(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対峙する回路電極を加熱加圧によって、加圧方向の電極間を電気的に接続する加熱接着性接着剤において、
ビスフェノール型液状エポキシ樹脂、フィルム形成材及び潜在性硬化剤を含有し、
厚さ４０μｍ、５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧した際の接着前の面積（Ａ）と接着後の面積（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が、３．５〜７．０倍であることを特徴とする、回路接続用フィルム状接着剤。
【請求項２】
前記ビスフェノール型液状エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である、請求項１に記載の回路接続用フィルム状接着剤。
【請求項３】
前記フィルム形成材は、フェノキシ樹脂である、請求項１又は２に記載の回路接続用フィルム状接着剤。
【請求項４】
０．２〜１５体積％の導電粒子を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路接続用フィルム状接着剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップ等の電子部品と配線基板の接続に用いられる回路接続用フィルム状接着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップ等の電子部品と回路基板とを電気的に接続する際には、接着剤又は導電粒子を分散させた異方導電接着剤が用いられている。すなわち、これらの接着剤を相対峠する電極間に配置して、加熱加圧によつて電極同士を接続後、加圧方向に導電性を持たせることによつて、電気的接続を行うことができる。例えば、特開平３−１６１４７号公報には、エポキシ樹脂をベースとした回路接続用接着剤が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回路接続用フィルム状接着剤は加熱加圧時の接着剤の流動性が低いために、接着工程中に電子部品と配線基板の間から外部へ染み出した接着剤（以下フィレツトと称す）中の気泡が消泡できずに残存してしまい、十分な耐湿性、機械的強度を維持できず、高温高湿試験や熱衝撃試験において信頼性が低下する不具合を生じることがあつた。
本発明は、加熱加圧時に外部へ染み出した接着剤中の気泡が消去され、それに基づく耐湿性、機械的強度を維持し高温高湿試験や熱衝撃試験において信頼性に優れる回路接続用フィルム状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】
本発明の回路接続用フィルム状接着剤は、相対峙する回路電極を加熱加圧によって、加圧方向の電極間を電気的に接続する加熱接着性接着剤において、ビスフェノール型液状エポキシ樹脂、フィルム形成材及び潜在性硬化剤を含有し、厚さ４０μｍ、５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧した際の接着前の面積（Ａ）と接着後の面積（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が、３．５〜７．０倍であることを特徴とする。上記ビスフェノール型液状エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が挙げられる。また、上記フィルム形成材としては、フェノキシ樹脂が挙げられる。また上記接着剤には、０．２〜１５体積％の導電粒子を分散することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の接着剤は、接着後の面積が接着前の面積の３．５〜７．０倍であることを特徴とする。面積比が３．５倍未満では、流動性が低いためフィレツト中に生じた気泡が消泡できずに残存してしまい、十分な耐湿性、機械的強度が維持できず、接続信頼性が低下する。また、7．0倍を超えて大きくなると、フィレツト中には気泡は残らないが、電子部品と配線板との間に気泡が残りやすくなり、十分な耐湿性、機械的強度が維持できなくなる。
本発明における接着剤の接着前後の面積の比率とは、厚み４０μｍの接着剤を５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板（コーニング社製、♯７０５９、厚み０．７ｍｍ）間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧した際の接着前の面積（Ａ）と接着後の面積（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）を示したものである。
本発明において用いられる接着剤は、エポキシ樹脂とフィルム形成材及び潜在性硬化材を含有しているものが好ましい。
【０００６】
本発明において用いられるエポキシ樹脂は、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である。また、エポキシ樹脂として、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、あるいは２種以上を混合して用いることも可能である。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。
【０００７】
本発明において用いられるフィルム形成材としては、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。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、接着性に優れる等の特徴を有するので好ましい。
【０００８】
本発明に用いられる潜在性硬化材としてはイミダゾール系、ヒドラジド系、３フッ化ホウ素−アミン錯体、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が使用可能である。
【０００９】
フィルム形成は、これら少なくともエポキシ樹脂、フィルム形成材、潜在性硬化材からなる接着組成物を有機溶剤に溶解あるいは分散により、液状化して、剥離性基材上にロールコータ等で塗布し、硬化材の活性温度以下で溶剤を除去することにより行われる。この時用いる溶剤は、芳香族炭化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶解性を向上させるため好ましい。
【００１０】
本発明の接着剤には、チップの バンプや基板電極の高さばらつきを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を混入・分散することもできる。本発明において導電粒子は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕやはんだ等の金属の粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けたものがより好ましい。さらに導電性の粒子の表面にＳｎ、Ａｕ、はんだ等の表面層を形成することもできる。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、電極の高さばらつきがある場合、高さばらつきよりも大きいことが好ましく、１〜１０μｍが好ましい。また、接着剤に分散される導電粒子の量は、０．１〜３０体積％であり、好ましくは０．２〜１５体積％である。
【００１１】
フィルム状接着剤で接着剤層を多層化することもできる。例えば、異方導電性を付与するために導電粒子を充填させた接着フィルムと導電粒子を充填していない接着剤層をラミネート化した二層構成異方導電フィルムや導電粒子を充填させた接着フィルムの両側に導電粒子を充填していない接着剤層をラミネート化した三層構成異方導電フィルムを用いることができる。これらの多層構成異方導電フィルムは接続電極上に効率良く、導電粒子を捕獲できるため、狭ピッチ接続に有利である。
【００１２】
本発明において、回路部材としては半導体チップ、抵抗体チップ、コンデンサチップ等のチップ部品、プリント基板、ポリイミドやポリエステルを基材としたフレキシル配線板等の基板等が用いられる。
【００１３】
本発明の回路接続用フィルム状接着剤によれば、加熱加圧時の接着剤の流動性が高いために、接着工程中にフィレット内に生じる気泡は速やかに消泡され、硬化後のフィレット中に気泡が残存することがなく、気泡による耐湿性、機械的強度の低下を防止することが可能である。
【００１４】
【実施例】
（実施例1）
フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、ＰＫＨＣ）３０ｇをトルエンと酢酸エチルの混合溶媒（混合重量比１：１）４５ｇに溶解し、４０重量％溶液を得た。次いで、液状エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、ＹＬ９８０）４０ｇとマイクロカプセル型潜在性硬化材を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５、旭化成工業株式会社製、ノバキュアＨＸ−３９４１）３０ｇを加え、攪拌し、さらにニッケル粒子（直径３μｍ）を1容積％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み５０μｍ）にロールコータで塗布し、８０℃、１０分乾燥し厚み４０μｍの接着フィルムを作製した。この接着フィルムを５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板（コーニング社製、＃７０５９、厚み０．７ｍｍ）間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧したところ、接着後の面積は接着前の面積の３．７倍であつた。
次に、作製した接着フィルムを用いて、金 バンプ（面積：１００×１００μｍ、スペース：１００μｍ、高さ：１５μｍ、 バンプ数：１８６）付きチツプ（サイズ：１０×１０ｍｍ、厚み：５００μｍ）とにＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板の接続を以下に示すように行つた。接着フィルム（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）に９０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）、５秒の条件で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った。次いで、１８０℃、０．９８Ｎ／バンプ（１００ｇｆ／バンプ）、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行つた。本接続後のフィレット内部を顕微鏡にて観察したところ、気泡は観察されなかつた。また、本接続後の接続抵抗は１バンプあたり最高で１５ｍΩ、平均で４ｍΩ、絶縁抵抗は１０8Ω以上であり、これらの値は−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、０．２ＭＰａ（２気圧））２００時間、ピーク温度２４０℃のＩＲリフロ一試験においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１５】
（実施例2）
フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、ＰＫＨＣ）３０ｇをトル工ンと酢酸エチルの混合溶媒（混合比１：１）４５ｇに溶解し、４０重量％溶液を得た。次いで、液状エポキシ樹脂（油化シェル工ポキシ株式会社製、ＹＬ９８０）５０ｇとマイクロカプセル型潜在性硬化材を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５、旭化成工業株式会社製、ノバキュアＨＸ−３９４１）２０ｇを加え、攪拌し、さらにニッケル粒子（直径３μｍ）を１容積％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み５０μｍ）にロールコータで塗布し、８０℃、１０分乾燥し厚み４０μｍの接着フィルムを作製した。この接着フィルムを５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板（コーニング社製、♯７０５９、厚み０．７ｍｍ）間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧したところ、接着後の面積は接着前の面積の４．３倍であった。
次に、作製した接着フィルムを用いて、金バンプ（面積：１００×１００μｍ、スペース：１００μｍ、高さ：１５μｍ、 バンプ数：１８６）付きチツプ（サイズ：１０×１０ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板の接続を以下に示すように行った。接着フィルム（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）に９０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）、５秒の条件で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チツプの バンプとＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った。次いで、１８０℃、０．９８Ｎ／バンプ（１００ｇｆ／ バンプ）、２０秒の条件でチツプ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行つた。本接続後のフィレツト内部を顕微鏡にて観察したとこる、気泡は観察されなかった。また、本接続後の接続抵抗は１ バンプあたり最高で１６ｍΩ、平均で３ｍΩ、絶縁抵抗は１０8Ω以上であり、これらの値は、−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、０．２ＭＰａ（２気圧））２００時間、ピーク温度２４０℃のＩＲリフロー試験においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１６】
（実施例３）フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、ＰＫＨＣ）２０ｇをトルエンと酢酸エチルの混合溶媒（混合重量比１：１）３０ｇに溶解し、４０重量％溶液を得た。次いで、液状エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、ＹＬ９８０）６０ｇとマイクロカプセル型潜在性硬化材を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５、旭化成工業株式会社製、ノバキュアＨＸ−３９４１）２０ｇを加え、攪拌し、さらにニッケル粒子（直径３μｍ）を１容積％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み５０μｍ）にロールコータで塗布し、８０℃、１０分乾燥し厚み４０μｍの接着フィルムを作製した。この接着フィルムを５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板（コーニング社製、♯７０５９、厚み０．７ｍｍ）間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧したところ、接着後の面積は接着前の面積の６．５倍であった。次に、作製した接着フィルムを用いて、金バンプ（面積：１００×１００μｍ、スペース：１００μｍ、高さ：１５μｍ、  バンプ数：１８６）付きチップ（サイズ：１０×１０ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板の接続を以下に示すように行った。接着フィルム（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）に９０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ２）、５秒の条件で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った。次いで、１８０℃、０．９８Ｎ／バンプ（１００ｇｆ／バンプ）、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後のフィレット内部を顕微鏡にて観察したところ、気泡は観察されなかった。また、本接続後の接続抵抗は１バンプあたり最高で１３ｍΩ、平均で５ｍΩ、絶縁抵抗は１０８Ω以上であり、これらの値は−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、０．２ＭＰａ（２気圧））２００時間、ピーク温度２４０℃のＩＲリフロー試験においても変化がなく、良好な接続信頼性を示した。
【００１７】
（比較例１）フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、ＰＫＨＣ）４０ｇをトルエンと酢酸エチルの混合溶媒（混合重量比１：１）６０ｇに溶解し、４０重量％溶液を得た。次いで、液状エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、ＹＬ９８０）２０ｇとマイクロカプセル型潜在性硬化材を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５、旭化成工業株式会社製、ノバキュアＨＸ−３９４１）４０ｇを加え、攪拌し、さらにニッケル粒子（直径３μｍ）を１容積％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み５０μｍ）にロールコータで塗布し、８０℃、１０分乾燥し厚み４０μｍの接着フィルムを作製した。この接着フィルムを５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板（コーニング社製、♯７０５９、厚み０．７ｍｍ）間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧したところ、接着後の面積は接着前の面積の２．５倍であった。次に、作製した接着フィルムを用いて、金バンプ（面積：１００×１００ｍｍ、スペース：１００μｍ、高さ：１５μｍ、バンプ数：１８６）付きチップ（サイズ：１０×１０ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板の接続を以下に示すように行った。接着フィルム（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）に９０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ２）、５秒の条件で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップのバンプとＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った。次いで、１８０℃、０．９８Ｎバンプ（１００ｇｆ／バンプ）、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後のフィレット内部を顕微鏡にて観察したところ、多数の気泡が観察された。また、本接続後の接続抵抗は１バンプあたり最高で１５ｍΩ、平均で８ｍΩ、絶縁抵抗は１０８Ω以上であり、これらの値は、−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、０．２ＭＰａ（２気圧））２００時間、ピーク温度２４０℃のＩＲリフロー試験において電気的導通が不良になつた。接続部の断面観察の結果、導通不良の接続部の一部で界面剥離が観察された。また赤外線顕微鏡により接続部を観察したところ、アルミパッドの一部に腐食が観察された。
【００１８】
（比較例２）
フェノキシ樹脂（ユニオンカーバイド社製、ＰＫＨＣ）１５ｇをトルエンと酢酸エチルの混合溶媒（混合重量比１：１）２２．５ｇに溶解し、４０重量％溶液を得た。次いで、液状エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、ＹＬ９８０）６５ｇとマイクロカプセル型潜在性硬化材を含有する液状エポキシ（エポキシ当量１８５、旭化成工業株式会社製、ノバキュアＨＸ−３９４１）２０ｇを加え、攪拌し、さらにニッケル粒子（直径３μｍ）を１容積％分散してフィルム塗工用溶液を得た。この溶液をセパレータ（シリコーン処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み５０μｍ）にロールコータで塗布し、８０℃、１０分乾燥し厚み４０μｍの接着フィルムを作製した。この接着フィルムを５×５ｍｍの大きさに切出し、１５×１５ｍｍの大きさのガラス基板（コーニング社製、♯７０５９、厚み０．７ｍｍ）間において１８０℃、２０秒、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の条件で加熱、加圧したところ、接着後の面積は接着前の面積の８．０倍であった。
次に、作製した接着フィルムを用いて、金バンプ（面積：１００×１００μｍ、スペース：１００μｍ、高さ：１５μｍ、バンフ数：１８６）付きチップ（サイズ：１０×１０ｍｍ、厚み：５００μｍ）とＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板の接続を以下に示すように行った。接着フィルム（１２×１２ｍｍ）をＮｉ／ＡｕめつきＣｕ回路プリント基板（電極高さ：２０μｍ、厚み：０．８ｍｍ）に９０℃、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）、５秒の条件で貼り付けた後、セパレータを剥離し、チップの バンプとＮｉ／ＡｕめっきＣｕ回路プリント基板の位置合わせを行った。次いで、１８０℃、０．９８Ｎ／バンプ（１００ｇｆ／バンプ）、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続を行った。本接続後のフィレツト内部を顕微鏡にて観察したところ、気泡は観察されなかった。本接続後の接続抵抗は１バンプあたり最高で１５ｍΩ、平均で９ｍΩ、絶縁抵抗は１０8Ω以上であり、これらの値は、−５５〜１２５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験（１２１℃、０．２ＭＰａ（２気圧））２００時間、ピーク温度２４０℃のＩＲリフロー試験において電気的導通が不良になつた。接続部の断面観察の結果、チップと基板の間に多数の気泡が観察され、導通不良の接続部の一部で界面剥離が観察された。また赤外線顕微鏡により接続部を観察したところ、アルミパッドの一部に腐食が観察された。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の回路接続用フィルム状接着剤によれば、加熱加圧時の接着剤の流動性が高いために、接着工程中にフィレット内に生じる気泡は速やかに消泡され、硬化後のフィレット中に気泡が残存することがなく、気泡による耐湿性、機械的強度の低下を防止することが可能である。