(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路部材を、前記回路部材の端子（ａ）に対応した端子（ｂ）が設けられた実装基板に前記端子（ａ）（ｂ）を対向し接着剤を介し、他の電子部品とともに搭載し、一括して加熱して前記接着剤を熱硬化することにより前記端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続する回路部材の実装方法であって、
前記接着剤はマトリックス樹脂と易溶融性金属表面を持つ金属粒子を含む異方導電性接着剤であり、
前記加熱により前記金属粒子は溶融変形し溶融変形した金属粒子により前記端子（ａ）（ｂ）が電気的に接続されるものであり、
前記マトリックス樹脂は、ＵＶ硬化系と加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系及び／もしくは熱硬化系エポキシ樹脂との混合系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系と熱硬化系エポキシ樹脂との混合系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系、または、熱硬化系エポキシ樹脂であり、前記溶融変形した金属粒子による前記端子（ａ）（ｂ）の電気的接続を妨げない粘度を前記加熱段階で有するものであり、
前記加熱段階で前記回路部材の自重だけで前記端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続することを特徴とする回路部材の実装方法。
【請求項２】
請求項１記載の回路部材の実装方法であって、マトリックス樹脂は加熱硬化性樹脂であり、加熱により端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続した後、金属粒子の溶融する温度で前記マトリックス樹脂を加熱硬化させる回路部材の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフリップチップ実装方式により半導体チップを基板と接着剤で接着固定すると共に両者の電極同士を電気的に接続する回路部材の実装方法及びび回路部材接続用接着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体実装分野では、低コスト化・高精度化に対応した新しい実装形態としてＩＣチップを直接プリント基板やフレキシブル配線板に搭載するフリップチップ実装が注目されている。フリップチップ実装方式としては、チップの端子にはんだバンプを設け、はんだ接続を行う方式や導電性接着剤を介して電気的接続を行う方式が知られている。これらの方式では、接続するチップと基板の熱膨張係数差に基づくストレスが、各種環境下に曝した場合、接続界面で発生し接続信頼性が低下するという問題がある。このため、接続界面のストレスを緩和する目的で一般にエポキシ樹脂系のアンダフィル材をチップ／基板の間隙に注入する方式が検討されている。しかし、このアンダフィルの注入工程は、プロセスを煩雑化し、生産性、コストの面で不利になるという問題がある。このような問題を解決すべく最近では、異方導電性と封止機能を有する異方導電性接着剤を用いたフリップチップ実装が、プロセス簡易性という観点から注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
異方導電性接着剤による実装は熱と圧力を必要とするため、基板裏側への実装ができないことや他の電子部品実装への配慮から、基板への電子部品の実装工程の最初に行わなければならないなどの制限があり、熱圧着後、他の電子部品とともにリフロ工程を経るという非効率な実装工程をとっていた。
本発明は、他の電子部品と同時に実装して、一括して加熱処理で熱硬化するとともに回路部材同士の電極の電気的導通を得る回路部材の実装方法及び回路部材接続用接着剤を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路部材の実装方法は、回路部材を、前記回路部材の端子（ａ）に対応した端子（ｂ）が設けられた実装基板に前記端子（ａ）（ｂ）を対向し接着剤を介し、他の電子部品とともに搭載し、一括して加熱して前記接着剤を熱硬化することにより前記端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続する回路部材の実装方法であって、前記接着剤はマトリックス樹脂と易溶融性金属表面を持つ金属粒子を含む異方導電性接着剤であり、前記加熱により前記金属粒子は溶融変形し溶融変形した金属粒子により前記端子（ａ）（ｂ）が電気的に接続されるものであり、前記マトリックス樹脂は、ＵＶ硬化系と加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系及び／もしくは熱硬化系エポキシ樹脂との混合系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系と熱硬化系エポキシ樹脂との混合系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系、または、熱硬化系エポキシ樹脂であり、前記溶融変形した金属粒子による前記端子（ａ）（ｂ）の電気的接続を妨げない粘度を前記加熱段階で有するものであり、前記加熱段階で前記回路部材の自重だけで前記端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続することを特徴とする。
【０００５】
本発明の実装方法は、特別に加圧することなく回路部材の自重だけ接着剤を介して回路部材の実装を実現する。上記回路部材の実装方法において、マトリックス樹脂は加熱硬化性樹脂であり、加熱により端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続した後、金属粒子の溶融する温度で前記マトリックス樹脂を加熱硬化させるようにすることができる。
【０００６】
本発明の回路部材実装用接着剤は、回路部材を前記回路部材の端子（ａ）に対応した端子（ｂ）が設けられた実装基板に前記端子（ａ）（ｂ）を対向して、他の電子部品とともに搭載し、一括して加熱して熱硬化することにより前記端子（ａ）（ｂ）を電気的に接続するための回路部材実装用接着剤であって、マトリックス樹脂と易溶融性金属表面を持つ金属粒子を含み、前記金属粒子は加熱により溶融変形し溶融変形した金属粒子により前記端子（ａ）（ｂ）が電気的に接続されるものであり、前記マトリックス樹脂は、ＵＶ硬化系と加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系及び／もしくは熱硬化系エポキシ樹脂との混合系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系と熱硬化系エポキシ樹脂との混合系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系、または、熱硬化系エポキシ樹脂であり、前記溶融変形した金属粒子による前記端子（ａ）（ｂ）の電気的接続を妨げない粘度を前記加熱段階で有するものであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる易溶融性金属表面を持つ金属粒子としては、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｍｇ，Ｇａ及びＡｌの群から選択された１種の金属または２種以上の金属を組み合わせてできる合金材であり、導電性微粒子の融点が２５０℃以下が好ましく、さらに好ましくは１００℃以上１９０℃以下である。金属粒子表面層が易溶融性金属であっても良い。
【０００８】
本発明に用いられる接着剤は、ＵＶ硬化系、加熱によって遊離ラジカルを発生する硬化剤系もしくは熱硬化系エポキシ樹脂またはこれらの混合系であり、ＵＶ硬化系の光開始剤としては、ベンゾインエチルエーテル、イソプロピルベンゾインエーテル等のベンゾインエーテル、ベンジル、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のベンジルケタール、ベンゾフェノン、アセトフェノン等のケトン類及びその誘導体、チオキサントン類、ビスイミダゾール類等があり、これらの光開始剤に必要に応じてアミン類、イオウ化合物、リン化合物等の増感剤を任意の比で添加しても良い。
【０００９】
加熱により遊離ラジカルを発生する硬化剤としては、過酸化化合物、アゾ系化合物などの加熱により分解して遊離ラジカルを発生するものであり、目的とする接続温度、接続時間、ポットライフ等により適宜選定される。配合量は０．０５〜１０重量％程度であり０．１〜５重量％がより好ましい。具体的には、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステル、パーオキシケタール、ジアルキルパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド、シリルパーオキサイドなどから選定できる。また、回路部材の接続端子の腐食を抑えるために、硬化剤中に含有される塩素イオンや有機酸は５０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、さらに、加熱分解後に発生する有機酸が少ないものがより好ましい。具体的には、パーオキシエステル、ジアルキルパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド、シリルパーオキサイドから選定され、高反応性が得られるパーオキシエステルから選定されることがより好ましい。これらは、適宜混合して用いることができる。
また、これらの硬化剤をポリウレタン系、ポリエステル系の高分子物質等で被覆してマイクロカプセル化したものは、可使時間が延長されるために好ましい。
【００１０】
本発明で用いるラジカル重合性物質としては、ラジカルにより重合する官能基を有する物質であり、アクリレート、メタクリレート、マレイミド化合物等が挙げられる。ラジカル重合性物質はモノマー、オリゴマーいずれの状態で用いることが可能であり、モノマーとオリゴマーを併用することも可能である。
【００１１】
本発明で用いるエポキシ樹脂としては、エピクロルヒドリンとビスフェノールＡやＦ、ＡＤ等から誘導されるビスフェノール型エポキシ樹脂、エピクロルヒドリンとフェノールノボラックやクレゾールノボラックから誘導されるエポキシノボラック樹脂やナフタレン環を含んだ骨格を有するナフタレン系エポキシ樹脂、グリシジルアミン、グリシジルエーテル、ビフェニル、脂環式等の１分子内に２個以上のグリシジル基を有する各種のエポキシ化合物等を単独にあるいは２種以上を混合して用いることが可能である。これらのエポキシ樹脂は、不純物イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−等）や、加水分解性塩素等を３００ｐｐｍ以下に低減した高純度品を用いることがエレクトロンマイグレーション防止のために好ましい。
エポキシ樹脂は熱膨張係数の低下及びガラス転移温度の向上として、３官能以上の多官能エポキシ樹脂及び／又はナフタレン系エポキシ樹脂が好ましい。３官能以上の多官能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、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂等がある。また、ナフタレン系エポキシ樹脂は、１分子中に少なくとも１個以上のナフタレン環を含んだ骨格を有しており、ナフトール系、ナフタレンジオール系等がある。
【００１２】
また接着剤中にアクリルゴムなどのゴム成分を必要量添加しても良く、アクリルゴムとしては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルまたはアクリロニトリルのうち少なくともひとつをモノマー成分とした重合体または共重合体があげられ、中でもグリシジルエーテル基を含有するグリシジルアクリレートやグリシジルメタクリレートを含む共重合体系アクリルゴムが好適に用いられる。
また、接着剤にはフィルム形成性をより容易にするためにフェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を配合することもできる。特に、フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と構造が類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性、接着性に優れるなどの特徴を有するので好ましい。
【００１３】
また、エポキシ樹脂の硬化剤としては、イミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、芳香族スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤が速硬化性の観点から有効であり、その他に酸無水物系硬化剤もイオン性不純物が少ないことから有効である。
本発明の言うところのリフロ処理は、赤外線、エア、ベーパーフェーズ（ＶＰＳ）、窒素などの全体加熱方式およびＹＡＧレーザ、半導体レーザ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、パルスヒータ、ホットエアなどの部分加熱方式のことである。
【００１４】
本発明の金属粒子の配列技術としては、例えば特開平６―１６３５５０号公報や特開平６―３１０５１５号公報に記載されたものなどがあり、特開平６―１６３５５０号公報記載の技術では、両面で径の異なる多数の貫通孔を有し、径の大きい穴を有する面側にはんだボールを装着可能なガラス治具上に閉空間を形成して、はんだボールを圧縮空気により閉空間に送り込んで、ガラス治具の径の小さい穴から吸引することにより、はんだボールをガラス治具の径の大きい貫通孔に吸引して、配列させている。また、特開平６―３１０５１５号公報に記載の技術では、はんだボールを一定数整列に搭載できるプレート上にはんだボールをスクリューフィーダ等により供給して、真空ポンプとバイブレータにより振動を与えて、配列させている。また、搭載ヘッドに所望の間隔に吸着孔を設け、搭載ヘッドを上下動させて導電性ボールを真空吸着して配置すべきシート上に搭載ヘッドを移動した後、吸着を解放して配列させる方法やメッシュを用いる方法がある。これらの技術を用いても良い。
また接着フィルムを支持層と接着層の多層構成にしても良く、その場合には、接着剤層塗工→乾燥→支持層塗工→硬化→接着剤層塗工→乾燥の工程をとれば良い。導電性微粒子の散布については、静電気力を利用すると余剰な粒子を回収することが出来、効率的な散布が可能となる。
【００１５】
また本発明においてフィルム状に成形した場合、導電性微粒子の表面がフィルムの表裏の表面から露出していることが望ましく、フィルムの表面に粘着力が付与されていることが望ましい。また導電性微粒子については、粒径は基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要であるため、必要に応じて所定の形状に変形させても良い。また、接着剤に分散される導電粒子量は、接着剤樹脂組成物１００体積部に対して０．１〜３０体積部であり、好ましくは０．２〜１５体積部である。
【００１６】
また本発明に用いられる回路部材接続用接着剤は、フィルム状接着剤ではなく、液状の接着剤を回路板の電極上にスクリーン印刷して用いても良い。
回路部材としては、半導体パッケージ（ＱＦＰ、ＢＧＡ、ＣＳＰ、ＳＯＰ、ＴＣＰ等）、コンデンサ、抵抗体、コイル等のチップ部品、コネクタ等が用いられる。
回路部材には端子が多数設けられており、回路部材はその端子に対応した多数の端子が設けられた実装基板に端子どうしを対向して接着剤を介し搭載され、端子どうしを電気的に接続して実装される。
チップ部品を実装する基板として、半導体チップ端子に対応する電極（接続端子）が形成された有機質絶縁基板が使用される。
【００１７】
有機質絶縁基板としては、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂フィルム、又はガラスクロス、ガラス不織布等のガラス基材にポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂等の樹脂を含浸し硬化させた積層板が使用される。
回路部材端子と接続する電極、この電極が形成された表面絶縁層及び所定数層の絶縁層と前記各絶縁層を介して配置される所定数層の配線層と所定の前記電極・配線層間を電気的に接続する導体化された穴を有する多層配線板が使用できる。
このような多層配線板として、ガラスクロスを用いた絶縁層により構成された基材もしくは１層以上の導体回路を有する配線基板上に絶縁層と導体回路層とを交互に形成した、ビルドアップ多層基板が好ましい。
【００１８】
表面絶縁層は、樹脂フィルムを用いることができ、この樹脂フィルムはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、変成ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノキシ樹脂、アミドエポキシ樹脂、フェノール樹脂やこれらの混合物、共重合物等のフィルムが、またポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族液晶ポリエステル、フッ素系樹脂などの耐熱性熱可塑性エンジニヤリングプラスチックのフィルムが使用できる。樹脂フィルム中に有機もしくは無機のフィラーを含むものが使用できる。ガラス基材で補強された樹脂よりなる絶縁層としては、ガラスクロス、ガラス不織布等のガラス基材にエポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂等の樹脂を含浸し硬化させたプリプレグが使用できる。
【００１９】
半導体チップや基板の電極パッド上には、めっきで形成されるバンプや金ワイヤの先端をトーチ等により溶融させ、金ボールを形成し、このボールを電極パッド上に圧着した後、ワイヤを切断して得られるワイヤバンプなどの突起電極を設け、接続端子として用いることができる。
【００２０】
図１は、本発明の実装方法を用いてＱＦＰパッケージを実装基板に実装した断面図であり、図２は本発明の実装方法を用いてＣＳＰパッケージを実装基板に実装した断面図である。１は実装基板、２は基板上の電極、３はＱＦＰパッケージ、４はリード端子、５はＮｉ粒子、６はＳｎ−Ｂｉ合金、７は接着剤、８は半導体素子、９は封止剤、１０はインターポーザ、１１ははんだボールを示す。
【００２１】
【実施例】
Ｎｉ粒子の表面にＳｎ−Ｂｉ合金（融点１３９℃）を被覆した粒子（１０μｍφ、８ｖｏｌ％）をゲル化温度１６０℃のフェノール硬化系の熱硬化性接着剤中に分散し、ガラス−エポキシ回路基板上に塗布した後、ＢＧＡパッケージ（２２５ピン）をアライメント後搭載し、加熱炉（ｍａｘ．１５０℃）に１分間通した後、導通検査を行い、ＮＧのサンプルはリペアして再接続し、ＯＫのサンプルについて２００℃のオーブン中で３時間硬化して実装部品を得た。ヒートサイクル試験（−５５℃〜１２５℃）、高温高湿試験（８５℃／８５％ＲＨ）ともに良好な結果を得た。尚フェノール硬化系熱硬化性接着剤の粘度は加熱炉（ｍａｘ．１５０℃）中で１０００ＣＰであった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の実装方法によれば、特別に加圧することなく電子部品の自重だけで異方性導電接着剤を用いた電子部品の実装を実現することが出来、他の電子部品の実装と一括して加熱処理で熱硬化するとともに回路部材同士の電極の電気的導通を得ることが出来、実装工程を簡略化できるとともに、大幅なコスト低減を図ることが可能となる。また、必要に応じて電気的接続工程と機械的接続工程の間に検査工程とリペア工程を設けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実装方法を用いて、ＱＦＰパッケージを実装基板に実装した断面図である。
【図２】本発明の実装方法を用いて、ＣＳＰパッケージを実装基板に実装した断面図である。
【符号の説明】
１  回路基板
２  基板上の電極
３  ＱＦＰパッケージ
４  リード端子
５  Ｎｉ粒子
６  Ｓｎ−Ｂｉ合金
７  接着剤
８  半導体素子
９  封止剤
１０  インターポーザ
１１  はんだボール
【図１】
0004085488.tif 000002
【図２】
0004085488.tif 000003