KR101890700B1 - 부품 실장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이방성 도전 접착제를 이용하여 두 기판을 접합하는 방법에 관한 것으로, 환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계; 상기 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계; 상기 제조된 이방성 도전 접착제를 하부 단자를 가지는 하부 기판 상면에 위치시키는 단계; 상기 솔더 입자가 용융되고 상기 접착 수지가 사전 결정된 경화도까지 경화되도록, 상기 위치된 이방성 도전 접착제를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 이방성 도전 접착제 상면에 상부 단자를 가지는 상부 기판을 위치시키는 단계를 포함하는, 부품 실장방법을 제공한다.

Description

부품 실장방법{Method of mounting components}

본 발명은 부품 실장방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이방성 도전 접착제를 이용하여 두 기판을 접합하는 방법에 관한 것이다.

최근 디스플레이 업계에서는 부품 소형화, 부품 가격 인하, 부품 성능 향상을 위한 많은 노력이 진행되고 있다. 이와 관련하여, 이방성 도전 접착제로 구동칩을 하부 기판과 접합하는 공정(구동칩의 기판을 하부 기판에 실장하는 공정)의 중요성이 커지고 있다.

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(C), 금속 코팅된 폴리머 볼, 절연 코팅된 금속 볼 등의 물질이 사용된다.

예를 들어, 절연 코팅된 금속 볼과 접착 수지로 구성된 이방성 도전 접착제로 구동칩과 하부 기판을 접합하는 경우, 그 접합에 의해 하부 기판 상의 패턴과 구동칩이 전기적으로 연결된다. 이와 같이 이방성 도전 접착제에 의한 접합이 이루어지는 경우, 패턴과 구동칩의 거리가 짧아 접합된 부품의 전기적 특성이 우수할 수 있다. 또한, 구동칩을 하부 기판 상에 실장하기 위해 필요한 실장 면적이 최소화될 수 있다.

이방성 도전 접착제를 이용하여 구동칩과 하부 기판을 접합하는 공정은 일반적으로 다음과 같이 진행될 수 있다.

먼저, 하부 기판이 로딩(loading)된다. 하부 기판 로딩 시 발생하는 로딩 에러(loading error)는 비전(vision)으로 측정되거나, 다음 공정에서 보정될 수 있다.

다음, 이방성 도전 접착제가 하부 기판 상면에 위치된다. 이방성 도전 접착제가 페이스트 형태인 경우, 하부 기판 상면에 도포된다. 이방성 도전 접착제가 필름 형태인 경우, 하부 기판 상면에 점착된다.

다음, 프리본딩(pre-bonding)이 진행된다. 구동칩이 이방성 도전 접착제 상면에 로딩되어, 구동칩과 하부 기판이 정렬된다. 그리고 구동칩에 60 내지 90℃의 열과 0.3 내지 1MPa의 미소 압력이 약 3 내지 5초 동안 가해질 수 있다. 구동칩에 가해진 열과 미소 압력은 이방성 도전 접착제에 전달되고, 이방성 도전 접착제를 매개로 구동칩과 하부 기판이 가접된다.

다음, 본딩(bonding)이 진행된다. 구동칩에 150 내지 200℃의 열과 30 내지 100MPa의 압력이 약 10초 동안 가해질 수 있다. 구동칩에 가해진 압력과 열이 이방성 도전 접착제에 전달되어, 구동칩과 하부 기판의 거리는 가까워지고, 접착 수지는 경화된다. 이에 따라, 이방성 도전 접착제를 매개로 구동칩과 하부 기판이 접합된다.

이와 같은 종래의 이방성 도전 접착제를 이용한 종래의 부품 실장 공정(부품 접합 공정)에 따르면, 부품 실장 완료 시, 상부 기판(예를 들어, 상기 구동칩의 기판)의 상부 단자와 하부 기판의 하부 단자 사이에 이방성 도전 접착제의 도전 입자가 위치하게 된다. 도전 입자를 통해 상부 단자와 하부 단자는 전기적으로 접속된다.

그러나 도전 입자는 하나의 접합체가 아닌 다수의 입자들이므로, 이방성 도전 접착제가 상·하부 기판 사이에 위치되었을 때, 일부 하부 단자 표면에는 도전 입자가 존재하지 않을 수 있다. 이 경우 본딩 공정에서, 도전 입자를 사이에 두고 전기적으로 접속되는 상·하부 단자와는 달리, i) 표면에 도전 입자가 존재하지 않는 일부 하부 단자와 그에 대응되는 상부 단자는 전기적으로 개방(open)될 수 있다. 또한, ii) 상·하부 단자의 전기적 접속이 이루어지더라도, 그 전기적 접속은 상·하부 단자에 단순히 기계적으로 접촉해 있는 도전 입자를 통해 이루어진다. 위 i) 및 ii)로 인해, 이방성 도전 접착제의 도전성이 좋지 않아, 그 접촉 저항이 불안정하게 된다. 이방성 도전 접착제의 접촉 저항이 불안정하게 되면, 접합된 부품의 성능이 저하된다.

또한, 본딩 공정에서 접착 수지의 경화에 의해 상·하부 기판이 접합되더라도, 상기 상·하부 기판은 견고한 접합체 없이 접착 수지로만 접합된다. 이 경우, 이방성 도전 접착제의 접합 강도가 낮아서, 어느 한 기판이 박리될 수 있다.

또한, 본딩 공정은 열 외에 반드시 압력을 수반하므로, 상부 기판에 압력을 가하는 과정에서 도전 입자가 응력을 받아 파손될 수 있으며, 상부 또는 하부 기판 상의 소자들이 손상될 수 있다.

또한, 프리본딩 공정에서 상·하부 기판이 정렬될 때, 상·하부 단자 간 정렬 오차가 발생할 수 있다. 이러한 정렬 오차 발생 시 도전 입자가 자체정렬(self-alignment)되지 않으므로, 이방성 도전 접착제의 도전성이 저하될 수 있다.

종래의 이방성 도전 접착제를 이용한 종래의 부품 실장 공정은 미세 피치(fine pitch)를 가진 부품 실장에도 적용되고 있다. 그런데 위 정렬 오차는 미세 피치를 가진 부품 실장 시 더욱 커진다. 따라서 미세 피치를 가진 부품 실장 시 정렬 오차로 불량률이 높다는 문제가 지적되고 있다.

등록특허 제10-0149721호(1998.06.09. 등록) 공개특허 제10-2009-0052300호(2009. 05. 25. 등록)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 부품 실장 공정에서 접착 수지의 경화도를 조절하여, 솔더 입자나 접착 수지가 상부 및 하부 기판 밖으로 새지 않으면서 상부 및 하부 기판이 접합되게 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 접착 수지의 경화도를 조절하여, 부품 실장 공정을 신속하게 진행하고 종래기술의 여러 가지 문제점을 해결하는 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 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계; 상기 제조된 이방성 도전 접착제를 하부 단자를 가지는 하부 기판 상면에 위치시키는 단계; 상기 솔더 입자가 용융되고 상기 접착 수지가 사전 결정된 경화도까지 경화되도록, 상기 위치된 이방성 도전 접착제를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 이방성 도전 접착제 상면에 상부 단자를 가지는 상부 기판을 위치시키는 단계를 포함하는, 부품 실장방법이 제공된다.

상기 사전 결정된 경화도는 75 내지 85%일 수 있다.

상기 부품 실장방법은, 상기 상부 기판을 위치시키는 단계 이후, 상기 접착 수지를 완전히 경화시켜 상기 상·하부 기판이 접합되도록 상기 위치된 상부 기판을 열압착하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 부품 실장방법은, 상기 상부 기판을 위치시키는 단계 이후, 상기 접착 수지를 완전히 경화시켜 상기 상·하부 기판이 접합되도록 상기 상·하부 기판 사이에 위치된 상기 이방성 도전 접착제를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 기판을 위치시키는 단계에서 상기 하부 단자와 상기 상부 단자가 정렬되도록 상기 상부 기판이 위치될 수 있다.

상기 부품 실장방법은 상기 제1산화막을 제거하는 단계와 상기 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계 사이에, 상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계; 및 상기 투입된 솔더 입자에 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 제2산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

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.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 기판을 위치시키기 전에 접착 수지가 사전 결정된 경화도까지 경화된다. 사전 결정된 경화도가 너무 낮지 않으므로, 상부 기판이 이방성 도전 접착제 상면에 위치되었을 때(상부 기판의 무게가 이방성 도전 접착제에 가해질 때)나 이방성 도전 접착제 상면에 위치된 상부 기판이 열압착될 때, 용융 솔더나 접착 수지가 상부 및 하부 기판 밖으로 새지 않는다. 또한, 사전 결정된 경화도가 너무 높지 않으므로, 가경화 후에도 접착 수지의 접착성이 남아 있어, 상부 기판과 하부 기판이 접합될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착 수지의 가경화 후 상부 기판이 이방성 도전 접착제 상면에 위치되었을 때, 10초 미만의 시간 동안 이방성 도전 접착제에 열을 가하면 상·하부 기판이 접합된다. 이에 따라, 부품 실장 공정이 신속하게 진행될 수 있으며, 이는 여러 기판을 실장할 경우에도 마찬가지이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부품의 생산 효율이 높다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융 솔더가 제1영역(상·하부 단자 사이 영역)으로 유입(자가배향)되는 동안 접착 수지의 점도가 낮아졌다가, 제1영역에서 솔더 범프가 형성되면 접착 수지의 점도가 높아진다. 이때, 높은 점도를 가진 접착 수지가 솔더 범프를 이루는 용융 솔더 중 일부가 제1영역에서 제2영역(상부 단자들 사이, 하부 단자들 사이, 및 솔더 범프들 사이 영역)으로 유출되는 것을 방지한다. 이후, 이방성 도전 접착제 상면에 위치된 상부 기판에 미소 압력이 가해지더라도, 접착 수지는 솔더 범프를 이루는 용융 솔더 중 일부가 제2영역으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 하부 단자 간, 상부 단자 간, 또는 솔더 접합체 간 단락 가능성이 낮다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착 수지를 가경화한 후 상부 기판이 이방성 도전 접착제 상면에 위치되므로, 상부 단자와 하부 단자의 정렬이 용이하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 정렬 실장방법은 기존의 설비에 의해서도 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융 솔더가 자가배향되므로, 설사 상부 단자와 하부 단자의 정렬 오차가 발생하더라도, 이방성 도전 접착제의 도전성이 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이방성 도전 접착제 제조 공정에서 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. 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 하부 단자 간, 상부 단자 간, 또는 솔더 접합체 간 단락이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단락 발생 가능성 및 정렬 오차 발생 가능성이 낮고, 정렬 오차가 발생하더라도 용융 솔더가 자가배향된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 정렬 실장방법은 미세 피치를 가지는 부품 실장에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이방성 도전 접착제로 부품 실장 시, 보이드가 발생하지 않으면서 솔더 입자가 상·하부 단자에 융착되므로, 도전 입자가 단순히 상·하부 단자에 기계적으로 접촉하는 종래기술 대비, 이방성 도전 접착제가 안정한 접촉 저항과 높은 접합 강도를 가진다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정이 미소 압력만을 수반하므로, 기판이나 소자의 손상이 방지될 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, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저융점 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 사용하여, 저온에서 부품 실장 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 에너지 절감 측면과 비용 절감 측면에서 이익이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저융점 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제에 의해 접합된 부품은 고온 공정에 의해 제조된 것이 아니므로 열 피로 특성이 우수하다.

도 1(a) 내지 도 1(d)는 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타낸 예시도이다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 제1산화막 제거로 솔더 입자가 응집되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3(a) 내지 도 3(d)는 제1산화막 제거를 거쳐 제조된 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타낸 예시도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제어로 솔더 입자가 분산되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이방성 도전 접착제를 이용하여, 가능한 부품 실장 공정을 나타낸 예시도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 상·하부 단자의 정렬 오차를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장방법을 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 DSC 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11(a) 및 도 11(b)는 본 발명의 일 실험예에 따른 솔더 범프를 나타낸 광학현미경 이미지이다.
도 12는 본 발명의 일 실험예에 따른 열압착된 부품을 나타낸 광학현미경 이미지이다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 제1산화막을 가지는 솔더 입자를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 14(a) 및 도 14(b)는 본 발명의 일 제조예에 따른 제2산화막을 가지는 솔더 입자를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 15(a) 및 도 15(b)는 본 발명의 일 실험예에 따른 솔더 접합체를 나타낸 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 설명에 앞서, 본 발명의 도출 과정이 설명된다. 본 발명의 이방성 도전 접착제는 접착 수지 및 상기 접착 수지 내 분산된 솔더 입자를 포함한다. 상기 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정은 다음과 같이 진행될 수 있다.

먼저, 상기 이방성 도전 접착제가 상·하부 기판 사이에 위치된다.

다음, 상기 이방성 도전 접착제에 열이 인가된다. 열을 받은 상기 솔더 입자는 표면에너지(surface energy)가 높아져, 표면에너지를 낮추기 위해 상·하부 기판의 상·하부 단자로 이동하며 뭉치게 된다. 이와 동시에, 상기 솔더 입자가 용융되어, 용융 솔더가 하부 단자와 상부 단자 표면에 웨팅(wetting)된다.

솔더 입자가 표면에너지를 낮추기 위해 뭉치면서 상·하부 단자로 유입되므로, 열을 받은 많은 솔더 입자가 상·하부 단자 사이 영역(이하, “제1영역”)에 위치하게 된다. 또한, 열을 받은 솔더 입자는 뭉치면서 제1영역으로 유입되는 동시에, 용융된다. 이러한 현상은 “용융 솔더가 제1영역에 자가배향된다.”고 표현될 수 있다.

용융 솔더의 웨팅 이후, 더 많은 용융 솔더가 계속해서 제1영역으로 유입되면, 결국 상·하부 단자를 연결하는 용융 솔더인 솔더 범프가 형성된다.

한편, 열을 받은 상기 접착 수지는 초반에는 점도가 낮아져 상기 솔더 입자가 제1영역으로 이동하도록 상기 솔더 입자의 유동성을 증가시킨다. 상기 접착 수지의 점도는 용융 솔더가 자가배향되어 솔더 범프가 형성된 이후에 가장 높아진다. 상기 접착 수지는 솔더 범프가 형성된 이후 계속 열을 받아 경화된다. 상기 접착 수지는 경화되면서 상·하부 기판을 접합한다.

다음, 열이 제거되어, 솔더 범프가 냉각 및 응고된다. 상·하부 단자에 걸쳐 형성되어 있는 솔더 범프는 응고되면서 상·하부 단자를 접합한다. 이와 더불어, 응고된 솔더 범프인 솔더 접합체는 상·하부 단자를 전기적으로 접속한다.

위의 부품 실장 공정에서, 솔더 입자가 용융되었다가 응고되면서 상·하부 단자를 접합하는 공정은 곧 솔더 입자가 상·하부 단자에 융착되는 공정이다. 즉, 본 발명의 이방성 도전 접착제는 솔더 입자의 융착을 목적으로 하는 접착제(이하, “자가융착형 이방성 도전 접착제”)이다.

그러나 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 부품 실장 공정에서 열을 받아도 잘 뭉쳐지지 않으며, 제1영역으로 잘 모여들지 않는다. 이에 따라, 솔더 범프와 솔더 접합체가 형성되지 않을 수 있다. 다시 말해, 솔더 입자가 융착되지 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 입자 및 접착 수지에 환원제가 더 혼합될 수 있다. 이에 따라, 환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다.

여기서, 환원제는 열을 받아야만 주위의 산소와 반응할 수 있는 환원제이다. 따라서 부품 실장 공정에서 열을 받기 전에는, 환원제는 제1산화막을 가지는 솔더 입자와 혼합되어 있을 뿐 제1산화막을 제거하진 않는다.

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

먼저, 도 1(a)를 참조하면, 하부 단자(3)를 가지는 하부 기판(2), 이방성 도전 접착제(1), 상부 단자(5)를 가지는 상부 기판(4)이 준비된다. 하부 기판(2) 및 상부 기판(4)은 PCB(Printed Circuit Board), FPCB(Flexible PCB), IC 기판, 글래스 기판 등이 될 수 있다. 상기 이방성 도전 접착제(1)는 접착 수지(13), 상기 접착 수지(13) 내 분산된 솔더 입자(11), 및 상기 접착 수지(13) 내 분산된 환원제(12)로 구성된다. 상기 솔더 입자(11)에는 제1산화막(14)이 형성되어 있다.

다음, 하부 기판(2) 및 하부 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 하부 기판(2) 및 하부 단자(3) 상면에 점착된다. 상기 이방성 도전 접착제(1)가 페이스트 형태인 경우, 상기 이방성 도전 접착제(1)는 하부 기판(2) 및 하부 단자(3) 상면에 도포된다.

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

다음, 상기 이방성 도전 접착제(1)에 열이 인가된다. 열을 받은 환원제(12)가 상기 솔더 입자(11) 주위의 제1산화막(14)과 반응하여, 제1산화막(14)이 제거된다. 제1산화막(14)이 없는 솔더 입자의 표면에너지는 높다. 따라서 열을 받은 상기 솔더 입자(11)는 제1영역(6)으로 이동하며 뭉쳐질 수 있다. 상기 솔더 입자(11)는 제1영역(6)으로 이동하며 뭉쳐지는 동시에, 열에 의해 용융된다.

용융 솔더(11a)는 자가배향되면서 하부 단자(3) 또는 상부 단자(5) 표면에 웨팅된다(도 1(b)). 한편, 전술된 바와 같이, 열을 받은 상기 접착 수지(13)는 점도가 낮아져 상기 솔더 입자(11)의 유동성을 증가시킨다.

더 많은 용융 솔더(11a)가 제1영역(6)으로 유입되면, 상·하부 단자(3, 5)를 연결하는 솔더 범프(11b)가 형성된다(도 1(c)). 이때, 상부 단자(5)들, 하부 단자(3)들, 및 솔더 범프(11b)들 사이 영역(이하, “제2영역”; 7)을 이루는 주성분은 접착 수지(13)가 된다. 전술된 바와 같이, 솔더 범프(11b)가 형성된 이후에는 상기 접착 수지(13)의 점도가 최대가 된다. 상기 접착 수지(13)는 최대 점도를 가지는 시점 이후로 계속 열을 받아 경화된다. 상기 접착 수지(13)는 경화되면서 상·하 기판(2, 4)을 접합한다.

다음, 도 1(d)를 참조하면, 상기 이방성 도전 접착제(1)에 인가된 열이 제거된다. 이에 따라, 솔더 범프(11b)가 냉각 및 응고되어, 제1영역(6)에서 상·하부 단자(3, 5)를 접합하는 솔더 접합체(11c)가 된다. 달리 표현하면, 상기 솔더 입자(11)가 제1영역(6)에서 상·하부 단자(3, 5)에 융착된다. 솔더 접합체(11c)는 하부 단자(3)와 상부 단자(5)를 전기적으로 접속한다.

환원제를 포함하는 자가융착형 이방성 도전 접착제는 전술된 제1문제점을 극복할 수 있다. 용융되지 않은 도전 입자가 단순히 상·하부 단자에 기계적으로 접촉하는 종래기술과는 달리, 자가융착형 이방성 도전 접착제의 경우, 솔더 입자가 상·하부 단자에 융착된다. 따라서 종래기술 대비, 자가융착형 이방성 도전 접착제는 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. 도 1(d)를 참조하면, 산화잔여물 또는 수분은 자가융착형 이방성 도전 접착제(1) 내에서 보이드(void, 15)를 발생시킬 수 있다. 즉, 솔더 입자가 융착되더라도, 환원제의 반응으로 생성되는 산화잔여물 및 수분으로 인해 이방성 도전 접착제 내부에 보이드가 생길 수 있다는 문제(제2문제점)가 있다. 내부에 보이드를 가지는 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 솔더 입자 주위의 제1산화막이 환원제에 의해 완전히 제거될 수 있다. 제1산화막이 제거된 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여 자가융착형 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다. 이 경우, 혼합된 솔더 입자 및 접착 수지에 환원제가 추가로 혼합될 필요가 없으므로, 부품 실장 공정에서 환원제의 반응으로 인한 보이드 발생이 방지된다. 또한, 부품 실장 공정에서, 솔더 입자 주위에 제1산화막이 없으므로 솔더 입자가 어려움 없이 융착될 것으로 기대될 수 있다.

자가융착형 이방성 도전 접착제의 제조과정에서, 솔더 입자와 접착 수지의 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 입자가 응집되는 과정을 나타내는 모식도이다. 도 2(a)에서 솔더 입자(11)의 제1산화막(14)이 제거되면, 상기 솔더 입자(11)는 도 2(b)에 도시된 형태가 된다. 그러나 제1산화막(14)이 없는 상기 솔더 입자(11)는, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 응집될 수 있다.

도 3(a) 내지 도 3(d)는 제1산화막 제거를 거쳐 제조된 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정을 나타낸 예시도이다. 도 3(a)를 참조하면, 접착 수지(13) 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, 전술된 바와 같이, 이방성 도전 접착제(1)에 열이 가해지면, 용융 솔더(11a)가 제1영역(6)에서 자가배향되며 상부 단자(5) 또는 하부 단자(3)에 웨팅된다. 도 3(c)를 참조하면, 전술된 바와 같이, 더 많은 용융 솔더(11a)가 제1영역(6)으로 유입되면, 솔더 범프(11b)가 형성된다.

그러나 접착 수지(13)와의 혼합 전 이미 제1산화막이 제거된 솔더 입자(11)는 부품 실장 공정에서 열을 받기 전에도 표면에너지가 높은 상태이다. 따라서, 도 3(b)의 공정에서, 과도한 양의 솔더 입자(11)가 제1영역(6)으로 이동하며 뭉쳐져, 과도한 양의 용융 솔더(11a)가 생성될 수 있다. 이 경우, 도 3(c)를 참조하면, 용융 솔더(11a)가 제1영역(6)에서 솔더 범프(11b)를 형성할 뿐만 아니라, 그 일부가 제2영역(7)에도 위치될 수 있다. 특히, 자가융착형 이방성 도전 접착제(1)의 제조과정에서 이미 응집된 솔더 입자(11)는 크게 뭉쳐져, 커다란 용융 솔더(11a)가 되기 쉽다.

도 3(d)를 참조하면, 전술된 바와 같이, 열이 제거되면 솔더 접합체(11c)가 형성된다. 이때, 도 3(c)에서 제2영역(7)에 위치됐었던 용융 솔더(11a)는 응고되어 브릿지(11d)가 될 수 있다. 브릿지(11d)는 하부 단자(3) 간, 상부 단자(5) 간, 또는 솔더 접합체(11c) 간 단락이 발생한다는 것을 의미한다.

즉, 이방성 도전 접착제 제조 과정에서 환원제로 솔더 입자의 제1산화막이 완전히 제거되면, 이후 부품 실장 공정에서 솔더 입자가 과도하게 뭉쳐져, 단락이 발생할 수 있다는 문제(제3문제점)가 있다.

위 제3문제점을 해결하기 위해, 자가융착형 이방성 도전 접착제의 제조 과정에서, 솔더 입자의 제1산화막 제거 후 접착 수지와 혼합하기 전에, 솔더 입자에 제1산화막보다 얇은 제2산화막이 형성될 수 있다. 자연 산화막인 제1산화막과는 달리, 제2산화막은 인위적으로 형성된 산화막으로서 제1산화막보다 산소 농도가 낮다. 다시 말해, 위 제3문제점을 해결하기 위한 방법은 이방성 도전 접착제의 제조과정에서 솔더 입자의 산화막(산소 농도)을 적절한 정도로 제어하는 것이다.

자가융착형 이방성 도전 접착제의 제조과정에서, 제2산화막이 형성된 솔더 입자는 제2산화막으로 인해 응집되지 않는다. 이는 제2산화막으로 인해, 제1산화막이 완전히 제거된 경우 대비, 솔더 입자의 표면에너지가 낮기 때문이다. 따라서 접착 수지 내 솔더 입자의 분산성이 좋다.

도 4(a) 내지 도 4(c)는 산화막 제어로 솔더 입자가 분산되는 과정을 나타낸 모식도이다. 도 4(a)를 참조하면, 솔더 입자(11)는 제1산화막(14)에 둘러싸여 있다. 제1산화막(14)은 상기 솔더 입자(11)가 대기와 반응하여 자연적으로 형성된 것이다. 상기 솔더 입자(11)가 제1산화막(14)을 가지는 경우, 전술된 제1문제점 또는 제2문제점이 나타날 수 있다. 따라서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 제1산화막(14)은 완전히 제거된다. 그러나 제1산화막(14)이 완전히 제거되면, 전술된 제3문제점이 나타날 수 있다. 따라서 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제1산화막(14) 완전 제거 후, 상기 솔더 입자(11)를 둘러싸는 제2산화막(16)이 형성된다. 제2산화막(16)은 제1산화막(14)보다 얇다(산소 농도가 낮다). 제2산화막(16)은 접착 수지 내에서 상기 솔더 입자(11)가 응집되지 않고 균일하게 분산될 수 있게 한다.

이하에서는 본 발명이 본격적으로 설명될 것이다. 이방성 도전 접착제, 이방성 도전 접착제의 제조방법, 그리고 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정의 순서로 본 발명이 설명될 것이다.

도 6(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(1)는 접착 수지(13) 및 솔더 입자(11)를 포함한다. 상기 솔더 입자(11)에는 제2산화막(16)이 형성되어 있다. 상기 이방성 도전 접착제(1)는 경화제, 경화 촉진제, 변형제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

상기 이방성 도전 접착제(1)는 상기 솔더 입자(11)의 제1산화막을 제거한 후, 상기 솔더 입자(11)에 제2산화막(16)을 형성하여 제조된 것이다. 따라서 도 4와 함께 상술되었듯이, 상기 솔더 입자(11)는 상기 접착 수지(13) 내에서 응집되지 않고 균일하게 분산된 상태로 존재한다.

상기 접착 수지(13)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(13)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 하부 단자 사이의 거리 또는 두 상부 단자 사이의 거리)에 따라 달라진다. 다음으로, 상기 이방성 도전 접착제(1)의 제조방법이 설명된다.

[실시예 1]

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 5가 참조되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제의 제조방법이 설명된다.

먼저, 환원제를 통해 솔더 입자의 제1산화막이 완전히 제거된다(S110). 제1산화막 제거를 위해, S110 단계는 산소가 없는 환경에서 수행될 필요가 있다. 예를 들어, 제1용제에 상기 환원제와 상기 솔더 입자가 투입되고, 제1용제에 열이 가해질 수 있다. 가해진 열을 받은 상기 환원제가 제1산화막을 환원시켜 제거할 수 있다.

상기 환원제는 제1산화막과 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.

다음, 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자가 제2용제에 투입된다(S120). 제2용제가 제1용제와 다르다면, 제1용제로부터 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자가 취출된 후, 제2용제에 투입된다. 제2용제가 제1용제와 동일하다면, S120 단계는 생략될 수 있다.

제1용제 및 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.

다음, 상기 투입된 솔더 입자에 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 제2산화막이 형성된다(S130). 제2용제 내에서, 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자 표면에 적절한 두께의 제2산화막이 형성된다. 달리 표현하면, 상기 솔더 입자 표면에 적절한 산소 농도의 제2산화막이 형성된다.

바람직하게는, 제2산화막의 산소 농도는, 상기 솔더 입자와 제2산화막 총 중량에 대하여, 25 내지 95 중량ppm이다. 제2산화막의 산소 농도가 25 중량ppm 미만이면, 제2산화막이 너무 얇아서 상기 솔더 입자의 표면에너지가 너무 높을 수 있다. 이에 따라, 상기 솔더 입자가 응집될 수 있다. 이 경우, 부품 실장 공정에서 단락이 발생할 수 있다. 제2산화막의 산소 농도가 95 중량ppm을 초과하면, 제2산화막이 너무 두꺼워서 상기 솔더 입자가 너무 안정할 수 있다. 이에 따라, 부품 실장 공정에서 상기 솔더 입자의 융착이 어려울 수 있다.

더욱 바람직하게는, 제2산화막의 산소 농도는, 상기 솔더 입자와 제2산화막 총 중량에 대하여, 25 내지 91 중량ppm이다. 이러한 범위에서, 상기 솔더 입자의 분산성이 확보되면서 융착 가능성도 더 높아질 수 있다.

더더욱 바람직하게는, 제2산화막의 산소 농도는, 상기 솔더 입자와 제2산화막 총 중량에 대하여, 25 내지 80 중량ppm이다. 이러한 범위에서, 상기 솔더 입자의 분산성이 확보되면서 융착 가능성이 가장 높다.

적절한 산소 농도의 제2산화막 형성 방법에 따라, 이방성 도전 접착제의 제조방법이 습식법(실시예 1), 습식-초음파법(실시예 2), 및 건식법(실시예 3)으로 나뉘어진다. 본 습식법에서는, 상기 솔더 입자와 제2용제가 교반되어, 적절한 산소 농도를 가진 제2산화막이 형성된다. 교반 시간에 따라 제2용제 내 용존산소량이 달라진다. 다만, 적절한 산소 농도 조성을 위한 교반 시간은 제2용제의 온도에 따라 달라질 수 있다. 작업자는 제2용제의 온도를 높인 다음 비교적 짧은 시간 동안 교반을 수행하여 적절한 산소 농도를 조성할 수 있다. 반대로, 작업자는, 제2용제의 온도가 높지 않다면, 비교적 긴 시간 동안 교반을 수행하여 적절한 산소 농도를 조성할 수 있다.

S130 단계에서 제2산화막의 두께가 최적화되었으므로, 이후의 단계는 산소가 없는 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 불활성 가스 분위기, 진공 분위기 등에서 이후의 단계가 수행되는 것이 바람직하다.

다음, 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자와 접착 수지가 혼합되어, 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자가 상기 접착 수지 내에서 균일하게 분산된다(S140). S130 단계에서 적절한 산소 농도의 제2산화막이 형성되었으므로, S130 단계 이후로는 상기 솔더 입자는 응집되지 않는다.

S140 단계가 완료되면, 페이스트 형태의 이방성 도전 접착제가 제조된다. 상기 제조된 페이스트가 테이프 성형기의 이형 필름 위에 도포되면, 필름 형태의 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다.

S110 단계와 S120 단계 사이에, 수분 제거 단계가 있을 수 있다. 환원제가 제1산화막을 제거하면, 수분이 생성될 수 있다. 이는 환원제의 카복실기가 제1산화막의 산소와 반응할 수 있기 때문이다. 상기 솔더 입자 주변에 수분이 존재하면, S140 단계에서 수분이 상기 솔더 입자와 함께 상기 접착 수지에 혼합될 수 있다. 이에 따라 수분을 포함하는 이방성 도전 접착제가 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 이방성 도전 접착제가 부품 실장 공정에서 열을 받으면, 수분이 기화되어 기포가 될 수 있다. 기포는 상기 솔더 입자의 융착을 방해할 수 있다. 또한, 기포가 제2영역에 생길 경우, 하부 단자 간, 상부 단자 간, 또는 솔더 접합체 간 단락을 일으킬 수도 있다.

수분 제거 단계는 다음과 같이 수행될 수 있다. 상기 솔더 입자의 제1산화막을 제1용제 내에서 제거한 후, 상기 솔더 입자가 수용된 제1용제가 진공 가열 교반기에 장입될 수 있다. 진공 가열 교반기 내에서 상기 솔더 입자 및 제1용제가 열을 받으면서 교반되면, 수분이 기화 및 탈포될 수 있다.

[실시예 2]

실시예 2와 실시예 1의 차이는 제2산화막 형성 방법이다. 본 습식-초음파법에서는, 솔더 입자가 투입된 제2용제에 초음파가 조사되어, 실시예 1의 적절한 산소 농도를 가진 제2산화막이 형성된다.

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

[실시예 3]

실시예 3과 실시예 1의 차이는 제2산화막 형성 방법이다. 본 건식법에서는, 솔더 입자가 투입된 제2용제가 오븐에 장입되어, 실시예 1의 적절한 산소 농도를 가진 제2산화막이 형성된다. 여기서 오븐은 제2산화막 형성을 위한 것이므로 진공 오븐이 아니다.

상기 솔더 입자가 투입된 제2용제는 오븐 내 사전 결정된 온도에서 사전 결정된 시간 동안 방치된다. 작업자는 오븐 내 온도와 방치 시간을 자유롭게 정할 수 있다. 작업자는 오븐 내 온도를 비교적 높게 설정하고, 비교적 짧은 시간 동안 제2용제를 방치하여, 적절한 산소 농도를 조성할 수 있다. 반대로, 작업자는 오븐 내 온도를 비교적 낮게 설정하고, 비교적 긴 시간 동안 제2용제를 방치하여, 적절한 산소 농도를 조성할 수 있다.

참고로, 환원제와 제1산화막이 형성된 솔더 입자가 제1용제에 투입되면, 카복실기와 제1산화막이 반응하여 생성되는 수분 외에, 여러 가지 환원 잔류 불순물이 생성된다. 습식법이나 습식-초음파법은 S110 단계에서 발생한 환원 잔류 불순물을 제2용제의 진동을 통해 제거할 수 있다는 점에서 건식법보다 우수하다. 다음으로, 실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 방법으로 제조된 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정이 설명된다.

도 6(a) 내지 도 6(d)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 이방성 도전 접착제를 이용하여, 가능한 부품 실장 공정을 나타낸 예시도이다. 실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 방법으로 제조된 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정은 전술된 자가융착형 이방성 도전 접착제를 이용한 부품 실장 공정(도 1 및 도 3 참조)과 유사할 수 있다. 도 6(a) 내지 도 6(d)의 공정은 다음과 같다.

먼저, 도 6(a)를 참조하면, 하부 단자(3)를 가지는 하부 기판(2), 이방성 도전 접착제(1), 상부 단자(5)를 가지는 상부 기판(4)이 준비된다. 상기 이방성 도전 접착제(1)는 솔더 입자(11) 및 접착 수지(13)를 포함한다. 상기 솔더 입자(11)는 최적 두께의 제2산화막(16)에 둘러싸여, 상기 접착 수지(13) 내에서 균일하게 분산되어 있다.

다음, 하부 기판(2) 및 하부 단자(3) 상면에 상기 이방성 도전 접착제(1)가 위치된다.

다음, 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 상부 기판(4) 및 상부 단자(5)가 위치된다. 구체적으로, 상부 기판(4)이 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 로딩되어, 상부 단자(5)와 하부 단자(3)가 정렬될 수 있다. 그리고 상부 기판(4)에 60 내지 90℃의 열과 0.3 내지 1MPa의 미소 압력이 약 3 내지 5초 동안 가해질 수 있다. 이러한 열과 미소 압력은 소위 Hot Bar라 불리는 펄스 히터에 의해 가해질 수 있다. 상부 기판(4)에 가해진 열과 미소 압력은 상기 이방성 도전 접착제(1)에 전달되고, 상기 이방성 도전 접착제(1)를 매개로 상·하 기판(2, 4)이 가접될 수 있다.

다음, 도 6(b)를 참조하면, 상기 이방성 도전 접착제(1)에 상기 솔더 입자(11)의 융점 이상의 온도를 가진 열이 인가된다. 전 단계에서 가접된 상·하 기판(2, 4)이 리플로우 라인으로 이동되어, 리플로우 라인에서 열이 가해질 수 있다. 상기 솔더 입자(11)는 제1산화막 제거 후 표면에너지가 높아진 상태이다. 따라서 열을 받은 상기 솔더 입자(11)는 표면에너지를 낮추기 위해 하부 단자(3)와 상부 단자(5)로 이동하면서, 뭉쳐진다. 물론 상기 솔더 입자(11)는 제2산화막(16)을 가지기 때문에, 과도한 양의 솔더 입자(11)가 뭉쳐지진 않는다. 열을 받은 상기 솔더 입자(11) 뭉쳐지면서 용융되어 하부 단자(3) 또는 상부 단자(5) 표면에 웨팅된다. 즉, 용융 솔더(11a)가 하부 단자(3) 또는 상부 단자(5) 표면에 웨팅된다.

더 많은 솔더 입자(11)가 열을 받아 하부 단자(3)와 상부 단자(5)로 이동하며, 뭉쳐진다. 이와 동시에 상기 솔더 입자(11)가 용융된다. 달리 표현하면, 더 많은 용융 솔더(11a)가 제1영역(6)으로 유입된다. 이에 따라, 솔더 범프(11b)가 형성된다(도 6(c)).

한편, 도 6(b) 및 도 6(c)를 참조하면, 열을 받은 상기 접착 수지(13)는 초반에는 점도가 낮아져 상기 솔더 입자(11)가 제1영역(6)으로 이동하도록 상기 솔더 입자(11)의 유동성을 증가시킨다. 상기 접착 수지(13)의 점도는 용융 솔더(11a)가 자가배향되어 솔더 범프(11b)가 형성된 이후에 가장 높아진다. 상기 접착 수지(13)는 솔더 범프(11b)가 형성된 이후 계속 열을 받아 경화된다. 상기 접착 수지(13)는 경화되면서 상·하부 기판을 접합한다.

다음, 도 6(d)를 참조하면, 인가된 열이 제거되어, 솔더 범프(11b)가 냉각 및 응고된다. 이에 따라, 제1영역(6)에서 하부 단자(3)와 상부 단자(5)를 접합하는 솔더 접합체(11c)가 형성된다. 즉, 상기 솔더 입자(11)가 하부 단자(3) 및 상부 단자(5)에 융착된다.

이와 같이 제2산화막(16)으로 인해, 균일하게 분산되고 표면에너지가 비교적 낮은 솔더 입자(11)를 포함하는 이방성 도전 접착제(1)를 이용하여 부품 실장이 수행되면, 열을 받은 솔더 입자(11)가 도 6(b)의 공정에서 과도하게 뭉쳐지지 않아, 브릿지 형성 가능성이 낮다. 즉, 전술된 제3문제점이 해결된다.

또한, 제2산화막(16)이 형성된 솔더 입자(11, 도 4(c))는 제1산화막(14)이 완전히 제거되어 산화막을 가지지 않는 솔더 입자(도 2(b))보다 안정하나, 제1산화막(14)을 가지는 솔더 입자(11, 도 2(a))보다 안정한 것은 아니다. 이는 제2산화막(16)이 제1산화막(14)보다 산소 농도가 낮기 때문이다. 따라서 상술된 바와 같이 제2산화막(16)이 형성된 솔더 입자(11)는 부품 실장 공정에서 과도하게 뭉쳐지지 않음은 물론(도 6(b) 및 도 6(c)), 적절히 뭉쳐져서 융착된다(도 6(d)). 즉, 전술된 제1문제점이 나타나지 않는다.

또한, 솔더 입자의 융착이 가능한 이상, 이방성 도전 접착제의 제조과정에서 제2산화막이 형성된 솔더 입자 및 접착 수지에 환원제가 추가로 혼합될 필요가 없다. 따라서 부품 실장 공정에서 환원제의 반응으로 인한 보이드 발생이 방지된다. 즉, 전술된 제2문제점이 나타나지 않는다.

그러나 도 6(a) 내지 도 6(d)의 부품 실장 공정은 여러 가지 문제(이하, “제4문제점”)이 있다.

첫째, 도 6(a)에서 이방성 도전 접착제(1) 상면에 상부 기판(4) 및 상부 단자(5)가 위치될 때, 상기 이방성 도전 접착제(1)가 페이스트 형태인 경우, 상부 기판(4)의 무게가 상기 이방성 도전 접착제(1)에 가해져, 접착 수지(13)가 상·하부 기판(2, 4) 밖으로 샐 수 있다. 이때, 상기 접착 수지(13)와 함께 솔더 입자(11)도 상·하부 기판(2, 4) 밖으로 샐 수 있다.

둘째, 도 6(a)에서 이방성 도전 접착제(1) 상면에 상부 기판(4) 및 상부 단자(5)가 위치된 후 상부 기판(4)에 열과 미소 압력이 가해져 상·하 기판(2, 4)이 가접될 때, 위 미소 압력 때문에 접착 수지(13)가 상·하부 기판(2, 4) 밖으로 샐 수 있다. 이때, 상기 접착 수지(13)와 함께 솔더 입자(11)도 상·하부 기판(2, 4) 밖으로 샐 수 있다.

셋째, 도 6(a)에서 상·하 기판(2, 4)이 정렬 및 가접된다 해도, 도 6(b)에서, 상부 단자(5)와 하부 단자(3)가 어긋날 수 있다. 도 6(c)에서 솔더 범프(11b)가 형성되기 전에, 도 6(b)에서 상기 접착 수지(13)의 점도는 낮다. 이러한 낮은 점도 구간에서는, 상기 솔더 입자(11)뿐만 아니라, 상기 접착 수지(13)의 유동성도 높다. 이에 따라, 상부 기판(4)은, 도 6(b)에서 열을 받는 동안, 낮은 점도 구간에서 상·하 또는 좌·우로 흔들릴 수 있다. 이는 상부 기판(4)이 하부 기판(2)과 정렬되지 않고 어긋나서, 상부 단자(5)와 하부 단자(3)가 어긋날 수 있다는 것을 의미한다.

도 7(a) 및 도 7(b)는 상·하부 단자의 정렬 오차를 나타내는 모식도이다. 도 6(b)에서 상기 이방성 도전 접착제(1)에 열을 인가하는 공정 도중, 실제로는, 도 7(a) 또는 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상부 기판(4)이 하부 기판(2)과 어긋날 수 있다.

도 7(a)를 참조하면, 상부 기판(4)이 하부 기판(2)과 좌·우로 어긋나 있다. 상부 단자(5)와 하부 단자(3)도 좌·우로 어긋나 있다. 그러나 종래의 자체정렬 기능이 없는 도전 입자([발명의 배경이 되는 기술] 참조)와는 달리 용융 솔더는 자가배향될 수 있으므로, 솔더 범프(11b)가 형성될 수는 있다. 다시 말해, 상부 단자(5)와 하부 단자(3)의 정렬 오차가 발생하더라도 이방성 도전 접착제(1)의 도전성이 유지될 수 있다.

그러나 솔더 범프(11b)가 형성되더라도, 상부 기판(4)이 좌·우로 흔들리며 하부 기판(2)과 어긋난다면, 솔더 범프(11b)를 이루는 용융 솔더(11a) 중 일부(11e)가 제1영역(6)에서 제2영역(7)으로 유출될 수 있다. 제2영역(7)으로 유출된 용융 솔더(11a)는 단락의 원인이 될 수 있다.

도 7(b)를 참조하면, 상부 기판(4)이 하부 기판(2)과 상·하로 어긋나 있다. 상부 단자(5)와 하부 단자(3)도 상·하로 어긋나 있다. 상부 기판(4)이 상·하로 흔들리며 하부 기판(2)과 어긋난다면, 보이드(15a)가 발생할 수 있다.

이와 같이, 부품 실장 공정에서, 접착 수지의 점도가 낮아지는 구간에서 상·하부 단자 간 정렬 오차가 발생할 수 있다는 문제가 있다. 상기 Hot Bar나 상기 리플로우 라인은 현재 상용화된 설비이고, 도 6과 함께 설명된 상기 부품 실장 공정은 현재 상용화된 설비로 가능한 공정이다. 그러나 정렬 오차 문제 해결을 위해서는, 접착 수지의 점도가 낮은 구간에서 상부 기판을 흔들리지 않게 고정하는 설비가 더 필요하다. 그러나 상부 기판을 고정하는 설비를 더 마련할 경우, 비용이 많이 들고, 예상치 못한 또 다른 문제점이 발견될 수 있다.

제4문제점은 결국 접착 수지가 어느 정도 경화되기 전에 상부 기판이 너무 일찍 이방성 도전 접착제 상면에 위치되어 나타나는 문제점이다. 본 발명은 위 제4문제점을 해결할 수 있고 기존 설비로 가능한 부품 실장 공정을 제공한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장방법을 나타낸 흐름도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장방법을 나타낸 모식도이다. 도 8 및 도 9가 참조되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장방법이 설명된다.

먼저, 이방성 도전 접착제(1)가 제조된다(S100). 상기 이방성 도전 접착제(1)는 실시예 1 내지 3 중 어느 하나의 방법으로 제조될 수 있다. 따라서 상기 제조된 이방성 도전 접착제(1)는 접착 수지(13) 및 상기 접착 수지(13) 내 균일하게 분산된 솔더 입자(11)를 포함한다. 상기 솔더 입자(11)에는 최적 두께의 제2산화막(16)이 형성되어 있다(도 9(a)). 그러나 전술된 제2문제점 또는 제3문제점이 나타날 우려가 없다면, 앞서 설명된, 제2문제점 또는 제3문제점을 일으킬 수 있는 이방성 도전 접착제 제조방법이 배제되는 것은 아니다.

다음, 도 9(a)를 참조하면, 상기 제조된 이방성 도전 접착제(1)가 하부 기판(2) 및 하부 단자(3) 상면에 위치된다(S200). 상기 이방성 도전 접착제(1)가 페이스트 형태인 경우, 하부 기판(2)에 도포될 수 있다. 상기 이방성 도전 접착제(1)가 필름 형태인 경우, 하부 기판(2)에 점착될 수 있다.

다음, 도 9(b)를 참조하면, 상기 위치된 이방성 도전 접착제(1)가 가열된다(S300). 상기 위치된 이방성 도전 접착제(1)는 리플로우 처리될 수 있다. 여기서 가해지는 열은 상기 솔더 입자(11)의 융점 이상의 온도를 가진다. 열을 받은 상기 솔더 입자(11)가 용융되어, 용융 솔더(11a)가 하부 단자(3) 표면에 웨팅된다.

도 9(c)를 참조하면, 용융 솔더(11a)가 자가배향되다가, 솔더 범프(11b)가 형성된다. 솔더 범프(11b)가 형성되는 동안에는, 상기 접착 수지(13)의 점도가 낮다. 솔더 범프(11b)가 형성된 후, 상기 접착 수지(13)의 점도가 최대가 된다. 이러한 현상은 모두 전술되었다.

전술된 부품 실장 공정과는 달리, 상부 기판이 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 위치되지 않은 상태에서 솔더 범프(11b)가 형성되므로, S300 단계에서, 상기 접착 수지(13)나 상기 솔더 입자(11)가 상·하부 기판 밖으로 새지 않는다. 또한, S300 단계에서, 상·하부 단자의 정렬 오차가 발생할 수 없다.

열을 받은 상기 접착 수지(13)는 최대 점도에 이른 시점 이후, 사전 결정된 경화도까지만 경화된다(가경화된다). 사전 결정된 경화도까지 경화된 상기 접착 수지(13) 위에 상부 기판을 위치시킬 경우, 상기 접착 수지(13)나 상기 용융 솔더(11a)가 상·하부 기판 밖으로 새지 않는다. 또한, 이 경우, 상부 기판이 흔들리지 않아 상·하부 단자가 용이하게 정렬될 수 있다.

바람직하게는, 사전 결정된 경화도는 75 내지 85%이다. 사전 결정된 경화도가 75% 미만이면, 상기 접착 수지(13)의 유동성이 높다. 따라서 S400 단계에서 상부 기판이 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 위치될 때나, S500 단계에서 상부 기판이 열압착될 때, 상기 접착 수지(13)나 상기 용융 솔더(11a)가 상·하부 기판 밖으로 샐 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 이방성 도전 접착제(1)가 상부 기판을 제대로 지지하지 못해 상·하부 단자의 정렬 오차가 발생할 수 있다. 사전 결정된 경화도가 75% 이상이면, S400 단계와 S500 단계에서 상기 접착 수지(13)나 상기 용융 솔더(11a)가 상·하부 기판 밖으로 새지 않는다. 또한, 이 경우, 상부 기판이 흔들림 없이 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 위치될 수 있다. 이에 따라, 상·하부 단자의 정렬도 가능하다. 그러나 사전 결정된 경화도가 85%를 초과하면, 상기 접착 수지(13)의 접착성이 떨어진다. 따라서 결국 S500 단계에서 상·하부 기판이 접합될 수 없다.

다음, 도 9(d)를 참조하면, 상기 이방성 도전 접착제(1) 상면에 상부 기판(4)이 위치된다(S400). 상부 기판(4)은 상·하부 단자(3, 5)가 정렬되도록 상기 이방성 도전 접착제 상면(1)에 로딩될 수 있다.

다음, 계속 도 9(d)를 참조하면, 상기 위치된 상부 기판(4)이 열압착된다(S500). Hot Bar가 상부 기판(4)을 열압착할 수 있다. 상부 기판(4)이 받은 열과 압력은 상기 이방성 도전 접착제(1)에 전달된다.

S500 단계에서 가해지는 열은 S300 단계에서 가해지는 열과 같은 온도일 수 있다. S300 단계에서 사전 결정된 경화도까지 경화된 상기 접착 수지(13)는 S500 단계에서 열을 받아 완전히 경화된다.

한편, S500 단계에서 가해지는 압력은 1MPa 이하의 미소 압력이다. 따라서 S500 단계에서 상부 기판(4)에 압력이 가해져도, 상부 기판(4), 상부 기판(4) 상의 소자, 하부 기판(2), 또는 하부 기판(2) 상의 소자가 손상되지 않는다.

상기 접착 수지(13)는 완전 경화되면서 상·하부 기판(2, 4)을 접합하며, 위 미소 압력도 상·하부 기판(2, 4) 접합에 약간의 도움을 준다.

S400 단계와 S500 단계에서, 접착 수지(13)나 용융 솔더(11a)는 상부 기판(4)의 무게나 상부 기판(4)에 가해진 압력 때문에 상·하부 기판(2, 4) 밖으로 새지 않는다. 이는 S300 단계에서 상기 접착 수지(13)가 경화도 75% 이상으로 경화되기 때문이다. 다만, S300 단계에서 상기 접착 수지(13)가 경화도 85% 이하로 경화되므로, S300 단계에서의 가경화 후에도 상기 접착 수지(13)의 접착성이 남아있다. 따라서 S500 단계에서 상·하부 기판(2, 4)이 접합될 수 있다.

S400 단계와 S500 단계에서, 상부 기판(4)은 흔들리지 않는다. 이는 S300 단계에서 접착 수지(13)가 경화도 75% 이상으로 경화되기 때문이다. 따라서 상부 기판(4)이 들뜨거나, 좌·우로 하부 기판(2)과 어긋나지 않는다. 즉, S300 단계에서 상기 접착 수지(13)의 가경화로, S400 단계에서 상·하부 단자(3, 5)의 정렬이 용이할 뿐 아니라, 정렬 후에도 정렬 오차가 발생하지 않는다.

다음, 계속 도 9(d)를 참조하면, S500 단계에서 가해진 열과 압력이 제거되어, 솔더 범프(11b)가 냉각 및 응고된다. 이에 따라, 솔더 접합체(11c)가 형성된다. 즉, 상기 솔더 입자(11)의 융착이 완료된다. 상·하부 기판(2, 4)이, S500 단계에서 상기 접착 수지(13)로만 접합될 때보다, 본 단계에서 솔더 접합체(11c) 및 상기 접착 수지(13)로 접합되는 경우, 상기 이방성 도전 접착제(1)의 접합 강도가 더 높다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, S500 단계에서 상부 기판(4)에 미소 압력조차 가해지지 않을 수 있다. S500 단계에서 이방성 도전 접착제(1)에 접착 수지(13) 완전 경화를 위한 열만이 가해질 수 있다. 여기서 열은 S300 단계에서 가해지는 열과 같은 온도일 수 있다. 이러한 실시예에서는, 상부 기판(4)을 누르기 위한 Hot Bar가 불필요하며, S300 단계에서 리플로우 라인에 있었던 상·하부 기판(2, 4)은 S400 단계와 S500 단계에서도 계속 리플로우 라인에 있을 수 있다. S500 단계에서 이방성 도전 접착제(1)가 압력을 받지 않고 가열되더라도, 접착 수지(13)가 완전히 경화되어 상·하부 기판(2, 4)이 접합될 수 있다. 그리고 이러한 실시예에서도, 접착 수지(13)나 용융 솔더(11a)는 상·하부 기판(2, 4) 밖으로 새지 않으며, 상·하부 단자(3, 5)의 정렬이 용이하다는 것은 자명하다.

S300 단계에서, 용융 솔더(11a)가 제1영역(6)으로 유입(자가배향)되는 동안 접착 수지(13)의 점도가 낮아졌다가, 제1영역(6)에서 솔더 범프(11b)가 형성되면 상기 접착 수지(13)의 점도가 높아진다. 이때, 높은 점도를 가진 상기 접착 수지(13)가 솔더 범프(11b)를 이루는 용융 솔더(11a) 중 일부가 제1영역(6)에서 제2영역(7)으로 유출되는 것을 방지한다. 또한 S500 단계에서, 이방성 도전 접착제(1) 상면에 위치된 상부 기판(4)에 미소 압력이 가해지더라도, 사전 결정된 경화도 이상으로 경화된 상기 접착 수지(13)는 솔더 범프(11b)를 이루는 용융 솔더(11a) 중 일부가 유출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 하부 단자(3) 간, 상부 단자(5) 간, 또는 솔더 접합체(11c) 간 단락 가능성이 낮다.

S500 단계에서, 상부 기판(4)에 압력을 가하든 가하지 않든 간에, 접착 수지(13)를 완전 경화시켜 상·하부 기판(2, 4)을 접합하기 위해 이방성 도전 접착제(1)에 열이 인가되는 시간은 10초 미만이다.

종래기술에 따르면, 상·하부 기판 접합을 위해 약 10초 동안 상부 기판이 열압착된다([발명의 배경이 되는 기술] 참조). 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 부품 실장 공정이 신속하게 진행될 수 있으며, 이는 여러 기판을 실장할 경우에도 마찬가지이다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따르면, 부품의 생산 효율이 높다.

특히, S500 단계에서 상부 기판(4)에 미소 압력조차 가해지지 않는 실시예에서는, S300 단계 내지 S500 단계가 하나의 리플로우 라인에서 진행되므로, 부품 실장 공정이 더욱 신속하게 진행될 수 있다.

부품 실장 공정(S200~S500) 전 이방성 도전 접착제(1)에 포함된 솔더 입자(11)는 적절한 두께의 제2산화막(16)을 가진다. 따라서, 전술되었듯이, 상기 솔더 입자(11)는 너무 안정하거나 너무 불안정하지 않다.

상기 솔더 입자(11)가 너무 안정하지 않으므로, 상기 솔더 입자(11)는 제2산화막(16)을 가짐에도 불구하고, 융착될 수 있다. 달리 표현하면, 상기 솔더 입자(11)가 제2산화막(16)을 가짐에도 불구하고, 전술된 제1문제점이 나타나지 않는다. 상기 솔더 입자(11)의 융착이 가능한 이상, 상기 이방성 도전 접착제(1)의 제조공정(S100)에서 제2산화막(16)이 형성된 상기 솔더 입자(11) 및 접착 수지(13)에 환원제가 추가로 혼합될 필요가 없다. 따라서 부품 실장 공정(S200~S500)에서 환원제의 반응으로 인한 보이드 발생이 방지된다. 즉, 전술된 제2문제점이 나타나지 않는다.

상기 솔더 입자(11)가 너무 불안정하지 않으므로, 부품 실장 공정(S200~S500)에서 과도한 양의 솔더 입자가 뭉쳐지지 않는다. 또한, 상기 솔더 입자(11)는 상기 접착 수지(13) 내에서 균일하게 분산되어 있다. 다시 말해, 상기 접착 수지(13) 내에 응집된 솔더 입자(11)가 없다. 따라서 브릿지가 형성될 가능성이 낮아, 하부 단자(3) 간, 상부 단자(5) 간, 또는 솔더 접합체(11c) 간 단락이 방지될 수 있다. 즉, 전술된 제3문제점이 나타나지 않는다.

단락은 특히 미세 피치를 가지는 부품 실장 시 발생하기 쉽다. 또한, 상·하부 단자 간 정렬 오차는 미세 피치를 가지는 부품 실장 시 더욱 문제가 된다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단락 발생 가능성과 정렬 오차 발생 가능성이 낮다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 정렬 실장방법은 미세 피치를 가지는 부품 실장에도 적용될 수 있다.

(i) 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제에 포함된 접착 수지는 부품 실장 공정에서 경화되면서 상·하부 기판을 접합한다. (ii) 상기 이방성 도전 접착제에 포함된 솔더 입자는 부품 실장 공정에서 융착되면서 상·하부 단자를 접합한다. (iii) 상기 이방성 도전 접착제로 부품 실장을 수행하는 경우, 보이드가 발생하지 않는다. 위 (i), (ii), (iii)으로부터, 상기 이방성 도전 접착제가, 도전 입자가 단순히 상·하부 단자에 접촉하는 종래기술 대비, 안정한 접촉 저항과 높은 접합 강도를 갖는다는 것을 알 수 있다.

추가적으로, 솔더 입자의 융점은 220℃ 이하일 수 있다. 상기 솔더 입자의 융점이 낮더라도, 그 저융점 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제 역시 전술된 모든 효과를 가진다.

바람직하게는, 상기 저융점 솔더 입자의 융점은 150℃ 이하이다. 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 접합된 상·하부 기판은 고온 공정에 의해 제조된 것이 아니므로 열 피로 특성이 우수하다.

더욱 바람직하게는, 상기 저융점 솔더 입자의 융점은 140℃ 이하이다. 이 경우, 상기 저융점 솔더 입자를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제의 효과가 더 커진다.

더더욱 바람직하게는, 상기 저융점 솔더 입자의 융점은 120℃ 이하이다. 이 경우, 상기 저융점 솔더 입자를 포함하는 상기 이방성 도전 접착제의 효과가 극대화된다. 이하에서는 제조예, 비교예, 및 실험예가 설명될 것이다.

[실험예 1 : 경화열 측정으로 최적 경화도 도출]

Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더 입자(융점 : 219℃, 평균 직경 : 15μm)가 준비되었다. 접착 수지로 열경화성 수지인 비스페놀 A형 에폭시 수지가 준비되었다. 환원제로 1,3-Bis(3-carboxypropyl)tetramethyldisiloxane가 준비되었다. 용제로 톨루엔이 준비되었다. 그리고 상·하부 기판으로 피치 70μm 및 폭(피치에 수직방향) 100μm의 단자를 갖는 FPCB 1쌍이 준비되었다.

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

다음, 상기 환원제가 용제에 투입되고, 상기 환원제 및 상기 솔더 입자가 투입된 용제가 150℃에서 30분 동안 가열되었다. 이에 따라, 제1산화막이 제거되었다.

다음, 상기 솔더 입자에 제2산화막이 형성되도록, 상온의 용제에 40MHz의 초음파가 30분 동안 조사되었다.

다음, 상기 솔더 입자가 용제로부터 취출된 후, 상기 접착 수지와 혼합되었다. 이에 따라, 이방성 도전 페이스트가 제조되었다. 상기 이방성 도전 페이스트는 상기 솔더 입자 67wt%, 상기 접착 수지 32.9wt%, 및 기타 성분0.1wt%로 구성된다.

다음, 상기 제조된 이방성 도전 페이스트가 하부 FPCB에 30μm 높이로 프린트되었다. 상기 프린트된 이방성 도전 페이스트 중 소량의 접착 수지 A가 채취되었다.

다음, 상기 이방성 도전 페이스트가 프린트된 하부 FPCB가 245℃에서 리플로우 처리되었다. 상기 접착 수지가 상부 FPCB를 지지할 수 있을 정도로 경화되었을 때, 상기 프린트된 이방성 도전 페이스트 중 소량의 접착 수지 B가 채취되었다. 또한, 계속되는 리플로우 처리로 상기 접착 수지의 접착성이 떨어질 때쯤 소량의 접착 수지 C가 채취되었다.

접착 수지 A, B, C에 대하여 DSC(Differential Scanning Calorimetry)가 승온속도 10℃/min으로 수행되었다. DSC 측정 결과는 도 10 및 다음 표 1과 같다.

도 11 및 표 1을 참조하면, 초기 경화열(접착 수지 A)은 361.6J/g, 도약 지점 경화열(접착 수지 B)은 77.52J/g, 그리고 한계 지점 경화열(접착 수지 C)은 53.09J/g으로 측정되었다.

최적 경화도 도출을 위해, 다음 수학식 1 및 2와 같은 계산이 수행되었다.

[수학식 1]

100 - (도약 지점 경화열 / 초기 경화열) × 100 = 78.56%

[수학식 2]

100 - (한계 지점 경화열 / 초기 경화열) × 100 = 85.32%

수학식 1 및 2로부터 최적 경화도 범위 78.56 내지 85.32%가 확인된다.

[실험예 2]

실험예 1과 동일한 방식으로 이방성 도전 페이스트가 제조되었다. 상기 제조된 이방성 도전 페이스트가, 실험예 1과 동일한 방식으로, 하부 FPCB에 프린트되었고, 리플로우 처리되었다.

접착 수지의 경화도가 실험예 1의 최적 경화도 범위에 들었을 때, 광학현미경으로 솔더 범프가 형성되었는지 확인되었다. 도 11(a)는 상기 솔더 범프를 나타낸 광학현미경 이미지이고, 도 11(b)는 도 11(a)가 40배 확대된 이미지이다. 도 11(a) 및 도 11(b)를 참조하면, 상부 기판 없이도 솔더 범프가 형성된다는 것이 확인된다.

또한, 접착 수지의 경화도가 실험예 1의 최적 경화도 범위에 들었을 때, 상기 이방성 도전 페이스트 상면에 상부 FPCB가 로딩되었다.

다음, Hot Bar에 의해 245℃ 및 0.2MPa로 상부 FPCB가 열압착되었다. 열압착에 의해 상·하부 FPCB가 접합되었다.

도 12는 접합된 상·하부 FPCB를 나타낸 광학현미경 이미지이다. 도 12를 참조하면, 상·하부 단자가 정렬되었다는 것이 확인된다.

[제조예 1 : 습식-초음파법으로 제2산화막 형성]

복수 개의 페이스트가 제조되었다. 복수 개의 페이스트 제조는 제1산화막 제거 공정까지는 실험예 1과 동일하게 진행되었다. 도 13(a) 및 도 13(b)는, 제1산화막 제거 전, 제1산화막을 가지는 솔더 입자를 나타내는 SEM 이미지이다. 또한, 제1산화막 제거 전, 제1산화막의 산소 농도가 측정되었는데, 제1산화막의 산소 농도는 130 중량ppm으로 측정되었다. 제1산화막의 산소 농도는 제1산화막을 가지는 솔더 입자를 연소시켜 생성되는 가스의 농도를 측정함으로써 측정되었다.

제1산화막 제거 후, 상온의 용제에 40MHz의 초음파가 조사되었다. 초음파 조사 시간을 5 내지 40분까지 변화시켜, 복수 개의 샘플이 제조되었다. 복수 개의 샘플 각각은 용제 샘플 및 용제 샘플 내 솔더 입자 샘플을 포함한다. 각 솔더 입자 샘플에 형성된 제2산화막의 산소 농도는 다음 표 2와 같다.

표 2의 데이터는 각 솔더 입자 샘플를 연소시켜 생성되는 가스의 농도를 측정하여 생성된 것이다. 도 14(a) 및 도 14(b)는 제2산화막의 산소 농도가 71 중량ppm인 솔더 입자 샘플을 나타내는 SEM 이미지이다. 도 13과 도 14를 비교하면, 도 14의 솔더 입자가 산화막 제어로(제1산화막 제거 및 제2산화막 형성으로) 더 거친 표면을 가진다는 것이 확인된다.

다음, 각 솔더 입자 샘플이 각 용제 샘플로부터 취출된 후, 접착 수지와 혼합되었다. 이에 따라, 복수 개의 페이스트가 제조되었다. 복수 개의 페이스트 각각은, 페이스트 총 중량에 대하여, 솔더 입자 67wt%, 접착 수지 32.9wt%, 및 기타 성분 0.1wt%로 구성된다.

복수 개의 페이스트에 대하여, 상기 솔더 입자의 분산성이 광학현미경으로 확인되었다. 그 결과는 다음 표 3과 같다.

표 3을 참조하면, 초음파 조사 시간이 20분 이상일 때, 상기 솔더 입자가 상기 접착 수지 내에서 분산된다는 것이 확인된다.

표 2 및 표 3을 참조하면, 초음파 조사 시간이 20분 이상일 때, 제2산화막의 산소 농도가 25 중량ppm 이상이 되어, 상기 솔더 입자가 분산된다는 것이 확인된다.

[제조예 2 : 건식법으로 제2산화막 형성]

제조예 1과 동일한 방식으로 제1산화막 제거 후, 솔더 입자가 투입된 용제가 오븐에 장입되었다. 상기 솔더 입자가 투입된 용제가 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 4와 같다.

이후로는, 제조예 1과 동일한 방식으로 복수 개의 페이스트가 제조되었다. 복수 개의 페이스트에 대하여, 상기 솔더 입자의 분산성이 광학현미경으로 확인되었다. 그 결과는 다음 표 5와 같다.

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

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

[비교예 : 제1산화막 제거 후 제2산화막 형성 안함]

제조예 1과 동일한 방식으로 제1산화막 제거 후, 곧바로 솔더 입자와 접착 수지가 혼합되었다. 이에 따라, 페이스트가 제조되었다. 광학현미경으로, 제조된 페이스트 내 상기 솔더 입자가 분산되지 않았다는 것이 확인되었다.

[실험예 3 : 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.

다음, 하부 FPCB에 제조예 1, 제조예 2, 및 비교예에서 제조된 페이스트가 30μm 높이로 프린트되었다.

다음, 페이스트가 프린트된 하부 FPCB가 리플로우 라인으로 이동되었고, 245℃의 열이 각 FPCB에 인가되었다.

다음, 각 프린트된 페이스트가 실험예 1의 최적 경화도 범위 내에서 경화된 후, 각 프린트된 페이스트가 상부 FPCB로 커버되었다.

다음, 상부 FPCB가 245℃ 및 0.2MPa로 열압착되어, 상·하부 FPCB가 접합되었다.

단락 평가 실험을 진행한 결과, 비교예에서 제조된 페이스트로 접합된 FPCB에서 단락이 발생하였다. 즉, 전술된 제3문제점이 발생하였다. 제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 페이스트들로 접합된 FPCB들에서는 단락이 발생하지 않았다. 도 15(a)는 제조예 1 및 제조예 2에서 제조된 페이스트들 중 어느 하나의 페이스트로 부품 실장 수행 후에 촬영된 솔더 접합체의 광학현미경 이미지를 나타낸다. 도 15(b)는 비교예에서 제조된 페이스트로 부품 실장 수행 후에 촬영된 솔더 접합체의 광학현미경 이미지를 나타낸다. 도 15(b)에서는 도 15(a)에 나타나지 않은 솔더 접합체 간 브릿지가 나타난다.

따라서 솔더 입자의 제1산화막이 제거되면, 솔더 입자의 표면에너지가 높아져 솔더 입자가 응집되고, 부품 실장 공정에서는 단락이 발생한다는 것이 확인되었다. 또한, 솔더 입자의 산화막이 적절히 제어되면, 솔더 입자의 응집을 방지할 수 있고, 부품 실장 공정에서는 단락을 방지할 수 있다는 것이 확인되었다.

[실험예 4 : 융착 여부 평가]

실험예 3에서 접합된 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 6과 같다.

표 6을 참조하면, 초음파 조사 시간이 35분 이하일 때, 솔더 입자가 융착된다는 것이 확인된다. 그리고 초음파 조사 시간이 35분을 초과하면, 전술된 제1문제점이 나타난다는 것도 확인된다.

다음 표 7은 표 2, 표 3, 및 표 6을 종합한 것이다.

표 7을 참조하면, 초음파 조사 시간이 20 내지 35분일 때, 제2산화막의 산소 농도가 25 내지 90 중량ppm이 되어, 솔더 입자가 접착 수지 내에서 분산되고, 부품 실장 공정에서 상·하부 단자에 융착된다는 것이 확인된다. 또한, 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 8과 같다.

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

다음 표 9는 표 4, 표 5, 및 표 8을 종합한 것이다.

표 9를 참조하면, 방치 시간이 5 내지 8분일 때, 제2산화막의 산소 농도가 29 내지 91 중량ppm이 되어, 솔더 입자가 접착 수지 내에서 분산되고, 부품 실장 공정에서 상·하부 단자에 융착된다는 것이 확인된다. 또한, 방치 시간이 5 내지 6분일 때, 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 입자인 Sn-58Bi(융점 : 139℃)에 대하여, 제조예 1과 동일한 방식으로 페이스트가 제조되었다. 다만, 제1산화막 제거 시 용제를 가열하는 온도는 100℃였고, 초음파 조사 시간은 30분이었다. 제조된 페이스트에 대하여, 저융점 솔더 입자가 접착 수지 내에서 분산되었다는 것이 광학현미경으로 확인되었다.

[실험예 5 : 단락 여부 및 융착 여부 평가]

제조예 3에서 제조된 페이스트에 대하여, 실험예 3과 동일한 방식으로 부품 실장 공정이 수행되었다. 다만, 리플로우 라인에서 FPCB에 인가된 열의 온도는 145℃였다.

실험예 3과 동일한 방식으로 단락 여부를 평가한 결과, 제조된 페이스트로 접합된 부품에서, 단락이 발생하지 않았다는 것이 확인되었다.

실험예 4와 동일한 방식으로 융착 여부를 평가한 결과, 저융점 솔더 입자가 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, 11e : 용융 솔더 11b : 솔더 범프
11c : 솔더 접합체 11d : 브릿지
12 : 환원제
13 : 접착 수지
14 : 제1산화막
15, 15a : 보이드
16 : 제2산화막
2 : 하부 기판 3 : 하부 단자 4 : 상부 기판 5 : 상부 단자
6 : 제1영역 7 : 제2영역

Claims (10)

1. 환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계;
   상기 솔더 입자와 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계;
   상기 제조된 이방성 도전 접착제를 하부 단자를 가지는 하부 기판 상면에 위치시키는 단계;
   상기 솔더 입자가 용융되고 상기 접착 수지가 사전 결정된 경화도까지 경화되도록, 상기 위치된 이방성 도전 접착제를 가열하는 단계; 및
   상기 가열된 이방성 도전 접착제 상면에 상부 단자를 가지는 상부 기판을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 사전 결정된 경화도는 75 내지 85%인 것을 특징으로 하고,
   상기 상부 기판을 위치시키는 단계 이후,
   상기 접착 수지를 완전히 경화시켜 상기 상·하부 기판이 접합되도록 상기 위치된 상부 기판을 열압착하는 단계를 더 포함하거나, 상기 접착 수지를 완전히 경화시켜 상기 상·하부 기판이 접합되도록 상기 상·하부 기판 사이에 위치된 상기 이방성 도전 접착제를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 제1산화막을 제거하는 단계와 상기 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계 사이에,
   상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계; 및
   상기 투입된 솔더 입자에 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 제2산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 부품 실장방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부 기판을 위치시키는 단계에서 상기 하부 단자와 상기 상부 단자가 정렬되도록 상기 상부 기판이 위치되는 것을 특징으로 하는, 부품 실장방법.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 솔더 입자와 상기 제2산화막 총 중량에 대하여 25 내지 95 중량ppm의 상기 제2산화막이 형성되는 것을 특징으로 하는, 부품 실장방법.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제에 초음파가 조사되는 것을 특징으로 하는, 부품 실장방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제가 오븐에 장입되어 방치되는 것을 특징으로 하는, 부품 실장방법.
    

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