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異方導電性接着剤を用いた高密度素子接合部の接合安定性を熱疲労破壊の面から定量的に解明することを目的とし、異方導電性接着剤を用いてLSIチップを回路基板にフリップチップ接合を行った実装接合部を対象に、接合部に生じる熱応力と熱応力によるはく離発生・伝播に関して実験と理論解析を行い、以下の成果を得た。
1.フリップチップ実装に用いる導電性接着剤のはく離強度を、申請者らの研究室で開発した手法で限界エネルギ解放率の値として得ることができた。得られた値は150℃以下の温度ではほとんど変化せず、約10〜15N/mの値であった。
2.1mm板厚のアルミ基板に板厚0.5mm、大きさ14mm正方形シリニコンチップを実装したモデルについて、135℃の温度変化に対応する有限要素熱応力解析を行った。金バンプと銅電極の間には十分な圧縮応力があり接合安定性は確保できるが、一方シリコンチップと金バンプの角部にある接着層に非常に大きな引張応力が発生する。特にその値は最外部にある金バンプの角部で最大となり、この部分からシリコンチップと接着層の間ではく離が生じる可能性が有ることが明らかとなった。
3.はく離が生じた場合に対して、はく離進展の可能性を検討するためこの部分のエネルギ解放率を有限要素法で計算した。種々のはく離長さに対して得られたエネルギー解放率と上記の実験で得られた限界エネルギ解放率の結果とを考慮することにより、対象としたモデルでは、約0.15mm以上のはく離が生じると、はく離は端部まで進展し、金バンプと銅電極の間の圧縮応力が低下し接合部の安定性が悪くなることが明らかとなった。
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