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JP3400051B2 - 異方性導電膜、その製造方法及びそれを使用するコネクタ - Google Patents

異方性導電膜、その製造方法及びそれを使用するコネクタ

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JP3400051B2
JP3400051B2 JP30478793A JP30478793A JP3400051B2 JP 3400051 B2 JP3400051 B2 JP 3400051B2 JP 30478793 A JP30478793 A JP 30478793A JP 30478793 A JP30478793 A JP 30478793A JP 3400051 B2 JP3400051 B2 JP 3400051B2
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conductive
anisotropic conductive
silicone resin
insulating film
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彰 立石
俊介 田崎
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Whitaker LLC
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はフィルム状に形成され、
その厚さ方向には導電性領域を有し、横方向には導電性
のない又は極めて低導電性である異方性導電膜、その製
造方法及びそれを使用するコネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子を直接回路基板に実装する方
法として、従来ワイヤボンディング方式、ＴＡＢ方式、
フリップチップ方式等がありいずれも実用化されてい
る。また最近では異方性導電膜や異方性導電ペースト、
導電性接着剤による接合例も多く提案されている。
【０００３】従来、異方性導電膜は熱可塑性あるいは熱
硬化性フィルム内に導電性粒子を分散させたもの、また
絶縁性フィルムに一定間隔で金属バンプ（領域）を形成
したものがある。また、異方性導電ペーストとしても熱
硬化性樹脂の中に微細導電性粒子を分散させたものがあ
る。異方性導電膜や異方性導電ペーストを用いた接合方
法はいずれも、導電性粒子を介して基板回路と半導体電
極を接触により接合させるものである。また金属バンプ
を形成するものは、バンプ金属と電極の金属の合金化に
より金属結合させることで電気的接触をとる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の異方性導電膜を
用いた接合方法では、フィルム中にランダムに分散した
金属粒子による接触により導電性が決定されるが、樹脂
膜中に占める粒子含有量が異方性を出すために制約され
た。そのため金属粒子同士の接触点数は少なくなり、異
方性導電膜を用いた場合の接続抵抗は１〜10オーム程度
と大きいことが欠点であった。また接続部は大きな圧力
を加えると共に加熱し、熱硬化・熱可塑性樹脂を用いて
接着硬化をさせる方法により導電接続がされるため加熱
圧着機が必要であった。
【０００５】さらに一度接着されると、これを剥すため
には再加熱してフィルムを剥離した後、接着箇所を溶剤
でこすり落とす手間がかかり、リペアー性に問題があっ
た。
【０００６】また絶縁性フィルムに一定間隔で金属バン
プを形成する方法は、金属バンプ間に一定間隔の絶縁体
があるため導電接続時に隣の回路とショート（短絡）す
る心配がなく、接点数も多くとれるため接続抵抗を小さ
くすることが可能である。しかしながらこの方法では安
定した導電接続を得るために、バンプの金属と半導体や
基板の電極を合金化接続させるための高温加熱と加圧が
必要であり、そのための装置が必要となると共に、加圧
時に半導体素子の損傷、また回路のみの接続においては
基板そのものの破損などの課題があった。この方法につ
いても一度接続したものはリペアーが困難であった。
【０００７】本発明の目的は半導体素子の実装あるいは
半導体を実装したパッケージを回路基板に導電接続させ
るプリント基板間の微細電極間接合において、容易に接
続させることができ、しかも接続の抵抗値が小さく、接
続不良が生じた場合は接続部材を取り替えるリペアーも
容易に行える新しい接続部材とその製造方法を提供する
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の異方性導電膜
は、両表面間に多数の貫通孔が形成された略一定厚さの
電気絶縁性フィルムと、該電気絶縁性フィルムの前記貫
通孔内に充填されると共に前記電気絶縁性フィルムの前
記両表面より一定寸法だけ突出する多数の導電性エラス
トマーとを具備し、該導電性エラストマーはシリコーン
樹脂及び金属粒子からなる異方性導電膜において、前記
シリコーン樹脂は付加型液状シリコーン樹脂であり、前
記金属粒子が銀粒子であることを特徴とする。
【０００９】更に、本発明のコネクタは、両表面間に多
数の貫通孔が形成された略一定厚さの電気絶縁性フィル
ムと、該電気絶縁性フィルムの前記貫通孔内に充填され
ると共に前記電気絶縁性フィルムの前記両表面より一定
寸法だけ突出する多数の導電性エラストマーとを具備
し、該導電性エラストマーはシリコーン樹脂及び金属粒
子からなり、多数の電極を有する半導体素子等と接続パ
ッドが形成された基板との間に介挿押圧して両者間を相
互接続するフィルム状異方性導電膜を使用するコネクタ
において、前記シリコーン樹脂は付加型液状シリコーン
樹脂であり、前記金属粒子が銀粒子であることを特徴と
する。
【００１０】
【００１１】本発明は、半導体あるいは半導体を実装し
たパッケージを基板に接続する際、導電接続部材に弾性
と導電性の両方を有するバンプを形成した異方性導電膜
を電極パッド間に挿入し、従来の半田等の場合に使用す
るフラックス無しで低温で接合させ、接合不良時には容
易に取り替えできる取付構造を提供するものである。
【００１２】この異方性導電膜は、電気絶縁性フィルム
に一定間隔あるいはランダムに貫通孔を明け、この貫通
孔に導電性エラストマーを充填し、絶縁性フィルムの両
側表面から導電性エラストマーが突き出た形とする。導
電性エラストマーはシリコーン系樹脂に金属粉を分散さ
せたものを用いる。
【００１３】半導体の実装は本発明の異方性導電膜をは
さんだ基板と半導体の電極パッド位置を合わせた後、加
圧力あるいは接着力により導電性エラストマーを介して
電気的接続される。エラストマーを用いているため圧接
させると、先に接触した部分は変形し各パッドに一定荷
重以上の力で接圧を持たせることができ、すべてのパッ
ドで安定した接触抵抗が得られる。また接触で電気的接
続をとっているため、加圧力を解除すると容易に基板か
ら半導体を取り外すことが可能になる。
【００１４】次に、本発明に用いる異方性導電膜の製造
方法について詳しく記す。
【００１５】フィルムは電気絶縁性のあるものなら有
機、無機いずれでもよい。しかし、好ましくは有機のポ
リイミドフィルムで、両側に銅層が被着されているもの
が好ましい。このフィルムの両側、あるいは片方から、
一定形状（例えば円形）の穴をエッチングにより開け
る。その後、アルカリエッチングにより銅箔をマスクと
してポリイミドフィルムをエッチングし、銅・ポリイミ
ド・銅の３層構造とする。穴の直径は接続するパターン
によって異なり、数十ミクロンから数ミリまで可能であ
る。
【００１６】また穴明けした穴の側面に、電気めっきに
よりスルーホールめっきしたものは、この部分の導電性
樹脂の抵抗を無視でき、最終的なフィルムコネクタにし
た場合良好な接続抵抗を示す。
【００１７】穴明けしたフィルムに導電性シリコーンゴ
ムを充填する。導電性シリコーンゴムは付加型液状シリ
コーン樹脂に、金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、あ
るいはこれらの合金、これらを有機、無機物質にめっき
したもの、あるいは金属粒子に貴金属めっきしたものを
添加したものが対象になる。これらの粉末は電解、還
元、粉砕、アトマイズなどいずれの方法から製作されも
のでもよいが、フィルムの穴径に対して十分小さい粒径
の粉末が好ましい。
【００１８】またエラストマー的性質で導電性を示すも
のは、シリコーン系樹脂に導電性粒子を分散させたもの
以外にもあらゆるものが使用可能である。
【００１９】フィルム穴に導電性樹脂を充填する方法と
して、印刷法、ドクターブレード法等により樹脂を充填
する方法が好ましい。フィルムの穴以外の部分に付着し
た樹脂を取り除き、充填された樹脂のみを加熱硬化し、
フィルムの穴に導電性エラストマーを形成する。
【００２０】フィルムの両面にある銅はエッチングによ
り溶解し、絶縁フィルムの表面から突出するバンプ状の
導電性エラストマーが形成される。
【００２１】このバンプに貴金属めっきすることにより
さらに接触抵抗が低くなり安定した接触が可能になる。
貴金属めっきは、フィルム全体を活性化処理後、十分水
洗いした後ニッケルめっきし次に金めっきすることが好
ましい。特に導電性樹脂に銀粉末を使用している場合
は、銀の表面がニッケルとその上の金によってコートさ
れるため、銀のマイグレーションを防ぐことができる。
【００２２】このように金めっきした場合、エラストマ
ーの表面から突出している銀粒子にめっきされ、コネク
タとして使用する場合、数ミクロンの金めっきバンプが
でき、これが相手側電極に圧接されると、相手側金属中
に微細なバンプが食い込みワイピング効果も生じ接触抵
抗は一段と安定する。本発明ではエラストマーに付加型
液状シリコーン樹脂を用いているためバンプ自体に弾性
があり、エラストマーに混練する粉体の適正化により低
抵抗の導電性機能を付与したものである。
【００２３】このような導電性エラストマーを用いる
と、低い接圧においても接触抵抗を低くすることが可能
で、シリコーン樹脂の熱や腐食環境における化学的安定
性から信頼性の高いコネクタができる。またバンプ中と
バンプ表面の銀粒子に金めっきしたものは、コネクタが
使用される腐食環境下においても劣化がなく安定した抵
抗を示す。
【００２４】このような絶縁フィルム内に貫通孔を設
け、導電性エラストマーを微細に分散させたものは、半
導体素子との導電接続や、半導体パッケージの導電接続
だけでなく、ファインピッチ（高密度）回路基板の接続
のコネクタとして利用できる。また液晶表示装置用回路
の接続において従来の異方性導電膜が使用されている
が、本発明の異方性導電膜を使用すれば接続抵抗の低
下、接続部でのショート、リペアー性の問題を解決する
ことが可能となる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１乃至図９は異方性導電膜の製造方
法を示す厚さ25μm のポリイミドフィルム３の両面に接
着材無しで17μm の銅箔２を形成したフィルムに直径50
μm の穴（貫通孔５）を形成するため、図１のようにレ
ジスト１を形成する。次に図２のように塩化第二鉄溶液
で銅箔２をエッチングし、さらに図３のように強アルカ
リでポリイミドフィルム３をエッチングし、貫通孔５を
形成する。
【００２６】付加型液状シリコーン樹脂に、不純物の極
めて少ない銀粒子を混練した導電性シリコーン樹脂６を
ドクターブレード法にて前記フィルムの貫通孔に充填
し、図４のようにする。表面に残った導電性シリコーン
樹脂を掻き取り、このフィルムを85℃の加熱炉で30分間
保持し、貫通孔５にエラストマーの導電物を形成した。
【００２７】このフィルム両面をサンドペーパー等で軽
く研磨し、次に塩化第２鉄の溶液に浸漬し、図５のよう
に両面の銅２をエッチングで溶かし、フィルム全面にエ
ラストマーの導電性バンプ４を形成した。
【００２８】
【電極の接続】このフィルムを20mm角に切断し、図13の
ように20mm角の半導体素子10とこれを実装する基板13の
間に挿入し、素子10の上から２kg／cm2 の荷重で押圧力
を作用させ、電気的に接続された実装構造とした。半導
体素子10の電極９は直径200 μm 、正方形の各辺に３列
千鳥で114 個ずつ素子合計で456 個の電極を形成し導電
接合性を評価した。
【００２９】この直径200 μm の電極９に、バンプ径50
μm バンプピッチ100 μm の異方性導電膜８を接続させ
ると図10のようになり、１パッドに最低７個のバンプ４
が接合される。
【００３０】上記基板回路の456 個のパッド接続抵抗を
ミリオームメータを用い４端子法で測定したところ抵抗
値は最大35m Ω、最小12m Ω、平均して16m Ωの抵抗で
あった。また接触不良のものは１個もなかった。また隣
接電極間が短絡する不良は１箇所も見られず十分に絶縁
されていた。
【００３１】実施例１で形成したエラストマーバンプ付
きポリイミドフィルムを20mm角に切断し、（株）高純度
化学社製の表面活性化処理剤に１分間浸漬し図６に示す
ような0.3 μm の金めっき層７を形成した。実施例１と
同様の半導体素子10を実装し同様の方法で電極間の接続
抵抗を測定した。
【００３２】その結果抵抗値は最大15m Ω、最小8mΩ、
平均して10.5m Ωの抵抗であった。また接続不良のもの
は１個もなかった。また隣接電極間はすべての箇所で十
分絶縁されていた。
【００３３】実施例１の異方性導電膜の製造工程におい
て、両面銅張りのフィルムに穴明けした後穴の内側に図
７のようにスルーホールめっきを行い、図８乃至図９に
示すように導電性シリコーン樹脂６の側面にも金めっき
層７を有するバンプ14を形成した。このフィルムを実施
例１と全く同様に、半導体素子10を実装し電極間の接続
抵抗を測定した。
【００３４】その結果、抵抗値は最大13m Ω、最小4m
Ω、平均して8.5mΩであった。また接続不良のものは１
個もなかった。また隣接電極間はすべての箇所で十分絶
縁されていた。
【００３５】実施例１で作成した20mm角の導電性エラス
トマーバンプ付き異方性導電膜８の中心に10mm角の穴を
あけ、図12に示すように半導体実装時に接続面の中心10
mm四方に熱圧着シート12を接着し、これを180 ℃で加熱
しながら熱圧着した。この接続法の場合は、実施例１〜
３のような半導体を抑える機構が不要で、実装面積は半
導体そのものの面積に等しい。また接続不良の場合は、
加熱しながら素子を取り外すことが可能で、電極９のあ
る導電接続部は接着剤が付着しないため、リペアー性が
十分ある。
【００３６】圧着後の接続抵抗を測定すると、抵抗値は
最大30m Ω、最小17m Ω、平均して22m Ωであった。ま
た接続不良のものは１個もなかった。また隣接電極間は
すべての箇所で十分絶縁されていた。
【００３７】
【比較例】市販の熱圧着型異方性導電フィルムを20mm角
に切断し、実施例１で述べた基板に半導体を載せ、温度
140 ℃、20kg／cm2 の押圧力で半導体素子を基板に接合
させた。その後実施例１と同様に基板と素子電極間の接
続抵抗を測定すると、抵抗値は最大980mΩ、最小820m
Ω、平均して915mΩであった。また接続不良のものは１
個もなかった。また隣接電極間はすべての箇所で十分絶
縁されていた。
【００３８】また、この半導体を接続した電極パッド部
を切断し断面を観察すると、図11のように電極間でわず
かの粒子11でのみ導電接続されているにすぎなかった。
【００３９】
【発明の効果】本発明により得られる異方性導電膜は、
電気絶縁性フィルムの表面から一定寸法だけ突出して、
弾性を有する導電性エラストマーがバンプ状に形成され
ている。従って、低い接圧でも接続抵抗が小さく、導電
性エラストマーはペースト状で使用できるため、バンプ
は微細な形状に加工できる。またバンプの表面や、フィ
ルムの孔側面に無電解めっきすることにより、さらに低
接触抵抗すなわち低接続抵抗のコネクタとすることがで
きる。
【００４０】電極間にこのフィルム状コネクタを挿入
し、押圧力を作用すると安定した接続抵抗が得られる。
また、半田を使用する時のような加熱とフラックスの心
配もなく、圧接によってコンタクトを得ているため取付
け取り外しが自由にできる。従って、ＩＣ等の微細な半
導体パッケージと基板、ＦＰＣやＴＡＢと基板等の導電
接続においてファインピッチの多点接続、リペアー機能
のある接続が可能となり、高密度実装回路基板が実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１乃至図５】本発明の異方性導電膜の一連の製造工
程における異方性導電膜の断面図。
【図６】エラストマーバンプに金めっきした例を示す断
面図。
【図７乃至図９】穴明けしたポリイミドフィルムの穴内
壁にスルーホールめっきし、バンプ側面に金めっきした
例を示す断面図。
【図１０】本発明の異方性導電膜を用いたときの電極接
合部の断面図。
【図１１】従来の異方性導電膜を用いたときの電極接合
部の断面図。
【図１２乃至図１３】半導体素子を本発明の異方性導電
膜で接合した例を示す断面図。
【符号の説明】
１ レジスト ２ 箔（銅箔） ３ 電気絶縁性フィルム ４ バンプ ５ 貫通孔 ６ 導電性エラストマー（導電性シリコーン樹
脂） ８ 異方性導電膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田崎 俊介 東京都府中市日鋼町１番１ ジェイタワ ー アンプ・テクノロジー・ジャパン株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−118977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−94504（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101371（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01R 11/01 H01R 43/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】両表面間に多数の貫通孔が形成された略一
    定厚さの電気絶縁性フィルムと、該電気絶縁性フィルム
    の前記貫通孔内に充填されると共に前記電気絶縁性フィ
    ルムの前記両表面より一定寸法だけ突出する多数の導電
    性エラストマーとを具備し、該導電性エラストマーはシ
    リコーン樹脂及び金属粒子からなる異方性導電膜におい
    て、 前記シリコーン樹脂は付加型液状シリコーン樹脂であ
    り、前記金属粒子が銀粒子である ことを特徴とする異方
    性導電膜。
  2. 【請求項２】両表面間に多数の貫通孔が形成された略一
    定厚さの電気絶縁性フィルムと、該電気絶縁性フィルム
    の前記貫通孔内に充填されると共に前記電気絶縁性フィ
    ルムの前記両表面より一定寸法だけ突出する多数の導電
    性エラストマーとを具備し、該導電性エラストマーはシ
    リコーン樹脂及び金属粒子からなり、多数の電極を有す
    る半導体素子等と接続パッドが形成された基板との間に
    介挿押圧して両者間を相互接続するフィルム状異方性導
    電膜を使用するコネクタにおいて、 前記シリコーン樹脂は付加型液状シリコーン樹脂であ
    り、前記金属粒子が銀粒子であることを特徴とするコネ
    クタ。
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