各向異性導電膜及其製造方法

2023-05-08 01:29:51 2

專利名稱：各向異性導電膜及其製造方法
技術領域：
本發明涉及各向異性導電膜，更詳細地說，本發明涉及適用於連接半導體裝置和基片的各向異性導電膜。
背景技術：
隨著近年來電子設備的多功能化、小型輕量化，在半導體領域，配線電路的圖案趨向高集成化，並採用多引線、窄間距的精細圖案。與這樣的電路的精細圖案對應，開始使用各向異性導電膜，用於將在基板上形成的多個導體圖案和需要與其連接的導體圖案連接或與IC、LSI連接。所謂各向異性導電膜指的是只在一定方向具有導電性而在其它方向電絕緣的膜。
各向異性導電膜的製造方法採用在粘接性膜中分散導電性微粒子的製作方法和在粘接性膜內設置貫通孔並且通過電鍍在貫通孔內充填金屬的方法。
然而，前一種方法製作的各向異性導電膜雖可以以低的價格製造，但由於通過分散把導電性微粒子混合在粘接性膜內，對於窄間距的電的連接，有可靠性差的缺點。
另一方面，在後一種方法，通過高精度地設置貫通孔，對於窄間距的電粘接可以獲得高可靠性，但由於穿孔加工以及金屬充填很費工夫，所以有價格高的問題。
發明的公開本發明的目的是解決上述問題，提供一種各向異性導電膜及其最佳的製造方法，該膜可以實現窄間距的電的連接，此外在膜的表面方向能具有比傳統方案高的強度，並能提高與目標物的粘接性。
本目的通過以下的製造方法實現在金屬細絲上用絕緣材料形成覆蓋層，把它在芯材上捲成滾筒狀後，通過加熱和/或加壓使覆蓋物彼此之間相互熔接和/或壓接，接著在滾筒狀物的寬度方向將其切斷。
本發明的各向異性導電膜具有如下特徵。
(1)一種各向異性導電膜，其特徵為在由第1絕緣材料構成的膜基片中，由導電材料構成的多個導電通路被配置成相互絕緣，且沿膜基片的厚度方向貫通該膜基片的狀態，各導電通路在該膜基片的表面和背面露出兩個端部，而在露出的兩個端部之外的表面被第2材料覆蓋，第1絕緣材料和第2絕緣材料中至少一種是粘接性材料。或者，在由粘接性的絕緣材料構成的膜基片中，由導電性材料構成的多個導電通路被配置成相互絕緣，而且沿膜基片的厚度方向貫通該膜基片的狀態，各導電通路在該膜基片的表面和背面露出兩個端部，而且該各向異性導電膜的線膨脹係數為2～100ppm。
(2)上述(1)所述的各向異性導電膜，其特徵為導電性材料是金屬材料。
(3)上述(2)所述的各向異性導電膜由包含以下工序的製造方法製造在金屬細線上形成由第2材料構成的覆蓋層，接著形成由第1絕緣材料構成的覆蓋層作為絕緣導線，這裡第1絕緣材料和第2材料中的至少一種是粘接性材料，把該絕緣導線在芯材上捲成滾筒狀；對該滾筒狀物加熱和/或加壓，使由該第1絕緣材料構成的覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接；以與卷繞的絕緣導線交叉而形成某一角度的平面作為切斷面，按預定的膜厚將該滾筒狀物切斷(4)上述(1)所述各向異性導電膜，其特徵為彈性率為1-2000MPa。
(5)上述(1)～(3)中的任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為線膨脹係數為2～100PPM。
(6)上述(1)～(3)中的任一項所述的各向異性導電膜，所述粘接性材料是熱可塑性粘接性材料或熱固化性粘合材料。
(7)上述(1)～(3)中的任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為至少一個導電通路的至少一個端部相對於膜基片的面突出或凹入。
(8)上述(1)～(3)中的任一項所述的各向異性導電膜，所述導電通路被設置成與膜基片的面的垂線形成一個角度。
(9)上述(1)所述各向異性導電膜，將在上述膜基片中配置了多個導電通路的區域設為A區域，在該區域A的面的擴展方向設置與區域A鄰接並與該區域A有相同厚度的區域B，該區域B由絕緣性材料形成、是包含有0.2mm×1mm長方形的形狀的區域，而且在該區域內不存在導電通路。
(10)上述(9)所述各向異性導電膜，上述區域B包圍區域A的外周，或者上述區域B的外周被區域A包圍，或者上述區域B將區域A分割成兩個部分。
(11)上述(10)所述各向異性導電膜，上述區域B的外周被區域A包圍，該區域B的形狀為圓形、橢圓形、正多邊形、長方形、菱形、梯形中的任一種形狀。
(12)上述(9)～(11)中的任一項所述的各向異性導電膜，該各向異性導電膜的製造方法包含如下工序把絕緣導線卷繞在芯材上形成滾筒狀物；對該滾筒狀物進行加熱和/或加壓，使卷繞的絕緣導線的覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接；以與卷繞的絕緣導線交叉而構成某一角度的平面作為切斷面、按預定的膜的厚度將該滾筒物切斷的工序，其中，對與絕緣導線一起切斷的芯材部分並不除去，作為製品的一部分使用，該被切斷的芯材部分為上述區域B。
此外，本發明的製造方法有如下特徵。
(A1)各向異性導電膜的製造方法，其特徵為至少具有下述①～③的工序。
①在導電材料構成的線材上設置1層以上由絕緣材料構成的覆蓋層形成絕緣導線，把形成的絕緣導線在芯材上卷繞成滾筒狀的工序。
②在前述①的工序的卷繞過程中或上述①工序結束後，對滾筒狀的卷繞線圈加熱和/或加壓，使該卷繞的線圈的層內層間鄰接的絕緣導線覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接，形成一體化了的卷繞線圈組件的工序。
③以與卷繞的線材交叉而形成一個角度的平面作為切斷面，以預定的膜厚將由前述②的工序獲得的卷繞線圈組件切斷的工序。
(A2)上述(A1)所述各向異性導電膜的製造方法，所述的絕緣導線的覆蓋層為2層以上的多層。
(A3)上述(A1)所述各向異性導電膜的製造方法，上述③的工序是將卷線的芯材與線材一起切斷的工序，被切斷的芯材部分不從被切斷的線材部分除去，作為製品使用。
(A4)上述(A1)所述的各向異性導電膜的製造方法，對上述②工序獲得的卷繞線圈組件用絕緣材料進行模壓，並用上述③的工序對其進行加工。
附圖的簡單說明

圖1是表示本發明的各向異性導電膜一例的概略圖。
圖2是表示本發明的各向異性導電膜另一例的概略圖。
圖3是表示導電通路端部狀態的斷面圖。
圖4是表示導電通路與膜面所成角度的斷面圖。
圖5是表示本發明的各向異性導電膜其它最佳狀態的概略圖。
圖6是表示本發明的各向異性導電膜區域B的形狀一例的圖。
圖7是表示區域A和區域B的配置關係的一例的圖。
圖8是表示區域A和區域B的配置關係的一例的圖。
圖9是表示本發明的各向異性導電膜的最佳製造方法的圖。
圖10是表示本發明的各向異性導電膜的最佳製造方法的圖。
圖11是表示通過由本發明和傳統技術獲得的各向異性導電膜把半導體元件連接到電路基板的狀態的圖。
發明的詳細說明圖1是表示本發明的各向異性導電膜一例的概略圖。圖1(a)是膜表面的圖。圖1(b)是在圖1(a)所示各向異性導電膜的X-X斷面的局部放大圖。在圖1中，在圖1的絕緣材料構成的膜基片1中，由導電材料構成的多個導電通路2被配置成相互絕緣、並且沿膜基片的厚度方向貫通該膜基片1的狀態。各導電通路2在該膜基片的表面和背面露出兩個端面4。此外在導電通路的露出的兩個端面之外的表面即在導電通路2的殼體側面由第2材料形成覆蓋層3。第1絕緣材料和第2材料中至少一種是粘接性材料。
此外，圖2是表示本發明各向異性導電膜的另一例的概略圖。圖2(a)是與圖1(a)相同是膜表面的圖，而圖2(b)是表示對圖2(a)所示各向異性導電膜的Y-Y斷面的局部放大的圖。在圖2中，在由第1絕緣材料構成的膜基片1中，由導電材料構成的多個導電通路2配置成處於相互絕緣的狀態，而且沿膜基片的厚度方向貫通該膜基片1，在該膜基片的表面和背面露出各導電通路的兩端部。這點是與圖1的狀態相同，不過圖2的狀態的特徵為各導電通路的殼體側面並不為第2材料覆蓋，而且該各向異性導電膜的線膨脹係數限定在2～100ppm。
作為圖1、2狀態的第1絕緣材料，可列舉作為各向異性導電膜的膜基片用的公知材料，由於本發明的各向異性導電膜用於印刷板和半導體元件的粘接，所以最好是有粘接性的材料。作為有粘接性的材料，如可以列舉出公知的粘接性材料如熱固化樹脂、熱可塑性樹脂。在這裡所謂「粘接性材料」指的是其本身在保持原狀狀態下顯示粘接性，或者在保持原狀下並不顯示粘接性，但是通過加熱和/或加壓成為可粘接的材料，例如通過加熱和/或加壓熔接和/或壓接的熱可塑性樹脂或通過加熱固化的熱固化性樹脂。具體地說可列舉熱可塑性聚醯亞胺樹脂、環氧樹脂、聚醚亞胺樹脂、聚醯胺樹脂、矽樹脂、苯氧基樹脂、丙烯基樹脂、多羰亞胺樹脂、氟樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂等，可以根據目的適當選擇。這些樹脂可以單獨使用也可以2種以上混合使用。對於本發明的各向異性導電膜對電路基板和半導體元件的粘接，採用作為第1絕緣材料的粘接性的熱可塑性樹脂時再工作是可能的，另一方面作為第1絕緣材料使用粘接性熱固化樹脂時，其優點是高溫下的粘接可靠性高。因此要根據本發明的各向異性導電膜的用途選擇合適的熱可塑性樹脂或熱固化性樹脂。
此外根據其用途在這些樹脂內也可以添加各種填充劑、可塑劑或橡皮材料。作為填充劑可列舉SiO2、Al2O3，作為可塑劑可列舉例如TCP(磷酸三甲苯酯)，DOP(鄰苯二甲酸二辛脂)，作為橡膠材料例如可列舉NBS(丙烯腈-丁二烯橡膠)、SBS(聚苯乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯)等。
膜基片中配置的導電通路由導電性材料構成。作為導電材料可列舉公知的材料，例如銅、金、鋁、鎳等金屬材料以及這些材料與聚醯亞胺、環氧樹脂、丙烯基樹脂、氟樹脂等有機材料的混合物等。這種導電材料應根據本發明膜的用途適當選擇，從電特性而言最好是金屬材料、尤其是金、銅等的良導體金屬。
為了顯示本發明膜的各向異性導電性，如圖1、2所示，需要將導電通路配置成相互之間處於絕緣狀態而且沿厚度方向貫通膜基片1，接著必須在膜基片1的表裡面露出各導電通路2的兩個端部4。在這裡所謂「相互之間處於絕緣狀態」指的是各導電通路相互不接觸在膜基片內處於獨立的狀態。
膜基片內的導電通路的大小及數量根據本發明的各向異性導電膜的用途進行選擇，在由圖1、2所示的圓柱狀的情況下直徑為10～100μm的左右、間距為10～100μm左右是令人滿意的。如果各導電通路過小或數量過少，則導電性差。反之如果各導電通路過大或數量過多，則因本發明的膜強度差以及不能適應於微小的粘接間距而不能令人滿意。
與導電通路2的軸垂直的斷面形狀可以是滿足上述條件的任何形狀，可以是如圖1、2所示的圓柱狀、多邊形狀。
在圖1的狀態，導電通路2的露出的兩端部4以外的表面由第2材料構成的覆蓋層3覆蓋。這種場合，第2材料如果是作為電子材料公知的各種有機材料並無特殊的限制，是絕緣性或非絕緣性也都行。在絕緣性的情況下，可列舉與上述第1絕緣材料同樣的材料，也可以對第1絕緣材料添加所述的各種填充劑、可塑劑或橡膠材料。但是第2材料為與第1絕緣材料相異的材料的組合。作為非絕緣性材料可列舉聚醯亞胺、聚醯胺亞胺樹脂、環氧樹脂、聚酯樹脂等。
因為本發明的各向異性導電膜是在電路基板和半導體的粘接中使用的薄膜，在這種場合，第1絕緣材料和第2材料至少一種必須是粘接性材料，從粘接性良好這一點看，兩種材料最好都是粘接性材料。此外，在第2材料內可以添加與膜基片的情況下同樣的各種填充劑、可塑劑、橡膠材料。
在圖1的狀態，通過使導電通路2被覆蓋層3覆蓋，從而使膜基片1和導電通路2的粘接性、獲得的各向異性導電膜的強度、耐熱性、介電特性等得到了改善。這些可以通過合適地選擇第1絕緣材料和第2材料達到。
例如，為了膜基片1和導電通路2的粘接性良好，作為第1絕緣性材料最好選擇聚醚亞胺樹脂、作為第2材料最好選擇聚醯亞胺。
為了改善各向異性導電膜的強度，作為第1絕緣材料最好選擇聚醯亞胺，作為第2材料最好選擇環氧樹脂。
為了改善各向異性導電膜的耐熱性，作為第1絕緣材料最好選擇聚醯亞胺樹脂或多羰亞胺樹脂，作為第2材料最好選擇聚酯樹脂或聚氨酯樹脂。
為了改善各向異性導電膜的介電特性，作為第1絕緣材料最好選擇氟樹脂，作為第2材料最好選擇多羰亞胺樹脂。
對於圖1、2所示的各向異性導電膜的整體的彈性率來說，由於半導體元件粘接引起壓力和粘接後的溫度變化產生伸縮等而導至應力，為緩解這一應力該彈性率最好選擇1～20000Mpa，更好選擇1～2000MPa。因此第1絕緣材料的彈性率選擇1～20000MPa，最好選擇10～2000MPa。此外，正如圖1的狀態所示，在導電通路2被覆蓋層3覆蓋的情況下，第2材料的彈性率從緩和應力著眼，較好選擇在1～30000MPa，更好選擇在1000～20000MPa。
該彈性率依靠粘彈性測定裝置在125℃下進行彈性率測定而求出。
在圖1的狀態，第1絕緣材料的彈性率和第2材料的彈性率最好相差10倍以上。通過這些彈性率相差10倍以上，能夠緩和本發明膜內的應力、能夠提高膜的可靠性。此外這些彈性率哪一個高都行，然而從緩和應力特性這一點著眼，第1絕緣材料的彈性率為第2材料彈性率10倍以上是令人滿意的。
如果對上述材料的彈性率具體地舉例，則熱塑性聚醯亞胺為1000～5000MPa，環氧樹脂為3000～20000MPa，聚醚亞胺樹脂為1000～4500MPa，聚醯胺樹脂為100～10000MPa，矽樹脂為10～1000MPa，苯氧基樹脂為100～4000MPa，丙烯基樹脂為200～4000MPa，氟樹脂為0.5～1000MPa，聚酯樹脂為100～10000MPa，聚氨酯樹脂為10～3000MPa左右。
對第1絕緣材料和第2材料而言，為使各向異性導電膜的彈性率取上述範圍，採用對上述材料的選擇以及添加填充劑、橡膠材料等的方法。作為填充劑和橡膠材料使用上述的材料。此外在使用的材料為熱固化性樹脂時也採用選擇固化條件的方法。
本發明的各向異性導電膜的線膨脹係數較好為2～100ppm，更好為16～50ppm。在其線膨脹係數不足2ppm時，膜很硬脆，反之一旦超過100ppm時，因為尺寸穩定性差，所以不能令人滿意。
該線膨脹係數依靠TMA測量裝置求出25℃～125℃的平均線膨脹係數。
本發明的各向異性導電膜其厚度較好為25～200μm，更好為50～100μm。在厚度不足25μm時，各向異性導電膜的粘接力有下降傾向，反之超過200μm時，粘接電阻升高，電可靠性不佳。
本發明的各向異性導電膜的至少一個導電通路的至少一個端部比膜基片面突出或凹入也行。通過端部的這種接點形狀，各向異性導電膜適用於例如半導體元件的安裝、撓性基板的粘接以及各種接插件的用途。
導電通路的端部的狀態如圖1(b)所示為與膜面同一端面的狀態，或者為在膜基片面上全部或特定部分的導電通路的端部4如圖3(b)、(c)所示突出或如圖3(a)所示凹入也行。此外就各導電通路而言只一個或兩個都突出或凹入也行。另外膜基片單面的全部或特定部分突出，另一面的全部或特定部分凹入也行。在導電通路的端部比膜基片面突出時，突出部分的形狀可列舉與圖3(C)所示的與導電通路部分相同直徑的圓柱狀以及以如圖3(b)所示的作為凸出接點的一般公知的形狀的半球形等。
作為使導電通路突出膜基片面的方法，可列舉例如圖2的選擇性只除去膜基片部分的方法或在圖1的狀態對膜基片部分和覆蓋層一起除去的方法。具體而言，採用單獨或並用的方法如依靠有機溶劑的溼式蝕刻及等離子體蝕刻、氬離子雷射器、KrF準分子雷射器等乾式蝕刻等。上述有機溶劑根據膜基片及覆蓋層材料適當選擇，可列舉例如二甲基乙醯胺、二噁環、四氫吡喃、二氯甲烷等。
作為導電通路從膜基片面凹入的方法，採用有選擇地只除去獲得的各向異性導電膜的導電通路，具體地說，採用依靠酸或鹼的化學蝕刻。此外也可通過導電通路形成時抑制導電材料向孔內的充填，使其凹入。
本發明的各向異性導電膜如圖4所示配置成導電通路2與膜基片1的面的垂線構成一角度α。通過這樣的狀態，外部接觸對象物即使對導電通路沿薄片厚度方向產生接觸負荷，其力也分散在薄片上，產生緩衝效應，使接觸不良難以產生，提高接觸的可靠性。為了充分發揮這種緩衝效應，與膜基片面的垂線構成的角度(圖4中的d)為10°～45°左右是令人滿意的。
其次說明本發明各向異性導電膜其它較好的形態。
圖5(a)是表示該膜面的圖，圖5(b)是表示圖5(a)Z-Z斷面的一部分的圖。圖5(a)所示狀態是在圖1、2所示狀態上進一步添加新的部分的狀態。即在圖1、2所示的各向異性導電膜上配置多個導電通路的區域被稱為區域A(圖5中用A表示的區域)，設置有與區域A在區域A的面的擴張方向鄰接、與該區域A厚度相同的區域B(圖5中用B表示的區域)。在這裡區域B由絕緣材料構成，是具有包含0.2mm×1mm的長方形的形狀的區域而且在該區域內不存在導電通路的區域。
區域B在例如以半導體元件作為接觸對象的情況下，按與該元件的接觸無關的部分對應而形成。作為具體的例子、在以10mm×10mm的正方形IC裸晶片作為接觸對象的情況下，與外部粘接的導體部分(電極墊片)配置在其正方形的外周邊緣上，該IC的中央區域構成無接點的電路部分。在把各向異性導電膜用於這種接觸對象物的情況下只對存在導體部分的區域形成有各向異性導電性就行了，對此之外的部分最好用於考慮對接觸對象的安裝，例如粘接性、適應性(追隨性、消除尺寸畸變性、對相關電路的保護性)等，由此而形成區域B。
這樣通過在區域A上添加區域B的結構，例如把該各向異性導電膜用於半導體元件和電路基板的粘接時，能夠無裂紋穩定粘接，因此不容易引起剝離，形成可耐電連接，具有高的可靠性。
區域B的形狀、材料、對區域A的位置關係等將在與製造方法相關的部分說明。
其次以圖1所示狀態的各向異性導電膜的製造為例來說明本發明各向異性導電膜的較好的製造方法。
①首先，如圖9(a)中的絕緣電線的斷面所示，在導電材料構成的線材10上雙層重疊由絕緣材料構成的覆蓋層11(由第2材料形成的覆蓋層)和12(由第1材料形成的覆蓋層)，由此形成絕緣導線13。在該例中，覆蓋層是2層，但根據需要多少層也行。這時最外層是由第1材料構成的覆蓋層，其它層是由第2材料構成的覆蓋層。即第2材料構成的覆蓋層由多層形成也行。在這種情況下，如果將由第2材料構成的多層覆蓋層作為有粘接性層，則在該多層中至少有1層為有粘接性的層就行，至於其它層是否有粘接性沒有關係。
該絕緣導線在芯材上卷撓，形成滾筒狀的卷繞線圈。圖9(a)是表示1根絕緣銅線13卷繞狀態的斷面圖，顯示了最密的卷繞狀態。此外，在圖9(a)在線材10和覆蓋層12上加上影線，以便容易識別區域E表示線材之間的空間。
②其次對於在進行上述①的卷繞的中途形成的卷繞線圈，或者對於前述①的卷繞完成後的卷繞線圈進行加熱和/或加壓，使在層內、層間鄰接的絕緣導線彼此之間在覆蓋層12的部分熔接和/或壓接而一體化，形成卷繞線圈組件。圖9(b)是表示已相互一體化了的絕緣導線狀態的概略圖，用點劃線表示絕緣導線彼此之間的界面。在同一圖上只對線材10加上影線。此外，實際上有由於圖1所示的正方形卷繞狀態及卷繞的紊亂等，而存在一部分圖9(b)所示的正六角形並非是最密集合的狀態的情況，也有存留圖9(a)所示的線間空隙E的情況。
③其次，如圖10所示，把前述②獲得的卷繞線圈組件14切成薄片狀，獲得本發明的各向異性導電膜。15是正方柱型芯材，16是切斷用的刀具。這時可以抽出芯材切片或把芯材包含在內切片，或把芯材包含在內切片後讓芯材分離，也可以對這些方式進行組合等，可以根據目的物的形態自由地選擇。這時的切片以與卷纏的線材呈一定角度的、與線材交叉的平面作斷面，按照需要的膜厚切斷。
切斷用的刀具在圖10為了說明用示意圖描繪，不僅可以是這樣的形態，它包含所有的切斷工具、切斷手段。此外如果只是從一個卷繞線圈組件獲得一枚各向異性導電膜，則從兩側進行切削研磨便行了。膜面加工根據要求進行。
在傳統的各向異性導電膜的製造中，在材料的性質階段性變化的情況下，從將膜基片多重疊置方法、及在導電通路形成時在貫通孔內對金屬析出。堆積的填充方法等可以知道，材料變化方向主要是膜厚方向變化，而除此之外的方向變化是困難的。與此相反，至少具有上述①～③工序的本發明的製造方法可得到各向異性導電膜，對於該導電膜，材料的特性以導電通路為中心同心圓狀地即沿膜平面擴張方向可以多層次地變化。
本發明的製造方法與傳統的在粘接性膜中分散導電性微粒子的製作方法相比，可以製造對窄間距的電粘接具有高可靠性的膜，此外與傳統的在粘接性膜內開孔，依靠電鍍在孔中填充金屬的方法比較，可以省略開孔以及金屬填充的工序，此外可以使製造成本低。
在本發明的製造方法中作為導電材料的線材最好是金屬細絲，最好是銅線等具有公知的卷線強度的線材。該金屬細線的粗細就是導電通路的粗細，根據該各向異性導電膜的用途適當選擇，較好的直徑為10～200μm，更好的直徑為20μm～100μm。
作為坯線表面形成覆蓋層的方法，採用傳統的公知方法，例如溶劑覆蓋(溼式覆蓋)、溶融覆蓋(乾式覆蓋)等。覆蓋層的總厚度根據所需的各向異性導電膜的膜面內的導電通路的間距即每單位面積的數目適當選擇，較好為10～100μm，更好為20～50μm。
正如圖9(a)、(b)所示過程那樣，覆蓋層的最外面的層(在圖9(a)上的覆蓋層(12)相當於膜基片的坯面(母材)。例如，在圖1的狀態，相當於第1絕緣材料。因此，為了製造圖2所示的狀態的產品，覆蓋層只取1層就行了，覆蓋層的層數根據想使膜面擴張方向材質變化時的階段數自由確定。
卷線可以應用製造繼電器、變壓器等電磁線圈的公知技術，例如使芯材旋轉的紡錘方式(Spindle)或使線材旋轉的飛輪方式(flyer)。卷線可以列舉在芯材上用一根絕緣導線卷繞的一般方式或在芯材上用多根絕緣導線卷繞的方法等。此外，卷線可以列舉大送進距高速旋轉產生的無規卷繞，或以送進距作為線材外徑量級以較低速旋轉密纏繞並在下層線材上最密地疊層線材形成最密卷繞。這些卷線的狀態根據線徑、價格、用途等可以自由決定，而最密卷繞獲得的各向異性導電膜的導電通路有規律配置形成高品質的膜。
卷繞寬度(在電磁線圈的纏線管全長，與1層內的匝數有關)、厚度(與層數有關)等卷線規格可根據目的的各向異性導電膜的尺寸適當決定。例如若想用外徑φ40mm的極細線，則卷繞寬度為50mm～200mm，厚度為10mm～30mm左右。
因為對卷繞線圈施加的加熱和/或加壓在卷繞期間產生某種程度的張力，所以最好進行只施以加熱的加工或同時施以加熱和加壓的加工。
加熱溫度根據最外層覆蓋材料適當選擇，而通常材料的軟化點為～300℃左右，具體地說為50～300℃左右。在作為最外層的覆蓋材料使用熱固化性樹脂時，可以在比固化溫度低的溫度下加熱。此外在加壓的情況下，較好為1～100Kg/cm2左右，更好為2～20Kg/cm2左右。
在對卷繞線圈施以加熱和/或加壓的情況下為了抽出線間空隙內的空氣，可在減壓下進行。此外，在卷線時卷繞線材的同時製作卷線線圈組件，這種方法通過卷繞順次壓出氣泡，有可能避免氣泡進入線間。
因為把卷線線圈組件切成薄片狀時的厚度相當於得到的膜厚，所以通過改變切片的厚度能夠任意設定膜厚。如果採用這樣的製造方法，能夠使至今製造困難的小於50μm的各向異性導電膜也容易製造出來。
通過選擇切斷卷線線圈組件時的方向，即通過選擇切片斷面和卷纏的線材之間所呈角度，能夠自由地設定導電通路與膜基片面的角度。圖1、2的狀態是切片的斷面和卷繞線材之間所呈角度大體為直角的情況。通過把該角度改變成直角以外的角度，可以獲得如圖4所示，導電通路對膜基片面垂線呈任意角度的各向異性導電膜。
作為本發明製造方法的最佳形態之一可以列舉在切斷卷線線圈組件時，在切斷卷線部分的同時切斷卷線的芯材，並不除去切斷的芯材部分，而是作為製品使用的方法。通過這種方法可以容易地得到圖5所示狀態的各向異性導電膜。即切斷卷線線圈組件時的切斷面中卷線斷面部分構成區域A，芯材斷面部分形成區域B。
區域B的形狀，即芯材的斷面形狀沒有特別的限制，可列舉圓形、橢圓形、正多邊形、長方形、菱形、梯形等。因為卷線通常最好用圓棒狀或正方棒狀芯材，所以卷線組件全體沿芯材中心軸(旋轉軸)切斷時的區域B的形狀如圖5B所示通常呈方形，此外，區域B使區域A分割成兩部分。
此外，芯材的形狀除棒狀以外例如可以是球狀，通過在兩端設置軸環也可以卷線。在這種情況下使卷線線圈組件和芯材一起切斷得到的各向異性導電膜的區域B形成圖6所示的圓形。
此外，把在第1芯材上卷線得到的第1卷線線圈組件作為新的第2芯材用，以與第1芯材中心軸的中心點正交的軸作為第2芯材的中心軸，通過用樹脂對抽出芯材的卷線組件或附有芯材的卷線組件整體進行模壓或澆鑄，如圖8所示，可以切斷成區域B將區域A的外周包圍的形態。在該卷線線圈組件周圍再進行卷線，在內部含有第1卷線線圈組件的狀態下以全體作為卷線線圈組件，通過這種方式，如果對它在包含第1、2芯材的兩中心軸的平面上切斷，則也可以獲得如圖7所示區域A包圍區域B的外周的形狀。
芯材的材料，即區域B的材料沒有特別的限制，可以列舉銅、金、鋁、鎳等導電導熱性良好的金屬材料以及塑料，作為在本發明的第1絕緣材料用的材料可以是有粘接性的熱固化性。熱可塑性樹脂。例如粘接性材料在區域B內使用的情況下得到的各向異性導電膜使半導體元件和電路基板之間的粘接性良好，在使用金屬材料的情況下散熱性良好。
實施例以下給出由本發明的製造方法製造各向異性導電膜的例子，更具體地說明本發明。
實施例1在本實施例，令在金屬細線表面形成的覆蓋層的層數為1層，製作圖2所示的狀態的各向異性導電膜。首先，通過在外徑φ35μm的銅線表面覆蓋聚醚亞胺樹脂(ウルラム-100，日本產聚醯亞胺、彈性率1000MPa)，形成厚度25μm的覆蓋層，最終形成總外徑φ85μm的絕緣導線。其次，用卷線裝置，在全長(卷寬)300mm、斷面形狀為30mm×30mm正方形的正方柱狀的塑料芯材上進行有規則的卷繞，將線材最密集填充，形成每層的平均卷繞數3500卷，卷繞層數150層(層的厚度約12mm)的卷線線圈。
對獲得的滾筒狀卷線線圈在300℃下一邊加熱一邊在60kg/cm2下加壓、使聚醚亞胺熔接，冷卻到室溫，得到使卷繞的線材相互一體化了的卷線線圈組件。
將與卷繞的線材垂直的面(與包含塑料芯材中心軸的平面平行的面)作為斷面，將該卷線線圈組件切成薄片，得到膜面的形狀為300mm×約12mm、厚度10mm的薄片，該薄片是各向異性導電膜的形成前階段。對得到的薄片再切薄，對外徑尺寸最後加工，得到膜面的形狀300mm×12mm，厚度0.1mm的本發明的各向異性導電膜。
將該各向異性膜通過TMA(熱機械分析)方法對作為各向異性導電膜的全體的彈性率及熱膨脹係數進行測定的結果，彈性率為1100MPa，熱膨脹係數為60ppm。
實施例2用多羰亞胺樹脂(カルボゾライト，日清紡制，彈性率1700MPa)取代實施例1中的作為覆蓋材料用的聚醯亞胺，對滾筒狀的卷線線圈的加熱溫度變為用100℃。除此之外，用與實施例1同樣的方法獲得本發明的各向異性導電膜。得到的各向異性導電膜的彈性率為1800MPa，線膨脹係數為50ppm。
實施例3用氟樹脂(4氟乙烯-6氟丙烯聚合體，彈性率2MPa)取代實施例1中的作為覆蓋材料用的聚醯亞胺，對滾筒狀的卷線線圈的加熱溫度變為用100℃。除此之外，用與實施例1同樣的方法獲得本發明的各向異性導電膜。得到的各向異性導電膜的彈性率為2.1MPa、線膨脹係數為90ppm。
實施例4在本實施例中覆蓋層的層數為2層，製作圖1所示狀態的各向異性導電膜。通過在外徑為φ35μm的銅線表面上覆蓋環氧樹脂(油化シエルエポキシ(株)、エピコ-トYL980、彈性率3000MPa)形成厚度5μm的覆蓋層。在其上再用苯氧樹脂(日本ユニ力-制、PKHM，彈性率500MPa)形成厚度25μm的覆蓋層。用這種絕緣電線形成與實施例1同樣的卷線規格的卷線線圈。其後的工序除了對卷線線圈的加熱溫度取150℃以外與實施例1同樣，從而獲得本發明的各向異性導電膜。得到的各向異性導電膜的彈性率為30MPa，線膨脹係數為80ppm。
實施例5在本實施例中用與實施例4不同的樹脂，取覆蓋層的層數為2層，製作圖1所示狀態的各向異性導電膜。在外徑φ35μm的銅線表面用矽樹脂(東レダウコ-ニング制、JCR6115，彈性率10MPa)形成厚度5μm的覆蓋層。在外側的覆蓋層上用環氧樹脂(YL980)，相對該環氧樹脂的100個重量單位，添加作為填充物的60個重量單位的二氧化矽，使彈性率調整為20000MPa。用該環氧樹脂在前述第1層的覆蓋層上形成厚度25μm的覆蓋層。用這種絕緣電線形成與實施例1同樣的卷線規格的卷線線卷。其後的工序除了對卷線線圈的加熱溫度取100℃以外與實施例1同樣，從而得到本發明的各向異性導電膜。得到的各向異性導電膜的彈性率為16000MPa，線膨脹係數為30PPm。
實施例1～5得到的各向異性導電膜具有下列特徵。
實施例1的各向異性導電膜使用熱可塑粘合劑，通過250℃的加熱，電路基板以及半導體元件之間可以瞬時粘接，此外由於是熱可塑樹脂，所以具有再處理容易的特徵。
實施例2的各向異性導電膜使用熱固化性粘合劑，通過150℃的加熱，電路基板以及半導體元件之間虛粘接後，再通過200℃3小時加熱可以粘接。此外由於用熱固化樹脂，具有高溫下的粘接可靠性高的特徵。
實施例3的各向異性導電膜使用低彈性率的熱固化性粘合劑的氟樹脂粘合劑，具有對因電路基板以及半導體元件的線膨脹係數差產生的應力予以緩和的效果。因此具有熱循環試驗中粘接可靠性高的特性。
實施例4的各向異性導電膜的導電通路用環氧樹脂覆蓋層覆蓋，該覆蓋層提高了銅線和膜之間的粘接性。
實施例5的各向異性導電膜由於膜材料和覆蓋層材料的彈性率相差很大，因此緩和膜內應力，能提高膜自身熱循環試驗的可靠性。
實施例6在本實施例，卷線線圈組件和芯材一起切斷，如圖5所示，製作的各向異性導電膜，其切斷的芯材部分作為製品的區域B。除了芯材的形狀以及材料取全長300mm、斷面形狀8mm×30mm、聚醯亞胺成形品(東レデエポン制ベスペル)、卷線層厚取約2mm(24層)之外，用與實施例1同樣的卷線工序形成卷繞線材相互一體化了的線卷組件。
該卷線線圈組件保持將芯材包在中心的狀態並與線材垂直正交，並且取具有芯材斷面外形尺寸300mm×8mm的面(以包含芯材軸的平面作為斷面的一個)作斷面，切成片狀，如圖5所示，令有線材斷面的部分為區域A，芯材斷面部分為區域B，獲得由兩個區域A夾住區域B的狀態的各向異性導電膜。該各向異性導電膜的尺寸為二個區域A都為300mm×約2mm的長方形，區域B為300mm×8mm的長方形，作為整體為300mm×12mm，厚度為0.1mm。作為得到的各向異性導電膜整體的彈性率為3000MPa，線膨脹係數為25PPm。
實施例7除了芯材材料用銅之外，用與實施例6同樣的工序，得到各向異性導電膜。作為得到的各向異性導電膜整體的彈性率為10Gpa，線膨脹係數為17PPm。
比較例1在本比較例，根據傳統的公知製造方法製作各向異性導電膜，在膜內設置多個貫通孔，在貫通孔內通過電鍍析出金屬進行填充得到導電通路。在用公知的澆鑄法得到的聚醯亞胺膜表面上照射振動波長248nm的KrF準分子雷射，在膜的整個面上設置孔徑40μm的貫通孔，以便形成最密集的排列(貫通孔位於正三角形頂點上，以此作為最小單位重複形成網絡狀排列)。在該膜的一個面上的疊層銅箔，在銅箔上再形成抗蝕層。水洗之後以貫通孔內露出的銅箔作負極，在60℃氰化電鍍液內浸漬，在貫通孔內析出銅進行填充，作為導電通路2A，如圖11(b)所示，獲得外觀構造類似於圖2所示形態的各向異性導電膜。
作為獲得的各向異性導電膜整體的彈性率為3000MPa，線膨脹係數為21ppm。
如圖11(a)所示使用由實施例6、7獲得的各向異性導電膜20，把半導體元件21粘接在電路基板22上形成半導體裝置。此外，如圖11(b)所示，用比較例1獲得的各向異性導電膜20A把半導體元件21粘接到電路基板22上形成半導體裝置。
對這些半導體裝置(各十隻樣品)以-50℃/5分～150℃/5分為1個循環進行TCT測試，觀測剝離的產生。其結果為在400次循環周期左右，比較例的10個樣品中有4個樣品的半導體元件和膜的界面上看到剝離。因此可以看到本發明的各向異性導電膜為具有卓越粘接性的膜。
工業上利用的可能性正如以上說明所示，如果採用本發明，則能得到具有耐窄間距的電連接、可靠性高、且簡單成本低的各向異性導電膜。能製造出至今為止製造困難的小於50μm的各向異性導電膜。
此外在導電通路被覆蓋層覆蓋的狀態下，改善了所得到的各向異性導電膜的強度、耐熱性或介電特性。當具有區域A和區域B的各向異性導電膜被用於半導體元件和電路基板的粘接時沒有裂縫部分，能穩定地粘接，即使是反覆的熱循環周期等環境的變化也難引起剝離，形成可耐電連接的具有高可靠性的製品。
通過本發明的製造方法能夠容易獲得這些各向異性導電膜。
本申請以在日本申請的平成8年專利申請第209542號以及平成9年專利申請第117244號作為基礎，那些內容全部包含在本說明書內。
權利要求
1．一種各向異性導電膜，其特徵為在由第1絕緣材料構成的膜基片中，由導電材料形成的多個導電通路被配置成相互間絕緣，且沿膜基片的厚度方向貫通該膜基片的狀態，各導電通路在該膜基片的表面和背面露出兩個端部，而在露出的兩個端部以外的表面被第2材料覆蓋，第1絕緣材料和第2材料中至少有1個是粘接性材料。
2．根據權利要求1所述的各向異性導電膜，其特徵為所述導電材料是金屬材料。
3．根據權利要求2所述的各向異性導電膜，其製造方法包含如下工序在金屬細線上形成由第2材料構成的覆蓋層，接著形成由第1絕緣材料構成的覆蓋層作為絕緣導線，第1絕緣材料和第2材料中至少1個是粘接性材料，把該絕緣導線在芯材上卷繞成滾筒狀；對該滾筒狀物加熱和/或加壓，使由該第1絕緣材料構成的覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接；以與卷繞的絕緣導線交叉而形成某一角度的平面作為切斷面，以預定膜的厚度將該滾筒狀物切斷。
4．根據權利要求1～3中的任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為，彈性率為1～20000MPa。
5．根據權利要求1～3中的任一項所述的各向異性導電膜，線膨脹係數為2～100PPm。
6．根據權利要求1～3中的任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為所述粘接性材料是熱可塑性粘接性材料或熱固化性粘合材料。
7．根據權利要求1～3任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為至少1個導電通路的至少1個端部相對於膜基片的面突出或凹入。
8．根據權利要求1～3中的任一項所述的各向異性導電膜，導電通路被設置成與膜基片的面的垂線成一個角度。
9．根據權利要求1所述的各向異性導電膜，將在上述膜基片中配置了多個導電通路的區域設為A區域，在該區域A的面的擴展方向設置與該區域A鄰接並與該區域A有相同厚度的區域B，該區域B由絕緣材料構成，是包含有0.2mm×1mm的長方形的形狀的區域，而且在該區域內不存在導電通路。
10．根據權利要求9所述的各向異性導電膜，上述區域B包圍區域A的外周，或者上述區域B的外周被區域A包圍，或者上述區域B把區域A分割為二個部分。
11．根據權利要求10所述的各向異性導電膜，上述區域B的外周被區域A包圍，該區域B的形狀是圓形、橢圓形、正多邊形、長方形，菱形、梯形中的任一種形狀。
12．根據權利要求9～11中的任一項所述的各向異性導電膜，該各向異性導電膜是由包含以下工序的製造方法製造的，即把絕緣導線在芯材上卷繞形成滾筒狀物；對該滾筒狀物加熱和/或加壓使卷繞的絕緣導線的覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接；以與卷繞的絕緣導線交叉而形成某一角度的平面作為切斷面按預定的膜的厚度將該滾筒物切斷的工序，其中，不除去與絕緣導線一起切斷的芯材部分而作為製品的一部分使用，該被切斷的芯材部分是上述區域B。
13．一種各向異性導電膜，其特徵為在由粘接性絕緣材料構成的膜基片中，由導電材料構成的多個導電通路被配置成相互間絕緣，且沿膜基片的厚度方向貫通該膜基片的狀態，各導電通路在該膜基片的表面和背面露出兩個端部，且該各向異性導電膜的線膨脹係數為2～100PPm。
14．根據權利要求13所述的各向異性導電膜，其特徵為所述導電材料是金屬材料。
15．根據權利要求14所述的各向異性導電膜，它由包含以下工序的製造方法製造，即在金屬細線上形成由粘接性絕緣材料構成的覆蓋層作為絕緣導線，把該絕緣導線在芯材上卷繞成滾筒狀的卷繞工序；對該滾筒狀物加熱和/或加壓，使覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接的工序；和以與該卷繞的絕緣導線交叉而形成一個角度的平面作為切斷面，按預定的膜的厚度將該滾筒狀物切斷的工序。
16．根據權利要求13～15之任一項所述的各向異性導電膜，其彈性率為1～20000MPa。
17．根據權利要求13～15之任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為所述粘合材料是熱可塑性粘合材料或熱固化性粘合材料。
18．根據權利要求13～15之任一項所述的各向異性導電膜，其特徵為至少1個導電通路的至少1個端部相對於膜基片的面突出或凹入。
19．根據權利要求13～15中的任一項所述的各向異性導電膜，所述導電通路被設置成與膜基片的面的垂線形成一個角度。
20．根據權利要求13所述的各向異性導電膜，將在上述膜基片中配置了多個導電通路的區域設為區域A，在該區域A的面的擴展方向設置與該區域A鄰接並與該區域A有相同厚度的區域B，該區域B是由絕緣性材料構成、包含0.2mm×1mm的長方形的形狀的區域，且在該區域內不存在導電通路。
21．根據權利要求20所述的各向異性導電膜，上述區域B包圍區域A的外周，或上述區域B的外周被區域A包圍、或上述區域B把區域A分割成二個部分。
22．根據權利要求21所述的各向異性導電膜，上述區域B的外周被區域A包圍，該區域B的形狀為圓形、橢圓形、正多邊形、長方形、菱形、梯形中的任一種形狀。
23．根據權利要求20～22中的任一項所述的各向異性導電膜，它由包含以下工序的製造方法製造，即絕緣導線在芯材上卷繞成滾筒狀物；對該滾筒狀物加熱和/或加壓，使卷繞的絕緣導線彼此之間熔接和/或壓接；以與該卷繞的絕緣導線交叉而形成一個角度的平面作為切斷面，按預定的膜的厚度將該滾筒狀物切斷的工序，其中，不除去與絕緣導線一起切斷的芯材而作為製品的一部分使用，該被切斷的芯材部分為上述區域B。
24．一種各向異性導電膜的製造方法，其特徵為至少下述①～③的工序①在由導電材料構成的線材上設置1層以上由絕緣材料構成的覆蓋層形成絕緣導線，把形成的絕緣導線在芯材上卷繞成滾筒狀的工序。②在上述①的工序的卷繞過程中，或在上述①的工序完了後對滾筒狀的卷繞線圈加熱和/或加壓，使卷繞的絕緣導線的覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接成為一體化，從而形成卷線線圈組件的工序。③以與卷繞的線材交叉而形成一個角度的平面作為切斷面，按預定的膜的厚度將由上述②工序得到的卷繞線圈組件切斷的工序。
25．根據權利要求24所述的各向異性導電膜的製造方法，所述絕緣導線的覆蓋層為2層以上的多層。
26．根據權利要求24所述的各向異性導電膜的製造方法，上述③的工序是將卷線的芯材與線材一起切斷的工序，不除去與線材一起切斷的芯材部分，而作為製品的一部分使用。
27．根據權利要求24所述的各向異性導電膜的製造方法，對上述②工序得到的卷繞線圈組件用絕緣性材料進行模壓，並用上述③工序對其進行加工。
全文摘要
本發明的目的是提供各向異性導電膜及其最佳製造方法,該膜能實現窄間距的電的連接,在膜的表面方向與傳統結構相比進一步增加了強度,並提高與目標物的粘結力。在金屬細絲上設置1層以上的由絕緣性材料構成的覆蓋層形成絕緣導線,將該絕緣導線卷繞在芯材上,經加熱和或加壓,覆蓋層彼此之間熔接和/或壓接呈一體化製成線圈組件,按照預定的膜的厚度進行切片。由此可以獲得的膜基片1上導電通路2(=金屬細絲)相互絕緣且在厚度方向貫通膜基片的各向異性導電膜。在覆蓋層為兩層的情況下,覆蓋層的外層相當於膜基片,內層構成覆蓋層3。在將線圈組件切片後,不必除去芯材部分而用作製品使用。
文檔編號H01R4/00GK1233350SQ97198652
公開日1999年10月27日 申請日期1997年8月6日 優先權日1996年8月8日
發明者堀田祐治, 望月周 申請人:日東電工株式會社