JP4684502B2

JP4684502B2 - 導電接続方法及びそれに用いる離型シート

Info

Publication number: JP4684502B2
Application number: JP2001295298A
Authority: JP
Inventors: 俊光橘
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003100807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離型シートを介在させつつ圧着手段により加熱加圧を行うことで、異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続する導電接続方法、及びそれに用いる離型シートに関する。本発明は、例えばＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅ／ＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）のフリップチップ実装に代表されるような、異方導電性フィルム（以下ＡＣＦと略す）を用いての半導体チップ等の電子部品の配線基板への実装や、モジュール等と配線基板等の導電接続を行う技術として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯情報端末の軽量化、小型化に伴い、微細な電極（端子、配線パターンなども含む）間で導電接続を行うことの必要性が増大している。例えば液晶ディスプレイ（以下ＬＣＤと略す）と駆動用ＬＳＩが搭載されたフレキシブルプリント基板（以下ＦＰＣと略す）とを接合する場合や、ＣＳＰと回路基板とをフリップチップ実装する場合などであり、その接続にはＡＣＦを用いて圧着する方法が一般的に行われている。このようなＡＣＦとしては、種々のタイプが存在するが、一般には導電性粒子などの導電材料を所定量分散させた接着性（主に熱硬化タイプ）の樹脂フィルムが使用されている。その他、異方導電接着剤などの異方導電材などが使用される場合がある。
【０００３】
以下、フリップチップ実装の場合について、その要部を示す概略図（図１〜図３）に基づいて説明する。まず、図１に示すように、表面に電極と配線が形成されている基板６と、基板６の電極に対向する位置に電極が形成されている半導体チップ４との間にＡＣＦ５を配置する。圧着ヘッド１ａの先端には、圧着手段１による半導体チップ４への加圧力が、半導体チップ４の接触面に均一に加わる様に、低弾性率で耐熱性と熱伝導性に優れるシリコーンゴム２が取り付けられる場合が多い。
【０００４】
従来、このような構成で圧着を行なう場合、圧着時の加圧によりＡＣＦの接着剤成分が接合を行う電子部品側面からはみ出し、圧着手段１に付着するという問題があった。このため、圧着手段１と半導体チップ４の間に離型シート3 を介在させた状態で、作業を行う方法が提案されている（特開平７−２３０８７３号公報等）。これによって、図１〜図３に示すように、圧着手段１により離型シート3 を介して加熱加圧することにより、ＡＣＦ５が軟化・変形して硬化し、その際に上記の付着等の問題を起こすことなく、電極間が導電接続された状態で半導体チップ４を実装することができる。
【０００５】
この離型シート３には耐熱性、ＡＣＦ５の接着剤成分に対する離型性等が要求される事から、一般にはこれらの特性に優れるポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン共重合体に代表されるフッ素系のシートが用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この離型シートに要求される特性を量産性という観点から考えた場合、シートの厚さが厚いと圧着手段からの加熱が半導体チップなどの電子部品およびＡＣＦに伝わり難くなる為、より薄い方が好ましくなる。しかし、離型シートを薄くしすぎると、シートに掛かる張力によりシートが大きく伸ばされ、シワが生じやすくなる。この様にシワが発生した状態で圧着を行うと、圧着手段を介しての加圧が、半導体チップ全面に均一にかからなくなり、また部分的に隙間が形成されてしまい、加熱についても均一に行なえない場合が生じ、結果として接着不良になる場合が多く見受けられた。
【０００７】
また、この様なフッ素系フィルムは、一般的には溶融押出法などにより作製されるが、製膜時の熱履歴に起因する歪みが圧着手段による加熱によりシートの変形につながり、結果としてシワが発生し、これについても前述の不具合の原因となる場合が見受けられた。また、この離型シートはＡＣＦが圧着手段に接触しない様に完全に半導体チップ上面を覆う状態で圧着が行われなければならないが、上述の様にシワが生じた場合や張力によりシートが伸ばされた場合、シートの幅が狭くなったり、位置ずれが起き、一部分で半導体チップ上面を覆っていない場所が生じ、本来の目的とする機能を果たせない場合が見受けられた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、加熱による離型シートの歪み、シワの発生による接続対象物の接続不良が生じ難く、且つ、短時間のタクトタイムで確実に接続対象物の接続を行う事のできる導電接続方法、及びそれに用いる離型シートを提供する事にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、離型性に優れるフッ素樹脂と高弾性率であり熱伝導性に優れる金属箔を複合した離型シートを用いれば、上記の問題が発生することなく、良好に電子部品等の実装が行える事を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の導電接続方法は、離型シートを介在させつつ圧着手段により加熱加圧を行うことで、異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続する導電接続方法において、前記離型シートは、金属箔とその片面側に設けられたフッ素樹脂層のみからなり、前記フッ素樹脂層の厚さが、０．５〜２５μｍであり、前記フッ素樹脂層を、前記接続対象物と接触する側の面となるように配して加熱加圧を行うことを特徴とする。
【００１１】
一方、本発明の離型シートは、圧着手段により加熱加圧を行うことで異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続する際に、前記圧着手段と前記接続対象物との間に介在されて使用される離型シートにおいて、金属箔とその片面側に設けられたフッ素樹脂層とのみからなり、前記フッ素樹脂層の厚さが、０．５〜２５μｍであり、前記フッ素樹脂層が、接続対象物と接触する側の面に配して使用されることを特徴とする。
【００１２】
上記において、２５℃における破断強さが５Ｎ／ｃｍ幅以上であることが好ましい。また、２５℃における引張りによる貯蔵弾性率が２０ＧＰａ以上であることが好ましい。これらの物性の測定方法は、実施例に示す通りである。
【００１３】
［作用効果］
本発明の導電接続方法によると、接続対象物である電子部品等と圧着手段との間に介在させる離型シートの少なくとも片面側にフッ素樹脂層が形成されており、このフッ素樹脂層が電子部品等と接触する形で導電接続が行われる事より、電子部品等の側面からはみだした異方導電材の接着剤成分に対し、確実な離型性を保持することができる。しかも、金属箔を基材とするため、作業時に離型シートに掛けられる張力や、原反の歪みによるシワの発生や、離型シートの変形が起き難く、且つ熱伝導性に優れる為、短時間の加熱加圧でより確実な導電接続が可能となる。従って、効率良く且つ歩留り良く加工を行う事ができる。
【００１４】
一方、本発明の離型シートによると、金属箔と少なくともその片面側に設けられたフッ素樹脂層とを備えるため、上述の如く電子部品等の側面からはみだした接着剤成分に対し、確実な離型性を保持し、且つ、原反の歪みによるシワの発生や、作業時にシートに掛けられる張力等によるシートの変形が起き難く、且つ熱伝導性に優れる為、短時間の加熱加圧でより確実な接合が可能となる。従って、効率良く且つ歩留り良く加工を行う事ができる。
【００１５】
また、２５℃における破断強さが５Ｎ／ｃｍ幅以上である場合、連続加工を行う際に離型シートの搬送時や接続時の固定時に加わる張力によって、離型シート破断することなく、連続加工を好適に行うことができる。
【００１６】
２５℃における引張りによる貯蔵弾性率が２０ＧＰａ以上である場合、作業時の離型シートに加わる張力による変形が小さく、シワなどの発生をより確実に防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、図面を参照しながら説明する。
本発明の導電接続方法は、離型シートを介在させつつ圧着手段により加熱加圧を行うことで、異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続するものである。図１〜図３は、異方導電材であるＡＣＦが、接続対象物である配線基板と半導体チップとの間に配された状態で導電接続を行う際の工程を示す図である。これを例にとり、半導体チップの実装工程の概要を説明する。
【００１８】
まず、図１に示す様に、受け台７上の配線基板６に、ＡＣＦ５が下面に配された半導体チップ４を、導電接続させる電極同士が対向するように位置決めして配置する。また、その上方部に所定の温度に加熱された圧着手段１を配置する。圧着手段１の圧着ヘッド１ａの先端には、圧着手段１による半導体チップ４への加圧力が、半導体チップ４の接触面に均一に加わる様に、低弾性率で耐熱性と熱伝導性に優れるシリコーンゴム２が取り付けられている。但し、本発明の圧着手段１は、シリコーンゴム２を有しないものでもよい。
【００１９】
ここで離型シート３は半導体チップ４と圧着手段１の間で、少なくとも半導体チップ４と接触する側の面にフッ素樹脂層が存在するように配置される。
【００２０】
次いで図２に示す様に、圧着手段１を下げるか、配線基板６および半導体チップ４を上げる事により、離型シート３を介して、圧着手段１により半導体チップ４と共にＡＣＦ５が加熱加圧された状態になる。
【００２１】
そして図３に示す様に、所定時間後、圧着手段１を上げるか、配線基板６および半導体チップ４を下げる事により、加熱加圧処理が終了する。このような加熱加圧によって、ＡＣＦ５が軟化・変形して硬化し、電極間が導電接続された状態で半導体チップ４が配線基板６に実装（接合）される。
【００２２】
上記の導電接続方法において、新たな離型シート３を圧着位置に順次供給することで、連続加工を行うことができる。その場合、離型シートの搬送や接続時の固定を行うべく、巻き出し部、巻き取り部、張力調整機構、駆動機構、駆動制御手段などが使用される。このような連続加工については、特開平７−２３０８７３号公報等にその詳細が開示されている。
【００２３】
本発明の導電接続方法における加熱加圧等の条件は、異方導電材の種類や接続対象物の耐熱性、強度などに応じて適宜設定される。本発明では、従来の離型シートを用いる場合に採用される条件を何れも採用することができる。
【００２４】
本発明の導電接続方法は、上記で使用される離型シート３が、金属箔と少なくともその片面側に設けられたフッ素樹脂層とを備えることを特徴とする。つまり、当該導電接続方法は、本発明の離型シートを使用するものである。フッ素樹脂層は、接続対象物と接触する側の面に設けてあればよく、金属箔の両側に設けてもよい。また、金属箔とフッ素樹脂層との間には、接着性改善層や弾性体層などの中間層を設けてもよい。
【００２５】
離型シートの形状は、接続対象物のサイズに応じて、所望のサイズに切断されたものでもよいが、連続工程で使用する場合には、長尺シートが好ましい。長尺シートは、通常、ロールに巻回した状態で使用される。
【００２６】
金属箔に関しては、一般に金属は伝熱性が良好で、破断強さや貯蔵弾性率も大きいため、各種金属が何れも使用できるが、ステンレス箔、アルミニウム箔、銅箔などがコスト、加工性などの点から好ましく使用できる。
【００２７】
金属箔の厚みは、１０〜１００μｍが好ましく、更に好ましくは２０〜８０μｍである。金属箔の厚さが１００μｍを超える場合、その熱容量が大きくなりすぎる為、半導体チップおよびＡＣＦ等の加熱に要する時間が長く必要になる傾向がある。また、１０μｍ未満では、金属の種類にもよるが、連続加工を行う際に加わる張力により破断し易く、また、作業時に加わる張力による変形が生じやすくなる傾向がある。
【００２８】
またフッ素樹脂層に関しては、耐熱性、離型性などの点から、ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと略す）、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン共重合体（以下ＦＥＰと略す）、または、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下ＰＦＡと略す）等を好適に用いる事が出来る。
【００２９】
フッ素樹脂層の厚さは、金属箔の厚さよりも薄いことが好ましく、具体的には２５μｍ以下が好ましく、０．５〜１５μｍがより好ましい。また、フッ素樹脂層の厚さが２５μｍよりも厚くなった場合、熱伝導性が低下し、タクトタイムが長くなる事に加え、片面にフッ素樹脂層を配する場合、フッ素樹脂層と金属箔の線膨張係数の差に起因する応力が大きくなり、離型シートのカールが発生し易くなる傾向がある。また、０．５μｍ未満では、表面の摩耗等によって離型性が低下し易くなる傾向がある。
【００３０】
本発明における離型シートは、キャステイング法により得ることができ、例えば金属箔表面にフッ素系のディスパージョンを塗布し、これを樹脂の融点以上の温度で焼成する。この操作を１回または複数回繰り返し所定厚さのフッ素樹脂層を形成して得ることができる。この場合使用するディスパージョンとしては、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが用いられるが、ＡＣＦ等に対する離型性を考えた場合、ＦＥＰディスパージョンを用いる事が最も好ましい。
【００３１】
本発明の離型シートは、破断強さが５Ｎ／ｃｍ幅以上、貯蔵弾性率が２０ＧＰａ以上である事が好ましい。破断強さが５Ｎ／ｃｍ幅未満の場合、連続加工を行う際の離型シートの搬送（巻取り）および、接合時の固定を行なう為に離型シートに加える張力により破断する傾向がある。
【００３２】
また、貯蔵弾性率が２０ＧＰａに満たない場合、作業時の離型シートに加わる張力による変形が大きく、シワが発生しやすくなる傾向がある。
【００３３】
本発明の導電接続方法および離型シートは、以上のような配線基板と半導体チップとの電極間を導電接続する場合に限らず、例えばＬＣＤのと駆動用ＬＳＩが搭載されたＦＰＣとの電極間を導電接続する場合や、その他の電子部品と配線基板、配線基板とＦＰＣ、配線基板同士、半導体チップ搭載基板と配線基板など、異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続するような、何れの接続対象物に対しても適用できる。
【００３４】
また、異方導電材についても、熱硬化タイプ又は熱可塑タイプのＡＣＦに限らず、異方導電接着剤、異方導電性塗料などの異方導電材などが、何れも使用できる。これらの異方導電材は、接続対象物の間に配置されたり、接続対象物の一方に塗布又は接着して使用されるのが一般的である。なお、ＡＣＦとしては、種々のタイプが使用可能であるが、導電性粒子などの導電材料を所定量分散させた熱硬化タイプの接着性樹脂フィルムが好適に使用できる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３６】
実施例１
市販のＦＥＰ粉末濃度３０重量％の水性ディスパージョンを厚さ３０μｍのステンレス箔の片面に塗布する。そしてまず９０℃で２分間加熱することにより分散媒である水の除去を行い、次に３６０℃で２分間加熱することによりＦＥＰ層の形成を行い厚さ３３μｍの離型シート（ステンレス箔３０μｍ、ＦＥＰ層３μｍ）を得た。
【００３７】
実施例２
両面に塗布する事以外は実施例１の内容に従い、３６μｍの離型シート（ステンレス箔３０μｍ、ＦＥＰ層３μｍ×２面）を得た。
【００３８】
実施例３
塗付を行うフッ素樹脂をＰＴＦＥディスパージョンとする事以外は実施例１の内容に従い、３３μｍの離型シート（ステンレス箔３０μｍ、ＰＴＦＥ層３μｍ）を得た。
【００３９】
実施例４
金属箔を厚さ１５μｍのアルミニウム箔とする事以外は実施例１の内容に従い、１８μｍの離型シート（アルミニウム箔１５μｍ、ＦＥＰ層３μｍ）を得た。
【００４０】
実施例５
市販のＦＥＰ粉末濃度５０重量％の水性ディスパージョンを厚さ１５μｍのアルミニウム箔の片面に塗布する。そしてまず９０℃で２分間加熱することにより分散媒である水の除去を行い、次に３６０℃で２分間加熱することによりＦＥＰ層の形成を行い、この操作を更に２回繰り返す事により、厚さ３０μｍの離型シート（アルミニウム箔１５μｍ、ＦＥＰ層１５μｍ、）を得た。
【００４１】
参考例１
金属箔を厚さ１０μｍのアルミニウム箔とする事以外は実施例１の内容に従い、１３μｍの離型シート（アルミニウム箔１０μｍ、ＦＥＰ層３μｍ）を得た。
【００４２】
比較例１
市販のＦＥＰペレットを温度３８０℃、リップ間隔０．５ｍｍ、引き取り速度５ｍ／ｍｉｎで成型押出し、厚さ３０μｍのフィルムを作製した。
【００４３】
以上のようにして得られた離型シートの材質と厚さ等を表１にまとめた。
【００４４】
【表１】

評価試験１
これらの離型シートを下記の方法により物性評価を行い、その結果を表１にまとめた。
【００４５】
（１）破断強さ
ＪＩＳＫ７１１３記載の方法に従い、試験片：２号片試験片、引張速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ、測定温度：2 5 ℃で測定を行い、下式より算出した。
Ｓ＝Ａ／Ｗ
ここで、Ｓ：破断強さ（Ｎ／ｃｍ）、Ａ：破断時の荷重量（Ｎ）、Ｗ：試験片の幅（ｃｍ）であり、Ａについては、測定中、最大荷重量値より算出した。
【００４６】
（２）貯蔵弾性率
粘弾性スペクトロメータを用い、測定温度：２５℃、測定方法：引張法、周波数：１Ｈｚ、試料寸法：２０ｍｍ（長手方向）×１０ｍｍ（幅方向）の条件で測定を行った。
【表２】

評価試験２
次にＡＣＦを用いて、下記のようにして半導体チップと配線基板の圧着接合評価を行った。
【００４７】
図１に示す様に、あらかじめＡＣＦを粘着させた状態の半導体チップを、配線基板と電気的に接続出来るよう位置決めを行った状態で、配線基板上に乗せる。
次いで、図２に示す様に、先端に厚さ０．２ｍｍのシリコーンゴムを先端に貼り合わせた圧着手段を用いて、半導体チップと圧着手段の間に、フッ素樹脂層が、半導体チップに接するように配し、温度２００℃、加圧力２ＭＰａ、加熱時間１５秒で接合処理を行った。その後、図３に示す様に、圧着手段を半導体チップおよび離型シートから離し、接合処理を行った。この一連の作業において、離型シートは幅１０ｍｍ長さ１００ｍのサイズでロール状に切断加工したものを使用した。
【００４８】
この様にして接合処理を行ったサンプルについて、離型シートと接合状態の確認および離型シートの接合面の確認を行った。実施例１〜５の離型シートを用いた場合、問題とする離型シートのシワ、歪みは発生しておらず、また半導体チップも良好な状態で接合されている事が確認された。なお、参考例１については、原反の破断強さが小さい為、原反に加えられる張力が非常に狭い範囲となってしまう為、この範囲の張力では、巻物である離型シートが巻きずれることなく連続的に作業が出来ず、安定した作業を行いにくかった。
【００４９】
これに対し、比較例１では、金属箔を使用しないため、離型シートの弾性率が低くなり、作業時の張力により、シートの伸びや歪みによる変形が発生し、結果として、一部のサンプルでシワが入った状態で圧着され、接合不良が発生した。以上より、良好な加工を行うには、破断強さが高く、また貯蔵弾性率の高い離型シートが好適であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電接続方法の一例における待機状態を示す要部断面図
【図２】本発明の導電接続方法の一例における加熱加圧状態を示す要部断面図
【図３】本発明の導電接続方法の一例における完了時を示す要部断面図
【符号の説明】
１圧着手段
１ａ圧着ヘッド
３離型シート
４半導体チップ（接続対象物）
５ＡＣＦ（異方導電材）
６配線基板（接続対象物）
７受け台

Claims

離型シートを介在させつつ圧着手段により加熱加圧を行うことで、異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続する導電接続方法において、
前記離型シートは、金属箔とその片面側に設けられたフッ素樹脂層とのみからなり、
前記フッ素樹脂層の厚さが、０．５〜２５μｍであり、
前記フッ素樹脂層を、前記接続対象物と接触する側の面となるように配して加熱加圧を行うことを特徴とする導電接続方法。
圧着手段により加熱加圧を行うことで異方導電材を介して接続対象物同士の電極間を導電接続する際に、前記圧着手段と前記接続対象物との間に介在されて使用される離型シートにおいて、金属箔とその片面側に設けられたフッ素樹脂層とのみからなり、前記フッ素樹脂層の厚さが、０．５〜２５μｍであり、前記フッ素樹脂層が、接続対象物と接触する側の面に配して使用されることを特徴とする離型シート。
２５℃における破断強さが５Ｎ／ｃｍ幅以上である請求項２に記載の離型シート。
２５℃における引張りによる貯蔵弾性率が２０ＧＰａ以上である請求項２又は３に記載の離型シート。