(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板とＩＣチップの接続電極間に、熱により初期流動して最低粘度を示し、その後硬化反応により粘度が上昇する熱硬化性絶縁性接着剤からなる接続部材を配置し、相対峙した電極間を加熱加圧することにより電極同士の電気的接続と部品間の固着をすることからなる接続方法において、
前記熱硬化性絶縁性接着剤は、熱により初期流動して最低粘度を示すまでの単位時間あたりの粘度の変化量の大きさよりも、その後硬化反応により粘度が上昇するときの単位時間あたりの粘度の変化量の大きさが大きくなっており、
相対峙する回路基板とＩＣチップのそれぞれを所定の温度で加熱することにより、圧着後接続部材が最低粘度となる時点での回路基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差を極小にすることを特徴とするＩＣチップの接続方法。
【請求項２】
回路基板の加熱温度を接着剤の活性化温度以下とすることを特徴とする請求項１記載のＩＣチップの接続方法。
【請求項３】
接続前に回路基板を接着剤の活性化温度以下で予備加熱することを特徴とする請求項１または２記載のＩＣチップの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップを各種回路基板（ガラスやセラミック等の無機基板、ポリイミドやポリエステルフィルム等の有機基板、ガラスと有機材との複合材等）に接続する際の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の小型薄型化に伴い、これらに用いる回路は高密度化、高精細化している。このような電子部品と微細電極の接続は、従来のハンダやゴムコネクタ等では対応が困難であることから、最近では分解能に優れた接続部材が多用されている。
この接続部材は、短時間硬化が可能で分子構造上接着性に優れたエポキシ系接着剤に硬化剤を添加してなる絶縁性接着剤中に、導電粒子等の導電材料を所定量含有した絶縁性接着剤が用いられている。また、これら導電材料を含有せずに絶縁性接着剤単独で電極同士の直接接触状態を固定維持する方法も知られている。
この導電材料を所定量含有した絶縁性接着剤を用いて接続した場合、電子部品の電極同士は導電材料を介して電気的に接続されることから、電極の高さばらつき等による接続性低下の現象が発生しにくいことから、好んで用いられている。一方、絶縁性接着剤の単独使用による方法は、導電材料による隣接電極間の短絡がなく、高精細接続が可能といった特徴を有する。
これらの接続部材を用いての接続方法は、電子部品の電極と基板回路との間に接続部材を設け、電子部品を専用治具等を用いて加熱、加圧の手段を講じるものである。例えば、液晶パネルのガラス電極基板とＩＣチップの接続においては、まず接続部材がガラス基板上に仮付けされる。その後、ＩＣチップと基板の位置合わせが行われ、加熱、加圧の手段が講じられ接続される。これにより両者の電極同士が電気的に接続されると共に、隣接して形成されている電極同士には絶縁性が付与され、ガラス基板とＩＣチップとが接着固定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法における液晶パネルのガラス電極基板とＩＣチップの接続においては、ＩＣチップ側からの加熱が一般的である。この加熱方法としては、ヒータを内蔵した金属やセラミック等の加熱治具（圧着ヘッド）を用いたり、熱風加熱による方法が一般的である。このときの加熱温度は、接続部材が架橋硬化反応する１２０〜２４０℃程度になるように設定され、この状態で４〜４０秒程度保持される。このとき、ＩＣチップを介して熱を伝導させるために熱的損失が大きく、ＩＣチップと接続部材さらには基板との間に温度差が生じてしまう。このため、ＩＣチップの伸び量と基板の伸び量に差が生じてしまい、接続部への応力集中による接続信頼性の低下や、反りやクラック等の問題が発生する。
【０００４】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、相対峙した回路基板とＩＣチップの双方から加熱を行い、回路基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差を極小にすることによって反りやクラック等の変形を低減し、接続信頼性の向上が可能な接続方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、回路基板とＩＣチップの接続電極間に、熱により初期流動して最低粘度を示し、その後硬化反応により粘度が上昇する熱硬化性絶縁性接着剤からなる接続部材を配置し、相対峙した電極間を加熱加圧することにより電極同士の電気的接続と部品間の固着をすることからなる接続方法において、熱硬化性絶縁性接着剤は、熱により初期流動して最低粘度を示すまでの単位時間あたりの粘度の変化量の大きさよりも、その後硬化反応により粘度が上昇するときの単位時間あたりの粘度の変化量の大きさが大きくなっており、相対峙する回路基板とＩＣチップのそれぞれを所定の温度で加熱することにより、圧着後接続部材が最低粘度となる時点での回路基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差を極小にすることを特徴とするＩＣチップの接続方法に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を説明する接続方法の断面模式図である。
この接続方法は、回路基板１の電極とＩＣチップ２のバンプ間に接続部材３を設けてなる接続体を圧着ステージ４上に置き、圧着ヘッド５を用いて加熱、加圧の手段を講じるものである。図２に示すように上下に配した圧着ヘッドを用いて加熱、加圧してもよい。また、図示していないが、加熱源として熱風を用いてもよい。
圧着ヘッド５の材質としては、金属やセラミック等があり、併設されているヒータにより任意の温度設定が可能となっている。また、空気圧等の利用により任意に圧力設定が可能となっている。
圧着ステージ４の材質としては、ガラス、金属、セラミック等があり、併設されているヒータにより任意の温度設定が可能となっている。
【０００７】
接続部材は、図３に示すように絶縁性接着剤６単独からなる。あるいは、図４に示すように導電材料７を含有した絶縁性接着剤６からなり、このものは加圧方向に導電性を有している。さらには図５に示すように導電材料７と絶縁性接着剤６とからなる導電性接着剤層の少なくとも片面に絶縁性接着剤６’が形成してなる多層接続部材でもよい。また、図示していないが、絶縁性接着剤は導電性接着剤層の両面に形成してもよい。
導電材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｓｂ、Ｓｎ、はんだ等の金属粒子やカーボン等があり、またこれらの導電粒子を核材とするか、あるいは非導電性のガラス、セラミック、プラスチック等の高分子からなる核材に前記の材質からなる導電層を被覆形成したものでもよい。さらに導電材料を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、スペ−サ−としての絶縁粒子を併用してもよい。
【０００８】
導電粒子の粒径は、微小電極上に１個以上、好ましくは多数個の粒子を確保するために小粒径粒子が好適であり、０．５〜１５μｍが好ましく、２〜８μｍがさらに好ましい。導電粒子の充填量は、高精細な回路電極に対する導通性と絶縁性を確保するために、絶縁性接着剤中に２５体積％未満とするのが好ましい。
絶縁性接着剤は、熱により初期流動して低粘度化し、引き続き硬化性を示す材料が広く適用でき、これらは、接続後の耐熱性や耐湿性に優れることから熱硬化性材料の適用が好ましい。中でもエポキシ系接着剤は、短時間硬化が可能で接続作業性が良く、分子構造上接着性に優れる等の特徴から好ましく適用できる。
エポキシ系接着剤は、例えば高分子量のエポキシ、固形エポキシと液状エポキシ、ウレタンやポリエステル、アクリルゴム、ＮＢＲ、ナイロン等で変性したエポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤や触媒、カップリング剤、充填剤等を添加してなるものが一般的である。
【０００９】
硬化剤としては、接続部材の保存性を維持するため潜在性硬化剤であることが好ましい。本発明でいう潜在性硬化剤とは、反応性樹脂（例えばエポキシ樹脂）との共存性を有し、所定の温度下で急速硬化するものをいう。かかる潜在性硬化剤としては各種の硬化剤成分をマイクロカプセル化したものが市販されている。また接着剤の活性化温度温度は、接着剤の主成分である反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存下での活性化温度で表すことができる。活性化温度は、反応性樹脂と潜在性硬化剤との共存混合試料３ｍｇをＤＳＣ（Differential Scanning Calorimeter 示差走差型熱量計）を用い、１０℃／分で常温（３０℃）から２５０℃まで上昇させたときの発熱量の最大を示すピーク温度とする。また、本発明における接続部材の活性化温度は、ＩＣチップの伸び量と基板の伸び量を考慮すると５０〜２００℃の範囲にあることが好ましい。
【００１０】
本発明は、接続時に相対峙する回路基板とＩＣチップのそれぞれを所定の温度で加熱することにより、基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差を極小にすることを特徴とする。ここでの接着部材の粘度は、図６に示すように接続部材が圧着ツールにより加熱加圧され（ａ）、低粘度化に伴い接着剤が流動し、電極間の導通が確保された状態（ｂ：本発明の最低粘度）を示し、硬化反応の進行により急激に粘度が上昇する。例えば、上記のエポキシ系接着剤と潜在性硬化剤を用いて、１３０〜２４０℃程度の温度で図１及び図２に示す方法により圧着した場合、圧着後２〜１０秒後に最低粘度の状態となる。回路基板とＩＣチップの加熱温度は、熱膨張係数（ガラス基板；約４．６ｐｐｍ／℃、ガラス−エポキシ基板；約１４ｐｐｍ／℃、ＩＣチップ；約３ｐｐｍ／℃）、弾性率（ガラス基板；約６８．６ＧＰａ、ガラス−エポキシ基板；２１ＧＰａ、ＩＣチップ；約１６９．８ＧＰａ）、厚み等を考慮し、基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差が極小になるように設定することが好ましい。
さらには、回路基板への加熱効率を高めるために、圧着前に回路基板を予備加熱することが好ましい。このとき、接続部材が付いた回路基板を用いる場合は、接着剤の活性化温度以下で予備加熱をする必要がある。これは、活性化温度以上の温度で予備加熱を行った場合、接続部材の反応が進行してしまい、接続後の接続信頼性を低下させてしまうためである。
【００１１】
本発明によれば、接続時に相対峙する回路基板とＩＣチップのそれぞれを所定の温度で加熱することにより、基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差を極小にできることから、反り、クラック等の変形が低減できる接続方法を提供できる。また、本接続方法を用いることにより、接続部への応力集中を緩和できることから接続信頼性の向上が可能である。
【００１２】
【実施例】
以下実施例で詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
実施例１
（１）接続部材の作製
フィルム形成材としてフェノキシ樹脂（高分子量エポキシ樹脂）とアミン系マイクロカプセル型潜在硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ等量１８５）の比率を２０／８０とし、酢酸エチルの３０％溶液を得た。この溶液に対して、粒子径５μｍのポリスチレン系粒子に、Ｎｉ／Ａｕの厚さ０．２／０．０２μｍの金属被覆を形成した導電粒子を５体積％添加し、混合分散した。この分散液をＰＥＴ基材にロールコータを用いて連続的に塗布し、８０℃１０分間乾燥した後、厚み２０μｍの接続部材を得た。この接続部材の活性温度は１３５℃である。また、１３０〜２００℃の温度で図１及び図２に示した方法により圧着した場合、圧着後約３秒後に最低粘度の状態となる。
（２）接続
ＩＣベアチップ上に高さ１５μｍの金めっきバンプを有する評価用ＩＣチップ（サイズ１．７×１７ｍｍ、チップ厚み０．５５ｍｍ、バンプサイズ５０×５０μｍ）と、ガラス基板（厚み０．７ｍｍ）上に、酸化インジウム（厚み０．２μｍ、表面抵抗２０Ω／□）の薄膜回路を有する平面電極上との接続を行った。
まず、前記接続部材を２．０ｍｍ幅に裁断し、ガラス基板の電極上に貼り付けた。次にＰＥＴ基材セパレータを剥離した後、ＩＣチップと基板の位置合わせを行いついで、図１に示す方法を用いて圧着した。まず、接続部材が付いたガラス基板を９０℃に加熱した圧着ステージ上で３０秒間予備加熱を行った。次に、約１５０℃に加熱した圧着ヘッドを用いて、ＩＣチップ上から２０秒間加熱加圧した。このとき、接続部材料が最低粘度となる圧着後約３秒後において、ＩＣベアチップ；１５０℃、接続部材；１４０℃、ガラス基板；１１５℃であった。
【００１３】
実施例２
実施例１と同様の接続部材、評価用ＩＣチップ及び平面電極を用いて接続を行った。
まず、前記接続部材を２．０ｍｍ幅に裁断し、ガラス基板の電極上に貼り付けた。次に、ＰＥＴ基材セパレータを剥離した後、ＩＣチップと基板の位置合わせを行いついで、図２に示す方法を用いて圧着した。約１５０℃に加熱した上方の圧着ヘッドを用いて、ＩＣチップ上から２０秒間加熱加圧した。同時に、約１３０℃に加熱した下方の圧着ヘッドを用いて、ガラス基板側から２０秒加熱加圧した。このとき、接続部材料が最低粘度となる圧着後約３秒後において、ＩＣチップ；１５０℃、接続部材；１４０℃、ガラス基板；１１５℃であった。
【００１４】
実施例３
実施例１と同様の接続部材、評価用ＩＣチップを用いた。このときの基板は、ガラスエポキシ基板（厚み０．７ｍｍ）上に、銅回路電極（厚み１８μｍ）を有するものを使用した。
まず、前記接続部材を２．０ｍｍ幅に裁断し、ガラスエポキシ基板の電極上に貼り付けた。次に、ＰＥＴ基材セパレータを剥離した後、ＩＣチップと基板の位置合わせを行った。圧着は、図１に示す方法を用いて行った。まず、接続部材が付いて基板を約５℃に冷却した圧着ステージ上に３０秒間載置した。次に約１５０℃に加熱した圧着ヘッドを用いて、ＩＣチップ上から２０秒間加熱加圧した。このとき、接続部材料が最低粘度となる圧着後約３秒後において、ＩＣチップ；１５０℃、接続部材；１３５℃、ガラスエポキシ基板；４０℃であった。
【００１５】
比較例１
実施例１と同様の接続部材、評価用ＩＣチップ及び平面電極を用いての接続を行った。
まず、前記接続部材を２．０ｍｍ幅に裁断し、ガラス基板の電極上に貼り付けた。次に、ＰＥＴ基材セパレータを剥離した後、ＩＣベアチップと基板の位置合わせを行いついで、図１に示す方法を用いて圧着した。まず、接続部材が付いたガラス基板を圧着ステージ上にセットした。このとき圧着ステージは加熱しておらず約２５℃である。次に約１５０℃に加熱した圧着ヘッドを用いて、ＩＣベアチップ上から２０秒間加熱加圧した。このとき、接続部材料が最低粘度となる圧着後約３秒後において、ＩＣベアチップ；１５０℃、接続部材；１３５℃、ガラス基板；７０℃であった。
【００１６】
比較例２
実施例３と同様の接続部材、評価用ＩＣチップ及びガラスエポキシ基板を用いて接続を行った。
まず、前記接続部材を２．０ｍｍ幅に裁断し、ガラスエポキシ基板の電極上に貼り付けた。次に、ＰＥＴ基材セパレータを剥離した後、ＩＣチップと基板の位置合わせを行いついで、図１に示す方法を用いて圧着した。まず、接続部材が付いたガラス基板を圧着ステージ上にセットした。このとき圧着ステージは加熱しておらず約２５℃である。次に約１５０℃に加熱した圧着ヘッドを用いて、ＩＣベアチップ上から２０秒間加熱加圧した。このとき、接続部材料が最低粘度となる圧着後約３秒後において、ＩＣベアチップ；１５０℃、接続部材；１３７℃、ガラスエポキシ基板；６５℃であった。
【００１７】
評価１
実施例１〜３、比較例１〜２で得られた接続体を用いて、接続体の最大反り量を評価した。評価方法は、表面形状測定器（小坂研究所製  ＳＥ−３Ｃ）を用いて、ＩＣチップ実装裏面における基板の最大反り量を測定した。
得られた結果を表１に示す。この結果から明らかなように、本発明の接続方法を用いることにより、ＩＣチップと基板の反りを低減できることが分かった。
【００１８】
【表１】
0004378788.tif 000002
【００１９】
評価２
実施例１〜３、比較例１〜２で得られた接続体を用いて、接続抵抗値を評価した。評価方法は、抵抗測定機を用いて、バンプサイズ５０×５０μｍ当たりの接続抵抗値を測定した。また、この接続体を高温高湿中（８５℃８５％ＲＨ）に５００ｈ放置して、接続抵抗値の変化を測定した。
得られた結果を表２に示す。この結果から明らかなように、本発明の接続方法を用いることにより、高い接続信頼性が得られることが分かった。
【００２０】
【表２】
0004378788.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、接続時に相対峙する回路基板とＩＣチップのそれぞれを所定の温度で加熱することにより、回路基板の伸び量とＩＣチップの伸び量の差を極小にできることから、反り、クラック等の変形が低減できる接続方法を提供できる。また、接続部への応力集中を緩和できることから接続信頼性の向上が可能である。さらに、接着剤の活性化温度以下で回路基板を加熱することにより、量産性及び接続後の接続信頼性に優れた接続方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する接続方法の断面模式図。
【図２】本発明の他の実施例を説明する接続方法の断面模式図。
【図３】接続部材の断面模式図。
【図４】接続部材の断面模式図。
【図５】多層接続部材の断面模式図。
【図６】接続部材の粘度の挙動を示す線図。
【符号の説明】
１  回路基板                      ２  ＩＣチップ
３  接続部材                      ４  圧着ステージ
５  圧着ヘッド                    ６  絶縁性接着剤
７  導電材料
【図１】
0004378788.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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