JP2000309768A - プラスチック基板のフリップチップ接続用異方性伝導性接着剤の製造方法 - Google Patents

プラスチック基板のフリップチップ接続用異方性伝導性接着剤の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従前の異方性伝導性フィルムが有している電
気的伝導性とソルダーフリップチップの下部充填材料
（underfill）の機械的信頼性向上機能を同時に有し、
プラスチックからなる印刷回路基板（Printed Circuit
Board ; PCB）上に異方性伝導性接着剤（Anisotropic C
onductive Adhesive ; ACA）を塗布してフリップチップ
をプラスチック基板に接続した後、熱と圧力によってフ
リップチップとプラスチックを接続させることによっ
て、簡単な接続工程と高い生産性、安価な値段が具現で
きる新たなACAを提供することを課題とする 【解決手段】 エポキシ樹脂を主成分として伝導性物
質、非伝導性物質、カップリング剤および硬化剤を混合
して一定の熱膨張係数を有するプラスチック基板のフリ
ップチップ接続用高信頼性異方性伝導性接着剤の製造方
法を提供することによって上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明はエポキシ樹脂を主成
分として伝導性物質、非伝導性物質、カップリング剤お
よび硬化剤を混合して一定の熱膨張係数を有するプラス
チック基板のフリップチップ接続用高信頼性異方性伝導
性接着剤（Anisotropic Conductive Adhesive、以下ACA
と称する）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、急速に発展している半導体技術は
百万個以上のセル（cell）集積、非メモリ素子の場合頻
繁な入出力（Input/Output ; I/O）ピン個数、大ダイ大
きさ、熱放出、高電気的性能などの傾向へ発展してい
る。しかし半導体技術の急速な発展にも係わらず、電子
パッケージ技術はこれを裏付けられないのが実情であ
る。電子パッケージ技術は最終電子製品の性能、大き
さ、値段、信頼性などを決定する重要な技術中の一分野
であり、特に高電気的極小型／高密度、低電力、多機
能、超高速信号処理、永久的信頼性を追求し、最近の電
子製品において極小型パッケージ部品はコンピュータ
ー、情報通信、移動通信、高級家電製品などの必須部品
としてフリップチップ（Flip Chip）技術はスマートカ
ード（smart cards）、液晶表示装置（LCD）、プラズマ
ディスプレーパネル（PDP）などのディスプレー（Displ
ay）パッケージング、コンピューター、携帯用電話機、
通信システム（Communication system）などに幅広く活
用されている。
【０００３】このようなフリップチップ技術は既存のソ
ルダー（Solder）を用いた接続工程から安価、極微細電
極ピッチ可能、無溶剤（fluxless）工程の環境親和的な
工程、低温工程などの長所を有する伝導性接着剤を用い
た接続へ代替しつつある。
【０００４】伝導性接着剤の種類は異方性伝導性フィル
ム／接着剤（Anisotropic Conductive Film/Adhesive）
と等方性伝導性接着剤（Isotropic Conductive Adhesiv
e）などの製品があり、基本的にニッケル（Ni）、金／
ポリマー（Au/polymer）、銀（Ag）などの導電性粒子と
熱硬化性、熱可塑性の絶縁樹脂（insulating resin）で
構成されている。より信頼性があって低い抵抗値、高い
接着力を有する伝導性接着剤を用いて相互接続（interc
onnection）を確保するためには導電粒子の大きさと分
布、含量、変更量の最適値などが分からなければなら
ず、より低い温度で速い時間のうち硬化可能な接着剤樹
脂の開発と接着剤製造工程、そしてこのような接着剤を
用いた安価のフリップチップ工程開発のために異方性伝
導性接着剤の開発が必要である。
【０００５】異方性伝導性接着剤はフィルム形態とペイ
スト（paste）形態があるが、本発明ではプラスチック
基板とチップのフリップチップ接続工程のための接着剤
の製造工程の簡便性のため、ペイスト形態の接着剤開発
に主眼点を置いている。
【０００６】現在まで明らかに伝導性接着剤を用いたフ
リップチップ技術が標準化されていないため、伝導性接
着剤開発の先頭走者の日立社やソニー社の日本会社、多
国家間研究コンソーシアムを通じて体系的に研究し続け
ているヨーロッパの大学、各国の関連会社研究所は自社
製品の標準化を通ずる世界市場先占のために熾烈な競争
を繰り広げている。特に電子パッケージング技術は電子
製品の製造において最も重要な部分の一つであり、使用
材料の選択および工程、材料開発が重要化されている状
況で環境親和的な製品の傾向に合わせて技術のソルダー
接続を代替する電気導電と信頼性を確保した接続材料の
使用が必要となり、より新たな伝導性接着剤の使用が注
目を浴びている。
【０００７】本発明にかかる従来技術としては（1）No-
flow underfill technology、（2）Conventional ACAな
どがあるが、（1）は既にソルダーが形成されているチ
ップを基板に接続させるとき、下部充填材が形成される
技術であって導電性粒子を含有しておらず、（2）はACA
内に導電粒子だけがあって普通熱膨張係数が大きく高信
頼性を有しない側面で、本発明と異なる技術である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はエポキシ樹脂
を主成分とする伝導性物質、非伝導性物質、カップリン
グ剤および硬化剤を混合して一定の熱膨張係数を有する
プラスチック基板のフリップチップ接続用高信頼性異方
性伝導性接着剤を製造して従来異方性伝導性フィルムが
有している電気的導電性とソルダーフリップチップの下
部充填材料の機械的信頼性向上機能を同時に有する新た
な異方性伝導性接着剤を提供しようとする。すなわち、
プラスチックからなる印刷回路基板（PCB）上に本発明
のACAを塗布してチップを整列した後、熱過圧力によっ
てフリップチップを接続させて簡単な接続工程と高い生
産性、安価な値段が具現できるACA提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の異方性伝導性接
着剤は液状のエポキシ樹脂を接着剤主成分として伝導性
物質1と非伝導性物質2を常温で3時間混合し、カップリ
ング剤および硬化剤を加えて1時間常温でミキシング（m
ixing）して製造し、その製造工程は図1の通りである。
エポキシ樹脂はビスフェノールエフタイプ（Bisphenol
F type）を使用することによって既存のエポキシ樹脂を
用いた接着剤／フィルムとは異なって種々のエポキシ樹
脂を使用せず、粘度（viscosity）を調節するためにソ
ルベントを使用しない。伝導性物質1はソルダー（solde
r）、金（Au）がコーティングされたポリスチレン（Pol
ystyrene）高分子、銀（Ag）粉末またはニッケル（Ni）
粉末を直径5〜10μmにして6〜20wt%を使用し、エポキシ
樹脂の機械的物性を調節するために使用される非伝導性
物質2はアルミナ（Al2O3）粉末、ベリリア（BeO）粉
末、シリコンカーバイド（SiC）粉末またはシリカ（SiO
2）粉末を直径0.1〜1μmにして30〜50wt%を使用する。
この際、伝導性物質1の大きさは非伝導性物質2の大きさ
より大きくなければならないが、これは接着剤内の伝導
性粒子がチップ4のボンプと基板3の電極間に接触して伝
導性を付与するためである。一方、非伝導性物質2は接
着層のチップ4のボンプと基板3の電極が接触した部位に
熱膨張係数のような物性に影響を及ぼす。そして伝導性
物質1と非伝導性物質2のエポキシ系カップリング剤（co
upling agent）で3-グリシジルオキシプロピルトリメト
キシシラン(3-glycidyloxy propyl trimethoxy silan
e)、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-エチルトリメト
キシシラン(2-(3,4-epoxycyclohexyl)-ethyl trimethox
y silane)または3-グリシジルオキシプロピルメチルジ
エトキシシラン(3-glycidyloxy propyl methyl diethox
y silane)を3〜5wt%を加え、エポキシ樹脂の熱的硬化の
ために市販のHX3941 HPまたはHX3748 HP（日本国Asia C
iba社製）イミダゾール系の硬化剤をエポキシ重量当り3
0〜50wt%加えて製造する。
【００１０】以下、本発明を次の実施例と試験例、適用
例によって説明する。しかしこれらによって本発明の技
術的範囲が何ら制限されるものではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施例1 本発明の異方性伝導性接着剤の製造方法は図1に示した
工程を用いた。ビスフェノールF型の液状エポキシ樹脂
を主成分として使用し、伝導性物質1は機械的強度と電
気的伝導度および磁気場による整列可能性が良好なニッ
ケル粉末を直径5μmにして6wt%使用し、非伝導性物質2
は直径1μmシリカ（SiO2）粉末を10wt%使用して常温で3
時間混合した。その後、カップリング剤で3-グリシジル
オキシプロピルトリメトキシシラン3wt%加え、エポキシ
樹脂の熱的硬化のためにイミダゾール（imidazole）系
の一種であって市販のHX3941 HP（日本国Asia Ciba社
製）硬化剤をエポキシ樹脂重量当り50wt%の割合で加え
て1時間常温で機械的なミキシングを通じて製造する。
ミキシング過程中、接着剤内に気泡が多く発生するが、
これを除去するために真空で吸入させた。
【００１２】実施例2 伝導性物質1で直径5μmニッケル粉末10wt%と非伝導性物
質2で直径1μmシリカ（SiO2）粉末を50wt%混合すること
を除いては上記実施例1と同じ方法によって異方性伝導
性接着剤を製造した。
【００１３】実施例3 伝導性物質1で直径5μmニッケル粉末15wt%と非伝導性物
質2で直径1μmシリカ（SiO2）粉末を45wt%混合すること
を除いては上記実施例1と同じ方法によって異方性伝導
性接着剤を製造した。
【００１４】実施例4 伝導性物質1で直径5μmニッケル粉末20wt%と非伝導性物
質2で直径1μmシリカ（SiO2）粉末を40wt%混合すること
を除いては上記実施例1と同じ方法によって異方性伝導
性接着剤を製造した。
【００１５】試験例 非伝導性物質2の混合量による硬化後の接着剤熱膨張係
数の変化を確認するため、伝導性物質1でニッケル粉末
の含量を10wt%に固定し、非伝導性物質2でシリカ（Si
O2）粉末含量を0〜60wt%に変化させ、その他物質および
使用量は上記実施例1と同じ方法によって異方性伝導性
接着剤を製造および硬化させた。その後、TMA（Thermo
Mechanical Analysis）で常温で250℃まで分当り5℃の
速度で昇温しながら初期試片の長さ変化を測定する方法
によって接着剤の熱膨張係数を測定し、その結果を図2
に示した。シリカの含量が10wt%加えられたとき低い熱
膨張係数を示しはじめてシリカの含量が50〜60wt%のと
き、最も低い熱膨張係数を示した。すなわち伝導性物質
1のニッケル粉末の含量を10wt%使用するとき、非伝導性
物質2のシリカ粉末の含量50wt%が最適特性を示した。
【００１６】適用例：フリップチップ工程 上記実施例2で製造した異方性伝導性接着剤（ACA）を用
いて図3の順に従ってボンプされたチップ（Bumped chi
p）4をプラスチック基板3上に接続した。まず接着剤が
プラスチック基板3上によく分散されるようにプラスチ
ック基板の温度を80℃に保持した後、異方性伝導性接着
剤をプラスチック基板3上に分散させ、チップ4のボンプ
と基板3上の電極同士整列した後、フリップチップボン
ダーを使用して150℃で熱圧着して5分以内に接着剤を硬
化させ、チップ4のボンプと基板3の電極を接続した。こ
の際、接着剤はプラスチック基板3上に分配（dispensin
g）するときスクリーンプリンティングが可能な粘度の2
00,000〜400,000センチポイズ（CP）を保持するため、
エポキシ樹脂のソルベントを除去して塗布作業性を高め
た。なお、図4は、異方性伝導性接着剤によって付着さ
れた基板3とボンプが形成されたチップ4の断面図であ
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明の異方性伝導性接着剤は既存の異
方性伝導性フィルム（ACF）と類似した電気的性能を有
して下部充填材料を使用したフリップチップの機械的性
質、速い硬化性、塗布のスクリーン特性、伝導性粒子と
非伝導性粒子を含む異方性伝導性接着剤であり、製造工
程が簡単で且つ安価型フリップチップ、チップ大きさパ
ッケージング（Chip Size Packing ; CSP）市場に適用
可能である。さらに関連部品パッケージング技術に応用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の異方性伝導性接着剤の製造工程を示す
工程図である。
【図2】非導電性粒子の含量による異方性導電性接着剤
が硬化された後、熱膨張係数の動きを示すグラフであ
る。
【図3】異方性伝導性接着剤をプラスチック基板に分散
させてボンプ（bump）が形成されたチップと基板を整列
させた後、高温圧着させるフリップチップ接続工程図で
ある。
【図4】異方性伝導性接着剤によって基板とボンプが形
成されたチップの付着断面図である。
【符号の説明】
1 伝導性物質 2 非伝導性物質 3 基板 4 チップ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】異方性伝導性接着剤において、エポキシ樹
    脂を接着剤主成分として伝導性物質と非伝導性物質を常
    温で3時間混合し、これにカップリング剤および硬化剤
    を加えて1時間常温でミキシングして製造することを特
    徴とするプラスチック基板のフリップチップ接続用高信
    頼性異方性伝導性接着剤の製造方法。
  2. 【請求項２】カップリング剤は3-グリシジルオキシプロ
    ピルトリメトキシシラン(3-glycidyloxy propyl trimet
    hoxy silane)、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)-エチ
    ルトリメトキシシラン(2-(3,4-epoxycyclohexyl)-ethyl
    trimethoxysilane)または3-グリシジルオキシプロピル
    メチルジエトキシシラン(3-glycidyloxy propyl methyl
    diethoxy silane)を3〜5wt%使用することを特徴とする
    請求項１に記載のプラスチック基板のフリップチップ接
    続用高信頼性異方性伝導性接着剤の製造方法。
  3. 【請求項３】硬化剤はイミダゾール系HX3941 HPまたはH
    X3748 HPをエポキシ重量当り30〜50wt%使用することを
    特徴とする請求項１又は２に記載のプラスチック基板の
    フリップチップ接続用高信頼性異方性伝導性接着剤の製
    造方法。
  4. 【請求項４】伝導性物質はソルダー（Solder）、金（A
    u）がコーティングされたポリスチレン（Polystyrene）
    高分子、銀（Ag）粉末またはニッケル（Ni）粉末を直径
    5〜10μmにして10〜20wt%使用することを特徴とする請
    求項１、２又は３に記載のプラスチック基板のフリップ
    チップ接続用高信頼性異方性伝導性接着剤の製造方法。
  5. 【請求項５】非伝導性物質はアルミナ（Al2O3）粉末、
    ベリリア（BeO）粉末、シリコンカーバイト（SiC）粉末
    またはシリカ（SiO2）粉末を直径0.5〜1μmにして40〜5
    0wt%使用することを特徴とする請求項１、２、３又は４
    に記載のプラスチック基板のフリップチップ接続用高信
    頼性異方性伝導性接着剤の製造方法。
JP2000065022A 1999-03-10 2000-03-09 プラスチック基板のフリップチップ接続用異方性伝導性接着剤の製造方法 Expired - Fee Related JP3675285B2 (ja)

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