JP4282417B2

JP4282417B2 - 接続構造体

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Description

本発明は、接着剤層を複数層積層して構成された多層異方性導電性接着剤を介して電子部品を電気的に接続した接続構造体に関する。

基板上へのベアチップ実装用途において、基板の電極とチップの電極とを電気的に接続した状態で固定する手段として、フィルム状接着剤即ち例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ）や絶縁性フィルム（ＮＣＦ）、または液状接着剤即ち例えば異方性導電ペースト（ＡＣＰ）や絶縁性ペースト（ＮＣＰ）等の接続材が用いられている。

そして、これらの接続材を基板及びチップの電極間に挟んだ状態で、プレスしながら熱を加えることにより樹脂成分を硬化させる、いわゆる樹脂圧縮法が、工程を短縮することができ生産性を上げられることから、広く検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３４０６１３号公報（図２等）

基板上へのベアチップ実装用途では、ワイヤーボンディングや金−金接合と同等のレベルの接続信頼性が要求される。
即ち、耐ＰＣＴ（プレッシャー・クッカー・テスト；１２１℃・１００％ＲＨまたは１１０℃・８５％ＲＨ）性や耐ＴＣＴ（Temperature Cycle Test；−５５℃／１２５℃）性、及び耐リフロー性を要求されることが多い。
特に、耐リフロー性は、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council ）規格に定められたレベル２（８５℃・６０％ＲＨ条件下１６８ｈ吸湿前処理後、リフロー炉通し）以上を満足するように強く要求されている。

しかしながら、従来のＡＣＦやＮＣＦでは、この耐リフロー性に問題があった。
即ち、リフロー処理後にチップと接続材間に剥離が発生し、その後のＰＣＴやＴＣＴにおけるエージングで剥離が進行して、その結果導通不良を起こしていた。

そして、特にベアチップ実装を行う場合には、チップ側に配線保護層として窒化シリコン膜の上にポリイミドを絶縁膜として形成することが多いが、窒化シリコン膜のみの場合と比較して、リフロー後に接着界面から剥離し易いという問題があった。

また、従来のフィルム状接着剤は最低溶融粘度が高く、接続信頼性を得るために高推力（０．８Ｎ／バンプ以上）にて接続する必要があるため、高推力によるチップ破損が発生したり、高推力を加えるための（特別な）設備を必要としたりする等の問題があった。

上述した問題の解決のために、本発明においては、耐リフロー性が充分に得られ、容易に接続を行うことができる多層異方性導電性接着剤を用いた接続構造体を提供するものである。

本発明の一の接続構造体は、表面に電極と絶縁膜を有する第１の電子部品と、表面に電極を有する第２の電子部品とが多層異方性導電性接着剤を介して接続された接続構造体であって、多層異方性導電性接着剤が、絶縁性樹脂と硬化剤とを少なくとも含有する、第１の接着剤層と第２の接着剤層とが積層されて成り、少なくとも第１の接着剤層及び第２の接着剤層のいずれかに導電性粒子が含有され、第１の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であり、第２の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１０℃以上１４０℃以下であり、第２の接着剤層は、前記第１の接着剤層よりもＤＳＣ発熱ピーク温度が１０℃以上低く、第１の電子部品は絶縁膜が窒化シリコン膜である半導体チップであり、第２の電子部品は回路基板であり、第１の電子部品と第１の接着剤層とが対面するように配置されているものである。
本発明の他の接続構造体は、表面に電極と絶縁膜を有する第１の電子部品と、表面に電極を有する第２の電子部品とが多層異方性導電性接着剤を介して接続された接続構造体であって、多層異方性導電性接着剤が、絶縁性樹脂と硬化剤とを少なくとも含有する、第１の接着剤層と第２の接着剤層とが積層されて成り、少なくとも第１の接着剤層及び第２の接着剤層のいずれかに導電性粒子が含有され、第１の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であり、第２の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１０℃以上１４０℃以下であり、第２の接着剤層は、前記第１の接着剤層よりもＤＳＣ発熱ピーク温度が１０℃以上低く、第１の電子部品は絶縁膜がポリイミド膜である半導体チップであり、第２の電子部品は回路基板であり、第２の電子部品と第１の接着剤層とが対面するように配置されているものである。
ここで、ＤＳＣ発熱ピーク温度とは、ＤＳＣ（示差走査熱量）測定法、即ち温度調節された電気炉の中に置かれた試料と基準物質への熱量の出入りの差を試料温度とともに測定する方法によって得られた、発熱反応のピークの温度をいう。

上述の本発明の接続構造体の各構成によれば、多層異方性導電性接着剤が、少なくとも第１の接着剤層及び第２の接着剤層のうちいずれかの接着剤層に導電性粒子が含有されているため、熱圧着された後に、導電性粒子により接着剤の上下の導通がなされる。また、第１の接着剤層はＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であることにより、第１の接着剤層がリフロー処理後にも剥離しにくい特性を有し、第１の接着剤層と接する側ではリフロー処理後にも剥離しにくくなる。
これは、従来の発熱ピーク温度が１３０℃未満であるものよりも、発熱ピーク温度が高いことにより、熱圧着における硬化がゆっくり進行し、リフロー処理において、接続された電子部品の膨張に追随しやすくなるためとも推測される。
これにより、従来はリフロー処理後に剥離しやすかった電子部品の側にこの剥離しにくい接着剤層を対面させて接着を行えば、良好な耐リフロー性が得られることになる。
また、本発明の接続構造体の各構成によれば、第１の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であり、第２の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１０℃以上１４０℃以下であり、第２の接着剤層は、第１の接着剤層よりもＤＳＣ発熱ピーク温度が１０℃以上低い。
これにより、リフロー処理後に剥離しやすかった電子部品の側に第１の接着剤層を対面させて良好な耐リフロー性を得ると共に、反対側の接着剤層や中央の接着剤層に第２の接着剤層を配置して、第２の接着剤層に例えば一般的に使用されている比較的安価な材料を用いることにより、全体のコストの低減を図ることも可能になる。
また、本発明の接続構造体の各構成によれば、表面に電極と絶縁膜を有する第１の電子部品と、表面に電極を有する第２の電子部品とを、上述した多層異方性導電性接着剤を介して電気的に接続したことにより、第１の接着剤層はＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であって、リフロー処理後にも剥離しにくい特性を有することから、従来はリフロー処理後に剥離しやすかった電子部品の側にこの剥離しにくい第１の接着剤層が対面するように配置していれば、良好な耐リフロー性が得られることになる。

上記本発明の接続構造体において、さらに第１の接着剤層と第２の接着剤層の厚さが共に１０μｍ以上であり、第１の接着剤層の厚さと第２の接着剤層の厚さの比が０．２以上７以下である構成とすることも可能である。
このように、第１の接着剤層及び第２の接着剤層が共にある程度以上の厚さを有し、また厚さの比が極端に大きかったり小さかったりしなければ、良好な特性が得られる。

上記本発明の接続構造体において、さらに第１の接着剤層が熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、球状の無機フィラー及び硬化剤を含有し、無機フィラーは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して７０重量部以上１７０重量部以下含有する構成とすることも可能である。
熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、球状の無機フィラー及び硬化剤は、従来公知の様々なものが使用可能である。
無機フィラーの量は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して７０重量部以上１７０重量部以下とすることが望ましい。無機フィラーが少な過ぎるとリフロー処理後の剥離を抑制する効果が低下する。無機フィラーが多すぎると接続抵抗が大きくなる。
そして、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、球状の無機フィラー及び硬化剤の量は、第１の接着剤層においてＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下である特性が得られるように選定する。

また、さらに第１の接着剤層の硬化剤として、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、または２，４−ジアミノ−６−［２´メチルイミダゾリル−（１´）］−エチル−ｓトリアジンイソシアヌル酸付加物のいずれかを、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対し５重量部以上１５重量部以下含有する構成とすることが望ましい。
このような硬化剤の材料を使用すれば、耐リフロー性をさらに向上することが可能になる。

また、例えば、第１の接着剤層に含有する熱硬化性樹脂をエポキシ樹脂としてもよい。

さらにまた、例えば、第２の接着剤層の硬化剤として、２−フェニルイミダゾールまたは潜在性のイミダゾール硬化剤を含有する構成とすることが望ましい。

上記本発明の一の接続構造体においては、絶縁膜が窒化シリコン膜であり、表面に電極と絶縁膜を有する第１の電子部品と、多層異方性導電性接着剤のＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下である第１の接着剤層が対面するように配置されていることにより、より良好な耐リフロー性が得られる。

上記本発明の他の接続構造体においては、絶縁膜がポリイミド膜であり、表面に電極を有する第２の電子部品と、多層異方性導電性接着剤のＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下である第１の接着剤層が対面するように配置されていることにより、より良好な耐リフロー性が得られる。

上述の本発明によれば、多層異方性導電性接着剤が、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下である第１の接着剤層を有することにより、従来の接続材では不可能であった耐リフロー性に優れた接続構造体を実現することができる。

本発明の接続構造体に係る多層異方性導電性接着剤の一実施の形態の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この多層異方性導電性接着剤１１は、第１の接着剤層１の上に第２の接着剤層２が積層されて構成されている。
第１の接着剤層１又は第２の接着剤層２のうち、少なくとも一方は、導電性粒子を含有して構成される。これにより、多層異方性導電性接着剤１１を熱圧着した後、その上下の導通（電気的接続）がなされる。

また、この多層異方性導電性接着剤１１は、使用する前は、図示しない剥離フィルムが一方又は両方の主面（上面・下面）に貼り付けられて保持される。

この構成の多層異方性導電性接着剤１１を製造するには、例えば、接着剤層の材料を溶剤中に溶かした塗布液を作製し、図示しない剥離フィルム上に塗布液を塗布して接着剤層を形成することにより、それぞれ各接着剤層のフィルム状接着剤を形成する。そして、２層のフィルム状接着剤を、剥離フィルムとは反対側が対向するように張り合わせる。
なお、塗布液の粘性や溶剤の揮発性等の特性により、塗布液の重ね塗りが可能である場合には、同一の剥離フィルム上に２層の塗布液を順次塗布して多層異方性導電性接着剤１１を製造することも可能である。

本実施の形態では、特に下層の第１の接着剤層１が、そのＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃であり、上層の第２の接着剤層２のＤＳＣ発熱ピーク温度が第１の接着剤層１のＤＳＣ発熱ピーク温度よりも１０℃以上低い温度（例えば１３０℃未満）である構成とする。
これにより、特に第１の接着剤層１において、リフロー処理後に剥離しにくくなる作用効果を有する。
従って、従来よりも耐リフロー特性を向上し、良好な耐リフロー特性を有する接着剤を構成することができる。

そして、この多層異方性導電性接着剤１１を介して、上下に２つの電子部品を接続して接続構造体を作製する際には、特にリフロー処理後に剥離しやすい側に第１の接着剤層１を配置すれば、より効果的に耐リフロー特性を向上することができると考えられる。

また、本発明の接続構造体に係る多層異方性導電性接着剤の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を図２に示す。
この多層異方性導電性接着剤１２は、図１の多層異方性導電性接着剤１１に対して、第１の接着剤層１と第２の接着剤層２の上下を入れ替えた構成となっている。
この場合も、上層の第１の接着剤層１が、そのＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃であり、下層の第２の接着剤層２のＤＳＣ発熱ピーク温度が第１の接着剤層１のＤＳＣ発熱ピーク温度よりも１０℃以上低い温度（例えば１３０℃未満）である構成とする。

これにより、図１の多層異方性導電性接着剤１１と同様に、特に第１の接着剤層１においてリフロー処理後に剥離しにくくなる作用効果を有し、良好な耐リフロー特性を有する接着剤を構成することができる。

そして、多層異方性導電性接着剤の上下に接着させる、それぞれの電子部品（回路基板やチップ、その他の部品）の構成に従って、図１の多層異方性導電性接着剤１１及び図２の多層異方性導電性接着剤１２から、より好ましい方を選択すればよい。

例えば、前述した基板へのベアチップ実装では、通常、基板を下側に、チップを上側に配置して熱圧着を行うので、基板とチップのそれぞれの表面の電極や絶縁膜の構成に応じて、多層異方性導電性接着剤を選択すればよい。

例えば、チップの表面の絶縁膜が窒化シリコン膜である場合には、第１の接着剤層１がチップ側である方が耐リフロー性が良好になるため、チップ側になる上層が第１の接着剤層１である、図２の多層異方性導電性接着剤１２を選択すればよい。
また例えば、チップの表面の絶縁膜がポリイミド膜である場合（窒化シリコン膜の表面にポリイミド膜が形成されている場合も含む）には、第１の接着剤層１が基板側である方が耐リフロー性が良好になるため、基板側になる下層が第１の接着剤層１である、図１の多層異方性導電性接着剤１１を選択すればよい。

なお、図１及び図２の実施の形態では、第１の接着剤層１と第２の接着剤層２のＤＳＣ発熱ピーク温度にある程度の差がある構成としたが、本発明では、２層の接着剤層が共にＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内にある構成や、２層の接着剤層の発熱ピーク温度の差が少ない構成も含む。

また、本発明では、３層以上の接着剤層を積層して多層異方性導電性接着剤を構成してもよい。
その場合、少なくとも最上層又は最下層の接着剤層、即ち少なくとも一方の接着面の接着剤層を、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内にある接着剤層により構成する。

本発明の接続構造体に係る異方性導電性接着剤のさらに他の実施の形態として、３層の接着剤層を積層した場合の断面図を図３に示す。
この異方性導電性接着剤２０は、３層の接着剤層２１，２２，２３が積層されて構成されている。
３層の接着剤層２１，２２，２３のうち、少なくともいずれかの接着剤層に導電性粒子を含有する。
また、少なくとも最上層の接着剤層２１又は最下層の接着剤層２３は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内にある接着剤層とする。なお、３層２１，２２，２３ともＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内にある接着剤層としても構わない。
これにより、最上層の接着剤層２１又は最下層の接着剤層２３の接着面でリフロー処理後の剥離を抑制することができ、耐リフロー特性を向上することができる。

以下、本発明の実施例を比較例とともに詳細に説明する。

絶縁性樹脂としてフェノキシ樹脂及びエポキシ樹脂を用い、硬化剤としてイミダゾール系硬化剤を用い、フィラーとして球状シリカを用い、導電性粒子として金メッキ樹脂粒子を用いて、これら各材料をそれぞれ表１に示す重量部で使用して、トルエンと酢酸エチルの混合溶剤中で均一に混合することにより、フィルム１〜フィルム６の６種類のフィルム状接着剤用の塗布液を作製した。

ここで、表１に示す各材料の詳細は、以下の通りである。
ＹＰ５０（ＢＰＡ型フェノキシ樹脂、東都化成社製）
ＨＰ４０３２Ｄ（ナフタレン型エポキシ樹脂、大日本インキ化学工業社製）
ＥＰ８０７（ＢＰＦ型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン社製）
２ＰＨＺ（２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール；イミダゾール系硬化剤、四国化成社製）
２Ｐ４ＭＨＺ（２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール；イミダゾール系硬化剤、四国化成社製）
２ＭＡＯＫ（２，４−ジアミノ−６−［２´メチルイミダゾリル−（１）´］−エチル−ｓトリアジンイソシアヌル酸付加物；イミダゾール系硬化剤、四国化成社製）
２ＰＺ（２−フェニルイミダゾール；イミダゾール系硬化剤、四国化成社製）
ＨＸ３９４１ＨＰ（マスターバッチ型潜在性硬化剤、エポキシ／イミダゾール硬化剤＝２／１、旭化成エポキシ社製）
球状シリカ（平均粒径φ０．５μｍ、龍森社製）
金メッキ樹脂粒子（平均粒径φ５μｍ）

また、フィルム１〜フィルム６の各塗布液を剥離フィルムに塗布して、溶剤が除去された後に、フィルムの接着剤層をサンプリングして、ＤＳＣ（示差走査熱量分析）の発熱ピーク温度を測定した。このＤＳＣ発熱ピーク温度の測定結果も、併せて表１に示す。

表１に示すように、フィルム１〜フィルム４は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内であり、フィルム５〜フィルム６は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃未満である。

（実施例１）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１５１℃であるフィルム２を厚さ４０μｍ、第２の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃であるフィルム５を厚さ１０μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成した。
具体的には、接着剤層の塗布液を剥離フィルム上に塗布して、各接着剤層のフィルム（フィルム２及びフィルム５）を作製した後に、これら２つのフィルムを剥離フィルムとは反対側の面で互いに張り合わせて、約５０μｍの厚さの多層異方性導電性接着剤とした。

基板及びチップとして、以下の構成を用意した。
使用基板：ＦＲ−５ガラエポ基板（ガラエポ層０．６ｍｍ／Ｃｕパターン３５μｍ／表面Ｎｉ／Ａｕメッキ；１５０μｍピッチ）
使用チップ：大きさ６．３ｍｍ□、厚さ０．４ｍｍ、Ａｕスタットバンプ（トップ径φ５０μｍ，厚さ３０μｍ）と膜厚５μｍの窒化シリコン膜からなる配線保護層が形成されている。

そして、第１の接着剤層（フィルム２）がチップ側に、第２の接着剤層（フィルム５）が基板側になるように配置して、２００℃・２０秒、推力０．６Ｎ／バンプの条件にて圧着することにより、チップと基板とを接続して、実施例１の接続構造体を得た。

（実施例２〜実施例５）
第１の接着剤層（フィルム２）及び第２の接着剤層（フィルム５）の厚さを、それぞれ表２に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例２〜実施例５の接続構造体を得た。

（実施例６）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１７１℃であるフィルム１を厚さ１５μｍ、第２の接着剤層としてフィルム５を厚さ３５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、その他は実施例１と同様にして、実施例６の接続構造体を得た。

（実施例７）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃であるフィルム４を厚さ１５μｍ、第２の接着剤層としてフィルム５を厚さ３５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、その他は実施例１と同様にして、実施例７の接続構造体を得た。

（実施例８）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１４５℃であるフィルム３を厚さ１５μｍ、第２の接着剤層としてフィルム５を厚さ３５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、その他は実施例１と同様にして、実施例８の接続構造体を得た。

（比較例１）
ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１８℃であるフィルム６を厚さ１５μｍ、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃であるフィルム５を厚さ３５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、フィルム６がチップ側に、フィルム５が基板側になるように配置して、その他は実施例１と同様にして、比較例１の接続構造体を得た。

（実施例９・実施例１０）
第１の接着剤層（フィルム２）及び第２の接着剤層（フィルム５）の厚さを、それぞれ表２に示すように変更した他は、実施例１と同様にして、実施例９・実施例１０の接続構造体を得た。

（比較例２）
剥離フィルムにＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃であるフィルム５を厚さ５０μｍ塗布してフィルム状接着剤を形成し、この接着剤を用いて、実施例１と同様の条件により、基板とチップとを圧着して、比較例２の接続構造体を得た。

（比較例３）
剥離フィルムにＤＳＣ発熱ピーク温度が１５１℃であるフィルム２を厚さ５０μｍ塗布してフィルム状接着剤を形成し、この接着剤を用いて、実施例１と同様の条件により、基板とチップとを圧着して、比較例３の接続構造体を得た。

（評価試験）
これら実施例１〜実施例１０及び比較例１〜比較例３の各接続構造体に対して、以下の評価試験を行った。

リフロー後の外観試験：各接続構造体の試料を８５℃８５％ＲＨ条件下２４ｈ吸湿前処理した後にリフロー炉（ＭＡＸ温度２５０℃）に３回通し、ＳＡＴ（超音波探傷装置）にてチップと接合材間の剥離の有無を観察した。接続面積の半分以上に剥離が見られるものを×印、部分的に見られるものを△印、ほとんど剥離がないものを○印、剥離が全くないものを◎印とした。
接続信頼性試験：各接続構造体の試料を８５℃８５％ＲＨ条件下２４ｈ吸湿前処理した後にリフロー炉に３回通し、その後ＰＣＴ（１１０℃８５％ＲＨ）にて２００ｈエージングを行い導通抵抗を測定した。また、各接続構造体の試料を８５℃８５％ＲＨ条件下２４ｈ吸湿前処理した後にリフロー炉に３回通し、その後ＴＣＴ（−５５℃／１２５℃ 各１５分）にて５００サイクルのエージングを行い導通抵抗を測定した。いずれの場合も、オープンが発生したものを×印、オープン発生はないが抵抗上昇が見られるものを△印、抵抗上昇のほとんどないものを○印とした。

各実施例及び比較例の接着剤の構成と評価試験の結果を表２に示す。また、２層のフィルムにより接着剤を構成した例では、ＤＳＣ発熱ピークの温度差（チップ側フィルム−基板側フィルム）と、フィルム厚さの比率（チップ側フィルム／基板側フィルム）も、併せて表２に示す。

表２より、２層のフィルムのＤＳＣ発熱ピークの温度差が１０℃以上ある場合（実施例１〜実施例１０）では、吸湿前処理及びリフローを行った後の外観と接続信頼性がいずれも良好であることがわかる。
チップ側の接着剤層のＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃であり、その硬化剤としてヒドロキシメチル化イミダゾールを用いた場合に、特に良好な結果が得られる。
２層のフィルムの厚さについては、各々１０μｍ以上として、比率が０．２〜６の範囲にある場合が、特に良好な結果が得られる。

表２より、２層のフィルムのＤＳＣ発熱ピークの温度差が１０℃未満であり、いずれもピーク温度が１３０℃未満である比較例１では、吸湿前処理及びリフローを行った後の剥離発生が大きく、信頼性が悪いことがわかる。

表２より、比較例２及び比較例３のように単層の場合には、２層のフィルムを積層した場合のような良好な特性は得られない。
ＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃のフィルム５のみを用いた比較例２では、吸湿前処理及びリフローを行った後の剥離発生が大きい。
一方、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１５１℃のフィルム２のみを用いた比較例３では、オープンが発生して導通不良となる。
従来の単層のフィルム状接続材は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃未満であるため、比較例１または比較例２と同様の結果となる。

なお、表２中にはないが、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１８０℃を超える硬化剤を材料として接着剤層に用いると、実用的な硬化条件では硬化しないため、実用に耐えない。

従って、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内である第１の接着剤層を用いて、この第１の接着剤層と、他の接着剤層とを積層して２層構造の接着剤を構成し、第１の接着剤層がチップ側になるように配置して圧着することにより、リフロー後の外観や接続信頼性が良好となり、即ち耐リフロー性が良好となることがわかる。

上述の実施例１〜実施例１０では、チップ側にＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内である第１の接着剤層を配置した場合であったが、基板側にＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内である第１の接着剤層を配置した場合の耐リフロー性も調べた。

（実施例１１）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１５１℃であるフィルム２を厚さ４０μｍ、第２の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃であるフィルム５を厚さ１０μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成した。
具体的には、接着剤層の塗布液を剥離フィルム上に塗布して、各接着剤層のフィルム（フィルム２及びフィルム５）を作製した後に、これら２つのフィルムを剥離フィルムとは反対側の面で互いに張り合わせて、約５０μｍの厚さの多層異方性導電性接着剤とした。

基板及びチップとして、以下の構成を用意した。
使用基板：ＦＲ−５ガラエポ基板（ガラエポ層０．６ｍｍ／Ｃｕパターン３５μｍ／表面Ｎｉ／Ａｕメッキ；１５０μｍピッチ）
使用チップ：大きさ６．３ｍｍ□、厚さ０．４ｍｍ、Ａｕスタットバンプ（トップ径φ５０μｍ，厚さ３０μｍ）と膜厚５μｍの感光性ポリイミド絶縁膜からなる配線保護層が形成されている。

そして、剥離フィルムを除去すると共に、第１の接着剤層（フィルム２）が基板側に、第２の接着剤層（フィルム５）がチップ側になるように配置して、２００℃・２０秒、推力０．６Ｎ／バンプの条件にて圧着することにより、チップと基板とを接続して、実施例１１の接続構造体を得た。

（実施例１２〜実施例１５）
第１の接着剤層（フィルム２）及び第２の接着剤層（フィルム５）の厚さを、それぞれ表３に示すように変更した他は、実施例１１と同様にして、実施例１２〜実施例１５の接続構造体を得た。

（実施例１６）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１７１℃であるフィルム１を厚さ３５μｍ、第２の接着剤層としてフィルム５を厚さ１５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、その他は実施例１１と同様にして、実施例１６の接続構造体を得た。

（実施例１７）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃であるフィルム４を厚さ３５μｍ、第２の接着剤層としてフィルム５を厚さ１５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、その他は実施例１１と同様にして、実施例１７の接続構造体を得た。

（実施例１８）
第１の接着剤層としてＤＳＣ発熱ピーク温度が１４５℃であるフィルム３を厚さ３５μｍ、第２の接着剤層としてフィルム５を厚さ１５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、その他は実施例１１と同様にして、実施例１８の接続構造体を得た。

（比較例４）
ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１８℃であるフィルム６を厚さ３５μｍ、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃であるフィルム５を厚さ１５μｍ、これらを積層して２層構造の多層異方性導電性接着剤を形成し、フィルム６が基板側に、フィルム５がチップ側になるように配置して、その他は実施例１１と同様にして、比較例４の接続構造体を得た。

（実施例１９・実施例２０）
第１の接着剤層（フィルム２）及び第２の接着剤層（フィルム５）の厚さを、それぞれ表３に示すように変更した他は、実施例１１と同様にして、実施例１９・実施例２０の接続構造体を得た。

（比較例５）
剥離フィルムにＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃であるフィルム５を厚さ５０μｍ塗布してフィルム状接着剤を形成し、この接着剤を用いて、実施例１１と同様の条件により、基板とチップとを圧着して、比較例５の接続構造体を得た。

（比較例６）
剥離フィルムにＤＳＣ発熱ピーク温度が１５１℃であるフィルム２を厚さ５０μｍ塗布してフィルム状接着剤を形成し、この接着剤を用いて、実施例１１と同様の条件により、基板とチップとを圧着して、比較例６の接続構造体を得た。

（評価試験）
これら実施例１１〜実施例２０及び比較例４〜比較例６の各接続構造体に対して、以下の評価試験を行った。

各実施例及び比較例の接着剤の構成と評価試験の結果を表３に示す。また、２層のフィルムにより接着剤を構成した例では、ＤＳＣ発熱ピークの温度差（基板側フィルム−チップ側フィルム）と、フィルム厚さの比率（チップ側フィルム／基板側フィルム）も、併せて表３に示す。

表３より、２層のフィルムのＤＳＣ発熱ピークの温度差が１０℃以上ある場合（実施例１１〜実施例２０）では、吸湿前処理及びリフローを行った後の外観と接続信頼性がいずれも良好であることがわかる。
基板側の接着剤層のＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃であり、その硬化剤としてヒドロキシメチル化イミダゾールを用いた場合に、特に良好な結果が得られる。
２層のフィルムの厚さについては、各々１０μｍ以上として、比率が０．１〜９の範囲にある場合が好ましく、０．２〜４にある場合が特に好ましく、０．２〜１の範囲にある場合が極めて良好な結果が得られる。

表３より、２層のフィルムのＤＳＣ発熱ピークの温度差が１０℃未満であり、いずれもピーク温度が１３０℃未満である比較例４では、吸湿前処理及びリフローを行った後の剥離発生が大きく、信頼性が悪いことがわかる。

表３より、比較例５及び比較例６のように単層の場合には、２層のフィルムを積層した場合のような良好な特性は得られない。
ＤＳＣ発熱ピーク温度が１２１℃のフィルム５のみを用いた比較例５では、吸湿前処理及びリフローを行った後の剥離発生が大きい。
一方、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１５１℃のフィルム２のみを用いた比較例６では、オープンが発生して導通不良となる。

なお、表３中にはないが、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１８０℃を超える硬化剤を材料として接着剤層に用いると、実用的な硬化条件では硬化しないため、実用に耐えない。

従って、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃〜１８０℃の範囲内である第１の接着剤層を用いて、この第１の接着剤層と、他の接着剤層とを積層して２層構造の接着剤を構成し、第１の接着剤層が基板側になるように配置して圧着することにより、リフロー後の外観や接続信頼性が良好となり、即ち耐リフロー性が良好となることがわかる。

なお、上述の各実施例では、多層異方性導電性接着剤を構成する２層の接着剤層のフィルムに、いずれも金メッキ樹脂粒子を含有させているが、本発明においては、前述したように、少なくとも１層の接着剤層が導電性粒子を含有していれば、所望の導電性を得ることが可能である。
また、基板やチップと接合する側の接着剤層に導電性粒子を含有しているか否かは、耐リフロー性に大きく影響するものではない。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

本発明の接続構造体に係る多層異方性導電性接着剤の一実施の形態の概略断面図である。本発明の接続構造体に係る多層異方性導電性接着剤の他の実施の形態の概略断面図である。本発明の接続構造体に係る多層異方性導電性接着剤のさらに他の実施の形態の概略断面図である。

符号の説明

１第１の接着剤層、２第２の接着剤層、１１，１２，２０多層異方性導電性接着剤、２１，２２，２３接着剤層

Claims

表面に電極と絶縁膜を有する第１の電子部品と、表面に電極を有する第２の電子部品とが多層異方性導電性接着剤を介して接続された接続構造体であって、
前記多層異方性導電性接着剤が、絶縁性樹脂と硬化剤とを少なくとも含有する、第１の接着剤層と第２の接着剤層とが積層されて成り、少なくとも前記第１の接着剤層及び前記第２の接着剤層のいずれかに導電性粒子が含有され、
前記第１の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であり、前記第２の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１０℃以上１４０℃以下であり、前記第２の接着剤層は、前記第１の接着剤層よりもＤＳＣ発熱ピーク温度が１０℃以上低く、
前記第１の電子部品は、前記絶縁膜が窒化シリコン膜である半導体チップであり、前記第２の電子部品は回路基板であり、
前記第１の電子部品と、前記第１の接着剤層とが、対面するように配置されている
接続構造体。
表面に電極と絶縁膜を有する第１の電子部品と、表面に電極を有する第２の電子部品とが多層異方性導電性接着剤を介して接続された接続構造体であって、
前記多層異方性導電性接着剤が、絶縁性樹脂と硬化剤とを少なくとも含有する、第１の接着剤層と第２の接着剤層とが積層されて成り、少なくとも前記第１の接着剤層及び前記第２の接着剤層のいずれかに導電性粒子が含有され、
前記第１の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１３０℃以上１８０℃以下であり、前記第２の接着剤層は、ＤＳＣ発熱ピーク温度が１１０℃以上１４０℃以下であり、前記第２の接着剤層は、前記第１の接着剤層よりもＤＳＣ発熱ピーク温度が１０℃以上低く、
前記第１の電子部品は、前記絶縁膜がポリイミド膜である半導体チップであり、前記第２の電子部品は回路基板であり、
前記第２の電子部品と、前記第１の接着剤層とが、対面するように配置されている
接続構造体。
前記第１の接着剤層と前記第２の接着剤層の厚さが共に１０μｍ以上であり、前記第１の接着剤層の厚さと前記第２の接着剤層の厚さの比が０．２以上７以下である請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の接続構造体。
前記第１の接着剤層は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、球状の無機フィラー及び硬化剤を含有し、無機フィラーは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して７０重量部以上１７０重量部以下含有する請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の接続構造体。
前記第１の接着剤層の前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項４に記載の接続構造体。
前記第１の接着剤層は、硬化剤として２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、または２，４−ジアミノ−６−［２´メチルイミダゾリル−（１´）］−エチル−ｓトリアジンイソシアヌル酸付加物のいずれかを、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対し５重量部以上１５重量部以下含有する請求項４に記載の接続構造体。
前記第２の接着剤層には熱硬化性樹脂が含有され、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の接続構造体。
前記第２の接着剤層は、硬化剤として２−フェニルイミダゾールまたは潜在性のイミダゾール硬化剤を含有する請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の接続構造体。