KR101644849B1 - 이방성 도전성 접착제 및 이를 이용한 반도체 실장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 코팅된 절연막을 포함하는 도전입자와, 상기 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료되지 않는 접착성 절연 수지, 및 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자를 포함하는 페이스트 또는 필름 형태의 이방성 도전성 접착제 및 이를 이용한 반도체 실장 방법에 관한 것이다.

이방성 도전성 접착제, 도전입자, 방열입자, 젖음성

Description

이방성 도전성 접착제 및 이를 이용한 반도체 실장 방법{Anisotropic conductive adhesive and method for packaging semiconductors using the same}

본 발명은 도전 접착제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 서로 대향하는 단자 등의 단자 간의 충분한 전기적 접속을 확보면서 방열 기능이 향상된 이방성 도전성 접착제 및 이를 이용한 반도체의 실장방법에 관한 것이다.

일반적으로 도전성 접착제는 금속 등의 도전입자를 수지 중에 분산시키는 것으로, 대향 전극 간에는 도전성을 얻을 수 있고 인접 전극 간에는 절연성을 얻을 수 있는 전극 접합 재료이다.

즉, 도전성 접착제에 포함되는 도전입자에 의해, 대향 전극 간의 도통을 가능하게 하는 한편, 상기 도전성 접착제에 포함되는 수지에 의해 인접 전극 간의 절연성을 확보함과 함께, 대향 전극 간을 접착시켜 칩과 기판을 고정하고 있는 것이다.

최근 전자분야에서는 고속화, 대용량화, 소형화 또는 경량화의 요구에 부응하여, 반도체 팁과 같은 전자 부품의 고집적화나 고밀도화를 실현하기 위한 실장기술의 개발이 진행되고 있으며, 특히 내열 온도가 낮은 전자 디바이스 등의 실장을 수행하는 경우에는 열화를 방지하기 위하여 저온에서 접합 될 것이 요구되고 있다.

그러나 종래의 도전성 접착제는 도전입자가 상부기판과 하부기판의 금속 패드 간의 물리적 접촉을 통해 도전이 이루어지므로, 접촉저항이 매우 큰 단점이 있으며, 초미세 피치화가 어렵고, 리페어 특성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 반도체를 포함하는 전자기기는 필연적으로 지속적인 열이 발생하게 되는데 접착제가 열을 전달하는 능력의 한계가 있어 결국 국부적으로 열이 집중되어 열점(hot spot)이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 대향하는 단자 등의 단자 간의 충분한 전기적 접속을 확보할 수 있고, 인접 단자 간의 절연성도 충분히 확보하여 초미세 피치화에 적용할 수 있고 리페어 특성이 뛰어나며, 특히 방열 기능이 향상된 이방성 도전성 접착제 및 이를 이용한 반도체의 실장방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 코팅된 절연막을 포함하는 도전입자와, 상기 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료되지 않는 접착성 절연 수지, 및 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자를 포함한다.

또한, 도전성 표면을 가지는 핵체에 절연막이 형성되어 있는 도전입자 및 접착성 절연 수지를 포함하는 도전층 및 상기 도전입자의 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료하지 않는 접착성 절연 수지를 포함하는 절연층을 포함한다.

이때 상기 도전입자의 도전성 표면 융점에서 용융되지 않는 방열입자가 상기 도전층과 절연층에 포함될 수 있다.

그리고, 본 발명은 반도체 칩의 전극과 기판의 전극 사이에 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 코팅된 절연막을 포함하는 도전입자와, 상기 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료되지 않는 접착성 절연 수지, 및 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자를 포함하는 이방성 도전성 접착제를 배치하는 단계와, 상기 핵체의 도전성 표면의 융점보다 높고, 한편 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료하지 않는 온도까지 가열하며, 상기 도전입자의 절연막이 파괴되는 정도로 상기 이방성 도전성 접착제를 가열/가압하는 단계 및 상기 접착성 절연 수지를 경화시키는 단계를 포함한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 대향하는 단자 등의 단자 간의 충분한 전기적 접속을 확보할 수 있으며, 방열입자에 의하여 가열/가압 공정시 열전도율이 뛰어나고, 도전입자에 의한 단락을 방지하고, 내부에서 발생된 열을 용이하게 방출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 방열입자에 의하여 공기 또는 수분의 침투를 차단하여 전자제품의 성능 저하를 방지하고 수명을 연장할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서 '젖음성(Wetability)'은 액체 또는 고체가 고체 표면 위에 퍼지는 성질을 의미하는 것으로 접착제가 고체 표면에 퍼짐, 점착 또는 밀착의 정도를 의미하는 것으로 정의한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 제1 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제는 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 코팅된 절연막을 포함하는 도전입자(100)와, 상기 도전입자(100)의 도전성 표면 의 융점에서 경화가 완료되지 않는 접착성 절연 수지(10) 및 상기 접착성 절연 수지(10)의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자(200)를 포함한다.

이러한 구성의 이방성 도전성 접착제는 반도체 실장을 위하여 가열/가압시 상기 도전입자(100)가 반도체 기판(미도시)의 전극단자 간을 전기적으로 연결하게 되고, 상기 접착성 절연 수지(10)는 전기적으로 연결된 이외의 부분을 절연시키는 역할을 하고, 상기 방열입자(200)는 접착제 내부에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 역할을 수행한다.

이때 상기 이방성 도전성 접착제는 실시 형태에 따라 페이스트 형태일 수도 있으며 필름 형태로 구성될 수도 있다.

상기 도전성 표면을 가지는 핵체는 도전성을 갖는 금속 또는 합금 성분이 최소한 핵체의 표면에서 일정 두께의 내부까지 형성되어 있는 다는 것을 의미하며, 따라서 핵체의 전체가 용융 가능한 금속 또는 합금 성분으로 이루어져 있는 것도 당연히 포함한다.

도 2a 내지 도 2c는 도전입자의 제1 내지 제3 실시예에 대한 것으로 이를 참고할 때 상기 핵체는 폴리머(수지) 입자(101a), 용융 가능한 금속 및 합금(101b), 저융점 금속 및 합금(101c)으로 구성될 수 있다.

이때 상기 용융 가능한 금속 또는 합금이란 상기 접착성 절연 수지(10)의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않은 금속 또는 합금을 말하며, 저융점 금속 또는 합금이란 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도보다 낮은 온도에서 용융되는 금속으로 정의한다.

상기 도전성 표면은 저융점 금속 또는 합금 (102a)(102b)으로 구성되어 상기 핵체를 감싸게 된다.

상기 핵체(101a, 101b, 101c)와 도전성 표면(102a, 102b)은 예를 들어, 주석(Sn), 인지움(In), 비스머스(Bi), 은(Ag), 동(Cu), 아연(Zn), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 은(Ag), 타리움(Tl) 등이 선택될 수 있다.

또한, 용융점(녹는점)이 183℃인 Sn-37Pb를 기준으로 이보다 낮은 용융점을 갖는 Sn-57Bi, Sn-52In, Sn-44In-14Cd 등과 높은 용융점을 갖는 Sn-3.5Ag, Sn-2.5Ag-10Sb, Sn-4.7Ag-1.7Cu 등이 사용될 수 있다.

그리고 상기 언급한 금속과 상기 합금을 혼합하여 핵체 및 도전성 표면을 형 성할 수도 있으며, 상기 언급한 금속 또는 합금에 다른 금속이나 합금을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 도전입자에 대한 실시예의 구성에 대한 이해를 돕기 위해 도 2b로 예를 들어 설명하면 핵체(101b)는 도전성 입자인 은(Ag)으로 구성되고, 상기 도전성 표면(102b)은 저융점을 갖는 Sn-52In 합금으로 구성될 수 있으며, 이러한 구성에 의하여 접착성 절연 수지의 경화 온도까지 가열하면, 상기 핵체(101b)는 용융되지 않으나 상기 도전성 표면(102b)은 용융되는 것이다.

본 발명에 따른 이방성 도전성 접착제의 핵체 표면에는 인접하는 접속 전극 간의 절연성을 확보하기 위하여 절연막(103)이 형성되어 있는데, 이 절연막(103)의 재료 내지 두께에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없으나 접속부를 압착하였을 때 용용된 도전성 표면(102b)의 도전성 성분이 외부로 흘러나올 수 있도록 파괴될 수 있는 수지를 사용하여야 한다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2a 내지 도 2c에 미립자를 더 포함한 것으로 이를 참고할 때 상기 미립자(104)는 상기 절연막(103)에 포함되어 형성되고, 부분적으로 절연막(103)의 표면으로부터 노출되어 있을 수도 있다.

상기 미립자(104)의 종류는 특별한 제한은 없으나, 가압시 절연막(103)이 쉽게 쪼개지도록 절연막(103)의 경도보다 큰 것을 이용하는 것이 바람직하며, 이러한 미립자(104)로서는 이산화규소와 같은 세라믹을 사용할 수 있다.

즉, 반도체 칩의 실장을 위하여 가열/가압시 상기 경도가 큰 미립자(104)에 의하여 절연막(103)이 쉽게 쪼개져 상기 도전입자(100)의 주변에 형성되어 절연성 을 더욱 향상시키는 것이다.

또한, 상기 미립자(104)는 상기와 같은 역할을 수행하는 것이면 도전입자, 절연 입자가 모두 사용될 수 있으며 후술하는 방열입자로 구성될 수도 있다.

상기 미립자(104)를 후술하는 방열입자(200)로 구성한 경우에는 가압시 절연막(103)을 깨뜨려 핵체(101a) (101b) (101c) 및 도전성 표면(102a) (102b)이 전극단자(미도시)와 전기적으로 결합이 가능하게 하고, 이후에는 전극단자 주변에 위치하여 상기 전극단자에서 방출되는 열을 효과적으로 외부로 방출하는 역할을 수행하게 된다.

상기 방열입자(200)는 열 전도율을 높이는 역할을 수행하게 되는데 이러한 방열입자(200)에 의하여 반도체와 같은 반도체 칩을 실장하기 위한 가열/가압 공정시 열전도가 빠르게 일어나 공정 시간을 단축할 수 있으며, 실장된 이후 발생하는 열을 빠르게 외부로 방출하는 효과가 있다.

상기 방열입자(200)는 열 및 압력에 견딜 수 있도록 접착시의 가열 온도보다 더 높은 융점을 가지고, 바람직하게는 상기 접착성 절연 수지(10)의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 물질이 선택될 수 있다.

또한, 상기 방열입자(200)는 도전입자(100)의 크기에 따라 수 nm에서 수십 ㎛의 크기로 다양하게 선택될 수 있으며, 바람직하게는 도전입자(100)의 평균 입경의 약 1/2 ∼ 1/10 내로 구성될 수 있고, 특히 바람직하게는 기판(미도시)과 반도체 소자(미도시)의 전극의 최종 접합 거리보다 작도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 방열입자(200)은 구형이 아니라 다른 형상을 가져도 무방하며 입 자는 각각 지름이 다른 구형 입자를 포함하여 접촉 면적을 늘리는 것이 바람직하다.

이러한 방열입자(200)는 접착성 절연 수지(10) 내에 적절히 분산되어 있으면 공통 전극을 통과한 열이 상기 방열입자(200)에 의하여 외부로 신속히 배출되게 된다. 따라서 발생한 열에 의해 과도한 온도 상승을 방지할 수 있다.

한편, 공기 또는 수분의 침투를 차단하고, 침투 경로를 우회하게 하게 되어 침투하는 공기 또는 수분이 감소한다. 따라서 수분, 공기 또는 열에 의한 열화 현상이 감소하여 전자제품의 성능 저하를 방지하고 수명을 연장할 수 있다.

이하 방열입자의 종류에 대하여 살펴보면 상기 방열입자(200)는 비전도성 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들면 테플론, 폴리에틸렌 등의 폴리머 입자 또는 알루미나, 실리카, 글라스 및 실리콘 카바이드 등의 실리콘 계열의 물질이 사용될 수 있으며 이들의 혼합물로 구성될 수도 있다.

따라서 상기 방열입자(200)가 도전입자(100) 사이에 위치하여 도전입자(100) 간 단락을 방지하는 역할을 추가적으로 수행한다. 그러나 상기 비전도성 물질로 구성된 방열입자(200)가 상기 접착성 절연 수지(10)에 대하여 50%이상의 부피비로 포함되는 경우 전기적으로 비전도성을 갖는 방열입자(200)에 의하여 전극단자 사이에 통전이 저해될 수 있으며, 상기 접착성 절연 수지(10)에 대하여 3%보다 낮은 부피비로 포함되면 충분한 열전도 효과를 얻을 수 없게 되는 문제가 있다.

따라서 상기 방열입자(200)를 비전도성 물질로 구성하는 경우, 상기 방열입자(200)는 상기 접착성 절연 수지(10)에 대하여 3% 내지 50%의 부피비로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방열입자(200)는 전도성 물질로 구성될 수도 있으며, 이러한 전도성 물질의 예로는 금, 은, 구리, 텅스텐, 탄소나노튜브(CNT), 흑연 및 이들의 혼합물 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 선택할 수 있다.

이 경우 가열/가압시 도전입자(100)가 용융되어 금속단자와 결합하는 경우 상기 방열입자(200)가 그 안에 포함된 경우에도 충분한 전도성을 갖게 되어 단자 간 전류가 단락되는 문제가 발생하지 않는다.

이 밖에도 상기 방열입자(200)는 전술한 바와 같이 전도성 물질 또는 비전도성물질로만 구성될 것은 아니고 접착제에 포함되어 방열 기능을 수행하는 다양한 형태로 변형될 수 있다.

예를 들면, 비전도성 물질과 전도성 물질이 교번하여 코팅되거나 폴리머 입자에 전도성 물질 또는 비전도성 물질이 교번하여 코팅되어 사용될 수도 있는 것이다.

이하 접착성 절연 수지(10)에 대하여 살펴보면 도전입자(100)의 도전성 표면이 용융되는 온도에서 경화가 완료하지 않는 수지를 사용하는 것 이외에는 본 발명이 속하는 기술 분야에 널리 알려져 있는 수지성분을 사용할 수 있다.

예컨대 열경화성 수지, 열가소성 수지, 광경화성 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하면 되고, 열경화성 수지를 이용했을 경우에는 수지의 경화 온도까지 가온하여 경화화면 되고, 열가소성 수지를 이용했을 경우에는 도전성 성분의 융점까지 가온한 후 수지의 경화 온도까지 냉각하여 경 화화면 되고, 광경화성 수지를 이용했을 경우에는 광조사를 실시해 중합 반응을 개시시켜 경화화면 된다.

구체적으로 예를 들어 열경화성 수지로서는, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 페놀계 수지,멜라민계 수지, 알키드계 수지, 요소수지, 아크릴계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등을 들 수가 있으며, 열가소성 수지로서는, 초산비닐계 수지, 폴리비닐 부티날계 수지, 염화 비닐계 수지, 스틸렌계 수지, 비닐 메틸 에테르계 수지, 우레탄계 수지, 그리브틸 수지, 에틸렌-초산비닐 공중합계 수지, 스틸렌-부타디엔 공중합계 수지, 폴리 부타디엔 수지, 폴리비닐 알코올계 수지 등을 들 수가 있다.

또한, 광경화성 수지란 광중합성 모노머나 광중합성 올리고머와 광중합 개시제 등을 혼합한 것이며, 광조사에 의해 중합 반응이 개시되는 것을 말하는 것으로 광중합성 모노머나 광중합성 올리고머로는 아크릴산 에스테르류 모노머, 메타크릴산 에스테르류 모노머, 에테르 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 엑폭시 아크릴레이트, 아미노 수지 아크릴레이트, 불포화폴리에스텔, 실리콘계 수지 등을 예로 들 수가 있다.

뿐만 아니라, 상기 수지로서 도전입자(100)의 표면이나 단자의 전극 표면을 활성화시키는 표면활성화 효과를 가지는 표면활성화 수지를 사용할 수도 있다. 표면활성화 수지는 도전입자(100)의 표면이나 단자의 전극 표면을 환원시키는 환원성을 가지는 것으로, 예를 들어, 가열하여 유기산을 유리(遊離)시키는 수지를 사용할 수 있다. 이러한 표면화성화 수지를 이용하면 도전성 성분의 표면이나 단자의 전극 표면을 활성화시켜 단자의 전극에 도전성 성분의 젖음(wetting) 특성을 향상시켜 도전 성분의 응집을 촉진시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이방성 도전성 접착제는 주 구성물질 이외에 플럭스, 표면활성제, 경화제 등을 더 함유할 수 있다.

플럭스는 특별히 한정하지는 않지만 예를 들어, 수지, 무기산, 아민, 유기산 등의 환원제를 들 수 있다. 플럭스는 용융된 도전입자(100)의 표면이나 상하 전극패드의 표면의 산화물 등의 표면 이물질을 환원시켜 가용성 및 가융성의 화합물로 변화시켜 제거한다.

또한, 표면 이물질이 제거되어 청정하게 된 상기 도전입자(100)의 표면 및 상하 전극패드 표면을 덮어 재산화를 방지한다.

그리고, 표면활성제는 특별히 한정하지 않지만 예를 들어, 에틸렌 글리콜이나 글리세린 등의 글리콜, 마레인산이나 아지핀산 등의 유기산, 아민, 아미노산, 아민의 유기산염, 아민의 할로겐염 등의 아민계 화합물, 무기산이나 무기산염 등으로, 용융된 도전입자(100)의 표면이나 대향되는 상하 전극패드 표면의 산화물 등의 표면의 이물질을 용해시켜 제거한다.

여기서, 플럭스 또는 표면활성제는 도전입자(100)의 융점보다 높고 수지의 최고 경화 온도보다 낮은 비점을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 이방성 도전 필름의 플럭스 또는 표면활성제의 함유량은 20wt% 이하가 되도록 하며 10 wt% 이하가 바람직하다.

또한, 경화제는 특별히 한정하지 않지만 예를 들어, 지시안지아미드나 이미 다졸 등으로 수지의 경화를 촉진시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제의 개략도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제는 도전성 표면을 가지는 핵체에 절연막이 형성되어 있는 도전입자(100) 및 상기 도전입자(100)의 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료하지 않는 접착성 절연 수지(10)를 포함하는 도전층(30) 및 상기 도전입자(100)의 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료하지 않는 접착성 절연 수지(10)를 포함하는 절연층(20)을 포함하는 필름 형태로 구성된다.

이때, 상기 접착성 절연 수지(10)의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자(200)가 상기 도전층(30) 또는 절연층(20) 중 적어도 하나 이상의 층에 포함될 수 있다.

이러한 구성은 상기 도전입자(100)를 절연막으로 코팅하고, 접착성 절연수지로 구성된 절연층(20)을 추가로 형성하여 접착성 및 전기 접속의 신뢰성이 높은 장점이 있다.

이때, 도전층(30)의 접착성 절연 수지(10)와 절연층(20)의 접착성 절연 수지는 동일한 재질로 구성되어 가열/가압시 하나로 합쳐져 구분되어 지지 않도록 구성될 수 있다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제3 내지 제5 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제에 대한 개략도이다.

이와 같은 다층구조는 도전층(30)과 절연층(20)을 교대로 적층하여 형성할 수도 있는데, 도전층(30)과 절연층(20)을 동등한 수만큼 배치할 수 있고, 또한 도 전층(30)과 절연층(20) 중 어느 하나를 더 많은 수만큼 배치할 수도 있다. 이러한 구성은 절연층(20)이 다수 형성되어 접착성과 절연성이 향상되는 효과가 있다.

이하 도전입자(100), 방열입자(200) 및 접착성 절연 수지(10)에 대하여는 앞서 설명한 바와 동일하므로 중복을 피하기 위하여 자세한 설명을 생략한다.

이어서 본 발명에 따른 단자 간 접속 방법 및 반도체 장치 실장 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 실장 방법의 기판과 반도체 칩 사이에 이방성 도전성 접착제를 배치시킨 결합도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 실장 방법의 기판과 반도체 칩의 전극 사이에 접합을 형성한 최종 결합도이고, 도 10은 도 9의 A부분 확대도이다.

본 발명의 실시예에서는 도 3b의 용융 가능한 핵체(101b)에 저융점 금속 또는 합금으로 이루어진 도전성 표면(102b)이 형성되고 그 외측에 미립자(104)를 포함하는 절연막(103)이 코팅된 도전입자(100)를 포함하는 이방성 도전성 접착제를 이용하여 기판(121)상에 형성된 기판전극(122)과 이에 실장되는 반도체 칩(111)의 반도체칩 전극(112)을 접속하는 것을 일 예로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제를 사이에 두고, 기판(121)상에 형성된 복수의 기판전극(122)과 이에 실장되는 반도체 칩(111)의 복수의 반도체칩 전극(112)을 대향시켜 배치한다.

이어서 도전입자(100)의 도전성 표면(102b)이 용융될 수 있도록 가열하면서 도전입자(100)의 절연막(103)이 미립자(104)에 의하여 파괴될 수 있도록 기판(121) 과 반도체 칩(111)의 간격을 좁혀 도전입자(100)에 압력을 가하는 가열/가압하는 단계를 거치게 된다.

이를 도 10을 참고하여 살펴보면, 가열 온도에서 핵체(101)는 용융되지 않고 가압에 의하여 접속 전극(112,122)에서 기계적/물리적 결합을 통해 구속되어 전극(112,122) 간을 전기적으로 연결한다.

또한, 상기 핵체(101)의 도전성 표면(102)은 상기 가열 온도에서 용융되어 상기 핵체(101)를 감싸면서 전극(112,122) 간을 금속학적 결합을 통해 전기적으로 연결한다. 이때 절연막(103)은 상기 도전성 표면(102)을 둘러싸게 되어 인접한 도전입자(100)와 절연시키는 역할을 한다.

상기 방열입자(200)는 앞서 설명한 바와 같이 도전입자(100)에 비하여 융점이 높고, 크기가 도전입자(100)의 1/10~1/2로 작아 가압시 접착성 절연 수지(10)내에 골고루 분산되어 열을 효과적으로 외부로 방출하게 된다.

이어서 접착성 절연 수지(10)에 대한 경화단계를 수행하게 되면 본 발명에 따른 접착 방법은 완료되는데, 수지의 경화 단계는 사용된 수지의 종류에 따라 적절하게 가열 내지 광 조사 등을 수행하면 된다.

전술한 실시예에서는 도전입자(100)는 편의상 도 3b의 경우로 설명하였으나 반드시 이에 해당되는 것은 아니고, 도 2 내지 3의 설명에 언급한 도전입자(100) 모두 사용 가능함은 자명하다.

또한, 절연층(20) 양면에 도전층(30)이 접하는 구조 또는 도전층(30) 및 절연층(20)이 교번하여 4개, 5개가 적층되어 이루는 구조 등 다양하게 구성될 수도 있다.

그리고. 상기 이방성 도전성 접착제는 필름 상으로 형성되어 기판(122)과 반도체 칩(111) 사이에 배치되어 결합되는 것 이외에도 페이스트 상으로 형성되어 상기 기판(122)과 반도체 칩(111) 사이에 전체적으로 충진되거나 전극에만 국소적으로 충진되어 기판과 반도체 칩을 접속할 수도 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제의 개략도,

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도전입자의 단면도,

도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도전입자의 단면도,

도 2c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 도전입자의 단면도,

도 3a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 도전입자의 단면도,

도 3b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 도전입자의 단면도,

도 3c는 본 발명의 제6 실시예에 따른 도전입자의 단면도,

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제의 개략도,

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제의 개략도,

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제의 개략도,

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이방성 도전성 접착제의 개략도,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판과 반도체 칩 사이에 이방성 도전성 접착제를 배치시킨 결합도,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가열/가압하여 기판과 반도체 칩의 전극패드 사이에 솔더 영역을 형성한 최종 결합도,

도 10은 도 9의 A부분 확대도

<<도면의 주요부호에 대한 설명>>

10: 접착성 절연 수지 20: 절연층

30: 도전층 100: 도전입자

101: 핵체 102: 도전성 표면

103: 절연막

Claims (18)

1. 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 형성된 절연막을 포함하는 도전입자;

   상기 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료되지 않는 접착성 절연 수지; 및

   상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자를 포함하고,

   상기 도전성 표면은 183℃ 보다 낮은 융점을 갖고,

   상기 절연막은 미립자를 포함하고 상기 미립자의 경도는 절연막의 경도보다 크고, 상기 미립자의 재질은 상기 방열입자의 재질과 동일하고,

   상기 접착성 절연 수지는 플럭스, 표면활성제, 경화제를 포함하고,

   상기 플럭스 및 표면활성제는 상기 도전성 표면의 융점보다 높고 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도보다 낮은 비점을 갖고,

   상기 방열입자의 평균 직경은 도전입자 직경의 1/10 이상에서 1/2 이하이고,

   상기 방열입자는 상기 접착성 절연 수지에 대하여 3% 내지 50%의 부피비로 포함되는 도전성 접착제.
2. 제1항에 있어서,

   상기 핵체는 수지 입자, 용융 가능한 금속 및 합금, 저융점 금속 및 합금 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
3. 제1항에 있어서,

   상기 도전성 표면은 Sn-37Pb, 43Sn-57Bi, 48Sn-52In, 42-44In-14Cd, Sn-3.5Ag, Sn-2.5Ag-10Sb, Sn-4.7Ag-1.7Cu 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
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5. 삭제
6. 삭제
7. 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 코팅된 절연막을 포함하는 도전입자와, 상기 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료하지 않는 접착성 절연 수지를 포함하는 도전층; 및

   상기 도전성 표면의 융점에서 경화가 완료하지 않는 접착성 절연 수지 포함하는 절연층;을 포함하고,

   상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자가 상기 도전층 또는 절연층 중 적어도 하나 이상의 층에 포함되고,

   상기 도전성 표면은 183℃ 보다 낮은 융점을 갖고,

   상기 절연막은 미립자를 포함하고 상기 미립자의 경도는 절연막의 경도보다 크고, 상기 미립자의 재질은 상기 방열입자의 재질과 동일하고,

   상기 접착성 절연 수지는 플럭스, 표면활성제, 경화제를 포함하고,

   상기 플럭스 및 표면활성제는 상기 도전성 표면의 융점보다 높고 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도보다 낮은 비점을 갖고,

   상기 방열입자의 평균 직경은 도전입자 직경의 1/10 이상에서 1/2 이하이고,

   상기 방열입자는 상기 접착성 절연 수지에 대하여 3% 내지 50%의 부피비로 포함되는 도전성 접착제.
8. 제7항에 있어서,

   상기 도전층과 절연층이 교번하여 적층되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전성 접착제.
9. 반도체 칩과 회로기판 사이에 도전성 표면을 갖는 핵체와 상기 핵체의 표면에 형성된 절연막을 포함하는 도전입자와, 상기 도전성 표면의 용융 온도에서 경화가 완료되지 않는 접착성 절연 수지, 및 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도에서 용융되지 않는 방열입자를 포함하는 이방성 도전성 접착제를 배치하는 단계;

   상기 핵체의 도전성 표면 융점보다 높고, 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료하지 않는 온도까지 가열하며, 상기 도전입자의 절연막이 파괴되는 정도로 상기 이방성 도전성 접착제를 가열/가압하는 단계; 및

   상기 수지 성분을 경화시키는 경화 단계를 포함하고,

   상기 도전성 표면은 183℃ 보다 낮은 융점을 갖고,

   상기 절연막은 미립자를 포함하고 상기 미립자의 경도는 절연막의 경도보다 크고, 상기 미립자의 재질은 상기 방열입자의 재질과 동일하고,

   상기 접착성 절연 수지는 플럭스, 표면활성제, 경화제를 포함하고,

   상기 플럭스 및 표면활성제는 상기 도전성 표면의 융점보다 높고 상기 접착성 절연 수지의 경화가 완료되는 온도보다 낮은 비점을 갖고,

   상기 방열입자의 평균 직경은 도전입자 직경의 1/10 이상에서 1/2 이하이고,

   상기 방열입자는 상기 접착성 절연 수지에 대하여 3% 내지 50%의 부피비로 포함되고,

   상기 방열입자의 크기는 상기 복수의 기판 전극과 복수의 반도체칩 전극의 최종 접합 거리보다 작은 반도체 실장방법.
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