KR101530401B1 - 이방성 도전 접착제 - Google Patents

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Abstract

배선판에 전자 부품을 무압력 내지 저압력에서 이방성 도전 접속시키기 위한 이방성 도전 접착제는, 도전 입자가 결합제 수지 조성물에 분산되어 이루어지는 것이다. 그 도전 입자로서 장경이 10 내지 40 μm, 두께가 0.5 내지 2 μm, 종횡비가 5 내지 50인 금속 후레이크 분말이 사용된다. 또한 도전 입자의 이방성 도전 접착제 중의 함유량은 5 내지 35 질량％이다. 이 이방성 도전 접착제를 배선판의 접속 단자에 공급하고, 전자 부품의 접속 단자를 이방성 도전 접착제가 개재되는 기판의 접속 단자에 가접속시키고, 전자 부품에 대하여 압력을 인가하지 않거나 또는 저압력을 인가하면서 가열함으로써 기판과 전자 부품을 이방성 도전 접속시킬 수 있다.

Description

이방성 도전 접착제 {ANISOTROPICALLY CONDUCTIVE ADHESIVE}
본 발명은 배선판에 전자 부품을 무압력 내지 저압력에서 이방성 도전 접속시키기 위한 이방성 도전 접착제, 및 그것을 이용한 이방성 도전 접착 방법에 관한 것이다.
에폭시 수지와 경화제로 이루어지는 결합제 수지 조성물에 구상(球狀) 도전 입자를 분산시킨 이방성 도전 접착제는, 리지드(rigid) 기판 등의 배선판에 연성 인쇄 회로 필름이나 IC 칩 등의 전자 부품을 접속시킬 때에 널리 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이 경우, 배선판과 전자 부품 사이에 이방성 도전 접착제를 개재시키고, 전자 부품을 히트 본더로 결합제 수지의 경화 온도(예를 들면, 150 ℃) 이상으로 가열함과 동시에, 양호한 접속 신뢰성을 확보하기 위해서 1 MPa 이상의 압력을 인가하고 있다. 이것은, 어느 정도 넓이의 접촉 면적을 확보하기 위해서는, 구상 도전 입자를 배선판이나 전자 부품의 접속 단자 영역에 파묻히게 할 필요가 있고, 그를 위해서 비교적 큰 가압이 필수가 되기 때문이다.
일본 특허 공고 (평)5-47922호 공보
그러나, 리지드 기판 등의 배선판에 연성 인쇄 회로 필름 등을 이방성 도전 접속시킬 때, 결과적으로 배선판에도 압력이 인가되기 때문에, 배선판이 손상을 입는 경우가 있다. 특히 고밀도 실장을 실현하기 위해서, 배선판의 이면에도 전자 부품이 실장되어 있는 경우에는, 배선판뿐만 아니라 이면의 전자 부품이나 이들을 접속시키는 배선도 손상을 입는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 이상의 종래 기술의 과제를 해결하고자 하는 것이고, 배선판에 전자 부품을 무압력 내지 저압력의 인가로 이방성 도전 접속시킬 수 있는 이방성 도전 접착제를 제공하는 것이다.
본 발명자는 이방성 도전 접착제에 사용하는 도전 입자로서, 특정 크기, 두께 및 종횡비를 갖는 금속 후레이크 분말을 사용함으로써 상술한 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은 배선판에 전자 부품을 무압력 내지 저압력에서 이방성 도전 접속시키기 위한 이방성 도전 접착제로서, 도전 입자가 결합제 수지 조성물에 분산되어 이루어지는 이방성 도전 접착제에 있어서, 상기 도전 입자가 장경(長徑) 10 내지 40 μm, 두께가 0.5 내지 2 μm, 종횡비가 5 내지 50인 금속 후레이크 분말이며, 도전 입자의 이방성 도전 접착제 중의 함유량이 5 내지 35 질량％인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접착제를 제공한다.
또한, 본 발명은 배선판의 접속 단자에 상술한 이방성 도전 접착제를 공급하고, 전자 부품의 접속 단자를, 이방성 도전 접착제를 개재시키면서 기판의 접속 단자에 가접속시키고, 전자 부품에 대하여 압력을 인가하지 않거나 또는 저압력을 인가하면서 가열함으로써 기판과 전자 부품을 접속시키는 이방성 도전 접속 방법을 제공한다.
본 발명의 이방성 도전 접착제는 도전 입자로서 특정 크기, 두께, 종횡비를 갖는 금속 후레이크 분말을 사용한다. 도전 입자가 이러한 형상ㆍ치수의 금속 후레이크 분말인 것으로 금속 후레이크 분말을 배선판이나 전자 부품 각각의 접속 단자에 파묻히게 하지 않고도 접속 단자와 도전 입자 사이에 면 접촉이 가능해진다. 따라서, 배선판의 접속 단자와 전자 부품의 접속 단자를, 이방성 도전 접착제를 개재시키면서 위치 정렬하여 비교적 저압에서 가접속시킨 후에는, 무압력(즉, 압력을 인가하지 않거나) 또는 종래에 비해 비교적 낮은 압력의 인가라는 조건하에서 가열함으로써, 양호한 접속 신뢰성을 나타내는 이방성 도전 접속이 가능해진다.
본 발명은 배선판에 전자 부품을 무압력 내지 저압력에서 이방성 도전 접속시키기 위한 이방성 도전 접착제로서, 도전 입자가 결합제 수지 조성물에 분산되어 이루어지는 이방성 도전 접착제이다. 본 발명의 특징은, 도전 입자로서 장경 10 내지 40 μm, 두께가 0.5 내지 2 μm, 종횡비가 5 내지 50인 금속 후레이크 분말을 사용하는 것이다.
금속 후레이크 분말로서는, 니켈, 은 등의 금속 후레이크 분말을 사용할 수 있지만, 그 중에서도 저비용과 양호한 도전성의 점에서 니켈 후레이크 분말을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 금속 후레이크 분말은 그의 장경이 10 내지 40 μm, 바람직하게는 10 내지 30 μm이고, 두께가 0.5 내지 2 μm, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 μm인 것이다. 장경에 대하여, 10 μm 미만이면 접속 후의 도통 저항이 높아지는 경향이 있고, 40 μm를 초과하면 절연 저항이 낮아지는 경향이 있기 때문이다. 또한, 두께에 대하여, 0.5 μm 미만이면 절연 저항이 낮아지는 경향이 있고, 2 μm를 초과하면 접속 후의 도통 저항이 높아지는 경향이 있기 때문이다. 금속 후레이크 분말의 장경, 두께는 전자 현미경 등에 의한 외관 관찰에 의해 측정되는 수치이다. 또한, 금속 후레이크 분말의 단경은 통상적으로 장경의 10 내지 50 ％ 정도의 길이이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 금속 후레이크 분말은 종횡비(즉, 장경을 두께로 나눈 수치)가 5 내지 50, 바람직하게는 5 내지 42인 것을 사용한다. 종횡비에 대하여, 5 미만이면 접속 후의 도통 저항이 높아지는 경향이 있고, 50을 초과하면 절연 저항이 낮아지는 경향이 있기 때문이다.
본 발명에서 도전 입자의 이방성 도전 접착제 중의 함유량은 5 내지 35 질량％, 바람직하게는 7 내지 30 질량％이다. 그 함유량이 5 질량％ 미만이면 접속 신뢰성이 충분하지 않고, 35 질량％를 초과하면 도전 접속의 이방성을 잃게 될 우려나 접속 강도의 저하가 있기 때문이다.
본 발명의 이방성 도전 접착제를 구성하는 결합제 수지 조성물로서는, 종래의 이방성 도전 접착제에서 이용되고 있는 열경화성 결합제 수지 조성물 중에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 열 경화형 에폭시 수지, 열 경화형 요소 수지, 열 경화형 멜라민 수지, 열 경화형 페놀 수지 등에, 이미다졸계 경화제, 아민계 경화제 등의 경화제를 배합한 결합제 수지 조성물을 들 수 있다. 그 중에서도, 경화 후의 접착 강도가 양호한 점을 고려하면, 열 경화형 에폭시 수지를 결합제 수지로서 사용한 결합제 수지 조성물을 바람직하게 사용할 수 있다.
이러한 열 경화형 에폭시 수지로서는, 액상일 수도 고체상일 수도 있고, 에폭시 당량이 통상 100 내지 4000 정도이며, 분자 중에 2 이상의 에폭시기를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 페놀노볼락형 에폭시 화합물, 크레졸노볼락형 에폭시 화합물, 에스테르형 에폭시 화합물, 지환형 에폭시 화합물 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이들 화합물에는 단량체나 올리고머가 포함된다.
본 발명의 결합제 수지 조성물에는, 필요에 따라서 실리카, 마이카 등의 충전제, 안료, 대전 방지제 등을 함유시킬 수 있다. 착색료, 방부제, 폴리이소시아네이트계 가교제, 실란 커플링제 등도 배합할 수도 있다.
또한, 공지된 구상 도전 입자를 배합할 수도 있다. 금속 후레이크 분말에 더하여 구상 도전 입자를 배합하면, 도통 저항값을 보다 안정화시킬 수 있다고 하는 효과나, 금속 후레이크 분말의 사용량을 감소시켜 이방성 도전 접착제의 제조 비용을 억제할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다. 이러한 구상 도전 입자의 크기로서는, 평균 입경이 1 내지 10 μm인 것이며 도전 입자의 장경보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 구상 도전 입자의 배합량은 금속 후레이크 분말의 배합량(질량부)의 0.1 내지 1배인 것이 바람직하다.
본 발명의 이방성 도전 접착제의 점도는, 너무 낮으면 예비 압착으로부터 본 경화의 공정에서 유동되어 버려 접속 불량을 일으키기 쉽다. 너무 높아도 도포시에 불량을 발생시키기 쉽기 때문에, 콘 플레이트형 점도계로 측정한 25 ℃의 점도는 바람직하게는 50 내지 200 Paㆍs, 보다 바람직하게는 50 내지 150 Paㆍs이다.
본 발명의 이방성 도전 접착제는, 도전 입자인 금속 후레이크 분말을 열경화성 결합제 수지 조성물에 통상법에 따라서 균일하게 분산시킴으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 이방성 도전 접착제는, 이하에 설명한 바와 같이 배선판과 전자 부품을 이방성 도전 접속시킬 때에 바람직하게 사용할 수 있다.
우선, 배선판의 접속 단자에 이 이방성 도전 접착제를 공급한다. 여기서, 배선판으로서는, 투명 전극이 형성된 유리 배선 기판, 유리 에폭시 배선 기판, 폴리이미드 인쇄 회로 필름 기판 등을 들 수 있다. 접속 단자로서는, 각각의 기판에 적합한 단자를 이용할 수 있다.
또한, 이방성 도전 접착제의 공급 방법으로서는, 실린지로부터 공급하는 방법이 일반적이지만, 그것에 한정되지 않는다. 이방성 도전 접착제를 성막하여 이방성 도전 필름으로서 공급할 수도 있다. 공급된 이방성 도전 접착제의 두께는 통상 30 내지 50 μm이다.
다음에, 전자 부품의 접속 단자를, 이방성 도전 접착제를 개재시키면서 배선판의 접속 단자에 가접속시킨다. 구체적으로는, 전자 부품의 접속 단자를, 이방성 도전 접착제를 개재시키면서 배선판의 접속 단자에 위치 정렬시킨다. 또한, 전자 부품에 바람직하게는 0.1 내지 1 MPa의 압력을 인가하여 가접속시킨다. 이 경우, 결합제 수지 조성물을 완전 경화시키는 데에는 이르지 않는 정도로 가열할 수도 있다. 여기서, 전자 부품으로서는, IC 칩, 연성 인쇄 회로 필름 등을 들 수 있다.
다음에, 전자 부품에 대하여 압력을 인가하지 않거나 또는 저압력(즉, 1 MPa 이하)을 인가하면서 가열하고, 결합제 수지 조성물을 거의 완전 내지 완전히 경화시킨다. 이에 따라, 안정하며 양호한 접속 신뢰성을 나타내는 이방성 도전 접속이 가능해진다.
본 발명의 이방성 도전 접착제는 상술한 이방성 도전 접속 용도만이 아니라, 이방성을 요구하지 않는 도전 접속 용도로서도 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들면 저항이나 컨덴서, 피에조 소자 등의 전자 부품의 접속을 들 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 9
표 1의 성분을 믹서로 균일하게 혼합함으로써 이방성 도전 접착제를 제조하였다. 얻어진 이방성 도전 접착제의 점도를, 레오미터(하아케사 제조 콘 플레이트형 점도계)를 이용하여 온도 25 ℃, 전단 속도(shear rate) 10 (1/s)으로 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 사용한 니켈 후레이크 및 구상 니켈 입자의 크기에 대해서는, 전자 현미경으로 직접 관찰한 결과를 표 1에 나타내었다.
(이방성 도전 접속 평가)
또한, 얻어진 이방성 도전 접착제를 리지드 인쇄 배선 기판(유리 에폭시 기재 1.1 mm 두께/Cu 배선 35 μm 두께/표면 금 도금: 2 mm 피치, L/S=1/1)의 접속 단자부에, 실린지로부터 35 μm 두께가 되도록 도포하였다. 그 이방성 도전 접착제 위로부터, 리지드 인쇄 배선 기판의 접속 단자에 대하여 연성 배선 회로 필름(폴리이미드 필름 기재 22 μm 두께/Cu 배선 18 μm 두께/표면 금 도금: 2 mm 피치, L/S=1/1)의 접속 단자를 위치 정렬하고, 상온에서 0.5 MPa의 압력을 인가하여 가접속시켰다.
가접속시킨 것을 120 ℃의 오븐 중에 넣고, 접속부에 압력을 인가하지 않고 10 분간 가열하여 결합제 수지 조성물을 경화시킴으로써, 이방성 도전 접속을 행하여 얻어진 접속 구조체에 대하여, 이하에 설명하는 바와 같이 도통 저항값, 절연 저항값, 박리 강도를 시험 평가하였다.
<도통 저항값>
이방성 도전 접속하여 얻어진 접속 구조체에 대하여, 디지탈 멀티미터(어드반테스트사)를 사용하여 4 단자법에 의해 도통 저항값(최대(Max.), 최소(Min.), 평균(Ave.))을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다. 실용상, 최대값은 10 Ω 이하, 최소값은 0.5 Ω 이하, 평균은 1 내지 5 Ω인 것이 바람직하다.
<절연 저항값>
이방성 도전 접속하여 얻어진 접속 구조체의 인접 단자간의 절연 저항을 20 V 인가 조건하에서 측정하였다. 절연 저항값이 108 Ω 이상을 A로 평가하고, 107 내지 108 Ω을 B로 평가하고, 107 Ω 미만을 C로 평가하였다. 실용상, 평가가 A 또는 B인 것이 바람직하다.
<박리 강도>
이방성 도전 접속하여 얻어진 접속 구조체의 리지드 인쇄 배선 기판을 고정시키고, 연성 배선 회로 필름을 90도 방향으로 50 mm/분의 속도로 박리하고, 그 때의 박리 강도를 인장 시험기를 이용하여 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다. 실용상 5 N/cm 이상인 것이 바람직하다.
Figure 112010025384894-pct00001
표 1로부터, 특정 크기와 종횡비를 갖는 금속 후레이크 분말을 도전 입자로서 사용한 본 발명의 이방성 도전 접착제는, 도통 저항값, 절연 저항값 및 박리 강도에 대해서 실용상 문제가 없는 특성을 나타내었다. 한편, 비교예 1의 이방성 도전 접착제는 니켈 후레이크의 함유량이 5 질량％를 하회하기 때문에, 도통 저항값(최대)이 너무 높아서 실용에 적합하지 않은 것이었다. 비교예 2 내지 6의 이방성 도전 접착제는 니켈 후레이크의 함유량이 35 질량％를 넘었기 때문에, 인접 단자간에 절연 저항이 유지되지 않아 실용에 적합하지 않은 것이었다. 비교예 7의 이방성 도전 접착제는 사용한 금속 후레이크의 종횡비가 5를 하회하기 때문에, 도통 저항값(최대)이 너무 높아서 실용에 적합하지 않은 것이었다. 또한, 비교예 8의 이방성 도전 접착제는 사용한 금속 후레이크의 종횡비가 50을 넘었기 때문에, 인접 단자간에 절연 저항이 유지되지 않아 실용에 적합하지 않은 것이었다. 또한, 비교예 9의 이방성 도전 접착제는 금속 후레이크가 아니라 구상 도전 입자를 사용하였기 때문에, 도통 저항값(최대)이 높아서 실용에 적합한 것은 아니었다.
실시예 8, 비교예 10
실시예 4 또는 비교예 9의 이방성 도전 접착제를 이용하여 가접속 후의 이방성 도전 접속시에, 연성 인쇄 회로 필름을 콘스탄트 히트 본더(constant heat bonder)(2 mm 폭)로 180 ℃에서 10 초간, 이하의 표 2에 나타내는 접속 압력으로 이방성 도전 접속시켰다. 얻어진 접속 구조체에 대하여, 실시예 1과 동일하게 도통 저항값 및 절연 저항에 대해서 시험 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112010025384894-pct00002
표 2로부터, 본 발명의 이방성 도전 접착제는 접속부에 압력을 인가하지 않거나, 또는 1 MPa 이하, 특히 0.5 MPa 이하의 저압 조건하에서도 양호한 접속 신뢰성을 확보할 수 있는 것을 알았다. 그에 대하여, 구상 도전 입자를 사용한 비교예 10의 경우에는, 실시예 8의 경우에 비해 도통 저항값이 높고, 저압 조건에서는 양호한 접속 신뢰성을 확보하는 것이 곤란하였다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명의 이방성 도전 접착제는 도전 입자로서 특정 크기, 두께, 종횡비를 갖는 금속 후레이크 분말을 사용한다. 따라서, 배선판의 접속 단자와 전자 부품의 접속 단자를, 이 이방성 도전 접착제를 개재시켜 위치 정렬시켜 비교적 저압에서 가접속시킨 후, 압력을 인가하지 않거나 또는 종래에 비해 비교적 낮은 압력의 인가라는 조건하에서 가열함으로써, 양호한 접속 신뢰성을 나타내는 이방성 도전 접속이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 이방성 도전 접착제는 접속부에 대하여 무압력 내지 저압력 인가 조건에서의 이방성 도전 접속에 유용하다.

Claims (8)

  1. 배선판에 전자 부품을 무압력 내지 1 MPa 이하의 저압력에서 이방성 도전 접속시키기 위한 이방성 도전 접착제로서, 도전 입자가 결합제 수지 조성물에 분산되어 이루어지는 이방성 도전 접착제에 있어서, 상기 도전 입자가 장경 10 내지 40 μm, 두께가 0.5 내지 2 μm, 종횡비가 5 내지 50인 금속 후레이크 분말이며, 도전 입자의 이방성 도전 접착제 중의 함유량이 5 내지 35 질량％인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 금속 후레이크 분말이 니켈 후레이크 분말인 이방성 도전 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결합제 수지 조성물이 에폭시 수지와 이미다졸계 경화제를 함유하는 이방성 도전 접착제.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 25 ℃에서의 점도가 50 내지 200 Paㆍs인 이방성 도전 접착제.
  5. 배선판의 접속 단자에 제1항에 기재된 이방성 도전 접착제를 공급하고, 전자 부품의 접속 단자를, 이방성 도전 접착제를 개재시키면서 기판의 접속 단자에 가접속시키고, 전자 부품에 대하여 압력을 인가하지 않거나 또는 1 MPa 이하의 저압력을 인가하면서 가열함으로써 기판과 전자 부품을 접속시키는 이방성 도전 접속 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 가접속시에 전자 부품에 0.1 내지 1 MPa의 압력을 인가하는 이방성 도전 접속 방법.
  8. 제5항에 있어서, 가열시에 전자 부품에 압력을 인가하지 않는 이방성 도전 접속 방법.
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