KR100484449B1 - Anisotropic Conductive Adhesive with Low Electrical Resistance and High Current Carrying Capacity for High Power Modules Applications - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고출력 모듈 접속용 이방성 전도성 접착제 조성물에 관한 것으로,저 전기 저항 도전입자와, 높은 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 비도전 입자가 절연수지에 균일하게 첨가됨을 특징으로 하는 고출력 모듈 접속용 접착제 조성물을 개시한다. 상기 구성에 의한 접착제 조성물은 접속저항이 낮고 열전도도가 높으므로 기존의 이방성 전도접착제에 비해 전기적/기계적으로 우수하며 고 임계 전류밀도용 파워모듈의 접속시 매우 우수한 특성을 얻을 수 있다. The present invention relates to an anisotropic conductive adhesive composition for connecting a high power module, wherein the low electrical resistance conductive particles and the non-conductive particles having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient are uniformly added to the insulating resin. Initiate. Since the adhesive composition has a low connection resistance and high thermal conductivity, the adhesive composition has excellent electrical / mechanical properties compared to the conventional anisotropic conductive adhesive, and can obtain very excellent characteristics when connecting a power module for high critical current density.
Description
본 발명은 고출력 모듈 접속용 이방성 전도성 접착제에 관한 것으로 보다 상세하게는 저 전기 저항 도전입자와, 높은 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 비도전 입자가 절연수지에 균일하게 첨가됨을 특징으로 하는 고출력 모듈 접속용 접착제에 관한 것이다.The present invention relates to an anisotropic conductive adhesive for connecting a high power module. More specifically, a low electric resistance conductive particle and non-conductive particles having a high thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion are uniformly added to the insulating resin. It is about an adhesive.
전자 패키지 기술은 반도체 소자에서부터 최종 제품까지의 모든 단계를 포함하는 매우 광범위하고 다양한 시스템 제조 기술이다. 최근 급속히 발전하는 반도체기술은 이미 백만 개 이상의 셀(cell) 집적, 비메모리 소자의 경우 I/O 핀 개수의 다수화, 다이 크기의 대형화, 대량의 열 방출, 고전기적 성능 등의 경향으로 발전하고 있다. 그러나 상대적으로 이런 소자를 패키지하기 위한 전자 패키징 기술은 급속한 반도체 발전을 따라가지 못하고 있다.Electronic package technology is a very broad and diverse system fabrication technology that covers all stages from semiconductor devices to end products. Recent rapid development of semiconductor technology has been developed with the trend of more than one million cell integration, large number of I / O pins for non-memory devices, large die size, large amount of heat dissipation, and high performance. have. Relatively, however, electronic packaging technologies for packaging these devices have not kept up with rapid semiconductor development.
전자 패키지기술은 최종전자 제품의 성능, 크기, 가격, 신뢰성 등을 결정하는 매우 중요한 기술이다. 특히 고전기적 성능, 극소형/고밀도, 저전력, 다기능, 초고속 신호처리, 영구적 신뢰성을 추구하는 최근의 전자제품에 있어 극소형 패키지 부품은 컴퓨터, 정보통신, 이동 통신, 고급 가전제품 등의 필수부품으로서, 이중 칩을 기판에 실장하는 기술 중의 하나인 플립칩(Flip chip) 기술은 현재 스마트카드, LCD, PDP 등의 디스플레이 패키징, 컴퓨터, 휴대용 전화기, 통신시스템 등에 그 활용 범위를 넓혀 가고 있다.Electronic package technology is a very important technology that determines the performance, size, price, and reliability of the final electronic product. Particularly in the recent electronic products that pursue high performance, ultra small / high density, low power, multifunction, ultra high speed signal processing, and permanent reliability, the ultra small package parts are essential parts for computers, information communication, mobile communication, and high-end home appliances. Flip chip technology, which is one of the technologies for mounting a dual chip on a substrate, is currently expanding its use in display packaging such as smart cards, LCDs, and PDPs, computers, mobile phones, and communication systems.
하지만 플립칩 기술은 기존의 솔더를 이용한 복잡한 접속 공정, 즉 솔더 플럭스 도포, 칩/기판 정렬, 솔더 범프 리플로우, 플럭스 제거, 언더필 충진 및 경화 등의 공정을 거침으로 공정의 복잡성 및 원가 상승의 문제점이 있다. However, the flip chip technology has a complicated process of using solder, that is, solder flux coating, chip / substrate alignment, solder bump reflow, flux removal, underfill filling and hardening, and so on. There is this.
따라서 최근에는 이러한 복잡한 공정을 줄이기 위해 웨이퍼 상태에서 플럭스와 언더필의 기능을 갖는 폴리머 재료를 도포하여 가공하는 웨이퍼 차원 패키지 기술에 많은 관심을 가지고 있다. 또한 일반적인 솔더 플립 칩에 비해 저가이며, 극미세의 전극 피치가 가능하고 무연(lead free), 환경친화적인 플럭스리스(fluxless) 공정, 저온 공정 등의 장점을 가지는 전도성 접착제를 이용한 플립 칩 접속 기술에 많은 연구가 진행되고 있다. Therefore, in recent years, there has been a great deal of interest in wafer dimension package technology in which a polymer material having a function of flux and underfill is applied and processed in a wafer state to reduce such a complicated process. In addition, compared to conventional solder flip chip, it is inexpensive, has a very small electrode pitch, and has the advantages of a lead free, environmentally friendly fluxless process, and a low temperature process. Many studies are in progress.
전도성 접착제는 크게 이방성 도전 접착제(Anisotropic Conductive Adhesive), 등방성 도전 접착제(Isotropic Conductive Adhesive)로 분류되며, 기본적으로 Ni, Au/polymer, Ag 등의 도전성 입자들과 열경화성, 열가소성, 또는 이 둘의 특성을 혼합한 블랜드 타입(blend type)의 절연 수지로 구성된다. 이와 더불어 전도성 입자가 함유되지 않은 비전도성 접착제(Non-conductive adhesive)를 이용한 플립 칩 기술도 도입되고 있다.Conductive adhesives are largely classified into anisotropic conductive adhesives and isotropic conductive adhesives. Basically, conductive adhesives such as Ni, Au / polymer, and Ag, and thermosetting, thermoplastic or both It consists of a blend type insulating resin mixed. In addition, flip chip technology using a non-conductive adhesive containing no conductive particles has been introduced.
최근까지 환경 친화적인 이방성 전도성 필름이나 페이스트를 접속 재료로 하는 플립 칩 기술에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔으며, 이를 위해 이방성 전도 접착제(ACA)의 재료 개발, ACA 플립 칩 기술의 응용에 관한 연구가 확산되고 있다. 도전입자들로서는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 카본, 금속 코팅된 폴리머 볼(metal coated polymer ball), 솔더 등의 물질이 사용되는데, 도전입자의 종류와 함량에 따라 ACA를 이용한 접속의 전기전도기구 및 전기전도도 등의 접속특성이 달라진다. Until recently, research on flip chip technology using an anisotropic conductive film or paste, which is environmentally friendly, has been actively conducted. To this end, research on the development of anisotropic conductive adhesive (ACA) materials and the application of ACA flip chip technology has been spreading. have. As the conductive particles, materials such as silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), carbon, metal coated polymer balls, and solder are used. Depending on the type and content of the conductive particles, ACA may be used. The connection characteristics such as the electrical conduction mechanism and the electrical conductivity of the connection using are different.
Ag는 등방성 전도 접착제의 도전입자로서 가장 많이 쓰이는 물질이며, 고가와 높은 전기화학적 활성을 가지지만, Ag 옥사이드 조차 매우 좋은 전도물질로서 높은 전기전도도를 가지는 장점이 있다. Ag is the most widely used material as the conductive particles of the isotropic conductive adhesive, and has a high cost and high electrochemical activity, but even Ag oxide has a high electrical conductivity as a very good conductive material.
Cu는 전도성 접착제에 사용되기 위한 노력이 계속 되었으나 고온고습환경에서의 구리 산화막의 높은 저항 때문에 널리 사용되어지지 못하였다. 구리 입자가 벤조트리아졸이나 이미다졸과 안정적인 복합체를 이룬 형태가 이용되기도 하지만 여러 분야에 응용되기에는 표면 산화에 의한 높은 저항특성의 한계가 있다. 다만 Ag 코팅 등으로 안정성을 향상시킬 수는 있으나 역시 Ag 전자 이동(electromigration) 등의 한계가 있고 솔더 입자와 함께 접착제 내에 혼합하여 사용하기도 하지만 솔더 반응을 일으켜야 하는 단점이 있다. Cu has continued to be used in conductive adhesives but has not been widely used due to the high resistance of copper oxides in high temperature and high humidity environments. Although copper particles may be used in the form of a stable complex with benzotriazole or imidazole, there is a limit of high resistance characteristics due to surface oxidation to be applied in various fields. However, Ag coating can improve stability, but also has limitations such as Ag electron migration (electromigration), and may be used by mixing in the adhesive with solder particles, but there is a disadvantage in that solder reaction should occur.
반면 니켈은 Cu에 비해 상대적으로 내산화성이 있으며, 저가이지만 작고 균일한 크기의 입자를 만들기가 어렵고, 저항이 상대적으로 높으며 고온 고습환경에서의 표면 산화의 문제가 있다. Nickel, on the other hand, has a relatively oxidation resistance compared to Cu, and is inexpensive, but it is difficult to form small, uniformly sized particles, has a relatively high resistance, and has a problem of surface oxidation in a high temperature and high humidity environment.
금속이 코팅된 폴리머 입자나 비금속입자는 이방성 전도성 필름/접착제에 자주 쓰이며 입자의 변형량이 커서 안정한 접촉면적을 이룰 수 있는 장점이 있다. Metal-coated polymer particles or non-metal particles are often used in anisotropic conductive films / adhesives and have a large amount of deformation of the particles, thereby achieving a stable contact area.
현재 이방성 전도 필름/접착제의 가장 많이 쓰이는 도전입자로서는 Ni과, Ni 또는 Au 등의 금속 코팅된 폴리머 입자가 있다. 이방성 전도 필름 내의 도전입자의 함량은 작기 때문에 전기적 접속재료로서의 중요한 특성인 전기전도도 및 임계전류밀도(Current Carrying Capability)는 도전입자의 함량, 변형량, 저항, 피접착물의 구조 및 물질 등에 밀접하게 영향을 받는다. 특히 고주파에서 전기저항의 증가를 최소화시키기 위해서는 입자 표면의 조도가 낮아야 하고 전기전도도가 높아야 한다. 금이 코팅된 폴리머 입자와 니켈 입자의 경우, 약 20∼40mΩ의 저항을 가지며 임계전류밀도는 2000mA 라고 보고되고 있고 또한 Ag 입자의 경우 6mΩ의 저항을 가지며 임계전류밀도는 4000mA이나 이들은 전자이동(electromigration) 등의 문제가 있어 사용에 제한적이다. The most commonly used conductive particles of anisotropic conductive films / adhesives are Ni and metal coated polymer particles such as Ni or Au. Since the content of the conductive particles in the anisotropic conductive film is small, the electrical conductivity and the current carrying capacity, which are important characteristics of the electrical connection material, are closely influenced by the content of the conductive particles, the amount of deformation, the resistance, and the structure and material of the adherend. Receive. In particular, in order to minimize the increase of the electrical resistance at high frequencies, the surface roughness of the particles should be low and the electrical conductivity should be high. Gold-coated polymer particles and nickel particles have a resistance of about 20 to 40 mΩ and a critical current density of 2000 mA, and Ag particles have a resistance of 6 mΩ and a critical current density of 4000 mA, but these are electromigration. There are problems such as
본 발명은 상기 종래 플립칩 접속 공정용 이방성 전도 접착제가 지니는 단점인 높은 전기 접촉저항과 낮은 열전도도를 극복하기 위한 수단을 제공하고자 한다. 따라서 본 발명의 목적은 저 전기 저항 도전입자와 높은 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 비도전 입자가 폴리머 절연수지에 균일하게 첨가된 고출력 모듈 접속용 접착제를 제작함에 있다. The present invention seeks to provide a means for overcoming high electrical contact resistance and low thermal conductivity which are disadvantages of the anisotropic conductive adhesive for the conventional flip chip connection process. Accordingly, an object of the present invention is to produce a high power module connection adhesive in which low electrical resistance conductive particles and non-conductive particles having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient are uniformly added to a polymer insulating resin.
본 발명은 고출력 모듈 접속용 이방성 전도성 접착제로서,The present invention is an anisotropic conductive adhesive for high power module connection,
저 전기 저항 도전입자와, 높은 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 비도전 입자가 절연수지에 균일하게 첨가됨을 특징으로 하는 고출력 모듈 접속용 접착제 조성물을 포함한다.An adhesive composition for high power module connection comprising low electrical resistance conductive particles and non-conductive particles having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient are uniformly added to the insulating resin.
상기 본 발명의 이방성 전도성 접착제는 필름 또는 페이스트 형태의 것을 포함한다.The anisotropic conductive adhesive of the present invention includes a film or paste form.
본 발명에 적용되는 도전 입자는 접속저항을 줄이기 위해 전기전도도가 높은 입자들로부터 선택되어진다. 바람직하기로는 접속저항을 충분히 줄이기 위해서는 도전 입자가 가지는 비저항이 0.1∼2 μΩㆍcm의 범위에 포함될 것이 요구된다. 상기 조건을 만족하는 도전 입자의 예를 들면 구리 또는 금으로 코팅된 구리분말 등이 있으며 단독으로 또는 혼용하여 적용함이 가능하다. The conductive particles applied to the present invention are selected from particles having high electrical conductivity in order to reduce connection resistance. Preferably, in order to reduce connection resistance sufficiently, the specific resistance which electroconductive particle has is required to be contained in the range of 0.1-2 micrometer * cm. Examples of the conductive particles satisfying the above conditions include copper powder coated with copper or gold, and may be applied alone or in combination.
상기 예시된 입자들은 모두 낮은 전기 저항과 전자 이동(electromigration)에 내성이 큰 재료들로서 플립칩 접속시 전기적 접속특성과 사용임계전류를 개선할 수 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만 바람직하기로 상기 도전 입자는 3㎛∼20㎛ 크기의 입자로부터 선택가능하다.The above-described particles are all materials having low electrical resistance and high resistance to electron migration, and thus can improve the electrical connection characteristics and the use critical current in flip chip connection. Although not particularly limited, the conductive particles are preferably selected from particles having a size of 3 μm to 20 μm.
상기와 같은 도전 입자는 첨가량에 있어 특별한 한정을 요하는 것은 아니지만 공정상 접속저항의 감소와 임계전류밀도의 증가를 위해 절연수지 중량대비 5∼30 중량% 첨가함이 바람직하다. 다만 전술한 상기 도전입자의 저항값 및 첨가량은 본 발명에서 기대하는 효과를 최적화하기 위해 설정된 일예시에 불과한 것으로 본 발명의 권리범위는 반드시 이들에 한정되지는 아니한다.The conductive particles as described above do not require a special limitation in the amount of addition, but it is preferable to add 5 to 30% by weight of the insulating resin in order to reduce the connection resistance and increase the critical current density in the process. However, the above-described resistance value and the amount of the conductive particles are merely one example set to optimize the effect expected in the present invention, and the scope of the present invention is not necessarily limited thereto.
상기 도전 입자를 절연수지에 균일하게 혼입시키기 위해 바람직하기로는 소정의 시약으로 표면처리된 도전 입자가 사용될 수 있다. 상기 사용가능한 표면 처리제로서 예를 들면 실란 커플링제 또는 메틸에틸키톤(MEK), 톨루엔에서 선택된 적어도 1종이 있다. 입자의 응집이 일어나는 경우 제품의 전기적, 기계적 특성 특히 저 전기저항/고 임계전류밀도 특성이 저하될 우려가 있다. 상기 표면 처리제는 도전 입자의 표면에 작용하여 비도전 입자와의 응집을 방지해 주는 기능을 수행한다.In order to uniformly incorporate the conductive particles into the insulating resin, conductive particles surface-treated with a predetermined reagent may be used. As the usable surface treatment agent there is at least one selected from, for example, a silane coupling agent or methyl ethyl ketone (MEK), toluene. When agglomeration of particles occurs, there is a fear that the electrical and mechanical properties of the product, in particular the low electrical resistance / high critical current density characteristics, are degraded. The surface treating agent functions to act on the surface of the conductive particles to prevent aggregation with the non-conductive particles.
본 발명에 적용되는 비도전 입자는 높은 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 입자들로부터 선택되어진다. 본 발명의 최적의 실시를 보장하기 위해서는 적용되는 비전도 입자의 열전도도가 150∼400 W/m℃의 범위이며, 또한 열팽창계수가 2∼10 ppm/℃의 범위를 만족하는 입자로부터 선택되어지는 것이 바람직하다. 상기 조건을 만족하는 비도전 입자의 예를 들면 SiC, AlN, Al2O3 등이 있으며 단독으로 또는 2이상 혼용하여 적용함이 가능하다. 상기 예시된 입자들은 특히 고출력모듈(high power module)의 플립칩 동작시 발생하는 열을 효과적으로 방출시키며 열응력을 최소화시킴과 동시에 임계전류밀도를 개선시킬 수 있다.Non-conductive particles applied in the present invention are selected from particles having high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion. In order to ensure optimal implementation of the present invention, the thermal conductivity of the non-conductive particles to be applied is selected from particles having a thermal conductivity in the range of 150 to 400 W / m ° C and satisfying a thermal expansion coefficient of 2 to 10 ppm / ° C. It is preferable. Examples of the non-conductive particles satisfying the above conditions include SiC, AlN, Al 2 O 3 and the like, which may be applied alone or in combination of two or more. Particles exemplified above can effectively release heat generated during flip chip operation of a high power module, minimize thermal stress, and improve critical current density.
특별히 한정되는 것은 아니지만 바람직하기로 상기 비도전 입자는 도전 입자 크기의 약 20% 정도에 해당하는 0.65㎛∼4㎛ 크기의 입자로부터 선택된다.Although not particularly limited, the non-conductive particles are preferably selected from particles having a size of 0.65 μm to 4 μm, corresponding to about 20% of the size of the conductive particles.
상기와 같은 비도전 입자는 첨가량에 있어 특별한 한정을 요하는 것은 아니지만 플립칩 동작 시 발생하는 열을 효과적으로 방출시키며 열응력을 최소화하기 위해서는 절연수지 중량대비 10∼60 중량% 첨가함이 바람직하다. 다만 전술한 상기 비도전 입자의 열전도도 및 열팽창계수는 본 발명에서 기대하는 효과를 최적화하기 위해 설정된 일예시에 불과한 것으로 본 발명의 권리범위는 반드시 이들에 한정되지는 아니한다.The non-conductive particles as described above do not require special limitation in addition amount, but in order to effectively release heat generated during flip chip operation and to minimize thermal stress, it is preferable to add 10 to 60% by weight of the insulating resin. However, the above-described thermal conductivity and thermal expansion coefficient of the non-conductive particles are just one example set to optimize the effect expected in the present invention, and the scope of the present invention is not necessarily limited thereto.
상기 비도전 입자를 절연수지에 상기 도전 입자와 함께 균일하게 혼입시키기 위해 바람직하기로는 소정의 시약으로 표면처리된 비도전 입자가 사용될 수 있다. 상기 사용가능한 표면처리제로서 예를 들면 실란 커플링제, 메틸에틸키톤(MEK), 톨루엔에서 선택된 적어도 1종이 있다. 이들 표면 처리제는 도전 입자에서와 마찬가지로 비도전 입자의 표면에 작용하여 도전 입자와의 응집을 방지해 주는 기능을 수행한다. 상기 표면처리과정의 구체적인 예를 들면 다음과 같다. 도전입자와 비도전 입자를 표면처리제가 함유된 유기용매(예를 들면 실란 커플링제를 함유한 톨루엔 용액)에 넣어 표면반응시키고 원심분리하여 표면처리된 분말을 준비함으로써 에폭시 레진과의 친밀성을 높이고 입자간의 응집을 감소시킬 수 있다.In order to uniformly incorporate the non-conductive particles together with the conductive particles in the insulating resin, non-conductive particles surface-treated with a predetermined reagent may be used. As the usable surface treatment agent, for example, at least one selected from a silane coupling agent, methyl ethyl ketone (MEK) and toluene is mentioned. These surface treating agents act on the surface of the non-conductive particles as in the conductive particles to prevent aggregation with the conductive particles. Specific examples of the surface treatment process are as follows. The conductive particles and the non-conductive particles are placed in an organic solvent containing a surface treating agent (for example, a toluene solution containing a silane coupling agent), and then surface-reacted and centrifuged to prepare a surface-treated powder, thereby increasing the intimacy with the epoxy resin. Aggregation between particles can be reduced.
절연 수지는 플립칩 공정에 사용가능한 공지의 어떠한 재료라도 무방하며 특별한 한정을 요하지 아니한다. 따라서 열경화성, 열가소성 수지 및 이들 두 수지의 혼합형 절연수지가 여기에 포함될 수 있다. 상기 절연수지로서 사용가능한 구체적인 수지의 원료로는 예를 들면 액체 에폭시, 고체 에폭시, 페녹시 수지 등이 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 절연수지로서 상기의 원료수지 중 비스페놀 A 또는 F 타입의 에폭시 수지 또는 비스페놀 A와 F타입의 페녹시 수지를 약 90℃에서 일정 시간(24∼36시간) 정도 유기용매(톨루엔:MEK=3:1 vol%)로 교반하면서 혼합시켜 얻은 열경화성 수지를 준비하였다. The insulating resin may be any known material that can be used in the flip chip process and does not require any special limitation. Thus, thermosetting, thermoplastic resins and mixed insulating resins of these two resins can be included here. Examples of the raw material of the specific resin usable as the insulating resin include liquid epoxy, solid epoxy, phenoxy resin, and the like. In a preferred embodiment of the present invention, as the insulating resin, bisphenol A or F type epoxy resins or bisphenol A and F type phenoxy resins are used at about 90 ° C. for about a predetermined time (24 to 36 hours). A thermosetting resin obtained by mixing with toluene: MEK = 3: 1 vol%) was prepared.
상기 본 발명의 이방성 전도성 접착제 조성물은 필름 형성과정 중 경화를 촉진하기 위해 소정의 경화제를 첨가할 수 있다. 이때 첨가 가능한 경화제의 예를 들면 이미다졸계의 경화제가 있으며, 절연수지 중량대비 5∼30 중량% 첨가함이 신속한 경화특성을 보유함에 있어 바람직하다.The anisotropic conductive adhesive composition of the present invention may add a predetermined curing agent to promote curing during the film forming process. At this time, for example, there may be an imidazole-based curing agent, and the addition of 5 to 30% by weight based on the weight of the insulating resin is preferable in retaining rapid curing characteristics.
이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only presented to understand the content of the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to these embodiments.
<실시예 1> 이방성 전도성 접착제의 제조Example 1 Preparation of Anisotropic Conductive Adhesive
접착제의 제조에 사용할 절연수지로 고상의 비스페놀 A 타입 에폭시 수지를 20중량%, 액상의 비스페놀 F 타입 에폭시 수지를 45중량%, 고상의 페녹시 수지를 35중량%의 함량으로 혼합하여 수지 혼합물을 준비하고 90℃에서 24시간동안 톨루엔:MEK=3:1 vol% 용매에 넣고 교반하여 혼합시켰다. 도전입자인 5㎛ 구리입자와 비도전 입자인 1㎛ SiC 입자의 고른 분산을 위해 입자의 표면을 γ-글리시독시프로필-트리메톡시실란(γ-glycidoxypropyl-trimethoxysilane)을 주성분으로 하는 용액으로 화학처리하여 표면처리를 시행하였다. A resin mixture is prepared by mixing 20 wt% solid bisphenol A type epoxy resin, 45 wt% liquid bisphenol F type epoxy resin, and 35 wt% solid phenoxy resin as an insulating resin to be used for the preparation of the adhesive. And toluene: MEK = 3: 1 vol% solvent at 90 ° C. for 24 hours to mix. For even distribution of 5 µm copper particles, which are conductive particles, and 1 µm SiC particles, which are non-conductive particles, the surface of the particles is chemically composed of γ-glycidoxypropyl-trimethoxysilane. The surface treatment was performed by treatment.
상기 절연 수지를 함유한 혼합물에 혼합물의 중량을 기준으로 하여 도전입자 10중량%, 비도전입자 30중량%를 혼합하였다. 이후 입자들간의 응집을 방지하기 위해 γ- 글리시독시프로필-트리메톡시실란 1 중량%를 추가로 첨가하여 혼합하였다. 상기 혼합물에 이미다졸계 경화제 30 중량%를 혼합하였다. 상기 조성에 의한 혼합물을 닥터블래이드 방법을 이용하여 두께 50㎛의 필름을 제조하였다. 용매는 80℃에서 2분간 방치하여 제거하였다.10 wt% of the conductive particles and 30 wt% of the non-conductive particles were mixed with the mixture containing the insulating resin based on the weight of the mixture. Then 1% by weight of γ-glycidoxypropyl-trimethoxysilane was further added and mixed to prevent aggregation between the particles. 30 wt% of the imidazole series curing agent was mixed with the mixture. The mixture according to the above composition was prepared using a doctor blade method to produce a film having a thickness of 50 μm. The solvent was removed by leaving at 80 ° C. for 2 minutes.
도 1은 상기 과정을 거쳐 얻어지는 이방성 전도성 접착제의 단면의 구조로서 도전입자인 구리(1)와 비도전 입자인 SiC(2)가 균일하게 분포되어 있는 상태를 도시하고 있다.FIG. 1 shows a state in which copper (1) as a conductive particle and SiC (2) as a non-conductive particle are uniformly distributed as a cross-sectional structure of an anisotropic conductive adhesive obtained through the above process.
<실시예 2> 이방성 전도성 접착제를 이용한 플립칩 접속Example 2 Flip Chip Connection Using Anisotropic Conductive Adhesive
본 발명의 실시예에 따른 전도성 접착제를 기판에 도포한 후 비솔더 범프가 형성되어 있는 칩을 정렬한 뒤, 열과 압력을 가해 플립 칩 접속을 수행하였다. 전도성 접착제를 기판에 도포하는 공정은, 필름의 경우 접착제가 있는 면을 기판 위에서 80℃, 5kgf/㎠의 온도와 압력으로 압착한 후 이형지 필름을 제거함으로써 이루어진다. After applying the conductive adhesive according to the embodiment of the present invention, the chips having the non-solder bumps were aligned, and then flip-chip connection was performed by applying heat and pressure. The process of applying the conductive adhesive to the substrate is performed by pressing the surface with the adhesive on the substrate at a temperature and pressure of 80 ° C. and 5 kgf / cm 2 on the substrate, and then removing the release paper film.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 접착제가 페이스트형인 경우, 분사장비 또는 스크린 프린터(screen printer)를 사용하여 기판 위에 원하는 모양으로 일정량 도포한다. 상기 본 발명의 전도성 접착제는 비교적 투명하므로 기판의 전극과 칩의 범프와의 정렬이 가능하다. 150℃ 정도의 온도에서의 열 압착시 본 발명의 전도성 접착제는 비교적 빠른 시간인 5분 이내에 경화될 수 있는 경화특성을 갖는다.When the conductive adhesive according to an embodiment of the present invention is a paste, a predetermined amount is applied to a desired shape on the substrate using a spraying device or a screen printer. Since the conductive adhesive of the present invention is relatively transparent, the electrode of the substrate and the bump of the chip can be aligned. When thermally compressed at a temperature of about 150 ° C., the conductive adhesive of the present invention has a curing property that can be cured within a relatively fast time of 5 minutes.
도 2는 상기 과정을 거쳐 얻어지는 플립칩 접속상태를 보여주며, 칩의 알루미늄 패드(4) 상에 형성된 무전해 니켈/구리범프(5)와 기판의 금속패드(3)와의 사이에 도전입자(1) 및 비도전 입자(2)가 매개함을 보여주고 있다.2 shows a flip chip connection state obtained through the above process, wherein the conductive particles 1 are formed between the electroless nickel / copper bumps 5 formed on the aluminum pad 4 of the chip and the metal pad 3 of the substrate. ) And the non-conductive particle 2 are shown.
도 3은 상기 실시예의 결과물을 이용해 종래 이방성 전도성 접착제(Ni-ACF, SONY-ACF, Pb/Sn 솔더)와 접속저항을 비교측정한 결과로서 종래의 접착제에 비해 특성이 매우 향상되었음을 알 수 있다. 3 is a result of comparing and measuring connection resistance with conventional anisotropic conductive adhesives (Ni-ACF, SONY-ACF, Pb / Sn solder) using the result of the embodiment, it can be seen that the properties are significantly improved compared to the conventional adhesive.
본 발명에 의하면 전기 접속저항이 낮고 열전도도가 높으므로 기존의 이방성 전도접착제에 비해 전기적/열적/기계적으로 우수하며 고 임계전류밀도용 파워모듈의 플립 칩 접속시 매우 우수한 특성을 얻을 수 있다. According to the present invention, since the electrical connection resistance is low and the thermal conductivity is high, the electrical / thermal / mechanical superiority to the conventional anisotropic conductive adhesive can be obtained, and very excellent characteristics can be obtained in flip chip connection of a power module for high critical current density.
도 1은 이방성 전도성 접착제의 단면도1 is a cross-sectional view of an anisotropic conductive adhesive
도 2는 이방성 전도성 접착제를 이용하여 파워모듈의 플립칩 접속을 수행한 경우의 단면도 2 is a cross-sectional view of a flip chip connection of a power module using an anisotropic conductive adhesive
도 3은 저저항 이방성 전도성 접착제의 접속저항3 is a connection resistance of the low resistance anisotropic conductive adhesive
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