２４】
本発明の接続材料は、常法により製造することができる。例えば、エポキシ樹脂と潜在性硬化剤と２以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物とをトルエンやＭＥＫなどの溶媒中で均一に混合することにより製造することができる。
【００２５】
本発明の接続材料は、フィルム化することにより熱硬化型接続フィルムとして利用することができる。特に、異方性導電接続用の導電粒子が配合されている場合には異方性導電接続フィルムとして有用なものとなる。これらの場合、接続材料を剥離シート（例えばポリエステルシート）上にフィルム状に塗布し、接続材料が硬化反応を開始しない温度で乾燥することにより製造できる。
【００２６】
本発明の接続材料の使用態様は、対向する一対の電極を接続するための従来の熱硬化型接着剤と同様である。例えば、本発明の接続材料を対向する一対の電極間（例えば半導体素子のバンプ電極と半導体素子搭載用の回路基板の電極との間）に適用し、加圧もしくは加圧加熱することにより熱硬化させ、両者を強固に接続することができる。得られた接続構造体は、仮に高湿度環境下で保管された後に半田リフロー炉に投入されても、従来に比べ接続信頼性が低下しない。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実験例に基づいて具体的に説明する。
【００２８】
実験例１〜１９
エポキシ当量が１４０ｇ／ｅｑのエポキシ樹脂（ＨＰ４０３２Ｄ、大日本インキ化学工業社製）と、水酸基当量が１１８ｇ／ｅｑのノボラック型フェノール樹脂（ＶＨ４１７０、大日本インキ化学工業社製）と、エポキシ当量が２４４ｇ／ｅｑのイミダゾール系潜在性硬化剤（ＨＸ３９４１ＨＰ、旭チバ社製）と、フェノキシ樹脂（ＹＰ５０、東都化成社製）と、導電粒子（ニッケル被覆スチレンビーズ、直径５μｍ）とを、表１に示すフェノール性水酸基当量数のエポキシ当量数に対する比(OH/EPOXY)となるように各成分の配合量を調整しつつ混合し、更にフィルム化処理することにより４０μｍ厚の異方性導電接続フィルムを作製した。但し、導電粒子は１２容量％となるように使用した。
【００２９】
なお、表１において、潜在性硬化剤の重量部はエポキシ樹脂１００重量部に対する配合量である。
【００３０】
得られた異方性導電接続フィルムを、１８μｍ厚の銅パターン（Line／Space＝１００μｍ／５０μｍ）を有する回路基板（ＦＲ５）に貼り付け、この貼付面に半導体チップ（外形６．３ｍｍ角、１１０μｍ角メッキバンプ（バンプ高さ２０μｍ）、１５０μｍピッチアルミ配線）を重ね、バンプ当たり１５０ｇの加圧条件下で１６０℃、１０秒間の熱圧着操作を行い、次いでバンプ当たり０．３ｇの加圧条件下で２００℃、５秒間の熱圧着操作を行い、回路基板に半導体チップが搭載された接続構造体を作製した。
【００３１】
得られた接続構造体について、作製直後、前処理後（８５℃で８５％ＲＨの環境下に２４時間放置後、リフロー炉（最高到達温度２４０℃）に２回通過させるという処理の後）、エージング処理（プレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ（１２１℃、２．０２６５×１０2ｋＰａ、１００％ＲＨ、１００ｈｒ、２００ｈｒ又は３００ｈｒ）））又はヒートサイクルテスト（Ｈ／Ｓ（−５５〜１２５℃、２５０回、５００回、１０００回））後の導通抵抗値（Ω）を四端子法により測定した。得られた導通抵抗値により接続信頼性を以下の基準で評価した。得られた結果を表２に示す。
【００３２】
（接続信頼性）
ランク    基準
Ａ：  １００ｍΩ未満
Ｂ：  １００ｍΩ以上、１Ω未満
Ｃ：  １Ω以上〜ＯＰＥＮ状態
【００３３】
また、エージング処理（３００時間）後における接続部の剥離状態を顕微鏡で観察した。剥離が半導体チップと接続材料との間で生じている場合を「Ｉ」と表示した。剥離が生じていない場合「−」と表示した。得られた結果を表２に示す。
【００３４】
【表１】
0003711842.tif 000002
【００３５】
【表２】
0003711842.tif 000003
【００３６】
実験例１〜１９の結果から、２以上のフェノール性水酸基を有するノボラック型フェノール樹脂を接続材料に併用すると、ＰＣＴ特性が改善されることがわかる。また、全体の実験例からエポキシ樹脂のエポキシ当量数に対するフェノール性水酸基当量数の比の好ましい範囲がほぼ０．２〜１．０であることがわかる。
【００３７】
また、実験例７〜１９の結果から、イミダゾール系潜在性硬化剤の配合量がエポキシ樹脂１００重量部に対しほぼ５〜３０重量部が好ましいことがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子を半導体素子用の回路基板に実装する際の使用に適した接続材料に対し、得られた接続構造体の保管中に接続材料が吸湿したか否かに関わらず、その後に２４０℃前後の半田リフロー炉に投入した場合であっても接続信頼性を低下させないようにできる。