(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粒子を熱硬化性樹脂に分散してなる異方性導電接着材料において、該導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）と、当該異方性導電接着材料で接続すべき電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）とが以下の関係式（１）
【数１】
0003738655.tif 000002
を満たしていることを特徴とする異方性導電接着材料。
【請求項２】
該導電性粒子の平均粒径が１〜１０μｍである請求項１記載の異方性導電接着材料。
【請求項３】
電子素子の突起状電極がニッケルから構成されている請求項１又は２記載の異方性導電接着材料。
【請求項４】
電子素子の突起状電極と、配線基板の接続パッドとの間に、導電性粒子を熱硬化性樹脂に分散してなる異方性導電接着材料を挟持させ、それらを加熱加圧することにより電子素子と配線基板との導通を確保しながら接続する接続方法において、異方性導電接着材料として、導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）と電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）とが以下の関係式（１）
【数２】
0003738655.tif 000003
を満たしているものを使用することを特徴とする接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性導電接着材料及び接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、突起状電極として金バンプ或いはハンダバンプを備えたベアＩＣチップをＩＣ搭載用基板の電極パッドに直接フリップチップ実装したり、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）の形態に加工し実装することが行われている。このような実装の際には、ベアＩＣチップの突起状電極とＩＣ搭載用基板との間に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂と導電性粒子とが配合された、フィルム状、ペースト状もしくは液状の異方性導電接着材料を挟み込み、加熱加圧することが行われている。
【０００３】
ところで、金バンプの場合、材料コストが非常に高価であるという問題がある。またハンダバンプの場合、微細で均一なバンプ形成を目的として電解メッキ法により製造されるが、レジスト工程が必要であるばかりでなく、ハンダメッキを行う前に、下地金属層（Ｔｉ／Ｃｕ）を形成し、そしてバリア金属多層メッキ層（Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ）を形成する等の複雑な電解メッキ工程を要するという問題もある。
【０００４】
そこで、材料コストが低く、比較的単純な電解メッキ工程で形成可能なニッケルバンプを使用することが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ニッケルバンプの硬度が金バンプやハンダバンプに比べ高いため、異方性導電接着材料中の導電性粒子がニッケルバンプにより押し潰されて塑性変形し、ベアＩＣチップのニッケルバンプとＩＣ搭載用基板の電極パッドとに対し安定した接触状態を保てず、接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の従来の技術の問題を解決するものであり、突起状電極を備えたベアＩＣチップなどの電子素子と配線基板の接続パッドとを異方性導電接続する際に、突起状電極としてニッケルバンプなどの比較的硬いバンプを使用した場合であっても、金バンプやハンダバンプを使用した従来の異方性導電接続と変わらない接続信頼性を確保することが可能な異方性導電接着材料を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、異方性導電接続時の接続信頼性が、異方性導電接着材料中の導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）と電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）とに密接に関係しており、しかも（Ｅ）に対する（Ｅ′）の比を特定の範囲に調整することにより接続信頼性を向上させ得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、導電性粒子を熱硬化性樹脂に分散してなる異方性導電接着材料において、該導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）と、当該異方性導電接着材料で接続すべき電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）とが以下の関係式（１）
【０００９】
【数３】
０．０２≦Ｅ／Ｅ′≦０．５                    （１）
を満たしていることを特徴とする異方性導電接着材料を提供する。
【００１０】
また、本発明は、電子素子の突起状電極と、配線基板の接続パッドとの間に、導電性粒子を熱硬化性樹脂に分散してなる異方性導電接着材料を挟持させ、それらを加熱加圧することにより電子素子と配線基板との導通を確保しながら接続する接続方法において、異方性導電接着材料として、導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）と電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）とが上述の関係式（１）
を満たしているものを使用することを特徴とする接続方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の異方性導電接着材料は、導電性粒子を熱硬化性樹脂に分散してなるフィルム状、ペースト状又は液状の接着材料であるが、導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）と、当該異方性導電接着剤で接続すべき電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）とが以下の関係式（１）
【００１３】
【数４】
０．０２≦Ｅ／Ｅ′≦０．５                    （１）
を満たしていることが必要である。これは、Ｅ／Ｅ′が０．０２を下回ると、導電性粒子の復元力が小さいために十分な接続信頼性が確保できず、０．５を超えると導電粒子が十分に潰れず、やはりに十分な接続信頼性が確保できないためである。
【００１４】
ここで、突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠する試験方法で測定することができる。また、導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）は、ラウンダウーリフシッツ理論物理学教程「弾性理論」（東京図書1972年発行）42頁に定義されるＫ値に対応する。このＫ値の意味は以下の通りである。
【００１５】
半径がそれぞれＲ、Ｒ’の二つの弾性球体を圧縮させた状態で接触させるとき、ｈは次式（ｉ）及び（ii）により与えられる。
【００１６】
【数５】
ｈ＝Ｆ2/3［Ｄ2（１／Ｒ＋１／Ｒ’）］1/3                       （ｉ）
Ｄ＝（３／４）［（１−σ2）／Ｅ＋（１−σ’2）／Ｅ’］        （ii）
ここに、ｈはＲ＋Ｒ’と両球の中心間の距離の差、Ｆは圧縮力、Ｅ、Ｅ’は二つの弾性球の弾性率、σ、σ’は弾性球のポアッソン比を表す。
【００１７】
一方、球を剛体の板に置き換えて、かつ両側から圧縮する場合、Ｒ’→∞、Ｅ》Ｅ’とすると、近似的に次式（iii）が得られる。
【００１８】
【数６】
Ｆ＝（２1/2／３）（Ｓ3/2）（Ｅ・Ｒ1/2）（１−σ2）          （iii）
ここに、Ｓは圧縮変形量を表す。ここでＫ値を式（iv）のように定義すると、Ｋ値は式（v）で表される。
【００１９】
【数７】
Ｋ＝Ｅ／（１−σ2）                                          （iv）
Ｋ＝（３／√２）・Ｆ・Ｓ-3/2・Ｒ-1/2                          （v）
【００２０】
このＫ値は球体の硬さを普遍的かつ定量的に表すものである。このＫ値（即ち、１０％圧縮弾性率（Ｅ））を用いることにより、微球体又はスペーサー（以下、スペーサー等という）の好適な硬さを定量的、かつ一義的に表すことが可能となる。Ｋ値の具体的な測定方法については、本明細書の実施例において詳細に説明する。
【００２１】
なお、導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）自体の数値は、小さすぎると接続信頼性試験において接続不良になる可能性が高く、大きすぎると初期接続で導通が取れない危険性や、突起状電極以外における回路部にダメージを与えてしまう危険性があるため、一般に３〜３０Ｇｐａとする。また、電子素子の突起状電極の縦弾性率（Ｅ′）自体の数値は、小さすぎると接続時に導電粒子が突起状電極に滑り込み、接続不良になる危険性があり、大きすぎると接続時の圧力が高い場合には基板側の回路電極等を破壊する危険性があるので、一般に４０〜２００Ｇｐａとする。
【００２２】
本発明の異方性導電接着材料は、以上のような特徴を有するが、他の構成については、従来の異方性導電接着材料と同様とすることができる。
【００２３】
例えば、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを挙げることができる。また、熱硬化性樹脂は、アクリル酸エステル残基やメタクリル酸エステル残基等の光反応性官能基を有していてもよい。中でも、常温で固形のエポキシ樹脂を使用することが好ましい。この場合、常温で液状のエポキシ樹脂を併用することもできる。常温で固形のエポキシ樹脂に対する液状のエポキシ樹脂の配合比率は、フィルム状とする異方性導電接着材料に対する要求性能に応じて適宜決定することができる。更に、以上のような固形もしくは液状のエポキシ樹脂からなるフィルムの可撓性の程度をより向上させ、それにより異方性導電接着材料のピール強度もより向上させる場合には、それらのエポキシ樹脂に加えて更に可撓性エポキシ樹脂を併用することが特に好ましい。この場合、本発明の異方性導電接着材料に使用される可撓性エポキシ樹脂の含有量は、少な過ぎる場合には可撓性エポキシ樹脂の添加効果が十分に得られず、多過ぎる場合には耐熱性が低下するので、好ましくは５〜３５重量％、より好ましくは５〜２５重量％とする。
【００２４】
本発明において使用する導電性粒子としては、従来より異方性導電接着材料において用いられているような材料の中から前述の式（１）を満たすように適宜選択して使用することができる。例えば、半田粒子、ニッケル粒子などの金属粒子や、スチレン樹脂等の樹脂コア表面に金属メッキ被膜が形成された樹脂コア金属被覆粒子や、樹脂コアの周囲にシリカなどの無機粉体をハイブリダイゼーションにより付着させ、更に金属メッキ被膜で被覆した複合粒子を使用することができる。
【００２５】
導電性粒子の平均粒子径は、接続対象となる電子素子のバンプ材料やパンプ高さ等に応じて適宜決定することができるが、ベアＩＣチップを高密度でフリップチップ実装する場合等には１〜１０μｍの大きさとすることが好ましい。
【００２６】
導電性微粒子の配合量は、接続対象となる電子素子のバンプ面積や配線基板の接続パッド面積等に応じて適宜決定することができるが、少なすぎると上下の電極間に導電粒子が挟み込まれず、導通不良となり、多すぎると導電粒子の凝集により隣接する電極間でのショートの原因となるので、通常、本発明の異方性導電接着材料の樹脂固形分１００重量部に対し３〜３０重量部とすることが好ましい。
【００２７】
本発明の異方性導電接着材料には、必要に応じて、従来の異方性導電接着材料に配合されている公知の添加剤、例えば、イソシアネート系架橋剤、エポキシシラン化合物などのカップリング剤、エポキシ変性シリコーン樹脂、あるいはフェノキシ樹脂等の熱硬化性の絶縁性樹脂を添加することができる。
【００２８】
本発明の異方性導電接着材料は、上述した熱硬化性樹脂と導電性粒子とを必要に応じてトルエンなどの溶媒中で均一に混合することにより調製することができる。液状あるいはペースト状のまま使用してもよく、あるいは成膜して熱硬化性異方性導電接着フィルムとして使用することもできる。
【００２９】
本発明の異方性導電接着材料は、電子素子の突起状電極と、配線基板の接続パッドとの間に、導電性粒子を熱硬化性樹脂に分散してなる異方性導電接着材料を挟持させ、それらを加熱加圧することにより電子素子と配線基板との導通を確保しながら接続する異方性導電接続方法に好ましく適用することができる。
【００３０】
ここで電子素子は、突起状電極を有する素子が対象となる。例えば、ベアＩＣチップ、ＬＳＩチップ等が挙げられる。突起状電極としては、金バンプ、ハンダバンプなどを例示できるが、中でも硬度が高いが相対的に材料コストの低いニッケルバンプを好ましく使用することできる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を以下の実験例により具体的に説明する。
【００３２】
なお、導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）（即ち、Ｋ値）は、以下に説明するように測定した。
【００３３】
（導電性粒子の１０％圧縮弾性率（Ｅ）（Ｋ値）の測定方法）
平滑表面を有する鋼板の上の導電性粒子を散布し、その中から１個の導電性粒子を選択する。次に、粉体圧縮試験機（ＰＣＴ−２００型、島津製作所製）を用いて、ダイヤモンド製の直径５０μｍの円柱の平滑な端面で導電性粒子を圧縮する（試験荷重＝０．００９８Ｎ（１０ｇｒｆ）；圧縮速度（定負荷速度圧縮方式）＝２．６×１０-3Ｎ（０．２７ｇｒｆ）／秒；測定温度＝２０℃）。この際、圧縮荷重を電磁力として電気的に検出し圧縮変位を作動トランスによる変位として電気的に検出し、図１（ａ）に示す圧縮変位−荷重の関係を求める。この図から導電性粒子の１０％圧縮変形における荷重値と圧縮変位をそれぞれ求め、これらの値と式（v）から図１（ｂ）に示すように、圧縮歪みだけでなくＫ値（１０％圧縮弾性率（Ｅ））を求める。但し、圧縮歪みは圧縮変位を導電性粒子の粒子径で割った値を％で表したものである。
【００３４】
実施例１
エポキシ樹脂（エピコート１００９、油化シェルエポキシ（株）製）５０重量部と潜在性硬化剤（ＨＸ３７２１、旭化成（株）製）４５重量部とを混合した熱硬化性絶縁性接着剤中に、球状のニッケル粒子に金メッキを施した導電性粒子（日本化学工業（株）製、平均粒子径６μｍ、１０％圧縮弾性率（Ｅ）＝４１．６ＧＰａ）５重量部を均一に分散させたものを成膜することにより３５μｍ厚の異方性導電接着フィルムを作製した。
【００３５】
この異方性導電接着フィルムを半導体チップ（バンプ材質＝Ｎｉ、バンプ高さ＝２０μｍ、バンプ面積＝１００００μｍ2、縦弾性率（Ｅ′）＝９８ＧＰａ、Ｅ／Ｅ′＝０．４２、外形６．３ｍｍ□）とガラスエポキシ基板（配線材質＝Ｃｕ、Ｎｉ／Ａｕメッキ、配線厚み１８μｍ）との間に挟み、１８０℃、１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）、２０ｓｅｃの条件下で熱プレスすることにより両者を接続した。得られた接続体の１端子あたりの初期導通抵抗は５〜１０ｍΩであり、良好な接続状態であった。また、接続体に対して１００時間のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）（１２１℃、０．２１３Ｍｐａ（２．１ａｔｍ）、飽和湿度環境）を行ったが、ＰＣＴ後の導通抵抗値と初期導通抵抗値との間に大きな変動はなかった。
【００３６】
実施例２
実施例１で調製した熱硬化性絶縁性接着剤中に、球状のベンゾグアナミン樹脂の粒子に金メッキを施した導電粒子（日本化学工業（株）製、平均粒子径５μｍ、１０％圧縮弾性率Ｅ＝４．７ＧＰａ、Ｅ／Ｅ′＝０．０４８）５重量部を均一に分散させたものを成膜することにより３５μｍ厚の異方性導電接着フィルムを作製した。この異方性導電接着フィルムを使用して実施例１と同様に半導体チップとガラスエポキシ基板とを接続して接続体を得た。得られた接続体の１端子あたりの初期導通抵抗は５〜１０ｍΩであり、良好な接続状態であった。また、接続体に対して１００時間のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）（１２１℃、０．２１３Ｍｐａ（２．１ａｔｍ）、飽和湿度環境）を行ったが、ＰＣＴ後の導通抵抗値と初期導通抵抗値との間に大きな変動はなかった。
【００３７】
実施例３
実施例１で調製した熱硬化性絶縁性接着剤中に、球状のベンゾグアナミン樹脂をシリカで被覆し、更にその外側に金メッキを施して得られた導電性粒子（日本化学工業（株）製、平均粒子径７μｍ、１０％圧縮弾性率（Ｅ）＝２１．６ＧＰａ、Ｅ／Ｅ′＝０．２２）５重量部を均一に分散させたものを成膜することにより３５μｍ厚の異方性導電接着フィルムを作製した。この異方性導電接着フィルムを使用して実施例１と同様に半導体チップとガラスエポキシ基板とを接続して接続体を得た。得られた接続体の１端子あたりの初期導通抵抗は５〜１０ｍΩであり、良好な接続状態であった。また、接続体に対して１００時間のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）（１２１℃、０．２１３Ｍｐａ（２．１ａｔｍ）、飽和湿度環境）を行ったが、ＰＣＴ後の導通抵抗値と初期導通抵抗値との間に大きな変動はなかった。
【００３８】
比較例１
実施例１で調製した熱硬化性絶縁性接着剤中に、球状のポリスチレン樹脂に金メッキを施した導電性粒子（日本化学工業（株）製、平均粒子径５μｍ、１０％圧縮弾性率（Ｅ）＝１．５ＧＰａ、Ｅ／Ｅ′＝０．０１５）５重量部を均一に分散させたものを成膜することにより３５μｍ厚の異方性導電接着フィルムを作製した。この異方性導電接着フィルムを使用して実施例１と同様に半導体チップとガラスエポキシ基板とを接続したところ、電極間に挟まれた導電性粒子は押し潰された状態（即ち、導電粒子が破壊した状態）となったが、得られた接続体の１端子あたりの初期導通抵抗は５〜１０ｍΩであった。しかし、接続体に対して１００時間のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）（１２１℃、０．２１３Ｍｐａ（２．１ａｔｍ）、飽和湿度環境）を行ったところ、ＰＣＴ後の導通抵抗は初期導通抵抗値から大きく上昇しており、接続信頼性が大きく低下した。
【００３９】
比較例２
実施例１にて作製した異方性導電接着フィルムを半導体チップ（バンプ材質＝Ａｕ、バンプ高さ＝２０μｍ、バンプ面積＝１００００μｍ2、縦弾性率（Ｅ′）＝７６．４ＧＰａ、Ｅ／Ｅ′＝０．５４、外形６．３ｍｍ□）とガラスエポキシ基板（配線材質＝Ｃｕ、Ｎｉ／Ａｕメッキ、配線厚み１８μｍ）との間に挟み、１８０℃、１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）、２０ｓｅｃの条件下で熱プレスすることにより両者を接続した。得られた接続体の１端子あたりの初期導通抵抗は５〜１０ｍΩであり、良好な接続状態であった。しかし、接続体に対して１００時間のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）（１２１℃、０．２１３Ｍｐａ（２．１ａｔｍ）、飽和湿度環境）を行ったところ、ＰＣＴ後の導通抵抗は初期導通抵抗値から大きく上昇しており、接続信頼性が大きく低下した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の異方性導電接着材料によれば、突起状電極を備えたベアＩＣチップなどの電子素子と配線基板の接続パッドとを異方性導電接続する際に、突起状電極としてニッケルバンプなどの比較的硬いバンプを使用した場合であっても、金バンプやハンダバンプを使用した従来の異方性導電接続と変わらない接続信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷重と圧縮変位との関係図（同図（ａ））及び圧縮歪みとＫ値との関係図（同図（ｂ））である。
【図１】
0003738655.tif 000004