JP2000294910A - 異方導電性フィルムの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異方導電性フィルムの接着力や信頼性の低下
を抑制し、且つ、半導体素子及び回路基板との熱圧着時
における導通路の傾きを抑制し得る異方導電性フィルム
の接合方法を提供することにある。 【解決手段】 複数の導通路２が互いに絶縁されて絶縁
性フィルム３を厚み方向に貫通してなる異方導電性フィ
ルム１を用いる。異方導電性フィルム１を、半導体素子
４と回路基板６との間に挟み込み、絶縁性フィルム３を
形成する材料の溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ・
ｓとなる条件下にして、半導体素子４および回路基板６
に接合させる。

Description

【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
の接合方法、詳しくは半導体素子と回路基板との間に異
方導電性フィルムを挟み込んで、これらを接合する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】異方導電性フィルムは、半導体素子と回
路基板との間に挿入し、熱圧着するだけで電気的接続が
得られるため、近年の半導体素子の高度化に伴い、その
使用が増大しつつある。異方導電性フィルムとしては、
従来より絶縁性フィルム中に導電性微粒子を分散させて
形成したものが知られている。また、国際公開公報ＷＯ
９８／０７２１６には、絶縁性フィルム中に複数の導通
路を厚み方向に貫通させて形成した異方導電性フィルム
が開示されている。

【０００３】これらの異方導電性フィルムを構成する絶
縁性フィルムは、通常、接着性の絶縁性材料で形成され
ている。この絶縁性材料は熱圧着時に加熱されると、異
方導電性フィルムと半導体素子及び回路基板との間の接
着面積を広げるように流動し、半導体素子及び回路基板
と接着する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記絶
縁性材料の流動性が不十分であると、接着力や温度サイ
クルテスト等における信頼性の低下を招いてしまう場合
がある。一方、熱圧着時の加熱温度を上げて上記絶縁性
材料の流動性を高めようとした場合においては、導通
路、とりわけ半導体素子の電極や回路基板の導体パター
ンと接触していない導通路が傾いてしまい、ショート不
良が生じてしまうことがある。

【０００５】本発明の課題は、異方導電性フィルムの接
着力や信頼性の低下を抑制し、且つ、半導体素子及び回
路基板との熱圧着時における導通路の傾きを抑制し得る
異方導電性フィルムの接合方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の異方導電性フィ
ルムは、次の特徴を有するものである。 （１） 複数の導通路が互いに絶縁されて絶縁性フィル
ムを厚み方向に貫通してなる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み込み、絶縁性フィルム
を形成する材料の溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ
・ｓとなる条件下で該半導体素子および該回路基板に接
合させる異方導電性フィルムの接合方法。

【０００７】（２） 異方導電性フィルムが１２０℃〜
２８０℃に加熱されて半導体素子および回路基板に接合
される上記（１）記載の異方導電性フィルムの接合方
法。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明の異方導電性フィルムの接合
方法の一例を示す図であり、断面で示している。図１で
は接合対象となる半導体素子及び回路基板についても示
している。図１の例に示すように、本発明の接合方法に
おいては、複数の導通路２が互いに絶縁されて絶縁性フ
ィルム３をその厚み方向に貫通してなる異方導電性フィ
ルム１を用いている。

【０００９】本発明の接合方法は、異方導電性フィルム
１を、半導体素子４と回路基板６との間に挟み込み、絶
縁性フィルム３を形成する材料の溶融粘度が１０Ｐａ・
ｓ〜３００Ｐａ・ｓとなる条件下で、この半導体素子４
および回路基板６に接合させることを特徴としている。
５は半導体素子４の電極、８は半導体素子４のパッシベ
ーションである。７は回路基板６の導体パターン、９は
回路基板６のレジストである。

【００１０】図１の例では、異方導電性フィルム１は加
熱されており、この加熱によって絶縁性フィルム３を形
成する材料の溶融粘度は１０Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ・ｓ
となっている。さらに、加熱と同時に異方導電性フィル
ム１、半導体素子４および回路基板６は矢印の方向から
加圧されている。

【００１１】この加圧は、半導体素子や回路基板がダメ
ージを受けない範囲内で、異方導電性フィルムの導通路
と半導体素子の電極及び回路基板の導体パターンとの間
の接触抵抗が所望の値となるように行えば良い。具体的
には、半導体素子の電極が半田バンプであるならば、圧
力を１ｇ／バンプ〜２０ｇ／バンプに設定すれば良い。
半導体素子の電極がフラットなパッドであるならば、圧
力を０．５Ｋｇ／ｃｍ ² 〜１５Ｋｇ／ｃｍ² に設定すれ
ば良い。

【００１２】このように、本発明の接合方法では、異方
導電性フィルム１を構成する絶縁性フィルム３の形成材
料の溶融粘度が一定の範囲内となる条件下で接合を行っ
ている。このため、絶縁性フィルム３の形成材料の流動
性を適切なものとでき、従来の問題であった接着力や信
頼性の低下および導通路２の傾きを抑制することができ
る。

【００１３】本発明の接合方法は、絶縁性フィルムの形
成材料の溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ・ｓ、好
ましくは１５Ｐａ・ｓ〜２８０Ｐａ・ｓとなる条件下で
行えば良い。形成材料の溶融粘度をこのような範囲内と
することにより、半導体素子−異方導電性フィルム間お
よび回路基板−異方導電性フィルム間における接着面積
を広げるように、形成材料は流動することができる。

【００１４】本発明の接合方法において、上記の条件
は、例えば異方導電性フィルムへの加熱によって達成で
きる。具体的には、絶縁性フィルムの形成材料と同一材
料のサンプルを加熱して溶融させ、溶融粘度が１０Ｐａ
・ｓ〜３００Ｐａ・ｓとなるときの該サンプルの温度を
求め、この温度で異方導電性フィルムを加熱することで
達成できる。但し、この加熱温度は半導体素子及び回路
基板の機能が損なわれない程度とする必要がある。

【００１５】なお、溶融粘度の測定は、高化式フローテ
スターにより行えば良い。具体的には、内径１．０ｍ
ｍ、長さ１０．０ｍｍのノズルを用い、ポット内に加熱
したサンプルを１ｇ〜２ｇ入れ、１０ｋｇの荷重をかけ
て行えば良い。

【００１６】加熱方法は、特に限定されるものではな
く、従来の接合方法で用いられる方法を利用しても良
い。例えば、加圧に使用するプレスの金型を加熱してお
く方法や、フリップチップボンダーやダイボンダー等の
装置を用いて加熱する方法等が挙げられる。

【００１７】図１に示したように、本発明の接合方法に
おいて用いられる異方導電性フィルムは、複数の導通路
が互いに絶縁された状態で絶縁性フィルムをその厚み方
向に貫通してなる構造を有したものである。この異方導
電性フィルムにおいて、絶縁性フィルムは基材となるも
のである。

【００１８】絶縁性フィルムは、更に、厚み方向に異な
る材料を積層してなる構造を有するものであっても良
い。このような多層構造にあっては、半導体素子又は回
路基板と接する層のみが溶融粘度１０Ｐａ・ｓ〜３００
Ｐａ・ｓで溶融する材料で形成されても良いし、他の層
も溶融する材料で形成されても良い。さらに、絶縁性フ
ィルムは、導通路の側面を囲む同心円状の層が設けられ
た面方向に多層となった構造を有するものであっても良
い。また、これらの構造を組み合わせた構造を有するも
のであっても良い。絶縁性フィルムの構造は用途や求め
られる特性に応じて決定すれば良い。

【００１９】絶縁性フィルムを形成する材料としては、
熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられ、この場合、加
熱温度は１２０℃〜２８０℃程度とすれば良い。熱可塑
性樹脂の例としては、ポリイミド樹脂、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、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等が挙げられる。
熱可塑性樹脂の場合、加熱温度は１８０℃〜２８０℃に
設定するのが好ましい。なお、ポリエステル樹脂の場合
においては、加熱温度は２００℃〜２４０℃に設定する
のが好ましい。ポリカルボジイミド樹脂の場合において
は、加熱温度は２３０℃〜２８０℃に設定するのが好ま
しい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリエス
テル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂の場合、加熱温
度は１２０℃〜２５０℃に設定するのが好ましい。

【００２０】本発明において絶縁性フィルムは、上記の
中から目的に応じて一又は二以上の材料を選択して形成
すれば良い。選択された材料は、単独でもあるいは混合
して使用しても良い。なお、厚み方向に三層以上を積層
してなる絶縁性フィルムにおいては、半導体素子及び回
路基板に接触しない中間の層は上記材料で形成されてい
る必要はなく、例えば、熱圧着時において接着性を示さ
ない熱硬化性樹脂等で形成しても良い。また、上述の面
方向に多層となった場合においては、導通路の側面を囲
む層を、熱圧着時において接着性を示さない熱硬化性樹
脂等で形成しても良い。

【００２１】絶縁性フィルムの厚みは、接合対象となる
半導体素子や回路基板に対して十分な接着力を示すよう
に、これらの大きさや形状、更には絶縁性フィルムの構
造を考慮して設定する必要がある。具体的には、絶縁性
フィルムが熱可塑性樹脂のみで形成され、厚み方向に単
一の層のみを有するものであれば、厚みは１０μｍ〜２
００μｍに設定するのが好ましい。絶縁性フィルムが厚
み方向に多層を有するものであれば、半導体素子または
回路基板に接する層の厚みが１μｍ〜２０μｍとなるよ
うに厚みを設定するのが好ましい。

【００２２】異方導電性フィルムを構成する導通路は、
導電性を有し、互いに絶縁された状態で絶縁性フィルム
中に配置されていれば良い。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。但
し、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、例えば導通路の断面が円
形であるならば、導通路の断面の外径は５μｍ〜３０μ
ｍとすることが好ましい。なお、導通路の断面の形状
は、円形以外の多角形などであっても良い。

【００２３】導通路の配列のパターンは特に限定される
ものではない。導通路は、例えば正方行列状や最密状
に、またはランダムに配列すれば良い。但し、微細な半
導体素子の電極に対応するには最密状が好ましく、半導
体素子の一つの電極に対し１個〜３個程度の導通路を対
応させるのが好ましい。

【００２４】導通路を形成する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、金がより好ましく用いられる。導
通路の両端は、絶縁性フィルムの両端において露出して
おれば良く、フィルム面から突起しても良いし、フィル
ム面より窪んでいても良い。また、導通路の両端には、
導通性や耐腐食性を向上させるために、金、ニッケル、
半田などの層を設けておいても良い。

【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種々の特
性が異なってくる。導通路は、絶縁性フィルムに設けた
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】このような金属導線を導通路とする方法と
しては、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、所望の厚さにスライスする方法が挙げられ
る。とりわけ、本発明で用いる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、次のの
工程を少なくとも有する製造方法が挙げられる。

【００２７】直径５μｍ〜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。 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。 前記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
て所定の厚さに切断する工程。

【００２８】上記〜の工程を少なくとも有する製造
方法は、絶縁電線を最も効率よく密に束ねることがで
き、かつ、導通路の配列のパターンを最密状とできる方
法である。さらに、金属導線の表面に形成する層を二層
以上とすれば、絶縁性フィルムの構造を、基材として機
能する層と導通路の側面を同心円状に囲む層とからなる
ものに容易にできる。この構造の絶縁性フィルムによっ
て異方導電性フィルムを構成すれば、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異方導電
性フィルムを得ることができる。

【００２９】また、導通路を絶縁性フィルムのフィルム
面から突起させるのであれば、上記〜の工程に加
え、更に以下の又はの工程を行えば良い。 上記の工程において切り出されたフィルムの絶縁性
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。 上記の工程において切り出されたフィルムのフィル
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。

【００３０】上記の異方導電性フィルムの製造方法にお
いて、の工程で用いる金属導線の外径は、導通路の好
ましい外径から、５μｍ〜３０μｍとする。その表面に
形成する被覆層の材料として用いる絶縁性樹脂には、上
記の絶縁性フィルムの材料を用いる。その他、上記の製
造方法における〜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】本発明の接合方法において用いられる半導
体素子は、特に限定されるものではなく、既知のものや
今後開発されるものを利用できる。また、半導体素子の
電極も特に限定されるものではなく、突起状の半田バン
プであっても、平らなパッドであっても良い。

【００３２】本発明の接合方法において用いられる回路
基板は、半導体素子との電気的接続が必要なものであれ
ば特に限定されるものではない。回路基板は、半導体素
子を実装すべき製品としての回路基板であっても良い
し、又それをモデルとして製作した検査ジグとしての回
路基板であっても良い。

【００３３】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。

【００３４】実施例１ 実際に、図１に示す接合方法に準じて異方導電性フィル
ムと半導体素子及び回路基板との接合を行なった。異方
導電性フィルムとしては、ポリアミド樹脂からなる絶縁
性フィルム（厚み７０μｍ）に、直径１８μｍ、長さ７
０μｍの銅線をピッチ３６μｍで厚み方向に貫通させて
形成したものを用いた。絶縁性フィルムを形成するポリ
イミド樹脂の溶融粘度は、温度２５０℃において１８０
Ｐａ・ｓである。半導体素子としては、大きさ１０ｍｍ
×１０ｍｍ、電極数１５２個のものを用い、回路基板と
しては、ガラスエポキシ基板ＦＲ−４で形成されたもの
を用いた。接合は、フリップチップボンダーの温度を２
５０℃に設定し、圧力５Ｋｇ／ｃｍ² の条件下で２０秒
間加圧・加熱して行なった。

【００３５】上記で得られた接合体について温度サイク
ルテスト（−２５℃×３０分間〜１２５℃×３０分間）
を行なったところ、５００サイクルまでオープン不良は
確認されず、信頼性は十分であった。また、断面観察を
行って導通路の傾きを調べたところ、導通路の傾きは認
められなかった。

【００３６】次に、上記と同様の異方導電性フィルム
を、大きさ３ｍｍ×３ｍｍのモデル素子とガラスエポキ
シ基板とに上記と同条件で接合し、これらについて剪断
接着力の測定を行なった。測定はプッシュ−プルゲージ
を用いて行なった。結果、異方導電性フィルム−モデル
素子間、異方導電性フィルム−ガラスエポキシ基板間の
いずれにおいても剪断接着力は１０ＭＰａであった。こ
のことから、十分な接着力が得られているといえる。

【００３７】実施例２ 異方導電性フィルムとして、ポリエステル樹脂からなる
絶縁性フィルム（厚み１００μｍ）に、実施例１と同様
に銅線を貫通させて形成したものを用い、半導体素子及
び回路基板として実施例１と同様のものを用いて接合を
行なった。なお、絶縁性フィルムを形成するポリエステ
ル樹脂の溶融粘度は、温度２２０℃において２２０Ｐａ
・ｓである。接合は、フリップチップボンダーの温度を
２２０℃に設定し、圧力１０Ｋｇ／ｃｍ² の条件下で３
０秒間加圧・加熱して行なった。

【００３８】上記で得られた接合体について、実施例１
と同様に、温度サイクルテスト（−２５℃×３０分間〜
１２５℃×３０分間）を行なったところ、５００サイク
ルまでオープン不良は確認されず、信頼性は十分であっ
た。また、実施例１と同様に、断面観察を行って導通路
の傾きを調べたところ、導通路の傾きは認められなかっ
た。さらに、実施例１と同様にし、モデル素子及びガラ
スエポキシ基板を用いて接着力の測定を行ったところ、
異方導電性フィルム−モデル素子間、異方導電性フィル
ム−ガラスエポキシ基板間のいずれにおいても剪断接着
力は９ＭＰａであった。このことから、十分な接着力が
得られているといえる。

【００３９】比較例 実施例２で用いた異方導電性フィルム、半導体素子およ
び回路基板を用い、フリップチップボンダーの温度を１
８０℃に設定し、圧力２５Ｋｇ／ｃｍ² の条件下で６０
秒間加圧・加熱して接合を行なった。なお、温度１８０
℃での絶縁性フィルムを形成するポリエステル樹脂の溶
融粘度は４５０Ｐａ・ｓであった。

【００４０】上記で得られた接合体について、実施例１
と同様に、温度サイクルテスト（−２５℃×３０分間〜
１２５℃×３０分間）を行なったところ、１００サイク
ルで半導体素子の５０％の電極にオープン不良が確認さ
れ、信頼性は不十分であった。また、実施例１と同様
に、断面観察を行って導通路の傾きを調べたところ、導
通路の傾きが発生していたのが認められた。さらに、実
施例１と同様にし、モデル素子及びガラスエポキシ基板
を用いて接着力の測定を行ったところ、異方導電性フィ
ルム−モデル素子間、異方導電性フィルム−ガラスエポ
キシ基板間のいずれにおいても剪断接着力は１ＭＰａで
あった。このことから、接着力は不十分であるといえ
る。

【００４１】

【発明の効果】このように、本発明の異方導電性フィル
ムの接合方法を用いれば、異方導電性フィルムの接着力
や温度サイクルテストにおける信頼性（オープン不良の
低下）を向上させることができる。さらに、接合時にお
ける導通路の傾きを抑制でき、ひいてはショート不良の
発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異方導電性フィルムの接合方法の一例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 異方導電性フィルム ２ 導通路 ３ 絶縁性フィルム ４ 半導体素子 ５ 半導体素子の電極 ６ 回路基板 ７ 回路基板の導体パターン ８ 半導体素子のパッシベーション ９ 回路基板のレジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀田 祐治 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB05 BB16 CC61 CD31 5F044 LL09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の導通路が互いに絶縁されて絶縁性
   フィルムを厚み方向に貫通してなる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み込み、絶縁性フ
   ィルムを形成する材料の溶融粘度が１０Ｐａ・ｓ〜３０
   ０Ｐａ・ｓとなる条件下で該半導体素子および該回路基
   板に接合させる異方導電性フィルムの接合方法。
2. 【請求項２】 異方導電性フィルムが１２０℃〜２８０
   ℃に加熱されて半導体素子および回路基板に接合される
   請求項１記載の異方導電性フィルムの接合方法。