JP3771751B2 - Connection method using conductive paste - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性部材間に導電性接続を形成するのに有用な導電性ペーストに関するものである。本発明はさらに、前記の導電性ペーストを使用した、導電性部材間に導電性接続を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
チップ上のパッド、回路板上に印刷された回路に付随するパッドなどの導電性部材間に、導電性接続を形成するための導電性組成物は、当業者には周知である。事実、鉛とスズの合金など、共融合金からなる従来のはんだ組成物は、古くから知られている。しかし、このような材料は、はんだ金属の表面上の酸化物を除去するために、フラックス組成物を必要とする。これらのフラックス材料は元来酸性であり、電気的に接続された価値の高い電気部品を腐食するため、通常、溶剤を用いて除去する。ところが、従来のフラックスを除去する溶剤は環境的に問題があり、またこれを使用すると製造工程が複雑になる。したがって、現在のコンピュータなどの電気・電子装置に使用する高価な電気部品を接続することが必要な電気アセンブリには、フラックス材料の使用は減少しつつある。
【0003】
このような共融合金にみられる周知の欠点を考慮して、新しい導電性ペーストが開発された。通常、これらのペーストは、導電性金属の粉末および熱硬化性樹脂材料を含む。このような材料を電気部品に塗布した後、加熱して電気的接続を形成する。この加熱中に熱硬化性樹脂が硬化する。これらの新しいペーストに導電性粉末として非酸化性の金属を使用して、フラックスを使用する必要をなくすことが知られているが、このような材料は再溶融しないという不利な特性を特徴とする。熱硬化性樹脂は硬化するときに、架橋構造を形成することに当業者は気付いている。架橋構造を有する重合体は再溶融または溶解することができない。したがって、このような電気的に接続された部品は、非常に高価であるが、必要に応じて導電性ペーストを単に加熱または再溶解して、部品の接続を外した後、前に使用したものか、あるいは新しい同一のペーストを使用して容易に再接続することができない。
【0004】
当業界に著しい進歩をもたらした最近の開発が、米国特許第5062896号明細書に記載されている。この特許は、共融金属合金の粉末をフィラーとした、重合体とはんだの複合ペーストに関するものであり、前記の合金は、融点が200℃未満で、ペースト全体の重量に対して約85〜93重量%の濃度で含まれる。
【0005】
前記特許のペースト組成物は、第2の成分として熱可塑性重合体を含有する。この特許の利点は、熱可塑性重合体が存在することにある。前記特許のペーストに含まれる熱可塑性重合体により、ペーストが再溶融可能になる。熱可塑性重合体が硬化して三次元ネットワークを形成しないことを当業者は知っている。前記特許では熱可塑性重合体はポリ(イミドシロキサン)が好ましいとされているが、これは本質的に架橋しないため、再溶融または再溶解することができる。
【0006】
前記特許に含まれる第3の成分は、沸点が合金粉末の融点より高く、複合ペースト組成物の最高リフロー温度より低い揮発性の有機溶剤である。
【0007】
最後に、前記特許に含まれる第4の不可欠の成分は、一時的フラックス材料で、脂肪族のモノカルボン酸であり、沸点は約140〜200℃である。しかし、2−メトキシ安息香酸などの芳香族モノカルボン酸も使用することができる。このフラックス材料の含有量は、約0.5〜1.5重量%である。
【0008】
前記特許のペースト組成物は、界面活性剤などの任意の成分を含有するものであってもよく、当業界に著しい進歩をもたらすものではあるが、金属粉末と重合体との複合材料の再溶融に付随する問題がこのように解決されても、従来の技術の材料にともなう他の問題は解決しない。すなわち、第4の不可欠の成分である一時的フラックス材料から発生し、ペーストにより電気的に接続された高価な電気部品に有害な腐食作用を与える酸性流体に付随する問題は解決されていない。
【0009】
前記特許のペーストは、融点が200℃未満の金属を使用していることから明らかなように、酸化されやすい金属を含有しているため、フラックス成分を含んでいなければならない。このように、前記特許のペーストがもたらす当業界における進歩は、従来の技術の導電性相互接続材料に付随する問題をすべて解決するものではない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は再溶融が可能で、しかも電気部品を腐食させるようなフラックス材料を含有しない、新規の導電性ペーストを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
導電性部材を電気的に接続するのに使用する従来の技術による導電性組成物に付随する問題を解決した、新規の導電性ペーストが開発された。すなわち、本出願の導電性ペーストは、ペーストの再溶融が可能になるばかりではなく、フラックス材料を含有しないため、酸性フラックスに伴う問題も解決される。
【0012】
本発明によれば、導電性ペーストが提供される。このペーストは、熱可塑性重合体、導電性金属の粉末、および有機溶剤系を含有する。
【0013】
さらに本発明によれば、導電性複合材料が提供される。この複合材料は、複合材料の全体積に対して、少なくとも30体積%の導電性金属の粉末を含有する。
【0014】
さらに本発明によれば、可撓性基板に回路を形成して、可撓性回路を形成する方法が提供される。この方法によれば、集積回路のチップや表面実装装置などの電気部品が、本発明による導電性ペーストにより可撓性基板に接続される。このペーストは、熱の作用により、本発明の導電性複合材料に変換される。
【0015】
さらに本発明によれば、多層構造(マルチチップ・モジュール積層板ともいう)を相互接続する方法が教示される。この方法では、熱可塑性重合体、たとえばポリイミドなどの多層構造が、本出願の導電性ペーストを利用して適当な加熱および加圧により融着した多層構造の対から、バイアすなわち貫通穴または盲穴により、電気的に相互接続される。
【0016】
さらに本発明によれば、リードフレーム中の集積回路(IC)チップを表面実装する方法が開示される。この方法によれば、リードフレームの導電性リード、または表面実装装置、たとえばキャパシタまたは抵抗は、加熱により導電性複合材料に変換される本発明のペースト組成物により、回路板のパッドに電気的に接続される。
【0017】
最後に本発明によれば、絶縁されていない集積回路チップを回路板に直接接着する方法が教示される。この方法によれば、裸の集積回路チップの端子I/Oパッドが回路板表面上の導電性パッドに接触するように、上下を逆にして置く。本発明のペーストの有効量を、チップのI/Oパッドと回路板の導電性パッドとの間に置く。ペーストを加熱して、導電性複合材料に変換し、チップと回路板との間に導電性のパスを形成する。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ペーストは、3成分を含有する組成物である。これらの成分の第1は、熱可塑性重合体である。重合体は、たとえば、イオウ、酸素、窒素、ケイ素、アルキル基およびフェニル基からなるグループから選択された、少なくとも1個の原子または基を含む反復構造単位を有する熱可塑性重合体から選択されたものでよい。導電性ペーストの熱可塑性重合体の反復構造単位は、2個以上の前記の原子または基を有するものでもよい。
【0019】
前記熱可塑性重合体は、ホモポリマー、すなわち単一の単量体が反復する重合体、セグメント化共重合体、または少なくとも3個の異なるホモポリマーを有するセグメント化共重合体およびこれらの混合物のいずれでもよい。本発明の熱可塑性重合体で考えられるセグメント化共重合体は、セグメントの形で与えられる少なくとも2種類のコモノマーを含有する。セグメントの形で与えられるコモノマーは、第1の単量体の反復する単量体単位と、これに隣接する少なくとも1個の異なる単量体の反復する単量体単位からなるブロックを有する共重合体を形成し、これらの単量体単位の長さは同じでも異なってもよく、その長さは1個から多数の単量体の長さまで変化してもよい。本発明のセグメント化共重合体は、非極性単位からなる軟質の反復単量体単位、および極性単位からなる硬質の反復単量体単位を有するものが好ましい。
【0020】
本発明の導電性ペーストの熱可塑性重合体として意図した好ましいホモポリマーには、ポリスルホン類、ポリオレフィン類、およびポリアクリレート類がある。
【0021】
本発明の意図するセグメント化共重合体には、ポリ(イミドユリア)、ポリ(エーテルシロキサン)、ポリ(イミドシロキサン)、ポリ(スチレンブタジエン)、ポリ(スチレンイソプレン)、ポリ(アクリロニトリルブタジエン)、ポリ(エチレン酢酸ビニル)およびポリウレタンなどの共重合体がある。
【0022】
上述の好ましいセグメント化共重合体は、熱可塑性エラストマーである。この重合体は、熱可塑性重合体とエラストマーの不利益な特性を備えず、両者の有益な特性を兼ね備えている。すなわち、熱可塑性エラストマーは、従来のエラストマーと異なり、再溶融および形状を変えることができる。同様に、従来の熱可塑性重合体とは異なり、熱可塑性エラストマーは引き伸ばしても良好な弾性回復を示す。
【0023】
導電性ペーストの成分として使用できる熱可塑性重合体はすべて、良好な熱安定性を有するという必要条件を備えている。そのためには、熱可塑性重合体の分解温度が、少なくとも約200℃であることが好ましい。熱可塑性重合体の分解温度は、少なくとも約300℃であることがさらに好ましい。
【0024】
本発明の導電性ペーストの第2の成分は、導電性金属の粉末である。この導電性金属の粉末は、酸化物を含有しない金属粉で、融点が少なくとも約200℃であることが好ましい。「酸化物を含有しない」ということは、金属が酸化物を生成しないか、または酸化物を生成してもそれが電気絶縁体として作用しないかのいずれかを意味する。したがって、金、銀、スズ、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、およびイリジウムが、「酸化物を含有しない」金属として使用するのに好ましい。酸化物を含有しない金属は、酸化物を含有しない金属元素、少なくとも2種類の酸化物を含有しない金属元素の合金、または酸化物を含有しない単一の金属元素もしくは少なくとも2種類の酸化物を含有しない金属元素の合金をコーティングした表面酸化物のない金属とすることができる。「粉末」とは、単体で直径もしくは主寸法が50μm未満の粒子、またはこれより小さい粒子の凝集物を意味する。
【0025】
酸化物を含有しない金属は、単体で使用するにしても合金として使用するにしても、また純粋な形で使用するにしてもコーティングとして使用するにしても、銀または金が好ましい。
【0026】
当業者であれば、ある種の酸化物を含有しない金属が、酸化されやすい金属のコアに拡散するのを防止するための拡散防止バリア層が必要であることを承知しているであろう。たとえば、コバルト、好ましくはコバルト合金、およびリンを、銅のコアに添加してから金をコーティングすることが多い。これにより、高温でも金のコーティングが銅に拡散するのが防止される。
【0027】
この第2の成分は、前記の酸化物を含有しない金属ほどは好ましくないが、たとえば有機重合体または無機材料のコアに、酸化物を含有しない金属をコーティングしたものでもよい。
【0028】
有機重合体材料をコアにしたこのような実施形態では、有機重合体はポリスチレン・ラテックスの球形粒子であることが好ましい。
【0029】
無機材料をコアにしたさらに他の実施形態では、無機材料はシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどの酸化物、ホウ酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、炭化物、窒化物、または他のセラミック材料の固体粉末である。
【0030】
導電性金属の粉末の平均粒径は、約20μm以下であることが好ましい。本出願の導電性ペーストに使用する金属粉末の平均粒径は、約10μm以下であればさらに好ましい。金属粉末の平均粒径が約5μm以下であれば、さらに好ましい。
【0031】
本出願の導電性ペーストの第3の成分は、有機溶剤系で、少なくとも1種類の極性有機溶剤を有するものが好ましい。本発明の導電性ペーストに使用する極性有機溶剤は、好ましくは大気圧における沸点が約130〜300℃の範囲のものである。さらに好ましくは、大気圧における沸点が約150〜250℃の範囲のものである。
【0032】
前記の基準を満たす極性溶剤は、エステル類、エーテル類、アミド類、ラクトン類、またはスルホン類であるが、これらに限定されるものではない。したがって、アジピン酸ジメチル、安息香酸エチルなどのエステル類、アセトフェノン、2−メトキシエチルエーテルなどのエーテル類、ジメチルアセトアミドなどのアミド類、N−メチルピロリジノンなどのラクトン類、ジメチルスルホキシドなどのスルホン類が、本発明のペーストに有用な極性溶剤の範囲に含まれる。
【0033】
本発明のペーストは、好ましくは上述の溶剤のうちの、少なくとも1種類の極性有機溶剤を含有することが好ましいが、複数のこれらの溶剤を含有するものであってもよい。すなわち、溶剤は、複数のこれらの溶剤を混合したものでもよい。1種類以上の極性有機溶剤のほかに、1種類以上の非極性溶剤を含有したものでもよい。
【0034】
非極性有機溶剤と、少なくとも1種類の極性溶剤とを組み合わせて使用する好ましい実施形態では、非極性溶剤は液体炭化水素であることが好ましい。液体芳香族炭化水素を使用すればさらに好ましい。本発明のペーストに、極性溶剤組成の一部として使用する好ましい芳香族炭化水素は、キシレンおよびトリメチルベンゼンである。
【0035】
導電性ペーストには、任意選択で腐食抑制剤、界面活性剤などの成分を追加してもよい。しかし、強調すべきことは、導電性ペーストがフラックス材料を含有しないことである。
【0036】
本発明の第2の態様は、導電性複合材料に関するものである。導電性複合材料は、酸化物を含有しない金属で構成される。酸化物を含有しない金属は、複合材料の体積全体に対して、少なくとも約30体積%存在することが好ましい。複合材料の金属成分は、導電性ペーストに使用する前記の導電性金属の粉末の特徴を有する。導電性金属の粉末の好ましい実施形態は、上述の導電性ペーストにおける好ましい金属粉末と同一である。
【0037】
酸化物を含有しない金属は、複合材料の体積全体に対して、少なくとも約40体積%存在することがさらに好ましい。
【0038】
導電性複合材料の第2の成分は、熱可塑性重合体である。この複合材料に使用される熱可塑性重合体は、導電性ペーストの熱可塑性重合体成分と同一である。複合材料の熱可塑性重合体は、好ましい実施形態を含めて導電性ペーストの熱可塑性重合体の性質を有する。
【0039】
本発明の導電性複合材料は、本発明の導電性ペーストを加熱することにより形成する。電気部品の接着を改善または容易にするため、加熱と同時に接着圧力を与える。具体的には、導電性ペーストを2個以上の電気部品の導電性リードの間に注入する。ペーストの温度を、溶剤の沸点を超える温度にして、ペーストから溶剤を蒸発させる。圧力は大気圧である必要はない。溶剤の沸点を低下させるために真空にしてもよい。
【0040】
代替実施形態では、導電性ペーストを複合材料に変換する工程の、溶剤を除去するステップで、動的ガス交換を用いる。この方法は、当業者には周知の方法であり、溶剤の沸点以下の温度で、大気圧で蒸発により溶剤を除去する方法である。この工程は、通常窒素または他の不活性ガスの流れの中で行われる。
【0041】
導電性相互接続を形成する方法は、2つの接着方法のいずれかにより行われる。第1の方法では、ペーストを注入した後、熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度で圧力を与える。この第1の方法では、溶剤が蒸発し、熱可塑性重合体が流動し、導電性の接着を形成する。第2の方法では、まず熱可塑性重合体のガラス転移温度より低い温度でペーストを乾燥させる(すなわち溶剤を除去する)。次に、熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度に昇温して、導電性複合材料への変換を完了させる。上述のようにこの方法は時間と温度の影響を受ける。明らかに、接着温度、すなわちペーストが露出される温度が高いほど、所要時間は短くなる。最適な接着条件は、形成すべき具体的な構造と、熱可塑性重合体のガラス転移温度に依存する。
【0042】
導電性複合材料は、1つまたは複数の任意の成分を含有するものでもよい。これらの任意の成分には、たとえば腐食抑制剤、界面活性剤などがある。本発明の導電性ペーストで形成される導電性複合材料は、ペーストと同様にフラックス剤を含有しない。
【0043】
処方を選定する基準は、(i)重合体/金属複合材料の導電性、(ii)重合体/金属/溶剤のペーストの流体力学的特性、および(iii)意図する応用例に応じて、フィラー金属または他の基板に対する重合体の濡れおよび接着特性のバランスに基づいて決められる。
【0044】
導電性については、金属/絶縁体/金属のトンネル効果の間に「電子トラップ」として作用するイオン性の不純物が、意図した適用例により規定された電流範囲での直線電流(I)対電圧降下(V)特性を維持するのに十分なほど低くなければならない。また、導電性(σ)対温度(T)は、導電性が温度上昇とともに減少する不秩序な系にみられるようなものではなく、金属のような挙動をする、すなわちlog(σ)〜T1/4の法則に従う必要がある。最後に、液体ヘリウムの温度での抵抗率が、できるだけ低い必要がある。接着を良好にするためには、重合対は金属フィラーを濡らし、意図した適用例で規定された基板材料を濡らし、重合体のヤング率は25℃で0.1GPaを超えるものであることが好ましい。ペーストは、流体力学的挙動に関して、非ニュートン粘度が約3000〜5000ポアズの範囲であり、最初の垂直応力差ができるだけ低く、弾性反跳が低いことが必要である。さらに、ペーストは、粘度が安定している通常の粘弾性を有する非ニュートン流体とは対照的に、せん断を受けると粘度が減少する必要がある。
【0045】
本発明のもう一つの態様は、新規の導電性ペーストを本発明の複合材料に変換することにより、電気部品および装置の製造に使用する方法に関するものである。この方法では、少なくとも1枚の可撓性電気部品基板を電気部品に接着することに関連している。このような接着は、本発明の導電性ペーストを使用するもので、可撓性基板を組み立てて、可撓性の、すなわち「フレックス」回路を形成するために行う。
【0046】
この方法では、本発明の導電性ペーストを、回路を形成した可撓性基板の導電性の表面と、電気部品の導電性の表面との間に注入する。ペーストをこのように注入した後、導電性ペーストが導電性複合材料に変換して接着を形成するのに十分な時間、熱および圧力を加える。好ましくは、ペーストを少なくとも約0.35kg/cm2の圧力で加圧し、重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱する。得られた製品は、可撓性基板と電気部品との間に電気的接続が形成され、可撓性の回路が完成する。
【0047】
本発明の導電性ペーストおよび複合材料の第2の適用例は、多層構造のいわゆる「バイア・バイア」相互接続を行う工程での使用である。この方法を図1に示す。層10は銅メッキ6を施したバイア8を有する。層10は、X方向の金属線4と、Y方向の金属線5を含んでいる。層10は、誘電層2に囲まれた接地面3を有する。層10はさらに、接着面7も含んでいる。
【0048】
層10は、本発明の導電性ペーストにより、第2の層50に電気的に相互接続される。具体的には、導電性ペーストの塊12を、バイア8に、上部および底部から盛り上がるように注入する。これらの面は、接着性の誘電体7を含む。層10を層50に電気的に接続するために、1個または複数のバイアに導電性ペーストの塊を同様に充填してから、前記の乾燥工程を行った後、層を位置合わせして、層のバイア中のペーストが溶融して導電性複合材料を形成するように、適当な圧力と、重合体のガラス転移温度より高い温度で加圧する。
【0049】
本発明の導電性ペーストと複合材料の他の重要な有用性は、表面実装を行う方法にある。この導電性ペーストと複合材料に使用については、図2に示す。図2で、有機重合体、セラミックなどの絶縁回路基板20は、当業界ではパッドと呼ばれる複数の端子点を有する。これは図2にパッド22および24で示す。パッド22および24は、導線管26および27により、リード・フレーム25中の集積回路チップと電気的に接続され、これにより基板20と集積回路チップ25との間を電気的に接続する。この接続は、本発明の導電性ペーストにより恒久的になる。図2に示すように、導線管26および27への各リードとパッド22および24との間に注入されたペーストの塊21および23が、重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱され、十分な負荷、好ましくは少なくともチップ25と導線管26および27との重量の合計と等しい負荷が与えられると、本発明の複合材料を形成する。
【0050】
本発明の導電性ペーストおよび複合材料のさらに他の適用例は、米国特許第4434434号明細書に記載されたような、「フリップ・チップ」接続を得る方法にある。このような接続は、コンピュータ技術の主要な進歩である。「フリップ・チップ」接続によって、配線以外の手段で、集積回路チップを直接回路板に取り付けることができる。配線を行えば労力が大きく、スペースを取り、そのため高価となり時間もかかるが、コンピュータやその他の複雑な装置の製造に、導電性ペーストを使用すれば、多大の進歩がもたらされる。
【0051】
本発明の方法では、フリップ・チップ接続は本発明の導電性ペーストを利用することにより行える。この方法について、この接続の略図を示した図3を参照して説明する。チップ30は、「フリップ」すなわち上下を逆にして、その表面上のパッド34を、回路板32(基板と呼ぶこともある)のパッド36と位置合わせする。少量の導電性ペースト38を、パッド34とパッド36との間に注入し、電気的接続が得られるようにする。その後、装置全体を加熱し、好ましくは約0.35kg/cm2に加圧して、ペーストを本発明の導電性複合材料に変換し、この電気的接続を恒久的なものにする。
【0052】
代替方法として、フリップ・チップ工程で、ペーストを基板のパッド、チップのパッド、または両方に付着させてもよい。その後ペーストを乾燥させ、2つの面を位置合わせし、加圧し、熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱して、急速に、実質的に欠陥のない形で所期の電気的に接続された装置を得る。
【0053】
前記の適用例は、本発明のペーストおよび複合材料にともなう技術の進歩を強調するものである。ペースト組成物を構成する特異な成分の組合せにより、電気電子部品を損傷させることなく、比較的穏和な温度および圧力条件で、電気電子部品を電気的に接続する恒久的な複合材料に容易に変換することができる。さらに、複合材料の形成が「恒久的」であるにもかかわらず、これらの接続は、複合材料によって接続された部品を損傷させることなく、組成物の熱可塑性成分のガラス転移温度を超える温度を与えることにより容易に接続を外すことができる。
【0054】
下記実施例は、本発明の範囲を説明するものである。これらの実施例は説明の目的のみであり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
【0055】
【実施例】
実施例1
溶液の全重量に対して、28重量%のポリ(イミドシロキサン)をアセトフェノンに溶解して、ポリ(イミドシロキサン)の溶液を生成した。この溶液に、長さおよび幅が約1〜5μm、厚み約1μmの粒子サイズの金属銀のフレークを添加した。銀の粒子の量は、銀とポリ(イミドシロキサン)の合計重量に対して、87重量%とした。この87重量%の濃度は、アセトフェノン溶剤の重量に無関係に算出した。
【0056】
得られたポリ(イミドシロキサン)のアセトフェノン溶液中の銀粒子の分散液を、ミューラー(Mueller)(商標)高せん断ミキサにより高せん断しながら混合することにより、ペーストを生成した。
【0057】
前記のペースト組成物を、フリップ・チップ接続法(FCA)に適用し、金をコーティングした基板上に中心間距離を200μmとして、直径100μm、高さ約100μmの円形に塗布した。フィーチャのアレイは11×11とした。得られた円形のアレイを約1.1kgの接着負荷、温度340℃で金をコーティングした他の基板に接着させた。構造全体の抵抗は≦1μΩ・cm2であった。11×11のアレイの接着強度は約210kg/cm2であった。
【0058】
実施例2
溶剤以外は実施例1と同様にして、28重量%のポリ(イミドシロキサン)をN−メチルピロリドン(NMP)に溶かした溶液を、粒子サイズが1〜5μmの金の粒子と混合した。ポリ(イミドシロキサン)溶液に添加する金の粒子の量は、金の粒子が金とポリ(イミドシロキサン)の合計重量に対して92重量%になるようにした。この比率は、NMP溶剤の重量とは無関係とした。
【0059】
実施例1と同様に、ポリ(イミドシロキサン)のNMP溶液への金の分散液を、ミューラー(Mueller)(商標)高せん断ミキサで混合することにより、ペーストを生成した。
【0060】
このペーストを、実施例1と同様にFCAに使用した。接着負荷約1.25kgでの接着強度は約225kg/cm2であった。
【0061】
実施例3
ポリ(イミドシロキサン)13重量%、長さおよび幅が約3〜10μm、厚みが約1μmの粒子サイズの金属銀のフレーク68重量%、アセトフェノン19重量%の混合物を、高せん断ミキサで混合してペーストを生成した。このペーストを、図2に示すような面実装の例として、エポキシ基板上の表面酸化物を除去したCuのパッド上に付着させた。ペーストは、パッド14個を2列に配列した1.27mmピッチの、1.65mm2の28個のパターンの上に付着させた。28ピンのVSOP(超小型アウトライン・パッケージ)を、未硬化のペーストに取り付けた。取り付け部分は乾燥した後、220℃で10分間硬化させた。回路板への部品の接着強度は、リード当たり約0.27kgであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のペーストおよび複合材料を使用して、回路を含む2層間のバイア・バイア相互接続を行うことを示す断面図である。
【図2】本発明のペーストおよび複合材料を使用して、リードフレーム中の集積回路のチップを回路板に表面実装することを示す略図である。
【図3】本発明のペーストおよび複合材料を使用して、集積回路のチップと回路板の間に「フリップ・チップ」接続を行って、2個の部品間に接着と電気的接続を行うことを示す略図である。
【符号の説明】
2 誘電層
3 接地面
4 X方向の金属線
5 Y方向の金属線
6 銅メッキ
7 接着面
8 バイア
10、50 層
12 導電性ペースト
20 回路板基板
21、23 導電性ペースト
22、24 パッド
25 リードフレーム
26、27 導線管
30 チップ
32 回路板
34、36 パッド
38 導電性ペースト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductive paste useful for forming a conductive connection between conductive members. The present invention further relates to a method of forming a conductive connection between conductive members using the conductive paste.
[0002]
[Prior art]
Conductive compositions for forming conductive connections between conductive members such as pads on a chip, pads associated with circuits printed on a circuit board are well known to those skilled in the art. In fact, conventional solder compositions made of eutectic gold, such as lead and tin alloys, have been known for a long time. However, such materials require a flux composition to remove oxides on the solder metal surface. These flux materials are acidic in nature and corrode electrically connected high value electrical components and are therefore usually removed using a solvent. However, the conventional solvent for removing the flux has environmental problems, and the use of this solvent complicates the manufacturing process. Therefore, the use of flux materials is decreasing in electrical assemblies that require the connection of expensive electrical components used in current electrical and electronic devices such as computers.
[0003]
A new conductive paste has been developed in view of the well-known drawbacks found in such fusion gold. Usually, these pastes include a conductive metal powder and a thermosetting resin material. After such a material is applied to the electrical component, it is heated to form an electrical connection. The thermosetting resin is cured during this heating. It is known to use non-oxidizing metals as conductive powders in these new pastes, eliminating the need to use flux, but such materials are characterized by the disadvantageous property of not remelting . Those skilled in the art are aware that thermosetting resins form a crosslinked structure when cured. A polymer having a crosslinked structure cannot be remelted or dissolved. Therefore, such electrically connected parts are very expensive, but if necessary, simply heat or remelt the conductive paste to disconnect the parts and use them before. Or cannot be easily reconnected using a new identical paste.
[0004]
A recent development that has made significant progress in the industry is described in US Pat. No. 5,062,896. This patent relates to a polymer-solder composite paste using eutectic metal alloy powder as a filler, which has a melting point of less than 200 ° C. and about 85-93 based on the total weight of the paste. Contained in a concentration by weight.
[0005]
The paste composition of said patent contains a thermoplastic polymer as the second component. The advantage of this patent lies in the presence of a thermoplastic polymer. The thermoplastic polymer contained in the patented paste makes the paste remeltable. Those skilled in the art know that thermoplastic polymers do not cure to form a three-dimensional network. The patent states that the thermoplastic polymer is preferably poly (imidosiloxane), which is essentially not crosslinked and can be remelted or re-dissolved.
[0006]
The third component included in the patent is a volatile organic solvent having a boiling point higher than the melting point of the alloy powder and lower than the maximum reflow temperature of the composite paste composition.
[0007]
Finally, the fourth essential component included in the patent is a temporary flux material, an aliphatic monocarboxylic acid, having a boiling point of about 140-200 ° C. However, aromatic monocarboxylic acids such as 2-methoxybenzoic acid can also be used. The content of the flux material is about 0.5 to 1.5% by weight.
[0008]
The paste composition of the above patent may contain any component such as a surfactant and provides a significant advancement in the industry, but remelts the composite of metal powder and polymer. Even though the problems associated with are resolved in this way, other problems associated with prior art materials are not resolved. That is, the problem associated with acidic fluids that are generated from the temporary flux material, which is the fourth essential component, and that have harmful corrosive effects on expensive electrical components that are electrically connected by paste, has not been solved.
[0009]
Since the paste of the said patent contains the metal which is easy to oxidize evidently from using the metal whose melting | fusing point is less than 200 degreeC, it must contain the flux component. Thus, the advances in the industry brought about by the patented paste do not solve all the problems associated with prior art conductive interconnect materials.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a novel conductive paste that can be remelted and does not contain a flux material that corrodes electrical components.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
New conductive pastes have been developed that solve the problems associated with prior art conductive compositions used to electrically connect conductive members. That is, the conductive paste of the present application not only enables re-melting of the paste, but also does not contain a flux material, so that the problems associated with acidic flux are solved.
[0012]
According to the present invention, a conductive paste is provided. The paste contains a thermoplastic polymer, a conductive metal powder, and an organic solvent system.
[0013]
Furthermore, according to the present invention, a conductive composite material is provided. The composite material contains at least 30% by volume of conductive metal powder based on the total volume of the composite material.
[0014]
Furthermore, according to the present invention, a method for forming a flexible circuit by forming a circuit on a flexible substrate is provided. According to this method, electrical components such as integrated circuit chips and surface mount devices are connected to the flexible substrate by the conductive paste according to the present invention. This paste is converted into the conductive composite material of the present invention by the action of heat.
[0015]
Further in accordance with the present invention, a method of interconnecting multilayer structures (also referred to as multichip module laminates) is taught. In this method, a multilayer structure such as a thermoplastic polymer, for example polyimide, is fused from a pair of multilayer structures fused by appropriate heating and pressing using the conductive paste of the present application, vias or through holes or blind holes. Are electrically interconnected.
[0016]
Further in accordance with the present invention, a method for surface mounting an integrated circuit (IC) chip in a lead frame is disclosed. According to this method, conductive leads of a lead frame, or surface mount devices, such as capacitors or resistors, are electrically applied to circuit board pads by the paste composition of the present invention that is converted to a conductive composite material by heating. Connected.
[0017]
Finally, according to the present invention, a method is taught for directly bonding an uninsulated integrated circuit chip to a circuit board. According to this method, the terminal I / O pad of the bare integrated circuit chip is placed upside down so that it contacts the conductive pad on the circuit board surface. An effective amount of the paste of the present invention is placed between the chip I / O pads and the circuit board conductive pads. The paste is heated and converted to a conductive composite material, forming a conductive path between the chip and the circuit board.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The conductive paste of the present invention is a composition containing three components. The first of these components is a thermoplastic polymer. The polymer is selected, for example, from a thermoplastic polymer having a repeating structural unit containing at least one atom or group selected from the group consisting of sulfur, oxygen, nitrogen, silicon, alkyl groups and phenyl groups It's okay. The repeating structural unit of the thermoplastic polymer of the conductive paste may have two or more of the above atoms or groups.
[0019]
The thermoplastic polymer may be any of homopolymers, i.e., a polymer in which a single monomer repeats, a segmented copolymer, or a segmented copolymer having at least three different homopolymers, and mixtures thereof. But you can. The segmented copolymer contemplated in the thermoplastic polymer of the present invention contains at least two comonomers provided in the form of segments. The comonomer provided in the form of a segment is a copolymer having a repeating monomer unit of a first monomer and a block consisting of a repeating monomer unit of at least one different monomer adjacent to the first monomer unit. The lengths of these monomer units may form the same or different, and the length may vary from one to the length of many monomers. The segmented copolymer of the present invention preferably has a soft repeating monomer unit composed of nonpolar units and a rigid repeating monomer unit composed of polar units.
[0020]
Preferred homopolymers contemplated as thermoplastic polymers for the conductive pastes of the present invention include polysulfones, polyolefins, and polyacrylates.
[0021]
The segmented copolymers contemplated by the present invention include poly (imide urea), poly (ether siloxane), poly (imide siloxane), poly (styrene butadiene), poly (styrene isoprene), poly (acrylonitrile butadiene), poly ( There are copolymers such as ethylene vinyl acetate) and polyurethane.
[0022]
The preferred segmented copolymer described above is a thermoplastic elastomer. This polymer does not have the disadvantageous properties of thermoplastic polymers and elastomers, but combines the beneficial properties of both. That is, thermoplastic elastomers can remelt and change shape, unlike conventional elastomers. Similarly, unlike conventional thermoplastic polymers, thermoplastic elastomers exhibit good elastic recovery when stretched.
[0023]
All thermoplastic polymers that can be used as a component of the conductive paste have the requirement that they have good thermal stability. To that end, it is preferred that the decomposition temperature of the thermoplastic polymer be at least about 200 ° C. More preferably, the decomposition temperature of the thermoplastic polymer is at least about 300 ° C.
[0024]
The second component of the conductive paste of the present invention is a conductive metal powder. The conductive metal powder is preferably a metal powder containing no oxide and has a melting point of at least about 200 ° C. “Oxide free” means either that the metal does not produce an oxide or that it does not act as an electrical insulator. Accordingly, gold, silver, tin, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, platinum, and iridium are preferred for use as “oxide-free” metals. Metals that do not contain oxides include metal elements that do not contain oxides, alloys of metal elements that do not contain at least two types of oxides, or single metal elements that do not contain oxides or at least two types of oxides A metal free of surface oxide coated with an alloy of a non-metallic element can be used. “Powder” means a single particle having a diameter or main dimension of less than 50 μm, or an aggregate of smaller particles.
[0025]
The metal containing no oxide is preferably silver or gold, whether used alone or as an alloy, or in pure form or as a coating.
[0026]
One skilled in the art will know that an anti-diffusion barrier layer is required to prevent metals that do not contain certain oxides from diffusing into a metal core that is susceptible to oxidation. For example, cobalt, preferably a cobalt alloy, and phosphorus are often added to a copper core and then coated with gold. This prevents the gold coating from diffusing into the copper even at high temperatures.
[0027]
This second component is not as preferable as the above-mentioned metal containing no oxide, but may be, for example, an organic polymer or an inorganic material core coated with a metal containing no oxide.
[0028]
In such embodiments with an organic polymeric material as the core, the organic polymer is preferably a polystyrene latex spherical particle.
[0029]
In still other embodiments cored with an inorganic material, the inorganic material is an oxide such as silica, alumina, zirconia, titania, borate, titanate, silicate, carbide, nitride, or other ceramic material The solid powder.
[0030]
The average particle size of the conductive metal powder is preferably about 20 μm or less. The average particle size of the metal powder used in the conductive paste of the present application is more preferably about 10 μm or less. More preferably, the average particle size of the metal powder is about 5 μm or less.
[0031]
The third component of the conductive paste of the present application is preferably an organic solvent type and having at least one polar organic solvent. The polar organic solvent used in the conductive paste of the present invention preferably has a boiling point in the range of about 130 to 300 ° C. at atmospheric pressure. More preferably, the boiling point at atmospheric pressure is in the range of about 150-250 ° C.
[0032]
Polar solvents that meet the above criteria are esters, ethers, amides, lactones, or sulfones, but are not limited thereto. Therefore, esters such as dimethyl adipate and ethyl benzoate, ethers such as acetophenone and 2-methoxyethyl ether, amides such as dimethylacetamide, lactones such as N-methylpyrrolidinone, sulfones such as dimethyl sulfoxide, Included within the range of polar solvents useful in the pastes of the present invention.
[0033]
The paste of the present invention preferably contains at least one of the above-mentioned solvents, but may contain a plurality of these solvents. That is, the solvent may be a mixture of a plurality of these solvents. In addition to one or more types of polar organic solvents, one containing one or more types of nonpolar solvents may be used.
[0034]
In a preferred embodiment using a combination of a nonpolar organic solvent and at least one polar solvent, the nonpolar solvent is preferably a liquid hydrocarbon. It is more preferable to use liquid aromatic hydrocarbons. The preferred aromatic hydrocarbons used as part of the polar solvent composition in the paste of the present invention are xylene and trimethylbenzene.
[0035]
Components such as a corrosion inhibitor and a surfactant may be optionally added to the conductive paste. However, it should be emphasized that the conductive paste contains no flux material.
[0036]
The second aspect of the present invention relates to a conductive composite material. The conductive composite material is made of a metal that does not contain an oxide. Preferably, the oxide-free metal is present at least about 30% by volume relative to the total volume of the composite material. The metal component of the composite material has the characteristics of the conductive metal powder used in the conductive paste. The preferred embodiment of the conductive metal powder is the same as the preferred metal powder in the conductive paste described above.
[0037]
More preferably, the oxide-free metal is present at least about 40% by volume relative to the total volume of the composite material.
[0038]
The second component of the conductive composite material is a thermoplastic polymer. The thermoplastic polymer used in this composite material is the same as the thermoplastic polymer component of the conductive paste. The thermoplastic polymer of the composite material includes the properties of the thermoplastic polymer of the conductive paste, including preferred embodiments.
[0039]
The conductive composite material of the present invention is formed by heating the conductive paste of the present invention. In order to improve or facilitate the adhesion of electrical components, an adhesion pressure is applied simultaneously with heating. Specifically, a conductive paste is injected between the conductive leads of two or more electrical components. The temperature of the paste is set to a temperature exceeding the boiling point of the solvent, and the solvent is evaporated from the paste. The pressure need not be atmospheric pressure. A vacuum may be used to lower the boiling point of the solvent.
[0040]
In an alternative embodiment, dynamic gas exchange is used in the step of removing the solvent in the process of converting the conductive paste to the composite material. This method is well known to those skilled in the art and is a method of removing the solvent by evaporation at atmospheric pressure at a temperature below the boiling point of the solvent. This step is usually performed in a stream of nitrogen or other inert gas.
[0041]
The method of forming the conductive interconnect is performed by one of two adhesion methods. In the first method, after injecting the paste, pressure is applied at a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic polymer. In this first method, the solvent evaporates and the thermoplastic polymer flows to form a conductive bond. In the second method, the paste is first dried (ie, the solvent is removed) at a temperature lower than the glass transition temperature of the thermoplastic polymer. Next, the temperature is raised to a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic polymer to complete the conversion to the conductive composite material. As mentioned above, this method is affected by time and temperature. Clearly, the higher the adhesion temperature, ie the temperature at which the paste is exposed, the shorter the required time. Optimal adhesion conditions depend on the specific structure to be formed and the glass transition temperature of the thermoplastic polymer.
[0042]
The conductive composite material may contain one or more optional components. These optional components include, for example, corrosion inhibitors and surfactants. The conductive composite material formed with the conductive paste of the present invention does not contain a fluxing agent like the paste.
[0043]
The criteria for selecting the formulation are fillers depending on (i) the conductivity of the polymer / metal composite, (ii) the hydrodynamic properties of the polymer / metal / solvent paste, and (iii) the intended application. It is determined based on the balance of wetting and adhesion properties of the polymer to the metal or other substrate.
[0044]
For conductivity, an ionic impurity acting as an “electron trap” during the metal / insulator / metal tunneling effect causes a linear current (I) versus voltage drop in the current range defined by the intended application. (V) Must be low enough to maintain the characteristics. Conductivity (σ) vs. temperature (T) is not as seen in disordered systems where conductivity decreases with increasing temperature, but behaves like a metal, ie, log (σ) to T 1/4 It is necessary to follow the law. Finally, the resistivity at the temperature of liquid helium needs to be as low as possible. For good adhesion, the polymer pair wets the metal filler, wets the substrate material specified in the intended application, and the Young's modulus of the polymer is preferably greater than 0.1 GPa at 25 ° C. . The paste needs to have a non-Newtonian viscosity in the range of about 3000 to 5000 poise with respect to hydrodynamic behavior, the lowest initial normal stress difference and the low elastic recoil. Furthermore, the paste needs to decrease in viscosity when subjected to shear, as opposed to a normal viscoelastic non-Newtonian fluid that is stable in viscosity.
[0045]
Another aspect of the invention relates to a method for use in the manufacture of electrical components and devices by converting a novel conductive paste into the composite material of the invention. This method relates to bonding at least one flexible electrical component substrate to an electrical component. Such bonding uses the conductive paste of the present invention and is performed to assemble a flexible substrate to form a flexible or “flex” circuit.
[0046]
In this method, the conductive paste of the present invention is injected between the conductive surface of a flexible substrate on which a circuit is formed and the conductive surface of an electrical component. After injecting the paste in this way, heat and pressure are applied for a time sufficient for the conductive paste to convert to a conductive composite and form a bond. Preferably, the paste is at least about 0.35 kg / cm. 2 And heated to a temperature higher than the glass transition temperature of the polymer. In the obtained product, an electrical connection is formed between the flexible substrate and the electrical component, and a flexible circuit is completed.
[0047]
A second application of the conductive paste and composite material of the present invention is its use in the process of making so-called “via-via” interconnections of multilayer structures. This method is shown in FIG. Layer 10 has vias 8 with copper plating 6. The layer 10 includes a metal wire 4 in the X direction and a metal wire 5 in the Y direction. Layer 10 has a ground plane 3 surrounded by a dielectric layer 2. Layer 10 also includes an adhesive surface 7.
[0048]
Layer 10 is electrically interconnected to second layer 50 by the conductive paste of the present invention. Specifically, the lump 12 of conductive paste is poured into the via 8 so as to rise from the top and bottom. These surfaces contain an adhesive dielectric 7. In order to electrically connect layer 10 to layer 50, one or more vias are similarly filled with a mass of conductive paste, and after performing the drying step, the layers are aligned, Pressure is applied at a suitable pressure and above the glass transition temperature of the polymer so that the paste in the layer via melts to form a conductive composite.
[0049]
Another important utility of the conductive paste and composite material of the present invention is in the method of surface mounting. The use of this conductive paste and composite material is shown in FIG. In FIG. 2, an insulated circuit board 20 such as an organic polymer or ceramic has a plurality of terminal points called pads in the industry. This is indicated by pads 22 and 24 in FIG. The pads 22 and 24 are electrically connected to the integrated circuit chip in the lead frame 25 by the conductive tubes 26 and 27, thereby electrically connecting the substrate 20 and the integrated circuit chip 25. This connection is made permanent by the conductive paste of the present invention. As shown in FIG. 2, the paste masses 21 and 23 injected between the leads to the lead tubes 26 and 27 and the pads 22 and 24 are heated to a temperature higher than the glass transition temperature of the polymer, When given a heavy load, preferably at least equal to the sum of the weights of the tip 25 and conductor tubes 26 and 27, the composite material of the present invention is formed.
[0050]
Yet another application of the conductive paste and composite material of the present invention is in a method of obtaining a “flip chip” connection, as described in US Pat. No. 4,434,434. Such connections are a major advance in computer technology. With "flip chip" connection, the integrated circuit chip can be attached directly to the circuit board by means other than wiring. Wiring is labor intensive, takes up space, and is therefore expensive and time consuming, but the use of conductive pastes in the manufacture of computers and other complex devices provides significant progress.
[0051]
In the method of the present invention, flip chip connection can be made by utilizing the conductive paste of the present invention. This method will be described with reference to FIG. 3, which shows a schematic diagram of this connection. The chip 30 "flips" or flips upside down to align the pads 34 on its surface with the pads 36 on the circuit board 32 (sometimes referred to as a substrate). A small amount of conductive paste 38 is injected between pads 34 and 36 so that an electrical connection is obtained. Thereafter, the entire apparatus is heated, preferably about 0.35 kg / cm. 2 To make the electrical connection permanent, converting the paste into the conductive composite material of the present invention.
[0052]
Alternatively, the paste may be applied to the substrate pad, the chip pad, or both in a flip chip process. The paste is then dried, the two sides are aligned, pressed, heated to a temperature above the glass transition temperature of the thermoplastic polymer, and rapidly, in a substantially defect-free manner, the desired electrical Get a connected device.
[0053]
The above applications highlight the technological advances associated with the pastes and composites of the present invention. The unique combination of components that make up the paste composition makes it easy to convert the electrical and electronic components into permanent composites that are electrically connected at relatively mild temperature and pressure conditions without damaging the electrical and electronic components can do. In addition, despite the fact that the formation of the composite material is “permanent”, these connections can cause temperatures above the glass transition temperature of the thermoplastic component of the composition without damaging the parts connected by the composite material. The connection can be easily disconnected.
[0054]
The following examples illustrate the scope of the present invention. These examples are for illustrative purposes only, and the present invention is not limited to these examples.
[0055]
【Example】
Example 1
Based on the total weight of the solution, 28% by weight of poly (imide siloxane) was dissolved in acetophenone to produce a solution of poly (imide siloxane). To this solution was added metal silver flakes of particle size having a length and width of about 1-5 μm and a thickness of about 1 μm. The amount of silver particles was 87% by weight with respect to the total weight of silver and poly (imide siloxane). This 87% by weight concentration was calculated regardless of the weight of the acetophenone solvent.
[0056]
The resulting dispersion of silver particles in an acetophenone solution of poly (imidosiloxane) was mixed with high shear using a Mueller ™ high shear mixer to produce a paste.
[0057]
The paste composition was applied to a flip chip connection method (FCA), and applied to a gold-coated substrate in a circle having a diameter of 100 μm and a height of about 100 μm with a center-to-center distance of 200 μm. The feature array was 11 × 11. The resulting circular array was bonded to another substrate coated with gold at an adhesive load of about 1.1 kg and a temperature of 340 ° C. The resistance of the whole structure is ≦ 1μΩ ・ cm 2 Met. The adhesive strength of an 11 × 11 array is about 210 kg / cm 2 Met.
[0058]
Example 2
A solution prepared by dissolving 28% by weight of poly (imide siloxane) in N-methylpyrrolidone (NMP) was mixed with gold particles having a particle size of 1 to 5 μm in the same manner as Example 1 except for the solvent. The amount of gold particles added to the poly (imidosiloxane) solution was such that the gold particles were 92% by weight based on the total weight of gold and poly (imidosiloxane). This ratio was independent of the weight of the NMP solvent.
[0059]
As in Example 1, a paste was produced by mixing a dispersion of gold in an NMP solution of poly (imidosiloxane) with a Mueller ™ high shear mixer.
[0060]
This paste was used for FCA as in Example 1. Adhesive strength at an adhesive load of about 1.25 kg is about 225 kg / cm 2 Met.
[0061]
Example 3
A mixture of 68% by weight of metal silver flakes having a particle size of 13% by weight of poly (imidosiloxane), length and width of about 3 to 10 μm, and a thickness of about 1 μm and 19% by weight of acetophenone was mixed in a high shear mixer. A paste was generated. As an example of surface mounting as shown in FIG. 2, this paste was deposited on a Cu pad from which the surface oxide on the epoxy substrate was removed. The paste is 1.65mm pitch, 1.27mm pitch with 14 pads arranged in 2 rows 2 Of 28 patterns. A 28-pin VSOP (very small outline package) was attached to the uncured paste. The attachment portion was dried and then cured at 220 ° C. for 10 minutes. The adhesion strength of the component to the circuit board was about 0.27 kg per lead.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the use of a paste and composite material of the present invention to provide via-via interconnection between two layers including a circuit.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating surface mounting of an integrated circuit chip in a lead frame to a circuit board using the paste and composite material of the present invention.
FIG. 3 illustrates using a paste and composite material of the present invention to make a “flip chip” connection between an integrated circuit chip and a circuit board to provide an adhesive and electrical connection between two components. It is a schematic diagram.
[Explanation of symbols]
2 Dielectric layer
3 Ground plane
4 Metal wire in X direction
5 Y direction metal wire
6 Copper plating
7 Adhesive surface
8 Bahia
10, 50 layers
12 Conductive paste
20 Circuit board substrate
21, 23 Conductive paste
22, 24 pads
25 Lead frame
26, 27 Conductor tube
30 chips
32 Circuit board
34, 36 pads
38 Conductive paste

Claims (15)

可撓性回路の製法であって、
少なくとも200℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも200℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約130〜約300℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約20μm以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約30体積%である、導電性ペーストを用意するステップと、
電気部品と、回路を形成した可撓性基板とを、前記導電性ペーストに接触させるステップと、及び
前記基板を、前記導電性ペースト中に含まれる重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱するステップと
を含む、方法。
A method of making a flexible circuit,
A thermoplastic polymer exhibiting a decomposition temperature of at least 200 ° C., a powder comprising a metal having a melting point of at least 200 ° C. and containing no oxide, and a polar organic solvent system having a boiling point of about 130 to about 300 ° C .; In addition, the conductive paste does not include a flux component, and the metal powder has an average particle size of about 20 μm or less, and the amount of the metal powder is equal to the total volume of the thermoplastic polymer and the metal powder. Providing a conductive paste that is at least about 30% by volume relative to;
Contacting an electrical component and a flexible substrate on which a circuit is formed with the conductive paste; and heating the substrate to a temperature higher than a glass transition temperature of a polymer contained in the conductive paste. Including a step.
1個以上の貫通するバイアを有する複数の層を電気的に接続して、多層構造を形成する方法において、
少なくとも200℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも200℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約130〜約300℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約20μm以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約30体積%である、導電性ペーストを用意するステップと、
前記導電性ペーストを前記バイアに入れるステップと、
大気中または真空下で加熱して前記導電性ペースト中の溶剤を除去するステップと、
隣接する層の前記バイアを位置合わせするステップと、及び
前記位置合わせされた構造を少なくとも約150℃に加熱するステップと
を含む、方法。
In a method of electrically connecting a plurality of layers having one or more through vias to form a multilayer structure,
A thermoplastic polymer exhibiting a decomposition temperature of at least 200 ° C., a powder comprising a metal having a melting point of at least 200 ° C. and containing no oxide, and a polar organic solvent system having a boiling point of about 130 to about 300 ° C .; In addition, the conductive paste does not include a flux component, and the metal powder has an average particle size of about 20 μm or less, and the amount of the metal powder is equal to the total volume of the thermoplastic polymer and the metal powder. Providing a conductive paste that is at least about 30% by volume relative to;
Placing the conductive paste into the via;
Heating in air or under vacuum to remove the solvent in the conductive paste;
Aligning the vias of adjacent layers, and heating the aligned structure to at least about 150 degrees Celsius.
少なくとも200℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも200℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約130〜約300℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約20μm以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約30体積%である、導電性ペーストを用意するステップと、
リードフレームのリードを回路板の基板の対応するパッドと電気的に接触させるステップと、
前記パッド上に前記導電性ペーストを付着させるステップと、及び
前記アセンブリを前記導電性ペースト中に含まれる重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱するステップと
を含む、面実装を行う方法。
A thermoplastic polymer exhibiting a decomposition temperature of at least 200 ° C., a powder comprising a metal having a melting point of at least 200 ° C. and containing no oxide, and a polar organic solvent system having a boiling point of about 130 to about 300 ° C .; In addition, the conductive paste does not include a flux component, and the metal powder has an average particle size of about 20 μm or less, and the amount of the metal powder is equal to the total volume of the thermoplastic polymer and the metal powder. Providing a conductive paste that is at least about 30% by volume relative to;
Electrically contacting the leads of the lead frame with corresponding pads of the circuit board substrate;
A method of performing surface mounting, comprising: depositing the conductive paste on the pad; and heating the assembly to a temperature higher than a glass transition temperature of a polymer contained in the conductive paste.
集積回路のチップを回路板に接続して、集積回路を形成する方法において、
少なくとも200℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも200℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約130〜約300℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストであって、前記金属粉末は、約20μm以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約30体積%である、導電性ペーストを用意するステップと、
前記導電性ペーストを前記チップ、前記回路板、またはその両方のパッドの上に付着させて、前記チップの前記パッドと、前記回路板の前記パッドとを位置合わせするステップと、及び
前記アセンブリを前記導電性ペースト中に含まれる重合体のガラス転移温度より高い温度に加熱するステップと
を含む、方法。
In a method of forming an integrated circuit by connecting an integrated circuit chip to a circuit board,
A thermoplastic polymer exhibiting a decomposition temperature of at least 200 ° C., a powder comprising a metal having a melting point of at least 200 ° C. and containing no oxide, and a polar organic solvent system having a boiling point of about 130 to about 300 ° C .; In addition, the conductive paste does not include a flux component, and the metal powder has an average particle size of about 20 μm or less, and the amount of the metal powder is equal to the total volume of the thermoplastic polymer and the metal powder. Providing a conductive paste that is at least about 30% by volume relative to;
Depositing the conductive paste on the pads of the chip, the circuit board, or both to align the pads of the chip and the pads of the circuit board; and the assembly comprising: Heating to a temperature above the glass transition temperature of the polymer contained in the conductive paste.
前記位置合わせステップの前に前記ペーストを前記重合体のガラス転移温度より低い温度で加熱して前記ペーストを乾燥するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載の方法。The method of claim 4, further comprising heating the paste at a temperature lower than the glass transition temperature of the polymer to dry the paste prior to the alignment step. 前記熱可塑性重合体が、ポリ(イミドユリア)、ポリ(エーテルシロキサン)、ポリ(イミドシロキサン)、ポリ(スチレンブタジエン)、ポリ(スチレンイソプレン)、ポリ(アクリロニトリルブタジエン)、ポリ(エチレン酢酸ビニル)およびポリウレタンからなるグループから選択したセグメント化共重合体であることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の方法。The thermoplastic polymer is poly (imidourea), poly (ether siloxane), poly (imidosiloxane), poly (styrene butadiene), poly (styrene isoprene), poly (acrylonitrile butadiene), poly (ethylene vinyl acetate) and polyurethane. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is a segmented copolymer selected from the group consisting of: 前記酸化物を含有しない金属が、金、銀、スズ、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、イリジウム、およびこれらの2種類以上の金属の合金からなるグループから選択された金属であることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の方法。The metal containing no oxide is a metal selected from the group consisting of gold, silver, tin, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, platinum, iridium, and alloys of these two or more metals. A method according to any one of claims 1 to 5. 前記極性有機溶剤が、アジピン酸ジメチル、安息香酸エチル、アセトフェノン、2−メトキシエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、およびこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の方法。The polar organic solvent is selected from the group consisting of dimethyl adipate, ethyl benzoate, acetophenone, 2-methoxyethyl ether, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, and mixtures thereof, 6. A method according to any one of claims 1-5. 前記導電性ペーストは再接続可能である、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の方法。The method according to claim 1, wherein the conductive paste is reconnectable. 電気部品と、回路を形成した可撓性基板とを有する可撓性回路において、
前記電気部品と前記可撓性基板との間に、少なくとも200℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも200℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約130〜約300℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストを、前記熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度で加熱して形成した電気的接続を有し、
前記金属粉末は、約20μm以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約30体積%であることを特徴とする、可撓性回路。
In a flexible circuit having an electrical component and a flexible substrate on which a circuit is formed,
Between the electrical component and the flexible substrate, a thermoplastic polymer exhibiting a decomposition temperature of at least 200 ° C., a powder comprising a metal having a melting point of at least 200 ° C. and containing no oxide, and about 130- Having an electrical connection formed by heating a conductive paste containing a polar organic solvent system having a boiling point of about 300 ° C. and not containing a flux component at a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic polymer;
The metal powder has an average particle size of about 20 μm or less, and the amount of the metal powder is at least about 30% by volume with respect to the total volume of the thermoplastic polymer and the metal powder. A flexible circuit.
第1の接続端を有する第1の回路と、第2の接続端を有する第2の回路とを有するアセンブリ構造体において、
前記第1の接続端と前記第2の接続端との間に、少なくとも200℃の分解温度を示す熱可塑性重合体、少なくとも200℃の融点を示し、酸化物を含有しない金属からなる粉末、及び、約130〜約300℃の沸点を有する極性有機溶媒系を含み、かつフラックス成分を含まない導電性ペーストを、前記熱可塑性重合体のガラス転移温度より高い温度で加熱して形成した電気的接続を有し、
前記金属粉末は、約20μm以下の平均粒径を有し、前記金属粉末の量が、前記熱可塑性重合体と前記金属粉末との合計体積に対して少なくとも約30体積%であることを特徴とする、アセンブリ構造体。
In an assembly structure having a first circuit having a first connection end and a second circuit having a second connection end,
A thermoplastic polymer exhibiting a decomposition temperature of at least 200 ° C. between the first connection end and the second connection end, a powder comprising a metal having a melting point of at least 200 ° C. and containing no oxide, and Electrical connection formed by heating a conductive paste containing a polar organic solvent system having a boiling point of about 130 to about 300 ° C. and containing no flux component at a temperature higher than the glass transition temperature of the thermoplastic polymer Have
The metal powder has an average particle size of about 20 μm or less, and the amount of the metal powder is at least about 30% by volume with respect to the total volume of the thermoplastic polymer and the metal powder. An assembly structure.
前記熱可塑性重合体が、ポリ(イミドユリア)、ポリ(エーテルシロキサン)、ポリ(イミドシロキサン)、ポリ(スチレンブタジエン)、ポリ(スチレンイソプレン)、ポリ(アクリロニトリルブタジエン)、ポリ(エチレン酢酸ビニル)およびポリウレタンからなるグループから選択したセグメント化共重合体であることを特徴とする、請求項11に記載の構造体。The thermoplastic polymer is poly (imidourea), poly (ether siloxane), poly (imidosiloxane), poly (styrene butadiene), poly (styrene isoprene), poly (acrylonitrile butadiene), poly (ethylene vinyl acetate) and polyurethane. The structure according to claim 11, wherein the structure is a segmented copolymer selected from the group consisting of: 前記酸化物を含有しない金属が、金、銀、スズ、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、イリジウム、およびこれらの2種類以上の金属の合金からなるグループから選択された金属であることを特徴とする、請求項11に記載の構造体。The metal containing no oxide is a metal selected from the group consisting of gold, silver, tin, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, platinum, iridium, and alloys of these two or more metals. The structure according to claim 11. 前記極性有機溶剤が、アジピン酸ジメチル、安息香酸エチル、アセトフェノン、2−メトキシエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、およびこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項11に記載の構造体。The polar organic solvent is selected from the group consisting of dimethyl adipate, ethyl benzoate, acetophenone, 2-methoxyethyl ether, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, and mixtures thereof, The structure according to claim 11. 前記電気的接続は、再接続可能であることを特徴とする、請求項11に記載の構造体。The structure according to claim 11, wherein the electrical connection is reconnectable.
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