JP6632618B2

JP6632618B2 - 実装用導電性ペースト

Info

Publication number: JP6632618B2
Application number: JP2017520223A
Authority: JP
Inventors: 梅田　裕明; 裕明梅田; 和大松田; 健湯川
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: TW201711057A; TWI666657B; WO2016189829A1; JPWO2016189829A1

Description

本発明は、実装用導電性ペーストに関するものであり、より詳細にはフリップチップ実装方法に適した実装用導電性ペーストに関するものである。

電子機器の軽薄短小化に伴い、チップも小型化や薄肉化が求められているが、チップを薄肉化すると、実装する際の熱によりチップが変形するという問題がある。そのため、低温での実装を可能とする技術が求められている。

低温での実装を可能とする技術としては、例えば特許文献１のように導電性フィラーを絶縁体材料でコーティングしたマイクロカプセルを用いたフリップチップ実装方法が開示されている。フリップチップ実装方法とは、半導体素子のバンプ（電極部分）に、転写台上に塗布された導電性ペーストを転写により微量付着させ、プリント基板へ固定させる実装技術である。しかし、特許文献１のフリップチップ実装方法は、バンプにディッピングにより樹脂を付着させた後、さらにディッピングによりマイクロカプセルを付着させる方法であり、操作が煩雑で、効率が低いという問題点を有する。そのため、バンプに導電性ペーストを、効率よく付着させる技術が求められている。

また、チップの小型化に伴い、バンプのサイズ及びバンプ間のピッチのさらなる微細化が進んでいる。そのため、ディッピングにより導電性ペーストを転写する際、小型化したチップの微細なバンプに対して、実装するために適切な量の導電性ペーストを転写することが難しくなっており、接合部の信頼性の確保が求められている。

特開平９−２４６３２６号公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、低温での実装が可能であり、かつ微細化したチップと基板との接合部の信頼性を確保することができる実装用導電性ペーストであり、特にフリップチップ実装方法に適した実装用導電性ペーストを提供することを目的とする。

本発明に係る実装用導電性ペーストは、上記課題を解決するために、固形エポキシ樹脂を１０〜５０質量部、アクリレートモノマーを１０〜４０質量部、残部が液状エポキシ樹脂である樹脂成分１００質量部に対し、硬化剤を０．５〜３０質量部、導電性フィラーを４００〜１２００質量部の割合で含有し、固形エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂からなる群から選択された１種又は２種以上であるものとする。

液状エポキシ樹脂としては、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、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、及びグリシジルエーテル系エポキシ樹脂からなる群から選択された１種又は２種以上を用いることができる。

硬化剤としては、イミダゾール、イミダゾール誘導体、及び変性アミンからなる群から選択された１種又は２種以上を用いることができる。

導電性フィラーとしては、金、銀、及び銅からなる群から選択された１種又は２種以上を用いることができる。

本発明の実装用導電性ペーストによれば、低温での実装が可能であり、近年のより微細化したチップと基板との接合部の接着性や導電性及びその信頼性をより向上させることができる。従って、チップのさらなる小型化、薄肉化に対応することが可能となる。

チップのバンプに、実装用導電性ペーストをディッピングにより転写した状態を表す模式断面図である。導電性評価パターンを表すプリント配線板の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を、より具体的に説明する。

本実施形態に係る実装用導電性ペーストは、固形エポキシ樹脂を１０〜５０質量部、アクリレートモノマーを１０〜４０質量部、残部が液状エポキシ樹脂である樹脂成分１００質量部に対し、硬化剤を０．５〜３０質量部、導電性フィラーを４００〜１２００質量部の割合で含有してなるものである。

ここで、「固形エポキシ樹脂」とは、常温(２５℃)において固体であるエポキシ樹脂をいうものとする。当該固形エポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を含有するもので、常温で固体であれば特に限定されないが、具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。固形エポキシ樹脂は、１種を単独で用いることもでき、２種以上をブレンドして用いることもできる。

上記固形エポキシ樹脂の配合量は、１０〜５０質量部であり、好ましくは１５〜４０質量部、より好ましくは２０〜４０質量部である。１０質量部以上であると、チップと基板との十分な接着性及び導電性が得られる。また、５０質量部以下であると、導電性ペーストの粘度が高くなり過ぎず、転写時にチップが転写台に密着することなく、実装することが可能である。

また、アクリレートモノマーとしては、分子内に次の構造式（Ｉ）で示される反応基を１又は２個以上有するものを用いることができる。

式（Ｉ）中、ＲはＨ又はアルキル基を示し、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、通常は１〜３個である。

アクリレートモノマーの具体例としては、特に限定されないが、イソアミルアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、エチレングリコールジメタクリレート、２−ヒドロキシ−３−アクリロイロキシプロピルメタクリレート、及びジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。

なお、アクリレートモノマーは２種以上を併用することもできる。

上記アクリレートモノマーの配合量は総量で、１０〜４０質量部であり、好ましくは１５〜３５質量部、より好ましくは２０〜３０質量部である。

次に、「液状エポキシ樹脂」とは、常温(２５℃)において液体であるエポキシ樹脂をいうものとする。当該液状エポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を含有するもので、常温で液体であれば特に限定されないが、具体例としては、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、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、グリシジルエーテル系エポキシ樹脂等が挙げられる。液状エポキシ樹脂は、１種を単独で用いることもでき、２種以上ブレンドして用いることもできる。

液状エポキシ樹脂の配合量は、上記固形エポキシ樹脂、アクリレートモノマーの配合量を考慮し、樹脂成分が１００質量部となるように配合する。

本発明で用いる硬化剤は、特に限定されないが、イミダゾール、イミダゾール誘導体等のイミダゾール系硬化剤、又は変性アミンが好適に用いられる。イミダゾール系硬化剤の具体例として、イミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、及び２，４−ジアミノ−６−〔２’−メチルイミダゾリル−（１’）〕−エチル−ｓ−トリアジン等が挙げられる。変性アミンの具体例としては、各種ポリアミンのエポキシ付加物、マンニッヒ反応物、ミカエル反応物、チオ尿素反応物等が挙げられる。

上記硬化剤の配合量は、樹脂成分１００質量部に対して、０．５〜３０質量部であり、好ましくは１〜２０質量部、より好ましくは３〜１５質量部である。０．５質量部以上であると、接着性及び導電性を得るために十分な硬化が得られ、３０質量部以下であると、作業性を損なわない範囲でポットライフを確保できる。

本発明で用いる導電性フィラーは、金、銀、又は銅から選ばれる１種、又は２種以上であることが好ましく、形状や製法は問わない。また、単一の金属からなる金属粉のほか、２種以上の合金からなる金属粉や、これらの金属粉を他種の金属でコートしたものも使用でき、好ましい例としては、銀コート銅粉が挙げられる。導電性フィラーの粒径は特に限定されないが、平均粒径は、０．５μｍ〜２０μｍであることが好ましい。

上記導電性フィラーの配合量は、樹脂成分１００質量部に対して、４００〜１２００質量部であり、好ましくは５００〜１０００質量部、より好ましくは６００〜８００質量部である。４００質量部以上であると、十分な導電性が得られる。また１２００質量部以下であると、粘度が高くなり過ぎず、転写時に適切な量の実装用導電性ペーストを転写することが可能となり、転写時にチップが転写台に密着することなく、実装することが可能である。

本発明の実装用導電性ペーストは、上記した各成分を所定量配合して十分に混合することにより得られる。なお、本発明の実装用導電性ペーストには、従来から同種の導電性ペーストに添加されることのあった添加剤を、本発明の目的から外れない範囲内で添加することもできる。

上記により得られる実装用導電性ペーストは、フリップチップ実装方法に好適に用いることができ、固形エポキシ樹脂を有することから低温での粘性が高く、低温での実装が可能となり、チップの小型化、及び薄肉化に対応できるものとなる。すなわち、フリップチップ実装法において、チップのバンプに、該実装用導電性ペーストをディッピングにより転写する際、転写台に密着せず、小型化したチップの微細なバンプに対して、実装するために適切な量の実装用導電性ペーストを転写することができる。従って、チップと基板との微細な接合部の接着性や導電性及びその信頼性の向上が可能となる。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下に示す配合量等は特に規定しない限り、質量基準とする。

下記表１に示す配合に従い、固形エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂、アクリレートモノマー、硬化剤、及び銀コート銅粉を混合し、実装用導電性ペーストを調製した。

得られた実装用導電性ペーストを転写台（図示せず）上に薄く塗布し、これにチップ１のバンプ２をディッピングすることにより、図１に示すように実装用導電性ペースト３をチップ１に転写した。このチップ１を、基板に実装し、８０℃で６０分間加熱後、１６０℃で６０分間さらに加熱し、硬化させ、実装基板を得た。

表１中の各成分の詳細及び評価に用いた基板、チップ、フリップチップボンダーの詳細は以下の通りである。

・固形エポキシ樹脂：三菱化学株式会社製「ＪＥＲ１５７Ｓ７０」
・液状エポキシ樹脂：株式会社ＡＤＥＫＡ製「ＥＰ−４９０１」（８０重量％）と株式会社ＡＤＥＫＡ製「ＥＤ５０２」（２０重量％）のブレンド
・アクリレートモノマー：２−ヒドロキシ−３−アクリロイロキシプロピルメタクリレート
・硬化剤Ａ（イミダゾール系硬化剤）：２−エチルイミダゾール
・硬化剤Ｂ（変性アミン）：株式会社Ｔ＆ＫＴＯＫＡ製「フジキュアーＦＸＲ−１０３０」
・銀コート銅粉：平均粒径３μｍ、球状

・基板：株式会社ウォルツ製「ＷＡＬＴＳ−ＫＩＴ０１Ａ１５０Ｐ−１０」
基板サイズ：３０．０ｍｍ×３０．０ｍｍ×（０．８〜１．０ｍｍｔ）
パッド数：６１×６１＝３７２１
パッドピッチ：０．１５ｍｍ
パッドサイズ：φ０．１２ｍｍ（ＳＲオープニングφ０．０８ｍｍ）
・チップ：株式会社ウォルツ製「ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧＦＣ１５０ＪＹ（Ｐ１）」
バンプ数：６１×６１＝３７２１
バンプピッチ：０．１５ｍｍ
バンプサイズ：φ０．０８５ｍｍ
バンプ材質：Ｓｎ／Ａｇ３／Ｃｕ０．５
ウエハー厚み：５００μｍ±２５μｍ
・フリップチップボンダー：パナソニック株式会社製「ＦＣＢ３フリップチップボンダー」
ペースト転写条件…回数：１回、荷重：２００Ｎ
実装条件…コンタクト荷重：４００Ｎ

得られた実装基板について、導電性評価、プッシュ強度(ズリ応力)、及び２４時間経過後の粘度変化を以下の方法により測定した。

・導電性評価：図２に示すようにプリント配線板４の四隅、及び中央部分に設けた２４０連結デイジーパターンＡ〜Ｅにより実装後の抵抗値を、室温（２５℃）において、テスター（日置電機製ＨＩＯＫＩ３５４０ＨｉＴＥＳＴＥＲ）を用いて測定し評価を行った。

・プッシュ強度：実装、硬化後のチップを、金属製の治具を用いて、２０ｍｍ／ｍｉｎで水平方向(横方向)に押し、チップが外れるまでの最大荷重を、室温（２５℃）において、ＳＨＩＭＡＤＺＵＡＵＴＯＧＲＡＰＨＡＧＳ−Ｘを用いて測定した。

・２４時間経過後の粘度変化：ＢＨ型粘度計を用いて、ローターＮｏ７，１０ｒｐｍでの粘度について、常温(２５℃)で２４時間経過後の粘度変化を求めた。
なお、上記測定方法により測定した導電性、及び接着性が共に優れているものについては、チップと基板との接合部の信頼性を確保することができたものと評価できる。

結果は表１に示す通りであり、固形エポキシ樹脂を１０〜５０質量部、アクリレートモノマーを１０〜４０質量部、残部が液状エポキシ樹脂である樹脂成分１００質量部に対し、硬化剤を０．５〜３０質量部、導電性フィラーを４００〜１２００質量部の割合で含有する実装用導電性ペーストである実施例１〜６においては、十分な接着性、導電性及びその信頼性が得られた。

一方、固形エポキシ樹脂が、１０質量部より少ない比較例１では、基板とチップとの十分な接着性及び導電性が得られず、固形エポキシ樹脂が、５０質量部より多い比較例２では、実装用導電性ペーストの粘度が高く、転写時にチップが転写台に密着し、実装することができなかった。また、硬化剤が樹脂成分１００質量部に対して、０．５質量部より少ない比較例３では、硬化不足のため、十分な接着性及び導電性が得られず、３０質量部より多い比較例４、５では、ポットライフが短くなり、作業性が損なわれた。さらに、導電性フィラーが樹脂成分１００質量部に対して、４００質量部より少ない比較例６では、十分な導電性が得られず、１２００質量部より多い比較例７では、実装用導電性ペーストの粘度が高く、転写時に適切な量の実装用導電性ペーストを転写できず、また、転写時にチップが転写台に密着し、実装することができなかった。

１……チップ
２……ハンダバンプ
３……実装用導電性ペースト
４……プリント配線板
Ａ……２４０連結デイジーパターン左上
Ｂ……２４０連結デイジーパターン右上
Ｃ……２４０連結デイジーパターン左下
Ｄ……２４０連結デイジーパターン右下
Ｅ……２４０連結デイジーパターン中央

Claims

固形エポキシ樹脂を１０〜５０質量部、アクリレートモノマーを１０〜４０質量部、残部が液状エポキシ樹脂である樹脂成分１００質量部に対し、
硬化剤を０．５〜３０質量部、導電性フィラーを４００〜１２００質量部の割合で含有し、
前記固形エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂からなる群から選択された１種又は２種以上であることを特徴とする、実装用導電性ペースト。
前記液状エポキシ樹脂が、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、グリシジルアミン系エポキシ樹脂、及びグリシジルエーテル系エポキシ樹脂からなる群から選択された１種又は２種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の実装用導電性ペースト。
前記硬化剤が、イミダゾール、イミダゾール誘導体、及び変性アミンからなる群から選択された１種又は２種以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の実装用導電性ペースト。
前記導電性フィラーが、金、銀、及び銅からなる群から選択された１種又は２種以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の実装用導電性ペースト。