KR102354906B1 - 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지를 포함하는 이방성 도전 접착제, 이를 이용한 솔더범프의 형성 방법 및 접합구조체의 제조방법 - Google Patents
열가소성 수지인 폴리우레탄 수지를 포함하는 이방성 도전 접착제, 이를 이용한 솔더범프의 형성 방법 및 접합구조체의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 내에 분산된 상태로 위치하는 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제에 관한 것으로, 상기 이방성 도전 접착제는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지를 포함하는 바, 솔더 입자 표면의 금속산화물 제거를 위해 사용되는 환원제 및 첨가제와의 반응에 의한 수지의 네트워크형성 없어 솔더 범프 형성 및 접합구조체 제조 시 전극패턴 위 자가조직화에 유리하고, 대기 중에서 공정이 가능하며, 상기 자기 조직화 공정 수행 후, 잔류하는 잔사를 제거하는 것이 용이하다.
Description
본 발명은 이방성 도전 접착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지를 접착 수지로 이용한 이방성 도전 접착제 및 상기 접착제를 이용한 솔더 범프의 형성방법 및 접합구조체의 제조방법에 관한 것이다.
21세기에 들어서면서 정보통신기기의 진보에 따라 반도체 패키지의 고집적화, 고성능화, 저비용화, 소형화가 가속화되고 있다. 또한, 최근 차세대 디스플레이로 주목 받고 있는 플렉서블 디스플레이는 우수한 굴곡성을 가져 접거나 말 수 있는 특징을 가지고 있어 장착될 마이크로 부품의 안정적인 전기적/기계적 특성과 고집적화에 대한 연구가 급속히 진행되고 있다.
이러한 요구에 발 맞추어 BGA(ball grid array), CSP(chip scale package), FC(flip chip), 3-D package등과 같은 고밀도 전자 패키징 기술 개발이 활발히 진행되고 있고, 이러한 전자 패키징 기술 중, 접합 기술에 있어, 이방성 도전 접착제(anisotropic conductive adhesives; ACAs)를 이용한 접합 방법은 공정의 저온화, 프로세스의 간이화 등의 큰 장점들을 가지고 있다.
상기 이방성 도전 접착제는 고분자 바인더에 금속 분말이나 도전성 폴리머 분말을 혼합하여 금속의 전기적, 자기적, 광학적 특성과 함께 고분자의 기계적 특성 및 가공성을 동시에 가지는 물질로 디스플레이 Panel Glass, Flexible PCB에의 구동 IC 등을 접속하는데 필수적으로 사용되는 핵심소재에 해당된다.
최근에는 상기 이방성 도전 접착제를 이용한 접합부의 전기적, 기계적 특성 등을 향상시키고자 다양한 종류와 형태의 도전 입자 및 접속 프로세스에 대한 연구 및 개발이 가속화 되고 있다.
상용화 된 이방성 도전 접착제들은 접착 수지로 열경화성 수지를 사용한다. 상기 열경화성 수지를 사용하는 도전 접착제의 경우, 가열 시 상기 열경화성 수지의 네트워크가 형성되어, 솔더 입자가 유동되지 않아 전극 위 또는 전극 사이에의 집적이 일어나기 어렵고, 만일 전극으로의 집적이 일어나도, 접착 수지의 제거 공정이 어려운 문제가 있었다.
따라서, 이방성 도전 접착제의 접착 수지로서 새로운 소재를 포함하는 이방성 도전 접착제에 대한 연구 및 개발이 필요한 실정이다.
상기의 기술적 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명의 일 기술적 과제는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 내에 분산된 상태로 위치하는 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 상기 이방성 도전 접착제를 이용한 솔더 범프의 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 과제는 상기 형성방법으로 형성된 솔더 범프를 이용한 접합구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 과제는 상기 이방성 도전 접착제를 이용한 접합구조체의 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 양태는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 내에 분산된 상태로 위치하는 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 폴리우레탄 수지는 평균 분자량이 20,000 내지 150,000일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 솔더 입자는 자연 산화막보다 얇은 두께의 제 2 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 솔더 입자는 Sn, Ag, Cu, Bi, In 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 솔더 입자는 상기 폴리우레탄 수지 100 질량부에 대하여 20 질량부 내지 400 질량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이방성 도전 접착제는 환원제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 패턴전극을 포함하는 기판의 패턴전극이 형성된 면에 상기 접착제를 위치시켜 가접합체를 형성하는 단계; 상기 접착제에 포함된 솔더 입자의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 용융된 솔더 입자가 상기 패턴전극상에 자기 조직화되어 솔더 범프를 형성하는 단계; 를 포함하는 솔더 범프의 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열하는 단계는, 가압하는 공정을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 솔더 범프를 형성하는 단계 이후, 상기 접착제에 포함된 폴리우레탄 수지 및 잔류솔더를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 제 1 패턴전극상에 상기 솔더 범프가 형성된 제 1 기판을 준비하는 단계; 상기 제 1 기판의 솔더 범프가 형성된 면과 마주보는 면에 제 2 기판 또는 마이크로소자를 배치하는 단계; 상기 솔더 범프에 포함된 솔더 입자의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 솔더 입자가 상기 제 1 패턴전극 및 제 2 패턴전극 사이의 공간 또는 제 1 패턴전극 및 마이크로소자 사이의 공간에서 자기 조직화되어 접합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 접합구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열하는 단계는, 가압하는 공정을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 기판을 준비하는 단계; 및 제 2 기판 또는 마이크로소자를 배치시키는 단계 사이에, 상기 솔더 범프가 형성된 제 1 기판의 솔더 범프가 형성된 면에 비전도성 접착제를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 접합부를 형성하는 단계 이후에, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 또는 제 1 기판 및 마이크로소자 사이에서 상기 접합부를 제외한 공간에 언더필 재료를 충진하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 제 1 패턴전극을 포함하는 제 1 기판의 제 1 패턴전극이 형성된 면에 상기 접착제를 위치시켜 가접합체를 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 가접합체가 형성된 면에 제 2 기판 또는 마이크로소자를 배치하는 단계; 상기 접착제에 포함된 솔더 입자의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 솔더 입자가 상기 제 1 패턴전극 및 제 2 패턴전극 사이의 공간 또는 제 1 패턴전극 및 마이크로소자 사이의 공간에서 자기 조직화되어 접합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 접합구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열하는 단계는, 가압하는 공정을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 이방성 도전 접착제는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지를 포함하는 바, 솔더 입자 표면의 금속산화물 제거를 위해 사용되는 환원제 및 첨가제와의 반응에 의한 수지의 네트워크형성 없어 솔더 범프 형성 및 접합구조체 제조 시 전극패턴 위 자가조직화에 유리하고, 대기 중에서 공정이 가능하며, 상기 자기 조직화 공정 수행 후, 잔류하는 잔사를 제거하는 것이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 이방성 도전 접착제를 이용하여 제조된 솔더 범프가 형성된 기판은 재 접합공정을 통하여 접합구조체를 형성할 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 일 실시예의 솔더 입자를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 솔더 범프의 형성방법의 흐름도이다.
도 3은 상기 도 2의 솔더 범프의 형성방법의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 접합구조체를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 상기 도 4의 접합구조체를 제조하는 방법의 모식도이다..
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 접합구조체를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 상기 도 7의 접합구조체를 제조하는 방법의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 솔더 범프의 형성방법의 흐름도이다.
도 3은 상기 도 2의 솔더 범프의 형성방법의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 접합구조체를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 상기 도 4의 접합구조체를 제조하는 방법의 모식도이다..
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 접합구조체를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 상기 도 7의 접합구조체를 제조하는 방법의 모식도이다.
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.
본 발명의 일 양태는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 내에 분산된 상태로 위치하는 솔더 입자를 포함하는 이방성 도전 접착제를 제공한다.
본 명세서에서 이방성 도전 접착제(anistropic conductive adhesives; ACAs)는 고분자 바인더에 금속 분말이나 도전성 폴리머 분말 등을 혼합해 금속의 전기적, 자기적, 광학적 특성과 함께 고분자의 기계적 특성 및 가공성을 동시에 가지는 물질로 디스플레이 패널 글래스나 플렉서블 PCB에의 구동 IC 또는 패키지등을 접합하는데 필수적으로 사용되는 핵심소재이다.
상기 이방성 도전 접착제는 전류가 오직 한 방향으로만 흐를 수 있는 특성을 가지고 있으며, 접착 수지 및 도전성 솔더 입자를 기본적인 구성으로 하고, 상기 접착 수지에 분산된 도전성 솔더 입자의 자기 조직화 공정에 이용될 수 있다.
본 명세서에서 상기 도전성 솔더 입자의 자기 조직화 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
상기 이방성 도전 접착제가 패턴전극을 포함하는 기판의 패턴전극면에 위치하고, 열 또는 열과 압력이 인가 되면, 상기 솔더 입자가 용융되고 상기 접착 수지 내에서 자가이동 및 자가용착되어 상기 패턴전극상에 위치하게 되고, 후술하는 솔더 범프 또는 접합부를 형성한다.
구체적으로, 상기 열의 인가로 인하여, 상기 솔더 입자는 기판의 패턴전극으로 이동하며 뭉치게 된다(자가이동). 상기 솔더 입자는 패턴전극의 금속에 대하여 젖음성이 높은데 비교하여, 패턴전극 이외의 부분에 있는 성분에 대하여는 젖음성이 낮다. 즉, 젖음성이 높은 패턴전극의 표면에서는 접촉각이 작고, 솔더 입자의 중심이 낮아 안정적이며, 솔더 입자와 패턴전극은 서로 끌어당기는 상호작용이 일어나 패턴전극의 상면에 모여 집적될 수 있다.
이와 동시에, 상기 솔더 입자가 용융되어, 용융된 솔더 입자가 상기 패턴전극의 표면에 웨팅(wetting)되고(자가용융), 상기 용융된 솔더 입자의 웨팅 이후, 더 많은 용융된 솔더 입자가 계속해서 유입되고, 결국 패턴전극의 상부에 솔더 범프가 형성될 수 있다. 상기 현상은 크기가 다른 각각의 액적이 접하여 하나의 큰 액적이 형성되는 과정으로 설명할 수 있는데, 반경이 작은 액적은 반경이 큰 액적보다 내압이 높고, 이 압력차에 의해 작은 액적은 큰 액적으로 흡입된다. 따라서, 상기 솔더 입자가 용융되면 더 많은 용융된 솔더 입자가 계속 해서 유입될 수 있다.
한편, 열을 받은 상기 접착 수지는 점도가 낮아져 상기 솔더 입자가 패턴전극의 상부로 이동하도록 상기 솔더 입자의 유동성을 증가시키는 역할을 한다.
상기 솔더 입자가 대향하여 위치하는 제 1 패턴전극 및 제 2 패턴전극의 사이에서 자기 조직화되는 경우에는, 상기 인가된 열이 제거되어 상기 패턴전극에 걸쳐 형성되어 있는 솔더 범프는 냉각 및 응고되고, 냉각된 솔더 범프인 접합부는 제 1 패턴전극 및 제 2 패턴전극을 전기적으로 접속하여 접합구조체를 형성하게 된다.
본 발명에서, 상기 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지는 상기 이방성 도전 접착제의 접착 수지에 해당될 수 있고, 상기 솔더 입자는 상기 이방성 도전 접착제의 도전성 솔더 입자에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이방성 도전 접착제에 포함되는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지는 평균 분자량이 20,000 내지 150,000일 수 있다.
상기 이방성 도전 접착제에 포함되는 상기 폴리우레탄 수지의 평균 분자량이 20,000 미만이면 필름 형태의 접착제를 형성하기에 용이하지 않을 수 있고, 150,000 초과이면 상기 솔더 입자의 유동이 어려울 수 있다.
또한 상기 폴리우레탄 수지는 유기용매에 잘 녹는 특성을 가진다. 따라서, 후술하는 폴리우레탄 수지의 제거공정이 용이하게 수행될 수 있고, 상기 이방성 도전 접착제에 포함되는 환원제와 축합반응을 일으키지 않아 상기 자기 조직화 공정이 용이하다는 장점이 있다.
본 발명의 이방성 도전 접착제에 포함되는 솔더 입자는 자연 산화막(제 1 산화막)보다 얇은 두께의 제 2 산화막을 포함할 수 있고, 후술하는 제조공정에 의하여 제조된 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 솔더 입자의 제조방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 솔더 입자는 솔더 입자의 제 1 산화막을 제거하는 단계(S10) 및 제 2 산화막을 형성하는 단계(S20)을 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 솔더 입자의 제조방법은 솔더 입자의 제 1 산화막을 제거하는 단계(S10)를 포함한다.
상기 제 1 산화막을 제거하는 단계는 제 1 환원제를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 용매에 상기 제 2 환원제 및 상기 솔더 입자를 투입하고, 상기 용매에 열을 가하여 수행될 수 있다.
상기 제 1 환원제는 제 1 산화막과 반응하는 카복실기를 포함하는 화합물, 예를 들면, Oxalic acid, Malonic acid, Glutaric acid, Adipic acid, Pimelic acid, Suberic acid, Zelaic acid, 및 Sebacic acid으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 용매는 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.
그러나, 상기 솔더 입자의 제 1 산화막이 완전히 제거되면, 이후 자기 조직화 공정에서 솔더 입자가 과도하게 뭉쳐져, 단락이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 솔더 입자의 제조방법은 상기 제 1 산화막보다 얇은 두께의 제 2 산화막을 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 제 2 산화막을 형성하는 단계에서 형성된 제 2 산화막은 자연 산화막인 제 1 산화막과는 달리 인위적으로 형성된 산화막으로서 제 1 산화막보다 산소 농도가 낮고, 상기 제 1 산화막보다 두께가 얇을 수 있다.
상기 제 2 산화막이 형성된 솔더 입자는 제 2 산화막으로 인해 응집되지 않고, 제 1 산화막이 제거된 경우와 비교하여, 솔더 입자의 표면에너지가 낮아, 폴리우레탄 수지 내의 분산성이 좋을 수 있다.
본 발명의 이방성 도전 접착제에 포함되는 솔더 입자는 상술한 방법을 수행하여 제조되어, 제 2 산화막이 형성될 수 있고, 저융점 금속, 예를 들면, Sn, Ag, Cu, Bi, In 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 솔더 입자는 상기 폴리우레탄 수지 100 질량부에 대하여 20 질량부 내지 400 질량부로 포함될 수 있다.
더욱 효과적인 솔더입자의 자가조직화를 위해 상기 이방성 도전 접착제 내에 제 2 환원제를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 환원제는 제 1 산화막과 반응하는 카복실기를 포함하는 화합물, 예를 들면, Oxalic acid, Malonic acid, Glutaric acid, Adipic acid, Pimelic acid, Suberic acid, Zelaic acid, 및 Sebacic acid으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이방성 도전 접착제는 반응억제제를 더 포함할 수 있다.
상기 반응억제제는 페놀계, 인계 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있으며, 접합수지, 본 발명의 경우, 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지의 반응을 억제하는 데 이용될 수 있다.
상기 자기 조직화 공정에서 열이 인가되면, 상기 접합수지들이 서로 축합반응을 일으켜, 접합수지의 유동성을 낮추고, 솔더 입자의 이동을 방해할 수 있고, 후술하는 폴리우레탄 제거 공정에서도 문제가 될 수 있다. 상기 반응억제제는 상기 접합 수지와 결합하여 상기 접합 수지간의 반응을 억제할 수 있다.
본 발명의 이방성 도전 접착제는 상술한 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지, 솔더 입자 및 환원제를 포함할 수 있고, 페이스트 형태 또는 필름 형태 일 수 있으며, 후술하는 접합구조체의 제조방법 또는 솔더 범프가 형성된 기판의 제조방법에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 이방성 도전 접착제(10)를 이용한 솔더 범프(20)의 형성방법을 제공한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 솔더 범프(20)의 형성방법은 패턴전극(32)을 포함하는 기판(31)의 패턴전극(32)이 형성된 면에 이방성 도전 접착제(10)를 위치시켜 가접합체(21)를 형성하는 단계(S110); 이방성 도전 접착제 (10)에 포함된 솔더 입자(11)의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계(S120); 및 상기 용융된 솔더 입자(11)가 상기 패턴전극(32)상에 자기 조직화되어 솔더 범프(20)를 형성하는 단계(S130); 및 폴리우레탄 수지(12) 및 잔류 솔더 입자(11)를 제거하는 단계(S140)를 포함한다.
상기 이방성 도전 접착제(10)에 관한 설명은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판(31)은 패턴(32)을 포함할 수 있으며, PCB(printed circuit board), FPCB(flexible PCB), IC기판, 글래스 기판 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명의 솔더 범프(20)의 형성방법은 패턴전극(32)을 포함하는 기판(31)의 패턴전극(32)이 형성된 면에 이방성 도전 접착제(10)를 위치시켜 가접합체(21)를 형성하는 단계(S110)를 포함한다.
구체적으로, 상기 가접합체(21)를 형성하는 단계(S110)는 상기 패턴전극(32)을 포함하는 기판(31)이 상기 이방성 도전 접착제(10)의 일면에 로딩되어 수행될 수 있다. 이때, 상기 기판(31)에 히터에 의해 20 ℃ 내지 120 ℃, 예를 들면, 20 ℃ 내지 70 ℃의 열과 0.01 MPa 내지 1 MPa의 미소 압력이 약 3 초 내지 5 초 동안 가해질 수 있는데, 상기 기판(31)에 가해진 열과 미소 압력은 상기 이방성 도전 접착제(10)에 전달되어, 가접합체(21)를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가접합체(21)를 형성하는 단계(S110) 및 하기의 가열하는 단계(S120); 사이에 상기 형성된 가접합체(21) 상부에 이형필름(23)을 배치시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이형필름(23)은 후술하는 가열하는 단계(S120)에서, 가열하는 장치, 또는 가열 및 가압하는 장치가 상기 가접합체(21)와 직접 접촉하지 않기 위한 것으로, 본 발명의 형성방법으로 솔더 범프(20)가 형성된 이후에는 제거될 수 있다.
다음으로 본 발명의 솔더 범프(20)의 이방성 도전 접착제 (10)에 포함된 솔더 입자(11)의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계(S120);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열하는 단계(S120)는 본 발명의 이방성 도전 접착제(10)에 포함된 솔더 입자(11)의 융점보다 높은 온도, 예를 들면, 100 ℃ 내지 300 ℃에서 수행될 수 있고, 상기 공정의 온도는 상기 솔더 입자(11)의 융점에 따라 상이할 수 있으며, 상기 솔더 입자(11)의 융점에 의하여 선택하는 것이 바람직 하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열 하는 단계(S120)는 가압하는 공정을 동시에 수행할 수 있다. 이때의 압력은 상기 기판(31)에 손상을 제공하지 않는 범위이면 특별히 제한되지 않지만, 0.01 MPa 내지 3.0 MPa일 수 있다.
다음으로 본 발명의 솔더 범프(20)의 형성방법은 상기 용융된 솔더 입자(11)가 상기 패턴전극(32)상에 자기 조직화되어 솔더 범프(20)를 형성하는 단계(S130);를 포함한다.
상기 솔더 범프(20)를 형성하는 단계(S130)는 상기 솔더 입자(11)의 자기 조직화 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 자기 조직화 공정의 메커니즘은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명의 이방성 도전 접착제(10)는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지(12)를 접착 수지로 사용하는데, 상기 열가소성 수지인 폴리우레탄수지(12)는 솔더입자의 금속산화물 제거를 위해 사용되는 환원제 또는 첨가제와의 반응에 의한 수지의 네트워크 형성 및 축합반응이 없다. 따라서, 반응억제를 위하여 특별히 불활성 분위기에서 진행할 필요 없이, 상기 가열하는 단계(S120); 및 상기 솔더 범프(20)를 형성하는 단계(S130)를 대기 조건에서 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 솔더 범프(20)의 형성방법은 폴리우레탄 수지(12) 및 잔류 솔더 입자(11)를 제거하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지(12)를 제거하는 단계(S140)는 솔더 범프(20)가 형성된 기판(31)의 상부에서, 상기 솔더 범프(20) 및 상기 패턴전극(32)를 제외한 공간에 해당하는 영역에 포함된 폴리우레탄 수지(12) 및 상기 폴리우레탄 수지(12)에 포함된 자기 조직화되지 않은 솔더 입자(11), 즉 상기 솔더 범프(20)의 형성공정 후 상기 기판(31)에 잔류하는 잔사를 제거하는 공정에 해당할 수 있다.
본 발명의 이방성 도전 접착제(10)는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지(12)를 접착 수지로 사용하고, 상기 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지(12)는 유기용제에 대한 용해도가 높아, 상기 제조방법에 의해 제조된 솔더 범프(20)가 형성된 기판(31)에 유기용제를 첨가하는 것만으로도, 쉽게 잔류하는 잔사를 제거할 수 있는 장점이 있다.
상기 유기용제는 상기 열가소성 수지를 용해할 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 들면, 톨루엔, 크실렌, n-헥산, 초산에틸, 메틸알콜, 메틸에틸케톤 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 형성방법으로 형성된 솔더 범프(20)를 이용하는 접합구조체(50)의 제조방법을 제공한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 제 1 패턴전극(32)상에 상기 솔더 범프(20)가 형성된 제 1 기판(31)을 준비하는 단계(S210); 상기 제 1 기판(31)의 솔더 범프(20)가 형성된 면과 마주보는 면에 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자(미도시)를 배치하는 단계(S220); 상기 솔더 범프(20)에 포함된 솔더 입자(11)의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계(S230); 및 상기 솔더 입자(11)가 상기 제 1 패턴전극(32) 및 제 2 패턴전극(42) 사이의 공간(51; 제 1영역) 또는 제 1 패턴전극(32) 및 마이크로소자 사이의 공간(51)에서 자기 조직화되어 접합부(22)를 형성하는 단계(S240);를 포함한다.
먼저, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 제 1 패턴전극(32)상에 상기 솔더 범프(20)가 형성된 제 1 기판(31)을 준비하는 단계(S210); 상기 제 1 기판(31)의 솔더 범프(20)가 형성된 면과 마주보는 면에 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자(미도시)를 배치하는 단계(S220)를 포함한다.
상기 솔더 범프(20)에 대한 설명은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자를 배치하는 단계(S220)에서, 상기 제 2 기판(41)은 제 2 패턴(42)을 포함할 수 있으며, PCB(printed circuit board), FPCB(flexible PCB), IC기판, 유리기판 중 어느 하나일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 마이크로 소자는 마이크로 사이즈의 전자소자, 즉, 고체 내 전자의 전도를 이용한 전자 부품, 예를 들면 다이오드, 태양 전지, 트랜지스터, LED소자등을 의미한다. 상기 마이크로 소자는 전자의 전도가 가능한 전극을 포함할 수 있으며, 상기 마이크로 소자는 상기 전극을 포함함으로써, 본 발명의 이방성 도전 접착제(10)를 이용하여 본 발명의 접합구조체(50)을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 상기 제 1 기판(31)을 준비하는 단계(S210); 및 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자(미도시)를 배치시키는 단계(S220) 사이에, 상기 솔더 범프(20)가 형성된 제 1 기판(31)의 솔더 범프(20)가 형성된 면에 비전도성 접착제(60)를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다(도 5).
상기 비전도성 접착제(60)를 위치시키는 단계는 본 발명의 기술분야에서 자명한 방법이라면 이를 제한하지 않고 수행될 수 있고, 예를 들면, 상기 비전도성 접착제(60)가 필름의 상태로 상기 제 1 기판(31)의 상부에 위치되어, 공정이 완료된 후 제 2 영역(52)에 상기 비전도성 접착제(60)가 충진된 접합구조체(50)를 수득할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 상기 솔더 범프(20)에 포함된 솔더 입자(11)의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계(S230)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열하는 단계(S230)는 본 발명의 이방성 도전 접착제(10)에 포함된 솔더 입자(11)의 융점보다 높은 온도, 예를 들면, 100 ℃ 내지 300 ℃에서 수행될 수 있고, 상기 공정의 온도는 상기 솔더 입자(11)의 융점에 따라 상이할 수 있으며, 상기 솔더 입자(11)의 융점에 의하여 선택하는 것이 바람직 하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열 하는 단계(S230)는 가압하는 공정을 동시에 수행할 수 있다. 이때의 압력은 상기 기판(31)에 손상을 제공하지 않는 범위이면 특별히 제한되지 않지만, 0.01 MPa 내지 3.0 MPa일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 상기 솔더 입자(11)가 상기 제 1 패턴전극(32) 및 제 2 패턴전극(42) 사이의 공간(51; 제 1영역) 또는 제 1 패턴전극(32) 및 마이크로소자 사이의 공간(51)에서 자기 조직화되어 접합부(22)를 형성하는 단계(S240)를 포함한다.
상기 접합부(22)를 형성하는 단계(S240)는 상기 솔더 입자(11)의 자기 조직화 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 자기 조직화 공정의 메커니즘은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명의 이방성 도전 접착제(10)는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지(12)를 접착 수지로 사용하는데, 상기 열가소성 수지인 폴리우레탄수지(12)는 솔더입자의 금속산화물 제거를 위해 사용되는 환원제 또는 첨가제와의 반응에 의한 수지의 네트워크 형성 및 축합반응이 없다. 따라서, 반응억제를 위하여 특별히 불활성 분위기에서 진행할 필요 없이, 상기 가열하는 단계(S230); 및 상기 접합부(22)를 형성하는 단계(S240)를 대기 조건에서 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 상기 접합부(22)를 형성하는 단계(S240)단계 이후에 상기 제 1 기판(31) 및 제 2 기판(41) 사이; 또는 제 1 기판(31) 및 마이크로소자(미도시) 사이에서 상기 접합부(22)를 제외한 공간(52; 제 2 영역)에 언더필 재료(70)를 충진하는 단계를 포함할 수 있다(도 6).
상기 언더필 재료(70)는 상기 접합부(22)의 신뢰성을 증가시키기 위하여 충진될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 기판(31) 과, 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자의 열팽창계수 차이로 인해 휨(warpage) 현상이 발생하여, 이로 인해 단선 불량이 발생하거나, 상기 접합부(22)가 깨지는 불량이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 언더필 재료(70)가 충진된 접합구조체(50)는 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 상기 언더필 재료(70)의 유리전이온도, 탄성계수, 열팽창계수 등의 물성 변화를 통해 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 언더필 재료(70)를 충진하는 단계는 본 발명의 기술분야에서 자명한 방법이라면 이를 제한하지 않고 수행될 수 있고, 예를 들면, 상기 접합구조체(50)가 형성된 이후, 상기 제 2 영역(52)에 페이스트 상태로 충진될 수 있다.
본 발명의 일 양태는 상기 이방성 도전 접착제(10)를 이용하는 접합구조체(50)의 제조방법을 제공한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 제 1 패턴전극(32)을 포함하는 제 1 기판(31)의 제 1 패턴전극(32)이 형성된 면에 상기 접착제(10)를 위치시켜 가접합체(21)를 형성하는 단계(S310); 상기 제 1 기판(31)의 가접합체(21)가 형성된 면에 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자(미도시)를 배치하는 단계(S320); 상기 접착제(10)에 포함된 솔더 입자(11)의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계(S330); 및 상기 솔더 입자(11)가 상기 제 1 패턴전극(32) 및 제 2 패턴전극(42) 사이의 공간(제 1 영역; 51) 또는 제 1 패턴전극(32) 및 마이크로소자(미도시) 사이의 공간(51)에서 자기 조직화되어 접합부(22)를 형성하는 단계(S340)를 포함한다.
상기 이방성 도전 접착제(10)에 관한 설명은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
먼저, 본 발명의 접합 구조체(50)의 제조방법은 제 1 패턴전극(32)을 포함하는 제 1 기판(31)의 제 1 패턴전극(32)이 형성된 면에 상기 접착제(10)를 위치시켜 가접합체(21)를 형성하는 단계(S310)를 포함한다.
구체적으로, 상기 가접합체(21)를 형성하는 단계(S310)는 상기 제 1 패턴전극(32)을 포함하는 기판(31)이 상기 이방성 도전 접착제(10)의 일면에 로딩되어 수행될 수 있다. 이때, 상기 제 1 기판(31)에 히터에 의해 20 ℃ 내지 120 ℃, 예를 들면, 20 ℃ 내지 70 ℃의 열과 0.01 MPa 내지 1 MPa의 미소 압력이 약 3 초 내지 5 초 동안 가해질 수 있는데, 상기 기판(31)에 가해진 열과 미소 압력은 상기 이방성 도전 접착제(10)에 전달되어, 가접합체(21)를 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 접합 구조체(50)의 제조방법은 상기 제 1 기판(31)의 가접합체(21)가 형성된 면에 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자(미도시)를 배치하는 단계(S320)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 기판(31)은 제 1 패턴(32)을 포함할 수 있으며, PCB(printed circuit board), FPCB(flexible PCB), IC기판, 글래스 기판 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 기판(41)은 제 2 패턴(42)을 포함할 수 있으며, PCB(printed circuit board), FPCB(flexible PCB), IC기판, 유리기판 중 어느 하나일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 마이크로 소자는 마이크로 사이즈의 전자소자, 즉, 고체 내 전자의 전도를 이용한 전자 부품, 예를 들면 다이오드, 태양 전지, 트랜지스터, LED소자등을 의미한다. 상기 마이크로 소자는 전자의 전도가 가능한 전극을 포함할 수 있으며, 상기 마이크로 소자는 상기 전극을 포함함으로써, 본 발명의 이방성 도전 접착제(10)를 이용하여 본 발명의 접합구조체(50)을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 2 기판(41) 또는 마이크로소자(미도시)를 배치하는 단계(S320)에서, 상기 제 1 패턴전극(32)과 상기 제 2 패턴전극(42) 또는 상기 제 1 패턴전극(32)과 마이크로소자는 마주보며 정렬될 수 있고, 상기 제 1 영역(51)에 상기 접합부(22)가 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 접합 구조체(50)의 제조방법은 본 발명의 이방성 도전 접착제(10)에 포함된 솔더 입자(11)의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계(S330)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열하는 단계(S330)는 본 발명의 이방성 도전 접착제(10)에 포함된 솔더 입자(11)의 융점보다 높은 온도, 예를 들면, 100 ℃ 내지 300 ℃에서 수행될 수 있고, 상기 공정의 온도는 상기 솔더 입자(11)의 융점에 따라 상이할 수 있으며, 상기 솔더 입자(11)의 융점에 의하여 선택하는 것이 바람직 하다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가열 하는 단계(S330)는 가압하는 공정을 동시에 수행할 수 있다. 이때의 압력은 상기 기판(31)에 손상을 제공하지 않는 범위이면 특별히 제한되지 않지만, 0.01 MPa 내지 3.0 MPa일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 접합구조체(50)의 제조방법은 상기 솔더 입자(11)가 상기 제 1 패턴전극(32) 및 제 2 패턴전극(42) 사이의 공간(제 1 영역; 51) 또는 제 1 패턴전극(32) 및 마이크로소자(미도시) 사이의 공간(51)에서 자기 조직화되어 접합부(22)를 형성하는 단계(S340)를 포함한다.
상기 접합부(22)를 형성하는 단계(S340)는 상기 솔더 입자(11)의 자기 조직화 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 상기 자기 조직화 공정의 메커니즘은 상기 양태에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명의 이방성 도전 접착제(10)는 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지(12)를 접착 수지로 사용하는데, 상기 열가소성 수지인 폴리우레탄수지(12)는 솔더입자의 금속산화물 제거를 위해 사용되는 환원제 또는 첨가제와의 반응에 의한 수지의 네트워크 형성 및 축합반응이 없다. 따라서, 반응억제를 위하여 특별히 불활성 분위기에서 진행할 필요 없이, 상기 가열하는 단계(S330); 및 상기 접합부(22)를 형성하는 단계(S340)를 대기 조건에서 수행할 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.
10: 이방성 도전 접착제
11: 솔더 입자
12: 폴리우레탄 수지
20: 솔더 범프
21: 가접합체
22: 접합부
23: 이형필름
31: 기판, 제 1 기판
32: 패턴전극, 제 1 패턴전극
41: 제 2 기판
42: 제 2 패턴전극
50: 접합구조체
51: 제 1 영역
52: 제 2 영역
60: 비전도성 접착제
70: 언더필 재료
11: 솔더 입자
12: 폴리우레탄 수지
20: 솔더 범프
21: 가접합체
22: 접합부
23: 이형필름
31: 기판, 제 1 기판
32: 패턴전극, 제 1 패턴전극
41: 제 2 기판
42: 제 2 패턴전극
50: 접합구조체
51: 제 1 영역
52: 제 2 영역
60: 비전도성 접착제
70: 언더필 재료
Claims (15)
- 열가소성 수지인 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리우레탄 수지 내에 분산된 상태로 위치하는 솔더 입자를 포함하고,
반응억제제를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 반응억제제는 페놀계, 인계 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 폴리우레탄 수지는 평균 분자량이 20,000 내지 150,000인 것을 특징으로 하고,
상기 솔더 입자는 상기 폴리우레탄 수지 100 질량부에 대하여 20 질량부 내지 400 질량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접착제. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 솔더 입자는 자연 산화막보다 얇은 두께의 제 2 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접착제. - 제 1 항에 있어서,
상기 솔더 입자는 Sn, Ag, Cu, Bi, In 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접착제. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 이방성 도전 접착제는 환원제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접착제. - 제 1 항의 이방성 도전 접착제를 이용한 솔더 범프의 형성방법에 있어서,
패턴전극을 포함하는 기판의 패턴전극이 형성된 면에 상기 접착제를 위치시켜 가접합체를 형성하는 단계;
상기 접착제에 포함된 솔더 입자의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 용융된 솔더 입자가 상기 패턴전극상에 자기 조직화되어 솔더 범프를 형성하는 단계;
를 포함하는 솔더 범프의 형성방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 가열하는 단계는, 가압하는 공정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프의 형성방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 솔더 범프를 형성하는 단계 이후, 상기 접착제에 포함된 폴리우레탄 수지 및 잔류 솔더 입자를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프의 형성방법. - 제 7 항의 형성방법으로 형성된 솔더 범프를 이용한 접합구조체의 제조방법에 있어서,
제 1 패턴전극상에 상기 솔더 범프가 형성된 제 1 기판을 준비하는 단계;
상기 제 1 기판의 솔더 범프가 형성된 면과 마주보는 면에 제 2 기판 또는 마이크로소자를 배치하는 단계;
상기 솔더 범프에 포함된 솔더 입자의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 솔더 입자가 상기 제 1 패턴전극 및 제 2 패턴전극 사이의 공간 또는 제 1 패턴전극 및 마이크로소자 사이의 공간에서 자기 조직화되어 접합부를 형성하는 단계;
를 포함하는 접합구조체의 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 가열하는 단계는, 가압하는 공정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 접합구조체의 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 기판을 준비하는 단계; 및 제 2 기판 또는 마이크로소자를 배치시키는 단계 사이에,
상기 솔더 범프가 형성된 제 1 기판의 솔더 범프가 형성된 면에 비전도성 접착제를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합구조체의 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 접합부를 형성하는 단계 이후에,
상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이; 또는 제 1 기판 및 마이크로소자 사이에서 상기 접합부를 제외한 공간에 언더필 재료를 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합구조체의 제조방법. - 제 1 항의 이방성 도전 접착제를 이용한 접합구조체의 제조방법에 있어서,
제 1 패턴전극을 포함하는 제 1 기판의 제 1 패턴전극이 형성된 면에 상기 접착제를 위치시켜 가접합체를 형성하는 단계;
상기 제 1 기판의 가접합체가 형성된 면에 제 2 기판 또는 마이크로소자를 배치하는 단계;
상기 접착제에 포함된 솔더 입자의 용융온도 이상의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 솔더 입자가 상기 제 1 패턴전극 및 제 2 패턴전극 사이의 공간 또는 제 1 패턴전극 및 마이크로소자 사이의 공간에서 자기 조직화되어 접합부를 형성하는 단계;
를 포함하는 접합구조체의 제조방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 가열하는 단계는, 가압하는 공정을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 접합구조체의 제조방법.
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