KR101839945B1 - 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 피치 부품 실장에 사용될 수 있는 이방성 도전 접착제의 제조방법에 관한 것으로, 환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계; 상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계; 상기 솔더 입자에 제2산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 것을 특징으로 하는, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법을 제공한다.

Description

산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법{Method of manufacturing anisotropic conductive adhesive using oxide layer control}

본 발명은 이방성 도전 접착제의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 미세 피치 부품 실장에 사용될 수 있는 이방성 도전 접착제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이방성 도전 접착제는 접착 수지 및 및 상기 접착 수지 내 분산된 도전 입자로 구성된다. 상기 도전 입자로는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 카본, 금속 코팅된 폴리머 볼(metal coated polymer ball) 등의 물질이 사용된다.

이방성 도전 접착제는 LCD, PDP, EL 등의 제조에 사용되고, 구체적으로, COG(Chip-On-Glass), FOG(Flex-On-Glass), FOB(Flex-On-Board), FOF(Flex-On-Flex), COF(Chip-On-Flex), COB(Chip-On-Board) 등에 사용된다.

이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정은 다음과 같다. 먼저, 이방성 도전 접착제가 하부 기판과 상부 기판 사이에 위치한다. 다음으로, 열 압착 공정에 의해, 점성을 가진 접착 수지가 경화되어 상기 하부 기판과 상기 상부 기판이 결합된다. 이와 동시에, 상기 하부 기판의 단자(전극 패드라고도 불림)와 상기 상부 기판의 범프(전극 패드라고도 불림)가 전기적으로 접속된다. 구체적으로, 압력을 받은 상·하부 기판이 서로 가까워지고, 상기 단자 위에 있던 도전 입자로 인해 상기 단자와 상기 범프가 전기적으로 접속하게 된다.

종래의 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정은 열 압착 공정에 의해 이루어지므로, 열 외에 반드시 압력을 수반한다. 그러나 이방성 도전 접착제에 압력을 가하는 과정에서, 기판이나 기판 상의 소자들이 손상될 수 있다.

또한, 도전 입자는 하나의 접합체가 아닌 다수의 입자들로서, 일부 단자 위에는 도전 입자가 존재하지 않을 수 있다. 도전 입자를 사이에 두고 전기적으로 연결된 단자와 범프와는 달리, 표면에 도전 입자가 존재하지 않는 일부 단자와 그에 대응되는 범프는 전기적으로 개방(open)될 수 있다. 이 경우, 이방성 도전 접착제 도전성이 좋지 않아, 그 접촉 저항이 불안정하게 된다.

또한, 열 압착 공정으로 두 기판이 결합되더라도, 두 기판은 견고한 접합체 없이 접착 수지로만 결합된다. 이 경우, 이방성 도전 접착제의 접합 강도가 낮아서, 어느 한 기판이 박리될 수 있다.

공개특허 제10-2009-0052300호(2009. 05. 25. 등록)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 솔더 입자의 산화막을 적절한 두께로 제어하여(솔더 입자의 산화막의 산소 농도를 적절히 제어하여), 품질이 우수한 이방성 도전 접착제를 제조하는 것이다. 상기 품질이 우수한 이방성 도전 접착제는, 접착 수지 내 균일하게 분산된 솔더 입자를 포함하고, 부품 실장에 사용될 경우 단락을 일으키지 않고 접촉 저항이 안정하며 접합 강도가 높은 접착제를 의미한다.

또한, 본 발명의 목적은 부품 실장 시 압력을 받을 필요가 없는 이방성 도전 접착제를 제조하는 것이다.

그러나 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 기술된 과제로 제한되지 않으며, 기술되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 다음과 같다.

환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계; 상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계; 상기 솔더 입자에 제2산화막을 형성하는 단계; 및 상기 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 것을 특징으로 하는, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법이 제공된다.

상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 솔더 입자와 상기 제2산화막 총 중량에 대하여 25 내지 95 중량ppm의 상기 제2산화막이 형성될 수 있다.

상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자와 상기 용제가 교반될 수 있다.

상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제에 초음파가 조사될 수 있다.

상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제가 오븐에 장입되어 방치될 수 있다.

상기 제2산화막을 형성하는 단계 이후, 상기 솔더 입자는 응집되지 않을 수 있다.

상기 환원제는 카복실기를 포함할 수 있다.

상기 솔더 입자는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

상기 용제는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, n-부탄올, 이소프로필알코올, 이소부틸알코올, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 트리에틸렌포스페이트, 트리메틸포스페이트, 헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디이소부틸케톤, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 디옥산, 및 디에틸에테르로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

상기 접착 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.

상기 솔더 입자의 융점은 220℃ 이하일 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 이방성 도전 접착제의 제조 공정에 있어 솔더 입자의 산화막을 적절한 두께로 제어하여(솔더 입자의 산화막의 산소 농도를 적절히 제어하여), 접착 수지 내 균일하게 분산된 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다.

또한, 상기 제조된 이방성 도전 접착제를 이용하여 부품 실장을 수행할 경우, 상기 제조된 이방성 도전 접착제는 응집된 솔더 입자를 포함하지 않으므로, 브릿지가 형성될 가능성이 낮다. 따라서 단자 간, 범프 간, 또는 솔더 접합체 간 단락이 방지될 수 있다.

또한, 상기 제조된 이방성 도전 접착제가 부품 실장에 사용되는 경우, 두 기판을 접착하는 상기 이방성 도전 접착제는 안정한 접촉 저항과 높은 접합 강도를 가진다. 이는 솔더 입자가 산화막을 가짐에도 불구하고 솔더 입자의 융착이 이루어지고, 접착 수지에 솔더 입자의 산화막 제거를 위한 환원제가 혼합되지 않아 산화잔여물이나 수분으로 인한 보이드(void)가 발생하지 않기 때문이다.

또한, 상기 제조된 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정은 압력을 수반하지 않으므로, 기판이나 소자의 손상이 방지될 수 있다.

또한, 상기 제조된 이방성 도전 접착제는 미세 피치를 가지는 부품 실장에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저융점 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다. 저융점 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제 역시 위의 모든 효과를 가진다.

또한, 상기 저융점 솔더 입자를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제를 사용하여, 저온에서 부품 실장 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 에너지 절감 측면과 비용 절감 측면에서 이익이 있다.

또한, 상기 저융점 솔더 입자를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제에 의해 접착된 부품은 고온 공정에 의해 제조된 것이 아니므로 열 피로 특성이 우수하다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타내는 예시도이다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 제1산화막 제거로 솔더 입자가 응집되는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 제1산화막 제거를 거쳐 제조된 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타내는 예시도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제어로 솔더 입자가 분산되는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타내는 모식도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 제1산화막을 가지는 솔더 입자를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 일 제조예에 따라 제2산화막을 가지는 솔더 입자를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 본 발명의 일 실험예에 따른 솔더 접합체를 나타내는 광학현미경 이미지이다.

이하에서는 첨부된 도면이 참조되어 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예가 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있고 여기에서 설명되는 실시예에 한정되어 이해되어서는 안된다.

본 발명의 실시예의 명확한 설명을 위해, 첨부된 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략된다. 그리고 본 명세서 전체에서 유사한 부분에는 유사한 도면 부호가 붙는다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 다양한 실시예를 설명하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 제1구성요소가 제2구성요소에 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 표현될 때, 이는 상기 제1구성요소가 상기 제2구성요소에 "직접적으로 연결"되거나 또는 제3구성요소를 통해 "간접적으로 연결"될 수 있다는 것을 의미한다. 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현들을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하지, 하나 또는 그 이상의 다른, 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성이 배제된다는 것을 의미하지 않는다.

본 발명의 이방성 도전 접착제는 접착 수지 및 상기 접착 수지 내 분산된 솔더 입자를 포함한다. 상기 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 상기 이방성 도전 접착제가 두 기판 사이에 위치된다. 다음으로, 상기 이방성 도전 접착제에 열이 인가된다. 열을 받은 상기 접착 수지는 점도가 낮아져 상기 솔더 입자의 유동성을 증가시킨다. 또한, 열을 받은 상기 솔더 입자는 표면에너지(surface)가 높아져, 표면에너지를 낮추기 위해 두 기판의 단자와 범프로 이동하며 뭉치게 된다. 이와 동시에, 상기 솔더 입자는 용융되어, 단자와 범프 표면에 웨팅(wetting)된 형태의 솔더(이하, 솔더 용융체)가 된다. 상기 접착 수지가 열경화성 수지인 경우, 상기 접착 수지는 열을 받아 경화되면서 두 기판을 접착한다. 다음으로, 열이 제거되면, 솔더 용융체는 냉각 및 응고되어 단자와 범프를 결합하는 솔더 접합체가 된다.

위의 공정은 솔더 입자가 단자 및 범프에 융착되는 공정이다. 즉, 본 발명의 이방성 도전 접착제는 솔더 입자의 융착을 목적으로 하는 접착제(이하, 자가융착형 이방성 도전 접착제)이다.

그러나 솔더 입자의 융착을 목적으로 하는 자가융착형 이방성 도전 접착제가 부품 실장에 사용되더라도, 솔더 입자가 융착되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 솔더 입자가 주위에 자연 산화막(이하, 제1산화막)을 가지는 경우, 솔더 입자는 안정한 상태이고 표면에너지가 낮다. 안정한 솔더 입자는 위 공정에서 열을 받아도 잘 뭉쳐지지 않으며, 단자와 범프로 잘 모여들지 않는다. 이에 따라, 단자와 범프를 결합하는 솔더 접합체가 형성되지 않을 수 있다. 따라서 솔더 입자가 가지는 제1산화막으로 인해, 솔더 입자가 융착되지 않는다는 문제(제1문제점)가 있다.

위 제1문제점을 해결하기 위해, 접착 수지에 환원제가 추가될 수 있다. 구체적으로, 자가융착형 이방성 도전 접착제의 제조 과정에서, 솔더 입자와 접착 수지의 혼합 후, 솔더 입자와 혼합된 접착 수지에 환원제가 추가될 수 있다. 이에 따라, 환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다.

도 1(a) 내지 도 1(c)는 환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타내는 예시도이다. 도 1(a) 내지 도 1(c)가 참조되어, 환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정의 예시가 설명된다.

도 1(a)를 참조하면, 먼저, 단자(3)를 가지는 하부 기판(2), 이방성 도전 접착제(1), 범프(5)를 가지는 상부 기판(4)이 준비된다. 상기 하부 기판(2) 및 상기 상부 기판(4)은 PCB(Printed Circuit Board), FPCB(Flexible PCB), IC 기판 등이 될 수 있다. 상기 이방성 도전 접착제(1)는 접착 수지(12), 상기 접착 수지(12) 내 분산된 솔더 입자(11), 및 상기 접착 수지(12) 내 분산된 환원제(미도시)로 구성된다.

다음으로, 상기 하부 기판(2) 및 상기 단자(3) 상면에 상기 이방성 도전 접착제(1)가 위치된다. 상기 이방성 도전 접착제(1)가 필름 형태인 경우, 상기 이방성 도전 접착제(1)는 상기 하부 기판(2) 및 상기 단자(3) 상면에 고정된다. 상기 이방성 도전 접착제(1)가 페이스트 형태인 경우, 상기 이방성 도전 접착제(1)는 상기 하부 기판(2) 및 상기 단자(3) 상면에 도포된다.

다음으로, 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 상기 상부 기판(4) 및 상기 범프(5)가 위치된다.

다음으로, 상기 이방성 도전 접착제(1)에 열이 인가된다. 도 1(b)를 참조하면, 열을 받은 상기 접착 수지(12)는 점도가 낮아져 상기 솔더 입자(11)의 유동성을 증가시킨다. 이때, 환원제가 상기 솔더 입자(11) 주위의 제1산화막과 반응하여, 제1산화막이 제거된다. 제1산화막이 없는 솔더 입자의 표면에너지는 높다. 따라서 열을 받은 상기 솔더 입자(11)는 상기 단자(3)와 상기 범프(5)로 이동하며 뭉쳐질 수 있다. 상기 단자(3) 또는 상기 범프(5)로 이동한 뭉쳐진 솔더 입자(11)는 열에 의해 용융된다. 이에 따라, 상기 솔더 입자(11)는 상기 단자(3) 또는 상기 범프(5) 표면에 웨팅되어 솔더 용융체(11a)가 된다.

다음으로, 도 1(c)를 참조하면, 상기 솔더 용융체(11a)가 냉각 및 응고되어, 단자-범프 스페이스(6)에서 상기 단자(3)와 상기 범프(5)를 결합하는 솔더 접합체(11b)가 된다. 달리 표현하면, 상기 솔더 입자(11)가 상기 단자-범프 스페이스(6)에서 상기 단자(3) 및 상기 범프(5)에 융착된다. 상기 단자(3)는 상기 솔더 접합체(11b)를 통해 상기 범프(5)에 전기적으로 접속한다. 상기 접착 수지(12)가 열경화성 수지인 경우, 상기 솔더 입자(11)가 용융될 때 경화되어, 상기 하부 기판(2)과 상기 상부 기판(4)을 접착한다.

환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제는 전술된 제1문제점을 극복할 수 있다. 환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제는, 솔더 입자가 단자 및 범프에 융착되기 때문에, 용융되지 않은 도전 입자가 단자와 범프를 전기적으로 연결하는 종래 기술에 비해, 접촉 저항이 안정하고 접합 강도가 높을 것으로 기대될 수 있다.

그러나 환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용하여 부품 실장 시, 환원제가 제1산화막과 반응하여 산화잔여물과 수분을 생성한다. 이 경우, 솔더 입자가 융착되더라도, 단자와 범프 사이의 자가융착형 이방성 도전 접착제 내부에 보이드(void)가 생길 수 있다(제2문제점). 내부에 보이드를 가지는 자가융착형 이방성 도전 접착제는 접촉 저항이 불안정하고 접합 강도가 낮을 수 있다.

위 제2문제점을 해결하기 위해, 자가융착형 이방성 도전 접착제의 제조 과정에서, 접착 수지와 솔더 입자의 혼합 전에, 미리 접착 수지 주위의 제1산화막이 환원제에 의해 완전히 제거될 수 있다. 제1산화막이 제거된 접착 수지와 솔더 입자를 혼합하여 자가융착형 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다. 이 경우, 솔더 입자와 혼합된 접착 수지에 환원제가 추가될 필요가 없으므로 보이드 발생이 방지되고, 제1산화막이 없으므로 솔더 입자가 융착될 것으로 기대될 수 있다.

자가융착형 이방성 도전 접착제의 제조과정에서, 접착 수지와 솔더 입자의 혼합 전에 환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 것은 일견 타당하게 여겨진다. 그러나 솔더 입자의 제1산화막이 완전히 제거되는 경우, 솔더 입자의 표면에너지가 높아져 솔더 입자 간 인력이 증가한다. 이에 따라, 솔더 입자가 응집되면서 접착 수지 내 솔더 입자의 분산성이 낮아질 수 있다.

도 2(a) 내지 도 2(c)는 제1산화막 제거로 솔더 입자(11)가 응집되는 과정을 나타내는 모식도이다. 도 2(a)에서 솔더 입자(11)의 제1산화막(13)이 제거되면, 상기 솔더 입자(11)는 도 2(b)에 도시된 형태가 된다. 그러나 상기 제1산화막(13)이 없는 상기 솔더 입자(11)는, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 응집될 수 있다.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 제1산화막 제거를 거쳐 제조된 자가융착형 이방성 도전 접착제(1)를 이용한 부품 실장 공정을 나타내는 예시도이다. 도 3(a)를 참조하면, 접착 수지(12) 내 크기가 상대적으로 큰 솔더 입자(11)가 있어, 솔더 입자(11)의 분산성이 좋지 않다. 도 3(a)에서 크기가 상대적으로 큰 솔더 입자(11)는, 도 2(a) 내지 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 제1산화막 제거를 거쳐 응집된 솔더 입자(11)이다.

도 3(b)를 참조하면, 자가융착형 이방성 도전 접착제(1)에 열이 가해지기 시작하면, 솔더 입자(11)가 단자(3)와 범프(5)로 이동하며 뭉쳐진다. 이에 따라, 솔더 용융체(11a)가 단자(3) 또는 범프(5) 표면에 형성되기 시작한다. 그러나 접착 수지(12)와의 혼합 전 이미 제1산화막이 제거된 솔더 입자(11)는 열을 받기 전에도 표면에너지가 높은 상태이다. 따라서, 도 3(b)에 명시되진 않았으나, 과도한 양의 솔더 입자(11)가 단자(3)와 범프(5)로 이동하며 뭉쳐진다. 이 경우, 뭉쳐진 솔더 입자는 단자-범프 스페이스(6)에만 위치되는 것이 아니라, 범프 스페이스(7)에도 위치될 수 있다. 특히, 자가융착형 이방성 도전 접착제(1)의 제조과정에서 이미 응집된 솔더 입자(11)는 더욱 크게 뭉쳐진다. 범프 스페이스(7)에 위치된 뭉쳐진 솔더 입자는 용융 및 응고 후 브릿지(11c)가 될 수 있다. 브릿지(11c)는 단자(3) 간, 범프(5) 간, 또는 솔더 접합체(11b) 간 단락을 일으킬 수 있다(도 3(c) 참조).

제1산화막 제거를 거쳐 제조된 자가융착형 이방성 도전 접착제는 전술된 제1문제점과 제2문제점을 극복할 수 있다. 그러나 이러한 자가융착형 이방성 도전 접착제는 응집된 솔더 입자를 포함할 수 있고, 부품 실장 공정에서, 응집된 솔더 입자가 브릿지를 형성하여 단락을 일으킬 수 있다(제3문제점). 특히, 단자와 단자 사이 거리 또는 범프와 범프 사이 거리가 가까운 미세 피치(fine pitch) 부품 실장 시 단락 가능성은 더욱 높다.

솔더 입자가 제1산화막을 가지는 경우, 솔더 입자가 안정하여 융착되기 어렵다(제1문제점). 솔더 입자와 접착 수지의 혼합 후 환원제를 첨가하는 경우, 부품 실장 공정에서 환원제가 제1산화막을 제거하여 솔더 입자의 융착은 이루어질 수 있다. 그러나 환원제와 제1산화막의 반응으로 생성된 산화잔여물 또는 수분으로 인한 보이드가 발생할 수 있다(제2문제점).

솔더 입자가 제1산화막을 가지지 않는 경우, 즉, 솔더 입자와 접착 수지의 혼합 전 환원제로 미리 제1산화막을 제거한 경우, 표면에너지가 높은 솔더 입자가 브릿지를 형성할 수 있다. 특히, 자가융착형 도전 접착제 제조과정에서 응집된 솔더 입자는 부품 실장 공정에서 브릿지를 형성할 가능성이 높다. 이에 따라 단락이 발생할 수 있다(제3문제점).

따라서 본 발명은 솔더 입자 주위의 산화막을 적절히 제어하는 방법을 제공할 것이다. 구체적으로, 본 발명은 제1산화막보다 얇은(제1산화막보다 산소 농도가 낮은) 제2산화막을 가지는 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제의 제조방법을 제공할 것이다.

도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제어로 솔더 입자(11)가 분산되는 과정을 나타내는 모식도이다. 그리고 도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)를 이용한 부품 실장 공정을 나타내는 모식도이다.

도 5(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)는 접착 수지(12) 및 솔더 입자(11)를 포함한다. 상기 이방성 도전 접착제(1)는 경화제, 경화 촉진제, 변형제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

상기 접착 수지(12)는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.

상기 열경화성 수지는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 옥세탄 수지, 페놀 수지, (메트)아크릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 말레이미드 수지, 폴리이미드 수지, 및 비스말레이미드-트리아진 수지로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.

상기 열가소성 수지는 아세트산비닐계 수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 염화비닐 수지, (메트)아크릴 수지, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 실록산 변성 폴리이미드 수지, 폴리부타디엔 수지, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아미드 수지, 셀룰로오스 수지, 이소부틸렌 수지, 비닐에테르 수지, 액정 폴리머 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리우레탄 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 부틸 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-아크릴산 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 및 폴리아세트산비닐로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 접착 수지(12)는 상기 열경화성 수지이다. 이는 경화 후 상기 열경화성 수지의 선팽창률, 탄성률 등의 기계적 특성이 상기 열가소성 수지보다 우수하기 때문이다. 다만, 상기 열경화성 수지를 주성분으로 하되 상기 열가소성 수지를 미량 첨가하는 것도 바람직하다. 이는 상기 열가소성 수지가 전기적 접속 시 발생하는 응력을 완화시킬 수 있기 때문이다.

상기 솔더 입자(11)는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 솔더 입자(11)는 자가융착을 위한 것이므로, 주석, 인듐, 및 비스무트 중 적어도 하나의 원소를 주성분으로 포함하고, 은 및 구리 중 적어도 하나의 원소를 미량 포함하는 것이 바람직하다.

상기 솔더 입자(11)의 크기는 피치 사이즈(두 단자(3) 사이의 거리 또는 두 범프(5) 사이의 거리)에 따라 달라진다.

상기 솔더 입자(11)는 상기 접착 수지(12) 내에서 균일하게 분산되어 있다. 이는 상기 솔더 입자(11)가 제2산화막(14)에 둘러싸여 있기 때문이다. 상기 제2산화막(14)은 제1산화막(13) 제거 후 형성된 것이다.

도 4(a)를 참조하면, 솔더 입자(11)는 제1산화막(13)에 둘러싸여 있다. 상기 제1산화막(13)은 상기 솔더 입자(11)가 대기와 반응하여 자연적으로 형성된 것이다. 상기 솔더 입자(11)가 제1산화막(13)을 가지는 경우, 전술된 제1문제점 또는 제2문제점이 나타날 수 있다. 따라서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 상기 제1산화막(13)은 제거된다. 그러나 상기 제1산화막(13)이 제거되면, 전술된 제3문제점이 나타날 수 있다. 따라서 도 4(c)에 도시된 바와 같이 상기 솔더 입자(11)를 둘러싸는 제2산화막(14)이 형성된다. 상기 제2산화막(14)은 상기 제1산화막(13)보다 얇다(산소 농도가 낮다). 상기 제2산화막(14)은 접착 수지(12) 내에서 상기 솔더 입자(11)가 응집되지 않고 균일하게 분산될 수 있게 한다.

다만, 상기 제2산화막(14)이 너무 두꺼우면 제1문제점 또는 제2문제점이 다시 나타날 수밖에 없다. 따라서 상기 제2산화막(14)의 두께가 적절히 제어되어야 한다. 달리 표현하면, 상기 제2산화막(14)의 산소 농도가 적절히 제어되어야 한다. 이에 대해서는 후술된다.

다만, 상기 제2산화막(14)의 두께가 적절하더라도, 상기 이방성 도전 접착제(1)의 조성도 고려될 필요가 있다. 바람직하게는, 상기 이방성 도전 접착제(1) 총 중량에 대하여, 상기 솔더 입자(11)의 함량은 10 내지 95wt%이고, 상기 접착 수지(12)의 함량은 5 내지 90wt%이다. 상기 솔더 입자(11)의 함량이 10wt% 미만이거나 상기 접착 수지(12)의 함량이 90wt%를 초과하면, 상기 단자(3)와 상기 범프(5) 간 도전성이 나쁠 수 있다. 상기 솔더 입자(11)의 함량이 95wt%를 초과하거나 상기 접착 수지(12)의 함량이 5wt% 미만이면, 부품 실장 공정에서 상기 이방성 도전 접착제(1)에 열이 인가될 때, 단자-범프 스페이스(6)에서 과도한 양의 솔더 입자(11)가 뭉쳐질 수 있다. 이에 따라, 상기 단자-범프 스페이스(6)뿐만 아니라 범프 스페이스(7)에도 뭉쳐진 솔더 입자(11)가 위치될 수 있다. 상기 범프 스페이스(7)에 위치된 상기 뭉쳐진 솔더 입자(11)는 상기 단자(3) 간, 상기 범프(5) 간, 또는 상기 솔더 접합체(11b) 간 단락을 일으킬 수 있다. 다음으로, 지금까지 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)를 이용한 부품 실장 공정이 설명된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)를 이용한 부품 실장 공정은 전술된 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정과 유사하다. 앞서 설명된 내용과 중복되는 내용은 최대한 생략된다.

도 5(a)를 참조하면, 먼저, 단자(3)를 가지는 하부 기판(2), 이방성 도전 접착제(1), 범프(5)를 가지는 상부 기판(4)이 준비된다. 상기 이방성 도전 접착제(1)는 솔더 입자(11)와 접착 수지(12)를 포함하고, 상기 솔더 입자(11)는 최적 두께의 제2산화막(14)에 둘러싸여, 상기 접착 수지(12) 내에서 균일하게 분산되어 있다. 다음으로, 상기 하부 기판(2) 및 상기 단자(3) 상면에 상기 이방성 도전 접착제(1)가 위치된다. 다음으로, 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 상기 상부 기판(4) 및 상기 범프(5)가 위치된다.

도 5(b)를 참조하면, 상기 이방성 도전 접착제(1)에 상기 솔더 입자(11)의 융점 이상의 온도를 가진 열이 인가된다. 다만, 상기 열은 상기 하부 기판(2), 상기 상부 기판(4) 등의 부품이 열화되지 않을 정도의 온도를 가진다. 상기 솔더 입자(11)는 제1산화막(13) 제거 후 표면에너지가 높아진 상태이다. 따라서 상기 열을 받은 솔더 입자(11)는 상기 표면에너지를 낮추기 위해 상기 단자(3)와 상기 범프(5)로 이동하면서, 뭉쳐진다. 물론 상기 솔더 입자(11)는 제2산화막(14)을 가지기 때문에, 과도한 양의 솔더 입자(11)가 뭉쳐지진 않는다. 상기 뭉쳐진 솔더 입자(11)는 상기 단자(3) 또는 상기 범프(5) 표면에 웨팅된 솔더 용융체(11a)가 된다.

도 5(c)를 참조하면, 상기 솔더 용융체(11a)가 냉각 및 응고되어, 상기 단자-범프 스페이스(6)에서 상기 단자(3)와 상기 범프(5)를 결합하는 솔더 접합체(11b)가 된다. 즉, 상기 솔더 입자(11)가 상기 단자(3) 및 상기 범프(5)에 융착된다.

부품 실장 전 상기 이방성 도전 접착제(1)에 포함된 상기 솔더 입자(11)는 적절한 두께의 상기 제2산화막(14)을 가지므로, 너무 안정하거나 너무 불안정하지 않다.

상기 솔더 입자(11)가 너무 안정하지 않으므로, 상기 솔더 입자(11)는 산화막을 가짐에도 불구하고, 융착될 수 있다. 달리 표현하면, 상기 솔더 입자(11)는 산화막을 가짐에도 불구하고, 전술된 제1문제점이 발생하지 않는다. 따라서 상기 상·하부 기판(4, 2)을 결합한 상기 이방성 도전 접착제(1)는 융착된 솔더 입자(11b)로 인해, 안정한 접촉 저항과 높은 접합 강도를 가진다.

상기 솔더 입자(11)가 너무 불안정하지 않으므로, 부품 실장 공정에서 과도한 양의 솔더 입자(11)가 뭉쳐지지 않는다. 또한, 상기 솔더 입자(11)는 상기 접착 수지(12) 내에서 균일하게 분산되어 있다. 다시 말해, 상기 접착 수지(12) 내에 응집된 솔더 입자가 없다. 따라서 브릿지가 형성될 가능성이 낮아, 상기 단자(3) 간, 상기 범프(5) 간, 또는 상기 솔더 접합체(11b) 간 단락이 방지될 수 있다. 결국, 전술된 제3문제점도 발생하지 않는다. 단락이 방지될 수 있으므로, 상기 이방성 도전 접착제(1)는 미세 피치를 가지는 부품 실장에도 사용될 수 있다.

추가적으로, 상기 솔더 입자(11)의 융점은 220℃ 이하일 수 있다. 상기 솔더 입자(11)의 융점이 낮더라도, 그 저융점 솔더 입자(11)를 포함하는 이방성 도전 접착제(1) 역시 전술된 모든 장점을 가진다.

바람직하게는, 상기 저융점 솔더 입자(11)의 융점은 150℃ 이하이다. 상기 저융점 솔더 입자(11)를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제(1)를 사용하여, 저온에서 부품 실장 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 에너지 절감 측면과 비용 절감 측면에서 이익이 있다. 또한, 상기 저융점 솔더 입자(11)를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제(1)에 의해 접착된 두 기판(2, 4)은 고온 공정에 의해 제조된 것이 아니므로 열 피로 특성이 우수하다.

더욱 바람직하게는, 상기 저융점 솔더 입자(11)의 융점은 140℃ 이하이다. 이 경우, 상기 저융점 솔더 입자(11)를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제(1)의 장점이 더 커진다.

더더욱 바람직하게는, 상기 저융점 솔더 입자(11)의 융점은 120℃ 이하이다. 이 경우, 상기 저융점 솔더 입자(11)를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제(1)의 장점이 극대화된다.

지금까지 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)의 제조방법은 산화막 제어를 통해 이루어지는 것으로, 습식법, 습식-초음파법, 및 건식법이 있다.

[실시예 1 : 습식법]

본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)의 제조방법은 제1산화막(13) 제거 단계, 제2산화막(14) 형성 단계, 및 솔더-수지 혼합 단계를 포함한다.

상기 제1산화막(13) 제거 단계에서는, 환원제를 통해 솔더 입자(11)의 제1산화막(13)이 제거된다. 상기 제1산화막(13) 제거를 위해, 본 단계는 산소가 없는 환경에서 수행될 필요가 있다. 예를 들어, 용제에 상기 환원제와 상기 솔더 입자(11)가 투입되고, 상기 용제 내에서 상기 환원제가 상기 제1산화막(13)을 제거할 수 있다. 반응 촉진을 위해, 상기 환원제와 상기 솔더 입자(11)가 투입된 상기 용제에 열이 가해질 수 있다.

상기 환원제는 상기 제1산화막(13)과 반응하는 카복실기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 환원제는 Oxalic acid, Malonic acid, Glutaric acid, Adipic acid, Pimelic acid, Suberic acid, Zelaic acid, 및 Sebacic acid으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

상기 제2산화막(14) 형성 단계에서는, 상기 제1산화막(13)이 제거된 상기 솔더 입자(11)에 제2산화막(14)이 형성된다.

먼저, 상기 제1산화막(13)이 제거된 상기 솔더 입자(11)가 용제에 투입된다. 여기서 상기 용제는 전 단계에서 사용된 용제와 같은 용제일 수 있다. 이 경우, 상기 제1산화막(13)을 가지지 않는 상기 솔더 입자(11)를 상기 용제에 투입하는 것이 생략될 수 있다. 만약 두 용제가 다르다면, 제1용제(전 단계의 용제)로부터 상기 제1산화막(13)을 가지지 않는 상기 솔더 입자(11)가 취출된 후, 제2용제(본 단계의 용제)에 투입된다.

상기 제1용제 및 상기 제2용제는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, n-부탄올, 이소프로필알코올, 이소부틸알코올, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 트리에틸렌포스페이트, 트리메틸포스페이트, 헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디이소부틸케톤, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 디옥산, 및 디에틸에테르로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 제2용제 내에서, 상기 제1산화막(13)이 제거된 상기 솔더 입자(11) 표면에 적절한 두께의 상기 제2산화막(14)이 형성된다. 달리 표현하면, 상기 솔더 입자(11) 표면에 적절한 산소 농도의 상기 제2산화막(14)이 형성된다.

바람직하게는, 상기 제2산화막(14)의 산소 농도는, 상기 솔더 입자(11)와 상기 제2산화막(14) 총 중량에 대하여, 25 내지 95 중량ppm이다. 상기 산소 농도가 25 중량ppm 미만이면, 상기 제2산화막(14)이 너무 얇아서 상기 솔더 입자(11)의 표면에너지가 너무 높을 수 있다. 이에 따라, 상기 솔더 입자(11)가 응집될 수 있다. 상기 산소 농도가 95 중량ppm을 초과하면, 상기 제2산화막(14)이 너무 두꺼워서 상기 솔더 입자(11)가 너무 안정할 수 있다. 이에 따라, 상기 솔더 입자(11)의 융착이 어려울 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 제2산화막(14)의 산소 농도는, 상기 솔더 입자(11)와 상기 제2산화막(14) 총 중량에 대하여, 25 내지 91 중량ppm이다. 이러한 범위에서, 상기 솔더 입자(11)의 분산성이 확보되면서 융착 가능성도 더 높아질 수 있다.

더더욱 바람직하게는, 상기 제2산화막(14)의 산소 농도는, 상기 솔더 입자(11)와 상기 제2산화막(14) 총 중량에 대하여, 25 내지 80 중량ppm이다. 이러한 범위에서, 상기 솔더 입자(11)의 분산성이 확보되면서 융착 가능성이 가장 높다.

상기 적절한 산소 농도 조성 방법에 따라, 이방성 도전 접착제(1)의 제조방법이 습식법, 습식-초음파법, 및 건식법으로 나뉘어진다. 본 습식법에서는, 상기 솔더 입자(11)와 상기 제2용제가 교반되어, 상기 적절한 산소 농도를 가진 상기 제2산화막(14)이 형성된다. 교반 시간에 따라 상기 제2용제 내 용존산소량이 달라진다. 다만, 상기 산소 농도 조성을 위한 교반 시간은 상기 제2용제의 온도에 따라 달라질 수 있다. 작업자는 상기 제2용제의 온도를 높인 다음 비교적 짧은 시간 동안 교반을 수행하여 상기 산소 농도를 조성할 수 있다. 반대로, 작업자는, 상기 제2용제의 온도가 높지 않다면, 비교적 긴 시간 동안 교반을 수행하여 상기 산소 농도를 조성할 수 있다.

상기 솔더-수지 혼합 단계에서는, 상기 제2산화막(14)이 형성된 상기 솔더 입자(11)와 접착 수지(12)가 혼합되어, 이방성 도전 접착제(1)가 제조된다. 전 단계에서, 적절한 두께의 상기 제2산화막(14)이 형성되었으므로, 전 단계 이후로는 상기 솔더 입자(11)는 응집되지 않는다. 따라서 본 단계에서 상기 솔더 입자(11)는 상기 접착 수지(12) 내에서 균일하게 분산된다. 다만, 전 단계에서 상기 제2산화막(14)의 두께가 최적화되었으므로, 본 단계는 산소가 없는 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 불활성 가스 분위기, 진공 분위기 등에서 본 단계가 수행되는 것이 바람직하다.

상기 솔더-수지 혼합 단계가 완료되면, 페이스트 형태의 이방성 도전 접착제(1)가 제조된다. 상기 제조된 페이스트가 테이프 성형기의 캐리어 필름에 도포되면, 필름 형태의 이방성 도전 접착제(1)가 제조될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)의 제조방법은 상기 솔더-수지 혼합 단계 이후, 환원제를 추가하는 단계를 포함하지 않는다. 따라서 부품 실장 공정에서, 추가된 환원제가 산화막과 반응하여 생성된 산화잔여물 또는 수분으로 인한 보이드 발생 가능성이 없다. 즉, 전술된 제2문제점이 발생하지 않는다. 그러므로 이와 같이 제조된 이방성 도전 접착제(1)가 부품 실장에 사용될 경우, 그 이방성 도전 접착제(1)는 내부에 보이드를 포함하지 않아 안정한 접촉 저항과 높은 접합 강도를 가진다.

상기 제1산화막(13) 제거 단계 및 제2산화막(14) 형성 단계 사이에, 수분 제거 단계가 있을 수 있다. 상기 환원제가 상기 제1산화막(13)을 제거하면, 수분이 생성될 수 있다. 이는 상기 환원제의 상기 카복실기가 상기 제1산화막(13)의 산소와 반응할 수 있기 때문이다. 상기 솔더 입자(11) 주변에 상기 수분이 존재하면, 상기 수분을 포함하는 이방성 도전 접착제(1)가 제조될 수 있다. 상기 제조된 이방성 도전 접착제(1)가 부품 실장 공정에서 열을 받으면, 상기 수분이 기화되어 기포가 될 수 있다. 이에 따라, 상기 기포가 솔더 입자(11)의 융착을 방해할 수 있다. 또한, 상기 기포가 범프 스페이스(7)에 있을 경우, 단자(3) 간, 범프(5) 간, 또는 솔더 접합체(11b) 간 단락을 일으킬 수도 있다.

상기 수분 제거는 다음과 같이 수행될 수 있다. 솔더 입자(11)의 제1산화막(13)을 제1용제 내에서 제거한 후, 상기 솔더 입자(11)가 수용된 상기 제1용제가 진공 가열 교반기에 장입될 수 있다. 상기 진공 가열 교반기 내에서 상기 솔더 입자(11) 및 상기 제1용제가 열을 받으면서 교반되면, 상기 수분이 기화 및 탈포될 수 있다.

[실시예 2 : 습식-초음파법]

실시예 2와 실시예 1의 차이는 산소 농도 조성 방법이다. 본 습식-초음파법에서는, 솔더 입자(11)가 투입된 제2용제에 초음파가 조사되어, 실시예 1의 적절한 산소 농도를 가진 제2산화막(14)이 형성된다.

초음파의 주파수 및 초음파 조사 시간에 따라 상기 제2용제 내 용존산소량이 달라진다. 다만, 상기 산소 농도 조성을 위한 초음파의 주파수 및 초음파 조사 시간은 상기 제2용제의 온도에 따라 달라질 수 있다. 작업자는 상기 제2용제의 온도를 높인 다음 비교적 낮은 주파수 조건에서 비교적 짧은 시간 동안 초음파 조사를 수행하여 상기 산소 농도를 조성할 수 있다. 반대로, 작업자는, 상기 제2용제의 온도가 높지 않다면, 비교적 높은 주파수 조건에서 비교적 긴 시간 동안 초음파 조사를 수행하여 상기 산소 농도를 조성할 수 있다.

[실시예 3 : 건식법]

실시예 3과 실시예 1의 차이는 산소 농도 조성 방법이다. 본 건식법에서는, 솔더 입자(11)가 투입된 제2용제가 오븐에 장입되어, 실시예 1의 적절한 산소 농도를 가진 제2산화막(14)이 형성된다. 상기 오븐은 상기 산소 농도 조성을 위한 것이므로 진공 오븐이 아니다. 상기 솔더 입자(11)가 투입된 상기 제2용제는 상기 오븐 내 사전 결정된 온도에서 사전 결정된 시간 동안 방치된다. 작업자는 상기 오븐 내 온도와 방치 시간을 자유롭게 정할 수 있다. 작업자는 상기 오븐 내 온도를 비교적 높게 설정하고, 비교적 짧은 시간 동안 상기 제2용제를 방치하여, 상기 산소 농도를 조성할 수 있다. 반대로, 작업자는 상기 오븐 내 온도를 비교적 낮게 설정하고, 비교적 긴 시간 동안 상기 제2용제를 방치하여, 상기 산소 농도를 조성할 수 있다.

참고로, 환원제와 제1산화막(13)이 형성된 솔더 입자(11)가 제1용제에 투입되면, 카복실기와 상기 제1산화막(13)이 반응하여 생성되는 수분 외에, 여러 가지 환원 잔류 불순물이 생성된다. 습식법이나 습식-초음파법은 상기 제1산화막(13) 제거 단계에서 발생한 상기 환원 잔류 불순물을 제2용제의 진동을 통해 제거할 수 있다는 점에서 건식법보다 우수하다. 이하에서는 제조예, 비교예, 및 실험예가 설명될 것이다.

[제조예 1 : 습식-초음파법으로 산화막 제어]

은 3wt%, 구리 0.5wt%, 및 잔부 주석과 불순물로 구성된 솔더 입자가 준비되었다. 상기 솔더 입자의 녹는점은 220℃이고, 그 평균 직경은 15μm이다. 접착 수지로 열경화성 수지인 비스페놀 A형 에폭시 수지가 준비되었다. 환원제로 1,3-Bis(3-carboxypropyl)tetramethyldisiloxane가 준비되었다. 용제로 톨루엔이 준비되었다.

상기 솔더 입자가 상기 용제에 투입되었다. 상기 솔더 입자와 상기 용제의 질량비는 1:1이었다.

다음으로, 상기 환원제가 상기 용제에 투입되고, 상기 환원제 및 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제가 150℃에서 30분 동안 가열되었다. 이에 따라, 제1산화막이 제거되었다. 도 6(a) 및 도 6(b)는, 상기 제1산화막 제거 전, 상기 제1산화막을 가지는 솔더 입자를 나타내는 SEM 이미지이다. 또한, 상기 제1산화막 제거 전, 상기 제1산화막의 산소 농도가 측정되었는데, 상기 제1산화막의 산소 농도는 130 중량ppm으로 측정되었다. 상기 제1산화막의 산소 농도는 상기 제1산화막을 가지는 상기 솔더 입자를 연소시켜 생성되는 가스의 농도를 측정함으로써 도출되었다.

다음으로, 상기 용제에 40MHz의 초음파가 조사되었다. 상기 초음파 조사는 상온에서 진행되었다. 상기 초음파 조사 시간을 5 내지 40분까지 변화시켜, 복수 개의 샘플이 제조되었다. 상기 복수 개의 샘플 각각은 용제 샘플 및 상기 용제 샘플 내 솔더 입자 샘플을 포함한다. 각 솔더 입자 샘플에 형성된 제2산화막의 산소 농도는 다음 표 1과 같다.

표 1의 데이터는 각 솔더 입자 샘플를 연소시켜 생성되는 가스의 농도를 측정하여 도출된 것이다. 도 7(a) 및 도 7(b)는 제2산화막의 산소 농도가 71 중량ppm인 솔더 입자 샘플을 나타내는 SEM 이미지이다. 도 6과 도 7을 비교하면, 도 7의 솔더 입자가 산화막 제어로(제1산화막 제거 및 제2산화막 형성으로) 더 거친 표면을 가진다는 것이 확인된다.

다음으로, 각 솔더 입자 샘플이 각 용제 샘플로부터 취출된 후, 상기 접착 수지와 혼합되었다. 이에 따라, 복수 개의 페이스트가 제조되었다. 상기 복수 개의 페이스트 각각은, 페이스트 총 중량에 대하여, 상기 솔더 입자 25wt%, 상기 접착 수지 74.9wt%, 및 기타 성분 0.1wt%로 구성된다.

상기 복수 개의 페이스트에 대하여, 상기 솔더 입자의 분산성이 광학현미경으로 확인되었다. 그 결과는 다음 표 1과 같다.

표 1을 참조하면, 상기 초음파 조사 시간이 20분 이상일 때, 상기 솔더 입자가 상기 접착 수지 내에서 분산된다는 것이 확인된다.

표 1 및 표 2를 참조하면, 상기 초음파 조사 시간이 20분 이상일 때, 제2산화막의 산소 농도가 25 중량ppm 이상이 되어, 상기 솔더 입자가 분산된다는 것이 확인된다.

[제조예 2 : 건식법으로 산화막 제어]

제조예 1과 동일한 방식으로 환원 공정 수행 후, 솔더 입자가 투입된 용제가 오븐에 장입되었다. 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제가 상기 오븐 내 100℃에서 방치되었다. 방치 시간을 2 내지 30까지 변화시켜, 복수 개의 샘플이 제조되었다. 각 솔더 입자 샘플에 형성된 제2산화막의 산소 농도는 다음 표 3과 같다.

이후로는, 제조예 1과 동일한 방식으로 복수 개의 페이스트가 제조되었다. 상기 복수 개의 페이스트에 대하여, 상기 솔더 입자의 분산성이 광학현미경으로 확인되었다. 그 결과는 다음 표 4와 같다.

표 4를 참조하면, 상기 방치 시간이 5분 이상일 때, 상기 솔더 입자가 상기 접착 수지 내에서 분산된다는 것이 확인된다.

표 3 및 표 4를 참조하면, 상기 방치 시간이 5분 이상일 때, 제2산화막의 산소 농도가 29 중량ppm 이상이 되어, 상기 솔더 입자가 분산된다는 것이 확인된다.

[비교예 : 산화막 제거]

제조예 1과 동일한 방식으로 환원 공정 수행 후, 곧바로 솔더 입자와 접착 수지가 혼합되었다. 이에 따라, 페이스트가 제조되었다. 광학현미경으로, 상기 제조된 페이스트 내 상기 솔더 입자가 분산되지 않았다는 것이 확인되었다.

[실험예 1 : 단락 여부 평가]

제조예 1, 제조예 2, 및 비교예에서 제조된 페이스트들과 관련하여, 솔더 입자가 단락을 일으키는지 확인하기 위해, 부품 실장 공정이 수행되었다. 이후, 단락 평가 실험이 진행되었다. 제조예 1 및 제조예 2의 페이스트들 중 광학현미경으로 보았을 때 솔더 입자가 분산되지 않은 페이스트들은 단락 실험에 이용되지 않았다.

피치 70μm 및 폭(피치에 수직방향) 100μm의 단자를 갖는 FPCB 1쌍이 준비되었다.

하부 FPCB에 제조예 1, 제조예 2, 및 비교예에서 제조된 페이스트가 30μm 높이로 프린트되었다. 상기 프린트된 페이스트가 상부 FPCB로 커버되었다. 상·하부가 접착된 FPCB들이 리플로우(reflow) 라인으로 이동되었고, 220℃의 열이 각 FPCB에 인가되었다.

단락 평가 실험을 진행한 결과, 비교예에서 제조된 페이스트로 접착된 FPCB에서 단락이 발생하였다. 제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 페이스트들로 접착된 FPCB들에서는 단락이 발생하지 않았다. 도 8(a)는 제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 페이스트들 중 어느 하나의 페이스트로 부품 실장 수행 후에 촬영된 솔더 접합체의 광학현미경 이미지를 나타낸다. 도 8(b)는 비교예에서 제조된 페이스트로 부품 실장 수행 후에 촬영된 솔더 접합체의 광학현미경 이미지를 나타낸다. 도 8(b)에서는 도 8(a)에 나타나지 않은 솔더 접합체 간 브릿지가 나타난다.

따라서 솔더 입자의 제1산화막이 제거되면, 솔더 입자가 응집되어 단락이 발생한다는 것이 확인되었다. 또한, 솔더 입자의 산화막이 적절히 제어되면, 솔더 입자의 응집을 방지할 수 있다는 것이 확인되었다.

[실험예 2 : 융착 여부 평가]

실험예 1에서 접착된 FPCB들에 대하여, 솔더 입자의 융착 여부가 광학현미경으로 확인되었다.

제조예 1에서 초음파 조사 시간별로 제조된 페이스트들로 접착된 FPCB들에 대하여, 각 솔더 입자의 융착 여부는 다음 표 5와 같다.

표 5를 참조하면, 상기 초음파 조사 시간이 35분 이하일 때, 솔더 입자가 융착된다는 것이 확인된다. 그리고 상기 초음파 조사 시간이 35분을 초과하면, 전술된 제1문제점이 나타난다는 것도 확인된다.

다음 표 6은 표 1, 표 2, 및 표 5를 종합한 것이다.

표 6을 참조하면, 상기 초음파 조사 시간이 20 내지 35분일 때, 제2산화막의 산소 농도가 25 내지 90 중량ppm이 되어, 솔더 입자가 접착 수지 내에서 분산되고, 단자-범프 스페이스에서 융착된다는 것이 확인된다. 또한, 상기 초음파 조사 시간이 20 내지 33분일 때, 제2산화막의 산소 농도가 25 내지 80 중량ppm이 되어, 솔더 입자가 더욱 안정적으로 융착된다는 것이 확인된다.

제조예 2에서 방치 시간별로 제조된 페이스트들로 접착된 FPCB들에 대하여, 각 솔더 입자의 융착 여부는 다음 표 7과 같다.

표 7을 참조하면, 상기 방치 시간이 8분 이하일 때, 솔더 입자가 융착된다는 것이 확인된다. 그리고 상기 방치 시간이 8분을 초과하면, 전술된 제1문제점이 나타난다는 것도 확인된다.

다음 표 8은 표 3, 표 4, 및 표 7을 종합한 것이다.

표 8을 참조하면, 상기 방치 시간이 5 내지 8분일 때, 제2산화막의 산소 농도가 29 내지 91 중량ppm이 되어, 솔더 입자가 접착 수지 내에서 분산되고, 단자-범프 스페이스에서 융착된다는 것이 확인된다. 또한, 상기 방치 시간이 5 내지 6분일 때, 상기 제2산화막의 산소 농도가 29 내지 78 중량ppm이 되어, 솔더 입자가 더욱 안정적으로 융착된다는 것이 확인된다.

[제조예 3 : 저융점 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제 제조]

저융점 솔더 입자들인, Sn/52In(융점 : 118℃) 및 Sn/58Bi(융점 : 139℃)에 대하여, 제조예 1과 동일한 방식으로 이방성 도전 접착제 제조가 수행되었다. 다만, 환원 시 용제를 가열하는 온도는 100℃였으며, 초음파 조사 시간은 30분이었다. 제조된 2개의 이방성 도전 접착제 모두에 대하여, 저융점 솔더 입자가 접착 수지 내에서 분산되었다는 것이 광학현미경으로 확인되었다.

[실험예 3 : 단락 여부 및 융착 여부 평가]

제조예 3에서 제조된 2개의 이방성 도전 접착제에 대하여, 실험예 1과 동일한 방식으로 부품 실장 공정이 수행되었다. 다만, 리플로우 라인에서 FPCB에 인가된 열의 온도는 Sn/52In의 경우 125℃, 그리고 Sn/58Bi의 경우 145℃였다.

실험예 1과 동일한 방식으로 단락 여부를 평가한 결과, 제조된 2개의 이방성 도전 접착제로 접착된 2개의 부품 모두에서, 브릿지나 단락이 발생하지 않았다는 것이 확인되었다.

실험예 2와 동일한 방식으로 융착 여부를 평가한 결과, 2개의 저융점 솔더 입자 모두 안정적으로 융착되었다는 것이 확인되었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예가 참조되어 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 이방성 도전 접착제
11 : 솔더 입자
11a : 솔더 용융체
11b : 솔더 접합체
11c : 브릿지
12 : 접착 수지
13 : 제1산화막
14 : 제2산화막
2 : 하부 기판 3 : 단자 4 : 상부 기판 5 : 범프
6 : 단자-범프 스페이스 7 : 범프 스페이스

Claims (11)

1. 환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계;
   상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계;
   상기 솔더 입자에 제2산화막을 형성하는 단계; 및
   상기 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계를 포함하고,
   상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 것을 특징으로 하고,
   상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 솔더 입자와 상기 제2산화막 총 중량에 대하여 25 내지 95 중량ppm의 상기 제2산화막이 형성되는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자와 상기 용제가 교반되는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제에 초음파가 조사되는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제가 오븐에 장입되어 방치되는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계 이후, 상기 솔더 입자는 응집되지 않는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 환원제는 카복실기를 포함하는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 솔더 입자는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 용제는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, n-부탄올, 이소프로필알코올, 이소부틸알코올, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 트리에틸렌포스페이트, 트리메틸포스페이트, 헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디이소부틸케톤, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 디옥산, 및 디에틸에테르로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 접착 수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중 적어도 하나의 수지를 포함하는 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 입자의 융점은 220℃ 이하인 것인, 산화막 제어를 통한 이방성 도전 접착제의 제조방법.
    

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