(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂を主成分とするバインダーと、前記熱硬化性樹脂の硬化剤と、絶縁性のフィラーとを有する接着剤に、導電性粒子が添加され、
フレキシブル配線板と半導体チップとの接続に用いられる異方導電性接着剤であって、
前記フィラーの比重が３．０以上９．０以下であり、
前記導電性粒子が添加される前の、前記接着剤全体の比重が１．４以上４．０以下であり、
前記導電性粒子の比重は２．０以上３．０以下であり、
前記導電性粒子が添加された後の、全体の比重が１．４以上４．０以下にされた異方導電性接着剤。
【請求項２】
前記バインダーと、前記硬化剤との合計容量を１００容量部とした場合に、前記フィラーが５容量部以上含有された請求項１記載の異方導電性接着剤。
【請求項３】
前記バインダーと、前記硬化剤との合計容量を１００容量部とした場合に、前記フィラーが３５容量部以下含有された請求項２記載の異方導電性接着剤。
【請求項４】
前記バインダーに含有される熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂である請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の異方導電性接着剤。
【請求項５】
半導体チップと、フレキシブル配線板とを有する電気装置であって、前記半導体チップと前記基板との間に請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の異方導電性接着剤が配置され、前記接着剤が熱処理によって硬化された電気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は接着剤にかかり、特に、半導体チップを基板に接続する接着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板やフレキシブル配線板上に半導体チップを接続するために、ペースト状やフィルム状の接着剤が用いられている。
図２の符号１０１は、半導体チップ１１１が、接着剤１１２によってフレキシブル配線板１０５に貼付されてなる電気装置を示している。半導体チップ１１１が有するバンプ状の端子１２１は、フレキシブル配線板１０５のカバーフィルム１１５の開口１１９の底面に位置する金属配線１２２に当接されている。
【０００３】
半導体チップ１１１の端子１２１は不図示の内部回路に接続されているので、図２に示した状態では、半導体チップ１１１の内部回路とフレキシブル配線板１０５の金属配線１２２とは端子１２１を介して電気的に接続されている。
また接着剤１１２は硬化されており、この接着剤１１２を介して半導体チップ１１１と基板１１３は機械的にも接続されている。
【０００４】
このように接着剤１１２を用いれば、半田を用いなくても半導体チップ１１１とフレキシブル配線板１０５とを接続することができる。
しかしながら、従来の接着剤１１２用いた場合には、図２に示すように、フレキシブル配線板１０５のうち、半導体チップ１１１の複数の端子１２１間に位置する部分が湾曲する場合がある。フレキシブル配線板１０５が湾曲した場合は、内部応力に偏りが生じ、エージング後にフレキシブル配線板１０５と半導体チップ１１１との間が短絡したり、導通不良となる場合がある。
【０００５】
また、接続に用いた接着剤１１２がフィルム状では無く、ペースト状である場合には、接着剤１１２の塗布の工程や加熱押圧の工程で接着剤１１２中に空気が巻き込まれやすく、半導体チップ１１１とフレキシブル配線板１０５との間の接着剤１１２に気泡（ボイド）が生じる場合がある。図２の符号１３０は接着剤１１２中に生じたボイドを示している。
【０００６】
接着剤１１２中にボイド１３０が多数存在する場合、電気装置１０１を高温条件で長時間放置（エージング）すると、半導体チップ１１１が基板１１３上の接着剤１１２から浮き上がり、電気装置１０１に導通不良が生じる場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、接続に用いる際に接着剤中にボイドが生じ難く、被接着材の変形が生じ難い接着剤を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は被着体に湾曲が生じる原因を追求した結果、硬化後の接着剤の被着体上での分布が不均一になることで接着剤中の残留応力が不均一になり、基板に湾曲が生じることが判明した。
【０００９】
上記のような現象を防止するために、本発明者らが検討を重ねた結果、比重が３．０以上９．０以下のフィラーを添加し、接着剤の比重を１．４以上４．０以下とすれば、加熱押圧の際に接着剤が過剰に押し退けられず、ボイドの発生や基板の湾曲を防止できることが分かった。
【００１０】
上記知見に基づき、請求項１記載の発明は、熱硬化性樹脂を主成分とするバインダーと、前記熱硬化性樹脂の硬化剤と、絶縁性のフィラーとを有する接着剤に、導電性粒子が添加され、フレキシブル配線板と半導体チップとの接続に用いられる異方導電性接着剤であって、前記フィラーの比重が３．０以上９．０以下であり、前記導電性粒子が添加される前の、前記接着剤全体の比重が１．４以上４．０以下であり、前記導電性粒子の比重は２．０以上３．０以下であり、前記導電性粒子が添加された後の、全体の比重が１．４以上４．０以下にされた異方導電性接着剤である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の異方導電性接着剤であって、前記バインダーと、前記硬化剤との合計容量を１００容量部とした場合に、前記フィラーが５容量部以上含有された異方導電性接着剤である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の異方導電性接着剤の製造方法であって、前記バインダーと、前記硬化剤との合計容量を１００容量部とした場合に、前記フィラーが３５容量部以下含有された異方導電性接着剤である。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の異方導電性接着剤の製造方法であって、前記バインダーに含有される熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂である異方導電性接着剤である。
請求項５記載の発明は、半導体チップと、フレキシブル配線板とを有する電気装置であって、前記半導体チップと前記基板との間に請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の異方導電性接着剤が配置され、前記接着剤が熱処理によって硬化された電気装置である。
【００１１】
本発明は上記のように構成されており、本発明の接着剤は、比重３．０以上９．０以下のフィラーが添加されていることによって、全体の比重が１．４以上４．０以下にされているので、被着体である基板と半導体チップとを接続する際に、接着剤にボイドが生じ難いだけでは無く、接続後の基板に湾曲が生じ難い。
【００１２】
従って、本発明の接着剤を用いて接続された電気装置は外観形状に優れているだけでは無く、導通信頼性も高いものになる。尚、本願で「比重」とは、物質の密度と水の密度との比のことである。また、接着剤全体の比重が４．０以下の場合は、接着剤全体の粘度が低いので、接着剤の塗布工程が容易になる。
また、本発明の接着剤にカップリング剤を添加すれば、カップリング剤によって接着剤と被着体との親和性が高くなっている。
【００１３】
バインダーと硬化剤との合計容量を１００とした場合に、比重が３．０以上９．０以下の範囲にあるフィラーを５容量部以上３５容量部以下添加すれば、接着剤全体の比重を１．４以上４．０以下とすることができる。
【００１４】
本発明の接着剤に、比重３．０以上９．０以下のフィラーと、シリカのような比重が３．０未満のフィラーとを併用しても良い。しかしながら、本発明の接着剤に比重が３．０未満のものを単独で用いると、接着剤全体の比重が低くなくなるので、本発明には適さない。また、比重が９．０を超えるフィラーを添加すると、フィラーが接着剤中で沈降しやすいので、そのようなフィラーは本発明の接着剤には適さない。
【００１５】
本発明の接着剤に用いるバインダーは樹脂等の有機化合物からなり、少なくとも熱硬化性樹脂を有している。また、熱硬化性樹脂として液状のエポキシ樹脂を用いれば、有機溶剤を用いなくてもペースト状の接着剤を得ることができるので、接着剤を製造する工程、及び、被着体を接続する工程で環境に悪影響を与えることが無い。
【００１６】
本発明の接着剤に導電性粒子を添加することができる。高分子材料からなる核の表面に、金、ニッケル、半田等の金属被膜を形成してなる金属被膜樹脂粒子は、一般に比重が２．０以上３．０以下の範囲にあり、金属粒子からなる導電性粒子に比べ比重が軽い。
【００１７】
従って、比重３．０以上９．０以下のフィラーと、バインダーとを混合してなる比重１．４以上４．０以下の接着剤に、上記金属被膜樹脂を導電性粒子として添加した場合、添加後の全体の比重を１．４以上４．０以下の範囲とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する。
先ず、ペースト状の熱硬化性エポキシ樹脂からなるバインダーに、硬化剤と、カップリング剤と、絶縁性のフィラーを配合して後述する実施例１〜７の接着剤を作製した。この状態では接着剤はペースト状である。
【００１９】
図１(ａ)の符号５はフレキシブル配線板を示している。このフレキシブル配線板５はベースフィルム１３と、ベースフィルム１３の一面に配置された金属配線２２と、ベースフィルム１３の金属配線２２が配置された側に配置されたカバーフィルム１５とを有している。カバーフィルム１５には開口１９が形成されており、開口１９の底面には金属配線２２と、ベースフィルム１３とが露出している。
【００２０】
このフレキシブル配線板５に半導体チップを接続するために、先ず、上記工程で作製した接着剤をディスペンサーに充填し、金属配線２２のうち、カバーフィルム１５の開口１９に位置する部分を覆うようにディスペンサーのノズルから接着剤を一定量吐出する。図１（ｂ）の符号１２は吐出された接着剤を示している。
【００２１】
図１（ｃ）の符号１１は半導体チップを示している。この半導体チップ１１は、半導体チップ１１の一面から突き出されたバンプ状の接続端子２１を複数個有しており、これらの接続端子２１は半導体チップ１１の不図示の内部回路に接続されている。
【００２２】
半導体チップ１１の接続端子２１が配置された部分と、フレキシブル配線板５のカバーフィルム１５の開口１９とが対向するように位置合わせをし、カバーフィルム１５の開口１９内の接着剤１２に半導体チップ１１の接続端子２１が配置された側の面を押し当て、半導体チップ１１を押圧しながら全体を加熱する。
【００２３】
押圧によって接着剤１２が押し退けられるが、フィラーが添加されていることによって、接着剤の比重が１．４以上４．０以下にされているので、接着剤が過剰に押し退けられず、接続端子２１が対向する金属配線２２に当接される。
また、加熱によって接着剤１２中のエポキシ樹脂が硬化し、接続端子２１が金属配線２２に当接された状態で接着剤１２全体が硬化し、電気装置であるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｆｌｅｘ）１が得られる（図１（ｄ））。
【００２４】
このＣＯＦ１では、フレキシブル配線板５と半導体チップ１１とが硬化した接着剤１２を介して機械的に接続されているだけでは無く、接続端子２１を介して電気的にも接続されている。
【００２５】
【実施例】
２種類の液状のエポキシ樹脂（大日本インキ化学工業(株)製「ＨＰ４０３２」と油化シェルエポキシ（株）社製の商品名「ＥＰ６３０」）がそれぞれ等量混合されてなるバインダー６０容量部に対し、イミダゾール系硬化剤（旭化成エポキシ（株）社製の商品名「ＨＸ３９２１」）４０容量部と、カップリング剤（日本ユニカー（株）社製の商品名「Ａ１８７」）３容量部とを添加、混合した。硬化剤とカップリング剤とバインダーの混合物はペースト状であり、該混合物の粘度は２０Ｐａ・ｓ、比重は約１．２であった。
【００２６】
硬化剤とバインダーとの合計容量１００容量部に対し、下記表１の「フィラー」の欄に示す種類のフィラーを、下記表１の「フィラーの充填量」の欄に示す配合で添加、混合し、実施例１〜８、比較例１〜７の接着剤を作製した。各接着剤はペースト状であった。尚、実施例１〜８、比較例１〜７の接着剤には導電性粒子が含まれていない。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
また、上記実施例１〜８に用いた硬化剤とバインダーとの合計容量１００容量部に対し、上記表１の「フィラー」の欄に示す種類のフィラー１０容量部と、平均粒径５μｍの導電性粒子（ここでは、樹脂粒子の表面に金メッキ層を形成した金属被膜樹脂粒子を用いた）３０容量部とを添加、混合し、導電性粒子が含有された実施例９の接着剤を作成した。
【００２９】
ここではフィラーとして、それぞれシーアイ化成（株）社製の商品名「Ｎａｎｏｔｅｋ  Ｂｉ2Ｏ3」、「Ｎａｎｏｔｅｋ  Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2」、「Ｎａｎｏｔｅｋ  Ａｌ2Ｏ3」、「Ｎａｎｏｔｅｋ  ＳｉＯ2」、「Ｎａｎｏｔｅｋ  ＴｉＯ2」、「Ｎａｎｏｔｅｋ  Ｙｂ2Ｏ3」をそれぞれ用いた。
【００３０】
また、ここではフレキシブル配線板５として、ソニーケミカル（株）社製の商品名「Ｈｙｐｅｒ  Ｆｌｅｘ」を用い、このフレキシブル配線板５と半導体チップ１１とを実施例１〜９、比較例１〜７の接着剤を用いて図１（ａ）〜（ｄ）の工程で接続し、１６種類の試験片をそれぞれ作製した。このとき、半導体チップ１１に印加した荷重は、接続端子２１当たり０．６Ｎであり、加熱の条件は２１０℃、５秒間であった。
【００３１】
実施例１〜９、比較例１〜７の接着剤と、それらの接着剤を用いて作製した各試験片とを用いて下記に示す「比重」、「外観評価」、「ディスペンス性」、「導通信頼性」の各試験をそれぞれ行った。
【００３２】
〔比重〕実施例１〜９、比較例１〜７の接着剤について比重を測定した。それらの測定結果を上記表１に記載した。
【００３３】
〔外観評価〕各試験片について、フレキシブル配線板５のベースフィルム１３側を光学顕微鏡を用いて観察した。フレキシブル配線板５に湾曲が観察されないものを「○」、フレキシブル配線板５に湾曲が観察されるものを「×」として評価した。これらの評価結果を上記表１に記載した。
【００３４】
〔ディスペンサ性〕ノズル径１．１ｍｍ、最大吐出圧力０．７ＭＰａのディスペンサーに実施例１〜９、比較例１〜７の接着剤をそれぞれ充填し、各接着剤について２０回吐出を行い、各回毎に接着剤の吐出された重量を測定し、各接着剤について一回に吐出される重量の平均値を算出した。
【００３５】
２０回の吐出のうち、各回の吐出重量が吐出重量の平均値の０．８倍以上１．２倍以下の範囲にあるものを「○」、２０回の吐出のうち、少なくとも１回の吐出重量が平均値の０．８以上１．２以下の範囲外にあるものを「×」として評価した。これらの評価結果を上記表１に記載した。
【００３６】
〔導通信頼性〕上記工程で作製した１６種類の試験片を、それぞれ８５℃、８５％ＲＨの条件で１０００時間放置した後（エージング）、各試験片の導通抵抗値を測定した。それらの導通抵抗値が１００ｍΩ未満の場合を「○」、１００ｍΩ以上のも場合を「×」とし、上記表１に記載した。
【００３７】
尚、上記表１中、実施例９の「接着剤、比重」の欄に記載した値は、導電性粒子を添加した後の接着剤を測定して得られた比重を示している。
上記表１から分かる通り、比重が３．０以上９．０以下のフィラーを用いた実施例１〜９の接着剤は比重がそれぞれ１．４以上４．０以下であり、「ディスペンサ性」においても高い評価結果が得られた。
他方、比重が９．２のフィラーを用いた比較例５の接着剤は、接着剤中がフィラーが沈殿したため、ディスペンサーのノズルが詰まり、接着剤がノズルから吐出されず、試験片を作製することができなかった。また、比重が２．１のフィラーを１０容量部用いた比較例６の接着剤では、接着剤の粘度が高くなりすぎたためフィラーが接着剤中に分散されず、接着剤そのものを作製することができなかった。
【００３８】
また、実施例１〜９の接着剤を用いた各試験片では、「外観」、「導通信頼性」ともに高い評価結果が得られた。しかしながら、比重が１．４未満である比較例１〜４の接着剤を用いた試験片では、加熱押圧時にフレキシブル配線板が湾曲し、「導通信頼性」試験の結果も悪かった。
【００３９】
他方、比重８．９のフィラーを４０容量部用い、全体の比重が４．３である比較例７の接着剤を用いた場合、接着剤の粘度が高すぎるため、押圧した半導体チップがフレキシブル配線板上の接着剤にのめり込まず、半導体チップとフレキシブル配線板とを電気的に接続することができなかった。
【００４０】
また、上記実施例２、３の場合と、比較例１〜３、６の場合とを比較すれば明らかなように、１種類のフィラーを単独で用いる場合や、２種類以上のフィラーを混合して成る混合物を用いる場合に係わらず、フィラーの比重（又はフィラーの混合物の比重）が３．０以上９．０以下であり、接着剤の比重が１．４以上４．０以下である場合には、接着剤の吐出性が良好なだけでは無く、フレキシブル配線板と半導体チップとを加熱押圧により接続する場合に、フレキシブル配線板に変形が生じず、導通信頼性の高い電気装置が得られることがわかる。
【００４１】
以上は半導体チップ１１とフレキシブル配線板５とを接続する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでは無く、種々の電気装置の接続に用いることができる。例えば、フレキシブル配線板の代わりにリジッド基板を用い、リジッド基板と半導体チップとを接続して、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｂｏａｒｄ）を作製することもできる。また、半導体チップを搭載可能なＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）と、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）との接続に本発明の接着剤を用いることもできる。
【００４２】
本発明に用いることのできる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等種々のものを用いることができるが、硬化速度や熱硬化後の接着剤強度等を考慮するとエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
また、熱可塑性樹脂を含むバインダーを用いることも可能である。熱可塑性樹脂としてはフェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂等種々のものを用いることができる。
【００４３】
また、硬化剤やカップリング剤などの添加剤を含有せず、バインダーとフィラーとからなる接着剤を作成することは可能であるが、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤を併用することが好ましい。
【００４４】
硬化剤としてはイミダゾール系硬化剤、ポリアミン硬化剤、フェノール類、イソシアネート類、ポリメルカプタン類、酸無水物硬化剤など種々のものを用いることができる。これらの硬化剤をマイクロカプセル化し、所謂潜在性硬化剤として用いても良い。
また、本発明の接着剤には、消泡剤、着色剤、老化防止剤など種々の添加剤を添加することもできるが、これらの添加剤を添加した後の接着剤の比重は１．４以上４．０以下の範囲にあることが好ましい。
【００４５】
比重が１．４以上４．０以下の本発明の接着剤をフィルム状に成形して接着フィルムを作製し、その接着フィルムを半導体チップやフレキシブル配線板のような被着体の接続に用いても良い。
【００４６】
【発明の効果】
接着剤の比重を最適化したので、接着剤にボイドが生じないだけでは無く、被着体であるフレキシブル配線板が湾曲しない。従って、接続信頼性の高い電気装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)〜(ｄ)：本発明の接着剤を用いてフレキシブル配線板と半導体チップとを接続する工程を説明するための図
【図２】従来技術の電気装置を説明するための図
【符号の説明】
１……電気装置（ＣＯＦ）
１２……接着剤
５……基板（フレキシブル配線板）
１１……半導体チップ
【図１】
0003898958.tif 000003
【図２】
0003898958.tif 000004