(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性樹脂からなるフィルム基板中に、導電性材料からなる全長６０〜５００μｍの導通路が、互いに絶縁された状態で、かつ該フィルム基板を厚み方向に貫通した状態で、かつ該フィルム基板の両面から突起した状態で、複数設けられた構造を有し、構造全体の弾性率が、２５〜１５０℃において０．１〜１．０ＧＰａである異方導電性フィルムを用い、
この異方導電性フィルムを、半導体素子と回路基板との間に挟んで接触荷重を加え、半導体素子と回路基板とを機能検査可能に導通させ、半導体素子の１つの電極あたりの接触荷重を３〜５０ｇｆとした状態で半導体素子の機能検査を行なうことを特徴とする半導体素子の検査方法。
【請求項２】
半導体素子の機能検査を行なうときの接触荷重による上記異方導電性フィルムの変位量が、５〜３０μｍである請求項１記載の検査方法。
【請求項３】
上記導通路のうち、少なくともフィルム中の部分が直径５〜３０μｍの金属導線であって、フィルム基板の両面から突起した部分が、前記金属導線自体が延長して突起したものであるか、または、前記金属導線の端面に金属が堆積して突起したものである請求項１記載の検査方法。
【請求項４】
絶縁性樹脂からなるフィルム基板中に、導電性材料からなる全長６０〜５００μｍの導通路が、互いに絶縁された状態で、かつ該フィルム基板を厚み方向に貫通した状態で、かつ該フィルム基板の両面から突起した状態で、複数設けられた構造を有し、構造全体の弾性率が、２５〜１５０℃において０．１〜１．０ＧＰａであることを特徴とする、半導体素子の機能検査用の異方導電性フィルム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方導電性フィルムの技術分野に属し、半導体素子の機能検査の際に素子との導通に介在させるための異方導電性フィルムおよびそれを用いた半導体素子の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、集積回路のさらなる高集積化に伴い、ベアチップ状態での半導体素子の電極数は増加しその配置パターンはさらに狭ピッチで微細化している。そのため、該素子のコストの上昇のみならず、該素子を実装するための回路基板も、配線パターンの微細化によって高価なものとなっている。従って、半導体素子の機能検査を行なうに際しては、該素子を回路基板に実装した後に機能検査を行なっていたのでは、該素子が不良であった場合に、良品であった回路基板も共に処分されるため、回路基板の歩留りが無意味に低下し、金額的な損失も大きくなる。また、その逆の場合も同様である。
【０００３】
従って、半導体素子の機能検査を行う際には、該素子を回路基板に実装する前の段階で種々の機能検査を行なうことが望まれる。その１つの方法として、半導体素子を、実装時と同様のポジションで回路基板に異方導電性フィルムを介して接触させ、該素子の機能検査を行なうという方法が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者等が、上記のような仮の接触状態での検査の実態をよく調べたところ、ベアチップ状態の半導体素子には反りがあり、製品の回路基板には反りやうねりがあり、そのために、１つの素子中の多数の電極のなかには、回路基板の導体部分に適正に接触できないものが発生し、検査自体の信頼性が低いものになっているということがわかった。これを解決すべく、接触荷重を大きくしたとしても、素子中の電極と回路基板の導体部分とは全て接触するようにはなるが、素子の電極に設けられたバンプ接点がその検査自体で変形してしまい、それが、検査に合格した半導体素子を回路基板に実装するときの接続不良の原因となる。
【０００５】
本発明の課題は上記問題を解決し、狭ピッチ化した電極を有する半導体素子に対しても、低い接触荷重で接続信頼性の高い機能検査を可能とする検査方法を提供することにあり、また、それに用いるための異方導電性フィルムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による検査方法は、次の特徴を有するものである。
（１）絶縁性樹脂からなるフィルム基板中に、導電性材料からなる全長６０〜５００μｍの導通路が、互いに絶縁された状態で、かつ該フィルム基板を厚み方向に貫通した状態で、かつ該フィルム基板の両面から突起した状態で、複数設けられた構造を有し、構造全体の弾性率が、２５〜１５０℃において０．１〜１．０ＧＰａである異方導電性フィルムを用い、
この異方導電性フィルムを、半導体素子と回路基板との間に挟んで接触荷重を加え、半導体素子と回路基板とを機能検査可能に導通させ、半導体素子の１つの電極あたりの接触荷重を３〜５０ｇｆとした状態で半導体素子の機能検査を行なうことを特徴とする半導体素子の検査方法。
【０００７】
（２）半導体素子の機能検査を行なうときの接触荷重による上記異方導電性フィルムの変位量が、５〜３０μｍである上記（１）記載の検査方法。
【０００８】
（３）上記導通路のうち、少なくともフィルム中の部分が直径５〜３０μｍの金属導線であって、フィルム基板の両面から突起した部分が、前記金属導線自体が延長して突起したものであるか、または、前記金属導線の端面に金属が堆積して突起したものである上記（１）記載の検査方法。
【０００９】
また、本発明の異方導電性フィルムは、次の特徴を有するものである。
（４）絶縁性樹脂からなるフィルム基板中に、導電性材料からなる全長６０〜５００μｍの導通路が、互いに絶縁された状態で、かつ該フィルム基板を厚み方向に貫通した状態で、かつ該フィルム基板の両面から突起した状態で、複数設けられた構造を有し、構造全体の弾性率が、２５〜１５０℃において０．１〜１．０ＧＰａであることを特徴とする、半導体素子の機能検査用の異方導電性フィルム。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の検査方法は、図１に示すように、後述の異方導電性フィルム１を、半導体素子２と回路基板３との間に挟んで接触荷重Ｆをかけ、半導体素子２と回路基板３とを機能検査可能に導通させて行なうものである。このとき、重要なことは、(1)異方導電性フィルム１として後述のものを用いること、(2)接触荷重を半導体素子の１つの電極あたり３〜５０ｇｆとした状態で半導体素子の機能検査を行なうことである。これによって、半導体素子や回路基板に反りやうねりがあっても、これらを異方導電性フィルムが自らの変位で吸収し、半導体素子の電極２ａと、それに対応する回路基板３上の導体部分３ａとは、好ましい最小限の荷重で全て適正な接触状態となるのである。
【００１１】
回路基板は、素子を実装すべき製品としての回路基板であってもよく、また、それをモデルとして製作した検査治具としての回路基板であってもよい。
【００１２】
接触荷重は、半導体素子の電極に対しては変形ダメージを与えない範囲で、最も接触抵抗が低くなるような荷重とする。機能検査の対象となる半導体素子の電極は、フラットなパッドや、半田バンプが形成されたものなど、様々な態様であってよく、接触荷重を電極１つあたりにつき３〜５０ｇｆ、特に５〜１５ｇｆとするのが好ましい。接触荷重が３ｇｆ未満の場合、確実な接続がとりにくい（導通率が１００％にならない）。一方、５０ｇｆを超えると、検査時において半導体素子の電極が変形し、実装時の接続不良となる。特に、半田バンプ、半田ボールのような突起高さ２０μｍ〜２００μｍ程度の突起状電極の場合に、接触荷重を上記範囲としたことの有用性が最も顕著となる。
【００１３】
半導体素子の１つの電極あたりの接触荷重は、例えば、フリップチップボンダーを使用した場合には、設定した全荷重を、接触した電極の数で割ることによって求めることができる。
【００１４】
接触荷重によって異方導電性フィルムは厚み方向に圧縮されるが、もとの厚みからの変位量が５〜３０μｍとなった状態において素子の機能検査を行なうことが、素子や基板の反りやうねりを吸収するためには好ましい。検査中の異方導電性フィルムの変位量は、直接的に計測することもできるが、異方導電性フィルムの弾性率を測定で求めておき、検査中の接触荷重を測定し、これらの値から計算によって求める方が簡便にできる。
【００１５】
半導体素子の１つの電極あたりの接触荷重を３〜５０ｇｆとし、異方導電性フィルムの変位量を５〜３０μｍとするためには、該異方導電性フィルムの構造全体の弾性率を、半導体素子の検査の温度範囲である２５〜１５０℃の範囲内において、０．１〜１．０ＧＰａ（ギガパスカル）とすべきである。なかでも特に、０．１〜０．４ＧＰａが好ましい範囲である。弾性率が０．１ＧＰａ未満では、小さな接触荷重であっても大きな接着性が発現してしまい、良品の素子を救済するために基板側から破壊処理をしなければならなくなる。また、１．０ＧＰａを超えると、基板のうねり、チップのそり等を吸収することができないため、小さな接触荷重では接続不良を起こす。
【００１６】
本発明の異方導電性フィルムは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁性樹脂からなるフィルム基板１０中に、導電性材料からなる導通路１１が、密に集合した状態で多数設けられた構造を有するものである。導通路は、全長６０〜５００μｍであり、隣合った導通路同士は全て互いに絶縁されている。また、各導通路は、フィルム基板を厚み方向に貫通した状態にあり、各導通路の両端部はフィルム基板面から突き出した状態となっている。当該異方導電性フィルムの構造全体としての弾性率は、上記のように、２５〜１５０℃において０．１〜１．０ＧＰａである。これを用いることによって、本発明の検査方法が可能となる。
【００１７】
本発明でいう異方導電性フィルムの厚みとは、導通路の長さに等しい。従って、異方導電性フィルムの厚みは、６０μｍ〜５００μｍであり、特に６０μｍ〜２００μｍ程度が実使用上好ましい寸法である。また、フィルム基板１０の厚みは、３０μｍ〜３５０μｍ程度、特に３０μｍ〜１５０μｍ程度が好ましい。両フィルム面からの各導通路の突起量は１０μｍ〜８０μｍ程度、特に１０μｍ〜５０μｍ程度が好ましい。
【００１８】
フィルム基板を構成する絶縁性樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられ、目的に応じて適宜選択されるが、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は、単独でもあるいは混合して使用してもよい。
【００１９】
また、図２の態様に対して図３に示すように、フィルム基板１０の樹脂材料と導通路１１との間にさらに他の材料からなる層１２が設けられてもよい。このような層は、何層にも重ねて設けてもよく、また、絶縁性、導電性など、用途や求められる特性に応じて材料を選択すればよい。例えば、図３において、フィルム基板１０を構成する樹脂材料に接着性の高いものを用い、導通路１１を取り巻く層１２に耐熱絶縁性の高い材料を用いるなどの態様が挙げられる。
【００２０】
導通路の材料としては、公知の導電性材料が挙げられるが、電気特性の点で銅、金、アルミニウム、ニッケルなどの金属材料が好ましく、さらには導電性の点から、銅、金がより好ましい。導通路の両端部はフィルム表面から突起しているが、その突起部分の表面を、導通性が高い金属材料や耐腐食性に優れた金やニッケルなどの材料でさらに被覆してもよい。
【００２１】
導通路の断面（通路方向と垂直に切断）の形状、大きさ、数は、本発明の異方導電性フィルムの用途により適宜選択することができるが、ピッチ５０μｍ以下のようなファインピッチの電極配置パターンに対応するには、外径５〜３０μｍとすることが好ましい。上記の条件を満たせば、導通路の断面形状は、円形や、多角形など、どのような形状であってもよい。半導体素子の１つの電極には、１個〜３個程度の複数の導通路を対応させるのが好ましい。
【００２２】
導通路は、フィルム基板内により密に配列されるのがよい。フィルム面を見たときの導通路の配列のパターンは、図４に示すような正方行列状、図２（ａ）に示すような最密状、その他、ランダムな密集状態であってもよいが、微細な電極に対応するには最密状が好ましい。
【００２３】
異方導電性フィルムの構造全体としての弾性率を決定する要素としては、導通路の材料、導通路の断面形状や全長、フィルム基板中の密度や配列パターン、フィルム基板面からの突起の量、フィルム基板の材料、フィルム基板の厚みなどである。上記したように、２５〜１５０℃の範囲内において、異方導電性フィルムの構造全体としての弾性率が０．１〜１．０ＧＰａとなるように、これらの値を選択すればよい。
【００２４】
異方導電性フィルムの構造全体の弾性率は、動的粘弾性測定装置を用いることで測定できる。測定条件は、当該異方導電性フィルムのフィルム面が拡張する方向のうちの１方向に対し、引張りモードで、一定周波数で、温度を昇温させ２５℃と１５０℃での測定とする。測定時に入力する試料の厚さは、導通路の長さ（＝異方導電性フィルム全体の厚さ）とする。
【００２５】
導通路の材料は上記の通りであるが、同じ金属材料であっても導通路の形成方法によって導電性や弾性率など種々の特性が異なる。導通路は、フィルム基板に形成した貫通孔内に金属材料をメッキで析出させて得たものであってもよいが、本発明にとって最も好ましい態様は、金属線を、フィルム基板を貫通させて導通路とした態様である。金属線のなかでも、例えばＪＩＳ  Ｃ  ３１０３に規定された銅線などのように電気を伝導すべく製造された金属導線が好ましく、電気的特性、機械的特性、さらにはコストの点でも最も優れた導通路となる。
【００２６】
上記のような金属導線がフィルム基板を貫通した状態のものを得るには、多数の絶縁電線を密に束ねた状態で互いに分離できないように固定し、各絶縁電極と角度をなす面を切断面として、所望のフィルム厚さにスライスする方法が挙げられる。なかでも、本発明の異方導電性フィルムの製造方法として最も好ましいものとしては、次の▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の工程または▲１▼▲２▼▲３▼▲５▼の工程を有する製造方法が挙げられる。
【００２７】
▲１▼直径５〜３０μｍの金属導線の表面に、絶縁性樹脂からなる被覆層を１層以上形成して絶縁導線とし、これを芯材に巻線する工程。
▲２▼上記巻線によって得られたコイルを加熱および／または加圧して、巻き付けられた絶縁導線の被覆層どうしを融着および／または圧着させて一体化しコイルブロックを形成する工程。
▲３▼前記▲２▼の工程で得られたコイルブロックを、巻きつけられた絶縁導線と角度をなして交差する平面を断面として所定のフィルム厚さに切断する工程。
▲４▼上記▲３▼で得られたフィルム状物の絶縁性樹脂の部分をエッチングし、金属導線をフィルム面から突起させる工程。
▲５▼上記▲３▼で得られたフィルム状物のフィルム面に露出している金属導線の端面にさらに金属を堆積させて、フィルム面から突起させる工程。
【００２８】
上記▲１▼〜▲３▼の工程は、絶縁電線を最も効率よく密に束ねることができ、かつ、図２（ａ）に示すような導通路の最密な集合パターンを容易に得ることができる方法である。上記▲１▼〜▲３▼の工程の後に、導通路を突起させる方法によって、上記▲４▼または▲５▼の工程を選択し加えればよい。
【００２９】
上記の製造方法によれば、金属導線の表面に被覆層を形成する際に、絶縁用、接着用など種々の特性に応じた材料を多層に形成することができる。それによって得られた異方導電性フィルムは、導電性、誘電性、絶縁性、接着性、強度などの種々の電気的特性、機械的特性が、フィルム面が拡張する方向に変化するものとなる。
【００３０】
上記の製造方法において、▲１▼の工程で用いる金属導線の外径は、５〜３０μｍが、半導体素子の機能検査を行なう上で好ましい。上記の製造方法における▲１▼〜▲５▼の各工程については、国際公開公報ＷＯ９８／０７２１６「異方導電性フィルムおよびその製造方法」に記載の技術を参照してもよい。
【００３１】
【実施例】
本実施例では、上記で挙げた▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の工程を含む製造方法によって、本発明の異方導電性フィルムとして下記試料１、試料２を製作し、比較用の異方導電性フィルムとして下記試料３、試料４を製作し、これらを用いて、本発明による検査方法を実施し、接触状態などを観察し、検査の信頼性を比較した。
【００３２】
〔試料１〕
異方導電性フィルム全体としての仕様は次のとおりである。構造は、ポリカルボジイミド樹脂からなるフィルム基板に、直径１８μｍの銅線が貫通した状態で保持され導通路となっている構造である。
フィルム基板の厚みは５０μｍ、フィルムの両面から各々突き出した銅線の突起の量は、両面共に等しく、各々２０μｍであり、この突き出た部分には、さらに厚さ０．２μｍの金メッキを施した。よって、個々の導通路のトータル長さは約９０μｍ（＝異方導電性フィルムの厚み）である。導通路同士は、巻線時の整列巻きによって、図２（ａ）に示すように、ほぼ最密の状態で集合しており、隣合った２つの導通路の中心軸線間距離は３６μｍである。
【００３３】
なお、上記▲１▼の工程で巻線に用いた絶縁導線は、直径１８μｍの銅線の表面に、ポリカルボジイミド樹脂をコーティングして被覆層としたものである。この異方導電性フィルムの構造全体の弾性率は、０．９ＧＰａであった。
【００３４】
〔試料２〕
基本的な構造、材料、製造方法は、試料１と同様である。導通路の直径は３０μｍ、フィルム基板の厚みは５０μｍ、フィルムの両面から各々突き出した銅線の突起の量は、両面共に各々１０μｍであり、この突き出た部分には、さらに厚さ０．２μｍの金メッキを施した。よって、個々の導通路のトータル長さは約７０μｍ（＝異方導電性フィルムの厚み）である。隣合った２つの導通路の中心軸線間距離は６０μｍである。この異方導電性フィルムの構造全体の弾性率は、０．５ＧＰａであった。
【００３５】
〔試料３：比較用〕
基本的な構造、材料、製造方法は、試料１と同様であるが、導通路のトータル長さ（＝異方導電性フィルムの厚み）を５０μｍとし、かつ１５０℃での弾性率が０．０５ＧＰａとなるように形成することで、本発明に用いるべき異方導電性フィルムの仕様範囲外とした。
導通路の直径は１８μｍ、フィルム基板の厚みは３０μｍ、フィルムの両面から各々突き出した銅線の突起の量は、両面共に各々１０μｍであり、この突き出た部分には、さらに厚さ０．２μｍの金メッキを施した。よって、個々の導通路のトータル長さは約５０μｍ（＝異方導電性フィルムの厚み）である。隣合った２つの導通路の中心軸線間距離は３６μｍである。この異方導電性フィルムの構造全体の弾性率は、２５℃では０．２ＧＰａであったが、１５０℃では０．０５ＧＰａであった。
【００３６】
〔試料４：比較用〕
基本的な構造、製造方法は、試料１と同様であるが、弾性率が１．５ＧＰａとなるように形成することで、本発明に用いるべき異方導電性フィルムの仕様範囲外とした。
絶縁性材料をポリアミド樹脂とし、導通路の直径は３０μｍ、フィルム基板の厚みは８０μｍ、フィルムの両面から各々突き出した銅線の突起の量は、両面共に各々２０μｍであり、この突き出た部分には、さらに厚さ０．２μｍの金メッキを施した。よって、個々の導通路のトータル長さは約１２０μｍ（＝異方導電性フィルムの厚み）である。隣合った２つの導通路の中心軸線間距離は６０μｍである。この異方導電性フィルムの構造全体の弾性率は、１．５ＧＰａであった。
【００３７】
評価用の半導体素子の仕様は、次のとおりである。チップサイズ（１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ５００μｍ）、電極のタイプ（Ａｕスタッドバンプ）、電極のバンプ径（７０μｍ）、バンプ高さ（７０μｍ）、電極数（１５６個）、電極配置における中心間ピッチ（２００μｍ）。
【００３８】
評価用の回路基板の仕様は、次のとおりである。ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）、回路パターンの厚みを含むトータル厚さ（１ｍｍ）、回路パターンの回路幅と間隙部分の幅との比（１００μｍ：１００μｍ）。
【００３９】
〔評価結果〕
上記評価用の半導体素子と回路基板を、各試料の数だけ用意し、上記試料１〜４の異方導電性フィルムを介在させて半導体素子と回路基板とを接続し、接触荷重を加えて半導体素子の電極が全点導通するのに必要な最小荷重を測定し、１つの電極あたりの接触荷重として算出した。
【００４０】
本発明の異方導電性フィルムである試料１を用いた検査では、全点導通させたときの１つの電極あたりの接触荷重は２０ｇｆであり、好ましい接触荷重によって全点での接触を達成し得ることがわかった。また、そのときの異方導電性フィルムの変位量は１５μｍであり、半導体素子や回路基板の反りやうねりを良く吸収しており、信頼性の高い良好な機能検査となっていることがわかった。
【００４１】
試料２を用いた検査でも、１つの電極あたりの接触荷重は１０ｇｆと好ましく、そのときの異方導電性フィルムの変位量は７μｍであった。試料１の場合と同様、半導体素子や回路基板の反りやうねりを良く吸収し、信頼性の高い良好な機能検査となっていることがわかった。
【００４２】
比較のための試料３を用いた検査では、全点導通させたときの１つの電極あたりの接触荷重は５ｇｆと小さな値であり、そのときの異方導電性フィルムの変位量は６μｍであった。しかし、１５０℃での弾性率を０．０５ＧＰａとしたことによって、１５０℃での検査においては、異方導電性フィルムのフィルム基板の部分が半導体素子と回路基板に各々接着し、剥離が困難となり、機能検査用としては用いられないことがわかった。
【００４３】
比較のための試料４を用いた検査では、異方導電性フィルムの弾性率を１．５ＧＰａとしたことによって、全点導通させたときの１つの電極あたりの接触荷重が４０ｇｆと過大になった。これによって、半導体素子の電極として設けられたバンプ接点のうちの多数のものには、実装時に問題となる程の大きな変形が発生し、機能検査用としては用いられないことがわかった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明による検査方法および異方導電性フィルムによって、半導体素子と回路基板とを、必要最小限の荷重で全点良好に接続でき、素子側の電極、回路基板側の導体部分とも傷つけることなく、仮の接続状態にて信頼性の高い機能検査ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査方法に従って半導体素子の検査を行なっている状態を示す断面図である。各部の寸法は、説明のために誇張して描いている。またハッチングは、領域を区別するために用いている。
【図２】本発明に用いられる異方導電性フィルムの一例を示す模式図である。図２（ａ）は、フィルム面を見た図であって、導通路の配列パターンを示すためにフィルム面の一部を拡大して示した図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ−Ｘ断面を示している。
【図３】本発明に用いられる異方導電性フィルムの他の例を示す模式図である。
【図４】異方導電性フィルムの、導通路の配列パターンの一例を示す図である。図２（ａ）と同様、フィルム面を見た図であって、フィルム面の一部を拡大して示しており、フィルムの外周形状を示すものではない。
【符号の説明】
１    異方導電性フィルム
２    半導体素子
２ａ  半導体素子の電極
３    回路基板
３ａ  回路基板の導体部分
Ｆ    接触荷重
【図１】
0003737899.tif 000002
【図２】
0003737899.tif 000003
【図３】
0003737899.tif 000004
【図４】
0003737899.tif 000005