DE68911495T2

DE68911495T2 - Zusammensetzung für eine Schaltungsverbindung, Verbindungsverfahren mit dieser Zusamensetzung und verbundene Struktur für Halbleiterchips.

Info

Publication number: DE68911495T2
Application number: DE89312607T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Goto; Atsuo Nakajima; Isao Tsukagoshi; Yutaka Yamaguchi
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2009-12-05
Also published as: EP0372880B1; JP2586154B2; DE68911495D1; US5120665A; KR930002935B1; KR900010986A; EP0372880A2; EP0372880A3; US5001542A; JPH0329207A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zusammensetzung für die Schaltungsverbindung, die zum elektrischen Verbinden von senkrecht gegenüberliegenden Schaltungen und zum Binden und Fixieren derselben verwendet wird, wie auch ein Schaltungsverbindungsverfahren, das die besagte Zusammensetzung verwendet, und eine verbundene Struktur von Halbleiterchips.
Da die Größe von elektronischen Teilen kleiner wird und ihre Dicke dünner wird, ist die darin verwendete Schaltung in der Dichte und Feinheit höher geworden. Da die existierenden Lot- und Gummiverbinder unfähig sind, der Verbindung dieser kleinen Schaltungen gewachsen zu sein, sind anisotropes elektrisch leitfähiges Klebemittel und Film (nachstehend als "Verbindungsmaterialien" bezeichnet) in der gegenwärtigen Zeit in großem Umfang verwendet worden.
Als eines der Verbindungsmaterialien ist ein anisotropisch elektrisch leitfähiges Klebemittel bekannt, welches elektrisch leitfähige Teilchen in einem isolierenden Klebemittel in einer Menge enthält, welche genug zur Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Wegs nur in der Richtung der Dicke ist, wenn das Volumen in der Richtung der Dicke durch Anwendung eines Drucks vermindert wird.
Beim Ingebrauchnehmen dieses Klebemittels wird eine Klebemittelmaterialschicht zwischen den gegenüberliegenden Schaltungen vorgesehen, und Druck wird angewandt oder Wärme und Druck werden angewandt auf die Klebemittelschicht, wodurch die oben befindliche und die unten befindliche Schaltung elektrisch verbunden werden, und benachbarte Schaltungen werden isoliert, und die Schaltungen werden in diesem Zustand gebunden und fixiert.
Als ein solches Klebemittel ist eine thermoplastische Zusammensetzung, umfassend Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymer als ein Basispolymer vom Gesichtspunkt des Vorteils zum Zeitpunkt der Verwendung verwendet worden.
Da das Gebiet, auf welches das Klebemittelmaterial angewandt wird, weiter wird, ist es jedoch wünschenswert geworden, den Verwendungstemperaturbereich durch Verbessern der Wärmefestigkeit zu vergrößern und die Anwendbarkeit auf feine Schaltungen und die Zuverlässigkeit durch Erhöhen der Klebefestigkeit zu verbessern. Da solche Bedürfnisse nicht durch die vorhandenen thermoplastischen Zusammensetzungen befriedigt werden können, ist die Verwendung eines Härtungsreaktionssystems versucht worden.
Andererseits war es auf dem Gebiet von elektrisch leitfähigen Materialien bekannt, starre Materialien, wie Kohlenstoff, Nikkel und thermisch schmelzbares Metall als ein Füllmittel zu verwenden. Einige der Erfinder der vorliegenden Erfindung schlugen früher die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Füllmittels vor, das durch Beschichten der Oberfläche eines polymeren Kernmaterials mit einer dünnen metallischen Schicht hergestellt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient und Elastizitätsmodul nahe an jenen des Klebemittels liegen, das für die Verbindung von Schaltungen verwendet wird (hier nachstehend wird ein solches Füllmittel als "druckdeformierbares elektrisch leitfähiges Teilchen" erwähnt), wie in EP-A-0 242 025 gezeigt. Gemäß diesem Verfahren erfahren elektrisch leitfähiges Material und Klebemittel eine nahezu gleiche Ausdehnung und Schrumpfung bei der Temperaturänderung von verbundenen Teilen, und daher folgt das elektrisch leitfähige Material der Änderung in dem Spalt zwischen verbundenen Schaltungen zufriedenstellend, so daß die Änderung im Verbindungswiderstand klein ist. Durch dieses kann die Zuverlässigkeit der Verbindung im Vergleich mit dem Fall der Verwendung eines starren elektrisch leitfähigen Materials, das im Wärmeausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodul unterschiedlich gegenüber dem Klebemittel ist, in hohem Maße verbessert werden. Die aus EP-A-0 242 025 bekannte Klebemittelzusammensetzung umfaßt Epoxidharz enthaltendes Klebemittel und ein Härtungsmittel, wobei die Transformation in den gehärteten Zustand unter der Wirkung von Wärme stattfindet, und umfaßt weiter druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen in einem Gehalt von 0,1 bis 15 Vol.-%, basierend auf dem Gesamtvolumen des Klebemittels und Härtungsmittels.
Obwohl die Verwendung eines Klebemittels vom Härtungstyp als das Klebemittel, das den Verbindungsteil aufbaut, sehr wirksam für die Verbesserung der Wärmebeständigkeit und der Klebemittelfestigkeit ist, ist dieses Verfahren insofern nachteilig, als das verbundene Produkt eine große Dispersion zeigt und mit Bezug auf den Verbindungswiderstand zwischen oben und unten befindlicher Schaltung instabil ist.
Es ist gefunden worden, daß die Instabilität des Verbindungswiderstands dem zuzuschreiben ist, daß eine langsame Reaktion zwischen dem Klebemittel und dem Härtungsmittel während der Aufbewahrung des Verbindungsmaterials fortschreitet, so daß der Flüssigkeitsgrad des Klebemittels vermindert wird und dadurch das isolierende Klebemittel unfähig wird, genügend von der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Teilchens entfernt zu werden, oder daß eine Härtungsreaktion des Klebemittels bei der Erhitzung oder beim Pressen stattfindet, so daß die Viskosität des Klebemittels erhöht wird, bevor die leitfähigen Teilchen in einen genügenden Kontakt mit der Schaltung kommen und dadurch die elektrisch leitfähigen Teilchen und Schaltungen in einem Zustand von ungenügendem Kontakt verbunden werden. Es ist gefunden worden, daß ein solcher ungenügender Kontakt im besonderen bemerkenswert ist, wenn das elektrisch leitfähige Teilchen ein druckdeformierbares Teilchen ist.
Ein anderes Problem, das mit dem Härtungsreaktionssystem verbunden ist, ist die Schwierigkeit, ungenügend verbundene Teile wiederzuverwenden. Demgemäß ist in einem Härtungsreaktionssystem der verbundene Teil fest gebunden, und das Klebemittel bildet ein Netzwerk (Vernetzung), so daß eine Erhitzung keine genügende Verminderung in der Bindekraft bewirken kann und das gehärtete Klebemittel unlösbar im Lösungsmittel ist, welches es ziemlich schwierig macht, die ungenügend verbundenen Teile abzuschälen.
Demgemäß muß der verbundene Teil durch ein gewaltsames Mittel entfernt werden, wie Aufquellen und Abschälen mittels der Verwendung von Lösungsmittel oder chemischem Mittel, wie Säure oder Alkali, oder Abschälen mittels Messers.
Jedoch beschädigen diese gewaltsamen Mittel die benachbarten, normalerweise verbundenen Teile und Schaltungen bzw. Leitungen auch, und ein Teil des Klebemittels bleibt unvermeidbar auf der Oberfläche, und daher ist eine Wiederverbindung von hoher Zuverlässigkeit nicht zu erwarten.
Es ist versucht worden, Halbleiterchips mit einer Schaltungsplatte mittels der Verwendung der obenerwähnten Verbindungsmaterialien elektrisch zu verbinden.
Zum Beispiel offenbarte die japanische Patentanmeldung Kokai (Offenlegungs-) Nr. JP-A 51-101469 ein Verfahren zum elektrischen Verbinden und Binden der auf dem Halbleiterchip vorgesehenen Zuleitung mit dem Verbindungsanschluß der entsprechenden Basisplatte durch Vermittlung der elektrisch leitfähigen Teilchen, die in einem anisotropen elektrisch leitfähigen Klebemittel enthalten sind, und die japanische Patentanmeldung Kokai (Offenlegungs-) Nr. JP-A-61-194731 offenbarte ein Verfahren zum elektrischen Verbinden und Binden einer Elektrode, die gegenüber der Oberfläche der auf einem Haibleiterchip vorgesehenen Schutzschicht vertieft ist, mit einer Zuleitung, die auf dem Verbindungsanschluß einer Schaltungsplatte vorgesehen ist, mittels der Verwendung eines isolierenden Klebemittels oder eines anisotropen elektrisch leitfähigen Klebstoffs durch Pressen und gegenseitiges Kontaktieren derselben.
Jedoch haben diese Verfahren in dem gegenwärtigen Stadium wegen der ungenügenden Zuverlässigkeit des Verbindungsmaterials noch nicht ein Niveau der praktischen Massenproduktion erreicht.
Die Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Halbleiterchips mit einer Schaltungsplatte mittels der Verwendung eines Verbindungsmaterials, welche in der japanischen Patentanmeldung Kokai (Offenlegungs-) Nrn. JP-A 51-101469 und JP-A-61-194 731 offenbart sind, sind ziemlich ausgezeichnete Verfahren, weil sie es ermöglichen, eine Flächenverbindung mittels Klebemittel zu realisieren, und dadurch können sie es mit der Tendenz aufnehmen, die Größe von Instrumenten zu vermindern und die Schaltungen feiner zu machen.
In diesen Verfahren muß jedoch eine vorstehende oder vorspringende Elektrode (Zuleitung), die aus Gold oder Lot hergestellt ist und eine Höhe von etwa 5 bis 30 Mikron hat, wenigstens auf einem aus der Elektrode des Halbleiterchips oder dem Verbindungsanschluß der Schaltungsplatte ausgebildet werden. Die Bildung von gleichförmigen Zuleitungen auf vielen feinen Schaltungen, die generell eine Leitungsbreite von mehreren bis mehreren zehn Mikron haben, ist insofern nachteilig, als sie es erfordert, einen sauberen Raum großen Maßstabs vorzusehen und komplizierte Techniken zu verwenden, wie Barrierenmetallschichtbildung, Photolithographie, Galvanisieren und Ätzen, und sie verbraucht eine große Menge an teuren Metallen.
Die hauptsächliche Oberfläche des Halbleiterchips, die keine Zuleitung bildet, ist mit einem isolierenden Material bedeckt, wie einem anorganischen Material (z.B. Siliziumoxid und Bornitrid), oder einem organischen Material oder Polyimidtyp (nachstehend wird auf diese Schicht aus isolierendem Material als "Schutzschicht" Bezug genommen), und die Elektrodenoberfläche des Halbleiterchips ist, verglichen mit dem Niveau dieser hauptsächlichen Oberfläche, gewöhnlich konkav vorgesehen.
Demgemäß muß zum Ausführen einer Verbindung mittels der Verwendung eines Verbindungsmaterials, wie eines anisotropen elektrisch leitfähigen Klebemittels, eine Zuleitung auf wenigstens einem aus dem Elektrodenteil des Halbleiterchips und dem Verbindungsanschluß der Schaltungsplatte ausgebildet werden, wie oben erwähnt worden ist. Wenn keine Zuleitung auf ihnen ausgebildet wird (nachstehend wird auf diesen Zustand als "zuleitungslosen Zustand" Bezug genommen), war eine Verbindung aus dem nachfolgenden Grund bisher unmöglich. Das heißt, in dem Elektrodenteil, ist der Elektrodenteil, verglichen mit dem Niveau der hauptsächlichen Oberfläche, konkav, so daß das anisotrope elektrisch leitfähige Klebemittel, das in dem besagten Teil vorhanden ist, keinen Druck erfährt und dessen Volumen selbst zum Zeitpunkt des Pressens zur Verbindung nicht abnimmt, und demgemäß kann kein elektrizitätsleitender Weg in der Richtung der Dicke (von einer Elektrode zu einer Elektrode) ausgebildet werden. In dem Schutzschichtteil wird der Druck auf den Kontaktteil der Teilchen konzentriert, so daß im Falle von üblichen steifen elektrisch leitfähigen Teilchen ein Bruch des Halbleiterchips und der Schutzschicht stattfindet.
Im Falle der Verbindung eines Halbleiterchips, der eine Zuleitung auf der hauptsächlichen Oberfläche hat, mit einer Schaltungsbasisplatte, tritt das folgende Problem auf. Das heißt, wenn ein Verbindungsmaterial, das elektrisch leitfähige Teilchen enthält, wie ein anisotropes elektrisch leitfähiges Klebemittel verwendet wird, ist die Verbindung an einem kleinflächigen Teil, wie einer Zuleitung, in der Zuverlässigkeit ungenügend. Die Fläche des Verbindungsteils in der Zuleitung ist gewöhnlich so klein wie 100 Quadratmicron oder weniger, und die Anzahl von Zuleitungen auf einem Chip ist gewöhnlich hundert oder mehr, und die Fläche der Zuleitung nimmt mehr und mehr ab, indem nach höherer Feinheit getrachtet wird. Wenn der Betrag des leitfähigen Teilchens wegen der Verbesserung der Zuverlässigkeit der Verbindung in einem winzigen Bereich erhöht wird, findet ein Kurzschluß zwischen benachbarten Zuleitungen statt.
Demgemäß hat es eine Grenze in der Zuverlässigkeit der Verbindung in einem winzigen Bereich gegeben.
Außerdem bewirkt, wenn das leitfähige Teilchen ein steifes Teilchen ist, wie ein Kohlenstoff- oder Nickelteilchen, der zum Zeitpunkt der Verbindung angewandte Druck einen Bruch des Halbleiterchips aufgrund von Beanspruchung oder bewirkt einen Bruch in der Schutzschicht der Schaltung, und dadurch wird die Funktion des Halbleiterchips vernichtet.
Im Falle einer Verbindung unter Verwendung eines isolierenden Klebemittels, das kein leitfähiges Teilchen enthält, wird die Verbindung durch den gegenseitigen Kontakt von winzigen Konkavitäten und Konvexitäten realisiert, so daß die Zuverlässigkeit der Verbindung durch die Unebenheiten in der Flachheit der Schaltung auf der Platte und die Zuleitungshöhe des Halbleiterchips beeinträchtigt wird.
Diese Erfindung stellt eine Zusammensetzung für die Schaltungsverbindung zur Verfügung, welche einen stabilen Verbindungswiderstand und eine hohe Zuverlässigkeit hat, sowie ein Verfahren zum Verbinden von Schaltungen mit der besagten Zusammensetzung und eine verbundene Struktur von Halbleiterchips.
Demgemäß bezieht sich diese Erfindung auf eine Zusammensetzung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
Diese Erfindung stellt weiter eine Zusammensetzung zur Verfügung, die steife Teilchen enthält, welche als ein Spaltregulator wirken (ein Material zum Regulieren des Spalts zwischen verbundenen Schaltungen), geeignet zur Verwendung in diesem System, und Verbindungsstrukturen von Halbleiterchips und Schaltungen auf Verdrahtungs- bzw. Schaltungssubstraten.
Diese Erfindung stellt noch weiter ein Verfahren zum Verbinden von Schaltungen zur Verfügung, welches
das Plazieren der obenerwähnten Zusammensetzung zwischen Schaltungen, die gegenüberliegend zugekehrt sind,
das Ausführen eines elektrischen Stromdurchgangstests für beide Schaltungen, während in einem ungehärteten Zustand der Zusammensetzung gepreßt wird, und
das Härten der Zusammensetzung unter Druck, um eine elektrische Verbindung zu erhalten,
umfaßt.
Figur 1 ist ein Querschnittsdiagramm, das den Zustand der Schaltungsverbindung unter Verwendung der Zusammensetzung dieser Erfindung veranschaulicht;
Figur 2 ist eine schematische Kurvendarstellung, welche die Viskositätsänderung der Klebemittelzusammensetzung dieser Erfindung zu dem Zeitpunkt der Verbindung veranschaulicht;
Figur 3 ist ein Querschnittsdiagramm, welches den Zustand der Schaltungsverbindung unter Verwendung einer anderen Zusammensetzung dieser Erfindung veranschaulicht;
Figur 4 ist ein Querschnittsdiagramm, welches das deformierbare elektrisch leitfähige Teilchen veranschaulicht, das zur Verwendung in dieser Erfindung geeignet ist;
Figuren 5 und 6 sind Querschnittsdiagramme, welche die zuleitungslose Verbindungsstruktur von Halbleiterchips gemäß einem Beispiel dieser Erfindung veranschaulichen;
Figur 7 ist ein Querschnittsdiagramm, welches die Verbindungsstruktur von Halbleiterchips gemäß einem anderen Beispiel dieser Erfindung veranschaulicht;
Figur 8 ist ein Querschnittsdiagramm, welches die Verbindungsstruktur von zuleitungstragenden Halbleiterchips gemäß einem anderen Beispiel dieser Erfindung veranschaulicht; und
Figur 9 ist ein Querschnittsdiagramm, welches einen Doppelschichtfilm veranschaulicht, der zum Erhalten der Verbindungsstruktur der Figur 8 geeignet ist.
Nachstehend wird diese Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Figur 1 ist ein Querschnittsdiagramm, das den Zustand des Schaltungsverbindungsteils, in dem die Zusammensetzung dieser Erfindung verwendet wird, veranschaulicht; und Figur 2 ist eine schematische Kurvendarstellung, die die Viskositätsänderung des Klebemittels zu dem Zeitpunkt der Schaltungsverbindung veranschaulicht; worin (a) bis (c) in den Figuren 1 und 2 Symbole sind, die die Schritte in der Verbindung bezeichnen.
In den Figuren 1 und 2 veranschaulicht die Markierung (a) einen Zustand, bei dem ein Verbindungsmaterial, bestehend aus reaktivem Klebemittel 1, beschichteten Teilchen 2 und druckdeformierbaren, elektrisch leitfähigen Teilchen 3, die einen größeren Teilchendurchmesser haben als es jener der beschichteten Teilchen 2 ist, zwischen der oben und unten befindlichen Schaltung 4 und 5 gebildet ist.
Als das Mittel für die Bildung des Verbindungsmaterials auf der Schaltung kann ein Beschichtungs- oder Druckprozeß gewählt werden, wenn das Verbindungsmaterial eine Flüssigkeit ist, während das Legen eines Verbindungsmaterials auf die Schaltung gewählt werden kann, wenn das Verbindungsmaterial ein festes Material ist, wie ein Film.
Die Markierung (b) veranschaulicht einen Zustand, bei dem die Viskosität des reaktiven Klebemittels 1 aufgrund der Temperaturerhöhung abgefallen ist, welche durch das Erhitzen und Pressen zu dem Zeitpunkt der Verbindung bewirkt worden ist, und die druckdeformierbaren, elektrisch leitfähigen Teilchen 3 durch den Druck zwischen den Schaltungen 4 und 5 deformiert worden sind. Zu diesem Zeitpunkt sind die beschichteten Teilchen 2 weniger empfindlich für Deformation als die druckdeformierbaren, elektrisch leitfähigen Teilchen 3, weil die ersteren kleiner als die letzteren im Teilchendurchmesser sind. Weiter ist, da sie im Klebemittel dispergiert sind, die Wärmeleitung von der Schaltung her langsam. Demgemäß sind die beschichteten Teilchen 2 schwierig aufzubrechen, und ihr Kernmaterial (Härtungsmittel) bleibt inert.
Zu dieser Zeit werden die druckdeformierbaren, elektrisch leitfähigen Teilchen 3 deformiert und zwischen den Schaltungen 4 und 5 gegenseitig kontaktiert, so daß eine elektrische Kontinuität zwischen 4 und 5 realisiert werden kann. Demgemäß ist es möglich, einen Kontinuitätstest in diesem Zustand auszuführen. Gemäß diesem Verfahren kann eine Regeneration (Herausnehmen und Wiederverbindung) von defekten Teilen, welche bisher schwierig zu praktizieren war, ziemlich leicht in dem Zustand des ungehärteten Klebemittels bewirkt werden.
Die Markierung (c) veranschaulicht den Zustand, bei dem eine Zeitdauer nach dem Erhitzen und Pressen zu der Zeit der Verbindung vergangen ist. Aufgrund des Vergehens von Zeit erreichen die beschichteten Teilchen 2 eine höhere Temperatur, und die Überzugsschicht wird aufgrund des Aufquelldrucks des Kernmaterials und Schmelzens des Films aufgebrochen, als Ergebnis hiervon kommt das Kernmaterial (Härtungsmittel) in Kontakt mit dem reaktiven Klebemittel 1 oder wird in das reaktive Klebemittel 1 integriert. Demgemäß steigt die Viskosität des Klebemittels an, und das Klebemittel wird währenddessen in ein gehärtetes Klebemittel 6 transformiert. Zu dieser Zeit sind die zwischen der oben und unten befindlichen Schaltung 4 und 5 existierenden druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen 3 schon deformiert worden und können genügend mit den Schaltungen kontaktiert sein, und sie können in diesem Zustand durch das gehärtete Klebemittel 6 unbeweglich gemacht sein.
Zu dieser Zeit können steife Teilchen 7, deren Partikeldurchmesser kleiner als jener der druckdeformierbaren, elektrisch leitfähigen Teilchen 3 ist, wie elektrisch leitfähige Teilchen, die z.B. aus Nickel oder Silber hergestellt sind, oder isolierendes Teilchen, wie sphärisches oder gemahlenes faseriges Teilchen, das z.B. aus Keramik, Glas oder Siliziumdioxid hergestellt ist, oder Teilchen aus steifem Harz, entweder allein oder in Kombination, wie in Figur 3 gezeigt ist, als ein Spaltregulierungsmaterial zwischen der oben und unten befindlichen Schaltung 4 und 5 verwendet werden. Zu diesem Zweck ist das steife Teilchen 7 vorzugsweise ein gleichförmiges Teilchen, das eine scharfe Teilchengrößenverteilung hat, und sein Betrag ist angemessen aus einem Bereich von 15 Vol.-% oder weniger, basierend auf dem reaktiven Klebemittel, gewählt. Wenn sein Betrag 15 Vol.-% übersteigt, wird die Klebekraft zur Schaltung beeinträchtigt. Um es mit der Tendenz aufzunehmen, eine feinere Schaltung herzustellen, wird es bevorzugt, ein isolierendes Teilchen zu verwenden, dessen mittlerer Teilchendurchmesser kleiner als der Abstand zwischen benachbarten Schaltungen ist.
Der mittlere Teilchendurchmesser, auf den in dieser Erfindung Bezug genommen wird, kann gemäß der folgenden Gleichung (1) erhalten werden:
D = Σnd/Σn ...(1)
worin n die Zahl von Teilchen ist, die einen Teilchendurchmesser d haben. Als das Verfahren zum visuellen Untersuchen der Teilchen werden generell das elektronenmikroskopische Verfahren, das optisch-mikroskopische Verfahren, das Abfragungszählerverfahren oder das Lichtstreuungsverfahren gewählt. In dieser Erfindung wird das elektronenmikroskopische Verfahren verwendet. Wenn das Teilchen ein gewisses Formverhältnis hat, drückt d den längeren Durchmesser aus.
Als nächstes seien die in dieser Erfindung verwendeten Materialien unten erläutert.
Die Materialien, welche als reaktives Klebemittel dieser Erfindung verwendet werden können, sind Epoxidklebemittel, d.h. Epoxidharz selbst oder Klebemittelzusammensetzungen, die ein Epoxidharz als wenigstens einen Bestandteil derselben enthalten, welche verwendet werden, weil sie schnellhärtend sind und ein in vielen Eigenschaften gut ausgeglichenes gehärtetes Produkt geben können. Typische Beispiele des besagten Epoxidharzes umfassen Epoxidharz vom Bisphenoltyp, abgeleitet von z.B. Epichlorhydrin und Bisphenol A, oder Bisphenol F und Epoxidnovolacharz, abgeleitet von Epichlorhydrin und Phenolnovolac oder Cresolnovolac. Abgesehen von ihnen sind auch eine Vielfalt von Epoxidverbindungen, die zwei oder mehr Oxiranringe in einem Molekül haben, wie Glycidylamin, Glycidylester, alizyklische Epoxidverbindungen und heterozyklische Epoxidverbindungen verwendbar.
Diese Epoxidverbindungen können entweder allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehr Mitgliedern verwendet werden. Zum Beispiel ist eine kombinierte Verwendung eines flüssigen Epoxidharzes und eines festen Epoxidharzes vom Gesichtspunkt der Film-Formbarkeit und der Flüssigkeitsgrad-Steuerbarkeit zur Zeit der Verbindung wünschenswert. Die kombinierte Verwendung einer Epoxidverbindung und eines thermoplastischen Polymers ist von dem Gesichtspunkt, dem Klebemittel Flexibilität zu geben, auch wünschenswert. Von dem Gesichtspunkt des Schützens der verbundenen Schaltung gegen Korrosion ist es mehr zu bevorzugen, die sogenannte Epoxidverbindung hoher Reinheit zu verwenden, deren Verunreinigungsionengehalt (Na&spplus;, K&spplus;, Cl&supmin;, S&sub4;²&supmin; etc.) und hydrolysierbarer Chlorgehalt auf 300 ppm oder darunter jeweils reduziert worden ist, und es ist mehr zu bevorzugen, ein Produkt sogenannter Superhochreinheit zu verwenden, dessen Gehalte an diesen Substanzen auf jeweils 100 ppm oder darunter vermindert worden sind. Da die obenerwähnten Verunreinigungsionen die Härtungsreaktion des Epoxidharzes stören können, wird die Verwendung von Produkten hoher Reinheit auch von diesem Gesichtspunkt her bevorzugt. Das heißt, die Verwendung von Produkten hoher Reinheit bewirkt eine schnelle Härtung, und dieses ist von dem Gesichtspunkt der Verbindungsbrauchbarkeit zu bevorzugen.
In das reaktive Klebemittel kann Härtungsbeschleuniger und Härtungskatalysator gemischt werden, und es kann auch Härtungsmittel und Vernetzungsmittel inkorporiert werden, soweit ihr Zusatz nicht einen nachteiligen Einfluß auf die Umhüllungsstabilität des Klebemittels ausübt.
Das Klebemittel kann auch allgemeine Zusätze, wie Lösungsmittel, Dispergiermedium, Klebrigmacher, Füllmittel, Ultraviolettabsorber, Autoxidantium, Polymerisationsinhibitor und Kopplungsmittel enthalten.
Das beschichtete Teilchen 2 umfaßt ein Härtungsmittel als einen Kern, welcher im wesentlichen mit einem dünnen Film aus einer polymeren Substanz, wie Polyurethan, Polystyrol, Gelatine oder Polyisocyanat, einer anorganischen Substanz, wie Calciumsilicat, oder einem Metall, wie Nickel oder Kupfer, bedeckt ist. Sein mittlerer Teilchendurchmesser muß kleiner als jener des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens 3, das noch nicht deformiert ist, sein, und er ist vorzugsweise 80 % oder darunter und mehr bevorzugt 50 % oder darunter verglichen mit jenem von 3. Obwohl die Form des beschichteten Teilchens 2 nicht kritisch ist, ist ein kleineres Formverhältnis wünschenswerter, weil es eine gleichförmigere Reaktivität gibt. Als das Härtungsmittel, das als Kernmaterial verwendet wird, können Substanzen, die als Härtungsmittel von reaktivem Klebemittel bekannt sind, in einer angemessenen Menge verwendet werden.
Zum Beispiel umfassen Härtungsmittel, welche für Epoxidharz verwendet werden können, aliphatische Amine, aromatische Amine, Carboxylsäureanhydride, Thiole, Alkohole, Phenole, Isocyanate, tertiäre Amine, Borkomplexe, anorganische Säure, Hydrazide, Imidazole und modifizierte Produkte hiervon.
Unter ihnen werden tertiäre Amine, Borkomplexe, Hydrazide und Imidazole bevorzugt, weil sie eine rasche Härtung bewirken, exzellent in der Verbindungsbrauchbarkeit sind und weniger die stöchiometrische Betrachtung aufgrund ihrer katalytischen Leistungsfähigkeit vom Ionenpolymerisations-Typ erfordern. Sie können entweder allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehr Mitgliedern verwendet werden.
Vorzugsweise sollte die Härtungsreaktion unter Verwendung des beschichteten Teilchens zu der Zeit der Verbindung vollendet werden. Praktisch ist es jedoch genug für den Zweck, wenn die Reaktion zu einem solchen Ausmaß fortschreiten kann, daß die Deformation der deformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen zwischen den Schaltungen aufrechterhalten werden kann, weil eine Nachhärtung in diesem Zustand ausgeführt werden kann.
Als das beschichtete Teilchen ist beschichtetes Teilchen vom thermischen Aktivierungstyp, in welchem der Beschichtungsfilm bei einer vorbestimmten Temperatur aufgebrochen wird, wünschenswerter als beschichtetes Teilchen vom Druckaktivierungstyp, in welchem der Beschichtungsfilm durch einen Druck aufgebrochen wird, weil das erstere ein gleichförmigeres Reaktionssystem als das letztere ergibt. Beschichtete Teilchen, die eine thermische Aktivierungstemperatur von 40ºC bis 250ºC haben, können in dieser Erfindung verwendet werden. Wenn diese Temperatur niedriger als 40ºC ist, hat das beschichtete Teilchen die Tendenz, im Verlauf der Lagerung aktiviert zu werden, und daher muß ein solches Produkt unter Kühlung gelagert werden. Wenn die Temperatur höher als 250ºC ist, muß eine hohe Temperatur zur Zeit der Verbindung angewandt werden, welche die Tendenz hat, die benachbarten Materialien zu beschädigen. Aus diesen Gründen ist die thermische Aktivierungstemperatur vorzugsweise 70ºC bis 200ºC, und mehr bevorzugt, 100ºC bis 170ºC.
Die thermische Aktivierungstemperatur, auf die in dieser Erfindung Bezug genommen wird, bedeutet die exotherme Spitzentemperatur, die durch Erhöhen der Temperatur der Klebemittelzusammensetzung 1 von Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/Minute in einem Differential-Abtastcalorimeter (DAC) gemessen wird.
Das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 ist eine Teilchen, das hergestellt wird durch Beschichten der Oberfläche eines polymeren Materials, wie Polystyrol oder Epoxidharz, mit einer elektrisch leitfähigen metallischen dünnen Schicht 9, die aus einem Metall, wie Nickel, Gold, Silber, Kupfer oder Lot, hergestellt ist, welche eine Dicke von zum Beispiel 1 Mikron oder darunter hat, wie in Figur 4 gezeigt ist. Wie oben erwähnt worden ist, muß sein Teilchendurchmesser größer als jener des beschichteten Teilchens 2 sei.
Dieses druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen muß seine Form unter der Bedingung des Erhitzens und Pressens zu der Zeit der Verbindung ändern. Als die Bedingungen des Erhitzens und Pressens werden gewöhnlich eine Temperatur von 250ºC oder darunter und ein Druck von 100 kg/cm² oder darunter gewählt. Da eine höhere Temperatur und ein höherer Druck eine größere Tendenz haben, das Schaltungsmaterial thermisch zu beschädigen, sind eine Temperatur von 200ºC oder darunter und ein Druck von 50 kg/cm² oder darunter zu bevorzugen.
Zur Bestätigung der Deformation des elektrisch leitfähigen Teilchens 3 ist eine elektronenmikroskopische Beobachtung des Querschnittsbereichs der verbundenen Struktur wirksam. Was das Ausmaß der Deformation anbetrifft, so muß eine Größe D, die durch die folgende Formel (2) ausgedrückt ist, gleich 0,9 oder darunter sein, und vorzugsweise 0,7 oder darunter:
D = (D&sub0; - D&sub1;)/D&sub1; ...(2)
worin D&sub0; eine Teilchengröße vor der Deformation ist und D&sub1; eine Teilchengröße nach der Deformation ist.
Als das polymere Kernmaterial 8 können Kunststoffs, wie Polystyrol, Epoxidharz, Gummis, wie Styrol-Butadien-Gummi oder Silicongummi, und natürliche Polymere, wie Cellulose, Stärke oder Squalen verwendet werden. Diese Materialien werden als Hauptkomponente des Kernmaterials verwendet, und es können verschiedene Zusätze, wie Vernetzungsmittel, Härtungsmittel und Antoxidantium wahlweise hinzugefügt werden.
Als das Metall, das die dünne Schicht 9 bildet, kann eine Vielfalt von Materialien, wie elektrisch leitfähige Metalle, metallische Oxide und Legierungen, verwendet werden.
Beispiele des besagten Metalls umfassen Zn, Al, Sb, Au, Ag, Sn, Fe, Cu, Pb, Ni, Pd und Pt, und sie können entweder allein oder in der Form eines Verbundmaterials (zum Beispiel Lot) verwendet werden. Weiter können zu Spezialzwecken, wie Steuerung der Härte und Oberflächenspannung oder Verbesserung der Haftung, andere Metalle, wie Mo, Mn, Cd, Si, Ta und Cr und deren Verbindungen dazu hinzugefügt werden.
Von dem Gesichtspunkt der elektrischen Leitfähigkeit und der Korrosionsbeständigkeit werden Ni, Ag, Au, Sn, Cu und Pb bevorzugt. Diese Materialien werden entweder als eine Einzelschicht oder als eine Mehrschicht verwendet.
Als das Verfahren zum Ausbilden der dünnen Metallschicht 9 auf polymerem Kernmaterial 8 können Trockenverfahren, wie Dampfablagerung, Sputtern, Ionenplattierung und Flammensprühen, sowie Galvanisierungsverfahren, wie das Fließbettverfahren und das stromlose Galvanisierungsverfahren, verwendet werden. Unter diesen Verfahren ist das stromlose Galvanisierungsverfahren besonders zu bevorzugen, weil es ein nasses dispergiertes System benutzt und daher eine Überzugsschicht von gleichförmiger Dicke geben kann. Die Dicke der dünnen Metallschicht ist gewöhnlich 0,01 bis 5 Mikron, und vorzugsweise 0,05 bis 1,0 Mikron. Wenn eine metallische Substratschicht vorgesehen wird, beinhaltet die hier benutzte Bezeichnung "Dicke" auch die Dicke der Substratschicht. Wenn die Dicke der Überzugsschicht zu klein ist, erniedrigt sich die elektrische Leitfähigkeit. Wenn die Dicke zu groß ist, wird es schwierig, das polymere Kernmaterial zur Zeit der Schaltungsverbindung zu deformieren, so daß die Zuverlässigkeit der Verbindung beeinträchtigt wird.
Als das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 dieser Erfindung kann nicht nur die obenerwähnte polymere Kernmaterial/metallische dünne Schicht-Struktur verwendet werden, sondern es können gewisse thermisch schmelzbare Metallteilchen verwendet werden, soweit sie unter der Bedingung des Erhitzens und Pressens ohne Aufbrechen der Schutzschicht 13 des Halbleiterchips deformiert werden können.
Wenn das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 für die Schaltungsverbindung verwendet wird, kann die Verbindung der Ausdehnung und dem Zusammenziehen zwischen den Schaltungen 4 und 5 aus den Gründen folgen, daß das polymere Kernmaterial durch den Druck oder durch die Hitze und den Druck, der bzw. die zu der Zeit der Verbindung angewandt wird bzw. werden, deformiert wird, so daß die druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen einander drücken, um einen genügenden Kontaktbereich aufrechtzuerhalten, und daß das polymere Kernmaterial nahe an dem Klebemittel in der Steifigkeit und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten ist und die metallische dünne Schicht eine so kleine Dicke von 1 Mikron oder darunter hat und daher deformierbar ist. Demgemäß wird die Zuverlässigkeit der Verbindung während einer langen Zeitdauer ausgeprägt verbessert, selbst wenn die Temperatur in der Zeitdauer verändert wird.
Vor der Deformation hat das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen dieser Erfindung vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,01 bis 100 Mikron. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser kleiner als 0,01 Mikron ist, ist der Oberflächenbereich des Teilchens zu groß, und der Teilchen-Teilchen-Kontakt wird übermäßig aufgrund Agglomeration gefördert, als Ergebnis hiervon kann die Isolation zwischen zwei benachbarten Schaltungen beeinträchtigt sein.
Wenn der mittlere Teilchendurchmesser 100 Mikron übersteigt, kann die Isolation zwischen zwei benachbarten Schaltungen beeinträchtigt sein, wenn die Schaltungen fein sind und Teilchen zwischen benachbarten Schaltungen vorhanden sind.
Aus diesen Gründen ist der bevorzugte mittlere Teilchendurchmesser 1 bis 50 Mikron.
Die Form des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens ist nicht kritisch, soweit sein mittlerer Teilchendurchmesser in dem obenerwähnten Bereich ist. Zum Erhalten einer guten anisotropen Leitfähigkeit sind jedoch druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen zu bevorzugen, die ein Formverhältnis haben, das so klein wie möglich ist. Zum Beispiel sind druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen zu bevorzugen, die eine sphärische oder konische Form haben.
Diese druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen können entweder allein oder in Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen dieser Erfindung wird in einer Menge von 0,1 bis 15 Vol.-%, basierend auf dem Volumen der Klebemittelkomponente, verwendet. Obwohl eine gute anisotrope elektrische Leitfähigkeit entfaltet werden kann, soweit seine Menge in dem Bereich von 0,1 bis 15 Vol.-% ist, wird die Leitfähigkeit in der Richtung der Dicke beeinträchtigt, wenn seine Menge kleiner als 0,1 Vol.-% ist, und die Isolation zwischen benachbarten Schaltungen wird beeinträchtigt, wenn seine Menge 15 Vol.-% übersteigt, um hochzuverlässige anisotrope elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
Aus diesen Gründen ist es mehr zu bevorzugen, die Menge des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens in dem Bereich von 1 bis 10 Vol.-% zu halten.
Von dem Gesichtspunkts des Verhinderns der Korrosion von verbundenen Schaltungen und des Verbesserns der Zuverlässigkeit der Verbindung sollte die Chlorionenkonzentration in der wäßrigen Extraktlösung, die durch Eintauchen einer Zusammensetzung für die Schaltungsverbindung dieser Erfindung in reines Wasser und Behandeln derselben bei 100ºc während 10 Stunden erhalten worden ist, 15 ppm oder darunter sein, und vorzugsweise 5 ppm oder darunter, basierend auf dem Gewicht der Zusammensetzung.
Weiter ist die Herabsetzung der Chlorionenkonzentration in der wäßrigen Extraktlösung von dem Gesichtspunkt der Verbindungsbrauchbarkeit wünschenswert, weil es die Reaktionsgeschwindigkeit der Zusammensetzung verbessert und dadurch die Verbindungstemperatur herabsetzt und die Zeitdauer verkürzt, welche für die Verbindung notwendig ist, wie oben erwähnt worden ist.
Als nächstes wird die verbundene Struktur aus Halbleiterchip und Schaltungsbasisplatte, welche durch die Verwendung der obenerwähnten Zusammensetzung für die Schaltungsverbindung hergestellt worden ist, in Fällen von zuleitungslosen und zuleitungstragenden Halbleiterchips erläutert.
An erster Stelle wird die zuleitungslose Verbindung des Halbleiterchips mit Bezug auf die Figuren 5 bis 7 erläutert.
Figuren 5 und 6 sind Querschnittsdiagramme, welche eine Ausführungsform dieser Erfindung veranschaulichen. Der Halbleiterchip 11 ist zum Beispiel ein IC, LSI oder Chipkondensator. Auf diesen Halbleiterchips ist eine Elektrode 12, hergestellt aus zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder Nickel, oder die zusätzlich eine Schicht aus Gold darauf hat, entweder konkav oder auf dem nahezu gleichen Niveau wie die hauptsächliche Oberfläche 10 der Schutzschicht 13 ausgebildet. Als Elektrode 12 kann die Verdrahtung des Halbleiterchips verwendet werden, wie sie ist, wenn das gewünscht wird.
Ein Fall, daß die Tiefe der Elektrode mit der Dicke der Schutzschicht vergleichbar ist (Figur 6) entspricht einem Fall, in welchem die Schutzschicht 13 in dem notwendigen Teil durch die Verwendung der sogenannten Dünnfilmherstellungstechnik, wie chemische Dampfablagerung, ausgebildet ist, oder einem Fall, in welchem die Verdrahtungsschaltung nicht durch eine Schutzschicht bedeckt ist.
Die Platte 14 ist aus Glas, Kunstharz, Metallkeramik oder ihrem Verbundmaterial hergestellt und hat eine Schaltung 15, die zum Beispiel aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Chrom, Tantal oder Indioumoxid (ITO) hergestellt ist. Die Platte 14 kann eine Struktur der Figur 5 haben, wo der mittige Teil entfernt ist (zum Beispiel Filmträger oder sogenanntes automatisches Filmbonden), oder zum Beispiel eine kontinuierliche Struktur der Figur 6 (zum Beispiel Glasschaltung).
In den Figuren 5 und 6 ist die Kombination eines Halbleiterchips und einer Platte nicht auf das Obige beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, einen Halbleiterchip, der eine in Figur 5 gezeigte konkave Elektrode hat, auf eine kontinuierliche Platte, die in Figur 6 gezeigt ist, aufzubringen.
Als nächstes wird die Figur 7, die eine andere Ausführungsform dieser Erfindung veranschaulicht, erläutert. Figur 7 ist ein Querschnittsdiagramm, das einen Fall veranschaulicht, in welchem ein Halbleiterchip, der eine konkave Elektrode 12 hat, mit einer Schaltung 15 verbunden ist, die auf Kunstharzfilmsubstrat 14 ausgebildet ist, und zwar durch die Verwendung einer Silberpaste.
Eine Struktur, in welcher der mittige Teil geschwollen ist, wird oft in den Schaltungen, die Silberpaste verwenden, ausgebildet, oder wenn die Bedingungen des Ätzens zu der Zeit der Schaltungsherstellung nicht angemessen sind.
In Figur 7 ist die Schaltung 5 in ihrem mittigen Teil geschwollen. Demgemäß funktioniert die Schutzschicht 13 als ein Damm, und druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 können zu der Zeit des Pressens nicht in die isolierte Schaltung fließen. Infolgedessen wird eine gute elektrische Kontinuität erhalten, und eine hohe Isolation kann zwischen der Schutzschicht 13 und der Platte 14 realisiert werden. Figur 7 (a) und (b) demonstrieren, daß druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3, die zwischen dem Elektrodenteil 12 und der Schaltung 15 existieren, irgendeines aus monodispergiertem Teilchen (a) und agglomeriertem Teilchen (b) sein können.
Beim Erhalten der verbundenen Struktur dieser Ausführungsform wird eine Zusammensetzung für die Schaltungsverbindung dieser Erfindung zwischen dem Halbleiterchip 11 und der Platte 14 plaziert, und die Positionen der Elektrode 12 und der Schaltung 15 werden eingestellt, wonach das Gesamte erhitzt und gepreßt wird.
Wenn es gewünscht wird, kann Ultraviolettbestrahlung oder Ultraschallvibration wahlweise in Kombination zu der Zeit der Verbindung verwendet werden. Dieses ist wirksam zum Verkürzen der Härtungszeit des Klebemittels und Entfernen der Verunreinigung auf den zu bindenden Oberflächen.
Diese Ausführungsform liefert eine Struktur, in welcher Teilchen, die unter der Bedingung des Erhitzens und Pressens zu der Zeit der Verbindung deformierbar sind, als die leitfähigen Teilchen in einem Klebemittel für die Schaltungverbindung verwendet werden, und die Teilchen werden mittels des Klebemittels zu der Zeit der Verbindung unbeweglich gemacht. Da die deformierbaren Teilchen ihre Form entsprechend der Unebenheit der Bindungsoberfläche ändern können, können die deformierbaren Teilchen eine elektrische Verbindung ergeben, selbst wenn keine Zuleitung in dem elektrischen Verbindungsteil vorhanden ist, weil die deformierbaren Teilchen gleichartig wie eine Zuleitung funktionieren. Außerdem kann die Verbindungsarbeit vereinfacht sein, weil die Unebenheit in der Tiefe der Elektrode von der Schutzschicht her vernachlässigt werden kann.
Da die deformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen in der Festigkeit niedriger als die Materialien sind, die den Halbleiterchip und die Schutzschicht bilden, werden der Halbleiterchip und die Schutzschicht durch die Hitze und den Druck, die zu der Zeit der Verbindung angewandt werden, nicht zerbrochen. Demgemäß kann eine Verbindung hoher Dichte, die eine isolierende Eigenschaft zwischen zwei benachbarten Schaltungen und Leitfähigkeit nur in der Richtung der von oben nach unten gehenden Elektroden hat, durch angemessenes Auswählen des Teilchendurchmessers des leitfähigen Teilchens und dessen Menge realisiert werden. Demgemäß kann eine zuleitungslose Verbindung von Halbleiterchips, welche bisher unmöglich gewesen ist, realisiert werden.
Weiter werden im Falle des bisher bekannten sogenannten Verfahrens von Mikroelektronik-Schaltungsblättchen mit nach unten gerichteter Oberseite, in welchem der Verbindungsteil aus Lot gebildet ist, alle die Beanspruchungen aufgrund des Unterschieds in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterchip und der Platte in den aus Lot hergestellten Verbindungsteil konzentriert. Gemäß dieser Erfindung enthält das leitfähige Teilchen im Gegenteil eine polymere Substanz als sein Kernmaterial, und die metallische Oberflächenschicht hat eine sehr kleine Dicke. Da es im Elastizitätsmodul und im Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem Klebemittel ist, weil die beiden Materialien zu den polymeren Substanzen gehören, verhält sich die aus anisotrop leitfähigem Klebemittel hergestellte Verbindungsschicht wie ein ausgezeichneter Beanspruchungsabsorber gegenüber plötzlicher Temperaturveränderung, aufgrund dessen die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert ist.
Da kein Schritt für das Schmelzen von Lot zu der Zeit der Verbindung notwendig ist, werden weiter der Halbleiterchip und seine benachbarten elektronischen Teile thermisch nicht beschädigt, und es wird keine Lotbrücke gebildet, aufgrunddessen ein zusätzliches Verbundstück hoher Dichte erzielt werden kann.
Wenn gewünscht, kann die oben erhaltene verbundene Struktur mit anderem Kunstharz oder Keramik abgedichtet werden. Dies ist von dem Gesichtspunkt der mechanischen Verstärkung des verbundenen Teils und der Bildung einer feuchtigkeitsfesten Schicht wünschenswert.
Als nächstes wird der Fall des zuleitungstragenden Halbleiterchips unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Figur 8 ist ein Querschnittsdiagramm, das eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung veranschaulicht. Auf einem Halbleiterchip 11 sind eine Anzahl von aus Gold oder Lot hergestellten Elektroden 17, 17' (typischerweise Zuleitungen) ausgebildet, die von der hauptsächlichen Oberfläche vorstehen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Schaltung 15 mit den Zuleitungen 17, 17' durch das Zwischenfügen der Schaltungsverbindungszusammensetzung verbunden, die auf der Schaltung 15 plaziert wird. Jetzt wird ihre gesamte untere Oberfläche mit Ausnahme des Verbindungsteils der Zuleitung des Halbleiterchips mit isolierendem Klebemittel 16 bedeckt.
Das isolierende Klebemittel 16 muß wenigstens die Halbleiterchipseite der Oberfläche bedecken, auf welcher Zuleitungen 17 und 17' ausgebildet sind.
Die Herstellung der verbundenen Struktur des zuleitungstragenden Halbleiterchips dieser Erfindung wird nachstehend erläutert.
In Figur 8 wird eine Schaltungsverbindungszusammensetzung 18 dieser Erfindung auf einer Platte 14, die eine Schaltung 15 hat, ausgebildet. Wenn die Zusammensetzung flüssig ist, wird sie durch Beschichten oder Drucken ausgebildet. Wenn die Zusammensetzung fest ist, wird sie auf der Platte angebracht und gepreßt oder erhitzt und gepreßt. Andererseits wird isolierendes Klebemittel 16 auf der Zuleitungs-(17, 17')-Seite des Halbleiterchips 11 aufgebaut. Danach werden die beiden Klebemitteloberflächen miteinander konfrontiert und gepreßt oder erhitzt und gepreßt, um die beiden Klebemitteloberflächen zu integrieren. Gemäß dieser Ausführungsform kann eine isolierende Klebemittelschicht relativ leicht ausgebildet werden.
Als ein anderes Verfahren kann nur der vorstehende Elektrodenteil mit der Zusammensetzung 18 verbunden werden, indem die Dicke der Basisplatte oder die Höhe der Zuleitungen 17 und 17' so kontrolliert wird, daß ein Spalt auf der Halbleiterchip-11- Seite ausgebildet wird. Dann wird ein isolierendes Klebemittel 16 in dem Teil des Spalts ausgebildet. Es wird durch Eintauchen in isolierendes Klebemittel 16, Einspritzen von isolierendem Klebemittel unter Druck oder vermindertem Druck etc. ausgebildet.
Als nächstes wird ein Verfahren erläutert, das einen Doppelschichtfilm verwendet. Gemäß diesem Verfahren werden der Halbleiterchip und die Platte dadurch verbunden, daß ein Doppelschichtfilm, der aus einer Schaltungsverbindungszusammensetzung 18 und einem isolierendem Klebemittel 16 aufgebaut ist, so plaziert wird, daß die Schaltungsverbindungszusammensetzungsschicht der Platte gegenüberliegt und darauf Druck oder Hitze und Druck angewandt wird.
Der Doppelschichtfilm wird zum Beispiel dadurch hergestellt, daß eine Schicht aus Schaltungsverbindungszusammensetzung 18, die aus Klebemittel 1, beschichtetem Teilchen 2 und druckdeformierbarem leitfähigem Teilchen 3 besteht, zum Beispiel durch das Verfahren des Aufbringens auf einen abschälbaren Film, gefolgt zum Beispiel durch Aufbringen eines isolierenden Klebemittels 16 darauf, aufgebaut wird. Andernfalls wird er durch Walzlaminieren der beiden Filme hergestellt.
Gemäß dem letzteren Verfahren kann die Brauchbarkeit, verglichen mit dem ersteren Verfahren, in hohem Maße verbessert werden, weil es unnötig ist, das isolierende Klebemittel irgendwo vor der Verbindung herzustellen.
Beim Erhalten einer verbundenen Struktur dieser Ausführungsform ist es wichtig, den Flüssigkeitsgrad des isolierenden Klebemittels 16 zu der Zeit der Verbindung wenigstens vergleichbar mit jenem oder größer als jenen der Schaltungsverbindungszusammensetzung 18 zu machen, um den Kontakt zwischen den Spitzen der Zuleitungen 17, 17' und der Schaltungsverbindungszusammensetzung 18 zu steigern. Eine gute Verbindung kann erreicht werden, wenn die Dicke des isolierenden Klebemittels 16 nicht größer als die Höhe der Zuleitungen 17, 17' ist, vorzugsweise nicht höher als eine Höhe, die ein Volumen unter Ausschluß der Zuleitungen 17 und 17' ergibt. Die Dicke der Schaltungsverbindungszusammensetzung 18 ist vorzugsweise vergleichbar mit dem Teilchendurchmesser des leitfähigen Teilchens, das in der Zusammensetzung enthalten ist, oder kleiner als er, weil in diesem Zustand die leitfähigen Teilchen wirksam zu der elektrischen Kontinuität beitragen können.
Gemäß der verbundenen Struktur dieser Ausführungsform ist der verbundene Teil zu einer Doppelschichtstruktur hergestellt, bestehend aus einer Schicht von Schaltungsverbindungszusammensetzung 18, die zu der elektrischen Leitfähigkeit beiträgt, und einer Schicht von isolierendem Klebemittel 16. Dadurch kann die Verbindungsauflösung in einem großen Ausmaß verbessert werden, und ein Kurzschluß zwischen benachbarten Schaltungen kann bei der Verbindung von feinen Schaltungen von Halbleiterchips ausgeschaltet werden. Demgemäß kommt bei der Verbindung der Zuleitungen 17, 17' und der Schaltung 15 die Spitzenoberfläche der Zuleitungen 17, 17' in Kontakt mit dem druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen 3, das in der Schaltungsverbindungszusammensetzung 18 enthalten ist, und funktioniert als konkavität-konvexität-bildendes Material auf der Elektrode, so daß die Zuverlässigkeit der Verbindung in einem winzigen Bereich verbessert werden kann.
Zwischen den Verbindungsteilen 13 (Schutzschicht) und 15 (Schaltung) verhindert das Vorhandensein des isolierenden Klebemittels 16 die Leckage zwischen benachbarten Zuleitungen 17 und 17'. Demgemäß können elektrisch leitfähige Teilchen in einer höheren Dichte als in früheren Techniken gepackt sein, und dadurch kann die Zuverlässigkeit der Verbindung in einem winzigen Bereich verbessert werden.
Jetzt bilden die Zusammensetzung 18 und das isolierende Klebemittel 16 separate Phasen, wie in Figur 8 gezeigt ist. Wenn beide Materialien als eine Lösung oder Mischung in den Zwischenraum zwischen Zuleitungen vorhanden sind, nimmt jedoch die Konzentration des leitfähigen Teilchens 3 relativ ab, und dieser Zustand ist mehr zu bevorzugen.
Weiter ist gemäß dieser verbundenen Struktur die zuleitungs(17, 17')-tragende Oberfläche (Verbindungsoberfläche der Chipseite) mit isolierendem Klebemittel 16, das kein leitfähiges Teilchen enthält, bedeckt. Dieses isolierende Klebemittel 16 funktioniert als eine Pufferschicht unter dem Druck, der zu der Zeit der Verbindung angewandt wird, und verhindert einen Bruch des Chips.
Das isolierende Klebemittel 16 weist auch eine Wirkung eines Abdichtungsmittels auf und ist zur Verhinderung des Eindringens von Wasser und zur Verbesserung der Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit wirksam. Weiter wird, da das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 die Schaltung wirklich kontaktiert und es im Wärmeausdehnungskoeffizienten und Elastizitätsmodul angenähert gleich dem Kernmaterial des leitfähigen Teilchens ist, die Zuverlässigkeit der Verbindung bemerkenswert verbessert.
Wie oben erwähnt worden ist, trägt die verbundene Struktur des Halbleiterchips dieser Erfindung in großem Maße bei auf dem Gebiet des Zubehörs hoher Dichte, wie Display-Materialien (zum Beispiel Flüssigkristall, Fluoreszenz-Display-Röhre mit sehr hoher Integration), IC-Karten und Drucker sowohl in zuleitungslosen als auch in zuleitungstragenden Halbleiterchips.
In der obenerwähnten Verbindung ist nur ein Halbleiterchip verwendet worden. Jedoch können auch der sogenannte Mehrchip-Zusammenbau, d.h. gleichzeitige Verbindung von vielen Halbleiterchips auf einer Platte, aufeinanderfolgende Laminierung und Integrierung von einem anderen Halbleiterchip auf einem Halbleiterchip, usw. gemäß dieser Erfindung praktiziert werden.
Weiter ist auch ein Verfahren, welches das temporäre Ausbilden des Aufbaus dieser Erfindung durch Legen der ungehärteten (B- Stufe) Zusammensetzung auf eine Wafer-Elektrodenoberfläche für den Zweck des temporären Befestigens zu der Zeit des Teilens der Wafer in Chips oder zum Verhindern von elektrostatischem Bruch oder zum Testen der elektrischen Kontinuität, gefolgt durch Ausbilden eines Chips hieraus, um eine Struktur dieser Erfindung zu erhalten, vom Gesichtspunkt der Verkürzung des Verfahrens wünschenswert.
Gemäß dieser Erfindung wird das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 bevorzugt deformiert, weil sein Teilchendurchmesser größer als jener des beschichteten Teilchens 2 ist und es bevorzugt den Druck zu der Zeit der Verbindung annimmt. Jetzt hat das reaktive Klebemittel 1 seine Viskosität aufgrund der hohen Temperatur bereits vermindert, und daher ist es leicht von der Oberfläche des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens 3 entfernbar. Weiter kann das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3 seine Form frei ändern, während es Kontakt mit der Schaltung hält. Da das beschichtete Teilchen 2 einen kleineren Teilchendurchmesser hat als das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 2, erreicht es hohe Temperatur später als das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen 3, und bei dieser hohen Temperatur wird die Schutzschicht zerbrochen oder geschmolzen, und das Kernmaterial oder das Härtungsmittel kommt in Kontakt mit dem reaktiven Klebemittel 1. Aufgrund der hohen Temperatur schreitet die Härtungsreaktion schnell fort. Demgemäß können die druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen zwischen den Schaltungen unbeweglich gemacht werden, während sie ihren deformierten Zustand halten, was ihren Kontakt mit der Schaltung genügend macht und es dadurch ermöglicht, eine stabile Verbindung zu realisieren, die frei von einer Streuung des Kontaktwiderstands ist.
Demgemäß ist die Technik dieser Erfindung auf die Gebiete anwendbar, die eine hohe Verbindungszuverlässigkeit erfordern, wie elektrische Verbindung zwischen Halbleiterchip und Schaltung auf einer Platte.
Als nächstes wird diese Erfindung in näheren Einzelheiten durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

(1) Klebemittel

Epikote 1002 (Epoxidharz vom Bisphenoltyp, hergestellt durch Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) und Nipol 1072 (carboxylmodifizierter Nitrilgummi, hergestellt durch Nippon Geon Co., Ltd.) wurden bei einem Feststoffkomponentenverhältnis von 70 : 30 miteinander vermischt und zu einer 40%igen Lösung in Toluol gemacht.

(2) Beschichtetes Teilchen

Es wurde Novacure verwendet (eine Dispersion, hergestellt durch Beschichten und Mikroeinkapseln von modifiziertem Imidazol, das als ein Kernmaterial verwendet wurde, mit vernetztem Polyurethan, um eine Mikrokapsel zu erhalten, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 2,5 Mikron hat, und Dispergieren der Mikrokapseln in einem flüssigen Epoxidharz; hergestellt durch Asahi Chemical Industry Co., Ltd.).

(3) Druckdeformierbares elektrisch leitfähiges Teilchen

Die Oberfläche eines gehärteten Produkts aus flexiblem Epoxidharz, die eine sphärische Form hat, wurde einer stromlosen Galvanisierung ausgesetzt, um ein Teilchen zu erhalten, das einen Teilchendurchmesser von 5,2 Mikron hat (es wird darauf Bezug genommen als "EP-M"). Die Dicke der Nickelschicht war 0,1 Mikron.

(4) Herstellung des Verbindungsmaterials

Die obenerwähnten Materialien (1) - (3) wurden bei einem Mischverhältnis, das in Tabelle 1 gezeigt ist, vermischt, und die demgemäß erhaltene Lösung wurde auf einen biaxial gestreckten Polypropylenfilm (50 Mikron) aufgetragen und bei 90ºC während 15 Minuten getrocknet, und ein Filmbildungs-Verbindungsmaterial zu erhalten, das eine Dicke von 25 Mikron hat. Um die Eigenschaften des Verbindungsmaterials nach einer Langzeitlagerung bei Umgebungstemperatur zu beurteilen, wurden alle die demgemäß hergestellten Verbindungsmaterialien bei 50ºC während 20 Stunden gealtert und danach beurteilt.
Die Konzentration von extrahierten Chlorionen nach Extraktion mit reinem Wasser bei 100ºC während 10 Stunden war 13 ppm, gemessen durch Ionenchromatographie unter Verwendung von Dionex 2010i. Andererseits wurden 1,5 mg des Verbindungsmaterials ausgewogen, und seine Temperatur wurde mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/Minute im DAC (Du Pont 1090) erhöht. Die exotherme Spitzentemperatur war 148ºC.

(5) Auswertung

Unter Verwendung des Verbindungsmaterials wurde eine flexible Schaltungsplatte (FSP), die 250 Kupferschaltungen hat, von denen jede eine Leitungsbreite von 70 Mikron, einen Abstand von 140 Mikron und eine Dicke von 35 Mikron hat, mit einer Glasplatte verbunden, die eine Dicke 1,1 mm hat und eine dünne Schicht von Indiumoxid (ITO) aus ihrer gesamten Fläche (Oberflächenwiderstand 30 Ohm/ ) durch Erhitzen und Pressen derselben (170ºC - 20 kg/cm² während 30 Sekunden) bei einer Verbindungsweite von 3 mm. Jetzt wurde die Klebemitteloberfläche des Verbindungsmaterials zunächst auf die FSP bei 100º, 5 kg/cm² während 3 Sekunden aufgebracht, und danach wurde der Trenner (Polypropylenfilm) abgeschält, und die Verbindung mit ITO wurde ausgeführt. Die demgemäß erhaltene verbundene Schaltung wurde bewertet, so daß die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
In Tabelle 1 wurde die Dicke nach der Verbindung dadurch bestimmt, daß zunächst die Dicke des Verbindungsteils mittels Mikrometer gemessen wurde und davon die Dicke der FSP und der ITO-Glassplatte, welche vorher gemessen worden waren, subtrahiert wurden.
In Tabelle 1 ist der Verbindungswiderstand durch einen Mittelwert ( ) und ein Maximum (Max) ausgedrückt, bestimmt durch Messen des Widerstands von benachbarten Schaltungen mittels Multimesser. Tabelle 1 Bestandteile der Zusammensetzung Klebemittel Beschichtetes Teilchen Druckdeformierbares leitfähiges Teilchen Beispiel Vergleichsbeispiel 30/828/Colonate L = 70/30/1 2MZ-OK/No Beschichtung 7,2 um, 10 Vol.-% Tabelle 1 (fortgestezt) Beispiel Bezugsbeispiel Tabelle 1 (fortgesetzt) Eigenschaften Spaltregulator Temperatur der thermischen Aktivierung (ºC) Konzentration des extrahierten Cl-Ions (ppm) Dicke nach der Verbindung (um) Verbindungswiderstand (Ω) spärisches Siliciumdioxid 2,0 um, 1 Vol.-% Tabelle 1 (fortgesetzt) spärisches Siliciumdioxid 2,0 um, 1 Vol.-%
Im Beispiel 1 war die Dicke des Verbindungsteils so klein wie etwa 1 Mikron, und es wurde ein guter Verbindungswiderstand erhalten.
Der Querschnitt der verbundenen Struktur wurde mittels eines Abtastelektrodenmikroskops beobachtet. Als ein Ergebnis zeigte sich, daß alle die elektrisch leitfähigen Teilchen in großem Ausmaß in der Richtung des Pressens deformiert waren und sie mit der Schaltungsoberfläche flächig kontaktiert waren, wie in Figur 1 (c) gezeigt ist.
Da der Beschichtungsfilm des im Beispiel 1 verwendeten beschichteten Teilchens aus vernetztem Polyurethan hergestellt war, war er widerstandsfähig gegen Toluol, so daß keine Störung in der Produktion auftrat. Als das Produkt bei 50ºC während 20 Stunden gealtert wurde, um dessen Verhalten in der Langzeitlagerung zu beurteilen, wurden gute Eigenschaften beobachtet.

Beispiel 2

Die Prozedur des Beispiels 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß sphärisches Siliciumdioxid, das einen Teilchendurchmesser von 2 Mikron hat (hergestellt von Catalysts & Chemicals Ind. Co., Ltd.) zusätzlich zu dem Verbindungsmaterial hinzugefügt wurde.
Das Produkt wurde in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Es wurde gefunden, daß die Dicke der Verbindung durch Ändern des Teilchendurchmessers des sphärischen Siliciumdioxids steuerbar war. Das sphärische Siliciumdioxid verhielt sich wie ein Spaltregulator, um gute Verbindungscharakteristika zu geben. Es wird gefunden, daß das Verfahren von diesem Beispiel wirksamer ist, wenn das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen im besonderen leicht deformierbar ist.

Beispiel 3

Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, ausgenommen, daß die Klebemittelkomponente verändert wurde. Das heißt, Bylon 300 (thermoplastischer Polyester, der Hydroxyl- und Carboxylgruppen hat, hergestellt von Toyobo Co., Ltd.), Epikote 828 (flüssiges Epoxidharz vom Bisphenol-A-Typ, hergestellt von Yuka Shell Co., Ltd.) und Colonate L (Polyisocyanat, hergestellt von Nippon Polyurethane Co., Ltd.) wurden bei einem Mischungsverhältnis von 70/30/1 verwendet.
In diesem Beispiel war das Klebemittelsystem unterschiedlich von jenem des Beispiels 1. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurden gute Verbindungscharakteristika erzielt.

Beispiel 4-5 und Vergleichsbeispiele 1-2

In diesen Beispielen wurde das gleiche Klebemittel wie im Beispiel 1 verwendet, während das beschichtete Teilchen und das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen unterschiedlich von jenen des Beispiels 1 waren.

(1) Klebemittel

Das gleiche wie im Beispiel 1.

(2) Beschichtetes Teilchen

(a) Vorbehandlung

Curezole 2MZ-OK (2-Ethylimidazol-Isocyanursäure-Addukt, Schmelzpunkt ca. 250ºC, hergestellt von Shikoku Chemical Ind. Co., Ltd.) wurde durch Sieben fraktioniert, um pulverförmige Härtungsmittelmaterialien zu erhalten, die mittlere Teilchendurchmesser von 4,7 Mikron bzw. 15 Mikron haben. Jedes der pulverförmigen Materialien wurde als eine Vorbehandlung wegen des Entfettens und um die Teilchen gröber zu machen heftig in Toluol gerührt. Durch Abfiltern des Toluols wurden vorbehandelte Kernmaterialien (Härtungsmittel) erhalten.

(b) Aktivierung

Dann wurde das pulverförmige Material in Circuit prep 3316 (Aktivierungsbehandlungslösung vom Typ PdCl + Cl + HCl + SnCl&sub2;, hergestellt von Nippon Electroplating Engineers Co., Ltd.) dispergiert und bei 25ºC während 20 Minuten wegen der Aktivierung gerührt, wonach es mit Wasser gewaschen und gefiltert wurde, um ein Kernmaterial zu erhalten, das eine aktivierte Oberfläche hat.

(c) Stromloses Kupfergalvanisieren

Das Kernmaterial, das einer Aktivierungsbehandlung ausgesetzt worden war, wurde in Circuitprep 5501 getaucht (Lösung für stromloses Galvanisieren, hergestellt von Nippon Electroless Plating Engineers Co., Ltd.) und bei 30ºC während 30 Minuten kräftig gerührt. Nachdem ihm erlaubt worden war, während einer vorbestimmten Zeitdauer zu stehen, wurde es mit Wasser gewaschen und getrocknet, um ein Partikelmaterial zu erhalten, das eine Kupferbeschichtungsschicht (etwa 0,1 Mikron in der Dicke, wie durch Querschnittsuntersuchung unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops gemessen wurde) auf dem Kernmaterial hat.

(3) Druckdeformierbares elektrisch leitfähiges Teilchen

Eine Nickelschicht wurde auf der Oberfläche des vernetzten Polystyrolteilchens (PSt), das einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 Mikron hat, durch das Verfahren des stromlosen Galvanisierens ausgebildet, wonach ein Substituierungsüberziehen unter Verwendung von Gold ausgeführt wurde. Demgemäß wurde ein mit Metall überzogenes Kunststoffteilchen erhalten (nachstehend wird als "PSt-M" darauf Bezug genommen; spezifisches Gewicht 2,0), das eine Metallüberzugsschicht von etwa 0,2 Mikron hat.

(4) Bewertung

Tabelle 1 veranschaulicht die Ergebnisse der Bewertung, die in der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 ausgeführt wurde.
In Tabelle 1 sind die Beispiele 4 und 5 Fälle, in welchen beiden das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von 10,4 Mikron vor der Deformation hatte, während das beschichtete Teilchen des Beispiels 4 einen mittleren Teilchendurchmesser von 4,2 Mikron hatte und jenes des Beispiels 5 einen mittleren Teilchendurchmesser von 7,2 Mikron hatte. In beiden Beispielen war die Dicke nach der Verbindung so klein wie 2 bis 3 Mikron, und die elektrisch leitfähigen Teilchen waren genügend deformiert, so daß der Verbindungswiderstand auch sowohl in als auch in Max niedrig war, und die Ergebnisse waren gut.
In den Beispielen 4 und 5 wurde ein Metall als Überzugsmaterial des beschichteten Teilchens verwendet. Aufgrunddessen war das beschichtete Teilchen widerstandsfähig gegen den Einfluß von in Klebemittel vorhandenem Lösungsmittel und zeigte nur eine kleine Viskositätsänderung zur Zeit des Herstellens des Verbindungsmaterials, so daß die Herstellung leicht zu praktizieren war. Nach der Verbindung funktionierte das Beschichtungsmetall als ein leitfähiges Material und zeigte keinen nachteiligen Einfluß.
Im Vergleichsbeispiel 1 war der Teilchendurchmesser des beschichteten Teilchens 15,2 Mikron, welches größer war als der mittlere Teilchendurchmesser des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens (10,4 Mikron). In diesem Beispiel nahm die Dicke nach der Verbindung kaum ab, und der Verbindungswiderstand war instabil.
Wahrscheinlich war dieses deswegen so, weil sich die Viskosität des Klebemittels erhöhte, weil eine Härtungsreaktion in einem Stadium stattfand, daß die Deformation des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens und sein Kontakt mit der Schaltung beide noch immer ungenügend waren.

Vergleichsbeispiel 2

Das in diesem Beispiel verwendete Verbindungsmaterial hatte eine gleichartige Formulierung wie jenes des Beispiels 2, obwohl das in diesem Beispiel verwendete beschichtete Teilchen nur ein Pulver aus Härtungsmittel war, das keiner Beschichtungsbehandlung ausgesetzt wurde.
In diesem Falle nahm die Dicke nach der Beschichtung nicht ab, und der Verbindungswiderstand war sehr instabil. Dieses war wahrscheinlich dem zuzuschreiben, daß die Härtungsreaktion des Klebemittels im Verlaufe der Lagerung (bei 50ºC während 20 Stunden) fortschritt und daher das Klebemittel den Flüssigkeitsgrad zu der Zeit der Schaltungsverbindung nahezu verloren hatte.
In den obenerwähnten Beispielen 1 bis 5 war die Deformation des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens begleitet durch ein Abnehmen in der Viskosität des Klebemittels aufgrund der hohen Temperatur, die zu der Zeit der Verbindung verwendet wurde. Jedoch konnte das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen, das zwischen die Schaltungen gebracht war, nicht aus der Schaltung heraus fließen und konnte ohne weiteres deformiert werden.
Nach der Deformation des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens stieg die Viskosität des reaktiven Klebemittels an, so daß eine stabile Verbindung erzielt werden kann.
Infolgedessen fand in all den verbundenen Produkten kein Kurzschluß zwischen den benachbarten Schaltungen (FSP, Zwischenraum 70 Mikron) statt, und es wurde eine gute anisotrope elektrische Leitfähigkeit beobachtet.
Da das in diesen Beispielen verwendete Klebemittel vom reaktionshärtbaren Typ war, wurde die hohe Klebefestigkeit bis zu hohen Temperaturen aufrechterhalten, und es wurde ein guter Zustand der Verbindung beobachtet.

Beispiele 6-8 und Bezugsbeispiel 1

In diesem Beispiel wurde der Einfluß des aus dem Klebemittel extrahierten Chlorions untersucht.

(1) Klebemittel

Als kommerzielles Epoxidharz von superhohem Reinheitsgrad wurde Quatlex 1010 (Epoxidharz vom Bisphenoltyp, hergestellt durch Dow Chemicals Co., Ltd.) und Quatlex 2010 (Epoxidharz vom Novolactyp, hergestellt durch Dow Chemicals Corp.) verwendet. Als Flexibilisierungsmittel für das Epoxidharz wurde Butyral 3000K (Polyvinylacetalharz, hergestellt durch Denki Kagaku Kogyo K.K.) mit dem Epoxidharz in einem Verhältnis von 30 Gew.-% (Gewicht der Feststoffkomponente) basierend auf dem Epoxidharz, vermischt, und eine 40%ige (Feststoffkomponente) Lösung in Toluol wurde hergestellt.

(2) Beschichtetes Teilchen

Unter den kommerziellen Produkten wurde Novacure HX-3741HP (eine Dispersion, hergestellt durch Beschichten eines modifizierten Imidazols als ein Kernmaterial mit einem Material vom Polyurethantyp, um ein Teilchenmaterial zu erhalten, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 4,5 Mikron hat, und dann Dispergieren des Teilchenmaterials in einem flüssigen Epoxidharz hoher Reinheit; hergestellt durch Asahi Chemical Industry Co., Ltd.) in den Beispielen 6 bis 8 gewählt, während HX-3741 (eine Dispersion des gleichen Härtungsmittels wie oben in flüssigem Epoxidharz vom Allgemeinzweck-Typ) in dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde.

(3) Druckdeformierbares elektrisch leitfähiges Teilchen

Als polymeres Kernmaterial wurde weiches Phenolteilchen verwendet. Eine Verbundüberzugsschicht aus Nickel/Gold wurde auf seiner Oberfläche ausgebildet, um ein elektrisch leitfähiges Teilchen herzustellen, das einen mittleren Teilchendurchmesser von 15,2 Mikron hat.

(4) Herstellung des Verbindungsmaterials

In der gleichen Art und Weise wie im Beispiel 1 wurde ein Film von anisotropem elektrisch leitfähigem Klebemittel, der eine Dicke von 17 Mikron hat, hergestellt.

(5) Bewertung

Die Bewertung wurde in der gleichen Art und Weise ausgeführt wie im Beispiel 1, so daß die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
Im Vergleich mit dem Bezugsbeispiel 1 waren die Beispiele 6 und 8 in der Chlorionenkonzentration (1/10 oder darunter) niedriger, und die DAC-Spitzentemperatur war etwa 30ºC niedriger, was demonstriert, daß die Abnahme in der Konzentration des Chlorions eine Verbesserung in der Reaktivität bewirkte. Im Beispiel 7 wurde derselbe Spaltregulator wie im Beispiel 2 verwendet. Die Beispiele 6-8 zeigten alle einen guten Verbindungswiderstand.
Demgemäß wurden die verbundenen Produkte der Beispiele 6-8 und des Bezugsbeispiels 1 einem Druckkühlertest (DKT) unterworfen. Nach einer Behandlung während 200 Stunden wurde der Widerstand gemessen.
Als ein Ergebnis zeigten die Beispiele 6-8 alle einen Max-Widerstand von 10 Ohm oder darunter, und sie zeigten nur eine kleine Änderung im Verbindungswiderstand, während das Bezugsbeispiel 1 einen hohen Max-Widerstand von 30 Ohm zeigte und eine größere Änderung im Verbindungswiderstand als in den Beispielen 6-8 zeigte. Die Gründe hierfür sind wahrscheinlich, daß in den Beispielen 6-8 die Reaktivität höher war und daher die Härtungsreaktion genügender fortschritt als im Bezugsbeispiel 1, und daß eine Korrosion der Elektrodenoberfläche in dem verbundenen Teil durch die erniedrigte Konzentration des Chlorions in den Beispielen 6-8 verhindert wurde.

Beispiel 9-11

Ein Halbleiterchip (5 mm im Quadrat, Dicke 0,5 mm, mit 200 Elektroden von 50 Mikron im Quadrat, ausgebildet in den vier Seiten der Hauptoberfläche, Elektrodenabstand 50 Mikron in dem kürzesten Teil, Dicke der Schutzschicht 10,2 und 0 Mikron in den Beispielen 9 bzw. 10 bzw. 11) und eine Schaltungsglasplatte, die eine ITO-(Indiumoxid)-Schaltung entsprechend der obenerwähnten Elektrodenanordnung hat, wurden hergestellt. Ein Filmbildungs-Verbindungsmaterial, bestehend aus der Schaltungsverbindungs-Klebemittelzusammensetzung des Beispiels 1, wurde zwischen dem Halbleiterchip und der Schaltung plaziert, und das ganze wurde während 30 Sekunden bei 170ºC, 30 kg/cm² erhitzt und gepreßt, um das Klebemittel zu härten. Demgemäß wurde eine verbundene Struktur erhalten.
In der obenerwähnten verbundenen Struktur zeigten alle die Verbindungsstellen der Elektroden eine elektrische Kontinuität, und das Ergebnis änderte sich selbst nach einem Test plötzlicher Temperaturänderung (-40ºC bis 100ºC, 500 Zyklen) nicht.
Nach dem Test plötzlicher Temperaturänderung wurde der Querschnitt der verbundenen Struktur mittels Abtastelektrodenmikroskop untersucht. Als ein Ergebnis ließ sich erkennen, daß die elektrisch leitfähigen Teilchen in der Verbindungsoberfläche alle in großem Ausmaß in der Richtung des Pressens deformiert waren, und das Ausmaß der Deformation nahm in der Reihenfolge der Beispiele 9, 10 und 11 zu, oder, mit anderen Worten, wenn die Dicke der Schutzschicht abnahm.

Beispiel 12

Der gleiche Halbleiterchip, wie er im Beispiel 10 verwendet wurde, wurde mit einem TAB-Band verbunden, das 15 Mikron Kupferschaltung auf einem 75-Mikron-Polyimidfilm hat. Die Schaltungsverbindungszusammensetzung und die Bedingungen der Verbindung waren die gleichen wie im Beispiel 10. Auch in diesem Falle konnte eine gute Verbindung erzielt werden.
Gemäß den Beispielen 9 bis 12 wurde die Verbindung durch ein einfaches Verfahren ausgeführt, welches Pressen oder Erhitzen und Pressen des Elektrodenteils des Halbleiterchips und des Schaltungsteils der Platte ohne Ausbildung irgendeiner Zuleitung auf ihnen, umfaßt, und dieses macht es möglich, eine hochzuverlässige zuleitungslose Verbindung von Halbleiterchips auszuführen und dadurch das Verfahren in einem großen Ausmaß zu vereinfachen.
Es ist auch möglich, gemäß dieser Erfindung gleichzeitig ausgezeichnete Wirkungen zu erzielen, wie Verbesserung der Zusammenbaudichte (Verbindungsauflösung), Verminderung des Kosten etc.

Beispiel 13

In diesem Beispiel wird ein Fall erwähnt, in welchem die Schaltungsverbindungszusammensetzung und das isolieren Klebemittel Filmbildungsmaterialien sind. Wie oben erwähnt worden ist, können diese Materialien auch eine flüssige oder andere Form haben.
Eine Schaltungsplatte wurde hergestellt durch Ausbilden einer ITO-Schaltung, die Verbindungsanschlüsse hat, deren Anordnung jener von Zuleitungen (vorstehende Elektrode) des Halbleiterchips (5 mm im Quadrat, Dicke 0,5 mm, mit 200 Zuleitungen (20 Mikron in der Höhe), ausgebildet auf den vier Seiten der Hauptoberfläche) entsprach, auf einer Glasplatte. Andererseits wurde als eine Schaltungsverbindungszusammensetzung eine Filmbildungszusammensetzung, die eine Dicke von 7 Mikron hat, und die gleiche Formulierung wie im Beispiel 3 (anfängliche Viskosität 1 x 10&sup4; Poise bei 170ºC) hergestellt. Sie wurde auf die Schaltung der Glasplatte bei Raumtemperatur unter einem Druck von 5 kg/cm² in 5 Sekunden aufgebracht.
Andererseits wurde als ein isolierender Film eine Zusammensetzung des Beispiels 1, von welcher das druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen subtrahiert war (Dicke 20 Mikron, anfängliche Viskosität 2 x 10² Poise bei 170ºC) auf eine Halbleiterchipoberfläche bei Raumtemperatur unter einem Druck von 5 kg/cm² in 5 Sekunden aufgebracht.
Beide Klebemitteloberflächen wurden eingestellt, um die Position zu korrigieren, und durch Erhitzen und Pressen derselben bei 170ºC unter 30 kg/cm² während 30 Sekunden miteinander verbunden. Das latente Härtungsmittel wurde aktiviert, um das Klebemittel zu härten.
Eine Beobachtung des Querschnitts ließ erkennen, daß der Raum zwischen benachbarten Elektroden des Halbleiterchips mit Teilchen eines anisotropen elektrisch leitfähigen Films gefüllt war und die Teilchen deformiert waren, wie in Figur 8 gezeigt ist. Da die Viskosität des isolierenden Klebemittels zu der Zeit der Verbindung niedriger als jene der Schaltungsverbindungszusammensetzung war, schlossen die Spitzen der Zuleitungen das umgebende isolierende Klebemittel davon aus, in Kontakt mit den elektrisch leitfähigen Teilchen zu kommen. Da die elektrisch leitfähigen Teilchen in diesem Teil deformierbare Teilchen waren, die ein polymeres Kernmaterial enthielten, wurde er abgeflacht, so daß die Kontaktfläche mit der Schaltung erhöht wurde. Es war keine Gefahr des Kurzschlusses zwischen benachbarten Zuleitungen vorhanden, weil die Konzentration von elektrisch leitfähigen Teilchen dort niedrig war.
Gemäß Beispiel 13 konnte eine Verbindung zwischen einem Halbleiterchip, der eine Elektrode hoher Dichte hat, und einer Schaltung mit einer hohen Zuverlässigkeit praktiziert werden. Weiter kann, wenn ein Doppelschichtfilm, der aus der Schaltungsverbindungszusammensetzung und isolierendem Klebemittel besteht, verwendet wird, eine einfachere und geeignetere Verbindung des Halbleiterchips realisiert werden.

Beispiel 14

(1) Schaltungsverbindungszusammensetzung

Ein Filmbildungsprodukt, das eine Dicke von 20 Mikron hat und die Formulierung des Beispiels 6 hat, wurde verwendet.

(2) Verbindung

Es wurde eine Schaltungsplatte hergestellt durch Ausbilden einer ITO Cr-Schaltung, die Verbindungsanschlüsse hat, welche der Anordnung von Zuleitungen von einem Halbleiterchip (5 mm im Quadrat, Höhe 0,5 mm, mit 100 Goldzuleitungen, die auf den vier Seiten seiner Hauptoberfläche ausgebildet sind) entsprechen, auf einer Glasplatte.
Ein Filmbildungsprodukt wurde auf die Schaltungsplatte aufgebracht. Nach dem Abschälen des Polypropylenfilms wurden die Positionen der Zuleitungen des Halbleiterchips und die Anschlüsse der Platte unter dem Mikroskop so eingestellt, daß 10 Halbleiterchips auf einer Platte der Schaltungsplatte angebracht wurden. Während des Erhitzens und Pressens des Ganzen bei 80ºC unter einem Druck von 20 kg/cm² (der Film ist ungekrümmt), wurde der Zustand der elektrischen Kontinuität mittels eines Multimessers bei einem Strom von 10 Mikroampere unter Verwendung einer Meßsonde untersucht.

(3) Regeneration

Durch den obenerwähnten Kontinuitätstest wurde ein Abnormalität in einem der 10 Halbleiterchips gefunden. Demgemäß wurde nach dem Entspannen des Drucks der abnormale Teil abgeschält und durch einen neuen Chip ersetzt, und dann wurde die obenerwähnte Prozedur der Verbindung wiederholt. Als ein Ergebnis verhielten sich alle die Chips normal. Der abnormale Teil konnte nämlich ziemlich leicht abgeschält werden, weil das Klebemittel ein ungehärteter Film war, und die Klebeoberfläche war sauber.

(4) Härtung

Da der Kontinuitätstest unter Druck ein normales Ergebnis gab, wurde die Unterseite der Platte mit einer Infrarotstrahlungseinrichtung während 10 Sekunden erhitzt. Die maximale Temperatur des Erhitzens war 190ºC. Gemäß dieser Infrarotbestrahlungseinrichtung wurde die von der Wärmequelle (Xenonlampe) emittierte Hitze mittels einer Linse konzentriert und mittels optischer Faser mit spärlichem Verlust in die Nähe des verbundenen Teils geführt. Demgemäß konnte die Temperatur in einer kurzen Zeitdauer erhöht werden, und die Temperatur konnte nach Wunsch erniedrigt werden.
In dem obenerwähnten Beispiel konnte ein Kontinuitätstest durch Anwenden von Druck bei einer Temperatur, die niedriger als die Aktivierungstemperatur des im Klebemittel vorhandenen Härtungsmittels ist, wo das Klebemittel ungehärtet gehalten wird, bewirkt werden.
Weiter war es, da konzentrierte Strahlung von Infrarotstrahlen als das Härtungsmittel zu der Zeit der Verbindung gewählt wurde, möglich, die Härtungsreaktion des Klebemittels durch Erhöhung der Temperatur in einer kurzen Zeitdauer zu vollenden, während der gleiche Zustand des Pressens wie in dem Kontinuitätstest aufrechterhalten wurde.
Gemäß dieser Erfindung kann der Kontinuitätstest vor dem vollen Binden bewirkt werden, oder in dem Zustand, in welchem das Klebemittel noch immer nicht gehärtet ist, was eine Regeneration des defekten ziemlich bequem und leicht macht. Dieses ist ziemlich vorteilhaft für Arbeitseinsparung des Prozesses und Verminderung der Kosten.
Wie oben detailliert behandelt worden ist, ist gemäß dieser Erfindung der Teilchendurchmesser des druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchens größer als jener des beschichteten Teilchens in dem Verbindungsmaterial gemacht. Demgemäß nimmt beim Erhitzen und Pressen des Schaltungsverbindungsteils die Viskosität des Klebemittels zu, nachdem die druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen zwischen der oben und unten befindlichen Schaltung deformiert worden waren. Demgemäß kann isolierendes Klebemittel genügend von der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Teilchen entfernt werden, aufgrunddessen eine stabile Verbindung, die frei von einer Streuung des Verbindungswiderstands und auch zur Verbindung von winzigen Bereichen anwendbar ist, realisiert werden kann.
Weiter kann die Dicke nach der Verbindung durch die kombinierte Verwendung von starrem Teilchen gesteuert werden.
Aus diesen Gründen kann diese Erfindung eine Schaltungsverbindungszusammensetzung zur Verfügung stellen, die ziemlich vorteilhaft auf die Verbindung von elektronischen Teilchen anwendbar ist, wie Schaltungsplatte und Halbleiterchips, deren Schaltungen heute mehr und mehr feiner werden.

Claims

1. Eine Klebemittelzusammensetzung zum Miteinanderverbinden von elektrischen Schaltungen, umfassend

(A) ein Epoxydharz enthaltendes reaktives Klebemittel (1),

(B) einen Kern aus einem Härtungsmittel für das reaktive Klebemittel enthaltende beschichtete Teilchen (2), die im wesentlichen mit einem Film beschichtet sind, welcher durch Wärme oder Druck zerreißbar zu sein hat, und

(C) druckdeformierbare elektrisch leitfähige Teilchen (3), die eine mittlere Teilchengröße haben, welche größer als jene der beschichteten Teilchen (2) ist,

wobei der Gehalt an elektrisch leitfähigen Teilchen (C) 0,1 bis 15 Vol.-%, basierend auf dem Gesamtvolumen der Komponenten (A) und (B), ist.

2. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 und weiter umfassend

(D) steife Teilchen (7), die eine mittlere Teilchengröße haben, welche kleiner als jene der beschichteten Teilchen (2) ist.

3. Eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Zusammensetzung einen Chlorgehalt derart hat, daß bei Extraktion mit reinem Wasser bei 100º C während 10 Stunden die Chlorionenkonzentration in dem wäßrigen Extrakt 15 ppm oder weniger ist, und eine thermische Aktivierungstemperatur zum Zerreißen des Films von 70º bis 200º C hat.

4. Ein Verfahren zum Miteinanderverbinden von elektrischen Schaltungen, welches umfaßt:

Plazieren einer Zusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 zwischen gegenüberliegenden elektrischen Schaltungen,

Testen des Durchgangs von elektrischem Strom zwischen den Schaltungen, während die ungehärtete Zusammensetzung einem Zusammendrücken unterworfen wird, und Härten der Zusammensetzung unter Druck, um eine elektrische Verbindung zu erhalten.

5. Zuleitungslose Verbindungsstruktur, umfassend einen Halbleiterchip (11), der einen Elektrodenteil (12) von konkaver Form oder nahezu bündig mit einer Hauptoberfläche des Chips hat und elektrisch mit einer Schaltung (15) auf einem Verdrahtungs- bzw. Schaltungssubstrat (14) über eine Klebemittelzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden ist, worin im wesentlichen die gesamte Oberfläche der druckdeformierbaren elektrisch leitenden Teilchen (3) mit einer dünnen metallischen Schicht beschichtet ist und die elektrisch leitfähigen Teilchen wenigstens in dem Bereich zwischen dem Elektrodenteil des Halbleiterchips und der Schaltung auf dem Substrat deformiert sind, wobei die elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenteil und der Schaltung durch die Klebemittelzusammensetzung fixiert bzw. befestigt ist.

6. Eine Verbindungsstruktur, umfassend einen Halbleiterchip (11), der einen Elektrodenteil (17) hat, welcher von einer Hauptoberfläche des Chips vorsteht und elektrisch mit einer Schaltung (15) auf einem Verdrahtungs- bzw. Schaltungssubstrat (14) über eine Klebemittelzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden ist, worin die druckdeformierbaren elektrisch leitfähigen Teilchen (3) wenigstens in dem Bereich zwischen dem vorstehenden Elektrodenteil und der Schaltung auf dem Substrat deformiert sind, wobei wenigstens die Teile des Halbleiterchips benachbart dem Substrat, die andere als der elektrodenverbundene Teil sind, mit einem isolierenden Klebemittel (16) bedeckt sind.

7. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 zum elektrischen Verbinden von Elektroden eines Halbleiterchips mit elektrischen Schaltungen auf einem Substrat und Fixieren bzw. Befestigen des Halbleiterchips an dem Substrat.