JP2010268002A - 接続構造体の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガラス基板とICとの間のアライメントを高いレベルで行うことができ、且つガラス基板からの光をICに入射させないような高い遮光性を示す異方性導電フィルムを使用して接続構造体を製造できるようにすることである。
【解決手段】光透過性配線基板の電極にICチップのバンプが異方性導電接続されてなる接続構造体は、光透過性配線基板の電極に、異方性導電接続処理により光透過性が低下する異方性導電フィルムを仮貼りし、仮貼りされた異方性導電フィルム上にICチップを、異方性導電フィルムを通してアライメントしながら仮設置し、仮設置されたICチップを加熱加圧することにより異方性導電フィルムを介して光透過性配線基板の電極に異方性導電接続し、この異方性導電接続処理と同時又はそれ以降に異方性導電フィルムの光透過率を低下させることにより製造できる。異方性導電フィルムとして、エポキシ化合物と、エポキシ用硬化剤と、膜形成ポリマーと、シランカップリング剤とを含有する熱硬化型エポキシ樹脂組成物に導電性粒子を分散させて成膜したものであって、熱硬化型エポキシ系樹脂組成物が、更にスチレン系ブロック共重合体を異方性導電フィルム中に5〜20質量%となる割合で含有しているものを使用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、光透過性配線基板の電極と半導体チップのバンプとが、異方性導電フィルムを用いて異方性導電接続されてなる接続構造体の製造方法に関する。
透明ガラス基板にICチップを実装したCOG(Chip on Glass)実装体、例えば液晶パネルが実用化されている。このような液晶パネルにおいて、透明ガラス基板の外側にバックライトが設けられており、バックライトからの光を透明ガラス基板に入射させている。このため、必然的にガラス基板に実装されているICチップに光が照射されることになる。このため、半導体チップのシリコン部分の電子の光励起により、半導体チップが誤動作し、表示の文字化けや表示抜け等の表示不良が生ずることが懸念される。
このような懸念を払拭するため、ガラス基板にICチップを実装する際に使用する異方性導電フィルムとして、光吸収性のカーボン粒子を配合して遮光性を付与した遮光性異方性導電フィルムを使用することが提案されている。
特開2000−123639号公報
しかしながら、特許文献1のカーボン粒子により遮光性が付与された異方性導電フィルムの場合、カーボン粒子の配合によりフィルム全体の比誘電率が増加するという問題があった。そのような比誘電率が増加した異方性導電フィルムを高密度実装に適用した場合、非常に近接した隣接配線間でノイズが発生することが懸念される。また、このような遮光性異方性導電フィルムは、異方性導電接続前から遮光性であるため、ガラス基板への異方性導電フィルムの仮貼り時や仮貼りした異方性導電フィルムへのICチップの仮設置時に、ガラス基板の電極やアライメントマークを視認することが困難になり、結果的にガラス基板とICチップとのアライメントが困難になっていた。
本発明の目的は、以上のような従来の課題を解決しようとするものであり、ガラス基板等の光透過性配線基板とICチップ等の半導体素子との間のアライメントを高いレベルで行うことができ、且つ光透過性配線基板からの光を半導体素子に入射させないような高い遮光性を示す異方性導電フィルムを使用して接続構造体を製造できるようにすることである。
本発明者は、異方性導電接続処理前には異方性導電フィルムを通してアライメントが可能であるが、異方性導電接続処理と同時又はそれ以降には光透過性が低下して遮光性を示す異方性導電フィルムを使用することにより上述の目的を達成できるとの仮定の下、異方性導電フィルムの構成成分について調査したところ、熱硬化性エポキシ系樹脂組成物にスチレンブロック共重合体を特定量配合することにより解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、光透過性配線基板の電極と半導体素子のバンプとが、異方性導電フィルムを用いて異方性導電接続されてなる接続構造体の製造方法であって、
該異方性導電フィルムとして、エポキシ化合物と、エポキシ用硬化剤と、膜形成ポリマーと、シランカップリング剤とを含有する熱硬化型エポキシ樹脂組成物に導電性粒子を分散させて成膜したものであって、熱硬化型エポキシ系樹脂組成物が、更にスチレン系ブロック共重合体を異方性導電フィルム中に5〜20質量%となる割合で含有しているものを使用し、
光透過性配線基板の電極に、該異方性導電フィルムを仮貼りし、
仮貼りされた異方性導電フィルム上に半導体素子を、異方性導電フィルムを通してアライメントしながら仮設置し、
仮設置された半導体素子を加熱加圧することにより異方性導電フィルムを介して光透過性配線基板の電極に異方性導電接続処理し、異方性導電接続処理と同時又はそれ以降に異方性導電フィルムの光透過率を低下させる製造方法、及びその製造方法により得られた接続構造体を提供する。
本発明の接続構造体の製造方法においては、異方性導電フィルムとして、エポキシ化合物と、エポキシ用硬化剤と、膜形成ポリマーと、シランカップリング剤とを含有する熱硬化型エポキシ樹脂組成物に導電性粒子を分散させて成膜したものであって、熱硬化型エポキシ系樹脂組成物が、更にスチレン系ブロック共重合体を異方性導電フィルム中に5〜20質量%となる割合で含有しているものを使用する。この異方性導電フィルムは、異方性導電接続前には光透過性であるため、光透過性配線基板への半導体素子のアライメントを異方性導電フィルムを通して可能とするが、異方性導電接続処理と同時又はそれ以降には光透過性が低下するので、半導体素子への光入射を防止することができる。
異方性導電接続処理と同時又はそれ以降に異方性導電フィルムの光透過性が低下する理由は、異方性導電接続の際の硬化反応により、フィルム、IC、ガラス基板といった部材に熱膨張や収縮等が生じ、それによりフィルム中の熱硬化型エポキシ樹脂組成物中でスチレン系ブロック共重合体の相分離が進行し、生じた相分離構造によって光散乱や光吸収が生ずるためと考えられる。
実際、本発明の接続構造体の製造方法において、異方性導電接続の際に高温/高圧の条件で実装すると、より高い遮光性を発現することができる。換言すれば、この異方性導電フィルムを、高温実装(例えば、210〜240℃での実装)に適用した場合、硬化反応が急激に進行し、相分離構造の架橋密度が高くなり、他方、高圧実装(例えば、80〜140MPaでの実装)に適用した場合、フィルムの構成成分の混合が加速され、相分離構造のドメインの微細化を促すため、異方性導電接続処理と同時又はそれ以降の異方性導電フィルムの光散乱・光吸収の効率が向上するためであると考えられる。
本発明の製造方法の対象物は、光透過性配線基板の電極と半導体素子のバンプとが、異方性導電フィルムを用いて異方性導電接続されてなる接続構造体である。まず、この接続構造体の構成について説明し、次いでその製造方法について詳細に説明する。
<接続構造体の構成>
接続構造体を構成する光透過性配線基板としては、光透過性ガラス基板、光透過性石英基板、光透過性プラスチック基板に、インジウム−スズ複合酸化物などの光透過性導電材料から形成された配線や電極、アルミニウムや銅などの金属材料から形成された配線や電極を有する配線基板を挙げることができる。
半導体素子としては、いわゆる集積回路素子と称されているICチップや、LEDなどの光学素子等の半導体電子部品を広く使用することができる。また、バンプとしては、金スタッドバンプ、ハンダバンプ等を適用することができる。
異方性導電フィルムとしては、エポキシ化合物と、エポキシ用硬化剤と、膜形成ポリマーと、シランカップリング剤とを含有する熱硬化型エポキシ樹脂組成物に、導電性粒子を分散し、成膜したフィルムであって、熱硬化型エポキシ樹脂組成物が、更にスチレン系ブロック共重合体を含有しているものを使用する。スチレン系ブロック共重合体の異方性導電フィルム中の含有量は、5〜20質量%、好ましくは8〜15質量%である。5質量%未満であると、十分な遮光性を獲得することができず、20質量%を超えると、異方性導電フィルムの接続信頼性が大きく低下するからである。
異方性導電接続処理前の異方性導電フィルム及び異方性導電接続処理後の異方性導電フィルムの光透過性の意味は、以下に説明するように定義される。
光透過波長1100nmの光に対する膜厚25μmの異方性導電フィルムの異方性導電接続処理前の光透過率は、厚さ0.7mmおよび厚さ0.5mmの2枚の透明ガラス基板で異方性導電接続処理前の異方性導電フィルムを挟んだときに、分光光度計で測定した数値である。その数値は、小さすぎると半導体素子の正確なアライメントの妨げとなるので、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上である。他方、異方性導電接続処理後の異方性導電フィルムの光透過率は、厚さ0.7mmおよび厚さ0.5mmの2枚の透明ガラス基板で挟んだ異方性導電フィルムを200℃で60Paという条件で10秒間、加熱加圧したときに、分光光度計で測定した数値である。その数値が大きすぎると遮光性が不十分のため半導体素子の誤作動の要因となるので、好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下である。
異方性導電フィルムを構成する熱硬化型エポキシ樹脂組成物は、前述したとおり、エポキシ化合物、エポキシ用硬化剤、膜形成ポリマー、シランカップリング剤、スチレン系ブロック共重合体を含有する。
エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、それらの変性エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などを挙げることができ、これらの2種以上を併用することができる。本発明では、JIS K7117−1による粘度(25℃)が2〜200Pa・sの液状エポキシ化合物を使用することが、パネルに対する良好な転着性と硬化後の良好な接続信頼性とを実現できる点で好ましい。
このような低分子液状エポキシ化合物の熱硬化型エポキシ樹脂組成物中の配合量は、少なすぎると、硬化前の異方性導電フィルムの被着体への転着性や、硬化後の異方性導電フィルムの被着体への密着性が不十分となり、また、多すぎると異方性導電フィルム作成時の熱硬化型エポキシ樹脂組成物の塗布不良や、異方性導電フィルムのリール状態での保存時における熱硬化型エポキシ樹脂組成物のはみだし不具合が生ずる要因となる傾向があるので、好ましくは15〜65質量%、より好ましくは30〜50質量%である。
エポキシ用硬化剤としては、ポリアミン、イミダゾール等のアニオン系硬化剤やスルホニウム塩などのカチオン系硬化剤、フェノール系硬化剤等の潜在性硬化剤を挙げることができる。特に、低温・速硬化の点からカチオン系硬化剤を好ましく使用できる。
エポキシ用硬化剤の熱硬化型エポキシ樹脂組成物中の配合量は、少なすぎると異方性導電フィルムの硬化不良が生じ、多すぎると異方性導電フィルムの製品ライフが低下する傾向があるので、好ましくは熱硬化型エポキシ樹脂組成物中に好ましくは1〜20質量%、より好ましくは3〜10質量%である。
膜形成ポリマーとしては、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ブタジエン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等を挙げることができ、これらの2種以上を併用することができる。これらの中でも、製膜性、加工性、接続信頼性の観点から、フェノキシ樹脂を好ましく使用することができる。
膜形成ポリマーの熱硬化型エポキシ樹脂組成物中の配合量は、少なすぎるとフィルム形成能が低下することとなり、多すぎると樹脂組成物の溶解性不良、塗布不良が発生することとなる傾向があるので、好ましくは15〜55質量%、より好ましくは30〜40質量%である。
シランカップリング剤としては、エポキシ系シランカップリング剤、アクリル系シランカップリング剤等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤は、主としてアルコキシシラン誘導体である。
シランカップリング剤の熱硬化型エポキシ樹脂組成物中の配合量は、少なすぎると異方性導電フィルムとガラス基板との密着性が低下し、多すぎるとシランカップリング剤の加水分解による弊害が顕著となる傾向があるので、好ましくは0.5〜3質量%、より好ましくは1〜2質量%である。
スチレン系ブロック共重合体としては、A−B型またはA−B−A型ブロック共重合体であり、スチレン−アクリルブロック共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−酢酸ビニルブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−プロピレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレンブロック共重合体等が例示される。これらスチレン系ブロック共重合体の中でも、スチレンの共重合組成比が30wt%以上のものが、分散性と粘度のバランスの観点から、好ましい。なお、これらスチレン系ブロック共重合体には、任意の範囲でエポキシ基やカルボキシル基を導入してもよく、また、このようなブロック共重合体として市販品を用いることもできる。
異方性導電フィルムを構成する導電性粒子としては、異方性導電接着剤に従来用いられているものの中から適宜選択して使用することができる。例えばニッケル、コバルト、銀、銅、金、パラジウムなどの金属粒子、金属被覆樹脂粒子などが挙げることができ、これらの2種以上を併用することができる。これらの粒径は、通常1〜10μmである。
導電性粒子の異方性導電フィルム中の配合量は、少なすぎると接続信頼性の不良となり、多すぎるとショート発生の原因となる傾向があるので、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜35質量%である。
<接続構造体の製造>
まず、以上のような構成成分からなる異方性導電フィルムであって、異方性導電接続処理により光透過性が低下する異方性導電フィルムを、光透過性配線基板の電極に仮貼りする。また、仮貼り操作・条件は、公知の手法・条件を採用することができる。
次に、仮貼りされた異方性導電フィルム上に半導体素子を、異方性導電フィルムを通してアライメントしながら仮設置する。この仮設置時に、この異方性導電フィルムは、異方性導電接続処理前なので光透過性が低下していない。従って、光透過性配線基板のアライメントマークや電極を目印にして、半導体素子を光透過性配線基板の所定の位置に容易にアライメントすることができる。また、仮設置操作・条件も、公知の手法・条件を採用することができる。
次に、仮設置された半導体素子を加熱加圧ボンダー等で加熱加圧することにより異方性導電フィルムを硬化させる異方性導電接続処理を行う。この異方性導電接続処理と同時又はそれ以降には異方性導電フィルムの光透過率が低下する。これにより、光透過性配線基板の電極と半導体素子のバンプとが、異方性導電フィルムを用いて異方性導電接続されてなる接続構造体を得ることができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
参考例(スチレン系ブロック共重合体の調製)
温度計、窒素導入管、撹拌機及びコンデンサーを備えたガラス製反応器に、水300質量部、部分鹸化ポリビニルアルコール(ゴーセーノールKH−17、日本合成化学工業(株))の1%水溶液15質量部、及びヒドロキシアパタイトの10%分散液(スーパータイト10、日本化学工業(株))15質量部を投入し、混合した。この混合液に、ポリメリックぺルオキシド0.5質量部を添加し、室温で1時間撹拌して分散させた。この分散物に酢酸ビニル30質量部を添加し、反応器に窒素を導入しながら60℃で2時間撹拌することにより重合させた(第1段重合)。
第1段重合の後、重合混合物を室温にまで冷却した後、混合物にスチレン70質量部を添加し、室温で1時間撹拌を続けた。続いて、反応器に窒素を導入しながら、更に80℃で8時間撹拌を続け、更に90℃で0.5時間撹拌を続けることにより再度重合させた(第2段重合)。
得られた混合物を室温にまで冷却し、目的の共重合体を沈殿物として得た。この沈殿物を、5%塩酸130質量部で洗浄し、続いて水で洗浄して濾別し、乾燥することにより白色粒状のスチレン系ブロック共重合体を得た(収率85%)。この共重合体中のスチレンと酢酸ビニルとの組成比は、70:30であった。
実施例1
(異方性導電接続処理により光透過性が低下する異方性導電フィルムの作成)
表1の配合処方の成分を、撹拌機を用いて均一に混合し、得られた混合物をバーコーターにより25μm厚のフィルムに成形することにより、異方性導電フィルムを作成した。
Figure 2010268002
(異方性導電フィルム(ACF)の光透過率の測定)
得られた異方性導電フィルムを、厚さ0.7mmおよび厚さ0.5mmの2枚の透明ガラス基板に挟み、分光光度計(MCPD−100、大塚電子(株)製)を用いて、波長1100nmの光の光透過率を測定した。続いて、異方性導電接続条件に相当する表2の圧着条件で加熱加圧し、室温まで放冷した後、再度光透過率を測定した。異方性導電フィルムの加熱加圧前後の光透過率の結果を表2に示す。
(接続構造体の製造並びにICチップの視認性(透明性・遮光性)評価)
液晶ガラスパネルの電極上に、幅3mmの異方性導電フィルムを、仮貼り装置を用いて60℃で仮貼りした。次に、異方性導電フィルムを通して液晶パネルのアライメントマークを目印に、異方性導電フィルム上に、金バンプが設けられた2mm×20mmのICチップを、バンプ側から50℃で仮設置した。液晶ガラスパネル側を通してICチップを観察したところ、仮設置したICチップのフェース面の文字を視認することができた。この圧着前の視認の程度を以下の基準で評価し、得られた結果を表2に示す。
(検証方法)
顕微鏡(OLYMPUS MX50)と、CCDカメラ(FLOVEL ADP210)と、画像処理ソフト(FLOVEL Filing System)とを使用し、落射光を一定として、ソフトの輝度ヒスト表示にて差異を確認した。その際、輝度分布を256階調で表示した。数値が小さいほど暗いことを示し、即ち、落射光の反射が少なく、光を散乱、吸収していることを示している。
ランク 基準
AA: R、G、Bすべて200以上
A: R、G、Bすべて100以上200未満
B: R、G、Bすべて50以上100未満
C: R、G、Bすべて50未満
仮設置されたICチップを、続いて加熱ボンダーを用いて、表2の圧着条件で加熱加圧することにより、液晶ガラスパネルの電極にICチップのバンプが異方性導電接続された接続構造体を得た。液晶ガラスパネル側から、硬化した異方性導電フィルムを通して圧着後のICチップを観察し、上記の検証方法と同様に検証し、以下の基準で評価した。得られた結果を表2に示す。
ランク 基準
AA: R、G、Bすべて50未満
A: R、G、Bすべて50以上100未満
B: R、G、Bすべて100以上200未満
C: R、G、Bすべて200以上
(接続構造体の初期並びに加速試験(高温高湿環境保管)後の接続信頼性の評価)
製造直後の接続構造体の接続信頼性(初期)と、高温高湿環境(85℃、85%RH)に500時間放置した後の接続信頼性を、4端子法にて導通抵抗値を測定し、以下の基準に従って評価した。得られた結果を表2に示す。
ランク 基準
A: 0〜10Ω未満
B: 10以上50Ω未満
C: 50Ω以上
(接続構造体の絶縁性評価)
製造直後の接続構造体の隣接端子間の絶縁性を、絶縁抵抗値を測定し、以下の基準に従って評価した。得られた結果を表2に示す。
ランク 基準
A: 1.0×10Ω以上
B: 1.0×10Ω以上1.0×10Ω未満
C: 1.0×10Ω未満
実施例2
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から10質量部に変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
実施例3
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から20質量部に変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
実施例4
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から10質量部に変更し、且つ圧着温度を200℃から220℃に変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
実施例5
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から10質量部に変更し、且つ圧着圧力を60MPaから80MPaに変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
実施例6
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から10質量部に変更し、且つ圧着温度を200℃から190℃に変更し、圧着圧力を60MPaから40MPaに変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
比較例1
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から1量部に変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
比較例2
スチレン系ブロック共重合体の配合量を5質量部から25量部に変更する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
比較例3
スチレン系ブロック共重合体に代えてカーボンブラックを10質量部使用する以外は、実施例1と同様にして異方性導電フィルムを作成し、接続構造体を作成し、同様に評価した。得られた結果を表2に示す。
Figure 2010268002
表2からわかるように、所定のスチレン系ブロック共重合体を5〜20質量%となるように含有する実施例1〜6の異方性導電フィルムは、圧着条件を変動させても、異方性導電接続処理後に、良好な遮光性を示した。しかも、初期接続信頼性、加速試験後の接続信頼性に優れ、隣接端子間の絶縁性にも優れていた。
それに対し、所定のスチレン系ブロック共重合体を過度に少ない1質量%となるように含有する比較例1の異方性導電フィルムは、圧着後の遮光性が十分ではなかった。また、所定のスチレン系ブロック共重合体を過度に多い25質量%となるように含有する比較例2の異方性導電フィルムは、接続信頼性に問題があり、実使用できないものであった。なお、遮光材として従来のカーボンブラックを使用した比較例3の異方性導電フィルムは、そもそも圧着前の透明性が悪く、正確なアライメントが望めないものであった。
本発明の接続構造体の製造方法においては、異方性導電フィルムとして、異方性導電接続前には異方性導電フィルムを通してアライメントが可能であるが、異方性導電接続後には光透過性が低下する異方性導電フィルムを使用する。従って、異方性導電処理前にはガラス基板に対するICのアライメントは可能であり、しかも、異方性導電接続処理後には、ICへの光入射を防止することが可能となる。よって、本発明の製造方法は、COG実装体の製造に有用である。

Claims (3)

  1. 光透過性配線基板の電極と半導体素子のバンプとが、異方性導電フィルムを用いて異方性導電接続されてなる接続構造体の製造方法であって、
    該異方性導電フィルムとして、エポキシ化合物と、エポキシ用硬化剤と、膜形成ポリマーと、シランカップリング剤とを含有する熱硬化型エポキシ樹脂組成物に導電性粒子を分散させて成膜したものであって、熱硬化型エポキシ系樹脂組成物が、更にスチレン系ブロック共重合体を異方性導電フィルム中に5〜20質量%となる割合で含有しているものを使用し、
    光透過性配線基板の電極に、該異方性導電フィルムを仮貼りし、
    仮貼りされた異方性導電フィルム上に半導体素子を、異方性導電フィルムを通してアライメントしながら仮設置し、
    仮設置された半導体素子を加熱加圧することにより異方性導電フィルムを介して光透過性配線基板の電極に異方性導電接続処理し、異方性導電接続処理と同時又はそれ以降に異方性導電フィルムの光透過率を低下させる製造方法。
  2. 波長1100nmの光に対する膜厚25μmの異方性導電フィルムの光透過率が、異方性導電接続処理前に60%以上であり、異方性導電接続処理後に50%以下である請求項1記載の製造方法。
  3. 請求項1又は2記載の製造方法により得られた接続構造体。
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