(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線回路基板に各種素子を固定するためのエポキシ樹脂と硬化剤とを有する接着剤において、
前記エポキシ樹脂がビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対しビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂を１．０〜１２０重量部を配合したことを特徴とする接着剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は接着剤に係り、更に詳細には配線回路基板等に各種素子を接合するはんだ接合の代わりに用いる導電性接合及び素子固定用の接着剤に関するものである。
【０００２】
近年、配線回路基板等に対する各種素子のはんだ接合に代わる接合方式として、簡便に素子を電気的に接合、或いは固定することのできる接着剤の適用が注目され、実用化されている。
【０００３】
一方、そのような接着剤としては動作時の発熱量が比較的大きい機能素子の電気的な接合、或いは固定に対しても安定で耐熱性に優れたものが要求されている。
【０００４】
【従来の技術】
配線回路基板等に対して実装する各種機能素子の接合材料としては、従来より主にはんだが数多く用いられているが、回路パターンのファイン化、作業環境や動作環境等にも良好に対処できるはんだに代わる接合材料として樹脂系、或いは導電性を有する樹脂系の接着剤が用いられている。
【０００５】
ところが、前記した各種機能素子の中にも高性能化に伴って動作時の発熱量が比較的大きくなる傾向のものがあり、またそのような機能素子を含む電子部品の実装基板の信頼性試験の温度条件も１５０℃程度の高温にする要求がある。
【０００６】
そのような素子接合用の接着剤としては耐吸湿性、電気絶縁性等の観点から熱可塑性樹脂系の接着剤よりも熱硬化性樹脂系の接着剤の方が適しており、その中でも電気的特性、低温速硬化、コスト等から総合的に評価するとエポキシ樹脂系の接着剤が最も有用である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の素子接合用のエポキシ樹脂系の接着剤は、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、またはビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂等の主剤にイミダゾールや酸無水物（メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸など）等からなる硬化剤と導電性フィラーとを混合したものが大部分であり、そのような接着剤のガラス転移温度は１３０℃以下のものがほとんどである。
【０００８】
従って、従来のエポキシ樹脂系の接着剤で上述の如き動作発熱量が比較的大きい機能素子を配線回路基板等に接合した場合、そのような高い動作発熱に対する接合の安定化と、１５０℃程度の高温な温度条件での信頼性試験とに対応することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記したような従来の問題点に鑑み、エポキシ樹脂系の接着剤のガラス転移温度を高めることにより、動作発熱量が比較的大きい機能素子の配線回路基板等に対する接合を安定化させると共に、１５０℃程度の高い温度条件での信頼性試験にも対応できる耐熱性に優れた新規な接着剤を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記した目的を達成するため、配線回路基板等に対する動作発熱量が比較的大きい機能素子の固定や電気的接合等には、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対しビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂を１．０〜１２０重量部を配合したエポキシ樹脂と硬化剤と有する接着剤を用いる。
【００１１】
また、ビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂をビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂に溶解した主剤と、硬化物質を熱可塑性樹脂で被覆したカプセル型硬化剤と、導電性粒子を絶縁性樹脂で被覆したカプセル型フィラーとを混合・分散して作成した異方性導電接着剤を用いても良い。
【００１２】
このような組成の異方性導電接着剤は、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂にビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂を溶解させたものを主剤として用いることにより、従来のエポキシ樹脂系の接着剤よりもガラス転移点が１５℃〜２０℃程度高くなり、耐熱性を高めることができる。
【００１３】
従って、上記接着剤を発熱量の大きい各種素子の接合に適用した場合、その接合の安定化が実現でき、また素子を接合した実装基板等の１５０℃程度の高い温度条件での信頼性試験にも十分に対応することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は本発明に係る異方性導電接着剤の一実施例を説明するための拡大模式図である。
【００１５】
本実施例では図示のように、例えばビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００ｇにビフェニル型のエポキシ樹脂の２５ｇとビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の２５ｇとを溶解・混合させて主剤１を得る。
【００１６】
次に該主剤１に、イミダゾール、酸無水物（メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水コハク酸など）等の硬化剤、例えば本実施例ではイミダゾール２ａをアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂２ｂで被包されたマイクロカプセル型の硬化剤２の７５ｇと、金、銀、或いははんだ等の金属微粒子、例えば本実施例では銀の金属微粒子３ａの表面をエポキシ樹脂とアミン、或いはテトラエチレンペンタアミンやヘキサメチレンジアミン等のアミン化合物と反応して得られる絶縁性樹脂３ｂで被覆されたマイクロカプセル型フィラー３を体積比で５  ｖｏｌ％添加して混合・分散させる。
【００１７】
このようにして作成された接着剤は、ガラス転移温度が従来の接着剤より１５℃程度高い１５３℃の耐熱性の良好な目的とする異方性導電接着剤を得ることができる。
【００１８】
因に、表１に示されるようにビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対して、ビフェニル型のエポキシ樹脂の５０重量部を溶解・混合させた主剤、ビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の５０重量部とを溶解・混合させた主剤、ビフェニル型のエポキシ樹脂の２５重量部とビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の２５重量部とを溶解・混合させた主剤のそれぞれに、前記マイクロカプセル型の硬化剤の５０重量部及び導電性付与用のマイクロカプセル型フィラーの５  ｖｏｌ％とを混合・分散させたサンプルＮｏ．１，  Ｎｏ．２，  Ｎｏ．３と、従来例と同様にビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂の１００重量部のみの主剤と、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部のみの主剤のそれぞれに、前記マイクロカプセル型の硬化剤の５０重量部及び導電性付与用のマイクロカプセル型フィラーの５  ｖｏｌ％とを混合・分散させた比較サンプルのＮｏ．４，  Ｎｏ．５の５種類の異方性導電接着剤を作成した。
【００１９】
【表１】
0003572778.tif 000002
【００２０】
次にこれら５種類の異方性導電接着剤のガラス転移点（℃）を測定した結果と、該５種類の異方性導電接着剤の製剤直後から１ヵ月放置後における粘度の経時変化を調べた結果とを表２に示す。
【００２１】
【表２】
0003572778.tif 000003
【００２２】
この表２に示す各異方性導電接着剤のガラス転移点の測定結果から明らかなように、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂と、ビフェニル型のエポキシ樹脂、またはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂のいずれか一方、或いは両方とを溶解した混合物を主剤とした本発明のサンプルＮｏ．１，  Ｎｏ．２，  Ｎｏ．３のガラス転移点は、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、或いはビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂のみを主剤とした従来タイプの比較サンプルＮｏ．４，  Ｎｏ．５に比べて、１５℃以上に上昇し、良好な耐熱性が期待できる。
【００２３】
また、前記５種類の異方性導電接着剤を用いたサンプルの粘度の経時変化を調べた結果は同様に表２から明らかなように、本発明のサンプルＮｏ．１，  Ｎｏ．２，  Ｎｏ．３と従来タイプの比較サンプルＮｏ．４，  Ｎｏ．５のいずれも製剤直後の粘度に対して室温（２０℃）で１ヵ月放置した後の粘度の増加がほとんどなく、良好なポットライフを示している。
【００２４】
次に、前記５種類の異方性導電接着剤を、例えば電極間隔が２０μｍのＡｌ膜の櫛型電極パターン上にそれぞれ一定量塗布し、１７０℃で１分間と、その後１５０℃で２時間加熱して硬化した後、それらを８５℃の温度と８５％の湿度の環境条件下で、前記櫛型電極パターンにＤＣ５Ｖを印加して２００時間保持する電食試験を行った結果と、
前記５種類の異方性導電接着剤を用いて、ガラスエポキシ基板（例えば１００μｍピッチで設けた３６０端子を有する）にチップを接合したサンプル（樹脂系接着剤の１種類に付き５００枚）を作り、これらのサンプルを−６５℃〜１５０℃の温度で５００サイクル繰り返す条件により熱サイクル試験を行った結果とを表３に示す。
【００２５】
なお、上記５種類の異方性導電接着剤中に存在し、その存在濃度によっては電食に影響のあるＣｌ−  ，  Ｎａ＋  ，  Ｋ＋  等の不純物イオン濃度の合計値は２０ｐｐｍ程度であった。
【００２６】
【表３】
0003572778.tif 000004
【００２７】
この各異方性導電接着剤の電食試験の結果は表３から明らかなように、いずれのサンプルも製剤直後の絶縁抵抗は１０１１Ω以上と良好であり、２００時間後の絶縁抵抗もほとんど変化が無いといった耐電食性を示している。
【００２８】
また、前記５種類の異方性導電接着剤を用いたサンプルの熱サイクル試験を行った結果も同様に表３から明らかなように、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、或いはビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂のみを主剤とした従来タイプの比較サンプルＮｏ．４，  Ｎｏ．５を用いたものでは、いずれも約半数乃至はそれ以上の数が樹脂の熱劣化等により導通不良となっている。
【００２９】
これに対してビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂と、ビフェニル型のエポキシ樹脂、またはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂のいずれか一方、或いは両方とを溶解した混合物を主剤とした異方性導電接着剤の本発明のサンプルＮｏ．１，  Ｎｏ．２，  Ｎｏ．３を用いたものは、そのような導通不良の発生が全く無く、極めて良好な耐熱性を示す結果が得られている。
【００３０】
次に、本発明に係る異方性導電接着剤の他の実施例を詳細に説明する。
本実施例では、表４に示されるようにビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対してビフェニル型のエポキシ樹脂の配合量を０．１重量部，１．０重量部，５０重量部，１２０重量部，１３０重量部と変化させて溶解・混合させた各主剤と、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対してビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の配合量を０．１重量部，１．０重量部，５０重量部，１２０重量部，１３０重量部と変化させて溶解・混合させた各主剤のそれぞれに前記マイクロカプセル型の硬化剤の５０重量部と導電性付与用のマイクロカプセル型フィラーの５  ｖｏｌ％とを混合・分散させたサンプル  Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．２０  の１０種類の異方性導電接着剤を作成した。
【００３１】
【表４】
0003572778.tif 000005
【００３２】
次にこれらサンプル  Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．２０  の１０種類の異方性導電接着剤のガラス転移点（℃）を測定した結果を表５に示す。
【００３３】
【表５】
0003572778.tif 000006
【００３４】
前記した各異方性導電接着剤のガラス転移点の測定結果は、表５から明らかなように、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部とビフェニル型のエポキシ樹脂、或いはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の０．１重量部とを溶解した混合物を主剤とした異方性導電接着剤のサンプルＮｏ．１１，  Ｎｏ．１６以外のサンプル  Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１５  とＮｏ  ．１７〜Ｎｏ．２０  のガラス転移点は、前記従来タイプのエポキシ樹脂系の接着剤と比較して１２℃以上に上昇し、１４７℃から１６０℃と高められている。
【００３５】
また、前記１０種類の異方性導電接着剤を用いたサンプルの粘度の経時変化を調べた結果、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部とビフェニル型のエポキシ樹脂、或いはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の１３０重量部とを溶解した混合物を主剤とした異方性導電接着剤のサンプルＮｏ．１５，  Ｎｏ．２０のポットライフは常温（２０℃）で１時間程度であったが、その他のサンプル  Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４  と  Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１９  のポットライフは常温（２０℃）で２４時間から１ヵ月後でも良好なポットライフが得られることが確認できた。
【００３６】
更に、前記１０種類の異方性導電接着剤を用いたサンプルの電食試験を前記した電食試験と同様な方法により実施した結果、表２のサンプル  Ｎｏ．１〜  Ｎｏ．３の例と同様に、いずれのサンプルも製剤直後の絶縁抵抗は１０１１Ω以上で２００時間後の絶縁抵抗もほとんど変化が無いといった耐電食性を示した。
【００３７】
更に、前記１０種類の異方性導電接着剤を用いたサンプルの熱サイクル試験を前記した熱サイクル試験と同様な方法により実施した結果、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部とビフェニル型のエポキシ樹脂、或いはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の０．１重量部とを溶解した混合物を主剤とした異方性導電接着剤のサンプルＮｏ．１１  では試験数５００枚中で９８枚、サンプルＮｏ．１６  では試験数５００枚中で１３６枚が樹脂の熱劣化等によって導通不良を発生している。
【００３８】
しかし、その他のサンプル  Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１５  と  Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．２０  を用いたものはそのような導通不良の発生が全く無く、極めて良好な耐熱性を有している。
更に、例えば前記異方性導電接着剤のサンプルＮｏ．１２，  Ｎｏ．１３，  Ｎｏ．１４  に含まれるＣｌ−  ，Ｎａ  ＋  ，  Ｋ＋  等の不純物イオン濃度をそれぞれ５０ｐｐｍと６０ｐｐｍとしたものを用いて前記したと同様な粘度の経時変化の調査と電食試験及び熱サイクル試験を行った結果、粘度の経時変化はほとんど無く、熱サイクル試験では、いずれのサンプルにも熱劣化等による導通不良の発生は全く無かった。
【００３９】
しかし、電食試験では不純物イオン濃度を６０ｐｐｍとした異方性導電接着剤のサンプルを用いたものの絶縁抵抗が６０時間後に１０８  Ω以下に低下して絶縁不良を起こしているが、不純物イオン濃度を５０ｐｐｍとした異方性導電接着剤のサンプルを用いたものでは製剤直後と２００時間後の絶縁抵抗にほとんど変化が無いといった耐電食性を有していることが判明した。
【００４０】
従って、以上の各実施例の各種測定及び試験結果から、本発明の異方性導電接着剤の主剤としては、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対してビフェニル型のエポキシ樹脂、或いはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の配合量を１．０〜１２０重量部とし、含有する不純物イオン濃度を５０ｐｐｍ以下とすることが最適であり、優れた耐電食性と耐熱性を高めることができる。
【００４１】
なお、以上の実施例では異方性導電接着剤の主剤として、主にビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂に対してビフェニル型、或いはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂を配合した場合の例について説明したが、本実施例はそのような例に限定されるものではなく、例えば粘性は多少高くなるが、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂に対してビフェニル型、或いはビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂を配合した主剤を用いた異方性導電接着剤によっても上記実施例と同様な効果が得られる。
【００４２】
図２（ａ），（ｂ）  は本発明に係る異方性導電接着剤の一適用例を順に示す要部断面図である。
本実施例では先ず図２（ａ）  に示すように、配線回路基板１１上の各配線端部に設けた基板側電極１２に、チップ２１をそのチップ側電極２２に設けたバンプ２３を介して接合する場合、前記基板側電極１２を備えた配線回路基板１１上に異方性導電接着剤１０を所定量だけ滴下する。
【００４３】
該異方性導電接着剤１０としては、例えば図１に示すようなビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００ｇにビフェニル型のエポキシ樹脂の２５ｇとビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の２５ｇとを溶解・混合させた主剤１にイミダゾールからなるマイクロカプセル型の硬化剤２の７５ｇと銀の金属微粒子を含むマイクロカプセル型フィラー３とを体積比で５  ｖｏｌ％添加して混合・分散させたものである。
【００４４】
次に、前記異方性導電接着剤１０が滴下された配線回路基板１１上の基板側電極１２に対してチップ２１をそのチップ側電極２２に対向するように位置決めする。
次に、前記配線回路基板１１に対してチップ２１を例えば約３０ｇ／ｂｕｍｐの押圧力により矢印方向に押圧することにより、基板側電極１２とチップ側電極２２との間に入り込んでいた異方性導電接着剤１０中のマイクロカプセル型フィラー３のカプセル部分が壊れて内部の金属微粒子が流出し、その金属微粒子が図２（ｂ）  に示すように基板側電極１２とチップ側電極２２間で挟まれてその両者のみが選択的に電気的な接合が行われる。
【００４５】
その状態を維持した接合構成体を約１７０℃で３０秒間程度加熱することによって前記異方性導電接着剤１０が溶融すると共に、該異方性導電接着剤１０中のイミダゾールからなるマイクロカプセル型の硬化剤２のカプセル部分も溶解して該硬化剤２と主剤１が混合し硬化反応が行われる。
【００４６】
従って、硬化された異方性導電接着剤１０により配線回路基板１１上にチップ２１が電気的な接合と機械的に固着化され、用いられた異方性導電接着剤１０の耐電食性、耐熱性が従来のものよりも優れているので、確実な電気的な接合と信頼性の良い固着が実現できる。
【００４７】
なお、以上の実施例では本発明の異方性導電接着剤を、配線回路基板と動作時に発熱量の比較的大きい機能素子との接合等に用いた場合の例について説明しているが、本発明はそのような例に限定されるものではなく、例えば比較的高温で用いる部品構成体の部品同士の接合工程にも適用して極めて有利である。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る接着剤によれば、ビスフェノールＦ型のエポキシ樹脂の１００重量部に対してビスフェノールＳ型のエポキシ樹脂の配合量を１．０〜１２０重量部とした主剤を用いることにより、優れた耐電食性と耐熱性を高めることができる。
【００４９】
従って、動作時の発熱量の比較的大きい機能素子の配線回路基板への接合を安定化させることが可能となると共に、素子実装基板の１５０℃程度の高い温度条件での信頼性試験にも十分に対応できる等、実用上優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る異方性導電接着剤の一実施例を示す拡大模式図である。
【図２】本発明に係る異方性導電接着剤の一適用例を順に示す要部断面図である。
【符号の説明】
１    主剤
２    マイクロカプセル型の硬化剤
２ａ    イミダゾール
２ｂ    熱可塑性樹脂
３    マイクロカプセル型フィラー
３ａ    金属微粒子
３ｂ    絶縁性樹脂
１０    異方性導電接着剤
１１    配線回路基板
１２    基板側電極
２１    チップ
２２    チップ側電極
２３    バンプ
２４    導電接合部
【図１】
0003572778.tif 000007
【図２】
0003572778.tif 000008