KR102096575B1 - 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체 - Google Patents

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시유끼 가니사와
아끼라 이시가미
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    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/49105—Connecting at different heights
    • H01L2224/49107—Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399—Material
    • H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/81444—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/818—Bonding techniques
    • H01L2224/81801—Soldering or alloying
    • H01L2224/81805—Soldering or alloying involving forming a eutectic alloy at the bonding interface
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
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Abstract

이방성 도전 접착제는, 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함하는 도전성 입자와, 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자인 열전도 입자와, 도전성 입자 및 열전도 입자를 분산시키는 접착제 성분을 구비하고 있다.

Description

이방성 도전 접착제 및 접속 구조체{ANISOTROPIC CONDUCTIVE ADHESIVE AND CONNECTION STRUCTURE}
본 기술은, 도전성 입자가 분산된 이방성 도전 접착제 및 그것을 사용한 접속 구조체에 관한 것으로, 특히 드라이버 IC(Integrated Circuit; 집적 회로), LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드) 등의 칩(소자)이 발하는 열을 방열하는 것이 가능한 이방성 도전 접착제 및 그것을 사용한 접속 구조체에 관한 것이다.
LED 소자를 기판에 실장하는 공법으로서, 와이어 본드 공법이 사용되고 있다. 이 외에, 와이어 본드를 사용하지 않는 공법으로서, 도전성 페이스트를 사용하는 공법이 제안되고 있음과 함께, 도전성 페이스트를 사용하지 않는 공법으로서, 이방성 도전 접착제를 사용하는 공법이 제안되고 있다.
또한, 플립 칩(FC:Flip-Chip) 실장하기 위한 LED 소자가 개발되고 있고, 그 FC 실장용 LED 소자를 기판에 실장하는 공법으로서, 금 주석 공정(共晶) 접합이 사용되고 있다. 이 외에, 금 주석 공정을 사용하지 않는 공법으로서, 땜납 페이스트를 사용하는 땜납 접속 공법이 제안되고 있음과 함께, 땜납 페이스트를 사용하지 않는 공법으로서, 이방성 도전 접착제를 사용하는 공법이 제안되고 있다.
일본 특허 공개 제2005-108635호 공보 일본 특허 공개 제2009-283438호 공보 일본 특허 공개 제2008-041706호 공보 일본 특허 공개 제2007-023221호 공보
그러나, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은, 0.2W/(m·K) 정도이기 때문에, LED 소자로부터 발생하는 열을 기판측에 충분히 놓아줄 수 없다. 또한, 이방성 도전 접착제를 사용한 FC 실장에서는, 전기 접속 부분의 도전성 입자만이 방열로로 되기 때문에, 방열성이 나쁘다.
따라서, 높은 방열성이 얻어지는 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체를 제공하는 것이 바람직하다.
본 기술에서는, 수지 입자의 표면에 도전성 금속층이 형성된 도전성 입자와, 도전성 입자보다 평균 입경이 작은 열전도 입자를 배합함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있는 것을 알아내었다.
즉, 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 이방성 도전 접착제는, 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함하는 도전성 입자와, 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자인 열전도 입자와, 도전성 입자 및 열전도 입자를 분산시키는 접착제 성분을 함유하는 것이다.
또한, 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 접속 구조체는, 제1 전자 부품의 단자와, 제2 전자 부품의 단자와, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자 사이에 배치되고, 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함함과 함께, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자를 전기적으로 접속시키는 도전성 입자와, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자 사이에 배치되고, 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자이며, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자 사이에 유지된 열전도 입자를 구비한 것이다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 이방성 도전 접착제 또는 접속 구조체에 의하면, 압착 시에 도전성 입자가 가압에 의해 편평 변형됨과 함께, 열전도 입자가 찌부러져, 대향하는 단자간의 접촉 면적을 증가시키기 때문에, 높은 방열성을 얻을 수 있다.
도 1은 압착 전에 있어서의 대향하는 단자간을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 2는 압착 후에 있어서의 대향하는 단자간을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 3은 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 4는 본 기술의 다른 일 실시 형태에 있어서의 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 5는 와이어 본드 공법에 의한 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 6은 도전성 페이스트를 사용한 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 7은 이방성 도전 접착제를 사용한 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 8은 FC 실장용 LED를 금 주석 공정 접합에 의해 실장한 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 9는 FC 실장용 LED를 도전성 페이스트에 의해 실장한 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
도 10은 FC 실장용 LED를 이방성 도전 접착제에 의해 실장한 LED 실장체의 일례를 나타내는 단면도.
이하, 본 기술의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 하기 순서로 상세하게 설명한다.
1. 이방성 도전 접착제 및 그의 제조 방법
2. 접속 구조체 및 그의 제조 방법
3. 실시예
<1. 이방성 도전 접착제 및 그의 제조 방법>
본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 이방성 도전 접착제는, 수지 입자의 표면에 도전성 금속층이 형성된 도전성 입자와, 도전성 입자보다 평균 입경이 작은 열전도 입자가 결합제(접착제 성분) 중에 분산된 것이며, 그 형상은 페이스트, 필름 등이며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
도 1 및 도 2는, 각각 압착 전 및 압착 후에 있어서의 대향하는 단자간을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 본 기술의 일 실시 형태에서는, 이방성 도전 접착제를 후술하는 구성으로 함으로써, 압착 전에 있어서 도전성 입자(31)와 열전도 입자(32)를 단자간에 존재시킬 수 있다. 그리고, 압착 시, 코어재에 수지 입자를 사용한 도전성 입자(31)가 가압에 의해 편평 변형되고, 변형에 대한 탄성 반발이 생기기 때문에, 전기적인 접속 상태를 유지할 수 있다. 또한, 압착 시, 열전도 입자(32)가 도전성 입자의 편평 변형에 추종해서 찌부려져서, 단자와 접촉하는 면적이 커지기 때문에, 방열성을 향상시킬 수 있다. 또한, 열전도 입자(32)로서, 고열전도 금속 입자의 표면에 절연층이 형성된 절연 피복 입자를 사용한 경우, 가압에 의해 절연층이 깨져서 금속 부분이 단자와 접촉하기 때문에, 방열성을 향상시킬 수 있음과 함께 우수한 내전압성이 얻어진다.
도전성 입자는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, 아크릴로니트릴·스티렌(AS) 수지, 벤조구아나민 수지, 디비닐벤젠계 수지, 스티렌계 수지 등의 수지 입자의 표면을 Au, Ni, Zn 등의 금속(도전성 금속층)으로 피복한 금속 피복 수지 입자이다. 금속 피복 수지 입자는, 압축 시에 찌부러지기 쉬워, 변형되기 쉽기 때문에, 배선 패턴과의 접촉 면적을 크게 할 수 있고, 또한 배선 패턴의 높이의 편차를 흡수할 수 있다.
또한, 도전성 입자의 평균 입경은, 1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2㎛ 내지 6㎛이다. 또한, 도전성 입자의 배합량은, 접속 신뢰성 및 절연 신뢰성의 관점에서, 결합제 100질량부에 대하여 1질량부 내지 100질량부인 것이 바람직하다.
열전도 입자는, 금속 입자이거나, 또는 금속 입자의 표면에 절연층이 형성된 절연 피복 입자이다. 또한, 열전도 입자의 형상은, 입상, 인편 형상 등이며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
금속 입자 및 절연 피복 입자의 금속 입자는, 200W/(m·K) 이상의 열전도율을 갖는 것이 바람직하다. 열전도율이 200W/(m·K) 미만인 경우, 열 저항값이 커져서, 방열성이 나빠진다. 200W/(m·K) 이상의 열전도율을 갖는 금속 입자 및 절연 피복 입자의 금속 입자로서는, Ag, Au, Cu, Pt 등의 금속 단체 또는 이들의 합금을 예로 들 수 있다. 이들 중에서도, LED의 광 취출 효율의 관점이나, 압착 시의 찌부러지기 쉬운 것의 관점에서 Ag 또는 Ag을 주성분으로 하는 합금인 것이 바람직하다.
또한, 금속 입자의 배합량은, 5체적% 내지 40체적%인 것이 바람직하다. 금속 입자의 배합량이 너무 적으면 우수한 방열성을 얻지 못하게 되고, 배합량이 너무 많으면 접속 신뢰성을 얻을 수 없다.
또한, 절연 피복 입자의 절연층으로서는, 스티렌 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등의 수지, 또는 SiO2, Al2O3, TiO2 등의 무기 재료인 것이 바람직하다. 또한, 절연 피복 입자의 절연층의 두께는, 10㎚ 내지 1000㎚인 것이 바람직하고, 20㎚ 내지 1000㎚인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100㎚ 내지 800㎚이다. 절연층이 너무 얇으면 우수한 내전압성을 얻지 못하고, 절연층이 너무 두꺼우면 접속 구조체의 열 저항값이 커져 버린다.
또한, 절연 피복 입자의 배합량은, 5체적% 내지 50체적%인 것이 바람직하다. 절연 피복 입자의 배합량이 너무 적으면 우수한 방열성을 얻지 못하게 되고, 배합량이 너무 많으면 접속 신뢰성을 얻을 수 없다.
또한, 열전도 입자의 평균 입경(D50)은, 도전성 입자의 평균 입경의 5% 내지 80%인 것이 바람직하다. 열전도 입자가 도전성 입자에 대해 너무 작으면, 압착 시에 열전도 입자가 대향하는 단자간에 포착되지 않아, 우수한 방열성을 얻을 수 없다. 한편, 열전도 입자가 도전성 입자에 대해 너무 크면, 열전도 입자를 고충전할 수 없어, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율을 향상시킬 수 없다.
또한, 열전도 입자는 백색 또는 회색의 무채색인 것이 바람직하다. 이에 의해, 열전도 입자가 광 반사 입자로서 기능하기 때문에, LED 소자에 사용한 경우, 높은 휘도를 얻을 수 있다.
결합제로서는, 종래의 이방성 도전 접착제나 이방성 도전 필름에 있어서 사용되고 있는 접착제 조성물을 이용할 수 있다. 접착제 조성물로서는, 지환식 에폭시 화합물이나 복소환계 에폭시 화합물이나 수소 첨가 에폭시 화합물 등을 주성분으로 한 에폭시 경화계 접착제를 바람직하게 들 수 있다.
지환식 에폭시 화합물로서는, 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것을 바람직하게 들 수 있다. 이들은, 액상이어도 되고 고체상이어도 된다. 구체적으로는, 글리시딜헥사히드로비스페놀A, 3,4-에폭시시클로헥세닐메틸-3',4'-에폭시시클로헥센카르복실레이트 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 경화물에 LED 소자의 실장 등에 적합한 광투과성을 확보할 수 있어, 속경화성에도 우수하다는 점에서, 3,4-에폭시시클로헥세닐메틸-3',4'-에폭시시클로헥센카르복실레이트를 바람직하게 사용할 수 있다.
복소 환상 에폭시 화합물로서는, 트리아진환을 갖는 에폭시 화합물을 들 수 있으며, 특히 바람직하게는 1,3,5-트리스(2,3-에폭시프로필)-1,3,5-트리아진-2,4,6-(1H,3H,5H)-트리온을 들 수 있다.
수소 첨가 에폭시 화합물로서는, 상술한 지환식 에폭시 화합물이나 복소환계 에폭시 화합물의 수소 첨가물이나, 그 밖의 공지의 수소 첨가 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
지환식 에폭시 화합물이나 복소환계 에폭시 화합물이나 수소 첨가 에폭시 화합물은, 단독으로 사용해도 되지만, 2종 이상을 병용할 수 있다. 또한, 이들 에폭시 화합물에 더하여 본 기술의 효과를 손상시키지 않는 한, 다른 에폭시 화합물을 병용해도 된다. 예를 들어, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S, 디아릴비스페놀 A, 히드로퀴논, 카테콜, 레조르신, 크레졸, 테트라브로모비스페놀 A, 트리히드록시 비페닐, 벤조페논, 비스레조르시놀, 비스페놀헥사플루오로아세톤, 테트라메틸비스페놀 A, 테트라메틸비스페놀 F, 트리스(히드록시페닐)메탄, 비크실레놀, 페놀노볼락, 크레졸노볼락 등의 다가 페놀과 에피클로로히드린을 반응시켜서 얻어지는 글리시딜에테르; 글리세린, 네오펜틸글리콜, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥실렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 지방족 다가 알코올과 에피클로로히드린을 반응시켜서 얻어지는 폴리글리시딜에테르; p-옥시벤조산, β-옥시나프토산과 같은 히드록시카르복실산과 에피클로로히드린을 반응시켜서 얻어지는 글리시딜에테르에스테르; 프탈산, 메틸프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라히드로프탈산, 엔도메틸렌테트라히드로프탈산, 엔도메틸렌헥사히드로프탈산, 트리멜리트산, 중합 지방산과 같은 폴리카르복실산으로부터 얻어지는 폴리글리시딜에스테르; 아미노페놀, 아미노알킬페놀로부터 얻어지는 글리시딜아미노글리시딜에테르; 아미노벤조산으로부터 얻어지는 글리시딜아미노글리시딜에스테르; 아닐린, 톨루이딘, 트리브로모아닐린, 크실릴렌디아민, 디아미노시클로헥산, 비스아미노메틸시클로헥산, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐술폰 등으로부터 얻어지는 글리시딜아민; 에폭시화폴리올레핀 등의 공지의 에폭시 수지류를 들 수 있다.
경화제로서는, 산 무수물, 이미다졸 화합물, 디시안 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 경화물을 변색시키기 어려운 산 무수물, 특히 지환식 산 무수물계 경화제를 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 메틸헥사히드로프탈산 무수물 등을 바람직하게 들 수 있다.
접착제 조성물에 있어서, 지환식 에폭시 화합물과 지환식 산 무수물계 경화제를 사용하는 경우, 각각의 사용량은, 지환식 산 무수물계 경화제가 너무 적으면 미경화 에폭시 화합물이 많아지고, 너무 많으면 잉여의 경화제의 영향으로 피착체 재료의 부식이 촉진되는 경향이 있어서, 지환식 에폭시 화합물 100질량부에 대하여, 지환식 산 무수물계 경화제를, 바람직하게는 80질량부 내지 120질량부, 보다 바람직하게는 95질량부 내지 105질량부의 비율로 사용한다.
이러한 구성을 포함하는 이방성 도전 접착제는, 압착 시에 도전성 입자가 가압에 의해 편평 변형됨과 함께, 열전도 입자가 찌부러져, 대향하는 단자간의 접촉 면적을 증가시키기 때문에, 높은 방열성 및 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 이방성 도전 접착제는, 접착제 조성물과, 도전성 입자와, 열전도 입자를 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다.
<2. 접속 구조체 및 그의 제조 방법>
이어서, 전술한 이방성 도전 접착제를 사용한 접속 구조체에 대해서 설명한다. 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 접속 구조체는, 제1 전자 부품의 단자와, 제2 전자 부품의 단자가, 수지 입자의 표면에 도전성 금속층이 형성된 도전성 입자를 통해서 전기적으로 접속되어 이루어지는 접속 구조체에 있어서, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자 사이에, 도전성 입자보다 평균 입경이 작은 열전도 입자가 포착(유지)되고 있다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 전자 부품으로서는, 열을 발하는 드라이버 IC(집적 회로), LED(발광 다이오드) 등의 칩(소자)이 적합하다.
도 3은 LED 실장체의 구성예를 도시하는 단면도이다. 이 LED 실장체는 LED 소자(제1 전자 부품)와 기판(제2 전자 부품)을, 전술한 도전성 입자와, 도전성 입자보다 평균 입경이 작은 열전도 입자가 접착제 성분 중에 분산된 이방성 도전 접착제를 사용해서 접속한 것이다.
LED 소자는, 예를 들어 사파이어를 포함하는 소자 기판(11) 위에, 예를 들어 n-GaN을 포함하는 제1 도전형 클래드층(12)과, 예를 들어 InxAlyGa1 -x- yN층을 포함하는 활성층(13)과, 예를 들어 p-GaN을 포함하는 제2 도전형 클래드층(14)을 구비하여, 소위 더블 헤테로 구조를 갖는다. 또한, 제1 도전형 클래드층(12) 상의 일부에 제1 도전형 전극(12a)을 구비하고, 제2 도전형 클래드층(14) 상의 일부에 제2 도전형 전극(14a)을 구비한다. LED 소자의 제1 도전형 전극(12a)과 제2 도전형 전극(14a) 사이에 전압을 인가하면, 활성층(13)에 캐리어가 집중하여, 재결합함으로써 발광이 발생한다.
기판은, 기재(21) 위에 제1 도전형용 회로 패턴(22)과, 제2 도전형용 회로 패턴(23)을 구비하고, LED 소자의 제1 도전형 전극(12a) 및 제2 도전형 전극(14a)에 대응하는 위치에 각각 전극(22a) 및 전극(23a)을 갖는다.
이방성 도전 접착제는, 전술과 마찬가지로, 도전성 입자(31)와, 도전성 입자(31)보다 평균 입경이 작은 열전도 입자(32)가 결합제(33)로 분산되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, LED 실장체는, LED 소자의 단자(전극(12a, 14a))와, 기판의 단자(전극(22a, 23a))가 도전성 입자(31)를 통해서 전기적으로 접속되고, LED 소자의 단자와 기판의 단자 사이에 열전도 입자(32)가 포착되어 있다.
이에 의해, LED 소자의 활성층(13)에서 발생한 열을 효율적으로 기판측에 놓아 줄 수 있어, 발광 효율의 저하를 방지함과 함께 LED 실장체를 장수명화할 수 있다. 또한, 열전도 입자(32)가, 백색 또는 회색의 무채색인 것에 의해, 활성층(13)으로부터의 광을 반사하여, 높은 휘도를 얻을 수 있다.
또한, 플립 칩 실장하기 위한 LED 소자는, 도 4에 도시한 바와 같이, 패시베이션(105)(도 8 및 도 9 참조)에 의해, LED 소자의 단자(전극(12a, 14a))가 크게 설계되어 있기 때문에, LED 소자의 단자(전극(12a, 14a))와 기판의 단자(회로 패턴(22, 23)) 사이에 도전성 입자(31) 및 열전도 입자(32)가 보다 많이 포착된다. 이에 의해, LED 소자의 활성층(13)에서 발생한 열을 더욱 효율적으로 기판측에 놓아 줄 수 있다.
이어서, 상술한 접속 구조체의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 실장체의 제조 방법은, 전술한 도전성 입자와, 도전성 입자보다 평균 입경이 작은 열전도 입자가 접착제 성분 중에 분산된 이방성 도전 접착제를, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자 사이에 끼워서, 제1 전자 부품과 제2 전자 부품을 열 압착한다.
이에 의해, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자가 도전성 입자를 통해서 전기적으로 접속되고, 제1 전자 부품의 단자와 제2 전자 부품의 단자 사이에 열전도 입자가 포착되어 이루어지는 접속 구조체를 얻을 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 접속 구조체의 제조 방법은, 압착 시에 도전성 입자가 가압에 의해 편평 변형됨과 함께, 열전도 입자가 찌부러져서, 대향하는 단자 사이와의 접촉 면적을 증가시키기 때문에, 높은 방열성 및 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 상기한 본 기술의 일 실시 형태에 있어서의 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체를 사용하지 않는 방법 및 그 문제점은 이하와 같다.
LED 소자를 기판에 실장하는 공법으로서, 와이어 본드 공법이 사용되고 있다. 와이어 본드 공법은, 도 5에 도시한 바와 같이, LED 소자의 전극(제1 도전형 전극(104a) 및 제2 도전형 전극(102a))면을 위로 향해서(페이스 업), 그 LED 소자와 기판의 전기적 접합을 와이어 본드(WB:Wire Bonding)(301a, 301b)로 행하고, LED 소자와 기판의 접착에는, 다이 본드재(302)를 사용한다.
그러나, 이와 같은 와이어 본드로 전기적 접속을 얻는 방법에서는, 전극(제1 도전형 전극(104a) 및 제2 도전형 전극(102a))으로부터의 와이어 본드의 물리적 파단·박리의 리스크가 있기 때문에, 보다 신뢰성이 높은 기술이 요구되고 있다. 또한, 다이 본드재(302)의 경화 프로세스는, 오븐 경화로 행해지기 때문에, 생산에 시간이 걸린다.
와이어 본드를 사용하지 않는 공법으로서, 도 6에 도시한 바와 같이, LED 소자의 전극(제1 도전형 전극(104a) 및 제2 도전형 전극(102a))면을 기판측을 향해서(페이스 다운, 플립 칩), 그 LED 소자와 기판의 전기적 접속에, 은 페이스트로 대표되는 도전성 페이스트(303; 303a, 303b)를 사용하는 방법이 있다.
그러나, 도전성 페이스트(303; 303a, 303b)는 접착력이 약하기 때문에, 밀봉 수지(304)에 의한 보강이 필요하다. 또한, 밀봉 수지(304)의 경화 프로세스는, 오븐 경화로 행해지기 때문에, 생산에 시간이 걸린다.
도전성 페이스트를 사용하지 않는 공법으로서, 도 7에 도시한 바와 같이, LED 소자의 전극면을 기판측을 향해서(페이스 다운, 플립 칩), 그 LED 소자와 기판의 전기적 접속 및 접착에, 절연성의 접착제 결합제(305) 중에 도전성 입자(306)를 분산시킨 이방성 도전 접착제를 사용하는 방법이 있다. 이방성 도전 접착제는, 접착 프로세스가 짧기 때문에, 생산 효율이 좋다. 또한, 이방성 도전 접착제는, 저렴하며, 투명성, 접착성, 내열성, 기계적 강도, 전기 절연성 등이 우수하다.
또한, FC 실장하기 위한 LED 소자가 개발되고 있다. 이 FC 실장용 LED 소자는, 패시베이션(105)에 의해, 전극 면적을 크게 취하는 설계가 가능하기 때문에, 범프레스 실장이 가능하게 된다. 또한, 발광층 아래에 반사막을 설치함으로써 광 취출 효율이 좋아진다.
FC 실장용 LED 소자를 기판에 실장하는 공법으로서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 금 주석 공정 접합이 사용되고 있다. 금 주석 공정 접합은, 칩 전극을 금과 주석의 합금(307)으로 형성하고, 플럭스를 기판에 도포하여, 칩을 탑재, 가열함으로써 기판 전극과 공정 접합시키는 공법이다. 그러나, 이와 같은 땜납 접속 공법은, 가열 중의 칩 어긋남이나 다 세정할 수 없었던 플럭스에 의한 신뢰성에의 악영향이 있기 때문에 수율이 나쁘다. 또한, 고도의 실장 기술이 필요하다.
금 주석 공정을 사용하지 않는 공법으로서, 도 9에 도시한 바와 같이, LED 소자의 전극면과 기판의 전기적 접속에, 땜납 페이스트를 사용하는 땜납 접속 공법이 있다. 그러나, 이와 같은 땜납 접속 공법은, 페이스트가 등방성의 도전성을 갖기 때문에, pn 전극 사이가 쇼트되어 버려 수율이 나쁘다.
땜납 페이스트를 사용하지 않는 공법으로서, 도 10에 도시한 바와 같이, LED 소자와 기판의 전기적 접속 및 접착에, 도 7과 마찬가지로, 절연성의 결합제 중에 도전성 입자를 분산시킨 ACF(Anisotropic conductive film) 등의 이방성 도전 접착제를 사용하는 방법이 있다. 이방성 도전 접착제는, pn 전극간에 절연성의 결합제가 충전된다. 따라서, 쇼트가 발생하기 어렵기 때문에 수율이 좋다. 또한, 접착 프로세스가 짧기 때문에, 생산 효율이 좋다.
그런데, LED 소자의 활성층(정션)(103)은 광 외에 많은 열을 발생하여, 발광층 온도(Tj=정션 온도)가 100℃ 이상이 되면 LED의 발광 효율이 저하되어, LED의 수명이 짧아진다. 이로 인해, 활성층(103)의 열을 효율적으로 놓아 주기 위한 구조가 필요하다.
도 5에 도시한 바와 같은 WB 실장에서는, 활성층(103)이 LED 소자의 상측에 위치하기 때문에, 발생한 열이 기판측으로 효율적으로 전해지지 않아서 방열성이 나쁘다.
또한, 도 6, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같은 플립 칩 실장을 행하면, 활성층(103)이 기판측에 위치하기 때문에, 열이 기판측으로 효율적으로 전해진다. 도 6 및 도 9에 도시한 바와 같이, 전극간을 도전성 페이스트(303; 303a, 303b)로 접합한 경우, 고효율로 방열할 수 있지만, 도전성 페이스트(303; 303a, 303b)에 의한 접속은, 상기에서 설명한 바와 같이 접속 신뢰성이 나쁘다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 금 주석 공정 접합을 행한 경우에도, 상기에서 설명한 것과 마찬가지로 접속 신뢰성이 나쁘다.
또한, 도 7 및 도 10에 도시한 바와 같이, 도전성 페이스트(303; 303a, 303b)를 사용하지 않고 ACF나 ACP(Anisotropic Conductive Paste) 등의 이방성 도전 접착제로 플립 칩 실장함으로써, 활성층(103)이 기판측 가까이에 배치되어, 열이 기판측으로 효율적으로 전해진다. 또한, 접착력이 높기 때문에, 높은 접속 신뢰성이 얻어진다.
실시예
<3. 실시예>
이하, 본 기술의 실시예에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 기술은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<3.1 열전도 입자의 종류에 대해서>
본 실험에서는, 열전도 입자를 배합한 이방성 도전 접착제(ACP)를 제작하고, LED 실장체를 제작하고, 열전도 입자의 종류에 대해서 검토했다.
이방성 도전 접착제의 제작, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정, LED 실장체의 제작, LED 실장체의 방열성의 평가, 광 특성의 평가 및 전기 특성의 평가는, 다음과 같이 행하였다.
[이방성 도전 접착제의 제작]
에폭시 경화계 접착제(에폭시 수지(상품명:CEL2021P, (주) 다이셀가가꾸 제조) 및 산 무수물(MeHHPA, 상품명:MH700, 신닛본리까(주) 제조)를 주성분으로 한 결합제) 중에, 수지 입자의 표면에 Au가 피복된 평균 입경 5㎛의 도전성 입자(품명:AUL705, 세끼스이가가꾸고교사 제조)를 10질량% 배합했다. 이 수지 조성물에 열전도 입자를 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다.
[이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정]
이방성 도전 접착제를 유리판에 끼워 넣고, 이것을 150℃, 1시간의 조건에서 경화하여, 두께 1㎜의 경화물을 얻었다. 그리고, 레이저 플래시법에 의한 측정 장치(크세논플래쉬 애널라이저 LFA447, 네취(NETZSCH) 제조)를 사용하여, 경화물의 열전도율의 측정을 행하였다.
[LED 실장체의 제작]
이방성 도전 접착제를 사용해서 LED 칩(청색 LED, Vf=3.2V(If=20㎃))을 Au 전극 기판에 탑재했다. 이방성 도전 접착제를 Au 전극 기판에 도포한 후, LED 칩을 얼라인먼트해서 탑재하고, 200℃-20초-1㎏/칩의 조건에서 가열 압착을 행하였다. Au 전극 기판은, 범프 본더로 Au 범프를 형성한 후, 플랫트닝 처리를 행한 것을 사용했다(유리 에폭시 기판, 도체 스페이스=100㎛, Ni/Au 도금=5.0㎛/0.3㎛, 금 범프=15㎛).
[방열성의 평가]
과도 열저항 측정 장치(CATS 덴시세께이사 제조)를 사용하여, LED 실장체의 열 저항값(℃/W)을 측정했다. 측정 조건은 If=200㎃(정전류 제어)로 행하였다.
[광 특성의 평가]
적분구에 의한 전체 광속 측정 장치(LE-2100, 오쯔까덴시가부시끼가이샤 제조)를 사용하여, LED 실장체의 전체 광속량(mlm)을 측정했다. 측정 조건은 If=200㎃(정전류 제어)로 행하였다.
[전기 특성의 평가]
초기 Vf값으로서, If=20㎃ 시의 Vf값을 측정했다. 또한, 85℃, 85% RH 환경 하에서 LED 실장체를 If=20㎃로 500시간 점등시켜서(고온 고습 시험), If=20㎃ 시의 Vf값을 측정했다. 접속 신뢰성의 평가는, 초기 Vf값보다 5% 이상 상승한 경우를 「도통 NG」라고 평가하고, 초기 Vf값보다 5% 이상 저하한 경우를 「절연 NG」라고 평가하고, 그 이외를 「○」라고 평가했다. 또한, 「○」는 양호, 「NG」는 불량을 의미한다.
[실시예 1]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1㎛의 Ag 입자(열전도율:428W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 5체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.3W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 160℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 320mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 ○였다.
[실시예 2]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1㎛의 Ag 입자(열전도율:428W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 20체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.4W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 130℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 300mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 ○였다.
[실시예 3]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1㎛의 Ag 입자(열전도율:428W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 40체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.5W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 120℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 280mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 ○였다.
[실시예 4]
열전도 입자로서, Ag 입자 표면을 100㎚ 두께의 SiO2로 피복한 평균 입경(D50) 1㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.5W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 115℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 280mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 ○였다.
[실시예 5]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1.5㎛의 Ag/Pd 합금 입자(열전도율:400W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 5체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.4W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 135℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 300mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 ○였다.
[비교예 1]
열전도 입자를 배합하지 않고 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.2W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 200℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 330mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 ○였다.
[비교예 2]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1㎛의 Ag 입자(열전도율:428W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 0.55W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 110℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 250mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에 절연 NG였다.
[비교예 3]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1.2㎛의 AlN 입자(열전도율:190W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 55체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는, 1.0W/(m·K)였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 170℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 250mlm, 접속 신뢰성의 평가 결과는, 초기에 ○, 고온 고습 시험 후에서 도통 NG였다.
표 1에, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112015026865513-pct00001
비교예 1과 같이, 열전도 입자를 첨가하지 않은 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.2W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 200℃/W이며, 우수한 방열성을 얻을 수 없었다.
또한, 비교예 2와 같이, Ag 입자를 50체적% 배합한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.55W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 110℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 그러나, Ag 입자의 배합량이 많기 때문에, LED 실장체의 고온 고습 시험에 있어서 Vf값이 초기 Vf값보다 5% 이상 저하되었다.
또한, 비교예 3과 같이, AlN 입자를 55체적% 배합한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 1.0W/(m·K)였지만, AlN의 열전도율이 낮기 때문에, LED 실장체의 열 저항값은 170℃/W였다. 또한, AlN 입자의 배합량이 많고，또한 AlN의 높은 전기 절연성에 의해, LED 실장체의 고온 고습 시험에 있어서 Vf값이 초기 Vf값보다 5% 이상 상승했다.
한편, 실시예 1 내지 3과 같이, Ag 입자를 5체적% 내지 40체적% 배합한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.3W/(m·K) 내지 0.5W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 120℃/W 내지 160℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 또한, LED 실장체의 고온 고습 시험에 있어서도, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있었다.
또한, 실시예 4와 같이, Ag 입자 표면을 SiO2로 피복한 절연 피복 입자를 사용한 경우, 50체적% 배합해도, LED 실장체의 고온 고습 시험에 있어서, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있었다. 또한, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.5W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 115℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다.
또한, 실시예 5와 같이, Ag/Pd 합금 입자를 20체적% 배합한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.4W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 135℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 또한, LED 실장체의 고온 고습 시험에 있어서도, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있었다.
<3.2 절연 피복 입자의 절연층의 두께에 대해서>
본 실험에서는, 열전도 입자로서, 금속 입자 표면에 절연층을 형성한 절연 피복 입자를 배합한 이방성 도전 접착제(ACP)를 제작하고, LED 실장체를 제작하여, 절연 피복 입자의 절연층의 두께에 대해 검토했다.
이방성 도전 접착제의 제작, LED 실장체의 제작, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정, LED 실장체의 방열성의 평가 및 광 특성의 평가는, 전술한 <3.1 열전도 입자의 종류에 대해서>와 마찬가지로 행하였다. 또한, 절연 피복 입자의 제작 및 ACP 경화물의 내전압의 측정은, 다음과 같이 행하였다.
[절연 피복 입자의 제작]
스티렌을 주성분으로 하는 수지 분말(접착제층, 입경 0.2㎛)과, Ag 금속 분말(입경 1㎛)을 혼합한 후, 분말끼리 물리적인 힘으로 충돌시켜 성막하는 성막 장치(호소까와마이크론 제조 메카노퓨전)로 Ag 금속 분말 표면에 100㎚ 정도의 백색 절연층을 형성한 금속을 얻었다.
[ACP 경화물의 내전압의 측정]
빗살 형상으로 패터닝된 배선 기판 위에 두께 100㎚의 ACP 경화물을 도포하였다. 빗살의 양 극에 전압을 500V까지 인가하고, 0.5㎃ 전류가 흘렀을 때의 전압을 내전압으로 했다. 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압 및 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압을 측정했다.
[실시예 6]
열전도 입자로서, Ag 입자 표면을 20㎚ 두께의 스티렌 수지로 피복한 평균 입경(D50) 1㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.5W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 150V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 130℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 300mlm였다.
[실시예 7]
열전도 입자로서, Ag 입자 표면을 100㎚ 두께의 스티렌 수지로 피복한 평균 입경(D50) 1㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.4W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 210V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 120℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 280mlm이었다.
[실시예 8]
열전도 입자로서, Ag 입자 표면을 800㎚ 두께의 스티렌 수지로 피복한 평균 입경(D50) 1㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.5W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 450V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 115℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 280mlm이었다.
[실시예 9]
열전도 입자로서, Ag 입자 표면을 100㎚ 두께의 SiO2로 피복한 평균 입경(D50) 1㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 실시예 4와 마찬가지로, 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.5W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 230V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 115℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 280mlm이었다.
[실시예 10]
열전도 입자로서, Ag/Pd 합금 입자 표면을 100㎚ 두께의 스티렌 수지로 피복한 평균 입경(D50) 1.5㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.4W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 210V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 135℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 280mlm이었다.
[비교예 4]
열전도 입자를 배합하지 않고 이방성 도전 접착제를 제작했다. 비교예 1과 마찬가지로, 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.2W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 200V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 200℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 330mlm이었다.
[비교예 5]
열전도 입자로서, 평균 입경(D50) 1㎛의 Ag 입자(열전도율:428W/(m·K))를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 비교예 2와 마찬가지로, 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.55W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 100V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 200V였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 110℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 250mlm이었다.
[비교예 6]
열전도 입자로서, Ag 입자 표면을 1100㎚ 두께의 스티렌 수지로 피복한 평균 입경(D50) 1㎛의 절연 피복 입자를 사용했다. 전술한 수지 조성물에 이 열전도 입자를 50체적% 배합하여, 열전도성을 갖는 이방성 도전 접착제를 제작했다. 이 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율의 측정 결과는 0.4W/(m·K)이며, 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 300V이고, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압의 시험 결과는 500V 초과였다. 또한, 이 이방성 도전 접착제를 사용해서 제작한 LED 실장체의 열저항의 측정 결과는 190℃/W, 전체 광속량의 측정 결과는 300mlm이었다.
표 2에, 실시예 6 내지 10 및 비교예 4 내지 6의 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112015026865513-pct00002
비교예 4와 같이, 열전도 입자를 첨가하지 않은 경우, 비교예 1과 마찬가지로, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.2W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 200℃/W이며, 우수한 방열성을 얻을 수 없었다. 내전압에 대해서는, 이방성 도전 접착제의 경화물의 배선간 스페이스가 25㎛일 때에 200V, 배선간 스페이스가 100㎛일 때에 500V 초과이며, 안정된 절연 특성이 얻어졌다.
또한, 비교예 5와 같이, Ag 입자를 50체적% 배합한 경우, 비교예 2와 마찬가지로, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.55W/(m·K), 실장체의 열 저항값은 110℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 그러나, Ag 입자의 배합량이 많기 때문에, 이방성 도전 접착제의 경화물의 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압이 100V, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압이 200V로 되며, 안정된 절연 특성이 얻어지지 않았다.
또한, 비교예 6과 같이, Ag 입자 표면을 1100㎚ 두께의 스티렌 수지로 피복한 절연 피복 입자를 사용한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.4W/(m·K)였다. 그러나, LED 실장체의 열 저항값은 190℃/W이며, 비교예 4보다 약간 낮은 값밖에 얻어지지 않았다. 이것은 스티렌 수지의 절연층이 두꺼워서, 열전도의 저해가 일어났기 때문으로 생각된다. 내전압에 대해서는, 이방성 도전 접착제의 경화물의 배선간 스페이스가 25㎛일 때에 300V, 배선간 스페이스가 100㎛일 때에 500V 초과이며, 안정된 절연 특성이 얻어졌다.
한편, 실시예 6 내지 8과 같이, 스티렌 수지의 절연층을 20㎚ 내지 800㎚로 한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.4W/(m·K) 내지 0.5W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 115℃/W 내지 130℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 또한, 이방성 도전 접착제의 경화물의 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압은 210V 내지 450V, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압은 500V 초과로 되며, 안정된 절연 특성이 얻어졌다.
또한, 실시예 9와 같이, Ag 입자 표면을 SiO2로 피복한 절연 피복 입자를 사용한 경우, 실시예 4와 마찬가지로, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.5W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 115℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 또한, 이방성 도전 접착제의 경화물의 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압은 230V, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압은 500V 초과로 되며, 안정된 절연 특성이 얻어졌다.
또한, 실시예 10과 같이, Ag/Pd 합금 입자를 스티렌 수지로 피복한 절연 피복 입자를 사용한 경우, 이방성 도전 접착제의 경화물의 열전도율은 0.4W/(m·K), LED 실장체의 열 저항값은 135℃/W이며, 비교예 1보다 우수한 방열성을 얻을 수 있었다. 또한, 이방성 도전 접착제의 경화물의 배선간 스페이스가 25㎛일 때의 내전압은 210V, 배선간 스페이스가 100㎛일 때의 내전압은 500V 초과로 되며, 안정된 절연 특성이 얻어졌다.
또한, 본 기술은 이하의 구성을 채용할 수도 있다.
(1) 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함하는 도전성 입자와,
상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자인, 열전도 입자와,
상기 도전성 입자 및 상기 열전도 입자를 분산시키는 접착제 성분
을 함유하는, 이방성 도전 접착제.
(2) 상기 금속 입자가, 약 200W/(m·K) 이상의 열전도율을 갖고,
상기 절연 피복 입자의 상기 금속 입자가, 약 200W/(m·K) 이상의 열전도율을 갖는 (1)에 기재된 이방성 도전 접착제.
(3) 상기 금속 입자가, Ag, 또는 Ag을 주성분으로 하는 합금을 포함하고,
상기 절연 피복 입자의 상기 금속 입자가, Ag, 또는 Ag을 주성분으로 하는 합금을 포함하는 (1) 또는 (2)에 기재된 이방성 도전 접착제.
(4) 상기 금속 입자의 함유량이, 약 5체적% 내지 40체적%인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접착제.
(5) 상기 절연층의 두께가, 약 20㎚ 내지 1000㎚인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접착제.
(6) 상기 절연층이, 수지, 또는 무기 재료를 포함하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접착제.
(7) 상기 절연 피복 입자의 함유량이, 약 5체적% 내지 50체적%인 (6)에 기재된 이방성 도전 접착제.
(8) 상기 열전도 입자의 평균 입경이, 상기 도전성 입자의 평균 입경의 약 5% 내지 80%인 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접착제.
(9) 상기 열전도 입자가, 백색 또는 회색의 무채색인 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접착제.
(10) 제1 전자 부품의 단자와,
제2 전자 부품의 단자와,
상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 배치되고, 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함함과 함께, 상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자를 전기적으로 접속시키는 도전성 입자와,
상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 배치되고, 상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자이며, 상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 유지된 열전도 입자
를 구비한, 접속 구조체.
(11) 제1 전자 부품이, LED 소자이며,
제2 전자 부품이, 기판인 (10)에 기재된 접속 구조체.
(12) 상기 열전도 입자가, 백색 또는 회색의 무채색인 (10)에 기재된 접속 구조체.
본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2012년 9월 24일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2012-210223호를 기초로 해서 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 각종 수정, 조합, 하위조합 및 변경을 상도할 수 있지만, 그들은 첨부한 청구 범위의 취지나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (12)

  1. 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함하는 도전성 입자와,
    상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자인 열전도 입자와,
    상기 도전성 입자 및 상기 열전도 입자를 분산시키는 접착제 성분
    을 함유하고,
    상기 열전도 입자의 평균 입경이, 상기 도전성 입자의 평균 입경의 5% 내지 80%인, 이방성 도전 접착제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자가, 200W/(m·K) 이상의 열전도율을 갖고,
    상기 절연 피복 입자의 상기 금속 입자가, 200W/(m·K) 이상의 열전도율을 갖는 이방성 도전 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 입자가, Ag, 또는 Ag을 주성분으로 하는 합금을 포함하고,
    상기 절연 피복 입자의 상기 금속 입자가, Ag, 또는 Ag을 주성분으로 하는 합금을 포함하는 이방성 도전 접착제.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 입자의 함유량이, 5체적% 내지 40체적%인 이방성 도전 접착제.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연층의 두께가, 20㎚ 내지 1000㎚인 이방성 도전 접착제.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연층이, 수지, 또는 무기 재료를 포함하는 이방성 도전 접착제.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연 피복 입자의 함유량이, 5체적% 내지 50체적%인 이방성 도전 접착제.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전도 입자가, 백색 또는 회색의 무채색인 이방성 도전 접착제.
  9. 제1 전자 부품의 단자와,
    제2 전자 부품의 단자와,
    상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 배치되고, 수지 입자와 그 수지 입자의 표면에 형성된 도전성 금속층을 포함함과 함께, 상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자를 전기적으로 접속시키는 도전성 입자와,
    상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 배치되고, 상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 갖는 금속 입자이거나, 또는 상기 도전성 입자보다 작은 평균 입경을 가짐과 함께 금속 입자와 그 금속 입자의 표면에 형성된 절연층을 포함하는 절연 피복 입자이며, 상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 유지된 열전도 입자
    를 구비하고,
    상기 제1 전자 부품의 단자와 상기 제2 전자 부품의 단자 사이에 있어서, 상기 도전성 입자가 편평 변형되어 있음과 함께, 상기 열전도 입자가 상기 도전성 입자의 편평 변형에 추종해서 찌부려져 있는, 접속 구조체.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 전자 부품이, LED 소자이며,
    제2 전자 부품이, 기판인 접속 구조체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 열전도 입자가, 백색 또는 회색의 무채색인 접속 구조체.
  12. 삭제
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