KR102106996B1 - 솔더입자를 포함한 시트를 사용한 부품 실장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 부품 실장 방법을 제공한다 더욱 상세하게는 복수 개의 제1 전극이 상부에 위치하는 제1기판 및 복수 개의 제2 전극이 상부에 위치하는 제2기판을 준비하는 단계, 상기 제1기판 상에 솔더입자가 포함된 접착시트를 가접착하는 단계, 상기 접착시트 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 마주보도록 제2기판을 배치하는 단계 및 상기 접착시트를 가열하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접착하는 단계를 포함하고, 상기 가열하는 단계에서, 상기 솔더입자가 용융되어 상기 제1 전극 위로 이동하여 상기 제1 전극이 마주보는 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 부품실장 방법을 제공한다.

Description

솔더입자를 포함한 시트를 사용한 부품 실장 방법{Component mounting method using sheet containing solder particles}

본 발명은 솔더입자를 포함한 시트를 사용한 부품 실장 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 사이에 압착된 전도성 입자를 솔더입자가 포함된 시트를 사용하여 접촉저항에 의해 신뢰성이 낮아진 문제점 및 열압착 공정중 자체 정렬이 어려운 문제점을 해결하는 이방성 도전성 접착제 및 이를 이용한 반도체 실장방법에 관한 것이다.

최근 디스플레이 산업은 제품은 소형화 하는 동시에 가격을 낮추고 성능을 증가시키기 위하여 많은 노력을 하고 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 구동 칩을 접합하는 접합 공정이 점차 중요해 지고 있다.

절연코팅이 된 금속 도전볼을 산포시킨 형태의 ACF(Anisotropic conductive Adhesive; 이방성 도전 접착제)을 중간 접착 매체로 사용하는 접합 공정이 있는데, 이는 다른 공정에 비해 패턴과 구동칩의 상호 연결의 길이가 짧아 전기적 특성이 우수하고 실장 면적을 최소화 할 수 있다는 이점이 있다.

일반적으로 이방성 도전 접착제는 접착 수지 및 상기 접착 수지 내 분산된 도전 입자로 구성된다. 상기 도전 입자로는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 카본(C), 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.

종래의 이방성 도전 접착제를 이용하는 종래의 부품 실장 공정은 다음과 같다. 먼저, 이방성 도전 접착제가 하부 단자(전극 패드나 범프라고도 불림)를 가지는 하부 기판과 상부 단자(전극 패드나 범프라고도 불림)를 가지는 상부 기판 사이에 위치된다.

다음, 상기 상부 기판에 열 및 압력을 가하는 열 압착 공정이 진행된다. 구체적으로, 압력을 받은 상기 상부 기판이 상기 하부 기판과 가까워지고, 상기 하부 단자 표면에 있던 이방성 도전 접착제 내 도전 입자에 상기 상·하부 단자가 접촉하게 된다. 이에 따라, 상기 하부 단자와 상기 상부 단자가 도전 입자를 통해 전기적으로 접속된다.

또한 열 압착 공정에서, 상기 상·하부 단자의 전기적 접속과 함께, 이방성 도전 접착제 내 접착 수지의 경화도 이루어진다. 구체적으로, 상기 상부 기판에 가해진 열이 이방성 도전 접착제 내 접착 수지까지 전달되어, 접착 수지가 경화된다. 점성을 가진 접착 수지가 경화되면서 상기 하부 기판과 상기 상부 기판이 결합된다. 이와 같이 상기 상·하부 단자의 전기적 접속 및 접착 수지의 경화가 이루어지는 종래의 열 압착 공정의 공정시간은 약 30초 이내이다.

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

또한, 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 열 압착 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 접촉해 있는 도전 입자를 통해 이루어진다. 위 i) 및 ii)로 인해, 이방성 도전 접착제의 도전성이 좋지 않아, 그 접촉 저항이 불안정하게 된다.

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

또한, 이방성 도전 접속체를 이용하는 본딩 기술에서는 범프 사이에 압착된 전도성 입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하므로 접촉저항이 커서 적용 기판의 성능이 저하될 수 있으며, 사용 중에 시간이 지남에 따라 접촉저항이 계속 증가하여 신뢰성 저하가 발생하는 문제점이 지적되고 있다. 또한 열압착(thermo-compression) 공정 중에 응력을 받아 깨질 수 있으며, 접합시 기판의 범프와 범프 사이에 정렬의 오차가 발생하여도 자체 정렬(self-alignment)이 어렵기 때문에 미세 피치를 갖는 실장에서는 적용하기 어려운 단점이 있다.

위와 같은 열압착 공정의 문제점 즉 접촉저항, 자체 정렬 등의 높은 압력으로 인해 Chip등이 손상되는 등의 과제는 남아 있다.

대한민국 공개특허 KR 10-2009-0052300

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 솔더입자를 포함한 시트를 사용한 부품 실장 방법을 제공하는 것이다. 더욱 상세하게는, 접속저항에 의해 신뢰성이 낮아지는 문제, 열압착 공정시 전극과 전극 사이의 정렬 오차가 발생하는 문제 및 열압착 공정시 기판이 압에 의해 깨지는 문제들을 해결하기 위해 이방성 도전 접착제 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 부품 실장 방법을 제공한다 이러한 부품 실장 방법은 복수 개의 제1 전극이 상부에 위치하는 제1기판 및 복수 개의 제2 전극이 상부에 위치하는 제2기판을 준비하는 단계, 상기 제1기판 상에 솔더입자가 포함된 접착시트를 가접착하는 단계, 상기 접착시트 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 마주보도록 제2기판을 배치하는 단계 및

상기 접착시트를 가열하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접착하는 단계를 포함하고, 상기 가열하는 단계에서, 상기 솔더입자가 용융되어 상기 제1 전극 위로 이동하여 상기 제1 전극이 마주보는 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 접착시트는, 제1환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계, 상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계, 상기 투입된 솔더 입자에 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 제2산화막을 형성하는 단계, 상기 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자, 제2환원제, 및 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계 및 상기 이방성 도전 접착제를 이용하여 시트를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하고, 상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두께가 얇은 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 솔더입자는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가접착하는 단계의 온도는 20℃ 내지 120℃인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제에 초음파가 조사되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가열하는 단계의 온도는 100℃ 내지 300℃ 인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 전극 사이에 압착된 전도성 입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하므로 접촉저항이 커지는 문제를 솔더입자가 포함된 시트를 사용하여 시트가 맞닿은 곳으로 전기가 통하므로 접촉저항이 일정하게 유지되어 접촉저항에 의해 신뢰성이 낮아지는 문제가 해결 될 수 있다.

또한, 종래 열압착 공정 중 발생되는 전극과 전극 사이의 정렬의 오차가 발생하여 불량이 발생하는 반면 솔더입자가 포함된 시트를 사용하는 본 발명의 경우 정렬의 오차가 발생하더라도 압을 누르지 않고 가열하는 상태에서 솔더입자가 전극에 이동하면서 기둥이 형성되는 힘으로 정렬되어 정렬의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 종래기술과 같은 열압착 공정중 기판이 압력에 의해 깨지는 등의 문제점을 해결하기 위해 솔더입자가 포함된 시트를 하층 단자 위에 접착한 후 제2 기판을 덮어 압을 가하지 않고 가열하는 방법을 사용하여 기판이 손상되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 솔더입자는 고온 솔더입자 부터 저온 솔더입자까지 적용 가능하므로 적용 프로세스 온도에 따라 솔더입자를 선택하여 적용할 수 있으며, 특히 저온융점을 가진 솔더입자는 낮은 융점의 특성 때문에 일반 솔더에 비해 저온 프로세스가 가능하여 비용절감 및 열 피로 특성 향상과 같은 장점을 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 부품 실장 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제어로 솔더 입자가 분산되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제에 대한 실장방법을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단자의 정렬의 오류가 발생하였을 경우의 이방성 도전 접착제 실장방법을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제의 도포 및 가열 후 단자의 모습이 나타난 사진 이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 후 전기적으로 연결된 접합체 모습이 나타난 현미경 사진 이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 후 전기적으로 연결된 접합체 모습이 나타난 SEM사진 이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 부품 실장 방법을 나타낸 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 부품 실장 방법은 복수 개의 제1 전극이 상부에 위치하는 제1기판 및 복수 개의 제2 전극이 상부에 위치하는 제2기판을 준비하는 단계(S100), 상기 제1기판 상에 솔더입자가 포함된 접착시트를 가접착하는 단계(S200), 상기 접착시트 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 마주보도록 제2기판을 배치하는 단계(S300) 및 상기 접착시트를 가열하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접착하는 단계(S400)를 포함하고, 상기 가열하는 단계에서, 상기 솔더입자가 용융되어 상기 제1 전극 위로 이동하여 상기 제1 전극이 마주보는 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

먼저, 복수 개의 제1 전극이 상부에 위치하는 제1기판 및 복수 개의 제2 전극이 상부에 위치하는 제2기판을 준비한다 (S100)

그 다음에, 상기 제1기판 상에 솔더입자가 포함된 접착시트를 가접착한다(S200).

또한, 상기 접착시트는, 제1환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계(S10), 상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계(S20), 상기 투입된 솔더 입자에 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 제2산화막을 형성하는 단계(S30), 상기 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자, 제2환원제, 및 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계(S40) 및 상기 이방성 도전 접착제를 이용하여 시트를 제조하는 단계(S50)를 포함하는 제조방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하고, 상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두께가 얇은 것을 특징으로 할 수 있다.

먼저, 제1환원제를 통해 솔더 입자의 제1산화막이 완전히 제거된다(S10). 제1산화막 제거를 위해, S10 단계는 산소가 없는 환경에서 수행될 필요가 있다. 예를 들어, 제1용제에 상기 제1환원제와 상기 솔더 입자가 투입되고, 제1용제에 열이 가해질 수 있다. 가해진 열을 받은 상기 제1환원제가 제1산화막을 환원시켜 제거할 수 있다.

상기 제1환원제는 제1산화막과 반응하는 카복실기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1환원제는 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(S20). 제2용제가 제1용제와 다르다면, 제1용제로부터 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자가 취출된 후, 제2용제에 투입된다. 제2용제가 제1용제와 동일하다면, S20 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(S30). 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.

다음, 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자, 제2환원제, 및 접착 수지가 혼합되어, 이방성 도전 접착제가 제조된다(S40). S30 단계에서 제2산화막의 두께가 최적화되었으므로, S40 단계는 산소가 없는 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 불활성 가스 분위기, 진공 분위기 등에서 S40 단계가 수행되는 것이 바람직하다. S40 단계는 다음과 같이 진행될 수 있다.

먼저, 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자와 상기 접착 수지가 혼합되어, 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자가 상기 접착 수지 내에서 균일하게 분산된다(S41). S30 단계에서 적절한 산소 농도의 제2산화막이 형성되었으므로, S30 단계 이후로는 상기 솔더 입자는 응집되지 않는다.

다음, 상기 솔더 입자가 분산된 상기 접착 수지와 상기 제2환원제가 혼합된다(S42). 상기 제2환원제는 제2산화막과 반응하는 카복실기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2환원제는 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.

바람직하게는, 상기 혼합되는 제2환원제의 양은, 상기 솔더 입자 중량 대비, 0 초과 2wt% 미만이다. 전술된 바와 같이, 융착 속도를 높이기 위해 제2환원제는 이방성 도전 접착제에 미량 포함될 필요가 있다. 다만, 제2환원제가 상기 솔더 입자 중량의 2wt% 이상으로 이방성 도전 접착제에 포함되면, 부품 실장 공정에서 상기 제2환원제가 제2산화막과 너무 많이 반응하여 산화잔여물 및 수분이 과도하게 생성될 수 있다. 산화잔여물이나 수분은 증발되면서 이방성 도전 접착제에 보이드를 남길 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 혼합되는 제2환원제의 양은, 상기 솔더 입자 중량 대비, 0.3 내지 1.5wt%이다. 상기 혼합되는 제2환원제의 양이 0 초과 0.3wt% 미만일 때도, 상기 솔더 입자의 융착 시간이 단축되기는 하나 10초 이내가 되기는 쉽지 않다. 상기 혼합되는 제2환원제의 양이 1.5wt%를 초과하면, 제2환원제의 양이 2wt% 이상일 때만큼은 아니나, 보이드 발생 가능성이 여전히 존재한다.

더더욱 바람직하게는, 상기 혼합되는 제2환원제의 양은, 상기 솔더 입자 중량 대비, 0.3 내지 1wt%이다. 상기 혼합되는 제2환원제의 양이 1wt% 이하이면, 보이드 발생 가능성이 완전히 없어진다. 무엇보다도, 상기 혼합되는 제2환원제의 양이 1wt%를 초과한다고 해서, 상기 솔더 입자의 융착 시간이 더 단축되진 않는다.

S42 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.

S10 단계와 S20 단계 사이에, 수분 제거 단계가 있을 수 있다. 제1환원제가 제1산화막을 제거하면, 수분이 생성될 수 있다. 이는 제1환원제의 카복실기가 제1산화막의 산소와 반응할 수 있기 때문이다. 상기 솔더 입자 주변에 수분이 존재하면, S41 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 탈포 될 수 있다.

또한, 상기 제1 산화막의 산소농도 보다 상기 제2 산화막의 산소 농도가 낮은 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2 산화막의 두께는 상기 제1산화막의 두께보다 얇은 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 솔더입자는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 솔더 입자는 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 입자의 크기는 피치 사이즈(제 1전극 사이의 거리 또는 제2전극 사이의 거리)에 따라 달라진다.

상기 이방성 도전 접착제(1)는 상기 솔더 입자와 상기 접착 수지가 혼합된 후, 상기 솔더 입자 및 상기 접착 수지에 상기 제2환원제가 더 혼합되어 제조될 수 있다. 상기 솔더 입자는 상기 접착 수지와 혼합되어, 상기 접착 수지 내에서 균일하게 분산된다. 이는 상기 솔더 입자가 제2산화막에 둘러싸여 있기 때문이다. 제2산화막은 제1산화막 제거 후 형성된 것이다.

그 다음으로, 상기 이방성 도전 접착제를 이용하여 시트를 제조한다(S50)

상기 이방성 도전 접착제를 기판 위에 도포한 후 건조하는 방법으로 시트를 제조할 수 있다.

예를 들어, 상기 기판은 이형 필름을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

따라서, 상기 시트형태로 제조하여 종래의 이방성 도전 접착제를 도포하는 경우 기계적 접촉에 의해 전기가 통하므로 접촉저항이 커져 신뢰성이 낮아지는 문제점을 본 발명의 솔더입자가 포함된 시트는 면 대 면으로 전기가 통하여 접촉저항이 일정하게 유지되어 접촉저항에 의해 신뢰성이 낮아지는 문제점을 해결한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 시트형태로 제조하여 reel type으로 제작되어 가접시 연속공정이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

그 다음에, 상기 접착시트 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 마주보도록 제2기판을 배치한다(S300)

상기 제1기판의 제1전극과 제2기판의 제2전극이 마주보도록 배치하여 상기 제1기판 및 상기 제2 기판 사이에 접착시트를 포함하는 구조를 형성 할 수 있다.

그 다음에, 상기 접착시트를 가열하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접착한다(S400)

또한, 상기 가열하는 단계의 온도는 100℃ 내지 300℃ 인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 가열하는 단계의 온도가 100℃ 미만일 경우 솔더입자의 용융이 일어나지 않고 전기적 연결이 약할 수 있고, 상기 가열하는 단계의 온도가 300℃ 초과할 경우 상기 제1 기판 및 제2 기판에 손상이 올 수 있다.

상기 가열을 통해 접착시트 내에 포함된 솔더입자는 전극 위로 용융되여 이동할 수 있다.

또한, 상기 접착시트 내에 포함되어 있는 수지인 바인더의 점도가 상승하여 제1전극 및 제2 전극이 전기적 연결 및 접합이 될 수 있다.

또한, 상기 배치하는 단계(S300)에서 제1전극 과 상기 제2전극의 위치가 약간의 오차로 어긋나있는 경우 가열 시(S400) 솔더입자가 용융되어 전극위로 이동하는 과정에서 마주보는 위치로 옮겨져 전기적으로 연결 및 접합 될 수 있다.

따라서, 본 발명의 솔더입자가 포함된 시트를 사용하는 경우 정렬의 오차가 발생하더라도 압력을 누르지 않고 가열하는 상태에서 솔더입자가 제1전극 상으로 이동하게 되면서 기둥이 형성되는 힘으로 정렬될 수 있다.

다만, 필요에 따라 상기 가열하는 단계에서 분산된 솔더입자가 전극 위로 용융되어 이동하는 단계에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 압력을 가하는 단계의 압력은 5g이상의 제2기판 무게의 압력인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가접착하는 단계의 온도는 20℃ 내지 120℃인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 가접착하는 단계의 온도가 20℃ 미만일 경우 시트가 상기 기판위에 접합되지 않는 부분이 발생할 수 있고, 상기 가열하는 단계의 온도가 120℃ 초과할 경우 바인더의 경화가 일어날 수 있다.

또한, 상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제에 초음파가 조사되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 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.

제조예 1- 솔더입자

Sn-58Bi솔더 입자(융점 : 140℃, 평균 직경 : 3μm)가 준비되었다. 접착 수지로 열경화성 수지인 비스페놀 A형 에폭시 수지가 준비되었다. 제1환원제로 1,3-Bis(3-carboxypropyl)tetramethyldisiloxane가 준비되었다. 그리고 용제로 톨루엔이 준비되었다.

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

다음, 상기 제1환원제가 용제에 투입되고, 상기 제1환원제 및 상기 솔더 입자가 투입된 용제가 80℃에서 20분 동안 가열되었다. 이에 따라, 제1산화막이 제거되었다. 도 9(a) 및 도 9(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 측정되었다.

다음, 상온의 용제에 40MHz의 초음파가 조사되었다. 초음파 조사 시간을 5 내지 40분까지 변화시켜, 복수 개의 샘플이 제조되었다.

제조예 2- 솔더입자가 분산되어 있는 시트제조

1) 경화성 바인더 및 기타 첨가제를 MEK/Toulene에 넣은 뒤 4시간 교반한다

2) 제조예1로 제조된 3㎛솔더입자 (Sn-58Bi/융점 : 140℃)와 위에 용해된 바인더에 교반하여 혼합한다.

3) 점도 조절을 위해 탈포 처리한 뒤 교반한다

4) 이형필름 위에 60㎛의 균일한 두께로 도포 한뒤 코터에서 최종 두께가 30㎛가 되도록 드라이한다.

제조예 3- 부품 실장 방법

1) 100㎛피치를 가진 복수의 금속 전극 위에 제조예 2로 제조된 솔더입자가 분산되어 있는 시트를 올린 뒤 80℃에서 미소에 압력을 주어 가접했다.

2) 솔더입자가 분산된 시트가 가접 되어 있는 100㎛피치인 복수의 금속 전극 위에 복수의 금속 전극을 올려놓은 뒤 압력을 주어 부착했다.

3) 150℃에서 가열한 후 15초 동안 방치 하여 전기적 연결 및 접합 하였다.

실시예 1 (솔더입자-Sn-58Bi/융점: 140℃, 기판- FPCB 사용)

1) 바인더 제조- 열경화성 수지와 경화제를 당량비율로 용매 안에 넣어 혼합한 뒤 일정온도(80℃)에서 교반한다.

2) 바인더와의 혼합- 솔더입자와 바인더 수지를 혼합하여 솔더입자를 분산시킨 후 이방성 도전 접착제를 제조한다.

3) 상기 이방성 도전 접착제를 이형필름 위에 도포하면서 드라이하여 시트를 제조한다. (코터, 시트형태제조)

4) 제1 기판 상에 상기 시트를 올려놓은 뒤 제2기판을 덮어 열을 하부에 가한 후(150℃) 전기적 신호가 통하는지 확인한다.

실시예 2 (솔더입자-Sn-3.0Ag-0.5Cu/융점: 219℃, 기판- FPCB 사용)

1) 바인더 제조 - 열경화성 수지와 경화제를 당량비율로 용매 안에 넣어 혼합한 뒤 일정온도(80℃)에서 교반한다.

2) 바인더와의 혼합- 솔더입자와 바인더 수지를 혼합하여 솔더입자를 분산시킨 후 이방성 도전 접착제를 제조한다.

3) 상기 이방성 도전 접착제를 이형필름 위에 도포하면서 드라이하여 시트를 제조한다. (코터, 시트형태제조)

4) 제1 기판 상에 상기 시트를 올려놓은 뒤 제2 기판을 덮어 열을 하부에 가한 후(240℃) 전기적 신호가 통하는지 확인한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제어로 솔더 입자가 분산되는 과정을 나타낸 모식도이다.

도 2(a) 내지 도 2(c)를 참조하면, 솔더 입자(6)는 제1산화막(7)에 둘러싸여 있다. 제1산화막(7)은 상기 솔더 입자(6)가 대기와 반응하여 자연적으로 형성된 것이다. 상기 솔더 입자(6)가 제1산화막(7)을 가지는 경우, 전술된 제1문제점 또는 제2문제점이 나타날 수 있다. 따라서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 제1산화막(7)은 완전히 제거된다. 그러나 제1산화막(7)이 완전히 제거되면, 전술된 제3문제점이 나타날 수 있다. 따라서 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 제1산화막(7) 완전 제거 후, 상기 솔더 입자(6)를 둘러싸는 제2산화막(8)이 형성된다. 제2산화막(8)은 제1산화막(7)보다 얇다(산소 농도가 낮다). 제2산화막(8)은 접착 수지 내에서 상기 솔더 입자(6)가 응집되지 않고 균일하게 분산될 수 있게 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접착제에 대한 실장방법을 나타낸 모식도이다.

도 3을 참조하면, 제조예 3의 실장 방법을 나타낸 모식도를 확인할 수 있다.

(a) 시트부착을 통해 제 2 산화막(8)이 형성된 솔더입자(6)가 포함된 접착시트(3)를 제1기판(1) 상에 접착하고

(b) 제2기판 부착을 통해 제2기판(4)을 제1전극(2) 및 제2전극(5)을 마주보도록 배치한다.

(c) 가열을 통해 용융된 솔더입자(9)가 제1 전극(2) 위로 이동하여 제1전극(2) 및 제2전극(5)을 전기적 결합시켜 (d)접합을 완료시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단자의 정렬의 오류가 발생하였을 경우의 이방성 도전 접착제 실장방법을 나타낸 모식도이다.

도 4를 참조하면, 제조예 3의 실장 방법을 나타낸 모식도를 확인할 수 있다.

(a) 시트부착을 통해 제 2 산화막(8)이 형성된 솔더입자(6)가 포함된 접착시트(3)를 제1기판(1) 상에 접착하고

(b) 제2기판 부착을 통해 제2기판(4)을 제1전극(2) 및 제2전극(5)을 마주보도록 배치한다. 하지만 이때에 기판의 제1전극(2) 및 제2전극(5) 사이에 정렬의 오차가 발생하여도 본 발명의 솔더입자(6)를 포함한 시트(3)를 허용하는 경우 정렬의 오차가 발생하더라도 압을 누르지 않고 (c) 가열하는 단계를 통해 용융된 솔더입자(9)가 제 1전극(2)으로 이동하면서 기둥이 형성되는 힘으로 정렬되어 정렬의 문제점을 해결하여 (d)접합을 완료시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제의 도포 및 가열 후 단자의 모습이 나타난 사진 이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제조예3의 (a)가열 전 단계와 (b)가열 후 사진을 통해 종래기술과 같은 열압착 공정의 문제점. 즉 기판이 압에 의해 깨지는 등의 문제점을 해결하기 위해 솔더입자가 포함된 시트를 하층 단자 위에 접착한 후 제2 기판을 덮은 뒤 압을 가하지 않고 가열하는 방법을 사용하여 압에 의해 기판이 손상되는 문제점을 해결하는 본 발명의 효과를 확인한 사진을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 후 전기적으로 연결된 접합체 모습이 나타난 현미경 사진 이다.

도 6을 참조하면, 제조예 3을 통해 실장한 부품의 사진을 확인할 수 있고, 종래기술과 같이 열압착 공정 중 발생되는 대향하는 전극와 전극 사이에 정렬의 오차가 발생하여 불량이 발생하는 반면 솔더입자가 포함된 시트를 사용하는 경우 정렬의 오차가 발생하더라도 압을 누르지 않고 가열하는 상태에서 솔더입자가 전극에 이동하면서 기둥이 형성되는 힘으로 정렬되어 정렬의 문제점을 해결하는 본 발명의 효과를 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 후 전기적으로 연결된 접합체 모습이 나타난 SEM사진 이다.

도 7을 참조하면, 제조예 3을 통해 실장한 부품의 SEM사진을 확인할 수 있고, 종래기술에서는 전극 사이에 압착된 전도성 입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하므로 접촉저항이 커지는데 비하여 솔더입자가 포함된 시트는 면 대 면으로 전기적으로 통하므로 접촉저항이 일정하게 유지되어 접촉저항에 의해 신뢰성이 낮아지는 문제가 해결하는 본 발명의 효과를 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 솔더입자가 포함된 시트를 사용하는 실장 방법을 통해 reel type으로 제작된 시트는 가접시 연속공정이 가능하여 공정시간 단축 효과 또한 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 전극 사이에 압착된 전도성 입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하므로 접촉저항이 커지는 문제를 솔더입자가 포함된 시트를 사용하여 시트가 맞닿은 곳으로 전기가 통하므로 접촉저항이 일정하게 유지되어 접촉저항에 의해 신뢰성이 낮아지는 문제가 해결 될 수 있다.

또한, 종래 열압착 공정 중 발생되는 전극과 전극 사이의 정렬의 오차가 발생하여 불량이 발생하는 반면 솔더입자가 포함된 시트를 사용하는 본 발명의 경우 정렬의 오차가 발생하더라도 압을 누르지 않고 가열하는 상태에서 솔더입자가 전극에 이동하면서 기둥이 형성되는 힘으로 정렬되어 정렬의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 종래기술과 같은 열압착 공정중 기판이 압력에 의해 깨지는 등의 문제점을 해결하기 위해 솔더입자가 포함된 시트를 하층 단자 위에 접착한 후 제2 기판을 덮어 압을 가하지 않고 가열하는 방법을 사용하여 기판이 손상되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명의 솔더입자는 고온 솔더입자 부터 저온 솔더입자까지 적용 가능하므로 적용 프로세스 온도에 따라 솔더입자를 선택하여 적용할 수 있으며, 특히 저온융점을 가진 솔더입자는 낮은 융점의 특성 때문에 일반 솔더에 비해 저온 프로세스가 가능하여 비용절감 및 열 피로 특성 향상과 같은 장점을 제공할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 제1 기판
2: 제1 전극
3: 솔더입자가 포함된 접착시트
4: 제2 기판
5: 제2 전극
6: 솔더입자
7: 제1 산화막
8: 제2산화막
9: 용융된 솔더입자

Claims (6)

1. 복수 개의 제1 전극이 상부에 위치하는 제1기판 및 복수 개의 제2 전극이 상부에 위치하는 제2기판을 준비하는 단계;
   상기 제1기판 상에 솔더입자가 포함된 접착시트를 가접착하는 단계;
   상기 접착시트 상에 상기 제1전극과 상기 제2전극을 마주보도록 제2기판을 배치하는 단계; 및
   상기 접착시트를 가열하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접착하는 단계를 포함하고,
   상기 가열하는 단계에서, 상기 솔더입자가 용융되어 상기 제1 전극 위로 이동하여 상기 제1 전극이 마주보는 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하고,
   상기 접착시트는,
   제1환원제로 솔더 입자의 제1산화막을 제거하는 단계;
   상기 제1산화막이 제거된 상기 솔더 입자를 용제에 투입하는 단계;
   상기 투입된 솔더 입자에 상기 제1산화막보다 산소 농도가 낮은 제2산화막을 형성하는 단계;
   상기 제2산화막이 형성된 상기 솔더 입자, 제2환원제, 및 접착 수지를 혼합하여, 이방성 도전 접착제를 제조하는 단계; 및
   상기 이방성 도전 접착제를 이용하여 시트를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하고,
   상기 제2산화막은 상기 제1산화막보다 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 부품 실장 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 솔더입자는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가접착하는 단계의 온도는 20℃ 내지 120℃인 것을 특징으로 하는 부품 실장 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2산화막을 형성하는 단계에서, 상기 제2산화막이 형성되도록, 상기 솔더 입자가 투입된 상기 용제에 초음파가 조사되는 것을 특징으로 하는 부품 실장 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가열하는 단계의 온도는 100℃ 내지 300℃ 인 것을 특징으로 하는 부품 실장 방법.
   

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