JPH11135174A - 厚さ方向導電シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の異方導電シートでは一旦接続を行った
後は、容易に再剥離することが出来ない。また、金属粒
子や、金属皮膜した樹脂粒子を分散させた異方導電シー
トは、微小粒子の点接触による導通抵抗が大きい。絶縁
性フィルムにレーザー穴開けし、メッキによって電極を
作製した異方導電シートでは、レーザー加工のコストが
高く、メッキによる電極の高さばらつきが大きいという
問題点がある。 【解決手段】 金属箔上に、溶媒に対する溶解性の異な
る２種類の樹脂を順に塗布乾燥することによって得られ
る２層構造絶縁層付き金属箔をエッチングして導体端子
を形成する。被接続体に加熱圧着するとともに、導体端
子を絶縁層内部に沈み込ませることによって導通接続と
接着を同時に行う。絶縁性樹脂層を２層構造にし、各々
の層に、溶媒に対する溶解性の異なる樹脂を使用するこ
とによって、一旦接続を行った後でも、容易に再剥離す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電気
・電子部品の複数の電極端子を一括して同時に電気的に
接続することができ、しかも容易に再剥離の出来る厚さ
方向導電シートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短
小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化さらには高
密度実装化が進んできている。これらの電子機器に使用
される半導体パッケージは小型化かつ多ピン化してきて
おり、最近では回路基板上にチップを実装したものとし
てＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ
（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）といったエ
リア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。
これらの半導体パッケージにおいて、半導体チップの電
極と従来型半導体パッケージのリードフレームの機能を
有する半導体パッケージ用基板と呼ばれるプラスチック
やセラミックス等各種材料を使って構成されるサブスト
レートの端子との電気的接続方法として、ワイヤーボン
ディング方式やＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ
Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式、さらにはＦＣ（Ｆｒｉｐ Ｃ
ｈｉｐ）方式などが知られているが、最近では半導体パ
ッケージの小型化に有利なＦＣ接続方式を用いたＢＧＡ
やＣＳＰの構造が盛んに提案されている。

【０００３】このＦＣ接続方式は、一般に、半導体チッ
プの電極にあらかじめ接続用バンプを形成しておき、こ
のバンプとサブストレート上の端子を位置合わせして熱
圧着により接続するが、半導体チップの電極にバンプを
形成する工程が複雑でバンプ製造コストがかかり、ま
た、バンプ接続部分の耐湿信頼性を得るためチップとサ
ブストレートとの間隙に、アンダーフィルと呼ばれる樹
脂を充填して接続部分を封止する必要があり、このアン
ダーフィル樹脂を充填し硬化させる工程が必要となるた
め製造工程が複雑で製造コストが高くなる問題がある。
そこで、半導体チップとサブストレートの電気的接続
に、バンプに代わる接続材料として異方導電シートを使
用する方法が着目され検討されている。

【０００４】上記のように異方導電シートを厚さ方向の
電気的接続材料として用いることは、半導体パッケージ
の小型化に有効な手段として益々注目されてきており、
以下のような異方導電シートが提案されている。

【０００５】従来より、熱可塑性や熱硬化性の樹脂中に
導電性の微粒子を分散させ、熱圧着時に樹脂が流動して
接続端子間に挟まれた導電性の微粒子によって厚さ方向
の電気的接続を得る異方導電シートがよく知られてお
り、液晶ディスプレイパネルとＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａ
ｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）の電気的接続などに使用
されている。前記構造の異方導電シートは樹脂に導電性
微粒子を分散させるといった比較的簡単な工程で製造で
きることを特徴としている（特開昭６０―１４０７９１
号公報）。また最近では、樹脂フィルムにドリルやレー
ザによって微小な貫通穴を明け、その後メッキや導電性
ペースト印刷などの方法により、貫通穴内部を導電体で
充填し、さらに樹脂フィルムの表面に接着層を形成した
構造を持ち、熱圧着時に接着層が流動し導電体が露出し
て接続端子間に挟まれた導電体によって厚さ方向の電気
的接続を得る異方導電シート（たとえば特開平４―３６
３８１１号公報）や、基板上にあらかじめバンプを作製
しておき、この上に接着剤を塗布乾燥したのち基板から
剥離してバンプ状電極を絶縁性接着シート表面に備えた
異方導電シート（たとえば特開平７―３２０５４３号公
報）が提案されている。このような構造の異方導電シー
トは導電体をシート面内の任意の位置に配置できること
を特徴としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして得られる異方導電シートには次の様な問題が
ある。まず、熱硬化性の樹脂を使用した異方導電シート
では、一旦接続を行ったあとは、樹脂が硬化してしまう
ために再度剥離することは容易ではない。従って、半導
体素子をこのような異方導電シートを用いて実装した場
合、実装後のテストで半導体素子の不良が発見された場
合でも素子の交換が不可能である。また、熱可塑性の樹
脂を使用した異方導電シートの場合は、一旦接続を行っ
た後でも、加熱することによって再度剥離することが可
能であるが、高温度での加熱が必要であるため、周辺に
搭載されている他の部品を痛めてしまう可能性がある。

【０００７】さらに、特開昭６０―１４０７９１号公報
記載のように熱可塑性や熱硬化性の樹脂中に導電性微粒
子を分散させた構造のものは、電気的接続を電極と端子
間に確率的に存在する導電性微粒子によって得ているた
め、端子が狭ピッチになるに従い、導電性微粒子をより
微小により多く分散させる必要があり、これにより、微
粒子密度が高まり微粒子間距離が狭まるため電気的絶縁
性が低下する問題と、微粒子と端子との接続面積が小さ
くなるため接続抵抗が上昇する問題がある。また、前記
構造の異方導電シートはシート面内で接続点を任意に選
べないため、多層板の層間接続に使用する場合などは、
あらかじめ接続する端子以外の回路を絶縁樹脂で被覆し
て、さらに導通させるべき部分のみが圧力を受ける構造
としなければならず、実際には多層板の全面に前記構造
の異方導電シートを配して導通を図ることは困難であ
る。

【０００８】次に、特開平４―３６３８１１号公報記載
のように樹脂フィルムにドリルやレーザによって微小な
貫通穴を明け、その後メッキや導電性ペースト印刷など
の方法により貫通穴内部を導電体で充填し、さらに樹脂
フィルムの表面に接着層を形成した構造のものや、特開
平７―３２０５４３号公報記載のように基板上にあらか
じめバンプ状電極を作製しておく方法では、端子が狭ピ
ッチになるに従い、高位置精度での微小な穴あけ加工が
必要となり、レーザによる穴明け加工が主流となってく
るが、レーザは加工速度が遅く生産性が低い上、ランニ
ングコストも高いといった問題がある。また、微小穴へ
の導電体形成は、一般に、メッキで行われるが、穴径が
小さくなるほど均一なメッキが難しく、導電体の高さに
バラツキを生じ易く、端子接続時に電気的接続不良が発
生し易い上、加工工程が多くコストが高いといった問題
がある。さらに、特開平７―３２０５４３号公報記載の
製造方法では、メッキで作製した電極端子と接着剤との
接着力が弱いと、電極端子を基板から剥離する工程で電
極が基板側に残ってしまい、接着剤側に電極が形成され
ない部分が出来てしまうといった不具合があった。

【０００９】そこで本発明は、従来の異方導電シートが
有する上記の問題を鑑みて、鋭意研究をした結果なされ
たものであり、半導体チップとサブストレートとの接続
などの厚さ方向の電気的かつ機械的接続を用途とした、
端子の狭ピッチ化にも電気的接続を確実に行うとともに
隣接する端子との電気的絶縁性も有し、一旦接続を行っ
た後にも容易に再度剥離することが可能であり、かつ低
加工コストで製造できる厚さ方向導電シートを提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の厚さ方向導電シートは、接着性を持つ熱
軟化性絶縁性シートの片方または両方の表面に、導体か
らなる独立した電極端子が配列されている厚さ方向導電
シートであり、該絶縁性シートは各々溶媒に対する溶解
性が異なる樹脂からなる２層構造になっていることを特
徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の厚さ方向導電シ
ートの断面図の１例をしめす。図１において、接着性を
持つ２層構造の熱軟化性絶縁性シートの片方の表面には
導体からなる端子が配列されている。被接続体との熱圧
着時に絶縁シートを構成している樹脂が軟化することに
よって、表面に配列された、導体からなる端子が該絶縁
性シートに沈み込み、絶縁性シートの反対面にまで到達
することによって表裏を導通させることが可能となる。
被接続体との熱圧着時には、絶縁性シートの表面に配列
された端子と、被接続体の電気端子とを位置あわせして
圧着を行う。熱圧着によって、端子の電気接続が行われ
るとともに、電気端子のない部分の被接続体表面と絶縁
性シートとの接着も同時に行われる。

【００１２】本発明の厚さ方向導電シートでは、接着性
をもつ熱軟化性絶縁シートが溶媒に対する溶解性の異な
る２種類の樹脂からなる２層構造になっていることを特
徴としている。これにより、一旦加熱圧着によって導通
接続を行った後でも、接続面の周辺から溶媒を浸透させ
ることによって、高温度で加熱することなく、容易に被
接続体を再度剥離する事が出来る。

【００１３】本発明の厚さ方向導電シートの製造方法で
は、金属箔上に第１の絶縁性樹脂を流延塗布乾燥し、続
けて第１の絶縁性樹脂上に第２の絶縁性樹脂を流延塗布
乾燥して２層絶縁樹脂付き金属箔を得る工程と、この金
属箔をエッチングすることによって電極端子を作製する
工程からなることを特徴とする。第１の絶縁性樹脂と第
２の絶縁性樹脂の溶媒に対する溶解性は、任意に選択す
ることが可能であるが、通常は、半導体素子との接続を
行う面の反対面に溶解性の良い絶縁性樹脂が配置される
ように選択する。これは、再剥離を行った場合に、絶縁
性樹脂が半導体素子とともに除去され、相手側の基板上
に樹脂が残らないようにするためである。

【００１４】溶解性の異なる２層構造の絶縁性樹脂層を
形成するための絶縁性樹脂としては、熱可塑性樹脂およ
び／または熱硬化性樹脂からなる接着性を有する樹脂か
ら選択される。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリアミ
ド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、マ
レイミド系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリ
スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、
合成ゴム系樹脂などの樹脂を、１種または、複数種混合
して用いることができる。また、これらの接着剤に、硬
化剤や、着色料、無機充填材、各種のカップリング剤な
どを添加しても良い。

【００１５】絶縁樹脂を金属箔上に流延塗布する方法
は、バーコータ、ダイコータ、コンマコータを用いた塗
布方法や、スピンコートなどの方法が使用できる。金属
箔には、通常、圧延銅箔や電解銅箔、ステンレス箔、ニ
ッケル箔、チタン箔、半田箔が使用できるが、圧延銅箔
や電解銅箔などの銅箔を使用することによって、電気抵
抗の低い電極を作製することが出来、本発明の厚さ方向
導電シートに好適に使用できる。必要に応じて金属箔の
表面に粗化処理を施したものを用いてもよい。

【００１６】本発明の厚さ方向導電シートの製造方法で
は、まず第１の絶縁樹脂を流延塗布し乾燥させた後、第
２の絶縁樹脂を第１の絶縁樹脂層の上に流延塗布するこ
とによって、２層絶縁樹脂付き金属箔を得る。第１の絶
縁樹脂層の乾燥は完全に行っても良いが、表面がタック
フリーとなり、内部に溶剤分の残った段階で乾燥をや
め、第２の絶縁樹脂層の塗布を行ってもよい。第１の絶
縁樹脂層を完全に乾燥させない方が、第１層と第２層の
層間接着力は良くなる。図５に本発明の請求項２の製造
方法を示す。この製造方法によれば、２回の塗工の繰り
返しのみによって、本発明の厚さ方向導電シートの材料
となる、異なる樹脂からなる２層絶縁層をもつ金属箔を
容易に得ることが出来る。また、塗布乾燥工程を繰り返
すことによって２層のみならず、さらに多層構成の絶縁
樹脂層を作ることも可能である。

【００１７】導体端子を形成する方法としては、２層絶
縁樹脂付き金属箔の金属箔をエッチングして形成する方
法を用いる。導体端子は任意のピッチで格子状に配列す
る場合と、被接続体の端子と対応するように位置を合わ
せて配列する場合があり、目的に応じて選択することが
できる。また、導体端子の高さは、通常使用する金属箔
の厚みと同じになる。厚みの一定な金属箔をエッチング
して導体端子を形成する方法であるためエッチング後に
得られる導体端子の高さは、容易に均一にでき、メッキ
法で形成する電極のような高さのばらつきが生じにくい
特徴がある。

【００１８】導体端子の高さ、すなわち使用する金属箔
の厚みは、使用する絶縁性シートの厚みの０．７〜１．
５倍が好ましい。高さが絶縁性シートの０．７倍よりも
低いと、加熱圧着時に導体端子が絶縁用シートの裏面に
まで達せず、表裏の導通を得ることができない。また、
１．５倍よりも高いと、加熱圧着した時に導体端子が柱
となり被接続体と絶縁性シートに間隙ができ接着させる
ことができず電気的信頼性が落ちる。導体端子は電気的
接合をより高める目的でその表面に第２の導体層を形成
することもできる。その方法としては、例えば電解メッ
キや無電解メッキなどが用いられ、導体には、例えば
金、錫、鉛、インジウム、半田などの金属や合金を用い
ることができる。

【００１９】本発明の厚さ方向導電シートで接続される
被接続体としては、半導体素子とリードフレーム、半導
体素子とサブストレート、半導体パッケージと実装用基
板、表面実装に使用されるチップ部品と実装用基板、実
装用基板と実装用基板、実装用基板とフレキシブル基板
など、厚さ方向に電気的接続を行うものに広く使用でき
るが、微細な接続が可能なことから、半導体素子とサブ
ストレートの電気的接続や、半導体パッケージと実装用
基板の電気的接続に使用すると特に有用である。

【００２０】本発明の厚さ方向導電シートを用いて、被
接続体を接続する方法は、まず本発明の厚さ方向導電シ
ートの導体端子と、被接続体の端子とを位置合わせして
重ね合わせ、次に、加熱圧着して導体端子を絶縁性シー
トの内部に沈み込ませる。そして、導体端子が絶縁性シ
ートを貫通すると同時に、被接続体の端子と導体端子が
熱圧着により接合し、絶縁性シートと被接続体が接着さ
れる。加熱圧着時の温度は、絶縁性シートが充分に軟化
して表面に形成した導体端子が圧着時の圧力で、絶縁性
シートの内部に沈み込むような温度で行う。この温度は
使用する絶縁性樹脂によって異なる。

【００２１】本発明の厚さ方向導電シートを用いて一旦
接続を行った被接続体を再度剥離する方法は、接続面の
周辺にディスペンサーなどによって溶媒を滴下する方法
や、刷毛によって溶媒を塗布する方法によって、被接続
面に溶媒を浸透させて、溶解性のよい絶縁層を溶解させ
る方法が用いられる。被接続面積が大きい場合には溶媒
が浸透するのに時間がかかるが、被接続体を溶媒に浸積
しても良い場合には、全体を溶媒中に浸積する事によっ
て、よりはやく剥離することが可能である。加熱や超音
波を併用することも出来る。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）厚さ１８μｍの圧延銅箔（日本鉱業製）上
に、第１の樹脂として、ガラス転移温度が１７０度でジ
グライムに溶解しない熱可塑性のポリイミド樹脂のＮＭ
Ｐ溶液をバーコータによって流延塗布し、８０度で２
分、１５０度で２分、２２０度で２分乾燥して、１０μ
ｍの塗膜を得た。続いて、この塗膜上に、第２の樹脂と
してガラス転移温度１６０度でジグライムに容易に溶解
する熱可塑性のシリコーン変成ポリイミド樹脂のＮＭＰ
溶液を同様にして流延塗布し、上記と同じ条件で乾燥し
て第２の樹脂の８μｍの塗膜を得、トータル１８μｍ
の、ジグライムに対する溶解性の異なる２層からなる樹
脂層付きの銅箔を得た。被着体として回路面の周辺に外
部接続用の１４４個の電極を持ち、電極以外の回路部分
がポリイミド樹脂でコートされた１０ｍｍ角の半導体素
子と、半導体素子の電極に対応する位置に接続端子をも
うけたガラスエポキシ樹脂からなる回路基板を準備し
た。前記２層からなる樹脂層付きの銅箔の銅箔面にドラ
イフィルムレジストをラミネートし、マスク露光、ドラ
イフィルム現像、エッチング及びドライフィルム剥離の
工程により、半導体素子の電極に対応する位置に導体端
子を形成した厚さ方向導電シートを得た。次に、この厚
さ方向導電シートの導体端子が半導体素子の電極面と向
き合い、ジグライムに溶解する第２の樹脂層面が回路基
板の電極面と向き合うように配置した。各々の電極端子
位置を合わせて重ね合わせた後に、半導体素子面からヒ
ートブロックで２５０度に加熱しながら１０kgf／cm²の
圧力で加圧して、導体端子が２層からなる樹脂層の反対
面に達するまで内部に沈めた。樹脂層の反対面にまで到
達した導体端子は、半導体素子の電極及び回路基板の接
続端子と接合され電気導通が得られた。また、半導体素
子の表面と回路基板の表面は、厚さ方向導電シートの各
々対向する接着剤樹脂層が軟化して接着することによっ
て強固に固定され、半導体実装回路基板として使用でき
るものであった。次に、半導体素子の４辺部分に、回路
基板と半導体素子との隙間に浸透するようにディスペン
サーによってジグライムを塗布した。２分後、半導体素
子をピンセットではさんで引き剥がしたところ、容易に
剥離することができ、しかも回路基板上に接着剤が残る
ことはなかった。

【００２３】（実施例２）厚さ１８μｍの圧延銅箔（日
本鉱業製）上に、第１の樹脂として、ガラス転移温度が
１５０度の熱可塑性のシリコーン変成ポリイミド樹脂１
００重量部に熱硬化樹脂成分としてレゾール樹脂１０重
量部を添加した、加熱硬化後は溶媒に溶けない樹脂組成
物のＮＭＰ溶液をバーコータによって流延塗布し、８０
度で２分、１２０度で２分、１５０度で２分乾燥して、
８μｍの塗膜を得た。続いて、この塗膜上に、第２の樹
脂として、ガラス転移温度１４０度で成膜後でもＮＭＰ
に溶解する熱可塑性のシリコーン変成ポリイミド樹脂の
ＮＭＰ溶液を同様にして流延塗布し、８０度で２分、１
５０度で２分、１８０度で２分乾燥して第２の樹脂の８
μｍの塗膜を得、トータル１６μｍの２層からなる樹脂
層付きの銅箔を得た。被着体として回路面の周辺に１４
４個の外部接続用の電極を持ち、電極以外の回路部分が
ポリイミド樹脂でコートされた１０ｍｍ角の半導体素子
と、半導体素子の電極に対応する位置に接続端子をもう
けたポリイミド樹脂からなるフレキシブル回路基板を準
備した。前記２層からなる樹脂層付きの銅箔の銅箔面に
ドライフィルムレジストをラミネートし、マスク露光、
ドライフィルム現像、エッチング及びドライフィルム剥
離の工程により、半導体素子の電極に対応する位置に導
体端子を形成した厚さ方向導電シートを得た。次に、こ
の厚さ方向導電シートの導体端子が半導体素子の電極面
と向き合い、ＮＭＰに溶解する第２の樹脂層面がフレキ
シブル回路基板の電極面と向き合うように配置した。各
々の電極端子位置を合わせて重ね合わせた後に、半導体
素子面からヒートブロックで２８０度に加熱しながら１
０kgf／cm²の圧力で加圧して、導体端子が２層からなる
樹脂層の反対面に達するまで内部に沈めた。樹脂層の反
対面にまで到達した導体端子は、半導体素子の電極及び
フレキシブル回路基板の接続端子と接合され電気導通が
得られた。さらに１５０度で１時間加熱して、半導体素
子と接着した第１の絶縁樹脂中のレゾール樹脂を硬化さ
せた。半導体素子の表面とフレキシブル回路基板の表面
は、厚さ方向導電シートの各々対向する接着剤樹脂層が
軟化および硬化して接着することによって強固に固定さ
れ、半導体素子実装基板として使用できるものであっ
た。次に、半導体素子の４辺部分に、回路基板と半導体
素子との隙間に浸透するようにディスペンサーによって
ＮＭＰを塗布した。半導体素子周辺をドライヤーで加熱
しながら、半導体素子をピンセットではさんで引き剥が
したところ、容易に剥離することができ、しかも回路基
板上に接着剤が残ることはなかった。

【００２４】

【発明の効果】本発明の厚さ方向導電シートによれば、
従来の異方導電シートに比べ、狭ピッチ化している半導
体チップと回路基板との電気的接続が確実に、しかも低
コストで行える上、一旦接続を行った後にも、高温での
加熱などを行うことなく、容易に再剥離することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の厚さ方向導電シート

【図２】本発明の厚さ方向接続用シートの製造方法

【図３】本発明の厚さ方向接続用シートによる半導体素
子の電極と回路基板の電極の接続例

【図４】本発明の厚さ方向接続用シートによって接続し
た半導体素子と回路基板の再剥離方法の例

【符号の説明】

１：２層構造の絶縁性シート ２：導体端子 ３：金属箔 ４：第１の熱可塑性樹脂層 ５：第２の熱可塑性樹脂層 ６：半導体素子 ７：ポリイミドコート ８：半導体素子の電極 ９：回路基板上の接続端子 １０：回路基板 １１：ヒートブロック １２：ディスペンサー １３：溶媒 １４：ピンセット

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶媒に対する溶解性の異なる２種類の熱
   可塑性絶縁樹脂層からなる２層構造の絶縁性シートの、
   一方の表面に電極が配列された厚さ方向導電シート。
2. 【請求項２】 金属箔上に溶媒に対する溶解性の異なる
   ２種類の熱可塑性樹脂を、１種類ずつ塗布乾燥して、２
   層構造の絶縁性樹脂層付金属箔を得る工程と、この金属
   箔をエッチングすることによって電極端子を作製する工
   程からなる厚さ方向導電シートの製造方法。