KR101240127B1 - 도전 입자 및 도전 입자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코어 입자 (11)과, 코어 입자 (11)을 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층 (12)와, 팔라듐층 (12)의 표면에 배치되고, 입경이 팔라듐층 (12)의 두께보다 큰 절연성 입자 (1)을 구비하는 도전 입자 (8a)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 도전 입자 및 도전 입자의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시용 유리 패널에 액정 구동용 IC를 실장하는 방식은 COG(칩-온-글라스) 실장과 COF(칩-온-플렉스) 실장의 2종으로 대별할 수 있다.
COG 실장에서는 도전 입자를 포함하는 이방 도전성 접착제를 이용하여 액정용 IC를 직접 유리 패널 상에 접합한다. 한편 COF 실장에서는 금속 배선을 갖는 연성 테이프에 액정 구동용 IC를 접합하고, 도전 입자를 포함하는 이방 도전성 접착제를 이용하여 이들을 유리 패널에 접합한다. 여기서 말하는 이방성이란 가압 방향으로는 도통하고, 비가압 방향에서는 절연성을 유지한다는 의미이다.
그런데, 최근의 액정 표시의 고정밀화에 수반하여 액정 구동용 IC의 회로 전극인 범프에서는 협피치화, 협면적화하고 있기 때문에, 이방 도전성 접착제의 도전 입자가 인접하는 회로 전극 사이에 유출하여 쇼트를 발생시키는 것이 문제가 되고 있었다.
또한, 인접하는 회로 전극 사이에 도전 입자가 유출하면, 범프와 유리 패널 사이에 보충되는 이방 도전성 접착제 중의 도전 입자수가 감소하여, 대향하는 회로 전극 사이의 접속 저항이 상승하여, 접속 불량을 일으킨다고 하는 문제가 있었다.
이들 문제를 해결하는 방법으로서는 하기 특허문헌 1에 예시된 바와 같이, 이방 도전성 접착제의 적어도 한쪽면에 절연성의 접착제를 형성함으로써 COG 실장 또는 COF 실장에 있어서의 접합 품질의 저하를 막는 방법이나, 하기 특허문헌 2에 예시된 바와 같이, 도전 입자의 전체 표면을 절연성의 피막으로 피복하는 방법이 있다.
하기 특허문헌 3, 4에는 금층으로 피복된 고분자 중합체의 핵 입자를 절연성의 자입자로 피복하는 방법이 기술되어 있다. 또한 하기 특허문헌 4에서는, 핵 입자를 피복하는 금층의 표면을 머캅토기, 술피드기, 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 금층 표면에 관능기를 형성하는 방법이 기술되어 있다. 이에 따라 금층 상에 강고한 관능기를 형성할 수 있다.
하기 특허문헌 5에는 도전 입자의 도전성을 향상시키는 시도로서, 수지 미립자 상에 구리/금 도금을 행하는 방법이 기술되어 있다.
하기 특허문헌 6에는 비(非)금속 미립자와, 비(非)금속 미립자를 피복하고, 구리를 50 중량% 이상 포함하는 금속층과, 금속층을 피복하는 니켈층과, 니켈층을 피복하는 금층을 구비하는 도전 입자가 기술되어 있고, 이 도전 입자에 따르면, 일반적인 니켈과 금을 포함하는 도전 입자에 비하여 도전성이 좋아진다는 기재가 있다.
하기 특허문헌 7에는, 기재 미립자, 및 상기 기재 미립자 상에 설치된 금속 피복층을 갖는 도전성 입자로서, 상기 금속 피복층 중의 금의 함유율이 90 중량% 이상 99 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 입자의 기재가 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 기술된 바와 같이, 회로 접속 부재의 한쪽면에 절연성의 접착제를 형성하는 방법에서는, 범프 면적이 3000 ㎛2 미만으로 협소화한 경우, 안정된 접속 저항을 얻기 위해서 회로 접속 부재 중의 도전 입자를 증가시킬 필요가 있다. 이와 같이 도전 입자를 증가시킬 때는 인접하는 전극 사이의 절연성에 대해서 아직 개량의 여지가 있다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기술된 바와 같이, 인접하는 전극 사이의 절연성을 개량하기 위해서 도전 입자의 전체 표면을 절연성의 피막으로 피복하는 방법에서는, 회로 전극 사이의 절연성이 높아지지만, 도전 입자의 도전성이 낮아지기 쉽다고 하는 과제가 있다.
또한, 상기 특허문헌 3, 4에 기술된 바와 같이, 절연성의 자입자로 도전 입자 표면을 피복하는 방법에서는, 자입자와 도전 입자의 접착성의 문제로부터, 아크릴 등 수지제의 자입자를 이용할 필요가 있다. 이 경우, 수지제의 자입자를 회로끼리의 열압착 시에 용융시켜, 도전 입자를 양 회로에 접촉시킴으로써, 회로 사이에서 도통을 취하게 된다. 이 때, 용융한 자입자의 수지가 도전 입자의 표면을 피복하게 되면 도전 입자의 전체 표면을 절연성의 피막으로 피복하는 방법과 마찬가지로, 도전 입자의 도전성이 낮아지기 쉬운 것을 알게 되었다. 이러한 이유에 의해, 절연성의 자입자로서는 무기 산화물 등과 같이 비교적 고경도이고 용융 온도가 높은 것이 적합하다. 예를 들면, 상기 특허문헌 4에서는, 실리카 표면을 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란으로 처리하고, 표면에 이소시아네이트기를 갖는 실리카와, 표면에 아미노기를 갖는 도전 입자를 반응시키는 방법이 예시되어 있다.
그러나, 입경이 500 nm 이하인 입자 표면을 관능기로 수식하는 것은 일반적으로 어렵고, 또한 관능기로 수식한 후에 행하는 원심 분리나 여과 시에 실리카 등의 무기 산화물이 응집하게 되는 문제점이 발생하기 쉽다. 또한, 상기 특허문헌 4에 예시되는 방법에서는 절연성의 자입자의 피복률을 제어하는 것이 어렵다.
또한, 금속 표면을 머캅토기, 술피드기, 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하는 경우, 금속 상에 조금이나마 니켈 등의 비(卑)금속이나 구리와 같은 산화하기 쉬운 금속이 존재하면, 금속과 화합물의 반응이 진행하기 어렵다.
또한, 본 발명자들의 연구에 의해 분명해진 것인데, 도전 입자 상에 실리카 등의 무기물을 피복시킨 경우, 도전 입자 상의 금속 표면을 실리카가 가압함으로써 도전성이 발현한다. 따라서 도전 금속을 실리카가 파괴하게 되기 때문에, 도전 금속에 귀금속 이외의 물건이 들어가 있으면 마이그레이션 특성이 악화하는 경향이 있다.
또한, 상기 특허문헌 6에 기술된 바와 같이, 최근 들어, 니켈층 상에 금 도금을 행하는 타입의 도전 입자의 주류가 되고 있는데, 이러한 도전 입자에서는 니켈이 용출하여 마이그레이션을 일으킨다고 하는 과제가 있다. 또한, 금 도금의 두께를 400 Å 이하로 설정하면 그 경향이 현저해진다.
또한, 상기 특허문헌 7에 기술된 바와 같이, 금의 함유량이 90 중량% 이상인 금속 피복층으로 피복된 도전 입자는 신뢰성 면에서는 양호하지만, 비용이 높다. 따라서, 금의 함유량이 높은 금속 피복층을 구비하는 도전 입자는 실용적이라고는 하기 어렵고, 최근에는 금속 피복층의 금 함유량을 낮추는 경향이 있다. 이에 비하여, 구리 도금을 구비하는 도전 입자는 도전성, 비용 면에서 우수하기는 하다. 그러나, 구리 도금을 구비하는 도전 입자에서는 마이그레이션이 발생하기 쉽기 때문에, 내흡습성 측면에서 문제가 있다. 따라서, 양자(금과 구리)의 단점을 보완하기 위한 시도가 이루어지고 있지만, 어느 쪽도 완전하지 않다. 예를 들면, 상기 특허문헌 5에 기술되는 방법에서는 양자(금과 구리)의 단점을 충분히 보충할 수 없다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 마이그레이션을 일으키지 않고, 비용이 싸고, 또한 도전성이 높고, 전극 사이의 접속 신뢰성이 우수한 도전 입자 및 도전 입자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 제1의 본 발명에 따른 도전 입자는 코어 입자와, 코어 입자를 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층과, 팔라듐층의 표면에 배치되고, 입경이 팔라듐층의 두께보다 큰 절연성 입자를 구비한다.
접착제 중에 복수의 상기 도전 입자를 분산시켜 얻어지는 이방 도전성 접착제(이방 도전 필름)을 한쌍의 전극 사이에 배치시키고, 한쌍의 전극을 접속(열압착)할 때에, 세로 방향(한쌍의 전극이 대향하는 방향)에서는, 도전 입자 전체가 한쌍의 전극에 의해서 압축된다. 그 결과, 절연성 입자가 팔라듐층 표면으로부터 코어 입자측으로 박히고, 그에 따라 노출된 팔라듐층이 한쌍의 전극과 접촉하는 것이 가능해진다. 즉, 도전 입자의 팔라듐층을 통해 한쌍의 전극 사이가 도통한다. 한편, 가로 방향(한쌍의 전극이 대향하는 방향에 수직인 방향)에서는, 인접하는 도전 입자 사이에 각각의 도전 입자가 구비하는 절연성 입자가 개재하여, 절연성 입자끼리가 접촉한다. 그 때문에, 가로 방향에서는 상기 한쌍의 전극과 이들에 인접하는 전극과의 사이에서 절연성이 유지된다.
상기 제1의 본 발명에서는 절연성 입자의 입경이 팔라듐층의 두께보다 크기 때문에, 열압착 시에 절연성 입자가 도전 입자의 내부에 확실하게 박힌다. 그 결과, 한쌍의 전극 사이에서 높은 도전성을 발현하는 것이 가능해진다.
상기 제1의 본 발명에서는 팔라듐층이 연성을 갖기 때문에, 상기 도전 입자를 구비하는 이방 도전성 접착제를 이용하여 한쌍의 전극을 접속할 때에, 도전 입자를 압축한 후에도 팔라듐층이 깨어지기 어렵다. 그 때문에, 압축 후의 도전 입자의 도전성 및 전극 사이의 접속 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해짐과 동시에, 팔라듐층의 깨어짐에 기인하는 팔라듐의 마이그레이션을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 팔라듐은 금, 백금 등의 귀금속과 비교하여 저렴하여, 실용적이다. 따라서, 팔라듐층을 구비하는 상기 제1의 본 발명에 따른 도전 입자는 금 또는 백금만을 이용한 도전 입자에 비하여 저비용이다.
상기 제1의 본 발명에서는 팔라듐층의 두께가 200 Å 이상이기 때문에 충분한 도전성을 얻는 것이 가능해진다.
제2의 본 발명에 따른 도전 입자는 코어 입자와, 코어 입자를 피복하는 도전층과, 도전층을 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층과, 팔라듐층의 표면에 배치되고, 입경이 도전층 및 팔라듐층의 두께의 합계보다 큰 절연성 입자를 구비한다.
상기 제2의 본 발명에 따른 도전 입자를 이방 도전성 접착제에 이용한 경우에도 상기 제1의 본 발명과 마찬가지로, 세로 방향에서는 팔라듐층을 통해 한쌍의 전극 사이가 도통함과 함께, 가로 방향에서는 상기 한쌍의 전극과 이들에 인접하는 전극과의 사이에서 절연성이 유지된다.
상기 제2의 본 발명에서는 절연성 입자의 입경이 도전층 및 팔라듐층의 두께의 합계보다 크기 때문에, 열압착 시에 절연성 입자가 도전 입자의 내부에 확실하게 박힌다. 그 결과, 한쌍의 전극 사이에서 높은 도전성을 발현하는 것이 가능해진다.
상기 제2의 본 발명에서는 팔라듐층이 연성을 갖기 때문에, 상기 제1의 본 발명과 마찬가지로, 압축 후의 도전 입자의 도전성 및 전극 사이의 접속 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해짐과 동시에 팔라듐의 마이그레이션을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 도전층이 팔라듐층으로 피복되어 있기 때문에, 팔라듐층에 의해서 도전층의 마이그레이션도 방지된다. 또한, 팔라듐은 금, 백금 등의 귀금속과 비교하여 저렴하여, 실용적이다. 따라서, 팔라듐층을 구비하는 상기 제2의 본 발명에 따른 도전 입자는 금 또는 백금만을 이용한 도전 입자에 비하여 저비용이다.
상기 제2의 본 발명에서는 팔라듐층의 두께가 200 Å 이상이고, 또한 도전층을 구비하기 때문에 충분한 도전성을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 팔라듐층의 두께가 200 Å 이상으로 두껍기 때문에 도전층의 마이그레이션을 방지하기 쉬워진다.
제2의 본 발명에 따른 도전 입자에서는, 도전층이 니켈로 이루어지는 것이 바람직하다. 저렴하고 또한 도전성이 우수한 니켈로 이루어지는 도전층을 구비함으로써 도전 입자가 더욱 저비용화함과 동시에, 그 도전성이 향상된다.
제3의 본 발명에 따른 도전 입자는 코어 입자와, 코어 입자를 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층과, 팔라듐층을 피복하는 금층과, 금층의 표면에 배치되고, 입경이 팔라듐층 및 금층의 두께의 합계보다 큰 절연성 입자를 구비한다.
상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자를 이용한 이방 도전성 접착제로 한쌍의 전극을 접속하는 경우, 세로 방향에서는, 도전 입자 전체가 한쌍의 전극에 의해서 압축된다. 그 결과, 절연성 입자가 금층 표면으로부터 코어 입자측에 박히고, 그에 따라 노출된 금층을 통해 한쌍의 전극 사이가 도통한다. 한편, 가로 방향에서는 인접하는 도전 입자 사이에 각각의 도전 입자가 구비하는 절연성 입자가 개재하여, 절연성 입자끼리가 접촉한다. 그 때문에, 가로 방향에서는 상기 한쌍의 전극과 이들에 인접하는 전극과의 사이에서 절연성이 유지된다.
상기 제3의 본 발명에서는 절연성 입자의 입경이 팔라듐층 및 금층의 두께의 합계보다 크기 때문에, 열압착 시에 절연성 입자가 도전 입자의 내부에 확실하게 박힌다. 그 결과, 한쌍의 전극 사이에서 높은 도전성을 발현하는 것이 가능해진다.
상기 제3의 본 발명에서는 팔라듐층 및 금층이 연성을 갖기 때문에, 도전 입자를 압축한 후에도 팔라듐층 및 금층이 깨어지기 어렵다. 그 때문에, 압축 후의 도전 입자의 도전성 및 전극 사이의 접속 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해짐과 동시에, 팔라듐층 또는 금층의 깨어짐에 기인하는 팔라듐 또는 금의 마이그레이션을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 팔라듐은 금, 백금 등의 귀금속과 비교하여 저렴하여, 실용적이다. 따라서, 팔라듐층을 구비하는 상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자는 금 또는 백금만을 이용한 도전 입자에 비하여 저비용이다.
상기 제3의 본 발명에서는 팔라듐층의 두께가 200 Å 이상이기 때문에, 충분한 도전성을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 상기 제3의 본 발명에서는 도전성이 우수한 금층이 최표면에 위치하기 때문에, 도전 입자의 표면 저항을 낮추어, 도전 입자의 도전성을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 제3의 본 발명에서는 금층이 환원 도금형의 금층인 것이 바람직하다. 이에 따라, 팔라듐층에 대한 금층의 피복률이 향상하여, 도전 입자의 표면 저항을 저하시키기 쉬워진다.
상기 제1, 제2 또는 제3의 본 발명에서는 팔라듐층이 환원 도금형의 팔라듐층인 것이 바람직하다. 이에 따라, 코어 입자에 대한 팔라듐층의 피복률이 향상하여, 도전 입자의 도전성을 향상시키기 쉬워진다.
상기 제1의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법은 코어 입자의 표면에 팔라듐층을 형성하는 공정과, 팔라듐층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 팔라듐층의 표면에 관능기를 형성하는 공정과, 관능기가 형성된 팔라듐층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정을 구비한다.
상기 제1의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에 따르면, 상기 제1의 본 발명에 따른 도전 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 제2의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법은 코어 입자의 표면에 도전층을 형성하는 공정과, 도전층의 표면에 팔라듐층을 형성하는 공정과, 팔라듐층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 팔라듐층의 표면에 관능기를 형성하는 공정과, 관능기가 형성된 팔라듐층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정을 구비한다.
상기 제2의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에 따르면, 상기 제2의 본 발명에 따른 도전 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 제1 또는 제2의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 팔라듐층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리함으로써, 이들 화합물이 팔라듐층 표면에 배위 결합하여, 팔라듐층의 표면에 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기와 같은 관능기를 형성하는 것이 가능해진다. 이들 관능기는 절연성 입자의 표면의 원자와 공유 결합 또는 수소 결합을 형성하기 때문에, 팔라듐층의 표면에 절연성 입자가 견고하게 화학 흡착하는 것이 가능해진다.
상기 제1 또는 제2의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 니켈 등의 비(卑)금속이나 구리로 이루어지는 층에 비하여 산화하기 어려운 팔라듐층의 표면을 화합물로 처리하기 때문에, 니켈 등의 비(卑)금속이나 구리로 이루어지는 층을 화합물로 처리하는 경우에 비하여 팔라듐층의 표면과 화합물과의 반응성이 향상하여, 상기 관능기를 팔라듐층의 표면에 확실하게 형성하는 것이 가능해진다.
상기 제1 또는 제2의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 관능기가 형성된 팔라듐층의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 팔라듐층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 것이 바람직하다.
관능기가 형성된 팔라듐층의 표면 전위와, 절연성 입자의 표면 전위가 모두 플러스 또는 마이너스인 경우, 팔라듐층의 표면에 절연성 입자가 흡착하기 어려워진다. 따라서, 관능기가 형성된 팔라듐층의 표면을 고분자 전해질로 처리함으로써, 팔라듐층의 표면 전위가 변화하기 때문에, 고분자 전해질로 처리하지 않은 경우에 비하여 팔라듐층의 표면에 절연성 입자가 흡착하기 쉬워진다.
상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법은 코어 입자의 표면에 팔라듐층을 형성하는 공정과, 팔라듐층의 표면에 금층을 형성하는 공정과, 금층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 금층의 표면에 관능기를 형성하는 공정과, 관능기가 형성된 금층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정을 구비한다.
상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에 따르면, 상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 금층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리함으로써, 이들 화합물이 금층 표면에 배위 결합하여, 금층의 표면에 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기와 같은 관능기를 형성하는 것이 가능해진다. 이들 관능기는 절연성 입자의 표면의 원자와 공유 결합 또는 수소 결합을 형성하기 때문에, 금층의 표면에 절연성 입자가 견고하게 화학 흡착하는 것이 가능해진다.
상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 니켈 등의 비(卑)금속이나 구리로 이루어지는 층에 비하여 산화하기 어려운 금층의 표면을 화합물로 처리하기 때문에, 니켈 등의 비(卑)금속이나 구리로 이루어지는 층을 화합물로 처리하는 경우에 비하여 금층의 표면과 화합물의 반응성이 향상하여, 상기 관능기를 금층의 표면에 확실하게 형성하는 것이 가능해진다.
상기 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 관능기가 형성된 금층의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 금층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 것이 바람직하다.
관능기가 형성된 금층의 표면 전위와, 절연성 입자의 표면 전위가 모두 플러스 또는 마이너스인 경우, 금층 표면에 절연성 입자가 흡착하기 여려워진다. 따라서, 관능기가 형성된 금층의 표면을 고분자 전해질로 처리함으로써 금층의 표면 전위가 변화하기 때문에, 고분자 전해질로 처리하지 않은 경우에 비하여 금층의 표면에 절연성 입자가 흡착하기 쉬워진다.
상기 제1, 제2 또는 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 관능기가 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기는 수산기와의 사이에서, 탈수 축합에 의한 공유 결합 또는 수소 결합과 같은 강고한 결합을 형성한다. 따라서, 절연성 입자가 그 표면에 수산기를 갖고, 또한 팔라듐층 또는 금층의 표면에 형성된 관능기가 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기인 경우, 절연성 입자 표면의 수산기와 팔라듐층 또는 금층의 표면의 관능기가 견고하게 결합하기 때문에, 절연성 입자가 팔라듐층 또는 금층의 표면에 견고하게 흡착하는 것이 가능해진다.
상기 제1, 제2 또는 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 고분자 전해질이 폴리아민류인 것이 바람직하다.
폴리아민류는 수용액 중에서 전리하고, 또한 하전을 갖는 관능기를 주쇄 또는 측쇄에 구비하는 고분자이다. 이 폴리아민류를 포함하는 수용액으로 처리한 팔라듐층 또는 금층의 표면에는 폴리아민류가 견고하게 결합함과 함께, 폴리아민류를 통해 절연성 입자를 팔라듐층 또는 금층의 표면에 보다 견고하게 흡착시키는 것이 가능해진다.
상기 제1, 제2 또는 제3의 본 발명에 따른 도전 입자의 제조 방법에서는 폴리아민류가 폴리에틸렌이민인 것이 바람직하다.
폴리에틸렌이민은 특히 전하 밀도가 높고, 결합력이 강하기 때문에, 폴리에틸렌이민을 이용함으로써 절연성 입자를 팔라듐층 또는 금층의 표면에 보다 견고하게 흡착시키기 쉬워진다.
상기 제1, 제2 또는 제3의 본 발명에서는 절연성 입자가 무기 산화물인 것이 바람직하다. 가령 절연성 입자로서 유기 화합물로 이루어지는 미립자를 이용한 경우, 무기 산화물로 이루어지는 미립자를 이용한 경우에 비하여 이방 도전성 접착제의 제조 공정에서 절연성 입자가 변형하기 쉬워 본 발명의 효과가 작아지는 경향이 있다. 또한, 이방 도전성 접착제에 의한 전극의 열압착 시에 유기 화합물로 이루어지는 절연성 입자가 용융하여 도전 입자의 표면을 피복하면, 도전 입자의 도전성이 저하되는 경향이 있다. 즉, 도전 입자의 표면 저항이 증가하는 경향이 있다. 한편, 무기 산화물로 이루어지는 절연성 입자를 이용한 경우, 이들 문제점을 억제하는 것이 가능해진다.
상기 제1, 제2 또는 제3의 본 발명에서는 무기 산화물이 실리카인 것이 바람직하다. 실리카로 이루어지는 절연성 입자는 절연성이 우수하여, 입경을 제어하기 쉽고, 또한 저렴하다. 또한, 실리카는 수중에 분산시켜 수분산 콜로이달실리카로 했을 때에, 그 표면에 수산기를 갖기 때문에, 팔라듐층 또는 금층과의 결합성이 우수하다. 또한, 실리카 표면의 수산기는 팔라듐층 또는 금층의 표면에 형성된 관능기와의 결합성도 우수하다. 따라서, 실리카로 이루어지는 절연성 입자는 팔라듐층 또는 금층의 표면에 견고하게 흡착하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면 마이그레이션을 일으키지 않고, 비용이 싸고, 또한 도전성이 높고, 전극 사이의 접속 신뢰성이 우수한 도전 입자 및 도전 입자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도전 입자의 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도전 입자의 개략단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도전 입자의 개략단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도전 입자를 구비하는 이방 도전성 접착제의 개략단면도이고, 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)는 이방 도전성 접착제를 이용한 접속 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략단면도이다.
[부호의 설명]
1: 절연성 입자
2, 2a, 2b, 2c: 모입자
3: 접착제
4: 제1 기판
5: 제1 전극
6: 제2 기판
7: 제2 전극
8, 8a, 8b, 8c: 도전 입자
11: 코어 입자
12: 팔라듐층
13: 도전층
14: 금층
40: 이방 도전성 접착제
42: 접속 구조체
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도전 입자의 개략단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도전 입자의 개략단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도전 입자를 구비하는 이방 도전성 접착제의 개략단면도이고, 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)는 이방 도전성 접착제를 이용한 접속 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략단면도이다.
[부호의 설명]
1: 절연성 입자
2, 2a, 2b, 2c: 모입자
3: 접착제
4: 제1 기판
5: 제1 전극
6: 제2 기판
7: 제2 전극
8, 8a, 8b, 8c: 도전 입자
11: 코어 입자
12: 팔라듐층
13: 도전층
14: 금층
40: 이방 도전성 접착제
42: 접속 구조체
이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
[제1 실시 형태]
(도전 입자)
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도전 입자 (8a)는 코어 입자 (11)과, 코어 입자 (11)을 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층 (12)와, 팔라듐층 (12)의 표면에 배치되고, 입경이 팔라듐층 (12)의 두께보다 큰 복수의 절연성 입자 (1)을 구비한다. 즉, 도전 입자 (8a)에서는 코어 입자 (11)과 코어 입자 (11)을 피복하는 팔라듐층 (12)를 구비하는 모입자 (2a)의 표면의 일부가 자입자인 절연성 입자 (1)로 피복되어 있다.
<모입자 (2a)>
본 발명에서 이용하는 모입자 (2a)의 입경은 후술하는 도 4의 제1 전극 (5)와 제2 전극 (7)의 최소의 간격보다도 작은 것이 바람직하다. 또한, 모입자 (2a)의 입경은 전극의 높이(전극의 간격)에 변동이 있는 경우, 높이의 변동보다도 큰 것이 바람직하다. 이들 이유로부터, 모입자 (2a)의 입경은 1 내지 10 ㎛인 것이 바람직하고, 1 내지 5 ㎛인 것이 보다 바람직하고, 2 내지 3.5 ㎛인 것이 특히 바람직하다.
종래의 도전 입자에 있어서의 모입자는 금속만으로 이루어지는 입자, 또는 유기물 또는 무기물의 코어 입자를 도금 등의 방법으로 금속 피복한 것 중 어느 하나인데, 본 실시 형태에 있어서의 모입자 (2a)는 유기물 또는 무기물의 코어 입자 (11)을 도금 등의 방법으로 금속 피복한 것을 이용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 모입자 (2a)로서 유기물의 코어 입자를 도금 등의 방법으로 금속 피복한 것이 바람직하다.
유기물의 코어 입자 (11)로서는 특별히 제한은 없지만, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트 등의 아크릴 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔 등의 폴리올레핀 수지 등으로 이루어지는 수지 입자가 바람직하다.
팔라듐층 (12)는 연성을 갖기 때문에, 도전 입자 (8a)를 압축한 후에 있어서 금속 균열을 일으키기 어렵고, 금속 균열에 수반하는 마이그레이션도 일으키기 어렵다. 또한, 팔라듐층 (12)는 비(卑)금속이나 구리에 비하여 내산성 및 내알칼리성이 우수하기 때문에, 후술하는 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 등의 관능기와 안정적으로 결합한다. 또한, 이들 관능기와의 결합성에 있어서 팔라듐과 금 및 백금은 동일한 경향을 갖는데, 이들 귀금속을 동일 체적으로 비교한 경우, 팔라듐이 가장 저렴하여, 실용적이다. 또한, 팔라듐층 (12)는 도전성이 우수하다. 이들 이유로부터, 팔라듐층 (12)는 코어 입자 (11)을 피복하는 금속층으로서 바람직하다.
팔라듐층 (12)는 팔라듐과 인의 합금으로 구성될 수도 있다. 팔라듐층 (12)가 합금인 경우, 도전성 측면에서 합금 중의 팔라듐의 함유율은 70 중량% 이상인 것이 바람직하고, 90 중량% 이상 100 중량% 미만인 것이 더욱 바람직하다.
팔라듐층 (12)는 환원 도금형의 팔라듐층인 것이 바람직하다. 이에 따라, 코어 입자 (11)에 대한 팔라듐층 (12)의 피복률이 향상하여, 도전 입자 (8a)의 도전성이 보다 향상된다.
팔라듐층 (12)의 두께는 200 Å 이상 1000 Å 이하인 것이 바람직하다. 팔라듐층의 두께가 200 Å 미만이면 충분한 도전성을 얻을 수 없다. 한편, 팔라듐층 (12)의 두께가 1000 Å를 초과하면, 모입자 (2a) 전체의 탄성이 저하되는 경향이 있다. 모입자 (2a) 전체의 탄성이 저하되면 도전 입자 (8a)가 한쌍의 전극 사이에 끼워지고, 세로 방향으로 가압되었을 때에, 모입자 (2a)의 탄성에 의해서 팔라듐층 (12)가 전극 표면에 충분히 바짝 닿기가 어려워진다. 그 때문에, 팔라듐층 (12)와 양 전극의 접촉 면적이 작아져, 전극 사이의 접속 신뢰성을 향상시키는 본 발명의 효과가 작아지는 경향이 있다. 또한, 팔라듐층 (12)가 두꺼울수록 비용이 높아져서 경제적으로 바람직하지 않다.
<절연성 입자 (1)>
절연성 입자 (1)은 무기 산화물인 것이 바람직하다. 가령, 절연성 입자 (1)이 유기 화합물인 경우, 이방 도전성 접착제의 제조 공정에서 절연성 입자 (1)이 변형하게 되어, 얻어지는 이방 도전성 접착제의 특성이 변화하기 쉬운 경향이 있다.
절연성 입자 (1)을 구성하는 무기 산화물로서는, 규소, 알루미늄, 지르코늄, 티탄, 니오븀, 아연, 주석, 세륨 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 산화물이 바람직하다. 이들 산화물은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 무기 산화물로서는 상술한 원소를 포함하는 산화물 중에서도, 절연성이 우수하고, 입경을 제어한 수분산 콜로이달실리카(SiO2)가 가장 바람직하다.
이러한 무기 산화물로 이루어지는 절연성 입자(이하, 「무기 산화물 미립자」라고 함)의 시판품으로서는, 예를 들면, 스노텍스, 스노텍스 UP(닛산 가가꾸 고교(주) 제조), 큐오트론 PL 시리즈(후소 가가꾸 고교(주) 제조) 등을 들 수 있다.
무기 산화물 미립자의 입경은 20 내지 500 nm인 것이 바람직하다. 또한, 무기 산화물 미립자의 입경은 BET법에 의한 비표면적 환산법 또는 X선 소각 산란법으로 측정된다. 입경이 20 nm 미만이면 모입자 (2a)에 흡착한 무기 산화물 미립자가 절연막으로서 작용하지 않고서, 전극 사이의 일부에 쇼트를 발생시키는 경향이 있다. 한편, 입경이 500 nm를 초과하면, 전극 사이에서 도전성이 얻어지지 않는 경향이 있다.
(도전 입자 (8a)의 제조 방법)
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도전 입자 (8a)의 제조 방법은 코어 입자 (11)의 표면에 팔라듐층 (12)를 형성하는 공정 (S1)과, 팔라듐층 (12)의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 팔라듐층 (12)의 표면에 관능기를 형성하는 공정 (S2)와, 관능기가 형성된 팔라듐층의 표면을 고분자 전해질로 처리하는 공정 (S3), 관능기가 형성되고, 또한 고분자 전해질로 처리된 팔라듐층 (12)의 표면에 절연성 입자 (1)을 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정 (S4)를 구비한다. 또한, 이하에서는 절연성 입자 (1)이 표면에 수산기가 형성된 무기 산화물 미립자인 경우에 대해서 설명한다.
<S1>
우선, 코어 입자 (11)의 표면에 팔라듐층 (12)를 형성하여 모입자 (2a)를 얻는다. 그 구체적인 방법으로서는, 예를 들면, 팔라듐에 의한 도금을 들 수 있다. 이 도금 공정에서는 우선 팔라듐 촉매를 부여하고, 그 후에 환원형 무전해 팔라듐 도금을 행하는 것이 좋다. 환원형 무전해 팔라듐 도금의 조성으로서는, (1) 황산팔라듐과 같은 수용성 팔라듐염, (2) 환원제, (3) 착화제 및 (4) pH 조정제를 가한 것이 바람직하다.
<S2>
다음으로, 팔라듐층 (12)의 표면을 팔라듐에 대하여 배위 결합을 형성하는 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리한다. 이에 따라, 팔라듐층 (12)의 표면에 관능기를 형성한다.
팔라듐층 (12)의 표면 처리에 이용하는 화합물로서는, 구체적으로는, 머캅토아세트산, 2-머캅토에탄올, 머캅토아세트산메틸, 머캅토숙신산, 티오글리세린, 시스테인 등을 들 수 있다. 이들 화합물로 처리된 팔라듐층 (12)의 표면에 형성되는 관능기로서는, 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기를 들 수 있다.
팔라듐은 티올기(머캅토기)와 반응하기 쉬운 것에 비하여, 니켈과 같은 비(卑)금속은 티올기와 반응하기 어렵다. 따라서, 본 실시 형태의 팔라듐 입자(팔라듐층 (12)로 피복된 코어 입자 (11))는 종래형의 니켈/금 입자(니켈층 및 금층으로 피복된 코어 입자)에 비하여 티올기와 반응하기 쉽다. 특히 니켈/금 입자는 금의 두께가 300 Å 이하이면 입자 표면의 니켈 비율이 높아지는 경향이 있다.
팔라듐층 (12)의 표면을 상기 화합물로 처리하는 구체적인 방법으로서는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올 등의 유기 용매 중에 머캅토아세트산 등의 화합물을 10 내지 100 mmol/l 정도 분산시켜 얻은 액체 중에 팔라듐 입자를 분산시키는 방법을 들 수 있다.
<S3, S4>
다음으로, 관능기가 형성된 팔라듐층 (12)의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 팔라듐층 (12)의 표면에 절연성 입자 (1)을 화학 흡착시킨다.
수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기와 같은 관능기를 갖는 팔라듐층 (12)의 표면 전위(제타 전위)는 통상 pH가 중성 영역이면 마이너스이다. 한편, 후속 공정에서 팔라듐층 (12)의 표면에 흡착시키는 절연성 입자 (1)의 표면은 수산기를 갖는 무기 산화물로 이루어지기 때문에, 절연성 입자 (1)의 표면 전위도 통상 마이너스이다. 이와 같이, 표면 전위가 마이너스인 팔라듐층 (12)의 주위에는 표면 전위가 마이너스인 절연성 입자 (1)이 흡착하기 어려운 경향이 있다. 따라서, 팔라듐층 (12)의 표면을 고분자 전해질로 처리함으로써 팔라듐층 (12)의 표면을 절연성 입자 (1)로 피복하기 쉬워진다.
고분자 전해질로 처리한 후의 팔라듐층 (12)의 표면에 절연성 입자 (1)을 흡착시키는 방법으로서는 고분자 전해질과 무기 산화물을 팔라듐층 (12)의 표면에 교대로 적층하는 방법이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 이하의 공정(1), (2)를 순차 행함으로써 고분자 전해질과 무기 산화물 미립자가 적층된 절연성 피복막으로 표면의 일부가 피복된 모입자 (2a), 즉 도전 입자 (8a)를 제조할 수 있다.
공정(1): 팔라듐층 (12)의 표면에 관능기를 갖는 모입자 (2a)를 고분자 전해질 용액에 분산시켜, 팔라듐층 (12)의 표면에 고분자 전해질을 흡착시킨 후, 모입자 (2a)를 린스하는 공정.
공정(2): 린스 후의 모입자 (2a)를 무기 산화물 미립자의 분산 용액에 분산하여, 모입자 (2a)의 표면(팔라듐층 (12))에 무기 산화물 미립자를 흡착시킨 후, 모입자 (2a)를 린스하는 공정.
즉, 공정(1)에 있어서, 모입자 (2a)의 표면에 고분자 전해질 박막을 형성하고, 공정(2)에 있어서, 고분자 전해질 박막을 통해 모입자 (2a)의 표면에 무기 산화물 미립자를 화학 흡착에 의해 고정화한다. 이 고분자 전해질 박막을 이용함으로써 모입자 (2a)의 표면을 결함없이 균일하게 무기 산화물 미립자로 피복할 수 있다. 이러한 공정(1), (2)를 거쳐서 얻어진 도전 입자를 이용한 이방 도전성 접착제를 이용하여 회로 전극을 접속하면, 회로 전극 간격이 협피치라도 절연성이 확보되어, 전기적으로 접속하는 전극 사이에서는 접속 저항이 낮아 양호해진다.
상기 공정(1), (2)를 갖는 방법은 교대 적층법(Layer-by-Layer assembly)이라고 불린다. 교대 적층법은 데처(G.Decher) 등에 의해서 1992년에 발표된 유기 박막을 형성하는 방법이다(문헌[Thin Solid Films, 210/211, p831(1992)] 참조).
이 교대 적층 방법에서는, 플러스 전하를 갖는 중합체 전해질(폴리 양이온)과 마이너스 전하를 갖는 중합체 전해질(폴리 음이온)의 수용액에 기재를 교대로 침지함으로써 기판 상에 정전적 인력에 의해서 흡착한 폴리 양이온과 폴리 음이온의 조가 적층하여 복합막(교대 적층막)이 얻어진다.
교대 적층법에서는 정전적인 인력에 의해서 기재 상에 형성된 재료의 전하와, 용액 내의 반대 전하를 갖는 재료가 서로 끌어당기는 것에 의해 막성장하기 때문에, 흡착이 진행하여 전하의 중화가 발생하면 그 이상의 흡착이 발생하지 않게 된다. 따라서, 어떤 포화점까지 이르면, 그 이상 막두께가 증가하지 않는다.
리보프(Lvov) 등은 교대 적층법을 미립자에 응용하여, 실리카나 티타니아, 세리아의 각 미립자 분산액을 이용하여, 미립자의 표면 전하와 반대 전하를 갖는 고분자 전해질을 교대 적층법으로 적층하는 방법을 보고하고 있다(문헌[Langmuir, Vol.13,(1997) p6195-6203] 참조).
이 방법을 이용하면, 마이너스의 표면 전하를 갖는 실리카의 미립자와, 그의 반대 전하를 갖는 폴리 양이온인 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(PDDA) 또는 폴리에틸렌이민(PEI) 등을 교대로 적층함으로써 실리카 미립자와 고분자 전해질이 교대로 적층된 미립자 적층 박막을 형성하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에서는 모입자 (2a)를 고분자 전해질 용액 또는 무기 산화물 미립자의 분산액에 침지한 후, 반대 전하를 갖는 미립자 분산액 또는 고분자 전해질 용액에 침지하기 전에, 용매만의 린스에 의해서 잉여의 고분자 전해질 용액 또는 무기 산화물 미립자의 분산액을 모입자 (2a)로부터 씻어버리는 것이 바람직하다.
모입자 (2a)에 흡착한 고분자 전해질 및 무기 산화물 미립자는 모입자 (2a) 표면에 정전적으로 흡착하고 있기 때문에, 이 린스의 공정에서 모입자 (2a) 표면에서 박리하지 않는다. 그러나, 모입자 (2a)가 흡착하지 않는 잉여의 고분자 전해질 또는 무기 산화물 미립자가 이들과 반대 전하를 갖는 용액 내에 들어가면, 용액 내에서 양이온, 음이온이 혼합되어, 고분자 전해질과 무기 산화물 미립자의 응집이나 침전을 일으키는 경우가 있다. 이러한 문제점을 린스에 의해서 방지할 수 있다.
린스에 이용하는 용매로서는, 물, 알코올, 아세톤 등이 있는데, 통상, 과잉의 고분자 전해질 용액 또는 무기 산화물 미립자의 분산액을 제거하기 쉬운 점에서, 비저항치가 18 MΩ·cm 이상인 이온 교환수(이른바 초순수)가 이용된다.
고분자 전해질 용액은 물, 또는 물과 수용성의 유기 용매와의 혼합 용매에 고분자 전해질을 용해한 것이다. 사용할 수 있는 수용성의 유기 용매로서는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴 등을 들 수 있다.
고분자 전해질로서는, 수용액 중에서 전리하고, 하전을 갖는 관능기를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 고분자를 사용할 수 있다. 이 경우에는 폴리 양이온을 이용하는 것이 좋다.
폴리 양이온으로서는, 일반적으로, 폴리아민류 등과 같이 플러스 하전을 띨 수 있는 관능기를 갖는 것, 예를 들면, 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리알릴아민염산염(PAH), 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(PDDA), 폴리비닐피리딘(PVP), 폴리리신, 폴리아크릴아미드 및 이들을 1종 이상 이상을 포함하는 공중합체 등을 사용할 수 있다.
고분자 전해질 중에서도 폴리에틸렌이민은 전하 밀도가 높고, 결합력이 강하다. 이들 고분자 전해질 중에서도 일렉트로마이그레이션이나 부식을 피하기 위해서 알칼리 금속(Li, Na, K, Rb, Cs) 이온 및 알칼리 토금속(Ca, Sr, Ba, Ra) 이온, 할로겐화물 이온(불소 이온, 클로라이드 이온, 브롬 이온, 요오드 이온)을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
이들 고분자 전해질은 모두 수용성인 것, 또는 물과 유기 용매와의 혼합액에 가용인 것으로서, 고분자 전해질의 분자량으로서는 이용하는 고분자 전해질의 종류에 따라 일률적으로는 정할 수 없지만, 일반적으로, 500 내지 200,000 정도의 것이 바람직하다. 또한, 용액 내의 고분자 전해질의 농도는 일반적으로 0.01 내지 10 중량% 정도가 바람직하다. 또한 고분자 전해질 용액의 pH는 특별히 제한은 없다.
모입자 (2a)를 피복하는 고분자 전해질 박막의 종류, 분자량, 또는 농도를 조정함으로써 무기 산화물 미립자의 피복률을 제어할 수 있다.
구체적으로는, 폴리에틸렌이민 등, 전하 밀도가 높은 고분자 전해질 박막을 이용한 경우, 무기 산화물 미립자의 피복률이 높아지는 경향이 있고, 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드 등, 전하 밀도가 낮은 고분자 전해질 박막을 이용한 경우, 무기 산화물 미립자의 피복률이 낮아지는 경향이 있다.
또한, 고분자 전해질의 분자량이 큰 경우, 무기 산화물 미립자의 피복률이 높아지는 경향이 있음과 동시에, 무기 산화물 미립자를 팔라듐층 (12)에 견고하게 흡착시킬 수 있다. 결합력이라는 관점에서 본 경우, 고분자 전해질의 분자량은10,000 이상인 것이 바람직하다. 한편, 고분자 전해질의 분자량이 작은 경우, 무기 산화물 미립자의 피복률이 낮아지는 경향이 있다.
또한, 고분자 전해질을 고농도로 이용한 경우, 무기 산화물 미립자의 피복률이 높아지는 경향이 있고, 고분자 전해질을 저농도로 이용한 경우, 무기 산화물 미립자의 피복률이 낮아지는 경향이 있다. 무기 산화물 미립자의 피복률이 높은 경우에는 절연성이 높아 도전성이 나쁜 경향이 있고, 무기 산화물 미립자의 피복률이 낮은 경우에는 도전성이 높아 절연성이 나쁜 경향이 있다.
무기 산화물 미립자는 한층만 피복되어 있는 것이 좋다. 복층 적층하면 적층량의 제어가 곤란해진다. 또한, 무기 산화물 미립자의 피복률은 20 내지 100%의 범위인 것이 바람직하고, 30 내지 60%의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
무기 산화물 미립자의 분산 용액 내의 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온 농도가 100 ppm 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 인접하는 전극 사이의 절연 신뢰성을 향상시키기 쉬워진다. 또한, 무기 산화물 미립자로서는, 금속 알콕시드의 가수분해 반응, 이른바 졸겔법에 의해 제조되는 무기 산화물 미립자가 바람직하다.
특히, 무기 산화물 미립자로서는, 수분산 콜로이달실리카(SiO2)가 바람직하다. 수분산 콜로이달실리카는 표면에 수산기를 갖기 때문에, 모입자 (2a)와의 결합성이 우수하여, 입경을 균일하게 하기 쉽고, 저렴하다는 점에서 무기 산화물 미립자에 바람직하다.
일반적으로 수산기는 수산기, 카르복실기, 알콕실기, 알콕시카르보닐기와 강고한 결합을 형성하는 것으로 알려져있다. 수산기와 이들 관능기의 결합의 구체적인 양식으로서는, 탈수 축합에 의한 공유 결합이나 수소 결합을 들 수 있다. 따라서, 수산기, 카르복실기, 알콕실기, 알콕시카르보닐기 등의 관능기가 형성된 팔라듐층 (12)(모입자 (2a) 표면)에 대하여 표면에 수산기를 갖는 무기 산화물 미립자는 견고하게 흡착하는 것이 가능해진다.
또한, 무기 산화물 미립자의 표면의 수산기는 실란 커플링제 등으로 아미노기나 카르복실기, 에폭시기로 변성하는 것이 가능한데, 무기 산화물의 입경이 500 nm 이하인 경우, 곤란하다. 따라서, 관능기의 변성을 행하지 않고서 모입자 (2a)를 무기 산화물 미립자로 피복하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여 완성된 도전 입자 (8a)를 가열 건조함으로써 절연성 입자 (1)과 모입자 (2a)의 결합을 더욱 강화할 수 있다. 결합력이 증가하는 이유로서는, 예를 들면, 팔라듐층 (12)의 표면의 카르복실기 등의 관능기와 절연성 입자 (1)의 표면의 수산기와의 화학 결합, 또는 팔라듐층 (12)의 표면의 카르복실기와 절연성 입자 (1)의 표면의 아미노기의 탈수 축합이 촉진되는 것을 들 수 있다. 또한 가열을 진공으로 행하면, 금속의 녹슬기 방지 측면에서 바람직하다. 또한, 후술하는 제3 실시 형태와 같이, 모입자의 최표면이 금층인 경우에 있어서도, 팔라듐층 (12)의 경우와 같이 가열 건조함으로써 절연성 입자와 모입자의 결합을 더욱 강화할 수 있다.
가열 건조의 온도는 60 내지 200 ℃인 것이 바람직하고, 가열 시간은 10 내지 180분인 것이 바람직하다. 온도가 60 ℃ 미만인 경우나 가열 시간이 10분 미만인 경우에는, 절연성 입자 (1)이 모입자 (2a)로부터 박리하기 쉽고, 온도가 200 ℃를 초과하는 경우나 가열 시간이 180분을 초과하는 경우에는, 모입자 (2a)가 변형하기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.
(이방 도전성 접착제)
이상과 같이 하여 제조한 도전 입자 (8a)를 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 접착제 (3)에 분산시킴으로써 이방 도전성 접착제 (40)가 얻어진다. 이 이방 도전성 접착제 (40)를 이용한 접속 구조체 (42)의 제조 방법을 도 4의 (b), (c)에 도시하였다. 또한, 도 4에서는 도면의 간략화를 위해 도전 입자 (8)이 구비하는 팔라듐층 (12)는 생략한다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 기판 (4)와 제2 기판 (6)을 준비하고, 이방 도전성 접착제 (40)를 그 사이에 배치한다. 이 때, 제1 기판 (4)가 구비하는 제1 전극 (5)와 제2 기판 (6)이 구비하는 제2 전극 (7)이 대향하도록 한다. 그 후, 제1 기판 (4)와 제2 기판 (6)을 제1 전극 (5)와 제2 전극 (7)이 대향하는 방향에서 가압 가열하면서 적층하여 도 4의 (c)에 도시하는 접속 구조체 (42)를 얻는다.
이와 같이 하여 접속 구조체 (42)를 제조하면, 세로 방향은 절연성 입자 (1)이 모입자 (2)에 박혀서 제1 전극 (5)와 제2 전극 (7)은 모입자 (2)의 표면(팔라듐층)을 통해 도통하고, 가로 방향은 모입자 사이에 절연성 자입자 (1)이 개재함으로써 절연성이 유지된다.
COG용의 이방 도전성 접착제는 최근 10 ㎛ 레벨의 협피치에서의 절연 신뢰성이 요구되고 있는데, 본 실시 형태에 따른 이방 도전성 접착제 (40)를 이용하면 10 ㎛ 레벨의 협피치에서의 절연 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이방 도전성 접착제 (40)에 이용되는 접착제로서는, 열 반응성 수지와 경화제의 혼합물이 이용되고, 구체적으로는, 에폭시 수지와 잠재성 경화제와의 혼합물이 바람직하다.
에폭시 수지로서는, 에피클로로히드린과 비스페놀 A나 F, AD 등으로부터 유도되는 비스페놀형 에폭시 수지, 에피클로로히드린과 페놀노볼락이나 크레졸노볼락으로부터 유도되는 에폭시노볼락 수지나 나프탈렌환을 포함한 골격을 갖는 나프탈렌계 에폭시 수지, 글리시딜아민, 글리시딜에테르, 비페닐, 지환식 등의 1분자 내에 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 각종 에폭시 화합물 등을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 이용하는 것이 가능하다.
이들 에폭시 수지는 불순물 이온(Na+, Cl- 등)이나, 가수분해성 염소 등을 300 ppm 이하로 감소한 고순도품을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 일렉트로마이그레이션을 방지하기 쉬워진다.
잠재성 경화제로서는 이미다졸계, 히드라지드계, 3불화 붕소-아민 착체, 술포늄염, 아민이미드, 폴리아민의 염, 디시안디아미드 등을 들 수 있다. 이 외에, 접착제로는 라디칼 반응성 수지와 유기 과산화물의 혼합물이나 자외선 등의 에너지선 경화성 수지가 이용된다.
접착제 (3)에는 접착 후의 응력을 감소하기 위해서 또는 접착성을 향상하기 위해서 부타디엔 고무, 아크릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 실리콘 고무 등을 혼합할 수 있다.
또한, 접착제 (3)으로서는 페이스트상 또는 필름상의 것이 이용된다. 접착제를 필름형으로 하기 위해서는, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지 등의 열가소성 수지를 배합하는 것이 효과적이다. 이들 필름 형성성 고분자는 반응성 수지의 경화 시의 응력 완화에도 효과가 있다. 특히, 필름 형성성 고분자가 수산기 등의 관능기를 갖는 경우, 접착성이 향상하기 때문에 보다 바람직하다.
필름의 형성은 에폭시 수지, 아크릴 고무, 잠재성 경화제, 및 필름 형성성 고분자로 이루어지는 접착 조성물을 유기 용제에 용해 또는 분산시킴으로써 액상화하고, 박리성 기재 상에 도포하고, 경화제의 활성 온도 이하에서 용제를 제거함으로써 행해진다. 이 때 이용하는 유기 용제로서는 재료의 용해성을 향상시키는 점에서 방향족 탄화수소계와 산소 함유계의 혼합 용제가 바람직하다.
이방 도전성 접착제 (40)의 두께는 도전 입자 (8)의 입경 및 이방 도전성 접착제 (40)의 특성을 고려하여 상대적으로 결정되는데, 1 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 1 ㎛ 미만이면 충분한 접착성이 얻어지지 않고, 100 ㎛을 초과하면 도전성을 얻기 위해서 다량의 도전 입자를 필요로 하기 때문에 현실적이지 않다. 이러한 이유로부터, 두께는 3 내지 50 ㎛인 것이 보다 바람직하다.
제1 기판 (4) 또는 제2 기판 (6)으로서는 유리 기판, 폴리이미드 등의 테이프 기판, 드라이버 IC 등의 베어 칩, 리지드형의 패키지 기판 등을 들 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도전 입자, 및 도전 입자의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 상술한 제1 실시 형태와 제2 실시 형태의 상위점에 대해서만 설명하며, 양자에 공통되는 사항에 대해서는 설명을 생략한다.
(도전 입자)
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 도전 입자 (8b)는 코어 입자 (11)과 팔라듐층 (12) 사이에 추가로 도전층 (13)을 구비하는 점에서 제1 실시 형태에 따른 도전 입자 (8a)와 상이하다.
즉, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도전 입자 (8b)는 코어 입자 (11)과, 코어 입자 (11)을 피복하는 도전층 (13)과, 도전층 (13)을 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층 (12)와, 팔라듐층 (12)의 표면에 배치되고, 입경이 도전층 (13) 및 팔라듐층 (12)의 두께의 합계보다 큰 복수의 절연성 입자 (1)을 구비한다. 바꾸어 말하면, 도전 입자 (8b)에서는, 코어 입자 (11)과 코어 입자 (11)을 피복하는 도전층 (13) 및 팔라듐층 (12)를 구비하는 모입자 (2b)의 표면의 일부가 자입자인 절연성 입자 (1)로 피복되어 있다.
제2 실시 형태에 따른 도전 입자 (8b)도 제1 실시 형태에 따른 도전 입자 (8a)와 같이 마이그레이션을 일으키지 않고, 비용이 싸고, 또한 도전성이 높고, 전극 사이의 접속 신뢰성이 우수하다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 저렴하고 도전성이 우수한 비(卑)금속이나 구리 등으로 이루어지는 도전층 (13)을 구비함으로써, 도전 입자 (8b)의 저비용화, 도전성의 향상이 가능해진다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 도전층 (13)이 팔라듐층 (12)로 피복되어 있기 때문에, 팔라듐층 (12)가 도전층 (13)에 대하여 마이그레이션 스톱층으로서 기능한다.
도전층 (13)으로서는, 금, 은, 구리, 백금, 아연, 철, 팔라듐, 니켈, 주석, 크롬, 티탄, 알루미늄, 코발트, 게르마늄, 카드뮴 등의 금속으로 이루어지는 층, 또는 ITO, 땜납과 같은 금속 화합물로 이루어지는 층을 들 수 있다. 이들 중에서도, 도전층 (13)으로서는 니켈로 이루어지는 층이 바람직하다. 저렴하고 또한 도전성이 우수한 니켈로 이루어지는 도전층을 구비함으로써 도전 입자가 더욱 저비용화함과 동시에, 그 도전성이 향상된다.
(도전 입자 (8b)의 제조 방법)
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 도전 입자 (8b)의 제조 방법은 코어 입자 (11)의 표면에 도전층 (13)을 형성하는 공정과, 도전층 (13)의 표면에 팔라듐층 (12)를 형성하는 공정과, 팔라듐층 (12)의 표면을, 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 팔라듐층 (12)의 표면에 관능기를 형성하는 공정과, 관능기가 형성된 팔라듐층 (12)의 표면에 절연성 입자 (1)을 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정을 구비한다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 같이, 관능기가 형성된 팔라듐층 (12)의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 팔라듐층 (12)의 표면에 절연성 입자 (1)을 흡착시키는 것이 바람직하다.
[제3 실시 형태]
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도전 입자, 및 도전 입자의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 상술한 제1 실시 형태와 제3 실시 형태의 상위점에 대해서만 설명하며, 양자에게 공통되는 사항에 대해서는 설명을 생략한다.
(도전 입자)
도 3에 도시된 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 도전 입자 (8c)는 코어 입자 (11)을 피복하는 팔라듐층 (12)의 표면을 금층 (14)가 피복하고 있는 점에서, 제1 실시 형태에 따른 도전 입자 (8a)와 상이하다.
즉, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 도전 입자 (8c)는 코어 입자 (11)과, 코어 입자 (11)을 피복하고, 두께가 200 Å 이상인 팔라듐층 (12)와, 팔라듐층 (12)를 피복하는 금층 (14)과, 금층 (14)의 표면에 배치되고, 입경이 팔라듐층 (12) 및 금층 (14)의 두께의 합계보다 큰 복수의 절연성 입자 (1)을 구비한다. 바꾸어 말하면, 도전 입자 (8c)에서는 코어 입자 (11)과 코어 입자 (11)을 피복하는 팔라듐층 (12) 및 금층 (14)을 구비하는 모입자 (2c)의 표면의 일부가 자입자인 절연성 입자 (1)로 피복되어 있다.
제3 실시 형태에 따른 도전 입자 (8c)도 제1 실시 형태에 따른 도전 입자 (8a)와 같이 마이그레이션을 일으키지 않고, 비용이 싸고, 또한 도전성이 높고, 전극 사이의 접속 신뢰성이 우수하다. 또한, 제3 실시 형태에서는 모입자 (2c)의 최외층으로서 금층 (14)을 구비하기 때문에, 모입자 (2c)의 표면 저항을 낮추어, 도전 입자 (8c) 전체의 도전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제3 실시 형태에 따른 도전 입자 (8c)는 코어 입자 (11)과 팔라듐층 (12) 사이에 제2 실시 형태와 동일한 도전층을 더 구비할 수도 있다.
(도전 입자 (8c)의 제조 방법)
제3 실시 형태에 따른 도전 입자 (8c)의 제조 방법은 코어 입자 (11)의 표면에 팔라듐층 (12)를 형성하는 공정과, 팔라듐층 (12)의 표면에 금층 (14)을 형성하는 공정과, 금층 (14)의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 금층 (14)의 표면에 관능기를 형성하는 공정과, 관능기가 형성된 금층 (14)의 표면에 절연성 입자 (1)을 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정을 구비한다.
또한, 제3 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 같이, 관능기가 형성된 금층 (14)의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 금층 (14)의 표면에 절연성 입자 (1)을 흡착시키는 것이 바람직하다.
팔라듐층 (12)의 표면에 금층 (14)을 형성하는 구체적인 방법으로서는, 예를 들면, 금에 의한 도금을 들 수 있다. 금 도금은 HGS-100(히타치 가세이 고교(주) 제조, 상품명)과 같은 치환형 금 도금이나 HGS-2000(히타치 가세이 고교(주) 제조, 상품명)과 같은 환원형 무전해 금 도금을 사용할 수 있는데, 피복률을 향상시키기 쉬운 점에서 환원형 무전해 금 도금이 바람직하다.
금은 티올기(머캅토기)와 반응하기 쉬운 것에 비하여, 니켈과 같은 비(卑)금속은 티올과 반응하기 어렵다. 따라서, 본 실시 형태의 금 입자(팔라듐층 (12) 및 금층 (14)으로 피복된 코어 입자 (11))는 종래형의 니켈/금 입자(니켈층 및 금층으로 피복된 코어 입자)에 비하여 티올기와 반응하기 쉽다. 특히 니켈/금 입자는 금의 두께가 300 Å 이하이면 입자 표면의 니켈 비율이 높아지는 경향이 있다.
금 도금의 두께는 표면 저항의 저하와 비용과의 균형도 있기 때문에, 상황에 따라서 설정하면 되지만, 300 Å 이하인 것이 바람직하다. 또한, 금 도금의 두께가 300 Å 이상이어도 특성상은 문제없다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명한다.
(모입자 1)
평균 입경 3.8 ㎛의 가교 폴리스티렌 입자(수지 미립자) 1 g을 팔라듐 촉매인 아토텍 네오간트 834(아토텍 재팬(주) 제조, 상품명)를 8 중량% 함유하는 팔라듐 촉매화액 100 mL에 첨가하고, 30 ℃에서 30분 교반한 후, 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 여과하고, 수세를 행하였다.
다음으로, 수세 후의 수지 미립자를 pH 6.0으로 조정한 0.5 중량% 디메틸아민보란액에 첨가하여 표면이 활성화된 수지 미립자(수지 코어 입자)를 얻었다. 그 후, 증류수에 표면이 활성화된 수지 미립자를 침지하고, 초음파 분산하였다.
상기 액을 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 여과하고, 무전해 팔라듐 도금액인 APP(이시하라 야꾸힝 고교(주) 제조, 상품명)에 50 ℃의 조건으로 표면이 활성화된 수지 미립자를 침지하여, 수지 표면에 600 Å의 무전해 Pd 도금을 행하였다.
그 후, 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 여과하고, 수세 후에 입자를 건조시킴으로써 수지 코어 입자 상에 600 Å의 Pd층을 갖는 모입자 1을 제조하였다.
(모입자 2)
모입자 1을 환원형 무전해 금 도금인 HGS-2000(히타치 가세이 고교(주) 제조, 상품명)에 65 ℃의 조건으로 침지하고, 100 Å의 금층을 추가한 것 이외에는 모입자 1과 동일한 방법으로 수지 코어 입자 상에 600 Å의 Pd층과 100 Å의 Au층을 갖는 모입자 2를 제조하였다.
(모입자 3)
무전해 팔라듐 도금액 처리 전의 미립자 현탁액을 50 ℃에서 교반하면서, 황산니켈6수화물 50 g/L, 차아인산나트륨일수화물 20 g/L, 디메틸아민보란 2.5 g/L, 시트르산 50 g/L를 포함하는 pH를 7.5로 조정한 무전해 도금액 A를 서서히 첨가하여 수지 미립자의 무전해 니켈 도금을 행하였다.
샘플링과 원자 흡광에 의해서 니켈의 막 두께를 조정하고, 니켈막 두께가 300 Å가 된 시점에 무전해 도금액 A의 첨가를 중지하였다. 여과 후, 100 ml 순수세정 60초를 행하여, 표면에 300 Å의 니켈막을 갖는 입자를 제조하였다. 이상의 사항 이외에는 모입자 1과 동일한 방법으로 수지 코어 입자 상에 300 Å의 Ni층과 600 Å의 Pd층을 갖는 모입자 3을 제조하였다.
(모입자 4)
Pd 도금층의 두께를 200 Å으로 한 것 이외에는 모입자 3과 동일한 방법으로 수지 코어 입자 상에 300 Å의 Ni층과 200 Å의 Pd층을 갖는 모입자 4를 제조하였다.
(모입자 5)
평균 입경 3.8 ㎛의 가교 폴리스티렌 입자(수지 미립자) 1 g을 팔라듐 촉매인 아토텍 네오간트 834(아토텍 재팬(주) 제조, 상품명)을 8 중량% 함유하는 팔라듐 촉매화액 100 mL에 첨가하고, 30 ℃에서 30분 교반한 후, 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 여과하고, 수세를 행하였다.
다음으로, 수세 후의 수지 미립자를, pH 6.0으로 조정한 0.5 중량% 디메틸아민보란액에 첨가하여, 표면이 활성화된 수지 미립자를 얻었다. 그 후, 증류수에 표면이 활성화된 수지 미립자를 침지하고, 초음파 분산하였다.
상기 액을 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 여과하고, 50 ℃에서 교반하면서, 황산니켈6수화물 50 g/L, 차아인산나트륨일수화물 20 g/L, 디메틸아민보란 2.5 g/L, 시트르산 50 g/L를 포함하는 pH를 7.5로 조정한 무전해 도금액 A를 서서히 첨가하여, 수지 미립자의 무전해 니켈 도금을 행하였다.
샘플링과 원자 흡광에 의해서 니켈의 막 두께를 조정하고, 니켈막 두께가 700 Å가 된 시점에 무전해 도금액 A의 첨가를 중지하였다. 여과 후, 100 ml 순수세정 60초를 행하여, 표면에 700 Å의 니켈막을 갖는 입자를 제조하였다.
다음으로, 환원형 무전해 금 도금인 HGS-2000(히타치 가세이 고교(주) 제조, 상품명)에 65 ℃의 조건으로 침지하여, 300 Å의 금층을 도금에 의해 형성하였다. 이상의 공정에 의해, 수지 코어 입자 상에 700 Å의 Ni층과 300 Å의 Au층을 갖는 모입자 5를 제조하였다.
(모입자 6)
수지 미립자의 표면에 니켈막을 제조한 후, 무전해 팔라듐 도금액인 APP(이시하라 야꾸힝 고교(주) 제조, 상품명)에 50 ℃의 조건으로 표면이 활성화된 수지 미립자를 침지하여, 수지 표면에 180 Å의 무전해 Pd 도금을 행하였다. 이상의 공정에 의해, 수지 코어 입자 상에 700 Å의 Ni층과 180 Å의 Pd층을 갖는 모입자 6을 제조하였다.
다음으로, 상기에서 얻은 모입자 1 내지 6을 이용하여 도전 입자 1 내지 6을 제조하였다.
(도전 입자 1)
머캅토아세트산 8 mmol을 메탄올 200 ml에 용해시켜 반응액을 제조하였다.
다음으로, 모입자 1을 1 g 상기 반응액에 가하고, 실온(25 ℃)에서 2시간 쓰리원 모터와 직경 45 mm의 교반 날개로 교반하였다. 메탄올로 세정한 후, 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 모입자 1을 여과함으로써 표면에 카르복실기를 갖는 모입자 1을 얻었다.
다음으로, 분자량 70000의 30% 폴리에틸렌이민 수용액(와코 준야꾸 고교(주) 제조)을 초순수로 희석하여 0.3 중량% 폴리에틸렌이민 수용액을 얻었다. 상기 카르복실기를 갖는 모입자 1을 0.3 중량% 폴리에틸렌이민 수용액에 1 g 가하고, 실온에서 15분 교반하였다.
그 후, 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 모입자 1을 여과하고, 초순수 200 g에 넣고 실온에서 5분 교반하였다. 또한 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 모입자 1을 여과하고, 상기 멤브레인 필터 상에서 200 g의 초순수로 2회 세정을 행함으로써 모입자 1에 흡착하지 않은 폴리에틸렌이민을 제거하였다.
다음으로, 절연성 입자인 콜로이달실리카의 분산액(질량 농도 20%, 후소 가가꾸 고교(주) 제조, 제품명: 큐오트론 PL-10, 평균 입경 100 nm)을 초순수로 희석하여 0.1 중량% 실리카 분산 용액을 얻었다. 상기 폴리에틸렌이민에서의 처리 후의 모입자 1을 0.1 중량% 실리카 분산 용액에 넣고 실온에서 15분 교반하였다.
다음으로, 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 모입자 1을 여과하고, 초순수 200 g에 넣고 실온에서 5분 교반하였다. 또한 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 모입자 1을 여과하고, 상기 멤브레인 필터 상에서 200 g의 초순수로 2회 세정을 행함으로써 모입자 1에 흡착하지 않은 실리카를 제거하였다. 그 후 80 ℃에서 30분의 조건으로 건조를 행하고, 120 ℃에서 1시간 가열 건조행함으로써 모입자 1의 표면에 실리카(자입자)가 흡착한 도전 입자 1을 제조하였다.
(도전 입자 2)
모입자 1 대신에 모입자 2를 사용한 것 이외에는 도전 입자 1과 동일한 방법으로 도전 입자 2를 제조하였다.
(도전 입자 3)
모입자 1 대신에 모입자 3을 사용한 것 이외에는 도전 입자 1과 동일한 방법으로 도전 입자 3을 제조하였다.
(도전 입자 4)
모입자 1 대신에 모입자 4를 사용한 것 이외에는 도전 입자 1과 동일한 방법으로 도전 입자 4를 제조하였다.
(도전 입자 5)
모입자 1 대신에 모입자 4를 이용하고, 콜로이달실리카 분산액 PL-10 대신에 PL-13(질량 농도 20%, 후소 가가꾸 고교(주) 제조, 제품명: 큐오트론 PL-13, 평균 입경 130 nm)을 사용한 것 이외에는 도전 입자 1과 동일한 방법으로 도전 입자 5를 제조하였다.
(도전 입자 6)
모입자 1 대신에 모입자 5를 이용한 이외에는 도전 입자 1과 동일한 방법으로 도전 입자 6을 제조하였다.
(도전 입자 7)
모입자 4 대신에 모입자 6을 이용한 이외에는 도전 입자 5와 동일한 방법으로 도전 입자 7을 제조하였다.
(실시예 1)
<접착제 용액의 제조>
페녹시 수지(유니온카바이드사 제조, 상품명: PKHC) 100 g 및 아크릴 고무(부틸아크릴레이트 40부, 에틸아크릴레이트 30부, 아크릴로니트릴 30부, 글리시딜메타크릴레이트 3부의 공중합체, 분자량: 85만) 75 g을 아세트산에틸 300 g에 용해하여 36.8 중량% 용액을 얻었다.
이어서, 마이크로캡슐형 잠재성 경화제를 함유하는 액상 에폭시(에폭시당량185, 아사히가세이 에폭시(주) 제조, 상품명: 노바큐어 HX-3941) 300 g을 이 용액에 가하고, 교반하여 접착제 용액을 제조하였다.
<도전 입자의 초음파 분산>
상기에서 제조한 4 g의 도전 입자 1을 아세트산에틸 10 g 중에 초음파 분산하였다. 초음파 분산의 조건은 38 kHz 400 W 20 L(시험 장치, 후지모또 가가꾸(주) 제조, 상품명: US107)에 비이커 침지한 샘플을 넣고 1분 교반하였다.
상기 입자 분산액을 접착제 용액에 분산(도전 입자 1이 접착제에 대하여 21 부피%가 되도록)하고, 이 용액을 세퍼레이터(실리콘 처리한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 두께 40 ㎛)에 롤코터로 도포하고, 90 ℃, 10분 건조하여 두께 25 ㎛의 이방 도전 접착제 필름을 제조하였다.
다음으로, 제조한 이방 도전 접착 필름을 이용하여, 금 범프(면적: 30×90 ㎛, 스페이스 10 ㎛, 높이: 15 ㎛, 범프수 362)가 있는 칩(1.7×17 mm, 두께: 0.5 ㎛)와 Al 회로가 있는 유리 기판(두께: 0.7 mm)의 접속 구조체 샘플을 이하의 방법으로 제조하였다.
우선, 이방 도전 접착 필름(2×19 mm)을 Al 회로가 있는 유리 기판에 80 ℃, 0.98 MPa(10 kgf/cm2)로 접착한 후, 세퍼레이터를 박리하고, 칩의 범프와 Al 회로가 있는 유리 기판의 위치 정렬을 행하였다. 이어서, 190 ℃, 40 g/범프, 10초의 조건으로 칩 상방으로부터 가열, 가압을 행하고, 본 접속을 행하여 샘플을 얻었다.
(실시예 2)
도전 입자 1 대신에 도전 입자 2를 이용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 샘플을 제조하였다.
(실시예 3)
도전 입자 1 대신에 도전 입자 3을 이용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 샘플을 제조하였다.
(실시예 4)
도전 입자 1 대신에 도전 입자 4를 이용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 샘플을 제조하였다.
(실시예 5)
도전 입자 1 대신에 도전 입자 5를 이용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 샘플을 제조하였다.
(비교예 1)
도전 입자 1 대신에 도전 입자 6을 이용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 샘플을 제조하였다.
(비교예 2)
도전 입자 1 대신에 도전 입자 7을 이용한 이외에는 실시예 1과 동일하게 샘플을 제조하였다.
(금속의 막 두께 측정)
Pd, Ni, Au의 각 막 두께의 측정은 시료를 50 부피% 왕수에 용해시킨 후, 수지를 공경 3 ㎛의 멤브레인 필터(밀리포어사 제조)로 여과 분별하여 제거하고, 원자 흡광으로 측정한 후에 두께 환산하였다.
(자입자의 피복률)
자입자(절연성 입자)의 피복률은 각 도전 입자의 전자현미경 사진을 촬영하고, 화상을 해석함으로써 산출하였다.
(입자의 용출 시험)
도전 입자 1 내지 7을 각 1 g 채취하고, 순수 50 g에 분산시켰다. 다음으로, 60 ml의 압력 용기에 샘플을 투입하고, 100 ℃에서 10시간 방치하였다.
그 후, 도전 입자 분산 용매를 공경 0.2 ㎛ 필터로 여과하고, 여과액 내의 각 금속 이온을 원자 흡광으로 측정하였다. 용출량은 다음 식에 의해 구하였다.
(절연 저항 시험 및 도통 저항 시험)
실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 2에서 제조한 샘플의 절연 저항 시험 및 도통 저항 시험을 행하였다. 이방 도전 접착 필름은 칩 전극 사이의 절연 저항이 높고, 칩 전극/유리 전극 사이의 도통 저항이 낮은 것이 중요하다.
칩 전극 사이의 절연 저항은 20 샘플을 측정하고, 그 최소치를 측정하였다. 절연 저항에 대해서는 바이어스 시험(습도 60%, 90 ℃, 20 V 직류 전압에 의한 내구 시험) 전후의 결과의 최소치를 나타낸다.
또한, 칩 전극/유리 전극 사이의 도통 저항에 대해서는 14 샘플의 평균치를 측정하였다. 도통 저항은 초기치와 흡습 내열 시험(온도 85 ℃, 습도 85%의 조건에서 1000 시간 방치) 후의 값을 측정하였다.
(결과)
상기한 각각의 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 2, 5에 나타내는 니켈을 전혀 이용하지 않는 입자는 용출 시험 결과에 나타낸 바와 같이 금속의 용출이 거의 없고, 실시예 3은 니켈을 이용하고 있지만 외층의 팔라듐층이 두껍기 때문에 니켈의 용출이 적고, 실시예 4는 외층의 팔라듐층이 얇기 때문에 니켈의 용출이 약간 많은 것이 분명하다.
이에 비하여, 외층에 금 도금을 이용한 비교예 1, 및 180 Å 이하의 박층의 팔라듐층을 이용한 비교예 2에서는 모두 실시예에 비하여 다량의 니켈이 용출하는 경향이 있다. 따라서, 협피치의 COG 기판에 있어서는 니켈을 이용하지 않는 쪽이 무난하고, 니켈을 이용한 경우에는, 두께가 200 Å 이상의 팔라듐층으로 니켈층을 피복하는 것이 바람직하다.
또한, 귀금속인 팔라듐은 용출이 거의 없다. 절연 신뢰성 시험 결과는 거의 니켈의 용출량에 의존하고 있어, 니켈의 용출이 적은 실시예는 양호한 결과를 나타내고, 니켈의 용출이 많은 비교예는 절연 신뢰성이 낮은 것이 분명하다.
도통에 대해서는, 비교예 2 이외에는 양호한 결과를 나타내었다. 각 샘플의 단면 이온빔상을 촬영하여, 확인한 바, 비교예 2 이외에는 자입자가 Pd나 Au 부분에 박히는 형태로 도통이 얻어져 있었던 것에 비하여, 비교예 2는 절연층의 두께(모입자에 흡착한 실리카의 직경)에 대하여 Pd층이 너무 얇기 때문에, Pd층(금속층)이 전극에 거의 접촉하지 않는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, 절연층의 두께(모입자에 흡착한 실리카의 직경)는 Pd층이나(Pd층+Au층)의 두께보다도 큰 것이 바람직하다.
표 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 의해 제조한 샘플(실시예 1 내지 5)는 표면의 Pd(Au)의 비율이 높기 때문에, 입자 표면에 티올이 화학 흡착하기 쉽다. 따라서, 초음파 분산의 전후에 거의 자입자(실리카)의 박리가 발생하지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 실장 시험 시의 절연 저항에 대해서도 본 발명에 의해 제조한 샘플(실시예 1 내지 5)은 자입자가 박리하기 어렵기 때문에, 수율이 양호하였다.
한편, 비교예 1, 2에서 제조한 샘플은 표면의 니켈의 비율이 높다. 따라서 입자 표면에 티올이 화학 흡착하기 어려워, 실리카와 모입자의 결합력이 약해져, 초음파 분산으로 실리카가 모입자로부터 박리하기 쉬운 것을 알 수 있었다. 또한 실장 시험 시의 절연 저항에 대해서도 비교예 1, 2에서 제조한 샘플은 절연 불량이 발생하기 쉬운 것을 알 수 있었다. 배합 후의 입자를 메틸에틸케톤으로 용출하여, SEM 관찰한 바 자입자가 박리하고 있는 것을 알 수 있었다.
<산업상의 이용가능성>
이상 설명한 바와 같이, 상기 본 발명에 따르면, 마이그레이션을 일으키지 않고, 비용이 싸고, 또한 도전성이 높고, 전극 사이의 접속 신뢰성이 우수한 도전 입자 및 도전 입자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (29)
- 코어 입자와,
상기 코어 입자를 피복하고, 두께가 200Å 이상인 팔라듐층과,
상기 팔라듐층의 표면에 형성된 고분자 전해질 막과,
상기 고분자 전해질을 통해 상기 팔라듐층의 표면에 고정화되고, 입경이 상기 팔라듐층의 두께보다 큰 절연성 입자
를 구비하는 도전 입자. - 코어 입자와,
상기 코어 입자를 피복하는 도전층과,
상기 도전층을 피복하고, 두께가 200Å 이상인 팔라듐층과,
상기 팔라듐층 막의 표면에 형성된 고분자 전해질 막과,
상기 고분자 전해질을 통해 상기 팔라듐층의 표면에 고정화되고, 입경이 상기 도전층 및 팔라듐층의 두께의 합계보다 큰 절연성 입자
를 구비하는 도전 입자. - 코어 입자와,
상기 코어 입자를 피복하고, 두께가 200Å 이상인 팔라듐층과,
상기 팔라듐층을 피복하는 금층과,
상기 금층의 표면에 형성된 고분자 전해질 막과,
상기 고분자 전해질 막을 통해 상기 금층의 표면에 고정화되고, 입경이 상기 팔라듐층 및 상기 금층의 두께의 합계보다 큰 절연성 입자
를 구비하는 도전 입자. - 제3항에 있어서, 상기 금층이 환원 도금형의 금층인 도전 입자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팔라듐층이 환원 도금형의 팔라듐층인 도전 입자.
- 코어 입자의 표면에 팔라듐층을 형성하는 공정과,
상기 팔라듐층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 상기 팔라듐층의 표면에 관능기를 형성하는 공정과,
상기 관능기가 형성된 상기 팔라듐층의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 상기 팔라듐층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정
을 구비하는 도전 입자의 제조 방법. - 코어 입자의 표면에 도전층을 형성하는 공정과,
상기 도전층의 표면에 팔라듐층을 형성하는 공정과,
상기 팔라듐층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 상기 팔라듐층의 표면에 관능기를 형성하는 공정과,
상기 관능기가 형성된 상기 팔라듐층의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 상기 팔라듐층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정
을 구비하는 도전 입자의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 코어 입자의 표면에 팔라듐층을 형성하는 공정과,
상기 팔라듐층의 표면에 금층을 형성하는 공정과,
상기 금층의 표면을 머캅토기, 술피드기 또는 디술피드기 중 어느 하나를 갖는 화합물로 처리하여 상기 금층의 표면에 관능기를 형성하는 공정과,
상기 관능기가 형성된 상기 금층의 표면을 고분자 전해질로 처리한 후에, 상기 금층의 표면에 절연성 입자를 화학 흡착에 의해 고정화하는 공정
을 구비하는 도전 입자의 제조 방법. - 삭제
- 제6항에 있어서, 상기 관능기가 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기 중 어느 하나인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 관능기가 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기 중 어느 하나인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 관능기가 수산기, 카르복실기, 알콕실기 또는 알콕시카르보닐기 중 어느 하나인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 고분자 전해질이 폴리아민류인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 고분자 전해질이 폴리아민류인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 고분자 전해질이 폴리아민류인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 폴리아민류가 폴리에틸렌이민인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 폴리아민류가 폴리에틸렌이민인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 폴리아민류가 폴리에틸렌이민인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 절연성 입자가 무기 산화물인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 절연성 입자가 무기 산화물인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 절연성 입자가 무기 산화물인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 무기 산화물이 실리카인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 무기 산화물이 실리카인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 무기 산화물이 실리카인, 도전 입자의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 도전 입자를 접착제에 분산시켜 이루어진 이방 도전성 접착제.
- 제1 전극을 구비하는 제1 기판과 제2 전극을 구비하는 제2 기판을, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하도록 배치하고,
제27항에 기재된 이방 도전성 접착제를 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치하고,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판을, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하는 방향에서 가열 가압하면서 적층하는
공정을 구비하는 접속 구조체의 제조 방법. - 제28항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 접속 구조체.
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