KR102311179B1 - 솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법 - Google Patents

솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법 Download PDF

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Abstract

솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법을 개시한다. 일실시예에 따른 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제는 열산발생제, 솔더 입자 및 폴리머 수지를 포함할 수 있다.

Description

솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법{ANISOTROPIC CONDUCTIVE ADHESIVES WITH SOLDER CONDUCTIVE PARTICLES AND FLUX ADDITIVES FOR A THERMO-COMPRESSION BONDING AND ELECTRICAL INTERCONNECTION METHOD OF ELECTRICAL COMPONENT USING THE SAME}
아래의 설명은 솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법에 관한 것이다.
디지털 네트워크 정보사회의 급속한 진전에 따라 모바일 정보단말에서 고성능ㆍ다기능화(융합화, 복합화), 소형화, 경량화 그리고 정보처리속도의 가속화 등의 기능이 요구되고 있다. 특히 전자기기의 소형화에 따른 제조기술의 변화 요구에 대응하는 소형화 기술 선택은 상당히 중요한 요소로 부각되고 있으며, 비즈니스의 중요한 변수로 각광받고 있다.
이처럼 소형화가 중시됨에 따라 전자기기 안의 부품들 간의 전기적 연결은 기존의 부피 자체가 크고 전극간의 간격도 넓은 소켓 타입 커넥터(socket type connector)를 대신하여, 패키지 사이즈와 전극 사이 간격을 줄일 수 있는 전기적 접속 재료인 이방성 전도 접착제(Anisotropic Conductive Adhesives, ACAs)가 사용된다. ACAs는 미세 전도성 입자와 열경화성 수지로 구성되어 있고, 전자부품 간의 접속 과정은 ACAs를 두 기판 사이에 두고 열과 압력을 가하면, 전극 사이로 레진(resin)이 빠져나가고 전도성 입자들이 전극 사이에 캡쳐(capture)되게 된다. 이때 딱딱해진 레진은 두 기판 사이에서 기계적 접합을, 캡쳐된 전도성 입자들은 두 기판 사이에서 전기적 접속을 가능하게 한다. 현재 많이 사용되는 전도성 입자로는 니켈 볼(Ni ball)과 같은 금속 볼, 또는 니켈이나 금이 도금되어 있는 폴리머 볼이 있다.
이러한 금속 입자들은 전극 사이에서 물리적 접합을 이루게 된다. 하지만 ACAs의 사용이 증가됨에 따라, 보다 고신뢰성을 갖는 ACAs 접합에 대한 요구가 존재해 왔다. 이러한 요구에 맞춰 기존 금속 입자들을 솔더 입자(solder particle)로 대체하고, 솔더 습윤(solder wetting)을 방해하는 솔더 산화물(solder oxide)을 초음파 본딩으로 제거함으로써 솔더와 전극 사이에 금속합금에 의한 접합을 가능하게 하였다. 이러한 접합은 기존에 물리적 접합을 금속합금 접합으로 바꾸면서, 고신뢰성 및 높은 안전 전류(current carrying)를 보여줄 뿐 아니라, 솔더 멜팅(solder melting)을 통해 기판 평탄도에도 민감하지 않는 장점이 있다.
하지만 초음파 본딩은 초음파 진동에 의해 기판에 손상을 줄 수 있으며, 초음파 발생장비에 대한 높은 비용의 문제가 존재한다.
[선행기술문헌]
한국공개특허 제10-2018-0020520호
솔더 도전 입자와 플럭스 첨가제를 함유하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제 및 이를 이용한 전자부품 간 접속방법을 제공한다.
열산발생제, 솔더 입자 및 폴리머 수지를 포함하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 제공한다.
일측에 따르면, 상기 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용하여 전자기기의 내부 부품간의 전기적 연결을 위한 열압착 과정에서 상기 열산발생제에서 발생되는 산(acid)이 상기 솔더 입자에 생성되는 솔더 산화물을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용하여 전자기기의 내부 부품들간의 전기적 연결을 위한 열압착 과정에서 상기 솔더 산화물이 제거된 솔더 입자가 상기 부품들의 전극들 사이에서 금속합금 접합을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 열산발생제는 상기 열산발생제는 트라이플루오로메탄설폰산 (Trifluoromethanesulfonic acid, CF3SO3H), 디노닐나프탈렌디설폰산 (Dinonylnaphthalene disulfonic acid, C28H44O6S2), 디노닐나프탈렌설폰산 (Dinonylnaphthalene sulfonic acid, C28H44O3S), p-톨루엔설폰산 (p-Toluenesulfonic acid, C7H8O3S), 도데실벤젠술폰산 (Dodecylbenzenesulfonic acid, C18H30O3S), 헥사플루오로안티몬산 (hexafluoroantimonate, SbF6), 퍼플루오로부탄술폰산 (Perfluorobutanesulfonic acid, C4HF9O3S), 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (bis (Trifluoromethanesulfonyl) imide, C2F6NO4S2), 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 (Tetrakis (pentafluorophenyl) borate, C24BF20) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 열산발생제의 활성 온도는 60 ℃ 이상 240 ℃ 미만인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 솔더 입자는 Sn, Sn3Ag0.5Cu (SAC305), Sn0.4Ag57.6Bi, Sn58Bi 및 Sn52In 중 적어도 하나의 Sn 엘리먼트를 함유한 입자를 포함하거나 또는 상기 적어도 하나의 Sn 엘리먼트로 코팅된 입자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 솔더 입자의 직경은 20μm 미만인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 솔더 입자의 용해점은 60 ℃ 이상 240 ℃ 미만인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 폴리머 수지는 고상 혹은 액상의 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 폴리머 수지는 아크릴 수지(acrylic resin), 양이온 에폭시 수지(cation epoxy resin) 및 이미다졸 에폭시 수지(imidazole epoxy resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
열산발생제 및 솔더 입자가 믹싱된 폴리머 용액을 콤마롤(Comma Roll) 를 통해 코팅하여 액상의 폴리머 층을 형성하는 단계; 상기 액상의 폴리머 층을 건조시켜, 고체의 폴리머 층을 포함하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 제조하는 단계; 및 전기적 연결을 위한 전자기기의 내부 부품들 사이에 상기 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 배치하여 열압착하는 단계를 포함하는 전자부품 간 접속방법을 제공한다.
열산발생제(flux activator)를 첨가한 새로운 솔더 볼을 함유한 이방성 전도 접착제를 통해 우수한 전기 접속 성능, 우수한 신뢰성을 요구하는 차세대 전자기기의 전기 접속재료와 접속방법을 제공할 수 있다.
기존의 초음파 접합방식과 비교하여 진동에 의한 손상을 없앨 수 있고, 초음파 발생장비가 필요 없어서 비용 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 열상발생제(flux activator)를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제(solder ACAs)의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 상온과 고온에서의 열산발생제의 속성의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 상온과 고온에서의 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 열산발생제를 첨가하지 않은 솔더 이방성 전도 접착제를 이용한 솔더 조인트 형상의 예를 도시한 이미지이다.
도 5는 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제를 이용한 솔더 조인트 형상의 예를 도시한 이미지이다.
도 6은 기존의 이방성 전도 접착제의 신뢰성과 본 발명의 일실시예에 따른 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제의 신뢰성에 대한 실험 비교 결과의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 활성제의 활성 반응을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 활성제의 활성 온도를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 볼을 도시한 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 Sn52In 솔더의 용해점을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서, 세 가지 종류의 폴리머 수지들에 대한 DSC 결과를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 있어서, 세 가지 종류의 폴리머 수지들에 대한 점성 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서, 세 가지 종류의 폴리머 수지들에 대한 열팽창 특성들을 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 있어서, 프레셔 쿠커 테스트에 사용되는 테스트 수단의 사양과 이미지를 도시한 표이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 열압착 본딩 공정을 도식화한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 있어서, 열압착 본딩 이후의 ACFs 폴리머 레진의 FTIR 스캔 공정을 도시한 도면이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 일실시예에 있어서, 아크릴 수지, 양이온 에폭시 수지 및 이미다졸 에폭시 수지의 FTIR 결과를 도시한 그래프들이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 있어서, 4 포인트 켈빈 방법에 의해 단일 ACFs의 전기적 접촉 저항을 측정하는 예를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 있어서, 동적 벤딩 테스트에 사용되는 테스트 수단의 사양과 이미지를 도시한 표이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 있어서, 동적 벤딩 테스트의 예를 도시한 이미지이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용한 전자부품 간 접속방법의 예를 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들이 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 열상발생제(flux activator)를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제(solder ACAs)의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 전도 접착제(100)의 개괄적인 모습을 나타내고 있다. 이러한 이방성 전도 접착제(100)는 솔더(solder, 110)뿐만 아니라, 솔더 산화물(solder oxide)의 제거를 위한 열산발생제(Flux activator, 120)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 상온과 고온에서의 열산발생제의 속성의 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 상온과 고온에서의 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1을 통해 설명한 열산발생제(Flux activator, 120)는 상온(Room temperature)에서는 중성을 띄고 있으나, 고온(High Temperature)에서는 산(Acid, 210)과 부산물(By-product, 220)을 생성할 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 상온에서 중성을 띄고 있는 열산발생제(120)는 이방성 전도 접착제(110)의 에폭시에 영향을 주지 않지만, 고온에서는 열산발생제(120)가 발생시키는 산(210)이 플럭스 기능을 하여 솔더(110)의 산화물들을 제거함으로써, 이방성 전도 접착제(110)를 이용한 열압착 본딩 과정에서 솔더(110)들이 금속합금 접합을 도울 수 있다.
열산발생제(120)는 트라이플루오로메탄설폰산 (Trifluoromethanesulfonic acid, CF3SO3H), 디노닐나프탈렌디설폰산 (Dinonylnaphthalene disulfonic acid, C28H44O6S2), 디노닐나프탈렌설폰산 (Dinonylnaphthalene sulfonic acid, C28H44O3S), p-톨루엔설폰산 (p-Toluenesulfonic acid, C7H8O3S), 도데실벤젠술폰산 (Dodecylbenzenesulfonic acid, C18H30O3S), 헥사플루오로안티몬산 (hexafluoroantimonate, SbF6), 퍼플루오로부탄술폰산 (Perfluorobutanesulfonic acid, C4HF9O3S), 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 (bis (Trifluoromethanesulfonyl) imide, C2F6NO4S2), 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 (Tetrakis (pentafluorophenyl) borate, C24BF20) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 열산발생제의 활성 온도는 60 ℃ 이상 240 ℃ 미만일 수 있다.
한편, 솔더(110)는 Sn, Sn3Ag0.5Cu (SAC305), Sn0.4Ag57.6Bi, Sn58Bi 및 Sn52In 중 적어도 하나의 Sn 엘리먼트를 함유한 입자를 포함하거나 또는 상기 적어도 하나의 Sn 엘리먼트로 코팅된 입자를 포함할 수 있다. 이 경우, 솔더(110)의 직경은 20μm 미만일 수 있다. 이러한 솔더(110)의 용해점은 60 ℃ 이상 240 ℃ 미만일 수 있으며, 인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 솔더 이방성 전도 접착제의 제작을 위해 사용되는 폴리머 수지는 고상 혹은 액상의 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리머 수지는 아크릴 수지(acrylic resin), 양이온 에폭시 수지(cation epoxy resin) 및 이미다졸 에폭시 수지(imidazole epoxy resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 열산발생제를 첨가하지 않은 솔더 이방성 전도 접착제를 이용한 솔더 조인트 형상의 예를 도시한 이미지이고, 도 5는 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제를 이용한 솔더 조인트 형상의 예를 도시한 이미지이다. 도 4의 이미지(400)에서는 열산발생제를 첨가하지 않은 솔더 이방성 전도 접착제의 열압착 본딩 과정을 통해 솔더가 패드들 사이에서 단순히 물리적인 접촉(physical contact)을 이루지만, 도 5의 이미지(500)에서는 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제의 열압착 본딩 과정에서 열산발생제로부터 생성된 산이 솔더 산화물을 제거함으로써, 솔더가 금속합금 접합(metallurgical joint)을 이룸을 알 수 있다.
도 6은 기존의 이방성 전도 접착제의 신뢰성과 본 발명의 일실시예에 따른 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제의 신뢰성에 대한 실험 비교 결과의 예를 도시한 도면이다. 도 6은 금(Au)과 니켈(Ni)이 도금된 폴리머 볼을 포함하는 기존의 이방성 전도 접착제와 열산발생제를 첨가한 솔더 이방성 전도 접착제의 접합 이미지들과 프레셔 쿠커 테스트(pressure cooker test) 결과를 나타내고 있다. 프레셔 쿠커 테스트 결과는 본 발명의 일실시예에 따른 열산발생제와 Sn52In 솔더를 첨가한 이방성 전도 접착제를 이용하여 형성된 금속합금 접합이 72시간 후에도 매우 안정적인 전기적 저항을 유지할 수 있음을 나타내고 있다.
이하에서는 보다 구체적인 실시예들을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 이방성 전도 접착제는 전도성 솔더 입자, 폴리머 수지 및 열산발생제로서 플럭스 활성제를 포함하는 이방성 전도 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)의 형태로 구현될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 열산발생제는 열압축 본딩 공정 중 솔더 습윤을 위해, 생성된 산에 의해 솔더 입자의 솔더 산화물을 제거할 수 있다.
이하의 실시예에서는 ACF 결합 온도를 130 ℃ 미만으로 줄이기 위해, 솔더 ACF에서 전도성 솔더 입자(Tm=118°C)를 사용하였다. 새로운 Sn52In 솔더 ACF는 콤마-롤(comma-roll) 필름 도포기를 사용하여 제작되었으며 금(Au) 코팅 PZT(PbZrTiO3)와 플렉시블 인쇄회로(Flexible Printed Circuit, FPC)를 상호 연결하는 데 사용되었다. Sn52In 솔더 ACF를 이용한 PZT와 FPC간의 상호연결이 양호한 솔더 접합부와 신뢰할 수 있는 전기 저항 형성함을 성공적으로 입증할 수 있었다. EDS(Energy Dispersive Spectrometer) 라인 스캔 분석에 따르면 PZT 및 FPC 인터페이스에 금(Au)-인듐(In)과 니켈(Ni)-주석(Sn)간 금속성 화합물(IMC)이 존재하여 탁월한 솔더 습윤이 확인되었다. Sn52In 솔더 ACF 조인트는 프레셔 쿠커 테스트 중 우수한 금속 접합(상대 습도 100%, 121 ℃에서 2 atm)을 보였으며, 동적 벤딩 신뢰성 테스트(최소 벤딩 반지름 7 mm)로 인한 개방 회로 고장이 나타나지 않았다. 따라서 Sn52In 솔더 ACF 본딩은 전자기기 안의 부품들 간의 전기적 연결을 위한 뛰어난 금속 상호접속을 제공할 수 있다.
A. Sn52In 솔더 ACF 재료
Sn52In 솔더 ACF를 가공하기 위해 플럭스 활성제, Sn52In 솔더 입자, 경화제를 사용한 폴리머 수지가 준비되었다. 플럭스 활성제는 열산발생제의 일종으로, 도 7과 같은 활성 반응을 보이는 3중산(CF3SO3H)을 생성하여 활용할 수 있다. 본 실시예에서 사용된 플럭스 활성제의 활성화 온도는 도 8에 나타난 바와 같이 약 125 ℃이었다. Sn52In 솔더 입자는 Indium 사에서 공급되었다. Sn52In 솔더 볼(ball)의 직경은 도 9와 같이 20μm 미만이었다. Sn52In 솔더의 용해점은 도 10과 같이 약 118 ℃이었다. 이러한 Sn52In 솔더 ACF의 기본 재료들은 함께 혼합되었다. 마지막으로, Sn52In 솔더 ACF 필름은 콤마-롤 필름 도포기를 사용하여 제작되었다. 막 두께는 약 30μm 였다. Sn52In 솔더 ACF에 가장 적합한 폴리머 수지를 알아내기 위해 Sn52In 솔더 ACF의 접착 매트릭스로 세 가지 종류의 폴리머 수지(아크릴 수지(acrylic resin), 양이온 에폭시 수지(cation epoxy resin) 및 이미다졸 에폭시 수지(imidazole epoxy resin))를 개별적으로 테스트했다. 세 가지 종류의 폴리머 수지에 대해 도 11 및 도 12와 같이 DSC(Differential Scanning Calorimetry)와 유동계를 사용하여 DSC 결과와 점성 결과를 측정하였으며, 폴리머 수지의 열역학적 특성도 TMA(Thermo-Mechanical Analyzer)에 의해 측정되었다. 도 13과 아래 표 1은 다양한 폴리머 수지의 열역학적 특성과 수분 흡수율을 보여준다.
Figure 112020020461425-pat00001
또한 신뢰성 성능 측면에서 Sn52In 솔더 ACF와 기존 ACF를 비교하기 위해 10μm 금(Au)/니켈(Ni) 코팅 폴리머 볼(ball) ACF와 8μm 니켈(Ni) ACF도 제작되었다. 아래 표 2는 제작된 ACF의 사양을 요약하였다.
Figure 112020020461425-pat00002
B. Sn52In 솔더 ACF의 특성
Sn52In 솔더 ACF의 신뢰도를 평가하기 위해 1 mm Х 20 mm 크기의 금(Au) 코팅 더미 규소(Si) 칩을 준비하여 금(Au) 코팅 PZT 세라믹을 모방하였다. 그리고 프레셔 쿠커 테스트 전후 4 포인트 켈빈 구조(4 point kelvin structure)로 단일 ACF 조인트의 전기 접촉 저항을 측정하기 위해 500μm 피치 FPC를 준비했다. 도 14는 프레셔 쿠커 테스트에 사용되는 테스트 수단의 사양과 이미지를 나타낸다. 또한, 도 15와 같이 ACF는 롤 라미네이터(roll laminator)에 의해 Au 코팅 더미 Si 칩에 적층되었고 열압착 본딩 중 하단에 배치되었다. 그리고 130 ℃ 이하의 PZT 온도를 보장하기 위해 FPC를 상단에 배치했다. ACF 열압착 본딩 조건은 130 ℃에서 2 MPa의 압력으로 30초 동안 최적화되었다. 폴리머 수지의 경화 정도는 ACF 조인트의 신뢰성에 영향을 미치며 일반적으로 열압착 본딩 후 최소 80%가 필요하다. 세 종류의 폴리머 수진의 경화 정도는 도 16과 같은 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) 분광기를 사용하여 아래 수학식 1과 같이 계산되었다.
Figure 112020020461425-pat00003
여기서 γ(IR, 에폭시), A(910,0), A(910,t) 및 A(910, γ)는 에폭시 수지 경화 정도, 열압착 본딩 전 스트레칭 C-O 흡수도 피크, 열압착 본딩 후, 150 ℃에서 3시간 동안 완전 경화에 해당할 수 있으며, δ(IR, acrylic), A(810,0), A(810,t), A(810, δ)은 아크릴 수지 경화 정도, 열압착 본딩 전 아크릴 수지의 스트레칭 C=C 흡수도 피크, 열압착 본딩 후, 150 ℃에서 3시간 동안 완전 경화에 해당할 수 있다. 도 17 내지 도 19의 그래프들에 나타난 바와 같이, 130 ℃에서 30초간 열압착 본딩 후, 경화 정도는 아크릴 수지 100%, 양이온 에폭시 수지 80.5%, 이미다졸 에폭시 수지 98.5% 등이었다. 양이온 에폭시 수지의 완전한 경화는 DSC 측정 30초 동안 130 ℃에서 등온으로 다시 확인되었다.
열압착 본딩된 샘플의 ACF 조인트 형태론은 단면 SEM 사진에 의해 얻어졌다. 동시에 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)를 사용하여 원소 분석을 수행했다. 하나의 ACF 조인트의 전기 접촉 저항은 도 20과 같이 4 포인트 켈빈 방법을 사용하여 측정했다.
프레셔 쿠커 테스트(100% 상대 습도, 121 ℃에서 2 atm)가 수행되었으며, ACF 조인트의 전기적 연속성이 최대 72시간까지 매 24시간마다 관찰되었다. 또한, 7 mm 벤딩 반지름에서 동적 벤딩 테스트 동안 ACF 조인트의 시투 데이지(situ daisy) 체인 전기 저항을 측정하기 위해 4.5 mm Х 6 mm 및 500 μm 피치 FPC 크기의 또 다른 Au 코팅 더미 Si 칩도 준비되었다. 아래 도 21은 동적 벤딩 테스트에 사용되는 테스트 수단의 사양과 이미지를 보여준다. FPC의 처음 두 전극은 본딩 후 다이싱(dicing) 라인을 식별하기 위해 훨씬 더 길게 만들어졌다.
열압착 본딩 후, 다이싱 프로세스가 적용되어 개별 배열을 만들었다. 그 후, FPC의 기본 재료인 폴리이미드의 일정한 벤딩을 유도하기 위해 PET(PolyEthylene Terephthalate) 지지층 중앙에 부착되었다. PET의 치수는 40 mmХ60 mmХ110 μm이다.
도 22와 같이 디지털 멀티미터를 연결하기 위해 구리(Cu) 와이어를 납땜하여 실시간 전기 저항 변화를 모니터링하였다. 그리고, 벤딩 샘플을 두 개의 블록 위에 놓았다. 오른쪽은 고정되고, 왼쪽은 좌우 방향으로 미끄러지며 1초마다 벤딩 반경 19mm에서 7mm로 구부러짐으로써 샘플을 볼록하게 만들었다. 이 방법을 사용하여 동적 벤딩 테스트 중에 안정된 벤딩 곡률을 얻을 수 있다.
그리고 동적 벤딩 테스트 중 ACF 상호연결 영역의 국부적 변형을 조사하기 위해 디지털 이미지 상관관계(DIC) 방법을 사용했다. DIC 소프트웨어는 평평하고 구부러진(R=7 mm) 상태의 ACF 조인트의 단면 SEM 사진을 오버랩하여 변형량을 정량화하기 위해 사용되었다. DIC 샘플은 벤딩 샘플을 몰딩없이 폴리싱 후, 시료 표면에 0.25μm 실리카 입자 용액을 분사하여 제조하였다. 변형량 정량화는 ACF 조인트에 무작위로 분산시킨 실리카 입자의 평평한 상태샘플의 실리카 위치를 기준점으로 구부러진 샘플의 실리카 입자의 위치추적을 통해 기계적 응력에 의해 가해지는 변형을 분석 한다. 샘플의 SEM 사진은 평평하고 구부러진 상태(R= 7 mm)에서 촬영되었다. ACF 조인트에 유도된 본 미제스(Von Mises) 변형의 평균값은 정량화되었다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용한 전자부품 간 접속방법의 예를 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 전자부품 간 접속방법은 열산발생제 및 솔더 입자가 믹싱된 폴리머 용액을 콤마롤(Comma Roll)을 통해 코팅하여 액상의 폴리머 층을 형성하는 단계(2310), 액상의 폴리머 층을 건조시켜, 고체의 폴리머 층을 포함하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 제조하는 단계(2320) 및 전기적 연결을 위한 전자기기의 내부 부품들 사이에 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 배치하여 열압착하는 단계(2330)를 포함할 수 있다.
한편, 열산발생제의 활성 온도와 솔더 입자의 용해점을 모두 특정 온도 미만을 갖도록 함으로써, 이방성 전도성 접착제를 이용한 열압착 공정의 온도를 줄일 수 있다. 예를 들어, 활성 온도가 130 ℃ 미만인 열산발생제와 용해점이 130 ℃ 미만인 솔더 입자를 활용하는 경우, 이방성 전도성 접착제를 이용한 열압착 공정의 온도를 130 ℃ 미만으로 줄일 수 있다.
이때, 전기적 연결을 위한 전자기기의 내부 부품들 사이에 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 배치하여 열압착을 진행하면, 열산발생제에서 발생되는 산(acid)이 솔더 입자에 생성되는 솔더 산화물을 제거할 수 있으며, 솔더 산화물이 제거된 솔더 입자가 상기 부품들의 전극들 사이에서 금속합금 접합을 형성할 수 있다. 또한, 이방성 전도성 접착제를 이용한 열압착 공정의 온도를 낮춤에 따라 전가기기의 내부 부품들에 가해지는 영향을 줄일 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 열산발생제, 솔더 입자 및 폴리머 수지
    를 포함하고,
    상기 솔더 입자는 Sn52In를 포함하고,
    열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용하여 전자기기의 내부 부품들간의 전기적 연결을 위한 열압착 과정에서 상기 열산발생제에서 발생되는 3중산(CF3SO3H)이 상기 솔더 입자에 생성되는 솔더 산화물을 제거하는 것
    을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용하여 전자기기의 내부 부품들간의 전기적 연결을 위한 열압착 과정에서 상기 솔더 산화물이 제거된 솔더 입자가 상기 부품들의 전극들 사이에서 금속합금 접합을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열산발생제의 활성 온도는 60 ℃ 이상 240 ℃ 미만인 것
    을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 입자의 직경은 20μm 미만인 것
    을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 입자의 용해점은 60℃ 이상 240 ℃ 미만인 것
    을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 수지는 고상 혹은 액상의 열경화성 수지를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 수지는 아크릴 수지(acrylic resin), 양이온 에폭시 수지(cation epoxy resin) 및 이미다졸 에폭시 수지(imidazole epoxy resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제.
  11. 열산발생제 및 솔더 입자가 믹싱된 폴리머 용액을 콤마롤(Comma Roll)을 통해 코팅하여 액상의 폴리머 층을 형성하는 단계;
    상기 액상의 폴리머 층을 건조시켜, 고체의 폴리머 층을 포함하는 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 제조하는 단계; 및
    전기적 연결을 위한 전자기기의 내부 부품들 사이에 상기 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 배치하여 열압착하는 단계
    를 포함하고,
    상기 솔더 입자는 Sn52In를 포함하고,
    상기 열압착하는 단계에서,
    상기 열압착 접합용 이방성 전도성 접착제를 이용하여 전자기기의 내부 부품들간의 전기적 연결을 위한 열압착 과정을 통해 상기 열산발생제에서 발생되는 3중산(CF3SO3H)이 상기 솔더 입자에 생성되는 솔더 산화물을 제거하는 것
    을 특징으로 하는 전자부품 간 접속방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 열압착하는 단계에서,
    상기 솔더 산화물이 제거된 솔더 입자가 상기 부품들의 전극들 사이에서 금속합금 접합을 형성하는 것
    을 특징으로 하는 전자부품 간 접속방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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