JP2006339160A - 熱硬化性回路接続部材及びそれを用いた電極の接続構造、電極の接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電粒子が接続時に電極上から流出し難く電極上に保持可能で、かつ、電極と導電粒子の接触が得やすく、また接続部に気泡を含み難い長時間接続信頼性に優れ、さらに、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要で作業性に優れた、電極同士の接続に有用な高分解能の熱硬化性回路用接続部材およびこれを用いた電極の接続構造、接続方法を提供する。
【解決手段】導電材料と、バインダとしてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂とよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層の少なくとも片面に絶縁性の接着層としてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂が形成されてなる多層接続部材であって、前記導電性接着層と同等の溶融粘度を有する絶縁性接着層を備える熱硬化性回路用接続部材。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体チップ等の電子部品と回路板を接着固定すると共に、両者の電極同士を電気的に接続する熱硬化性回路接続部材、およびこれを用いた電極の接続構造並びに接続方法に関する。

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、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、従来のはんだ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異方導電性の接着剤や膜状物（以下接続部材）が多用されている。この接続部材は、導電粒子等の導電材料を所定量含有した接着剤からなるもので、この接続部材を電子部品と電極や回路との間に設け、加圧または加熱加圧手段を構じることによって、両者の電極同士が電気的に接続されると共に、電極に隣接して形成されている電極同士には絶縁性を付与して、電子部品と回路とが接着固定されるものである。上記接続部材を高分解能化するための基本的な考えは、導電粒子の粒径を隣接電極間の絶縁部分よりも小さくすることで隣接電極間における絶縁性を確保し、併せて導電粒子の含有量をこの粒子同士が接触しない程度とし、かつ電極上に確実に存在させることにより、接続部分における導電性を得ることである。

上記従来の方法は、導電粒子の粒径を小さくすると、粒子表面積の著しい増加により粒子が２次凝集を起こして連結し、隣接電極間の絶縁性が保持できなくなる。また、導電粒子の含有量を減少すると接続すべき電極上の導電粒子の数も減少することから、接触点数が不足し接続電極間での導通が得られなくなるため、長期接続信頼性を保ちながら接続部材を高分解能化することは極めて困難であった。すなわち、近年の著しい高分解能化すなわち電極面積や隣接電極間（スペース）の微細化により、電極上の導電粒子が接続時の加圧または加熱加圧により、接着剤と共に隣接電極間に流出し、接続部材の高分解能化の妨げとなっていた。このとき、接着剤の流出を抑制するために、接着剤を高粘度とすると電極と導電粒子の接触が不十分となり、相対峙する電極の接続が不可能となる。一方、接着剤を低粘度とすると、導電粒子の流出に加えてスペース部に気泡を含みやすく接続信頼性、特に耐湿性が低下してしまう欠点がある。

このようなことから、導電粒子含有層と絶縁性接着層を分離した多層構成の接続部材とし、導電粒子含有層の接続時における粘度を絶縁性接着層よりも相対的に高粘度もしくは高凝集力することで、導電粒子を流動し難くして電極上に導電粒子を保持する試みも、例えば特開昭６１−１９５１７９号公報、特開平４−３６６６３０号公報等にみられる。しかしながらこれらは接続時に導電粒子含有層が絶縁性接着層に比べ高粘度であるため、電極と導電粒子の接触が不十分となるために、接続抵抗値が高いことから接続信頼性が不満足である。また、接続抵抗値を低下するために導電粒子含有層から導電粒子をあらかじめ露出させ、電極との接触を得やすい構成とした場合、導電粒子の粒子径を大きくする必要があり高分解能化に対応できない。なお、このような微細電極や回路の接続を可能とし、かつ接続信頼性に優れた接続部材として、両方向の必要部に導電粒子の密集領域を有する接続部材の提案もある。これによれば、半導体チップのようなドット状の微細電極の接続が可能となるものの、導電粒子の密集領域とドット状電極との正確な位置合わせが必要で、作業性に劣る欠点がある。

特開昭６１−１９５１７９号公報 特開平４−３６６６３０号公報

本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、導電粒子が接続時に電極上から流出し難いので電極上に保持可能であり、かつ電極と導電粒子の接触が得やすく、また接続部に気泡を含み難いことから、長時間接続信頼性に優れ、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れた、半導体チップ類の接続に有用な高分解能の接続部材に関する。すなわち、我々の検討（後述実施例の項に詳述）によれば、接続後の電極上の導電粒子の保持性について、多層の接続部材の構成と、電極接続面の長径と短径の比（Ｌ／Ｄ）とに極めて特徴的な事実の存在することが分かり本発明に至った。

本発明の第１は、導電材料と、バインダとしてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂とよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層の少なくとも片面に絶縁性の接着層としてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂が形成されてなる多層接続部材であって、前記導電性接着層と同等の溶融粘度を有する絶縁性接着層を備える熱硬化性回路接続部材に関する。
また、本発明の第２は相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出した電極列間の接続構造であって、前記熱硬化性回路接続部材が相対峙する電極間に存在し、かつ絶縁性接着層が突出した電極の少なくとも基板側の周囲を覆ってなることを特徴とする電極の接続構造に関する。
また本発明の第３は、少なくとも一方が突出した電極を有する相対峙する電極列間に、前記熱硬化性回路接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、バインダ成分と絶縁性の接着層との接続時の溶融粘度が絶縁性の接着層に比べて、相対的にバインダ成分が低い条件下で加熱加圧することを特徴とする電極の接続方法に関する。
さらに、本発明の第４は、前記熱硬化性回路接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し加熱加圧してなる接続方法において、加熱加圧工程を２段階以上に分割し、その間に接続電極の通電検査工程および／またはリペア工程とを必要に応じて行うことを特徴とする電極の接続方法に関する。

本発明によれば、バインダ成分の接続時の溶融粘度が絶縁性の接着層と同等であることから、電極上からの流出が少ない。したがって、高分解能かつ接続信頼性に優れた接続部材およびこれを用いた電極の接続構造並びに接続方法が提供できる。

本発明を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施例を説明する接続部材の断面模式図である。本発明の接続部材は、導電材料と、バインダとしてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂とよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層１の少なくとも片面にエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂を含む絶縁性接着層２が形成されてなる多層接続部材である。図２のように絶縁性接着層２は、導電性接着層１の両面に形成しても良い。図１〜２において、図示していないが絶縁性接着層２を、さらに多層構成として接着性等の機能を付加しても良い。これらの表面には不要な粘着性やごみ等の付着防止のために、図１のように剥離可能なセパレータ５が必要に応じて存在出来る。セパレータ５は、図示していないが表裏にも形成可能である。図１の場合、セパレータ５が絶縁性接着層２に接してなるので、例えば片側の基板が平面電極の場合の仮貼り付けに際して、凹凸の少ない平面電極側にセパレータ５の存在しない導電性接着層１を形成出来るので、接続が行いやすので作業性が良く好都合である。これらの場合、連続テープ状であると接続作業工程の連続自動化が図れるので好ましい。

図３は、加圧方向に導電性を有する導電性接着層１を説明する断面模式図である。導電性接着層１は、導電材料３を含有したバインダ４よりなる。ここに導電材料３としては、図３（ａ）〜（ｇ）のようなものが適用可能である。これらのうち導電材料３は、図３（ｃ）〜（ｅ）のようにバインダ４の厚み方向に単層で存在できる粒径、すなわちバインダ４の厚みとほぼ同等の粒径とすることが、接続時に導電材料３が流動しにくいために電極上に導電材料３が保持しやすく好ましい。導電材料３がバインダ４の厚みとほぼ同等の場合、簡単な接触により電極と導電可能となり導電性が得やすい。バインダ４に対する導電材料３の割合は、０．１〜２０体積％程度、より好ましくは１〜１５体積％が、異方導電性が得やすく好ましい。また厚み方向の導電性を得やすくして高分解能とするために、バインダ４の厚さは膜形成の可能な範囲で薄い方が好ましく、２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。導電材料３としては、例えば図３の（ａ）〜（ｅ）の例示のように導電粒子で形成することが、製造が比較的容易に入手しやすいことから好ましい。また、導電材料３は、図３（ｆ）のようにバインダ４に貫通口を設けてめっき等で導電体を形成したり、図３（ｇ）のようにワイヤ等の導電繊維状としても良い。

導電粒子としては、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、セラミックス、プラスチック等の高分子等からなる核材に前記したような材質からなる導電層を被覆形成したもので良い。さらに導電材料３を絶縁層で被覆してなる絶縁被覆粒子や、導電粒子とガラス、セラミックス、プラスチック等の絶縁粒子の併用等も分解能が向上するので適用可能である。微小な電極上に１個以上好ましくはなるべく多くの粒子数を確保するには、１５μｍ以下の小粒径粒子が好適であり、より好ましくは７μｍ以下、１μｍ以上である。１μｍ以下では絶縁性接着層を突き破って電極と接触し難い。また、導電材料３は、均一粒子径であると電極間からの流出が少ないので好ましい。これら導電粒子の中では、プラスチック等の高分子核材に導電層を形成したものや、はんだ等の熱溶融金属が、加熱加圧もしくは加圧により変形性を有し、接続時に回路との接触面積が増加し、信頼性が向上するので好ましい。特に高分子類を核とした場合、はんだのように融点を示さないので軟化の状態を接続温度で広く制御でき、電極の厚みや平坦性のばらつきに対応し易いので特に好ましい。また、例えばＮｉやＷ等の硬質金属粒子や、表面に多数の突起を有する粒子の場合、導電粒子が電極や配線パターンに突き刺さるので、酸化膜や汚染層の存在する場合にも低い接続抵抗が得られ、信頼性が向上するので好ましい。

バインダ４と絶縁性接着層２は、熱や光により硬化性を示す材料が広く適用でき、接続後の耐熱性や耐湿性に優れることから、硬化性材料の適用が好ましい。なか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ので特に好ましい。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、シリコーン、ナイロン等で変性したエポキシを主成分とし、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。本発明のバインダ成分４と絶縁性接着層２とは、各成分中に共通材料を１％以上好ましくは５％以上含有すると、両層の界面接着力が向上するので好適である。共通材料としては、主材料や硬化剤等がより効果的である。また、バインダとしてエポキシ樹脂と構造が類似し相溶性があるフェノキシ樹脂を用いるとフィルム形成性が良く、導電材料の分散性が良好となり、エポキシ樹脂との配合比を変えることで、接続時の溶融粘度を変化させるのに好都合である。

本発明においては、バインダ成分の接続時の溶融粘度が、絶縁性接着層と同等であることを特徴とする。この点について、図４〜５を用いて説明する。図４は、バインダ成分４と絶縁性接着層２との加熱時の溶融粘度を示す模式説明図である。本願は、接続時の温度下でバインダ成分４（Ａ）と絶縁性接着層２（Ｂ）を同等とする。図４は、バインダ成分４と絶縁性接着層２でバインダ成分の溶融粘度を低くして示してあるが接続温度で溶融粘度が同等である。粘度の差が大き過ぎると電極と粒子との接触が不十分になりやすい。後述する図５でも説明するが、接続時の接触と流動過程のバランスから電極上に粒子を保持し、かつ電極と粒子との接触を有効に得るために好ましい粘度範囲が存在する。同様な理由により、接続時の溶融粘度は、バインダ成分が５００ポイズ以下で行うことが好ましい。
電極と電極を接続する場合、バインダ成分４と絶縁性接着層２を同じ組成とし、一定温度では溶融粘度は同等であり、接続時の温度下で加熱をバインダ成分側から行うことにより、接続時の温度下でバインダ成分の接続時の溶融粘度が絶縁性接着層に比べ同等以下とすることもできる。この場合、ほぼ同じ組成とできるので接続部材の製造が容易で温度に対する溶融粘度の変化が同等であるので接続温度に対するばらつきに対応できる。

図５（ａ）に示す接触過程で、まず導電材料３が相対的に溶融粘度が、同等の絶縁性接着層２に埋め込まれあるいは一部が捕捉された状態で、導電材料３の位置が保持される。次いで図５（ｂ）の流動過程において、絶縁性の接着層の軟化により導電材料３が突出電極１２と接触し、平面電極１４との間で導電可能となる。バインダ成分の接続時の溶融粘度が絶縁性接着層と同等の実施態様の場合、絶縁性接着層２は、導電材料３の保持が可能で隣接する突出電極間のスペースを気泡の無い状態で接続できる。この場合、絶縁性接着層２の軟化促進のために、接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、絶縁性接着層側に熱源を配し加熱加圧することがさらに好ましい。この時、加熱加圧工程を２段階以上に分割し、必要に応じて通電検査工程および／またはリペア工程とを含む電極の接続方法とすることも可能である。加熱加圧工程を２段階以上に分解することで、接着剤の硬化反応に伴う流動過程の粘度制御が可能になるので、気泡の無い良好な接続が可能となる。加えて硬化型接着剤の問題点であるリペア性の付与が可能となる。

通電検査工程は、接続電極の保持が可能な程度に、接続部材の凝集力を増加せしめ、あるいは電極接続部を加圧しながら行うことができる。通電検査は、例えば両電極からリード線を取り出し接続抵抗の測定や動作試験により可能である。この時、導電材料３と電極との接触状態の外観検査も、併用もしくは独立して行うことも出来る。リペア性とは、不要部の接着剤を除去して溶剤等で清浄化し再接続することである。一般的に硬化型接着剤は、硬化終了後に網状構造が発達し、熱や溶剤等に不溶不融性となり、清浄化が極めて困難なため従来から問題視されていた。加熱加圧工程の第一段階で、例えば導電材料３が突出電極１２と接触し、平面電極１４との間で導通可能な状態で両電極の通電検査を行う。この時、不良電極の接続部があれば、この状態でリペアし再接続を行う。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応の不十分な状態なので、剥離し易く溶剤にも浸され易くリペア作業が容易である。

溶融粘度の測定法としては、バインダ成分４と絶縁性接着層２とを相対的に比較できれば良く特に規定しないが、同一の方法とすることが好ましく、例えば高温下の測定が可能な一般的な回転式粘度計を使用できる。この時、測定時に反応が進行し粘度の変化が生じる例えば熱硬化系配合の場合は、硬化剤を除去したモデル配合での測定値を採用出来る。本発明の接続部材の製法としては、例えば導電性接着層１と、絶縁性接着層２をラミネートしたり、積層して順次塗工する等の方法が採用できる。

本発明の熱硬化性回路接続部材を用いた電極の接続構造とその製法について、図６〜８により説明する。図６は、チップ基板１１に形成された突出電極１２と、基板１３の平面電極１４とが、本発明の接続部材を介して接続された構造である。すなわち、相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出した電極列間の接続構造であって相対峙する電極間１２−１４間に導電材料３が存在し、かつ突出電極１２の周囲１５よりも導電材料の密度が高い状態で存在し、相対峙する電極列間が接続される。また、絶縁性接着層２が突出電極１２の少なくとも突出する電極の周囲１５を覆っている。ここに平面電極１４は、基板１３面からの凹凸がないか、あっても数μｍ以下とわずかな場合をいう。これらを例示すると、アディティブ法や薄膜法で得られた電極類が代表的である。

図７は、基板に形成された電極が突出電極１２と１２’同士の場合である。すなわち、図２で示した両面に絶縁性接着層２および２’を有する接続部材を介して接続した構造である。絶縁性接着層２および２’は、それぞれ突出電極１２と１２’の突出する電極の周囲を覆っており、また、チップ基板面１１および基板面１３と接している。図８は、基板に形成された電極が突出電極１２と凹状電極１６の場合である。この場合も凹状電極１６を図６に示した平面電極１４に置き換えた形で可能である。ここに凹状電極１６の例として、例えば半導体チップ類の突出電極（バンプ）形成前のＡｌパッド等があり、不要部は絶縁層１８で被覆される。絶縁層１８はシリカ、窒化ケイ素、ポリイミド等が使用され、厚みは数μｍが一般的である。図８の場合、チップ類に突出電極が形成不要であり、低コスト化が可能である。

図６〜８においては、導電性接着層１と絶縁性接着層２が境界を形成している場合を図示したが両層は混合されても良く、また図９のように突出した電極１２の頂部１７から基板１１側にかけて、導電材料３の密度が傾斜的に薄くなる構成でも良い。図６〜８において、チップ基板１１としては、シリコン、ガリウム−ヒ素、ガリウム−リン、水晶、サファイア、ガ−ネット、フェライト等の半導体類がある。基板１３としては、ポリイミドやポリエステル等のプラスチックフィルム、ガラス繊維／エポキシ等の複合体、シリコン等の半導体、ガラスやセラミックス等の無機質等を例示できる。突出電極１２は、バンプ類の他に各種回路類や端子類も含むことができる。なお、図６〜８で示した各種電極類は、それぞれ任意に組み合わせて適用できる。ここにチップ基板１１の突出電極１２は、半導体チップの接続用電極面の長径と短径の比（Ｌ／Ｄ）が２０以下であることが好ましく、１〜１０であることがより好ましい。この理由は、本発明の接続部材を用いた接続後の電極上の導電粒子の保持性が、Ｌ／Ｄの上記範囲内で良好なことによる。

接続後の電極上の導電粒子の保持性について、多層の接続部材の構成と、電極接続面の長径と短径の比（Ｌ／Ｄ）とに極めて特徴的な事実の存在する理由については十分に明らかとなっていないが、接着剤の流動する際の方向性と熱伝達性の影響と考えられる。本発明の接続部材を用いた電極の接続方法は、接続部材の絶縁性接着層２が突出した電極１２側となるように配置し、バインダ成分と絶縁性の接着層との接続時の溶融粘度が絶縁性の接着層に比べて、相対的にバインダ成分の方が低い条件下で加熱加圧する。

本発明によれば、バインダ成分の接続時の溶融粘度が絶縁性接着層と同等であるので、電極の接続時に、導電性接着層１の導電材料３が、相対的に溶融粘度が同等の絶縁性接着層２に埋め込まれ、あるいは一部が捕捉された状態で接触し、突出電極１２上に導電材料３の位置が保持される。次いで、絶縁性の接着層の軟化流動により、導電材料３が突出電極１２と接触し導通可能となる。この時、絶縁性接着層２は、バインダ成分４に比べ粘度が高く、導電材料３の保持が可能であり、隣接する突出電極間のスペース部分を気泡の無い状態で接続できる。本発明によれば、半導体チップ等の接続用電極面の長径と短径の比（Ｌ／Ｄ）が小さな場合、微小な突出電極１２上に多くの導電材料３が確実に保持されるので接続信頼性が高く、また高価な導電材料を効率良く適用できるので省資源的である。

本発明によれば、突出電極１２上に導電材料３が確実に保持され導通可能となるので、導通検査の信頼性が向上する。接着剤は、未硬化あるいは硬化反応の不十分な状態で導通検査可能なのでリペア作業が容易である。絶縁性接着層２は、突出した電極１２側となるように配置するので、隣接電極間の絶縁性と分解能が向上する。加えて、絶縁性接着層２の溶融粘度が高い構成の場合に、接続圧力が加わらないので隣接電極間に導電材料３が一層流入しにくい。導電性接着層１の導電材料３は、全面に均一に分散されてなるので、導電粒子と電極との正確な位置合わせが不要なことから作業性に優れる。接着層は、その目的に応じ、例えば電極基板の材質に適合した接着性を示す組み合わせが可能なことから材料の選択肢が拡大し、接続部の気泡減少等により、やはり接続信頼性が向上する。また一方を溶剤に可溶性もしくは膨潤性としたり、あるいは耐熱性に差を持たせることで、一方の基板面から優先的に剥離可能とし、再接続するいわゆるリペア性を付与することも可能となる。あるいは電極基板の材質に適合した任意の組み合わせとすることも可能であり、電極と導電粒子の接触が得やすく、製法も簡単である。また、接着層を接続部の外にはみ出させ封止材的作用により、補強や防湿効果を得ることもできる。

以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
参考例１
（１）導電性接着層の作製
フェノキシ樹脂（高分子量エポキシ樹脂）とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）の比率を３０／７０とし、酢酸エチルの３０重量％溶液を得た。この溶液に、粒径４±０．２μｍ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性粒子を８体積％添加し、混合分散した。この分散液をセパレータ（シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚み４０μｍ）にロールコータで塗布し、１１０℃で２０分乾燥し、厚み５μｍの導電性接着層を得た。この接着層の硬化剤を除去したモデル配合の粘度を、デジタル粘度計ＨＶ−８（株式会社レスカ製）により測定した。１５０℃における粘度は８０ポイズであった。

（２）絶縁性接着層の形成と接続部材の作製
（１）の配合比を４０／６０とし導電性接着層から導電性粒子を除去し、厚み１５μｍのシートを前記（１）と同様に作製した。まず（１）の導電性接着層面と（２）の接着層面とをゴムロール間で圧延しながらラミネートした。以上で図１の２層構成の厚みが２０μｍの多層接続部材を得た。前記と同様に測定した絶縁性接着層の１５０℃における粘度は２８０ポイズであった。したがって１５０℃における導電性接着層と絶縁性接着層との粘度の差は、２００ポイズである。

（３）接続
評価用ＩＣチップ（シリコン基板、２×１２ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、長辺側２辺にバンプと呼ばれる５０μｍφ、高さ２０μｍの金電極が３００個形成）と、ガラス１．１ｍｍ上に酸化インジウム厚み０．２μｍ（ＩＴＯ、表面抵抗２０Ω／□）の薄膜回路を有する平面電極とを接続した。ガラス側のＩＴＯ電極を前記ＩＣチップのバンプ電極サイズに対応させ周辺に測定用のリ−ドを引き出した。接続部材をＩＣチップの大きさよりも若干大きい２．５×１４ｍｍに切断し、平面電極側に導電性接着層がくるようにして仮接続した。基板が平滑であることに加え接続部材の有する粘着性により、貼り付けが容易でこの後のセパレータ剥離も簡単であった。次にＩＣチップのバンプと、平面電極とを位置合わせし、１５０℃、３０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で加熱加圧し接続体を得た。この時、接続装置の熱源は絶縁性の接着層側に配置し、平面電極側に導電性接着層を配置した。

（４）評価
この接続体の断面を研磨し顕微鏡で観察したところ、図６相当の接続構造であった。隣接電極間のスペースは気泡混入がなく粒子が球状であったが、電極上は粒子が圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。相対峙する電極間を接続抵抗、隣接する電極間を絶縁抵抗として評価したところ、接続抵抗は１Ω以下、絶縁抵抗は１０^１０Ω以上であり、これらは８５℃、８５％ＲＨ、１０００時間処理後も変化が殆どなく良好な長期信頼性を示した。本実施例における電極上（５０μｍφ＝１９６２．５μｍ^２）の接続に寄与している有効平均粒子数は、２０個（最大２３個、最小１８個、以下同様に表示）であった。接続に寄与している有効粒子とは、接続面をガラス側から顕微鏡（×１００）で観察し、電極との接触により光沢を有しているものとした。またＬ／Ｄは５０μｍφ（直径）のなので１．０である。本実施例では、バンプ上の粒子は圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。隣接バンプ間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。導電粒子は、相対峙する電極間距離のばらつきに応じて粒子の変形度が異なり、部分的にバンプに食い込むものも見られ、全電極において良好な接続を得た。

比較例１
１と同様であるが、厚みが２０μｍの従来構成の単層の導電性接着層を得た。参考例１と同様に評価したところ、電極上（５０μｍφ）の粒子数は最大１３個、最小０個であり、電極上に有効粒子の無いものが見られ、また参考例１に比べ最大と最小のばらつきが大きかった。また、接続体の絶縁抵抗を測定したところショート不良が発生した。接続時に導電粒子が電極上から流出し、隣接電極間（スペース部）での絶縁性が保持できなくなったと見られる。

参考例２
参考例１の導電性接着層の他の面に、さらに同様に絶縁性接着層を形成し、図２の３層構成の多層接続部材を得た。また、参考例１のガラス平面電極に代えて、ポリイミドフィルム上に、高さ１８μｍの銅の回路を有する２層ＦＰＣ回路板とした。参考例１と同様に接続し、図７相当の接続体を得た。参考例１と同様に評価したところ良好な接続特性を示した。電極上の有効粒子数は、突出電極同士の接続なので粒子が流出しやすい構成にもかかわらず、全電極において１０個以上の確保が可能であった。

実施例１、参考例３、４および比較例２〜３
参考例１と同様であるが、絶縁性接着層のフェノキシ樹脂と液状エポキシ樹脂の配合比を変えることで、両層の１５０℃における粘度の差を変化させた。結果を前述参考例１と共に表１に示す。各実施例、参考例では、電極上の有効粒子数が多く、ばらつきも比較的少なく、参考例１と同様に良好な接続特性を示した。比較例２では、粘度の差が大きすぎるため絶縁性接着層から導電粒子が露出できずに電極上に有効粒子が見られず、接続が不可能であった。比較例３は、接続部材の構成を参考例１と逆にした従来から知られている２層構成であるが、有効粒子数が少なく電極上に有効粒子の無いものが見られ、また参考例１に比べ最大と最小のばらつきが大きかった。

比較例４〜５
平行電極の接続として参考例２のＦＰＣ回路板同士を接続（電極幅Ｄ＝５０μｍ、接続幅Ｌ＝１５００μｍ、Ｌ／Ｄ＝３０）した。比較例４は、参考例１の接続部材による接続であるが、５０μｍφに換算した電極上の有効粒子数は９個（０〜１６）と参考例１に比べ１／２以下であった。比較例５は、比較例３の接続部材による接続であるが、有効粒子数は１８個（１４〜２４）と比較例３に比べて向上した。これらの結果から，Ｌ／Ｄの大きな回路板のような平行電極の接続の場合と、半導体チップ電極のようなＬ／Ｄの小さなドット状電極の場合とでは、接続部材の最適構成が異なることが分かった。この理由については不明であるが、接続時の熱伝達性や接着剤の流動がＬ／Ｄの影響で変化するためと考えられる。

参考例５〜７
参考例１と同様であるが、ＩＣチップ接続面のバンプ形状を変化させた。バンプは長径をＩＣチップの中央に向けた。結果を表２に示す。Ｌ／Ｄ＝１〜１０の各参考例では、電極上の有効粒子数が多く、ばらつきが比較的少なく、参考例１と同様に良好な接続特性を示した。

参考例８
参考例１と同様であるが、ＩＣチップ接続面のバンプを形成しなかった。すなわち、Ａｌ配線の必要部にパッドが形成され、パッド以外は厚み１μｍの絶縁層（この場合ＳｉＯ_２）で覆われた凹状電極の半導体チップであり、図８の構成である。この場合、半導体チップに導電性接着層側を仮接続した。本参考例では参考例１と同様に良好な接続特性を示し、チップ類への突出電極が形成不要であり、極めて経済的であった。

参考例９
参考例２の接続部材と同様であるが、導電性粒子の粒子径を７μｍとし導電性接着層厚みを７μｍとした。また絶縁性接着層の厚みを片側２５μｍ、他の面を５０μｍに形成した。電極は、ＱＦＰ形ＩＣのリード（厚み１００μｍ、ピッチ３００μｍ、電極幅３５０μｍ、接続幅３０００μｍ、Ｌ／Ｄ＝８．６）であり、ガラスエポキシ基板上の銅の厚み３５μｍの端子と接続した。本構成は図７類似であるが、ＩＣのリード側（片側）に基板のない構成である。本参考例は、高さの大きな電極同士の接続であるが、電極ずれがなく良好な接続特性を示した。導電性シート中の導電材料は図示していないが、粒子は圧縮変形され上下電極と接触保持されていた。隣接電極間に気泡混入がなく、良好な長期信頼性を示した。本参考例では、基板のない部分もリード高さに沿って接着層が形成され、リードを固定できた。電極上の有効粒子数は、全電極において１０個以上の確保が可能であった。

参考例１０〜１１
参考例１と同様であるが、ガラス基板上に５個のＩＣチップを搭載できる基板に変更し、加熱加圧工程を２段階とした。まず、１５０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２で、２秒後に加圧しながら各接続点の接続抵抗をマルチメータで測定検査した（参考例１０）。同様であるが他の一方は、１５０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、３秒後に接続装置から除去した。加熱加圧により接着剤の凝集力が向上したので、各ＩＣチップは、ガラス側に仮固定が可能で無加圧で同様に検査（参考例１１）した。両実施例ともに１個のＩＣチップが異常であった。そこで異常チップを剥離して新規チップで前記同様の接続を行ったところ、いずれも良好であった。両参考例ともに接着剤は硬化反応の不十分な状態なので、チップの剥離や、その後のアセトンを用いた清浄化も極めて簡単であり、リペア作業が容易であった。以上の通電検査工程およびリペア工程の後で、１５０℃、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２、１５秒で接続したところ、両実施例ともに良好な接続特性を示した。バンプ上の有効粒子数は、全電極において１９個以上の確保が可能であった。本参考例では参考例１に比べバンプ上の有効粒子数が増加し、電極上からの流出が少ない。加熱加圧工程を２段階としたので、粒子の保持性がさらに向上したと見られる。

参考例１２
参考例１の接続部材と同様であるが、導電粒子を表面に凹凸有するカルボニルニッケル（平均粒径３μｍ）とし、添加量４体積％、導電性接着層の厚みを５μｍに変更した。また絶縁性接着層をカルボキシル変性ＳＥＢＳ（スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体）とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８５）の比率を２０／８０とし、厚み１５μｍのシートを前記と同様に作製し、前記導電性接着層面とラミネートした。同様に測定した１５０℃における粘度は１００ポイズであった。したがって導電性接着層と絶縁性接着層との粘度の差は２０ポイズである。参考例１と同様に評価したところ、電極に導電粒子の先端が食い込んでおり、電極上の有効粒子数は、１００個以上が確保できた。接続抵抗、絶縁抵抗、長期信頼性ともに良好あった。本参考例では、導電性接着層と絶縁性接着層とで、高分子成分を変えたので接着後に、絶縁性接着層側の面から綺麗に剥離可能であった。このことは、リペア作業の容易さを意味する。導電性接着層と絶縁性接着層とのＴＭＡ（熱機械分析）による引っ張り法で求めたＴｇ（ガラス転移点）は、前者が１２５℃、後者が１００℃であった。これはリペア作業において剥離温度を高温とした場合、接着層の耐熱性の差を利用して剥離可能であり、凝集力の差を設け易いことから剥離作業に有効である。

参考例１３〜１５
参考例１の接続部材と同様であるが、絶縁粒子として参考例１の導電性粒子の核体であるポリスチレン系粒子を１体積％、導電性接着層（参考例１３）、絶縁性接着層（参考例１４）、および両層（参考例１５）にそれぞれ混合分散した。参考例１と同様に評価したところ、接続抵抗、絶縁抵抗、長期信頼性ともに良好であった。絶縁粒子の添加量が少ないので、各参考例で流動性に対する影響は見られなかった。参考例１３では、導電性粒子の間に絶縁粒子が分散され導電性接着層のみの異方導電性の分解能向上に有効であった。参考例１４は、絶縁性接着層の絶縁性保持に有効で、参考例１５は、参考例１３〜１４の両者の特徴を有していた。参考例１３と１５の絶縁粒子は、電極間で導電粒子と同様に変形保持された。

参考例１６
参考例１の接続部材と同様であるが、導電粒子の表面を絶縁被覆処理を行った。すなわち、平均粒径４μｍの導電粒子の表面を、ガラス転移点１２７℃のナイロン樹脂で厚み約０．２μｍ被覆し、添加量を１５体積％に増加した。参考例１と同様に評価したが、良好な接続特性を示した。本参考例では、電極上の粒子数が著しく増加した。電極接続部は、接続時の熱圧による絶縁層およびバインダの軟化により導通可能であるが、隣接電極列のスペース部は熱圧が少なく導電材料の表面が絶縁層で被覆されたままなので、絶縁性も良好であった。バンプ上の有効粒子数は、全電極で３０個以上の確保が可能であった。本構成では、導電材料のバインダに対する濃度を高密度に構成できた。

本発明の接続部材を示す断面模式図。 本発明の他の接続部材を示す断面模式図。 本発明における導電性接着層を示す断面模式図。 本発明における接着剤層の溶融粘度を示す線図。 本発明における接続過程を示す説明図（ａ）（ｂ）。 本発明の接続部材を用いた電極の接続構造例を示す断面模式図。 本発明の接続部材を用いた電極の接続構造例を示す断面模式図。 本発明の接続部材を用いた電極の接続構造例を示す断面模式図。 本発明の接続部材を用いた電極の接続構造例を示す断面模式図。

符号の説明

１ 導電性接着層 ２ 絶縁性接着層
３ 導電材料 ４ バインダ
５ セパレータ １１ チップ基板
１２ 突出電極 １３ 基板
１４ 平面電極 １５ 周囲
１６ 凹状電極 １７ 頂部
１８ 絶縁層

Claims (15)

1. 導電材料と、バインダとしてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂とよりなる加圧方向に導電性を有する導電性接着層の少なくとも片面に絶縁性の接着層としてエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂が形成されてなる多層接続部材であって、前記導電性接着層と同等の溶融粘度を有する絶縁性接着層を備える熱硬化性回路接続部材。
2. バインダ成分の接続時の溶融粘度が５００ポイズ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
3. バインダ成分と絶縁性接着層とが共通材料を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
4. バインダ成分と絶縁性接着層とが接着性に差を有してなることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
5. バインダ成分および／または絶縁性接着層に絶縁粒子を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
6. 導電材料が導電粒子もしくは導電粒子の表面に絶縁被覆を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
7. セパレータが絶縁性接着層に接してなることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
8. 半導体チップの接続用電極面の長径と短径の比（Ｌ／Ｄ）が２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材。
9. 相対峙する電極列間の少なくとも一方が突出した電極列間の接続構造であって、請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材が相対峙する電極間に存在し、かつ絶縁性接着層が突出した電極の少なくとも基板側の周囲を覆ってなることを特徴とする電極の接続構造。
10. 突出した電極の頂部から基板側にかけて導電材料の密度が傾斜的に薄いことを特徴とする請求項９に記載の電極の接続構造。
11. 少なくとも一方が突出した電極を有する相対峙する電極列間に、請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し、バインダ成分と絶縁性の接着層との接続時の溶融粘度が絶縁性の接着層に比べて、相対的にバインダ成分が低い条件下で加熱加圧することを特徴とする電極の接続方法。
12. 絶縁性接着層側に熱源を配し加熱加圧することを特徴とする請求項１１に記載の電極の接続方法。
13. 少なくとも一方が突出した電極を有する相対峙する電極列間に、請求項１に記載の熱硬化性回路接続部材の絶縁性接着層が突出した電極側となるように配置し加熱加圧してなる接続方法において、加熱加圧工程を２段階以上に分割し、その間に接続電極の通電検査工程および／またはリペア工程とを必要に応じて行うことを特徴とする電極の接続方法。
14. 接続電極の保持が可能な程度に熱硬化性回路接続部材の凝集力を増加せしめて通電検査することを特徴とする請求項１３に記載の電極の接続方法。
15. 電極接続部を加圧しながら通電検査することを特徴とする請求項１４に記載の電極の接続方法。
    
    
    
    

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