JP2001081438A - 接続材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着強度と電気的接続信頼性が高く、ポリイ
ミド樹脂フィルムを接続する場合でも有効に固着と電気
的接続を行うことができ、また高温多湿下において使用
しても電気的接続信頼性が低下しない接続材料を得る。 【解決手段】 相対する電極を有する被接続部材を接続
する接続材料であって、熱硬化性樹脂を含有する接着剤
成分を含み、硬化後の３０℃における弾性率が０．９〜
３ＧＰａ、ガラス転移温度が１００℃以上、引張り伸び
率が３％以上である接続材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は相対する電極を有す
る被接続部材を接続するための接続材料、特に熱硬化性
樹脂を含む接続材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】相対する電極を有する被接続部材間を接
続するために、熱硬化性樹脂を主成分とする接続材料が
用いられている。例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）で
はガラス基板上のＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜とＴＣＰ
（Tape Carrier Package)との接続、ＩＴＯ膜とドライ
バーＩＣとの接続などがある。またＩＣ、ＬＳＩ等の半
導体をプリント基板に実装する技術として、ベアチップ
等の半導体チップを接続材料により直接基板に実装する
方法がある。これらの被接続部材の接続は、チップや基
板のそれぞれ相対する位置に設けた多数の電極を対向さ
せた状態で、接続材料により接続し、電気的接続と機械
的固着を同時に得ようとするものである。

【０００３】このような接続材料としては主成分として
熱硬化性樹脂が用いられており、チップや基板等の被接
続部材間に接続材料を介在させ、相対する電極を対向さ
せた状態で両側から加圧するとともに、加熱して樹脂を
硬化させることにより接続している。チップと基板等の
被接続部材間の機械的固着は樹脂の固着（接着）力によ
り行い、電極の電気的接続は樹脂の固着により接点同士
を圧着することにより行っている。この場合接続材料中
に導電性粒子を分散させることにより電極間に導電粒子
を介在させて電気的接続を得る場合と、電極同士を直接
接触させて電気的接続を得る場合とがある。

【０００４】近年、携帯電子機器を中心とした軽薄短小
化の市場要求から、半導体チップと基板間あるいはＴＣ
ＰとＩＴＯ間の接続における接続面積の低下による接着
強度の低下が問題となっている。またドライバーＩＣ等
をフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）上に搭載するこ
とが検討されており、接続材料についても接着強度（引
き剥がし強度）を上げる必要性が出てきている。特にＦ
ＰＣにはポリイミド樹脂フィルムが用いられているが、
このようなポリイミド樹脂フィルムに対して優れた接着
性を示す接着材料は知られていなかった。

【０００５】一般に接着強度を大きくするためには、接
着剤バルクをより軟らかくしてタフネスパラメーターを
向上させる手法が知られているが、この場合ガラス転移
温度（以下、Ｔｇという場合がある）が低下したり、あ
るいは弾性率が大幅に低下する現象が起こる。接着強度
としては、このような処理により向上が期待できるが、
種々条件下における電気的接続の確保は困難になる。例
えば高温、高湿エージングにおける接着強度の低下に伴
い、接続部で電気抵抗が上昇することが知られており、
この現象をいかに小さく抑えるかも重要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、接着
強度および電気的接続信頼性が高く、ポリイミド樹脂フ
ィルムを接続する場合でも有効に機械的固着と電気的接
続を行うことができ、また高温多湿下において使用して
も電気的接続信頼性が低下しない接続材料を得ることで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次の接続材料で
ある。 （１） 相対する電極を有する被接続部材を接続する接
続材料であって、熱硬化性樹脂を含有する接着剤成分を
含み、硬化後の３０℃における弾性率が０．９〜３ＧＰ
ａ、ガラス転移温度が１００℃以上、引張り伸び率が３
％以上である接続材料。 （２） 接着剤成分がガラス転移温度が５０℃以下の熱
可塑性樹脂および／または平均粒径３０〜３００ｎｍの
エラストマー微粒子を１〜９０重量％含有する上記
（１）記載の接続材料。 （３） 接着剤成分に対し導電性粒子を０〜４０容量％
含有する上記（１）または（２）記載の接続材料。 （４） 引張り伸び率が６％以上である上記（１）ない
し（３）のいずれかに記載の接続材料。

【０００８】本発明において接続の対象となる被接続部
材は、相対する電極、特に多数の電極を有する部材がす
べて対象となる。その中でもＬＣＤのドライバーＩＣや
ＴＣＰ、あるいはメモリー、ＡＳＩＣ等の半導体チップ
のように、狭い領域に多数の電極が設けられ、電極のピ
ッチ、幅および間隔が狭い被接続部材の電極間の接続に
適している。上記の半導体チップ等の被接続部材を接続
する相手としては基板の場合が多いが、本発明の接続材
料は半導体チップ等を直接プリント基板に実装する場合
にも、またインターポーザ等を介して実装する場合にも
適用可能である。基板としてはガラス／エポキシ基板、
樹脂基板、ガラス基板、フレキシブル樹脂基板など、任
意の材質からなる基板がある。材質的にはポリイミド樹
脂フィルムは接着性が悪いが、本発明の接続材料はこの
ようなポリイミド樹脂フィルムでも接着することがで
き、しかも、電気的接続信頼性を得ることができる。ポ
リイミド以外の材質についても接着可能であり、この場
合一般の接続材料よりもさらに優れた接着性と電気的接
続信頼性を得ることができる。

【０００９】本発明の接続材料は熱硬化性樹脂を含有す
る接着剤成分を含み、この接続材料を被接続部材間に介
在させ、両側から加圧して相対する電極を押しつけて接
触させ、接続材料を電極の存在しない部分に集めた状態
で硬化させて接着することにより、電気的接続と機械的
固着を行うように構成される。電極間は直接接触させて
もよく、導電性粒子を存在させて接触させてもよい。ス
タッドバンプのように電極の突出部の面積が小さい場合
（例えば１０００μｍ²以下の場合）に直接接触させる
ことができるが、電極面積が大きい場合には導電性粒子
を存在させるのが好ましい。導電性粒子を存在させるた
めには接続材料中に導電性粒子を配合する。

【００１０】本発明の接続材料の接着剤成分に用いる熱
硬化性樹脂の主剤樹脂としてはエポキシ樹脂、ウレタン
樹脂、フェノール樹脂、水酸基含有ポリエステル樹脂、
水酸基含有アクリル樹脂など、硬化剤との併用により加
熱下またはＵＶ等の光照射下に硬化する樹脂が制限なく
使用できるが、特にその硬化温度、時間、保存安定性等
のバランスからエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂
としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、エポキシノ
ボラック樹脂または分子内に２個以上のオキシラン基を
有するエポキシ化合物等が使用できる。これらの樹脂に
は市販品がそのまま使用できる。

【００１１】上記の熱硬化性樹脂の主剤樹脂は一般に硬
化剤と併用することにより硬化反応を行うことができる
が、主剤樹脂に硬化反応に寄与する官能基が結合してい
る場合は硬化剤を省略することができる。硬化剤として
はイミダゾール、アミン、酸無水物、ヒドラジッド、ジ
シアンジアミド、これらの変性物など、加熱、光照射等
により主剤樹脂と反応して硬化反応を行うものが使用で
き、市販品でもよい。このような硬化剤としては潜在性
硬化剤が好ましい。

【００１２】潜在性硬化剤は常温における製造、保存な
らびに比較的低温（４０〜１００℃）による乾燥時には
硬化反応を行わず、硬化温度における加熱加圧（熱圧
着）またはＵＶ等の光照射により硬化反応を行う硬化剤
である。このような潜在性硬化剤としてはイミダゾー
ル、アミン等の上記の硬化剤成分をマイクロカプセル化
したものなどが特に好ましく、市販品をそのまま使用す
ることもできる。熱活性の場合、硬化開始温度としては
８０〜１５０℃のものが好ましい。

【００１３】本発明の接続材料はこのような熱硬化性樹
脂を含有するが、前記の特性を得るためにＴｇが５０℃
以下の熱可塑性樹脂および／または平均粒径３０〜３０
０ｎｍのエラストマー微粒子を含有することができる。
熱可塑性樹脂としては、Ｔｇが５０℃以下、好ましくは
３０℃以下であり、室温でゴム弾性を有する樹脂が使用
でき、例えばアクリル樹脂、ポリエステル樹脂等があげ
られる。

【００１４】エラストマー微粒子としては、Ｔｇが５０
℃以下、好ましくは３０℃以下であり、室温でゴム弾性
を有する天然または合成ゴムの微粒子が使用でき、例え
ば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジ
エンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢ
Ｒ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブ
タジエンゴム（ＮＢＲ）などがあげられる。これらのゴ
ムは架橋ゴムが使用されるが、Ｔｇが３０℃以下であれ
ば熱可塑性エラストマーも使用できる。エラストマー微
粒子の平均粒径は３０〜３００ｎｍ、好ましくは５０〜
２００ｎｍが好適である。これらのエラストマー微粒子
も市販品がそのまま使用可能である。

【００１５】本発明では接続材料に塗布性あるいはフィ
ルム形成性を付与することを目的としてＴｇが５０℃を
超える熱可塑性高分子材料を接着剤成分に配合すること
ができる。このような熱可塑性高分子材料としてはフェ
ノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が使用
できる。このほか本発明の接着剤成分には界面活性剤、
カップリング剤、老化防止剤等の添加剤を配合すること
ができる。

【００１６】本発明においては上記の接着剤成分のほか
に導電性粒子を用いなくてもよいが、用いる場合、はん
だ、ニッケル等の金属粒子、高分子核材粒子をメッキ等
により導電材で被覆した導電被覆粒子、またはこれらの
導電性の粒子を絶縁性樹脂で被覆した絶縁被覆導電粒子
などが使用できる。これらの導電性粒子の平均粒径は１
〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍとすることができ
る。

【００１７】本発明の接続材料において、接着剤成分は
熱硬化性樹脂を１０〜９９重量％、好ましくは４０〜７
０重量％、Ｔｇが５０℃を超える熱可塑性樹脂を０〜５
０重量％、好ましくは１０〜３０重量％、Ｔｇが５０℃
以下の熱可塑性樹脂および／またはエラストマー微粒子
を１〜９０重量％、好ましくは５〜３０重量％、他の添
加剤を０〜１０重量％、好ましくは０〜５重量％含むこ
とができる。導電性粒子はこれらの接着剤成分に対して
０〜４０容量％好ましくは０〜３０容量％配合すること
ができる。

【００１８】本発明の接続材料はペースト状またはフィ
ルム状の形態の製品とすることができる。ペースト状と
する場合は上記の各成分を選択することにより無溶媒で
ペースト状とすることもできるが、一般的には各成分を
溶媒に溶解または分散させてペースト状とすることがで
きる。溶媒としては、アルコール、ケトン、エステル、
エーテル、フェノール類、アセタール、窒素含有炭化水
素のような溶媒が使用でき、例えば、トルエン、ＭＥ
Ｋ、酢酸エチル、セロソルブアセテート等があげられ
る。溶媒の使用量は、樹脂成分に対して２０〜４０重量
％程度である。フィルム状とする場合は上記のペースト
を剥離シートにフィルム状に塗布し、溶媒を揮発させる
ことにより成形することができる。

【００１９】本発明の接続材料は硬化後の３０℃におけ
る弾性率が０．９〜３ＧＰａ、好ましくは０．９〜２Ｇ
Ｐａ、Ｔｇが１００℃以上、好ましくは１１０〜１８０
℃、引張り伸び率が３％以上、好ましくは５〜１６％と
なるように前記各成分の種類および量を選ぶ。上記の各
特性の測定法は次の通りである。 弾性率：ＤＭＡ法 Ｔｇ：弾性率測定時のｔａｎδのピーク温度をＴｇとす
る 引張り伸び率：ＪＩＳ Ｋ７１６１

【００２０】本発明の接続材料は、相対する電極を有す
る被接続部材間、例えば基板と半導体チップ間に介在さ
せた状態で、被接続部材の両側から加圧、加熱して、樹
脂を硬化させることにより接続を行う。接続材料がペー
スト状の場合は被接続部材の電極を含む接続領域に接続
材料を塗布し、乾燥後あるいは乾燥することなく他の被
接続部材を重ねて圧着し、硬化させる。接続材料がフィ
ルム状の場合は、接続材料を被接続部材間に介在させて
加圧、加熱、硬化を行う。硬化は加熱のほかＵＶ等の光
照射によって行うこともできる。

【００２１】上記の接続の工程では、被接続部材間に接
続材料を介在させた状態で加熱して接続材料を溶解させ
加圧すると、接続材料は電極の対向する部分から電極の
ない部分に流れ、電極部分が圧着する。導電粒子が含ま
れる場合には、導電粒子が電極間に残って電極間に接触
する。電極のない部分に流れた接着剤成分はその部分で
硬化して被接続部材間を固着する。これにより電極間の
電気的接続と部材間の機械的固着が行われる。本発明の
接続材料を用いることにより、電極の面積および間隔が
狭い場合、あるいはＦＰＣのようにポリイミド樹脂フィ
ルムを用いる場合でも機械的固着および電気的接続は良
好に行われる。ポリイミド以外の被接続部材の場合も接
着強度が大きくなる。

【００２２】例えば基板に半導体チップ等を実装する場
合、上記により一方の被接続部材としての半導体チップ
等を、他方の被接続部材としての基板等に接続すること
により実装した後、高温、多湿の環境において使用する
ことになるが、本発明の接続材料を用いることにより、
長期にわたり電気的接続信頼性が得られ、電極間の導通
不良は発生しない。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、熱硬化性樹脂を主成分
とし、特定の弾性率、Ｔｇ、引張り伸び率となるように
したので、接着強度および電気的接続信頼性が高く、ポ
リイミド樹脂フィルムを接続する場合でも有効に固着と
電気的接続を行うことができ、また高温多湿下において
使用しても電気的接続信頼性が低下しない接続材料を得
ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を実施例
により説明する。

【００２５】実施例１〜５、比較例１〜３ （接続材料の調製）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂
（大日本インキ化学工業社製、４０３２Ｄ、商品名）、
硬化剤としてイミダゾール系硬化剤（旭化成社製、ＨＸ
−３９４１ＨＰ、商品名）、エラストマー微粒子として
ポリブタジエンゴム微粒子（クラレ社製、平均粒径８０
ｎｍ）、Ｔｇ５０℃以下の熱可塑性樹脂としてアクリル
樹脂（藤倉化成社製、ＳＧ８０、商品名、Ｔｇ：−２５
℃）、Ｔｇ５０℃を超える熱可塑性樹脂としてフェノキ
シ樹脂（東都化成社製、ＹＰ５０、商品名、Ｔｇ：８０
℃）、導電性粒子として導電被覆粒子（日本化学工業社
製、ＥＨ２０ＧＮＲ、商品名、粒径５μｍ）を表１の組
成で用い、溶媒としてトルエンに溶解させてペースト状
の接続材料とした。これを剥離処理の施されたＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）からなる剥離フィルム
上に乾燥膜厚４０μｍとなるようにコーティングし、８
０℃の熱風循環式オーブン中に５分間放置してフィルム
状の接続材料を得た。

【００２６】（物性試験）弾性率の測定方法は、未硬化
の接続材料を６ｃｍ×０．２ｃｍの大きさに切り出し、
１８０℃で１５分間硬化後ＰＥＴフィルムから剥してサ
ンプルとした。試験機としてオリエンテック社製バイブ
ロンＤＤＶ０１ＦＰ（商品名）を用いチャック間距離５
ｃｍ、測定周波数１１Ｈｚ、昇温速度３℃／ｍｉｎで測
定した。この弾性率測定時のｔａｎδのピーク温度をＴ
ｇとした。

【００２７】（引張試験）引張試験の測定方法は、未硬
化の接続材料を１ｃｍ×１５ｃｍの大きさにカッターナ
イフを用いて切り出し、１８０℃の熱風循環式オーブン
中で１５分間硬化後、ＰＥＴフィルムから剥がしてサン
プルとした。引張試験機として島津社製オートグラフＡ
ＧＳ−Ｈおよびビデオ式伸び計ＤＶＥ−２００を用い、
引張速度１ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間距離１０ｃｍ、標
線間距離５ｃｍ、測定温度２３℃で引張り伸び率を測定
した。

【００２８】（接続試験）ＩＣチップ（材質：シリコ
ン、寸法：６ｍｍ×３ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍｔ、バン
プ：金メッキ、バンプ厚：２０μｍｔ、バンプ数：２７
２ピン、ピッチ：８５μｍ）を、上記フィルム状接続材
料を介してＦＰＣ基板に接続した。ＦＰＣ基板は厚さ２
５μｍのポリイミドフィルム（東レ社製、カプトン、商
品名、寸法：４０ｍｍ×４０ｍｍ）にＩＣチップのバン
プに対応して導体パターン（銅１２μｍ、ニッケル−金
メッキ）を形成したものである。上記基板上に接続材料
を介してＩＣチップをバンプと導体パターンが対向する
ように重ね１９０℃×１０秒×推力４ｋｇｆで加熱加圧
して接続した。

【００２９】上記接続体について、９０°ピール強度を
測定して接続強度とした。電気的接続信頼性について
は、４端子法にて、初期および８５℃８５％ＲＨ雰囲気
下に１０００ｈｒ放置後の接続抵抗を測定し、測定端子
４０箇所の平均値で表示した。結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】 ＊１：接着剤成分に対する容量％

【００３１】表１の結果より、実施例１〜５の接続材料
はポリイミド樹脂フィルムに対しても優れた接着性を示
し、電気的接続信頼性についても優れた結果が得られて
いる。これに対して各特性が本発明の範囲を満足しない
比較例１〜３は、接続強度に劣るものがあるほか、電気
的接続性についてはいずれも劣っていることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末政 香里 栃木県鹿沼市さつき町12−３ ソニーケミ カル株式会社内 Ｆターム(参考） 4J040 CA012 CA032 CA042 CA072 CA082 CA142 DF041 EB021 EC001 ED001 EF001 GA05 HA066 HA076 JA05 JA09 JB02 KA03 KA16 KA32 LA03 LA06 LA08 LA09 MA10 MB03 NA19 NA20 5E085 BB08 BB28 CC01 DD06 EE34 JJ36 5G301 DA42 DA57 DD03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対する電極を有する被接続部材を接続
   する接続材料であって、 熱硬化性樹脂を含有する接着剤成分を含み、 硬化後の３０℃における弾性率が０．９〜３ＧＰａ、 ガラス転移温度が１００℃以上、 引張り伸び率が３％以上である接続材料。
2. 【請求項２】 接着剤成分がガラス転移温度が５０℃以
   下の熱可塑性樹脂および／または平均粒径３０〜３００
   ｎｍのエラストマー微粒子を１〜９０重量％含有する請
   求項１記載の接続材料。
3. 【請求項３】 接着剤成分に対し導電性粒子を０〜４０
   容量％含有する請求項１または２記載の接続材料。
4. 【請求項４】 引張り伸び率が６％以上である請求項１
   ないし３のいずれかに記載の接続材料。