KR101221148B1

KR101221148B1 - 이방성 도전 재료

Info

Publication number: KR101221148B1
Application number: KR1020097021008A
Authority: KR
Inventors: 미노루 우에시마
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2013-01-10
Also published as: EP2131450A1; EP2608642A1; CN103106951A; JP4983913B2; US8343383B2; EP2131450A4; EP2131450B1; EP2608642B1; JPWO2008111615A1; KR20090118112A; CN101675558B; CN101675558A; US20100053924A1; WO2008111615A1; CN103106951B

Abstract

과제

도전성 입자로서 저융점 입자를 사용했던 종래의 이방성 도전 재료는, 양호한 도통이 필요한 상하 방향의 도체간의 도전율이 낮고, 게다가 높은 절연 저항을 필요로 하는 인접 도체간의 절연 저항이 낮은 것이었다.

해결 수단

본 발명의 이방성 도전 재료는, 저융점 입자의 고상선 온도가 125 ℃ 이상, 피크 온도가 200 ℃ 이하이고, 고상선 온도와 피크 온도의 온도차가 15 ℃ 이상이다. 또한 혼입되는 저융점 입자 중 큰 저융점 입자의 최대 직경은 인접 도체간의 1/4 보다 작다.

이방성 도전 재료

Description

이방성 도전 재료{ANISOTROPIC ELECTROCONDUCTIVE MATERIAL}

본 발명은, 액정 디바이스나 플라스마 디스플레이의 LCD 와 FPC 등의 인쇄 회로나 프린트 기판과의 접합에 사용되는, 열경화성의 절연 수지 중에 도전성 입자가 포함되어 있는 이방성 도전 재료에 관한 것이다.

LCD 등의 액정 디바이스는, 내열성이 없기 때문에 FPC (플렉시블 기판) 와의 접합에는, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지의 바인더 성분과 Ni 입자 등의 도전성 입자를 사용하여, 열압착에 의해 접합되는 이방 도전성 접착제 등의 이방 도전성 재료가 사용되고 있다. 이 이방성 도전 재료란, 구형의 도전성 입자가 분산된 열경화성의 절연 수지를 서로 대향하는 기판 사이에 끼우고, 가열하면서 두께 방향으로 가압함으로써 상하 방향으로 도전성이, 그리고 가로 방향의 인접하는 도체간에는 절연성이 있다는 이방성을 나타내는 것이다.

여기서 이방성 도전 재료를 사용하여 기판간을 접합시키는 상태에 대해 설명한다. 도 1 은 기판간의 접합을 설명하기 전의 모식도이고, 도 2 는 접합 후를 설명하는 모식도이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이 하부 기판 (1) 에는 복수의 도체 (2…) 가 형성되어 있고, 그 기판과 접합되는 상부 기판 (3) 에도, 하부 기판의 도체 (2…) 와 동일 위치에 복수의 도체 (4…) 가 형성되어 있다. 하부 기판 (1) 과 상부 기판 (3) 을 각각의 도체 (2… 와 4…) 가 일치하도록 위치 맞춤하고, 하부 기판 (1) 과 상부 기판 (3) 사이에 이방성 도전 재료인 이방성 도전 필름 (5) 을 끼운다. 이방성 도전 필름 (5) 은 열경화성 수지 (6) 중에 다수의 도전성 입자 (7…) 가 분산되어 있다.

그리고 도 2 에 나타내는 바와 같이 상부 기판 (3) 위에 히터 블록 (8) 을 탑재하여 하방으로 가압함과 함께 가열을 실시하면, 이 열압착에 의해 이방성 도전 필름 (5) 은 연화되어 상하의 도체 (2 와 4) 간 (이하, 상하 도체간이라고 한다) 이 좁아진다. 이 때 상하 도체간에 끼워진 도전성 입자 (7) 가 상하의 도체 (2, 4) 에 접하여 도통한다. 그리고 다시 가열이 진행되면, 열경화성 수지 (6) 는 액화되어 하부 기판 (1) 과 상부 기판 (3) 을 점착시킨다. 인접하는 도체간 (이하, 인접 도체간이라고 한다) 에 있는 도전성 입자는, 주위가 열경화성 수지로 충전되어 다른 도전성 입자와 접촉되어 있지 않기 때문에, 도통에 전혀 관계없이 열경화성 수지 중에 존재하고 있다. 이 후에, 다시 히터 블록 (8) 에서의 가열이 속행되어 열경화성 수지의 경화 온도에 도달하면, 열경화성 수지 (6) 는 경화되어, 상하의 기판이 강고하게 접합된다. 이것이 이방성 도전 재료를 사용한 기판의 접합 메커니즘이다.

이방성 도전 재료에 사용하는 도전성 입자에는, 고융점 입자와 저융점 입자가 있다. 이 고융점 입자로는, 금, 은, 니켈 등의 금속 입자가 있고, 또한 세라믹스나 플라스틱 등의 비금속 입자의 표면에 니켈이나 금 등을 피복한 것이 있 다. 이들 고융점 입자는, 열압착시에는 용융되지 않고, 접합 후에도 원래의 입자형(型)을 유지하고 있다. 그리고 저융점 입자로는, Pb-63Sn, Pb-5Sn, Sn-3.5Ag, Sn-In, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Zn-Bi, Sn-Ag-Bi, Sn-Ag-Bi-In 등이 있다. 저융점 입자는, 열압착시에 용융되는 것이다 (특허문헌 1 ～ 7).

그런데 이방성 도전 재료에 있어서의 상하 도체간의 도통 원리는, 도전성 입자가 상하의 도체간을 전기적으로 도통함으로 인한 것인데, 도전성 입자가 도통하는 상태는, 고융점 입자와 저융점 입자에서는 크게 상이하다. 여기서 고융점 입자와 저융점 입자에 있어서의 도체간의 도통 상태에 대해 설명한다.

고융점 입자에 있어서의 상하 도체간에서의 도통은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 하부 기판 (1) 의 도체 (2) 와 상부 기판 (3) 의 도체 (4) 사이의 상하 도체간 (9) 에 위치하고 있던 고융점 입자 (7(K)) 는, 열압착 장치에 의해 열압착되면, 먼저 열경화성 수지 (6) 가 연화된 시점에서 고융점 입자 (7(K)) 는 열경화성 수지 (6) 를 밀어내고 상하의 도체 (2, 4) 에 도달하여, 고융점 입자 (7(K)) 와 도체 (2, 4) 는 접촉되어 도통하게 된다. 이 접촉은 평면인 도체와 구인 고융점 입자의 접촉이기 때문에, 구의 일부가 평면에 접촉된다는 점 접촉이다. 그리고 더욱 승온시켜 열경화성 수지가 액화되면, 액화된 열경화성 수지가 상하의 기판 (1, 3) 을 점착시킨다. 그 후, 다시 가열이 진행되어 열경화성 수지의 경화 온도가 되면, 열경화성 수지는 경화되어 상하의 기판 (2, 4) 을 강고하게 접합시킨다. 이 때 인접 도체간 (10) 에 있는 고융점 입자 (7(K)) 는 도체와 접촉되어 있지 않기 때문에, 도통에 관계하지 않는다.

다음으로, 저융점 입자에 있어서의 상하 도체간의 도통은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 하부 기판 (1) 의 도체 (2) 와 상부 기판 (3) 의 도체 (4) 사이의 상하 도체간 (9) 에 놓인 저융점 입자 (7(T)) 는, 열압착 장치에 의해 열압착되면, 먼저 열경화성 수지 (6) 가 연화된 시점에서 저융점 입자 (7(T)) 는 열경화성 수지 (6) 를 밀어내고 상하의 도체 (2, 4) 에 도달하여, 저융점 입자 (7(T)) 와 도체 (2, 4) 는 접촉된다. 그리고 더욱 승온시키면, 액화된 열경화성 수지가 상하의 기판 (1, 3) 을 점착시킴과 함께, 저융점 입자 (7(T)) 는 용융되고, 접촉되어 있던 도체 (2, 4) 에 젖어 금속적으로 접합된다. 이 때 인접 도체간 (10) 에 있는 저융점 입자 (7(T)) 는 용융되지만, 도체와 접촉되어 있지 않기 때문에, 표면 장력으로 구형을 유지하고 있다. 그 후, 다시 승온시켜 열경화성 수지의 경화 온도가 되면, 열경화성 수지는 경화되어 상하의 기판 (2, 4) 을 강고하게 접합시킨다. 그래서 열압착 장치에서의 가열을 멈추면 용융되어 있던 저융점 입자는 고화되어 상하의 도체 (2, 4) 간을 완전히 금속적으로 접합시킨다.

이들 이방성 도전성 재료에서의 접합 후의 고융점 입자와 저융점 입자의 신뢰성을 비교하면, 저융점 입자가 우수하다. 그 이유는, 입자와 도체 사이의 접합 상태에 있다. 요컨대 고융점 입자의 도통은, 고융점 입자와 도체가 전술한 바와 같이 점 접촉에 의한 도통인데, 이와 같은 접촉 상태에서는 접촉 불량을 일으키는 경우가 있다. 이것은 이방성 도전 재료로 상하 도체간을 접합시킨 후에, 접합체인 기판이 휘거나 비틀리면, 그 변형이 이방성 도전 재료에도 미치므로, 점 접촉되어 있던 고융점 입자와 도체 사이가 떨어져 버리기 때문이다. 또한 이방 성 도전 재료로 접합시킨 기판이 장착된 전자 기기는, 트랜스나 파워 트랜지스터와 같이 사용시에 발열하는 것이 동시에 장착되어 있으면, 전자 기기의 케이스 내는 사용시에 고온이 되고, 사용을 정지시켰을 때에 실온으로 되돌아오는데, 실온으로 되돌아올 때에 전자 기기 내의 모든 지점에서 결로된다. 이 결로에 의한 수분이 이방성 도전 재료 중에 침입하면, 이방성 도전 재료 중의 수지가 팽윤되어, 전술한 기판의 휨이나 비틀림과 동일하게 고융점 입자와 도체 사이의 접촉 불량을 일으켜 버린다.

한편, 저융점 입자는 도체와 강고한 금속적 접합을 갖기 때문에, 기판이 휘거나, 비틀리거나, 나아가서는 이방성 도전 재료 중의 수지가 수분에 의해 팽윤되어도, 도체와 저융점 입자는 쉽게 박리되지 않는다. 이것이 저융점 금속 입자를 사용한 이방성 도전 재료에 있어서, 고융점 입자를 사용한 이방성 도전 재료보다 신뢰성이 우수한 까닭이다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평8-186156호

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평10-112473호

특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 평11-176879호

특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 평11-186334호

특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 2002-26070호

특허문헌 6 : 일본 공개특허공보 2000-217239호

특허문헌 7 : 일본 공개특허공보 2006-108523호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

상기 서술한 바와 같이 저융점 입자를 사용한 이방성 도전 재료는, 고융점 입자를 사용한 것보다 우수하지만, 종래의 저융점 입자를 사용한 이방성 도전 재료는 상하 도체간의 접속 저항이 크거나, 인접 도체간의 절연 저항이 작다는 문제가 있었다. 본 발명은, 종래의 저융점 입자를 사용한 도전성 재료의 문제를 해결한 이방성 도전 재료를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자가 종래의 저융점 입자를 사용한 이방성 도전 재료 (이하, 간단히 이방성 도전 재료라고 한다) 에 있어서의 문제점에 대해 예의 검토한 결과, 저융점 입자의 용융시의 유동성이 크게 영향을 미치고 있는 것을 알 수 있었다. 요컨대 종래의 이방성 도전 재료에서는, 열경화성 수지가 가열되면, 연화되고 나서 액화되고, 다시 가열이 진행되어 경화 온도에 도달하였을 때에 경화된다. 이 열경화성 수지가 경화되기 전에, 저융점 입자가 용융되고, 액화된 열경화성 수지 내에서 유동하여 도체에 젖음으로써 접합되는 것이다. 이 접합의 메커니즘으로부터 이방성 도전 재료로는, 저융점 입자를 열경화성 수지의 경화 전에 신속하게 유동시켜 도체에 젖게 하기 위해, 저융점 입자는 유동성이 양호한 것이 적합한 것으로 생각되었던 것이다.

일반적으로 저융점 합금은, 고상선 온도와 액상선 온도의 응고 범위가 전혀 없는 공정 (共晶) 조성인 것이나, 혹은 공정 조성이 아니라도 고상선 온도와 액상선 온도 사이의 응고 범위가 매우 좁은 것일수록 유동성은 양호하다. 그래서 종래에, 이방성 도전 재료에 사용되었던 저융점 입자는, Pb-63Sn (공정 온도 : 183 ℃), Sn-58Bi (공정 온도 139 ℃), Sn-52In (공정 온도 : 117 ℃), Sn-3.5Ag (공정 온도 : 221 ℃) 등의 공정 조성이나, Sn-3Ag-0.5Cu (고상선 온도 : 217 ℃, 액상선 온도 : 221 ℃, 응고 범위 : 4 ℃) 와 같이 응고 범위가 좁아 유동성이 양호한 것이었다.

그러나 공정 조성이나 응고 범위가 좁은 저융점 입자를 사용한 이방성 도전 재료에서는, 유동성이 지나치게 양호하기 때문에, 열압착시켰을 때에, 상하 도체간으로부터 인접 도체간으로 압출된 수지와 함께 저융점 입자도 인접 도체간으로 이동해 버린다. 그 결과, 상하 도체간에 존재하는 저융점 입자가 적어져 상하 도체간의 접속 저항이 커지고, 또한 인접 도체간에 존재하는 저융점 입자가 많아져 인접 도체간의 절연 저항이 작아져 버리는 것이었다.

본 발명자는, 종래의 이방성 도전 재료는 열경화성 수지가 액화된 시점에서 저융점 입자가 유동해 버려 전술한 바와 같은 문제가 일어나기 때문에, 열경화성 수지가 경화 온도에 도달할 때까지는 저융점 입자가 유동하지 않도록 하는 것, 요컨대 저융점 입자가 수지의 경화 전까지 완전히 용융되지 않으면 저융점 입자는 유동하지 않아, 전술한 바와 같은 문제는 발생하지 않게 되는 것에 주목하여 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 열경화성 수지 중에 다수의 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료에 있어서, 도전성 입자는 DSC 에서의 고상선 온도가 125 ℃ 이상이고, 피크 온도가 200 ℃ 이하임과 함께, 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상인 저융점 입자인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료이다.

본 발명의 이방성 도전 재료 중의 도전 입자의 용융 온도는, 125 ℃ 이상의 고상선 온도를 갖는 것으로 하였다. 이는, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지가 완전히 액화되는 온도가 120 ℃ 전후인 것, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지가 150 ℃ 인 경우가 많은 것, 및 차재 부품이나 전원 회로 등의 고온에 노출되는 지점에 대한 사용이어도 125 ℃ 이상이면 신뢰성을 유지할 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 이방성 도전 재료 중의 도전 입자의 용융 온도는, 200 ℃ 이하의 피크 온도를 갖는 것으로 하였다. 열경화성 수지로서의 에폭시 수지는, 150 ～ 180 ℃, 30 분 등의 조건에서 경화되므로, 도전 입자의 피크 온도가 200 ℃ 이하인 용융 온도를 갖는 이방성 도전 재료는, 에폭시 수지의 경화 온도에서 충분히 용융될 수 있게 되기 때문이다. 이 온도 조건은, 페놀 수지 등의 다른 열경화성 수지에서도 동일하다.

본 발명은, 저융점 땜납을 에폭시 수지 등의 열경화성 수지계의 접착제의 바인더로서 사용할 때에, 저융점 땜납의 최적 범위를 알아낸 것이다. 본 발명에 사용하는 저융점 입자는, 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상이어야 한다. 이 온도차가 15 ℃ 보다 작으면, 가열시에 저융점 입자가 일거에 용융되고, 상하의 도체간에 끼워진 저융점 입자가 밀려나가, 도체간에 저융점 입자가 적어져 도체간의 접속 저항이 커져 버린다.

발명의 효과

본 발명의 이방성 도전 재료는, 도전성 입자와 도체가 충분히 금속적인 접합으로 되기 때문에, 접합된 기판이 휘거나, 비틀리거나, 나아가서는 이방성 도전 재료 중의 수지가 수분에 의해 팽윤되어도, 도체로부터 박리되는 경우가 없다. 또한 본 발명의 이방성 도전 재료는, 도전성 입자의 고상선 온도와 피크 온도 사이에 있어서의 온도차가 넓기 때문에, 열압착시, 액화된 열경화성 수지가 인접 도체간 방향으로 밀려도 도전성 입자는 유동성이 나쁜 반용융 상태로 되어 있어 인접 도체간 방향으로는 유동하지 않는다. 그 결과, 본 발명의 이방성 도전 재료는, 상하 도체간의 도전율이 향상되고, 인접 도체간의 절연 저항도 크다는 종래의 이방성 도전 재료에는 없는 우수한 효과를 나타내는 것이다.

도 1 은 이방성 도전 재료에 있어서의 접합 전의 모식도이다.

도 2 는 이방성 도전 재료에 있어서의 접합 후의 모식도이다.

도 3 은 고융점 도전성 입자에 있어서의 접합 상태를 설명하는 도면이다.

도 4 는 저융점 도전성 입자에 있어서의 접합 상태를 설명하는 도면이다.

도 5 는 본 발명에 있어서의 인접 도체간의 도전성 수지의 상태를 설명하는 도면이다.

도 6 은 종래의 인접 도체간의 도전성 수지의 상태를 설명하는 도면이다.

부호의 설명

1 하부 기판

2 도전체

3 상부 기판

4 도전체

5 이방성 도전 재료

6 열경화성 수지

7 도전성 입자

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에 있어서의 고상선 온도나 피크 온도란, 금속의 열 분석에 사용하는 시차 주사 열 분석 장치 (DSC) 로 측정한 상변태 온도이다. 여기서의 피크 온도는, 금속의 고상과 액상 사이에서 열 흡수가 최대로 되는 온도이다. 피크 온도에서의 열 흡수가 큰 금속에서는, 이 피크 온도에서 고상이 대부분 다 녹아 있어, 피크 온도가 실질적인 액상선 온도이다. 따라서, 본 발명에서는 액상선 온도를 채용하지 않고, 실용상 알기 쉬운 피크 온도를 채용하였다.

본 발명에 사용하는 저융점 입자는, 피크 온도에서 대부분이 용융되어 있지 않으면, 저융점 입자의 유동성이 저해되고, 특히 저압 접합에서는 도통 불량을 일으킨다. 본 발명에서는 고상선 온도가 125 ℃ 보다 낮으면, 접합 후, 접합부가 고온에 노출된 경우, 재용융되어 접합부로부터 떨어져 접합 불량이 된다.

본 발명에 사용하는 저융점 입자의 피크 온도가 200 ℃ 보다 높으면, 열경화성 수지의 경화가 200 ℃ 이하에서 개시되기 때문에, 저융점 입자가 완전히 용융되지 않은 사이에 열경화성 수지가 경화되어, 도체와 금속적 접합을 할 수 없게 되어 버린다.

또한 본 발명에 사용하는 저융점 입자는, 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상이어야 한다. 이 온도차가 15 ℃ 보다 작으면, 가열시에 저융점 입자가 일거에 용용되고, 상하의 도체간에 끼워진 저융점 입자가 밀려나가, 도체간에 저융점 입자가 적어져 도체간의 접속 저항이 커져 버린다.

본 발명에 사용하기에 바람직한 저융점 입자로는 Sn-Ag-In 계나 Sn-Bi 계의 합금이다. Sn-Ag-In 계 합금의 조성 범위로는, Ag 가 1 ～ 9 질량%, In 이 13 ～ 22 질량%, 잔부 Sn 으로 이루어지는 합금이고, 이 조성 범위 중에서 고상선 온도가 125 ℃ 이상이고 피크 온도가 200 ℃ 이하, 그리고 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상인 특성을 갖는 것을 채용한다. Sn-Ag-In 계 합금에 있어서 본 발명에 사용하기에 바람직한 조성은, Sn-3.5Ag-20In 이다. 이 조성의 고상선 온도는 144 ℃, 피크 온도는 189 ℃ 이고, 그 온도차는 45 ℃ 이다.

Sn-Ag-In 계 합금에 있어서, Ag 는 피크 온도를 낮추는 효과가 있고, 그 첨가량이 1 질량% 보다 적으면 합금의 피크 온도가 200 ℃ 이상으로 되어 버린다. 그런데 Ag 의 첨가량이 9 질량% 보다 많으면 200 ℃ 에서는 Ag-Sn 의 금속간 화합물이 남아, 용융성이 나빠진다. 또한 In 은 Sn 주성분의 고상선 온도를 낮추는 것으로서, 13 질량% 보다 적으면, Ag 를 첨가하여도 피크 온도를 200 ℃ 이하로 낮출 수 없다. 한편, In 의 첨가량이 22 질량% 를 초과하면, 고상선 온도가 125 ℃ 보다 낮아져 버린다.

본 발명에 사용하는 Sn-Ag-In 계 합금에는, 이 3 원 합금에 다른 원소를 첨 가한 것도 포함된다. 다른 원소란, 그 3 원 합금의 기계적 특성을 개선할 목적으로 Cu, Ni, Cr, Fe 를 첨가하거나, 저융점 입자의 표면 산화 방지 목적으로 Ge 나 P 를 첨가하거나, 나아가서는 용융 온도를 조정할 목적으로 Bi, Zn 을 첨가하는 것 등이다. 그 3 원계 합금에 첨가하는 Zn 에 대해서는 도체에 대한 젖음성 향상의 목적으로도 첨가한다. Sn-Ag-In 계 합금에 첨가하는 다른 원소는, 1 종 이상의 첨가량이 1 질량% 이하이다. 이 첨가량이 1 질량% 를 초과하면, 피크 온도가 200 ℃ 보다 높아지거나, 고상선 온도가 125 ℃ 보다 낮아지거나, 나아가서는 도체에 대한 젖음성을 저해하게 된다.

Sn-Bi 계 합금의 조성 범위로는, Bi 가 25 ～ 75 질량%, 잔부 Sn 으로 이루어지는 합금으로서, 이 조성 범위 중에서 고상선 온도가 125 ℃ 이상이고 피크 온도가 200 ℃ 이하, 그리고 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상인 특성을 갖는 것을 채용한다. Sn-Bi 계 합금에 있어서 본 발명에 사용하기에 바람직한 조성은, Sn-25Bi 이다. 이 조성의 고상선 온도는 139 ℃, 피크 온도는 194 ℃ 이고, 그 온도차는 55 ℃ 이다.

Sn-Bi 계에 있어서, Bi 는 고상선 온도와 피크 온도를 낮추는 효과가 있고, 그 첨가량이 25 질량% 보다 적거나 75 질량% 보다 많으면, Sn-Bi 합금의 피크 온도가 200 ℃ 이상으로 되어 버린다.

본 발명에 사용하는 Sn-Bi 계 합금에는, 이 2 원 합금에 다른 원소를 첨가한 것도 포함된다. 다른 원소란, 그 2 원 합금의 기계적 특성을 개선할 목적으로 Ag, Cu, Ni, Cr, Fe 를 첨가하거나, 저융점 입자의 표면 산화 방지 목적으로 Ge 나 P 를 첨가하거나, 나아가서는 도체에 대한 젖음성 향상의 목적으로 Zn 을 첨가하는 것 등이다. Sn-Bi 계 합금에 첨가하는 다른 원소는, 1 종 이상의 첨가량이 2 질량% 이하이다. 이 첨가량이 2 질량% 를 초과하면, 피크 온도가 200 ℃ 보다 높아지거나, 고상선 온도가 125 ℃ 보다 낮아지거나, 나아가서는 도체에 대한 젖음성을 저해하게 된다.

또한 본 발명에 사용하는 저융점 입자는, 소정의 입경으로 고르게 갖추어져 있다는 소위 「단분산」인 것이 바람직하다. 저융점 입자를 단분산으로 하기 위해서는, 저융점 입자의 제조시의 기술이나 제조 후의 분급에 의해 달성할 수 있다. 그러나 저융점 입자를 단분산으로 하고자 해도 소정의 입경보다 큰 입경인 것이 혼입되어 버리는 경우가 있다. 이 경우, 소정 입경보다 큰 저융점 입자의 입경은 인접 도체간의 거리에 대해 1/4 보다 작아야 한다. 그 이유는, 인접 도체간에서 도체에 접한 저융점 입자가 복수 개 가로 방향으로 일렬로 늘어선 경우, 저융점 입자 4 개가 일렬로 늘어서는 것은 실제로는 거의 있을 수 없으나, 최악의 경우에 4 개가 일렬로 늘어서는 것을 생각하면, 그 4 개의 입경이 인접하는 도체간의 1/4 보다 작으면, 인접 도체간에서 쇼트되는 경우가 없기 때문이다. 그 때문에 본 발명에서는, 혼입되는 직경이 큰 저융점 입자는 최대 직경이 인접 도체간 거리의 1/4 보다 작은 것으로 한다.

요컨대 도 5 와 같이 인접 도체간 (9) 의 도체 (2) 와 도체 (2) 사이에 늘어선 저융점 입자 (7(S)) 4 개 모두가 도체 (2) 와 도체 (2) 의 간격 (W) 에 대해 1/4 보다 작은 입경인 경우, 그 저융점 입자 4 개가 도체 (2) 와 도체 (2) 를 쇼트 시키는 경우는 없다. 그러나 도 6 과 같이 저융점 입자 4 개 중, 3 개의 저융점 입자 (7(S)) 의 입경은 간격 (W) 에 대해 1/4 보다 작지만, 1 개 (7(L)) 가 간격 (W) 에 대해 1/4 보다 크면 4 개의 도전성 입자는 접촉되어 도체 (2, 2) 사이에서 쇼트되어 버린다. 그 때문에 본 발명에서 사용하는 도전성 입자는, 혼입되는 입경이 큰 도전성 입자의 입경이 최대라도 인접 도체 간격에 대해 1/4 보다 작아야 하는 것이다.

예를 들어 인접하는 도체간의 간격이 150 ㎛ 인 경우, 혼입되는 큰 도전성 입자는 최대 직경이 150 ㎛ 의 1/4 보다 작은 입경, 즉 입경이 37.5 ㎛ 보다 작으면 문제없다. 따라서, 입경이 35 ㎛ 인 도전성 입자가 4 개 일렬로 늘어섰다고 해도, 그 전체 길이는 140 ㎛ 가 되어, 인접 도체간을 쇼트시키지 않는다. 그런데, 여기에 그 간격의 1/4 보다 큰 입경 (37.5 ㎛ 이상) 의 도전성 입자가 1 개라도 들어가 버리면, 전체 길이가 인접 도체간의 150 ㎛ 보다 커져, 도체간이 쇼트되어 버린다.

그리고 본 발명에 사용하는 저융점 입자는, 입경이 소정 입경보다 40 % 작은 직경의 저융점 입자를 전체 개수에 대해 10 % 를 초과하여 함유시키면, 작은 입경의 저융점 입자가 지나치게 많아져 도체간에 존재하고 있어도 도통에 기여하지 않을 뿐만 아니라, 절연체 사이에 많이 존재하게 되어, 절연체 사이의 절연 저항을 낮춰 버린다. 한편, 저융점 입자의 입경이 소정 입경보다 40 % 큰 직경의 저융점 입자를 전체 개수에 대해 10 % 를 초과하여 함유시키면, 큰 입경의 저융점 입자가 지나치게 많아져 절연체 사이에서 쇼트되거나 절연 저항을 낮추는 원인이 된다.

본 발명에 사용하는 열경화성 수지는, 가열에 의해 망 형상 구조가 되어 불용 불융의 상태로 경화되는 합성 수지로서, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지 등이 있다. 열경화성 수지는, 충전제를 넣어 강인한 성형물을 얻을 수 있고, 또한 상기 열경화성 수지에 추가로 캡슐화한 경화제를 함유시킴으로써 경화 온도를 제어할 수도 있다.

본 발명에 사용하기에 바람직한 저융점 입자의 합금예와 부적합한 저융점 입자의 합금예를 표 1 에 나타낸다

표 1 에 있어서의 환경 시험 후의 도체간 접속 저항과 인접 도체간 절연 저항의 시험 방법은 이하와 같다.

이방성 도전 재료

에폭시 수지 (열경화성 수지) 85 질량%, 경화 촉진제 5 질량%, 저융점 입자 10 질량% 를 혼련하여 두께 40 ㎛ 의 이방성 도전 필름을 제조.

저융점 입자 : 소정 입경이 10 ㎛ (최대 입경 35 ㎛) 이고, 하기의 입자로 이루어진다.

6 ㎛ 미만 입자 (10 ㎛ 에 대해 -40 % 직경) : 8 % (개수)

14 ㎛ 초과 입자 (10 ㎛ 에 대해 +40 % 직경) : 8 % (개수)

6 ～ 14 ㎛ 의 입자 : 잔부

인접 도체 간격이 150 ㎛ 인 프린트 기판과 플렉시블 기판 사이에 이방성 도전 필름을 끼우고, 열압착 장치에 의해, 접합 면적당 1 ～ 5 MPa 의 압력으로 200 ℃ 에서 1 분간 열압착하였다. 시험 샘플은, 각 20 샘플이다. 접합 후의 샘플을 -40 ℃ ～ +125 ℃ (각 30 분간 유지, 500 사이클) 의 환경 시험을 거친 후, 상하 도체간의 접속 저항과 인접 도체간의 절연 저항을 측정하였다.

표 1 의 설명

※ 3 의 환경 시험 후의 도체간 접속 저항

○ 10 Ω 이하 : 일반적인 전자 기기에 있어서 기능을 악화시키지 않는 접속 저항값

○ 10 Ω 초과 ～ 1 KΩ : 1 지점의 도체간 내에서 부분적으로 접속이 이루어지지 않은 상태

○ 1 KΩ 초과 : 1 지점의 도체간 내에서 거의 접속이 이루어지지 않은 상태

※ 4 의 환경 시험 후의 인접 도체간 절연 저항

○ 10⁶ Ω 이상 : 일반적인 전자 기기에 있어서 기능을 악화시키지 않은 절연 저항값

○ 10⁶ Ω 미만 ～ 0.1 Ω : 부분적으로 절연 저항이 낮아진 상태

○ 0.1 Ω 미만 : 절연성이 매우 나쁜 상태

표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 적합 합금으로 제조된 이방성 도전 필름은, 도체간 접속 저항과 인접 도체간 절연 저항에 있어서, 20 샘플 모두가 바람직한 값이 되었으나, 부적합 합금으로 제조된 이방성 도전 필름은 20 샘플 중 도체간 접속 저항이 높거나, 인접 도체간 절연 저항이 낮은 것이 있었다.

실시예에서는 이방성 도전 재료로서 필름 형상인 것으로 설명하였으나, 본 발명은 필름 형상 이외에도 열경화성 수지가 상온에서 액체로 된 페이스트 형상에도 적용할 수 있다.

Claims

열경화성 수지 중에 다수의 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료에 있어서, 도전성 입자는 고상선 온도가 125 ℃ 이상이고, 피크 온도가 200 ℃ 이하임과 함께, 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상인 저융점 입자인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 저융점 입자는, In 이 13 ～ 22 질량%, Ag 가 1 ～ 9 질량%, 잔부 Sn 으로 이루어지는 조성 범위 중에서, 고상선 온도가 125 ℃ 이상이고, 피크 온도가 200 ℃ 이하임과 함께, 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상인 특성을 갖는 합금인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 2 항에 있어서, 상기 합금에는, Cu, Ni, Co, P, Ge, Zn 에서 선택된 1 종 이상이 합계로 0 초과 1 질량% 이하 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 1 항에 있어서, 상기 저융점 입자는, Bi 가 25 ～ 75 질량%, 잔부 Sn 으로 이루어지는 조성 범위 중에서, 고상선 온도가 125 ℃ 이상이고, 피크 온도가 200 ℃ 이하임과 함께, 고상선 온도와 피크 온도 사이의 온도차가 15 ℃ 이상인 특성을 갖는 합금인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 4 항에 있어서, 상기 합금의 Bi 함량은 65 ～ 75 질량% 인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 4 항에 있어서, 상기 합금의 Bi 함량은 25 ～ 40 질량% 인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금에는, Ag, Cu, Ni, Co, P, Ge, Zn 에서 선택된 1 종 이상이 합계로 0 초과 2 질량% 이하 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 도전성 입자에 혼입되는 입경이 큰 도전성 입자는, 최대 입경이 도체와 그 도체에 인접하는 도체의 간격의 1/4 보다 작은 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 도전성 입자는, 미리 정해진 입경보다 40 % 작은 직경의 도전성 입자의 함유량이 전체 개수에 대해 10 % 이하이고, 또한 미리 정해진 입경보다 40 % 큰 직경의 도전성 입자의 함유량이 전체 개수에 대해 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.
제 8 항에 있어서, 상기 도전성 입자는, 미리 정해진 입경보다 40 % 작은 직경의 도전성 입자의 함유량이 전체 개수에 대해 10 % 이하이고, 또한 미리 정해진 입경보다 40 % 큰 직경의 도전성 입자의 함유량이 전체 개수에 대해 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 재료.