JP6064399B2

JP6064399B2 - 回路接続部材、それを用いた回路接続方法及び回路接続構造体

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Publication number: JP6064399B2
Application number: JP2012156744A
Authority: JP
Inventors: 渡邊　治; 治渡邊; 竹村　賢三; 賢三竹村
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2017-01-25
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Description

本発明は回路接続部材、それを用いた回路接続方法及び回路接続構造体に関する。特に、ＣＨＩＰ−ＯＮ−ＦＬＥＸ実装（以下、ＣＯＦ実装と呼ぶ）、ＣＨＩＰ−ＯＮ−ＢＯＡＲＤ実装（以下、ＣＯＢ実装と呼ぶ）における回路接続部材、それを用いた回路端子の接続方法及び回路接続構造体に関する。

液晶表示装置等の半導体装置の製造等において、回路基板に半導体チップを実装する方法としてフィルム状の回路接続部材を用いたフリップチップ実装方式が広く用いられている。この方式では、半導体チップの電極と相対向する配線パターンを形成した半導体チップの搭載領域が設けられた回路基板上にフィルム状回路接続部材を貼付けた後、半導体チップの電極と回路基板側の電極との位置合わせを行い、全体を熱圧着することによって行われる。フリップチップ実装方式には、例えば、液晶駆動用半導体チップを直接ガラスパネル上に実装するＣＨＩＰ−ＯＮ−ＧＬＡＳＳ実装（以下、ＣＯＧ実装と呼ぶ）、金属配線を有するフィルム基板上に半導体チップを実装するＣＯＦ実装、及び同じく金属配線を有する硬質基板上に半導体チップを実装するＣＯＢ実装がある。

ところで、ＣＯＦ実装及びＣＯＢ実装では、回路基板の配線が回路基板の基材の表面から突出して形成されており、さらに配線を被覆するソルダーレジスト膜が形成されているため、回路基板はその表面に５〜５０μｍ程度の段差を有している。このような回路基板に対し、フィルム状回路接続部材を貼付けツールを用いて加熱及び加圧して転写する場合、回路接続部材は軟化と変形により回路基板上の段差に対して追従し回路基板表面へ密着することになる。しかしながら、ピッチの狭い回路配線パターン間や半導体チップの搭載領域と接しているソルダーレジストの側面部においては回路接続部材の密着が充分ではなく、回路接続部材と回路基板との間に空気が残存する場合がある。このような空気は、回路接続部材中にボイドとして残存するだけでなく、回路接続部材から外部へ抜けて出ていく場合もあるため、回路接続部材の表面に直径数μｍ〜数十μｍ程度のピンホールが形成されることがある。また、残存した空気が半導体チップの周囲に形成されるフィレットに入り込む場合もあるため、そこで実装時に加わる熱により空気が膨張して膨れを生じ、膨れの破裂や、膨れと圧着ツールとの付着によるフィレット表面の剥がれを生ずることがある。こうしたピンホールの発生やフィレット表面の剥がれは、回路基板の回路配線パターンの露出につながり、露出した回路配線パターンが外気と接触することで腐食が発生しやすくなるといった問題がある。

そこで、回路接続部材中に残存する空気を減らすため、回路接続部材の貼付け温度又は貼付け圧力を所定よりも高めて、回路接続部材と回路基板の凸凹部との密着性を上げることは可能である。しかしながら、一方で回路接続部材の変形量も大きくなるため、回路接続部材の支持基材からはみ出た回路接続部材が貼付けツールの接触面に付着して貼付けツールを汚染したり、回路接続部材の厚みが当初の厚みよりも薄くなることで半導体チップ下への樹脂充填量が不足し接続信頼性が低下したりする、といった問題を生ずることがある。

そこでこれらの問題を解決するため、例えば、特許文献１では、回路接続部材の貼付け前に回路基板を加熱して半導体チップ搭載領域の空気を加熱した後、回路接続部材と回路基板とを貼付け、さらにこれを冷却することで上記空気の量を減少させた後に、半導体チップを圧着する方法が提案されている。また、特許文献２では、ソルダーレジストの一部に回路接続部材と重ならない領域を設け、この部分を介して空気（ボイド）を外部へ排除する方法が提案されている。

特許第４１９６３７７号特開平２００５−８６０４２

しかしながら、予め空気を加熱して膨張させた後にこれを冷却する方法では、回路基板を加熱した熱により回路接続部材に含まれる接着剤成分の反応が進行してしまうことに加え、加熱と冷却を繰り返すことにより工程が煩雑化するといった問題がある。また、ソルダーレジストの一部に回路接続部材と重ならない領域を設け、この部分を介してボイドを外部へ排除する方法では、ボイドの除去領域が部分的であることに加え、配線パターンの形成に制限が生じてしまうといった問題がある。

本発明は、フィルム上の回路接続部材を用いた半導体チップの実装法に関して、半導体チップ下の回路接続部材中におけるボイドの残留、及び半導体チップ周囲の回路接続部材におけるピンホールの発生を抑制し、接続信頼性を向上できるフィルム状回路接続部材を提供することを目的とする。本発明はまた、このフィルム状回路接続部材を用いた接続方法及び接続構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のものを提供する。

〔１〕第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有する第二の回路部材とを電気的に接続するためのフィルム状回路接続部材であって、第二の回路部材は、第二の接続端子を含む、高さ５〜５０μｍの段差を備え、フィルム状回路接続部材は、第一の接着剤層と、第一の接着剤層よりも加熱溶融時の最小粘度が低い第二の接着剤層とを備え、第一の接着剤層の厚みＴ１と、第二の接着剤層の厚みＴ２との比Ｔ１／Ｔ２が０．５以上１．３以下であり、第一の接着剤層の加熱溶融時の最小粘度が３０００Ｐａ・ｓ以上８０００Ｐａ・ｓ以下であり、第二の接着剤層は第二の回路部材側に配置される、フィルム状回路接続部材。

〔２〕第一の接着剤層及び第二の接着剤層がエポキシ樹脂及び潜在性硬化剤を含有する、〔１〕記載のフィルム状回路接続部材。

〔３〕第一の接着剤層がアクリルゴムを含有する、〔１〕又は〔２〕記載のフィルム状回路接続部材。

〔４〕第二の接着剤層が導電粒子を含有する、〔１〕〜〔３〕のいずれか記載のフィルム状回路接続部材。

〔５〕第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有する第二の回路部材とを、第一の接続端子と第二の接続端子とが対向するようにして配置し、第一の接続端子と第二の接続端子との間に、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のフィルム状回路接続部材を介在させて全体を加熱加圧して、第一の接続端子と第二の接続端子とを電気的かつ機械的に接続する回路接続方法であって、第二の接着剤層を第二の回路部材側に配置する、回路接続方法。

〔６〕第一の回路部材が半導体チップであり、第二の回路部材が有機質絶縁基板であり、有機質絶縁基板が、第二の接続端子を含む、高さ５〜５０μｍの段差を備える、〔５〕記載の回路接続方法。

〔７〕第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有し、第一の接続端子と第二の接続端子とが対向するようにして配置された第二の回路部材と、第一の回路部材と第二の回路部材との間に設けられた回路接続部と、を備える接続構造体であって、回路接続部が、〔１〕〜〔４〕のいずれか記載のフィルム状回路接続部材の硬化物からなり、第一の接続端子と第二の接続端子とが電気的かつ機械的に接続されており、第二の回路部材上に、第二の接着剤層の硬化物、第一の接着剤層の硬化物及び第一の回路部材をこの順に有してなる、回路接続構造体。

〔８〕第一の回路部材が半導体チップであり、第二の回路部材が有機質絶縁基板であり、有機質絶縁基板が、第二の接続端子を含む、高さ５〜５０μｍの段差を備える、〔７〕記載の回路接続構造体。

本発明によれば、半導体チップ下の回路接続部材中におけるボイドの残留、及び半導体チップ周囲の回路接続部材におけるピンホールの発生を抑制し、接続信頼性を向上できるフィルム状回路接続部材を提供することができる。また、本発明によれば、このフィルム状回路接続部材を用いた接続方法及び接続構造体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフィルム状回路接続部材を用いた、半導体デバイスの製造工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るフィルム状回路接続部材を用いた、半導体デバイスの製造工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るフィルム状回路接続部材を用いた、半導体デバイスの製造工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るフィルム状回路接続部材を用いた、半導体デバイスの製造工程を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図１に示されるような回路基板１０、回路接続部材（フィルム状回路接続部材）２０及び貼付けツール３０を用意する。ここで、回路基板１０（第二の回路部材）は、基材フィルム１０ａと、基材フィルム１０ａの主面上に部分的に形成された回路配線１０ｂ（第二の接続端子）と、回路配線１０ｂの形成された主面上を部分的に被覆するソルダーレジスト１０ｃを有しており、ソルダーレジスト１０ｃには半導体チップ４０の実装領域として開口部１０ｄが形成されている。基材フィルム１０ａ上の回路配線１０ｂは、銅、ニッケル又は金といった導電性材料からなり、半導体チップ４０の端子配置に対応した回路パターンを形成している。開口部１０ｄでは基材フィルム１０ａと回路配線１０ｂが露出しており、ソルダーレジスト１０ｃが半導体チップ４０の実装領域を取り囲むように形成されている。開口部１０ｄでは、基材フィルム１０ａの主面に対して高さ５μｍ〜５０μｍの段差が形成されている。図１においては、回路配線１０ｂの配線高さ及びソルダーレジスト１０ｃの形成厚みが、基材フィルム１０ａの主面に対する高さである。

回路接続部材２０は、第一の接着剤層２０ａと、第一の接着剤層よりも加熱溶融時の最小粘度が低い第二の接着剤層２０ｂの２層を備えるフィルム状の回路接続部材であり、第二の接着剤層２０ｂ側を回路基板１０上の半導体チップが実装される領域に対向するようにして配置される。

本実施形態においては、第二の接着剤層２０ｂ中に導電粒子２０ｃが分散して含まれているが、導電粒子２０ｃが接着剤層中に必ずしも含まれていなくてもよい。

回路接続部材２０を回路基板１０へ貼付ける際には、回路接続部材２０が貼付けツール３０へ付着することを防止するため、回路接続部材２０と貼付けツール３０との間にシート状部材２０ｄを配置してもよい。

回路接続部材２０は所定の寸法に切り出された後、第二の接着剤層２０ｂ側が回路基板１０のソルダーレジスト１０ｃの開口部１０ｄに面するように配置される。回路接続部材２０の所定の切り出し寸法とは、開口部１０ｄと略同一もしくは開口部１０ｄとその外周縁部を含む領域を覆うのに充分な寸法である。外周縁部とは、開口部１０ｄの内周から外側へかけて一定の範囲内にあるソルダーレジスト１０ｃを含む領域である。

貼付けツール３０は、被加圧体である回路接続部材２０と接触する面を有し、連動する駆動機構により任意に上下運動が可能なものである。貼付けツール３０の回路接続部材２０との接触面の形状については、回路接続部材２０を回路基板１０へ貼付けられるものであれば特に限定されるものではないが、回路接続部材２０を回路基板１０へ充分密着させるためには接触面の形状が平坦もしくは回路基板１０側にふくらみを有する形状であることが望ましい。貼付けツール３０の接触面の面積については、回路接続部材２０をムラ無く回路基板１０へ貼り付ける必要があるため、回路接続部材２０の貼付け面積と略同一以上であることが望ましい。

続いて図２に示されるように、回路接続部材２０は所定の温度と圧力に設定した貼付けツール３０の下降により加熱、加圧されることで、回路基板１０のパターン形状（段差形状）に追従して変形し、段差を埋めるように充填される。貼付けツール３０の温度は、回路接続部材２０に含まれる接着剤成分の硬化反応が起こらず、かつ回路接続部材２０が適度に軟化し、図２に示すような状態に変形可能となる温度であることが好ましい。加圧力は、所定の温度で回路接続部材２０が回路基板１０に充分密着するとともに回路接続部材２０が過度に変形することなく、かつシート状部材２０ｄの周囲からはみ出さない程度の値が好ましい。

第二の接着剤層２０ｂに比べ、第一の接着剤層２０ａは加熱溶融時の最小粘度が高いことから、貼付け時の温度、圧力条件ではほぼ変形することなく、回路基板１０への貼付け前の層厚みを貼付け後においても保持している。

続いて、詳細は省略するが、図３に示すようにシート状部材２０ｄを除去した回路接続部材２０の第一の接着剤層２０ａ側に、半導体基材４０ｂとバンプ４０ａ（第一の接続端子）とを備える半導体チップ４０（第一の回路部材）を配置し、フリップチップ用接続装置（フリップチップボンダ）の位置合わせカメラを用いて、バンプ４０ａと回路基板１０側の所定パターンを有する回路配線１０ｂとが相対向するよう位置合わせを行う。その後、開口部１０ｄ内の回路接続部材２０に半導体チップ４０のバンプ４０ａ形成面側を押し当て、半導体チップ４０全体を加熱、加圧する。

図４は半導体チップ４０と回路基板１０とを回路接続部材２０の硬化物からなる回路接続部２１を介して接続した回路接続構造体の断面図を示す。回路接続部２１は、第一の接着剤層の硬化物２１ａと、第二の接着剤層の硬化物２１ｂとを備えている。また、回路配線１０ｂとバンプ４０ａとは、電気的かつ機械的に接続されている。この接続はフリップチップ用接続装置を用いて行われ、半導体チップ４０を含む半導体デバイス５０を得ることができる。

本実施形態の回路接続部材では、第二の接着剤層の加熱溶融時の最小粘度が、第一の接着剤層の加熱溶融時の最小粘度より低いため、第二の接着剤層中にボイドが発生した場合であっても、第一の接着剤層がボイドを押し流すことにより半導体チップ下の回路接続部材中からボイドを排除することができる。さらに半導体チップ周りのフィレット内にボイドが入り込んだ場合でも、第一の接着剤層が回路接続部材の表面から外部へボイド（空気）が放出されることを抑制し、ピンホールの発生を防止することができる。なお、加熱溶融時の接着剤の流動によるボイドの発生を少なくする観点から、第一の接着剤層の加熱溶融時の最小粘度は３０００Ｐａ・ｓ以上８０００Ｐａ・ｓ以下であるが、４０００Ｐａ・ｓ以上７０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。一方、発生したボイドを排除しやすくするという観点から、第二の接着剤層の加熱溶融時の最小粘度は２００Ｐａ・ｓ以上１５００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、３００Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。

なお、接着剤層の加熱溶融時の最小粘度とは、粘弾性測定装置を用いて接着剤層の粘度挙動を測定した時の、粘度曲線の極小点のことを指す。

第一の接着剤層の厚みＴ１と第二の接着剤層の厚みＴ２との比Ｔ１／Ｔ２は０．５以上１．３以下であるが、０．６以上１．２以下であることが好ましい。厚み比Ｔ１／Ｔ２が０．５未満の場合、第一の接着剤層の厚みが第二の接着剤層の厚みに対して相対的に薄くなるため、第一の接着剤層がボイドを排除する効果が乏しい。このため、実装後の半導体チップ下の回路接続部材中にボイドが残存したり、半導体チップ周りの回路接続部材の表面にピンホールが発生したりするといった不具合を生ずる。また、厚み比Ｔ１／Ｔ２が１．３を超える場合は、第一の接着剤層の厚みが第二の接着剤層の厚みに対して相対的に厚くなるため、接続時の回路接続部材の溶融粘度が高くなり、半導体チップ下からのボイドの排除は図れるものの、半導体チップと回路基板間からの接着剤の排除性が低下し、半導体チップのバンプと対応する回路基板の回路配線とが当接できず電気的導通を確保できなくなるといった問題を生ずる。

第一の接着剤層の厚みＴ１と第二の接着剤層の厚みＴ２との厚みの合計は、接続後の半導体チップの接続面と相対向する回路基板とにより形成される空間を充分充填できる厚みであることが好ましい。すなわち、上記厚みの合計が、半導体チップのバンプ高さと回路基板の配線高さとの和に相当する厚み以上であることが好ましい。

第一の接着剤層及び第二の接着剤層は、少なくともエポキシ樹脂と、潜在性硬化剤とを含有していることが好ましく、さらに第一の接着剤層はアクリルゴムを含有していることがより好ましい。

エポキシ樹脂としては、２官能以上のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂又は各種多官能エポキシ樹脂等を用いることができる。これらは単独で又は２種以上を混合して用いることが可能である。また、エポキシ樹脂は２５℃において液状であるものも固形であるものも、いずれも使用することができる。

これらのエポキシ樹脂としては、不純物イオン（Ｎａ^＋、Ｃｌ⁻等）及び加水分解性塩素等を３００ｐｐｍ以下に低減した高純度品を用いることがマイグレーション防止のために好ましい。

潜在性硬化剤としては、イミダゾール系硬化剤、ヒドラジド系硬化剤、三フッ化ホウ素―アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩及びジシアンジアミド等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を混合して使用することができる。なお、潜在性硬化剤と、分解促進剤及び抑制剤等とを混合して用いてもよい。また、これらの硬化剤をポリウレタン系又はポリエステル系の高分子物質等で被覆してマイクロカプセル化したものは、可使時間が延長されるため好ましい。

アクリルゴムとしては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル若しくはアクリロニトリルのうち、少なくとも一つをモノマー成分とした重合体又は共重合体が挙げられ、中でもグリシジルエーテル基を有するグリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートを含む共重合体系アクリルゴムが好適に用いられる。これらアクリルゴムの分子量は、接着剤の粘度及び凝集力を高める点から２０万以上が望ましい。

また、第一の接着剤層及び第二の接着剤層は、フィルム形成性をより容易にするために、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を含有していてもよい。特にフェノキシ樹脂は、エポキシ系樹脂をベース樹脂とした場合に、エポキシ樹脂と構造が類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性及び接着性に優れるといった特徴を有するので好ましい。フィルム状の接着剤層の形成は、これら少なくともエポキシ樹脂、潜在性硬化剤及びアクリルゴムを含有する樹脂組成物を有機溶剤に溶解させるか、あるいは分散させることにより液状化して剥離性基材上に塗布し、潜在性硬化剤の活性温度以下で有機溶剤を除去することにより行われる。このとき用いる有機溶剤としては、樹脂組成物の溶解性を向上させるため、芳香族炭化水素系溶剤と含酸素系溶剤との混合溶剤が好ましい。

第一の接着剤層及び第二の接着剤層は、導電粒子を必須として含有するものではないが、半導体チップのバンプや回路基板電極の高さバラつきを吸収し、異方導電性を付与する目的で導電粒子を含有していてもよい。その場合、導電粒子は、第一の接着剤層には分散させず、第二の接着剤層にのみ分散させることが好ましい。これにより、半導体チップのバンプと回路基板電極との間において効率的に導電粒子を捕捉することができ、さらには半導体チップのバンプ間における導電粒子によるショートを防止することが可能となるため、より高精細なパターンへの対応に有利である。

導電粒子は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ若しくははんだからなる金属粒子、又はポリスチレン等の高分子からなる球状の核体にＮｉ，Ｃｕ，Ａｕ若しくははんだ等からなる導電層を設けた粒子が好ましい。また、導電粒子の表面にはＳｎ，Ａｕ又ははんだ等からなる表面層を形成することもできる。さらに、粒子表面がＡｕ又はＡｇといった貴金属からなる場合には、有機高分子化合物からなる最表面層で被覆することができる。このとき、有機高分子化合物は水溶性であると被覆作業性が良好となり好ましい。水溶性の有機高分子化合物としては、アルギン酸、ペクチン酸及びカルボキシメチルセルロース等が挙げられる。導電粒子の粒子径は、半導体チップのバンプの最小間隔及び回路基板の電極の最小間隔よりも小さいことが必須であり、さらにバンプや基板電極の高さにバラつきがある場合、高さバラつきよりも大きいことが望ましく、１〜１０μｍが好ましい。

本実施形態の回路接続部材は、フィルム状接着剤として使用される。フィルム状接着剤は、接着剤溶液を基材フィルム上にロールコータ等で塗布した後に、溶媒を除去し、基材フィルムから剥離することにより得ることができる。本実施形態の回路接続部材の場合は、このようにしてフィルム化した第一の接着剤層と、同じくフィルム化した第二の接着剤層とを貼り合せるように室温ないしは加温してラミネートすることで形成される。あるいは、基材フィルムに第一の接着剤層を形成した後、第二の接着剤層を形成するための接着剤溶液を先に形成した第一の接着剤層の表面に塗布し、溶媒を除去することによって形成してもよい。

基材フィルムとしては特に限定されるものではないが、回路接続部材を貼付けツールを用いて貼付ける際のシート状部材として用いられることを考慮して、所定の加熱条件に充分耐えうるものであることが望ましい。

そのような基材フィルムを形成する材料として選択し得るポリマーの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブテン−１、ポリ−４−メチルペンテン−１、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体及びアイオノマー等のα−オレフィンの単独重合体若しくは共重合体又はこれらの混合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート及びポリメチルメタクリレート等のエンジニアリングプラスチック、ポリウレタン、スチレン−エチレン−ブテン若しくはペンテン系共重合体、ポリアミド−ポリオール共重合体等の熱可塑性エラストマー、及びこれらの混合物を列挙することができる。

基材フィルムとしては、例えば、シリコーン系離型処理剤によって表面に離型層が形成されたＰＥＴ基材が挙げられる。離形層が形成されていない基材フィルムに接着剤層を形成した場合、接着剤層から基材フィルムを引き剥がすことが困難であったり、引き剥がせた場合でも接着剤層の一部をも引き剥がしたりしてしまうという問題がある。これに対して、基材フィルムに離形層が形成されている場合、接着剤層から基材フィルムを容易に剥離することができる。離型層の厚みは特に限定されないが、５０μｍ以下であることが好ましく、０．５〜５μｍであることがより好ましく、０．５〜３μｍであることがさらに好ましい。０．５μｍより薄い場合には、離型層の均一な分布が損なわれ離型性が低下するため、好ましくない。５μｍより厚い場合には、離型処理剤が転写し接着剤層の接着特性を低下させる場合があり、やはり好ましくない。

回路部材としては、半導体チップ、抵抗体チップ及びコンデンサチップ等のチップ部品、並びにポリイミド若しくはポリエステルを基材としたフレキシブル配線板又はプリント配線板等の基板が挙げられる。

これらの回路部材には接続端子が通常多数（場合によっては単数）設けられている。これらの回路部材の少なくとも一組を、接続端子の少なくとも一部が対向するようにして配置し、対向配置した接続端子間に回路接続部材を介在させ、全体を加熱加圧して対向配置した接続端子同士を電気的かつ機械的に接続して回路接続構造体を得ることができる。

半導体チップや回路基板の電極パッド上には、めっきにより形成されるバンプ、又は金ワイヤの先端を熱エネルギーによりボール状とし、このボールを電極パッド上に圧着した後ワイヤを切断して得られるワイヤバンプ等の突起電極を設け、接続端子として用いることができる。

本実施形態の回路接続部材を用いて、半導体チップを、半導体チップの端子に対応する電極が形成された回路基板（チップ実装用基板）に実装することができる。

このようなチップ実装用回路基板として、有機質絶縁基板が使用される。有機質絶縁基板としては、ポリイミド樹脂若しくはポリエステル樹脂等の可とう性のある合成樹脂フィルムをベース基材とするフレキシブル基板であってもよく、また、ガラスクロス若しくはガラス不織布等のガラス基材にポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂若しくはフェノール樹脂等の合成樹脂を合浸して硬化させた積層板等であってもよい。

特に、半導体チップが搭載される面に５〜５０μｍの段差を形成するパターンを有する有機質絶縁基板に半導体チップを実装する場合において、本実施形態の回路接続部材が好適に用いられる。すなわち、第一の接着剤層を半導体チップ側に配し、第二の接着剤層を回路基板側に配して接続することにより、半導体チップ下の回路接続部材中に発生するボイドを排除でき、半導体チップ周囲の回路接続部材におけるピンホールの発生を抑制し、接続信頼性を向上させることが可能となる。本実施形態には、かかる回路接続部材を用いた接続方法及びかかる接続方法により得られた回路接続構造体も含まれる。

以下、本発明を実施例及び比較例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［フィルム状回路接続部材の作製］
（実施例１）
フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製、ＰＫＨＣ）３０重量部、アクリルゴム（ブチルアクリレート４０重量部、エチルアクリレート３０重量部、アクリロニトリル３０重量部及びグリシジルメタクリレート３重量部の共重合体、分子量：８５万）３０重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）４０重量部を、トルエン及び酢酸エチルの混合溶媒中に溶解し、第一の接着剤層用樹脂組成物のワニスを得た。第一の接着剤層用樹脂組成物のワニスを、表面に離形処理が施されたセパレータフィルム（ＰＥＴフィルム）上にロールコータを用いて塗布した後、７０℃のオーブンで１０分間加熱することで、セパレータフィルム上に厚み１５μｍでフィルム状の第一の接着剤層を得た。

一方、フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製、ＰＫＨＣ）３５重量部、熱硬化性樹脂として多官能エポキシ樹脂（三菱化学株式会社製、１０３２Ｈ６０）１５重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）５０重量部を、トルエン及び酢酸エチルの混合溶媒中に溶解し、さらに導電粒子（ポリスチレンを核とする粒子の表面に厚み０．２μｍのニッケル層を設け、このニッケル層の外側に厚み０．０４μｍの金層を設け、平均粒子径４μｍとしたもの）を１０体積％配合分散して第二の接着剤層用樹脂組成物のワニスを得た。このワニスを、表面に離形処理が施されたセパレータフィルム（ＰＥＴフィルム）上にロールコータを用いて塗布した後、７０℃のオーブンで１０分間加熱することで、セパレータフィルム上に厚み２０μｍでフィルム状の第二の接着剤層を得た。

次いで、厚み１５μｍの第一の接着剤層と厚み２０μｍ第二の接着剤層とをラミネータを通して貼り合わせ、厚み３５μｍの二層構成のフィルム状回路接続部材を得た。

（実施例２）
第一の接着剤層の厚みを２０μｍとし、第二の接着剤層の厚みを１５μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、厚み３５μｍの二層構成のフィルム状回路接続部材を得た。

（実施例３）
第一の接着剤層の厚みを１２μｍとし、第二の接着剤層の厚みを２３μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、厚み３５μｍの二層構成のフィルム状回路接続部材を得た。

（実施例４）
フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製、ＰＫＨＣ）を３０重量部、アクリルゴム（ブチルアクリレート４０重量部、エチルアクリレート３０重量部、アクリロニトリル３０重量部及びグリシジルメタクリレート３重量部の共重合体、分子量：８５万）を４５重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）を２５重量部としたこと以外は実施例１と同様にして、厚み１５μｍのフィルム状の第一の接着剤層を得た。

次いで、実施例１と同様にして厚み２０μｍの第二の接着剤層を作製し、第一の接着剤層と第二の接着剤層とをラミネータを通して貼り合わせ、厚み３５μｍの二層構成のフィルム状回路接続部材を得た。

（実施例５）
フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製、ＰＫＨＣ）を２５重量部、アクリルゴム（ブチルアクリレート４０重量部、エチルアクリレート３０重量部、アクリロニトリル３０重量部及びグリシジルメタクリレート３重量部の共重合体、分子量：８５万）を２５重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）を５０重量部としたこと以外は実施例１と同様にして、厚み１５μｍのフィルム状の第一の接着剤層を得た。

（比較例１）
第一の接着剤層の厚みを２５μｍとし、第二の接着剤層の厚みを１０μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、厚み３５μｍの二層構成のフィルム状回路接続部材を得た。

（比較例２）
第一の接着剤層の厚みを１０μｍとし、第二の接着剤層の厚みを２５μｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、厚み３５μｍの二層構成のフィルム状回路接続部材を得た。

（比較例３）
アクリルゴム（ブチルアクリレート４０重量部、エチルアクリレート３０重量部、アクリロニトリル３０重量部及びグリシジルメタクリレート３重量部の共重合体、分子量：８５万）を６０重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）を４０重量部とし、フェノキシ樹脂を用いないこと以外は実施例１と同様にして、厚み１５μｍのフィルム状の第一の接着剤層を得た。

（比較例４）
フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製、ＰＫＨＣ）を３５重量部、アクリルゴム（ブチルアクリレート４０重量部、エチルアクリレート３０重量部、アクリロニトリル３０重量部及びグリシジルメタクリレート３重量部の共重合体、分子量：８５万）を１５重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）を５０重量部としたこと以外は実施例１と同様にして、厚み１５μｍのフィルム状の第一の接着剤層を得た。

（比較例５）
フェノキシ樹脂（ＩｎＣｈｅｍ社製、ＰＫＨＣ）を６０重量部、マイクロカプセル型潜在性硬化剤含有液状エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ株式会社製、ＨＸ−３９４１ＨＰ）を４０重量部とし、アクリルゴムを用いないこと以外は実施例１と同様にして、厚み１５μｍのフィルム状の第一の接着剤層を得た。

［各種評価］
実施例１〜５及び比較例１〜５について、下記Ａ〜Ｅの評価を行った。評価結果を樹脂組成と共に表１に示す。

Ｉ．接着剤層の最小粘度
厚み５０μｍのフィルム状の第一の接着剤層を作製し、これをラミネートして厚み５００μｍとした。これを直径８ｍｍの平行プレートに挟み込み測定試料とした。そして、レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー株式会社製粘弾性測定装置ＡＲＥＳを用いて、昇温速度：１０℃／ｍｉｎ、測定温度：２５℃〜２５０℃、測定周波数：１０Ｈｚの条件で、測定試料の粘度挙動を測定した。得られた粘度曲線の極小点を最小粘度とした。第二の接着剤層に関しても、第一の接着剤層と同様にして測定試料を作製し、粘度挙動を測定した。

ＩＩ．接着剤層の厚み比
第一の接着剤層の厚みＴ１、第二の接着剤層の厚みＴ２を測定し、厚み比Ｔ１／Ｔ２を求めた。

ＩＩＩ．ボイドの有無
回路基板として、Ｎｉ／ＡｕめっきＣｕ回路フレキシブル基板（基材：ポリイミド、基材厚み：２５μｍ、電極高さ：１２μｍ、ソルダーレジスト膜厚：２５μｍ）を、また、半導体チップとして、金バンプ（面積：５０×５０μｍ、スペース：２０μｍ、高さ：１５μｍ）付チップ（サイズ１ｍｍ×１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ）をそれぞれ準備した。そしてフレキシブル基板の電極面と、回路接続部材の第二の接着剤層とが対向するようにしてに配し、８０℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ^２の貼付け条件で、基板と回路接続部材とを貼り付けた。その後、回路接続部材のセパレータを剥離し、チップのバンプとフレキシブル基板の端子との位置合わせを行った。次いで、２００℃、１Ｎ／バンプ、１０秒間の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、フレキシブル基板とチップとの本接続を行った。ボイドの有無は、フレキシブル基板側から本接続後のチップ下の回路接続部材を観察して評価した。各記号は以下のとおりである。
Ａ：ボイド無し。
Ｂ：ボイドが少しあるが実用可能である。
Ｃ：ボイド多数有り。

ＩＶ．ピンホールの有無
ピンホールの有無については、ＩＩＩで本接続を行ったチップの周囲に形成されたフィレットを観察して評価した。各記号は以下のとおりである。
Ａ：ピンホール無し。
Ｂ：ピンホールが少しあるが実用可能である。
Ｃ：ピンホール多数有り。

Ｖ．ＩＲリフロー処理前後の接続抵抗変化
ＩＩＩで得られた回路接続構造体について接続抵抗値を測定した後、これを３０℃、６０％ＲＨの条件下で１９２時間処理後、ピーク温度が２６５℃のＩＲリフローへ３回通過させた後、再度接続抵抗値を測定した。接続抵抗は四端子法により測定した。接続抵抗変化は、ＩＲリフロー処理前後における１バンプ当りの最大値の変化を示しており、各記号は以下のとおりである。
Ａ：接続抵抗の変化が３ｍΩ以下。
Ｂ：接続抵抗の変化が３ｍΩを超えて１０ｍΩ以下。
Ｃ：接続抵抗の変化が１０ｍΩを超える。

表１に示すように、実施例１〜５については、ボイドの有無、ピンホールの有無及びＩＲリフロー処理後の接続抵抗変化に関して特性を満足していることが示された。ボイドの有無については、特に実施例１、２及び４がボイドの抑制に優れていた。また、ピンホールの有無については、実施例１〜５のいずれもピンホールの発生が無かった。さらにＩＲリフロー処理後の接続抵抗変化に関しては、特に実施例１、３及び５が接続抵抗の変化が小さく接続信頼性に優れていることが示された。

一方、比較例１〜５については、ボイドの有無、ピンホールの有無、ＩＲリフロー処理後の接続抵抗変化についてのいずれかの特性を満足はしているが、実施例１〜５のように全ての特性を満足するものは得られなかった。

本発明のフィルム状回路接続部材を用いることで、半導体チップを回路基板へ実装するフリップチップ実装において、半導体チップ下の回路接続部材中にボイドを含まず、半導体チップ周囲の回路接続部材にピンホールを生じない接続構造体を得ることができるため、半導体パッケージの接続信頼性の向上に役立つ。

１０…回路基板、１０ａ…基材フィルム、１０ｂ…回路配線、１０ｃ…ソルダーレジスト、１０ｄ…開口部、２０…回路接続部材、２０ａ…第一の接着剤層、２０ｂ…第二の接着剤層、２０ｃ…導電粒子、２０ｄ…基材フィルム（シート状部材）、２１ａ…第一の接着剤層の硬化物、２１ｂ…第二の接着剤層の硬化物、３０…貼付けツール、４０…半導体チップ、４０ａ…バンプ、４０ｂ…半導体基材、５０…半導体デバイス。

Claims

第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有する第二の回路部材とを電気的に接続するためのフィルム状回路接続部材であって、
前記第二の回路部材は、前記第二の接続端子を含む、高さ５〜５０μｍの段差を備え、前記フィルム状回路接続部材は、第一の接着剤層と、前記第一の接着剤層よりも加熱溶融時の最小粘度が低い第二の接着剤層とを備え、
前記第一の接着剤層の厚みＴ１と、前記第二の接着剤層の厚みＴ２との比Ｔ１／Ｔ２が０．５以上１．３以下であり、
前記第一の接着剤層の加熱溶融時の最小粘度が３０００Ｐａ・ｓ以上８０００Ｐａ・ｓ以下であり、
前記第二の接着剤層は導電粒子を含有し、
前記第二の接着剤層は前記第二の回路部材側に配置される、
フィルム状回路接続部材。
前記第一の接着剤層及び前記第二の接着剤層がエポキシ樹脂及び潜在性硬化剤を含有する、請求項１記載のフィルム状回路接続部材。
前記第一の接着剤層がアクリルゴムを含有する、請求項１又は２記載のフィルム状回路接続部材。
第一の接続端子を有する第一の回路部材と、第二の接続端子を有する第二の回路部材とを、前記第一の接続端子と前記第二の接続端子とが対向するようにして配置し、
前記第一の接続端子と前記第二の接続端子との間に、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルム状回路接続部材を介在させて全体を加熱加圧して、前記第一の接続端子と前記第二の接続端子とを電気的かつ機械的に接続する回路接続方法であって、
前記第二の接着剤層を前記第二の回路部材側に配置する、回路接続方法。
前記第一の回路部材が半導体チップであり、前記第二の回路部材が有機質絶縁基板であり、前記有機質絶縁基板が、前記第二の接続端子を含む、高さ５〜５０μｍの段差を備える、請求項４記載の回路接続方法。
第一の接続端子を有する第一の回路部材と、
第二の接続端子を有し、前記第一の接続端子と前記第二の接続端子とが対向するようにして配置された第二の回路部材と、
前記第一の回路部材と前記第二の回路部材との間に設けられた回路接続部と、を備える接続構造体であって、
前記回路接続部が、請求項１〜３のいずれか一項記載のフィルム状回路接続部材の硬化物からなり、前記第一の接続端子と前記第二の接続端子とが電気的かつ機械的に接続されており、
前記第二の回路部材上に、前記第二の接着剤層の硬化物、前記第一の接着剤層の硬化物及び前記第一の回路部材をこの順に有してなる、
回路接続構造体。
前記第一の回路部材が半導体チップであり、前記第二の回路部材が有機質絶縁基板であり、前記有機質絶縁基板が、前記第二の接続端子を含む、高さ５〜５０μｍの段差を備える、請求項６記載の回路接続構造体。