JP3284273B2 - 実装構造体、実装構造体の製造方法、および導電性接着剤 - Google Patents
実装構造体、実装構造体の製造方法、および導電性接着剤Info
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Description
子部品を実装する実装構造体とその製造方法、および実
装構造体の製造に用いる導電性接着剤に関するものであ
る。
体装置を実装する際には、はんだ付けを用いたワイヤボ
ンディング方法がよく利用されてきた。しかし、近年、
半導体装置のパッケージの小型化と接続端子数の増加と
により、接続端子の間隔が狭くなり、従来のはんだ付け
技術では対処することが次第に困難になってきた。
体装置を回路基板の入出力端子電極上に直接実装するこ
とにより、実装面積を小型化して効率的使用を図ろうと
する方法が提案されている。
スダウン状態で実装するフリップチップ実装は、半導体
装置と回路基板との電気的接続が一括してできること、
および接続後の機械的強度が強いことから有用な方法で
あるとされている。
は、導電性接着剤を用いた方式が、提案あるいは実用化
されている。
頼性の向上、環境対策両面で有望な方法である。
の樹脂材料を含んでおり、金属材料であるはんだと比較
して、外力や熱応力に対して柔軟な接続となり、信頼性
の向上が実現できる。
主に銀粒子を用いており、鉛を用いないクリーン実装が
実現できる。
等の電子部品をプリント基板に実装する構造において
も、信頼性の向上、環境対策から、上記と同様、導電性
接着剤を用いる構造が提案されている。
面から、導電性接着剤を用いた実装構造は、今後有望な
方法となる。
接着剤を用いた実装構造は以下の2つの課題があり、実
用化の妨げとなっている。
よる絶縁信頼性の低下である。イオンマイグレーション
は一種の電解作用であり、電圧の印加された電極間に水
などの電解液が存在した場合に、以下の4つのステップ
で、電極間に絶縁破壊が発生する現象である。
極方向への移動 ステップ3) 陰極に移行した金属イオンの析出 ステップ4) ステップ1)〜3)の繰り返し このようなイオンマイグレーション現象により、電極間
に金属が樹枝状に成長してしまい、最後には電極間に金
属が橋かけされた状態となって絶縁破壊を起こす。
る銀は、溶出を起こしやすい性質を有しており、イオン
マイグレーションを発生させやすい。さらに、近年の電
子機器の更なる小型軽量化に伴ない、半導体装置、電子
部品、または回路基板に設けられる電極ピッチが狭くな
ってきており、ますますイオンマイグレーションが発生
しやすい状況になりつつある。そのため、イオンマイグ
レーションの問題解決は、導電性接着剤実装の実用化に
は不可欠である。
方法として、主として以下の3つの方法が提案されてい
る。
銅、銀−パラジウムなど)、 提案2) エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂による導電性
接着剤の封止化、 提案3) 導電性接着剤に対するイオン交換樹脂やキレ
ート化剤等のイオン捕捉剤の添加による、溶出金属イオ
ンの捕捉と不溶性物質化、 しかしながら、これらの提案には次のような不都合があ
る。提案1では、フィラー金属が非常に高価なものとな
り、導電性接着剤の製造コストを引き上げる。提案2で
は、封止工程の追加により、工数の増加や設備の多大な
増設などを必要とし、これにより製造コストを引き上げ
る。 提案3では、導電性フィラーから金属イオンが溶
け出すことにより、導電性フィラーの接触性を低下させ
て接続抵抗の上昇を引き起こす。
グレーションの抑制効果はあるものの、他の問題を有し
ているため、特殊な分野を除いては実用化は困難であっ
た。
ある。硫化とは、金属が硫化水素や二酸化硫黄など硫黄
を含む弱酸性気体と反応して、金属硫化物とよばれる導
電性の低い物質に変化する現象をいう。硫化は、まだ未
解明な部分が多いものの、以下のステップで発生すると
考えられる。
とイオン化 ステップ2)硫黄イオンと金属イオンとの反応による金
属硫化物の生成 導電性フィラーは、上述したように、主として銀を主成
分にして構成されるが、銀は硫化しやすい金属であるた
め、銀が硫化すると導電性接着剤の体積固有抵抗が増大
し、それに伴って接続抵抗の上昇を引き起こす。この問
題に対する解決策は、現在のところほとんど報告されて
おらず、温泉や火山の周囲など、硫化水素や二酸化硫黄
が比較的高濃度に存在する環境において使用する可能性
がある電子部品の製品には、導電性接着剤を用いた実装
構造を適用することができなかった。そのため、導電性
接着剤を用いた実装構造の適用分野が大きく限定されて
いた。
接着剤を用いた実装構造において、多湿条件下、硫黄を
含む気体雰囲気下といった比較的過酷な条件であっても
信頼性を維持できるようにすることを目的としている。
電気構造物と、この電気構造物に設けられた導電性接着
剤層とを有し、前記導電性接着剤層は導電性フィラーを
有し、この導電性フィラーの少なくとも一部に溶出防止
膜を有しており、これにより上述した課題を解決してい
る。
は、電気構造物と、前記電気構造物に設けられた導電性
接着剤層とを備え、前記導電性接着剤層は導電性フィラ
ーを有し、前記導電性フィラーの少なくとも一部に溶出
防止膜を有し、前記溶出防止膜が金属錯体を含み、前記
導電性フィラーは、少なくともその一部が前記導電性接
着剤層の表面に露出しており、前記溶出防止膜は少なく
ともこの露出部位に設けられ、前記導電性接着剤層は、
互いに連通しあって接着層の表面にまで連通する多数の
空孔を有しており、前記導電性フィラーの少なくとも一
部は、前記空孔の内面に露出しており、前記溶出防止膜
は、少なくとも前記空孔内面に露出する前記導電性フィ
ラー上に設けられていることを特徴とする。この構成に
より、本発明の実装構造体は、高温多湿下でも良好な絶
縁信頼性を示す。なぜなら、溶出防止膜により、高温高
湿下でも導電性フィラーの金属の溶出が防止されるの
で、イオンマイグレーション反応を根本から防止するこ
とができるためである。さらに、本実装構造体は、硫黄
を含む気体中に放置しても導電性フィラーの硫化が発生
せず、良好な接続信頼性を示す。なぜなら、導電性フィ
ラーの溶出が防止されることにより、硫化反応を根本か
ら防止できるためである。また、金属錯体は、金属と錯
化剤とが反応して生成する配位化合物であり、この反応
は室温で速やかに進行する。そのため、導電性フィラー
表面への錯体膜形成は、導電性フィラーに錯化剤を接触
させることにより行うことができる。フィラー表面に形
成された金属錯体は、金属と錯化剤との配位結合が非常
に強くて安定であり、金属との密着性に優れる。そのた
め、前記溶出防止膜が金属錯体を含む本発明では、溶出
防止効果がさらに大きく、耐イオンマイグレーション性
改善効果および耐硫化反応性改善効果が大きい。さらに
また、本発明では、導電性フィラーが表面に連通して導
電性フィラーの溶出が生じやすい部分だけに選択的に溶
出防止膜を設けることになる。これにより次のような作
用を発揮する。 電気的導通に関与するフィラーの部位に
溶出防止膜を設けると若干ながら電気的導通の妨げにな
る場合がある。そこで、この部位に溶出防止膜が存在す
る場合 には、導通方向に沿って外部から圧力をかける等
の処置を施すことでこの部位の溶出防止膜を破って電気
的導通を確保することになる。これに対して、本発明の
構成によれば、溶出が生じやすい部分だけに選択的に溶
出防止膜を設けることになるので、電気的導通を取るフ
ィラー部位には溶出防止膜がほとんど存在しなくなる。
そのため、その分、電気的導通はさらに良好なものとな
る。 また、本発明の請求項2に記載したように、電気構
造物と、前記電気構造物に設けられた導電性接着剤層と
を備え、前記導電性接着剤層は導電性フィラーを有し、
前記導電性フィラーの少なくとも一部が外部環境に対し
て露出しており、当該露出部分のみに溶出防止膜を有し
て実装構造体を構成してもよい。このような実装構造体
においては、本発明の請求項3に記載したように、前記
溶出防止膜が金属錯体を含むものであるのが好ましい。
これら本発明で用いる溶出防止膜の具体例としては、金
属アルコキシド類などが挙げられる。金属アルコキシド
類としては、シリコンテトラエトキシド、アルミニウム
トリブトキシド、チタンテトラブトキシド等が挙げられ
る。また、これら本発明に適用可能な金属錯体を形成す
るための錯化剤の配位子としては、アミノ酢酸基、アミ
ノカルボキシル基、アルカノールアミン基、βジケトン
基、βケトエステル基、ポリアミン基、イミダゾール基
等が挙げられる。この中で特に、ベンゼン環に結合した
アミノカルボキシル基、イミダゾール基を用いた場合
に、金属錯体膜が、水不溶性、かつ硫化水素または硫黄
酸化物を含む水溶液に不溶性の性質を有する場合には、
イオンマイグレーション抑制効果および硫化反応抑制効
果がさらに高まるため、本発明として最も好ましい。そ
のような錯化剤の具体例としては、アントラニル酸、2
−アミノペリミジン、ガロイル没食子酸、キサントゲン
酸カリウム、オキシン、キナルジン酸、クペロン、4−
クロロ−3−メチル−5−ニトロベンゼンスルホン酸、
サリチルアルデヒドオキシム、ジアンチピリルメタン、
ジエチルジチオカルバミド酸、p−ジメチルアミノベン
ジリデンローダニン、ジメチルグリオキシム、シュウ
酸、シンコニン、N−シンナモイル−N−フェニルヒド
ロキシルアミン、チオアセトアミド、チオナリド、チオ
尿素、テトラフェニルホウ酸、トリメチルフェニルアン
モニウム、1−ニトロソ−2−ナフトール、ニトロン、
ネオクペロン、ビスムチオールII、p−ヒドロキシフ
ェニルアルソン酸、8−ヒドロキシ−7−ヨード−5−
キノリンスルホン酸、ピロガロール、1−ピロリジンカ
ルボジチオ酸、フェニルアルソン酸、フェニルチオダン
トイン酸、フェニルフルオロン、α−フリルジオキシ
ム、ブルジン、ベンジジン、N−ベンゾイル−N−フェ
ニルヒドロキシルアミン、α−ベンゾインオキシム、ベ
ンゾ[f]キノリン、2−メルカプトベンゾチアゾー
ル、ローダミンB等が例示できる。
請求項4に記載したように、前記電気構造物上に配置さ
れた他の電気構造物を有し、前記導電性接着剤層は前記
電気構造物に前記他の電気構造物を電気的に接続するも
のとした場合には、イオンマイグレーション反応や導電
性フィラーの硫化による接続抵抗への影響が顕著なもの
となるので、本発明は特に有効なものとなる。
1または2に係る実装構造体であって、溶出防止膜が水
不溶性であることに特徴を有している。この構成によ
り、本発明の実装構造体は、溶出防止膜が高温高湿条件
下でも溶け出さないため、請求項1に記載の発明より
も、溶出防止効果の低下が起こりにくく、イオンマイグ
レーション反応の抑制効果や、導電性フィラーの硫化抑
制効果を長期にわたって維持することができる。
出防止膜としては、シリコンテトラエトキシド、アルミ
ニウムトリブトキシド、チタンテトラブトキシド等が挙
げられる。
1または2に係る実装構造体であって、溶出防止膜が、
硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶液に対して不溶性
であることに特徴を有している。この構成により、本発
明の実装構造体は、請求項1または2に記載した発明よ
りも硫化反応を防止する効果が大きい。なぜなら、溶出
防止膜表面に、硫化水素または硫黄酸化物が、溶出防止
膜表面に水溶液として凝縮した場合にも、溶出防止膜が
溶け出さないため、溶出防止効果の低下が起こりにくい
からである。本発明に使用できる上記水溶液に対して不
溶性の溶出防止膜としては、シリコンテトラエトキシ
ド、アルミニウムトリブトキシド、チタンテトラブトキ
シド等が挙げられる。
化物を含む水溶液や水に対する不溶性とは、次のような
条件を満たすことをいう。すなわち、溶出防止膜を樹脂
から構成する場合には、24時間経過後の水や水溶液の
吸液量が0.5重量%以下であることを上記不溶性と規
定している。また、溶出防止膜を錯体から構成する場合
にはその溶解度(水100gに対する錯体の重量)が1
×10-5g未満であることを上記不溶性と規定してい
る。
フィラーが銀を含むものである場合には、イオンマイグ
レーション抑制効果や硫化反応が比較的大きく発生する
ので、本発明の効果、すなわち、イオンマイグレーショ
ン抑制効果と硫化反応抑制効果が顕著なものとなる。
る実装構造体の具体例としては、請求項8に記載したよ
うに、回路基板に電子部品を実装したものや、請求項9
に記載したように、半導体装置を回路基板にフリップチ
ップ実装したものを例示できる。
構造物に、導電性フィラーを有する導電性接着剤層を形
成する工程と、前記導電性接着剤層が硬化した後、導電
性接着剤層の表面に連通している前記導電性フィラーに
溶出防止膜を形成する工程とを含んで実装構造体の製造
方法を構成した。この製造方法により製造される実装構
造体は、溶出防止膜を形成することにより、電気構造物
の電気的導通を良好に維持したうえで耐イオンマイグレ
ーション性の改善効果や耐硫化反応性の改善効果を発揮
できる。その理由は、上述した請求項1等に記載した理
由と同様であり、ここでは省略する。さらには、本発明
は、導電性接着剤層が硬化した後、導電性フィラーに溶
出防止膜を形成しているので、溶出防止膜が導電性接着
剤層の電気的接続部位に入り込んで、その導通状態に悪
影響を及ぼすことは生じず、良好な電気的導通を確保す
ることができる。
成する方法としては、請求項11に記載したように、錯
体化処理がある。錯体化処理によれば、次のような作用
を発揮できる。錯体化処理は、錯化剤を流し込むなどし
て行うが、このような錯体化処理は既存の設備を用いて
行うことができる。そのため、新たな設備投資が不用で
あり、製造におけるコストアップをほとんど招かない。
また、錯体は一般的に絶縁性であるため、導電性フィラ
ー同士の接触点または導電性フィラーと電極金属との接
触点に錯体膜を形成してしまうと、導電性接着剤の導電
性ならびに実装構造体の電気的特性を若干ながら損なわ
せてしまう可能性がある。これに対して、本発明の製造
方法を用いると、導電性接着剤層が硬化してその電気的
導通が確保された後に、導電性フィラーを錯体化処理す
るので、上述した、導電性フィラー同士の接触点およ
び、導電性接着剤層に導通される他の電気構造物と導電
性フィラーとの間の接触点はそのままにして、電気的導
通に関与しない部分のみを錯体化することができる。そ
のため、実装構造体の電気的特性は確保したまま、効果
的に溶出防止膜を形成することができ、低い接続抵抗を
得ることができる。なお、この際、錯化剤は金属部分に
選択的に反応するため、錯化処理の必要の無い部分、す
なわち、導電性接着剤層の樹脂成分(バインダ樹脂等)
や、電気構造物の表面(基板表面等)には溶出防止膜は
形成されない。さらに本発明の方法では、任意の導電性
接着剤を用いて実装構造体を作製した後に錯体化処理す
ることになるため、いかなる種類の導電性接着剤を用い
た実装構造体にも本発明を適用することができ、その経
済効果は大きい。
用して製造できる実装構造体の具体例としては、請求項
12に記載したように、前記導電性接着剤層により前記
電気構造物に他の電気構造物を電気的に接続するもの
や、請求項13に記載したように、回路基板に電子部品
を実装したものや、請求項14に記載したように、半導
体装置を回路基板にフリップチップ実装したものを例示
できる。特にチップ抵抗等のチップ部品からなる電子部
品を回路基板に実装してなる実装構造体に本発明を実施
すれば、次のような作用を発揮できる。
の接続部位が露出しているので、実装構造体の完成後に
実装構造体に錯体化処理等の処理により、一度にすべて
の部品の接続部位に溶出防止膜を形成することができ
る。そのため、溶出防止膜の形成に要する時間を短縮化
することができる。なお、錯体化処理に溶出防止膜を形
成する場合には、錯化剤が金属部分に選択的に反応する
ため、錯体化処理の必要の無い部分、すなわち、基板表
面、部品表面等には錯体膜(溶出防止膜)は形成されな
い。
を参照して説明する。 (実施の形態1)実施の形態1では、導電性接着剤にお
いて本発明を実施している。図1は、本実施形態の導電
性接着剤1の要部拡大図である。この導電性接着剤1
は、導電性接着剤1の構造そのものに特徴がある。すな
わち、導電性接着剤1は、溶出防止膜3を有する導電性
フィラー2と、有機バインダー4とを備えており、導電
性フィラー2と有機バインダー4とを混合分散して構成
されている。
るウレタン樹脂のほか、他の熱可塑性樹脂、すなわち、
塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリスチレン
や、熱硬化性樹脂、すなわち、フェノール樹脂、ユリア
樹脂、メラミン樹脂他を用いることができる。さらに、
有機バインダー3としてはエポキシ樹脂を用いることが
できるほか、他の樹脂、すなわち、酢酸ビニル樹脂、ア
クリル樹脂、フェノキシ樹脂他を用いても良い。また、
金属錯体であってもよい。
g)の他、金(Au)、AgコートCu、Cu-Ag合金、銅(C
u)、ニッケル(Ni)、Ag-Pd合金などを用いても良い。
ただし、体積固有抵抗値や材料コストを考慮すると銀
(Ag)が好ましい。
装置のフリップチップ実装構造体において、本発明を実
施している。この実装構造体は、図2に示すように、電
気構造物の一例である回路基板5と、他の電気構造物の
一例である半導体装置6とを備えている。半導体装置6
は、IC基板7と、IC基板7の表面に設けられたバン
プ電極8とを備えている。回路基板5は、その表面に入
出力端子電極9を備えている。そして、入出力端子9上
に、実装の形態1で説明した導電性接着剤1からなる導
電性接着剤層1Aを設けており、この導電性接着剤層1
Aにより、入出力端子9とバンプ電極8とを電気的に接
続している。さらには、半導体装置6と回路基板5との
間の隙間に封止樹脂10を設けており、以上のようにし
て、フリップチップ実装構造体を構成している。
プ部品の実装構造体において本発明を実施している。こ
の実装構造体は、図3に示すように、電気構造物の一例
である回路基板11の電極12に、他の電気構造物の一
例であるチップ抵抗13、チップコイル14、チップコ
ンデンサ15を表面実装して構成されている。そして、
電極12に、実施の形態1で説明した導電性接着剤1か
らなる導電性接着剤層1Aを設けており、この導電性接
着剤層1Aにより、電極12と、これらチップ部品1
3、14、15とを電気的に接続している。
3における導電性接着剤1や各実装構造体では、導電性
接着剤1や導電性接着剤層1Aに含まれる導電性フィラ
ー2が溶出防止膜3を予め有していることを、特徴とし
ていた。これに対して、本実施の形態では、電気構造物
に導電性接着剤層を形成したのち、導電性接着剤層に含
まれる導電性フィラーに溶出防止膜を形成することに特
徴がある。ここでは、その一例として、図4に示すよう
に、電気構造物の一例である回路基板16上に櫛形電極
状の導電性接着剤層17,18を、スクリーン印刷法に
よって形成してなる電気構造物において本発明を実施し
ているが、回路基板に各種電子部品を実装する際に回路
基板に設けられる導電性接着剤層においても同様に実施
できるのはいうまでもない。
ない従来と同様の導電性接着剤により導電性接着剤層1
7、18を形成する。
化剤溶液を作製する。なお、導電性フィラー2の表面状
態や後の処理で形成する溶出防止膜3の厚みにより、錯
化剤溶液の配合比や溶剤の種類は異なるため、これら配
合比や溶剤種類については、特に限定されるものではな
い。
て引き上げた後、加熱処理する。これにより、溶剤を蒸
発させて、導電性フィラー2の表面に金属錯体からなる
溶出防止膜3を形成する。
5を参照して詳細に説明する。導電性接着剤層17、1
8を構成する導電性接着剤1は導電性フィラー2と有機
バインダー4と、各種添加剤とを混合して構成されてい
る。導電性接着剤層17、18は、このように構成され
た導電性接着剤1を加熱硬化処理することで形成され
る。その際、導電性フィラー2以外の成分(有機バイン
ダー等)の多くは、加熱により蒸発してしまう。そのた
め、加熱硬化の後の導電性接着剤層17、18には、蒸
発成分の抜けた空孔19が多数形成されることになる
(図5(A)参照)。
い、導電性フィラー2の表面にまで連通している。その
ため、これらの空孔19の内面に露出している導電性フ
ィラー2は外部環境に対して露出することになる。した
がって、この部位から導電性フィラー2が溶出しやす
い。
接着剤層17、18を錯化剤溶液に浸漬すると、連通し
あう空孔19の奥底で露出する導電性フィラー2の表面
部位にまで錯化剤溶液は到達することになる。そのた
め、錯化剤溶液を加熱処理して、溶出防止膜(金属錯体
膜)3を形成すると、溶出防止膜3は空孔19内に形成
され、これにより、空孔19の奥底で露出している導電
性フィラー2の表面部位は溶出防止膜3により覆われ
る。そのため、溶出が生じやすい導電性フィラー2の表
面部位にだけ、選択的に溶出防止膜3を形成することが
でき、導電位フィラー2どうしの導通部位や他の電気構
造物と導電性フィラー2との間で導通を取る箇所には溶
出防止膜3は形成されない。
る。
実施例を説明する。 (実施例1)この実施例では、実施の形態1で示した導
電性接着剤1において、溶出防止膜3をウレタン樹脂か
ら構成しており、この点に特徴がある。
法を説明する。はじめに、ウレタン樹脂0.5重量%に
対してイソプロピルアルコール95.5重量%を溶解混
合することで、樹脂のアルコール溶液を作製する。な
お、このウレタン樹脂は、24時間経過後の吸水率が
0.8%程度であって、水、および硫化水素または硫黄
酸化物を含む水溶液を吸収しやすい性質を有している。
また、作製する樹脂アルコール溶液の配合比や溶剤の種
類は、導電性フィラー2の表面状態や、形成する溶出防
止膜3の厚みにより異なるため、上述した条件に特に限
定されるものではない。
(Ag)からなる導電性フィラー2を投入して十分攪拌す
る。導電性フィラー2の表面が樹脂アルコール溶液によ
り濡れた状態になった時点で、導電性フィラー2を樹脂
アルコール溶液から取り出し、100℃のオーブン中で
30分間乾燥を行い、溶媒のイソプロピルアルコールを
十分に蒸発させる。これにより、導電性フィラー2の表
面にウレタン樹脂からなる溶出防止膜3を形成する。こ
の乾燥のための温度、時間についても、溶液中の樹脂濃
度や導電性フィラー2の処理量により異なるので、上記
処理条件に規定されるものではない。
導電性フィラー2の92重量%と、熱硬化性を有するエ
ポキシ樹脂からなる有機バインダー4の7重量%と、添
加剤の1重量%(分散剤、密着性向上剤等)とを分散混
合し、本実施例の導電性接着剤とする。
載した導電性接着剤1の構成において、溶出防止膜3を
構成する樹脂を、ウレタン樹脂に換えてユリア樹脂から
構成しており、この点に特徴がある。ユリア樹脂は、そ
の吸水率が0.5重量%/24h以下であって、本発明
において水および硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶
液に対して不溶性を有すると規定した樹脂である。他の
条件、すなわち、導電性接着剤材料の構成条件、製造方
法等は、実施例1と全く同じである。
載した導電性接着剤の構成において、溶出防止膜3を構
成する樹脂を、ウレタン樹脂に換えてフッ素樹脂から構
成している点に特徴がある。フッ素樹脂は、その吸水率
が0.01重量%未満/24hであって、本発明におい
て水および硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶液に対
して不溶性を有すると規定した樹脂である。他の条件、
すなわち、導電性接着剤材料の構成条件、製造方法等
は、実施例1と全く同じである。
電性接着剤において、溶出防止膜3として、ジエタノー
ルアミンを含む金属錯体を用いており、この点に特徴が
ある。
を説明する。はじめに、錯化剤であるジエタノールアミ
ン10重量%に対してイソプロピルアルコール90重量
%を溶解混合することで、錯化剤のアルコール溶液を作
製する。ジエタノールアミンと金属とが反応して得られ
る金属錯体はイオン性物質であり、水に極めて溶けやす
く、水、および硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶液
を吸収しやすい性質を有している。
の種類は、導電性フィラー2の表面状態や、形成する溶
出防止膜3の厚みにより異なるため、上述した条件に特
に限定されるものではない。
ー2を投入して十分攪拌する。導電性フィラー2の表面
が錯化剤溶液により濡れた状態になった時点で、導電性
フィラー2を錯化剤溶液から取り出し、100℃のオー
ブン中で30分間乾燥を行い、溶媒のイソプロピルアル
コールを十分に蒸発させる。これにより、導電性フィラ
ー2の表面でジエタノールアミンと導電性フィラー2と
が反応し、この金属錯体からなる溶出防止膜3が導電性
フィラー2に形成される。
錯化剤溶液中の錯化剤濃度や導電性フィラー2の処理量
により異なるので、上記処理条件に規定されるものでは
ない。
導電性フィラー2の92重量%と、エポキシ樹脂からな
る有機バインダー4の7重量%と、添加剤の1重量%
(分散剤、密着性向上剤等)を分散混合し、本実施例の
導電性接着剤とする。
電性接着剤において、溶出防止膜3として、ジエタノー
ルアミンの金属錯体にかえて、o-アミノ安息香酸の金属
錯体を形成しており、この点に特徴がある。
性物質であり、水、および硫化水素または硫黄酸化物を
含む水溶液に可溶であったが、o-アミノ安息香酸の金属
錯体は非イオン性であり、本発明において、水、および
二酸化硫黄もしくは硫化水素を含む水溶液に対して不溶
性であると規定した金属錯体である。 (比較例1)上述した実施例1〜5に対応して比較例1
の導電性接着剤を作製した。
電性フィラー2の92重量%と、エポキシ樹脂からなる
有機バインダ4の7重量%と、添加剤の1重量%(分散
剤、密着性向上剤等)とを分散混合することで構成され
ている。
よび比較例1の導電性接着剤1を用いて導電性接着剤層
を形成し、以下の方法にしたがって評価測定を実施し
た。
(ウォータードロップ試験) ウォータードロップ試験とは、材料のマイグレーション
性を短時間かつ簡易的に評価する試験方法である。試験
方法の詳細は以下のとおりである。試験試料としては、
実施の形態4で説明した回路基板の構造と同様の構成を
採用する。すなわち、図4に示すように、回路基板16
上に櫛形電極状の導電性接着剤層17,18を、スクリ
ーン印刷法によって形成する。ここでは、回路基板16
として、セラミック基板を用いる。また、導電性接着剤
層17,18は、所定の電極間距離(400μm)で離
間した状態で、電極先端が互いに交差し合うように対向
配置し、通常は、導電性接着剤層17,18の間に電流
は流れないようにしておく。
7,18上に脱イオン水を滴下し、両導電性接着剤層1
7,18間に直流電圧(1V)を印加する。そして、両
導電性接着剤層17,18間が短絡して電流が流れるま
での時間を測定し、その短絡時間の長短により、耐マイ
グレーション性を評価した。
板19に金メッキ電極20を形成したうえで、さらに金
メッキ電極20にスクリーン印刷法によって導電性接着
剤1からなる導電性接着剤層21を形成する。そして、
導電性接着剤層層21の上に、マウント実装機を用いて
3216サイズの0Ω抵抗(端子メッキ:SnPb はん
だ)22を搭載する。次に、導電性接着剤層層21を硬
化させるために、150℃のオーブン中で30分間加熱
する。このようにして作製するサンプルについて、初期
の接続抵抗を測定した後、硫化水素を充満した密閉槽に
放置して、接続抵抗の変化を測定することによって、耐
硫化反応性の評価を行う。試験条件は、温度40℃、湿
度90%、硫化水素濃度3ppmとし、試験時間は96
時間とした。
す。
て次のことがわかった。すなわち、耐イオンマイグレー
ション性評価において電流が流れるまでの時間が比較例
1より長くなっており、耐イオンマイグレーション性が
改善されたことを確認できた。また、耐硫化反応性評価
においても、試験前後での接続抵抗の変化が比較例1よ
り少なくなっており、耐硫化反応性が改善されたことを
確認できた。
が確認できた。すなわち、樹脂から溶出防止膜3を構成
している実施例1〜3と、金属錯体から溶出防止膜3を
構成している実施例4、5とを比較すると、実施例4、
5の方が、耐イオンマイグレーション性が良好となって
いることが確認できた。これは、錯体と導電性フィラー
2とが直接的に化学反応して、金属錯体からなる溶出防
止膜3を形成しているため、導電性フィラー2に対する
溶出防止膜3の接着強度が高められているためだと考え
られる。
る溶出防止膜3を有する実施例1〜3においても、金属
錯体からなる溶出防止膜3を有する実施例4、5におい
ても次のことがいえる。すなわち、本発明において、水
および硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶液に対して
不溶性を有する、と規定した材料から溶出防止膜3を構
成した実施例2、3、5の方が、そうでない材料から溶
出防止膜3を構成した実施例1、4より耐マイグレーシ
ョン性評価および耐硫化反応性評価が向上している。さ
らには、上記不溶性を有すると規定した材料から溶出防
止膜3を構成した実施例2、3においても、より不溶性
の度合の高い方が評価が高いことがわかる。
プチップ実装構造体)の各実施例を説明する。
してウレタン樹脂を用いた実施例1の導電性接着剤1
(ただし、有機バインダーとして熱可塑性を有するエポ
キシ樹脂を用いている点だけが異なっている)により、
半導体装置6を回路基板5にフリップチップ実装してお
り、この点に特徴がある。
に、実装例1で説明した導電性接着剤1を公知の方法で
転写する。そして、転写した導電性接着剤1を、回路基
板5の入出力端子電極9に位置合せした状態で、半導体
装置6を回路基板5上にフリップチップ実装する。そし
て、導電性接着剤1の硬化後に電気的検査を行い、良好
な結果が得られたら回路基板5と半導体装置6との間に
エポキシ樹脂の封止樹脂10を供給して硬化させること
で、その接続箇所を封止してフリップチップ実装構造体
とした。
としてユリア樹脂を用いた実施例2の導電性接着剤1を
用いてフリップチップ実装構造体を構成しており、この
点に特徴がある。フリップチップ実装構造体の構成、作
製方法は、導電性接着剤1を除いて、実施例6と全く同
じである。
として、フッ素樹脂を用いた実施例3の導電性接着剤を
用いて、フリップチップ実装構造体を構成しており、こ
の点に特徴がある。フリップチップ実装構造体の構成、
作製方法は、導電性接着剤1を除いて、実施例6と全く
同じである。
ンを含む金属錯体を用いた実施例4の導電性接着剤を用
いて、フリップチップ実装構造体を構成しており、この
点に特徴がある。フリップチップ実装構造体の構成、作
製方法は、導電性接着剤1を除いて、実施例6と全く同
じである。
3として、o−アミノ安息香酸を含む金属錯体を用いた
実施例5の導電性接着剤を用いて、フリップチップ実装
構造体を構成しており、この点に特徴がある。フリップ
チップ実装構造体の構成、作製方法は、導電性接着剤1
を除いて、実施例6と全く同じである。
応して比較例2のフリップチップ実装構造体を作製し
た。
1の導電性接着剤を用いたうえで、実施例6〜10と同
様の実装構造とした。
および比較例2のフリップチップ実装構造体に対して、
以下の方法にしたがって信頼性の評価を実施した。
造体に対して、実使用時の電流(10mA)を流しなが
ら、高温高湿環境下(85℃、85%)で、接続抵抗の
変化を測定することにより、耐マイグレーション性の評
価測定を実施した。同様に、実使用時の電流(10mA)
を流しながら硫化水素雰囲気下(40℃、90%、硫化
水素濃度3ppm)で、接続抵抗の変化を測定することに
より、耐硫化反応性の評価測定を実施した。その結果を
表2に示す。
例2と比較して次のことがわかった。すなわち、耐イオ
ンマイグレーション性評価において電流が流れるまでの
時間が比較例2より長くなっており、耐イオンマイグレ
ーション性が改善されたことを確認できた。また、耐硫
化反応性評価においても、試験前後での接続抵抗の変化
が比較例2より少なくなっており、耐硫化反応性が改善
されたことを確認できた。
が確認できた。すなわち、樹脂から溶出防止膜3を有し
ている実施例6〜8と、金属錯体から溶出防止膜3を構
成している実施例9、10とを比較すると、実施例9、
10の方が、耐イオンマイグレーション性が良好となっ
ていることが確認できた。
る溶出防止膜3を有する実施例6〜8においても、金属
錯体からなる溶出防止膜3を有する実施例9、10にお
いても次のことがいえる。すなわち、本発明において、
水および硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶液に対し
て不溶性を有する、と規定した材料から溶出防止膜3を
構成した実施例7、8、10の方が、そうでない材料か
ら溶出防止膜3を構成した実施例6、9より耐マイグレ
ーション性評価および耐硫化反応性評価が向上している
のがわかる。さらには、上記不溶性を有すると規定した
材料から溶出防止膜3を構成した実施例7、8において
も、より不溶性の度合の高い方が評価が高いことがわか
る。
ップ実装構造体)も、実施例1〜5(導電性接着剤)と
同様の効果が得られる。
と回路基板5との間の電気的接続を、熱可塑性エポキシ
樹脂の有機バインダ4を有する導電性接着剤1を用いて
行ったが、実施の形態1と同様に、熱硬化性エポキシ樹
脂を用いても同様の効果を発揮するのはいうまでもな
い。
が、各接続箇所(導電性フィラー2とバンプ電極8、導
電性フィラー2同士、導電性フィラー2と入出力端子電
極9)の電気的接続の妨げとなることが考えられる。し
かしながら、フリップチップ実装を行う際には、回路基
板5と半導体装置6とを圧着するので、その際に、圧力
が加えられる箇所(接続箇所)の溶出防止膜3が破損し
て、接続箇所が直接電気的に接続されるので、接続の妨
げとはならない。
体)の各実施例を説明する。
電性接着剤を用いて作製したチップ部品実装構造体であ
る。なお、実施例1ではウレタン樹脂からなる溶出防止
膜3を有している。このチップ部品実装構造体は、ガラ
スエポキシ基板からなる回路基板11(30mm×60m
m、厚さ1.6mm)に金(Au)メッキにより電極12を
形成したのち、5個のチップ抵抗13(3216サイ
ズ、SnPbメッキ)と、2個のチップコイル14(径8mm
φ、高さ4mm)と、4個のチップコンデンサ15(32
16サイズ、SnPbメッキ)を実装している。
て作製した。まず、回路基板11の電極12に導電性接
着剤1をスクリーン印刷する。そして、チップ部品1
3、14、15を、既存の部品搭載装置を用いて電極1
2上に搭載した後、150℃で30分オーブン中で加熱
することで、導電性接着剤1を硬化させた。
導電性接着剤1を用いてチップ部品実装構造体を構成し
ており、この点に特徴がある。なお、実施例2では、溶
出防止膜3としてユリア樹脂を用いている。チップ部品
実装構造体の構成、作製方法は、導電性接着剤1を除い
て、実施例11と全く同じである。
導電性接着剤を用いて、チップ部品実装構造体を構成し
ており、この点に特徴がある。なお、実施例3は、溶出
防止膜3としてフッ素樹脂を用いている。チップ部品実
装構造体の構成、作製方法は、導電性接着剤1を除い
て、実施例11と全く同じである。
ップ部品実装構造体を構成しており、この点に特徴があ
る。なお、実施例4では溶出防止膜3として、ジエタノ
ールアミンを含む金属錯体を用いている。チップ部品実
装構造体の構成、作製方法は、導電性接着剤1を除い
て、実施例11と全く同じである。
導電性接着剤1を用いて、チップ部品実装構造体を構成
しており、この点に特徴がある。なお、実施例5では、
溶出防止膜3としてo−アミノ安息香酸を含む金属錯体
を用いている。また、チップ部品実装構造体の構成、作
製方法は、導電性接着剤1を除いて、実施例11と全く
同じである。
対応して比較例3のチップ部品実装構造体を作製した。
導電性接着剤を用いたうえで、実施例11〜15と同様
の実装構造とした。
体および比較例3のチップ部品実装構造体に対して、実
施例6〜10および比較例2と同様の方法に従って信頼
性の評価を実施した。その結果を表3に示す。
3と比較して次のことがわかった。すなわち、耐イオン
マイグレーション性評価において電流が流れるまでの時
間が比較例3より長くなっており、耐イオンマイグレー
ション性が改善されたことを確認できた。また、耐硫化
反応性評価においても、試験前後での接続抵抗の変化が
比較例3より少なくなっており、耐硫化反応性が改善さ
れたことを確認できた。
が確認できた。すなわち、樹脂から溶出防止膜3を有し
ている実施例11〜13と、金属錯体から溶出防止膜3
を構成している実施例14、15とを比較すると、実施
例14、15の方が、耐イオンマイグレーション性が良
好となっていることが確認できた。
る溶出防止膜3を有する実施例11〜13においても、
金属錯体からなる溶出防止膜3を有する実施例14、1
5においても次のことがいえる。すなわち、本発明にお
いて、水および硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶液
に対して不溶性を有する、と規定した材料から溶出防止
膜3を構成した実施例12、13、15の方が、そうで
ない材料から溶出防止膜3を構成した実施例11、14
より、耐マイグレーション性評価および耐硫化反応性評
価が向上しているのがわかる。さらには、上記不溶性を
有すると規定した材料から溶出防止膜3を構成した実施
例12、13においても、より不溶性の度合の高い方が
評価が高いことがわかる。
品実装構造体)も、実施例1〜5(導電性接着剤)や、
実施例6〜10(フリップチップ実装構造体)と同様の
効果が得られる。
説明する。 (実施例16)実施例1〜5の評価測定のために作成し
たものと同様の構造を有する回路基板6(図4参照)を
用意する。そして、この回路基板6に、比較例1の導電
性接着剤(従来例)により導電性接着剤層17、18を
作製する。導電性接着剤層17、18の作製方法も、実
施例1〜5や比較例1の試験試料と同様とする。
イソプロピルアルコール90wt%の割合で混合した錯化
剤溶液を作製する。なお、導電性フィラー2の表面状態
や後の処理で形成する溶出防止膜3の厚みにより、錯化
剤溶液の配合比や溶剤の種類は異なるため、これら配合
比や溶剤種類については、このように限定されるもので
はない。
浸漬し、引き上げた後、100℃で30分乾燥させるこ
とで、導電性接着剤層17、18に含まれる導電性フィ
ラー2に、金属錯体からなる溶出防止膜3を形成すると
ともに、イソプロピルアルコールを蒸発させる。これに
より図4に示す試験試料を得た。
造上、実施の形態1の実施例である実施例1〜5の試練
試料と同様である。そのため、本実施例を実施例1〜5
と比較するため、実施例1〜5と同様の試験方法にした
がって評価試験を行った。その結果を、上記した表1に
併記する。
した実装構造体では、耐イオンマイグレーション性評価
において、導電性フィラー2に、予め溶出防止膜3を形
成しておく実施例1〜5と同等の特性が得られることが
確認できた。また、耐硫化反応性評価においても、接続
抵抗の上昇は全くなく、さらには、接続抵抗値の絶対値
は、実施例1〜5の最高値よりも低いことが確認でき
た。
するフリップチップ実装構造体を形成する。ただし、こ
の時点では、また、半導体装置6と回路基板5との間の
隙間を封止樹脂10で封止しない。この状態で、半導体
装置6と回路基板5との隙間に、実施例16と同様の錯
体処理剤を注射器を用いて注入する。そして、100℃
で30分間、乾燥させることで、導電性フィラー3表面
に金属錯体からなる溶出防止膜3を形成し、さらに、溶
剤を蒸発させた。
隙間に封止樹脂10を注入して硬化させることでフリッ
プチップ実装構造体の試験試料を得た。
造上、実施の形態2の実施例である実施例6〜10の試
練試料と同様である。そのため、本実施例を実施例6〜
10と比較するため、実施例6〜10と同様の試験方法
にしたがって評価試験を行った。その結果を、上記した
表2に併記する。
したフリップチップ実装構造体では、耐イオンマイグレ
ーション性評価において、導電性フィラー2に、予め溶
出防止膜3を形成しておく実施例6〜10と同等の特性
が得られることが確認できた。また、耐硫化反応性評価
においても、接続抵抗の上昇は全くなく、さらには、接
続抵抗値の絶対値は、実施例6〜10の最高値よりも低
いことが確認できた。
するチップ部品実装構造体を形成する。そして、実施例
16で用いた錯化剤溶液と同様の錯化剤溶液に30秒間
浸漬し、引き上げた後、100℃で30分乾燥させるこ
とで、導電性接着剤層21に含まれる導電性フィラー2
に、金属錯体からなる溶出防止膜3を形成するととも
に、イソプロピルアルコールを蒸発させる。これにより
図6に示す試験試料を得た。
造上、実施の形態3の実施例である実施例11〜15の
試練試料と同様である。そのため、本実施例を実施例1
1〜15と比較するため、実施例11〜15と同様の試
験方法にしたがって評価試験を行った。その結果を、上
記した表3に併記する。
したチップ部品実装構造体では、耐イオンマイグレーシ
ョン性評価において、導電性フィラー2に、予め溶出防
止膜3を形成しておく実施例11〜15と同等の特性が
得られることが確認できた。また、耐硫化反応性評価に
おいても、接続抵抗の上昇は全くなく、さらには、接続
抵抗値の絶対値は、実施例11〜15の最高値よりも低
いことが確認できた。
ものよりも耐イオンマイグレーション性、または耐硫化
反応性に優れた実装構造体を得ることができた。
やチップ部品実装構造体といった実装構造体に用いれ
ば、絶縁信頼性が向上するために、電極間等の接続間隔
を狭くすることが可能となり、実装構造体の省スペース
化を実現することも可能となる。
る信頼性が向上するため、温泉付近や火山近傍といっ
た、硫黄を多量に含む気体雰囲気中で使用する可能性の
ある製品にも適用でき、使用用途を大幅に拡大させるこ
とが十分期待することができる。
大図
造体の断面図
の平面図
板の平面図
の断面図
電性フィラー 3 溶出防止膜 4 有機バインダー 5 回
路基板 6 半導体装置 7 IC基板 8 バ
ンプ電極 9 入出力端子電極 10 封止樹脂 11 回
路基板 12 電極 13 チップ抵抗 14
チップコイル 15 チップコンデンサ 16
回路基板 17、18 導電性接着剤層 19
空孔 19 回路基板(ガラスエポキシ基板) 20 金メ
ッキ電極 21 導電性接着剤層 22 0Ω抵抗
Claims (14)
- 【請求項1】 電気構造物と、前記電気構造物に設けら
れた導電性接着剤層とを備え、前記導電性接着剤層は導
電性フィラーを有し、 前記導電性フィラーの少なくとも一部に溶出防止膜を有
し、前記溶出防止膜が金属錯体を含み、 前記導電性フィラーは、少なくともその一部が前記導電
性接着剤層の表面に露出しており、前記溶出防止膜は少
なくともこの露出部位に設けられ、 前記導電性接着剤層は、互いに連通しあって接着層の表
面にまで連通する多数の空孔を有しており、前記導電性
フィラーの少なくとも一部は、前記空孔の内面に露出し
ており、 前記溶出防止膜は、少なくとも前記空孔内面に露出する
前記導電性フィラー上に設けられている、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項2】 電気構造物と、前記電気構造物に設けら
れた導電性接着剤層とを備え、前記導電性接着剤層は導
電性フィラーを有し、前記導電性フィラーの少なくとも
一部が外部環境に対して露出しており、当該露出部分の
みに溶出防止膜を有する、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項3】 請求項2に記載の実装構造体であって、前記溶出防止膜が金属錯体を含む、 ことを特徴とする実装構造体。
- 【請求項4】 請求項1または2に記載の実装構造体で
あって、前記電気構造物上に配置された他の電気構造物を有して
おり、 前記導電性接着剤層は前記電気構造物に前記他の電気構
造物を電気的に接続するものである、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項5】 請求項1または2に記載の実装構造体で
あって、 前記溶出防止膜を水不溶物質から構成する、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項6】 請求項1または2に記載の実装構造体で
あって、 前記溶出防止膜を硫化水素または硫黄酸化物を含む水溶
液に不溶な物質から構成する、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項7】 請求項1または2に記載の実装構造体で
あって、 前記導電性フィラーが銀を含む、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項8】 請求項4に記載の実装構造体であって、 前記電気構造物は回路基板であり、前記他の電気構造物
は前記回路基板に実装される電子部品である、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項9】 請求項8に記載の実装構造体であって、 前記他の電気構造物は、前記回路基板からなる電気構造
物にフリップチップ実装される半導体装置である、 ことを特徴とする実装構造体。 - 【請求項10】 電気構造物に、導電性フィラーを有す
る導電性接着剤層を形成する工程と、 前記導電性接着剤層が硬化した後、導電性接着剤層の表
面に連通している前記導電性フィラーに溶出防止膜を形
成する工程と、 を含むことを特徴とする実装構造体の製造方法。 - 【請求項11】 請求項10に記載の実装構造体の製造
方法であって、 前記導電性接着剤層が硬化した後、前記導電性接着剤層
を錯体化処理することで、前記溶出防止膜を形成する、 ことを特徴とする実装構造体の製造方法。 - 【請求項12】 請求項10に記載の実装構造体の製造
方法であって、 前記導電性接着剤層は、前記電気構造物に他の電気構造
物を電気的に接続するものである、 ことを特徴とする実装構造体の製造方法。 - 【請求項13】 請求項12に記載の実装構造体の製造
方法であって、 前記電気構造物は回路基板であり、前記他の電気構造物
は、前記回路基板に実装される電子部品である、 ことを特徴とする実装構造体の製造方法。 - 【請求項14】 請求項12に記載の実装構造体の製造
方法であって、 前記電気構造物は回路基板であり、前記他の電気構造物
は、前記回路基板にフリップチップ実装される半導体装
置である、 ことを特徴とする実装構造体の製造方法。
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JP10522399 | 1999-04-13 | ||
JP2000094017A JP3284273B2 (ja) | 1999-04-13 | 2000-03-30 | 実装構造体、実装構造体の製造方法、および導電性接着剤 |
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