KR102535911B1 - 활성도막이 형성된 솔더 입자, 이를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물 및 접속용 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 활성도막이 형성된 솔더 입자는, 주석과 비스무스가 포함된 저융점 솔더 입자와; 상기 솔더 입자의 표면에 활성제로 압착 형성된 활성도막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 칩 또는 각종 기판의 단자를 서로 접속시킬 때 사용되는 접속용 필름을 제작하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 저온 저압의 환경하에서 단시간에 단자가 서로 접속을 이룰 수 있도록 활성도막이 형성된 솔더 입자, 이를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물 및 접속용 필름에 관한 것이다.
통상 전자기기를 제조하기 위해서는 반도체 칩과 같은 전자부품 또는 각종 기판의 단자를 서로 접속시키게 된다. 이와 같은 접속을 이루기 위해서는 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film)이나 솔더 페이스트(Solder Paste) 등을 사용한다.
이방성 도전 필름은 반도체 칩과 플렉시블 프린트 기판(COF, Chip On Film) 뿐만 아니라, 플렉시블 프린트 기판과 유리 기판(FOG, Film On Glass). 플렉시블 프린트 기판과 유리 에폭시 기판(FOB, Film On Board)의 접속에 사용된다.
이방성 도전 필름은 수지 필름에 도전성 입자가 분산되어 있다.
상기 도전성 입자는 니켈과 같은 금속입자로 또는 금속이 도금된 수지입자로 이루어지며, 이방성 도전 필름은 통상 열경화성 수지 내에 도전성 입자를 혼합시킨 후 경화시켜 필름 형태로 가공된 것이다.
이방성 도전 필름에 의해 접속구조체를 이루는 방법은 다음과 같다.
제 1,2 접속 대상 부재 사이에 이방성 도전 필름을 삽입하고 가열 가압하면, 가압된 도전성 입자에 의해 제 1,2 접속 대상 부재의 단자들은 전기적 접속을 이루는 한편, 열에 의해 용융된 수지필름이 다시 경화되면서 상기 전기적 접속이 유지되게 된다.
이방성 도전 필름의 경우, 도전성 입자의 제조 비용이 높고, 금속입자로 제조된 도전성 입자는 단자를 파고 들어 단자의 손상을 일으키는 문제점이 있다. 금속이 도금된 수지 입자는 단자간 거리를 이격시키는 방향으로 작용하는 잔류 응력이 존재하게 되므로 접속구조체의 내구성 및 접속 신뢰성에 악영향을 끼치게 된다.
또한, 이방성 도전 필름에 의한 접속방법에서는 수지입자가 완전히 경화되어 단자간 거리를 유지할 수 있을 때까지 접속 공정에 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 솔더 페이스트는 수지 페이스트에 솔더 입자(Solder Particle), 플럭스와 활성제 등을 혼합한 것이다. 솔더 페이스트는 제 1,2 접속 대상 부재의 단자에 스크린 인쇄 등으로 도포된 후, 리플로우 공정에 의해 솔더 입자가 용융되면서 자가 조립이 일어나 단자간 전기적 접속을 이루게 된다. 솔더 페이스트에 의한 접속은 솔더 페이스트의 도포량을 정밀하게 조절하기 힘들고, 국소부위에만 페이스트를 도포하기도 힘들어 초미세 회로 기판에서의 전기적 접속을 이루기 힘든 문제가 있다.
또한 솔더 페이스트에 사용되는 솔더 입자는 주로 납-주석 소재의 입자 형태로 가공한 후 표면에 대면방지제 등을 코팅하여 사용되기도 한다. 이와 같은 코팅은 주로 디핑(Dipping)이나 스프레이(Spray)에 의해 이루어지며 그 밀착강도가 약해서 코팅층이 박리되는 경우가 많은 문제점이 있다.
또한, 솔더 페이스트에 의해 형성된 접속구조체는 경우에 따라 제 1,2 접속 대상 부재 사이를 수지로 충진하는 언더필(Under Fill)이 필요하기도 하여 접속구조체를 형성한 후 별도의 언더필을 형성하는 공정이 필요한 경우도 있다.
본 발명은 접속구조물의 접속 신뢰성을 개선하는 한편, 솔더링 양을 정확히 조절할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 저압 저온 환경 하에서도 신속하게 접속을 이룰 수 있도록 활성도막이 형성된 솔더 입자, 이를 포함한 접속용 필름 제조용 혼합물 및 접속용 필름을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 균일한 활성도막이 형성된 미세 솔더 입자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 활성도막이 형성된 솔더 입자는,
주석과 비스무스가 포함된 저융점 솔더 입자와;
상기 솔더 입자의 표면에 활성제로 압착 형성된 활성도막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
활성도막을 이루는 활성제는 부틸 아민 브롬화수소산염, 부틸 아민 염화수소산염, 에틸 아민 브롬화수소산염, 피리딘 브롬화수소산염, 시클로 헥실 아민 브롬화수소산 염, 에틸 아민 염화수소산염, 1,3-디페닐 구아니딘 브롬화수소산염, 2,3-디브로모-1-프로판올, 옥살산, 말론산, 숙신산,아디프산, 피메릭산, 팔미틱산, DL-말릭산, 수베릭산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 활성도막은, 솔더 입자, 활성제 그리고 용매를 교반기에 투입한 후 교반기를 회전시키고, 이러한 회전에 따라 솔더 입자들이 서로 충돌하며, 이러한 충돌에 의해 솔더 입자 표면에 압착 형성된 것이 바람직하다.
상기 솔더 입자의 직경은 1~100 ㎛ 의 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 솔더 입자의 직경은 5 ㎛ 미만인 것이 바람직하다.
상기 솔더 입자를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물은
아크릴계 수지와
상기 활성도막이 형성된 솔더 입자가 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
솔더 입자와 아크릴계 수지는 솔더 입자 : 아크릴계 수지 = 20~50 : 50~80의 체적비로 혼합되는 것도 바람직하다.
본 발명의 접속용 필름은
상기 솔더 입자를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물이 경화된 접속부와,
상기 혼합물이 일측면에 도포된 이형부로 이루어진다.
상기 접속부의 두께는 10~40 ㎛인 것이 바람직하다.
본 발명은 솔더 입자의 용융에 따른 납땜으로 단자간 접속이 이루어져 종래의 이방성 도전 필름에 의한 접속보다 접속 신뢰성을 높일 수 있으며, 솔더 입자를 접속용 필름 내에 일정하게 분포시킬 수 있으므로 각 단자에 분배되는 솔더 입자의 양을 일정하게 조절할 수 있으며, 저온 저압의 환경에서도 원활하게 접속을 이룰 수 있고, 언더필을 위한 수지의 공급이 필요하지 않으며, 초미세 회로기판에 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 활성도막 형성 전후의 솔더 입자를 나타낸 사진.
이하, 본 발명을 그 실시예에 따라 보다 상세하게 설명한다.
통상 이방성 도전 필름에 의한 접속방법에서는 수지만이 용융되고 필름 내의 도전성 입자가 단자 사이에 가압 고정되는 반면, 본 발명의 접속용 필름에 의한 접속방법에서는 수지와 솔더 입자가 용융되고, 용융된 솔더 입자가 단자 사이에 납땜부를 형성하며 수지가 경화되는 점에서 차이가 있다.
본 발명은 솔더 입자에 의해 형성되는 납땜부의 젖음성을 향상시켜 낮은 온도와 압력에서 단시간 내 납땜부를 형성하기 위해, 솔더 입자의 표면에 활성제를 압착시켜 활성도막을 형성하였다.
이와 같은 납땜부에 의한 접속은 종래 도전성 입자에 의한 접속보다 접속 신뢰성이 매우 높고, 잔류응력의 발생 및 단자의 손상을 방지할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 솔더 입자는 주석(Sn)-비스무스(Bi) 기반의 저융점 재질로 제조된다.
솔더 입자는 그 직경이 1~100 ㎛ 의 범위를 가진 것을 사용하면 되는데, 단자의 크기 등을 고려하여 일정 범위의 직경을 가진 솔더 입자들을 선택하여, 예를 들어 25~45 ㎛, 8~25㎛, 3~8 ㎛ 의 직경 범위 중 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
초미세 회로기판에서는 솔더 입자의 직경이 5㎛ 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
솔더 입자의 표면에 물질을 코팅하기 위한 종래의 방법으로는 솔더 입자를 코팅물질에 담그는 디핑(Dipping) 방법과, 솔더 입자의 표면에 코팅물질을 분사하는 스프레이(Spray)방법 등이 있다.
종래 디핑(Dipping) 방법에 의해 솔더 입자에 코팅하는 경우, 유기 용매에 코팅물질을 용해 후, 솔더 입자를 투입하고 일정 시간 교반한 후, 건조시키게 된다. 이와 같은 방식으로 코팅된 솔더 입자는, 코팅층과 솔더 입자 표면의 계면결합력이 약해서, 수지 필름 내에 혼입시켜 사용하게 되면 수지 필름과의 변형률 차에 따라 코팅층이 박리되어 수지가 용융될 때 이동되어 버리는 문제점이 있다. 즉, 롤 형태로 권취되어 사용되는 수지 필름은 롤러로 사용 중 변형이 발생하고, 수지 필름과 코팅층과의 변형률 차이에 따라 코팅층이 박리되게 된다.
또한, 종래의 디핑이나 스프레이 방법에 의하면, 직경 5㎛ 미만인 솔더 입자의 표면에 균일하고도 조밀하게 막을 형성하는 것도 불가능한 문제점이 있다.
본 실시예에서는 활성제가 솔더 입자에 보다 강하게 밀착되도록 하기 위해 솔더 입자에 활성제를 압착시켜 활성도막을 형성하였다.
이를 위하여 솔더 입자 : 용매 = 1.5~3.5 : 1의 중량비로 솔더 입자와 용매를 혼합한 후, 솔더 입자 총 무게의 약 1~6 % 정도의 활성제와 함께 교반기에 투입하고 교반기를 5~30시간 가동시킨다.
교반기의 회전에 따라 솔더 입자는 일정 높이의 위치로 상승하였다가 낙하하는 형태로 거동하게 되고, 이러한 거동에 따라 솔더 입자들이 서로 충돌하고, 이러한 충돌에 의해 용매에 혼합된 활성제가 솔더 입자 표면에 압착되게 된다.
용매는 케톤계 용매인 아세톤, MEK. 또는 MIBK를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 용매는 물이나 알코올을 사용하는 것도 가능하다.
활성도막을 이루는 활성제는 부틸 아민 브롬화수소산염, 부틸 아민 염화수소산염, 에틸 아민 브롬화수소산염, 피리딘 브롬화수소산염, 시클로 헥실 아민 브롬화수소산 염, 에틸 아민 염화수소산염, 1,3-디페닐 구아니딘 브롬화수소산염, 2,3-디브로모-1-프로판올, 옥살산, 말론산, 숙신산,아디프산, 피메릭산, 팔미틱산, DL-말릭산, 수베릭산으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소 하나 이상으로 이루어진다.
본 실시예의 압착 방법에 의해 활성제는 종래의 디핑 방식보다 솔더 입자의 표면 요철 등에 보다 깊숙이 그리고 골고루 결합될 수 있으며, 이에 따라 박리에 대한 저항성이 커지게 되고, 솔더 입자의 용융 및 단자로의 젖음 과정이 일어날 때까지 솔더 입자의 산화 등을 효율적으로 방지할 수도 있어, 접속 신뢰성을 높일 수 있고, 활성도막을 조밀하게 형성시킬 수 있다.
도 1은 (a)활성도막이 형성되기 전 솔더 입자 및 (b)디핑에 의해 활성도막이 형성된 솔더 입자 (c) 본 실시예 압착방법에 의해 활성도막이 형성된 솔더 입자의 전자현미경 사진이다. 압착형성된 활성도막은 디핑에 의해 형성된 활성도막에 비해 솔더 입자의 표면 요철 등에 잘 침투되어 매끈한 구(球)형상을 이루고 있으며, 약 2~3 ㎛의 솔더 입자에서도 활성도막이 균일하게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
도 2는 도 1의 입자들을 표면온도 240℃의 알루미늄 접시에 5초간 올려놓은 뒤 촬영한 사진으로, 활성도막이 없는 솔더 입자들은 전혀 녹지 않고, 디핑에 의해 활성도막이 형성된 솔더입자는 일부만이 녹고, 본 실시예 압착방법에 의해 활성도막이 형성된 솔더입자는 전체가 용융된다. 도 2에 따라 본 실시예 압착방법에 의해 활성도막이 형성된 솔더입자는 용융이 보다 잘 일어나게 됨이 확인된다.
한편 디핑에 의해 활성도막이 형성된 솔더입자는 198℃에서 산화가 일어나는 반면, 본 실시예 압착방법에 의해 활성도막이 형성된 솔더입자는 225℃에서 산화가 발생하므로, 내산화성이 뛰어나다.
솔더 입자는 이후 아크릴계 수지와 혼합되어 접속용 필름 제조용 혼합물로 제조된다.
솔더 입자는 솔더 입자 : 아크릴계 수지 = 20~50 : 50~80의 체적비로 아크릴계 수지와 혼합되고, 혼합물은 페이스트 상태로 형성되게 된다.
이와 같은 페이스트 상의 혼합물은 슬릿 코터(Slit Coater) 등에 의해 공급되어 이형부의 일측면 상에 도포되게 된다.
이형부에 도포된 혼합물이 필름 형태를 유지할 수 있을 정도로 경화되면, 약 10~40㎛ 의 두께를 가진 접속부가 형성된다.
솔더 입자는 접속부 내 전 영역에 균등하게 분포될 수도 있고, 또는 슬릿 코터의 형태에 따라 단자 대응 부위에 집중하여 분포되게 할 수도 있다.
상기와 같이 활성도막이 형성된 솔더 입자를 함유한 접속용 필름은 다음과 같은 방법에 따라 접속구조체를 이루게 된다.
상기 설명한 접속용 필름에서 이형부를 제거하고 제 1 접속 대상 부재의 제 1 단자 위에 접속부를 배치한 다음, 상기 접속용 필름의 제 1 접속대상 부재의 반대측 면 아래 제 2 접속 대상 부재의 제 2 단자가 상기 제 1 단자와 대향되도록 배치한다.
이후 상기 제 1,2 단자 사이에 상기 접속용 필름을 압박하도록 가압하고 온도를 상승시킨다.
본 실시예에서는 먼저 60±10℃, 0.1~1 MPa의 온도와 압력을 1~2초간 유지한 후, 다시 온도와 압력을 150~200℃, 0.5~5 MPa로 상승시켜 5~10초 정도 유지시키고 냉각하게 된다.
솔더 입자에 의한 납땜은 솔더 입자 표면의 활성도막에 의해 신속히 이루어질 수 있는 것이다.
상기 압력, 온도, 유지시간에 따라 용용된 수지 사이의 솔더 입자가 용융되면서 서로 뭉치고 또한 제 1,2 단자에 젖어들어 자가 조립이 일어나게 된다. 이에 따라 솔더 입자는 납땜부를 형성하며 제 1,2 단자 사이에 전기적 접속을 이루게 하며 , 또한 용융된 수지 필름 역시 제 1,2 접속 대상 부재 사이에서 경화되어 양 부재 사이에 접속을 유지하게 된다.
상기와 같은 제조방법에 따라 제조된 접속구조체는 제 1,2 단자가 납땜부에 의해 접속되므로, 이방성 도전 필름에서 도전성 입자들에 의한 압착 등의 문제가 해결되며, 높은 접촉 신뢰성을 확보할 수 있게 된다. 또한 수지의 비중이 높아 언더필을 위한 별도의 공정이 필요치 않게 된다.
Claims (9)
- 주석과 비스무스가 포함된 저융점 솔더 입자와;
솔더 입자와 용매를 1.5~3.5 : 1 의 중량비로 교반기에 투입한 후, 솔더 입자 총 무게의 1~ 6 % 의 활성제를 추가 투입하고, 교반기의 회전에 따라 일정 높이로 상승한 솔더 입자들이 낙하하여 충돌함에 따라 솔더 입자 표면에 활성제로 압착 형성되는 활성도막으로 이루어지며;
상기 활성제는 부틸 아민 브롬화수소산염, 부틸 아민 염화수소산염, 에틸 아민 브롬화수소산염, 피리딘 브롬화수소산염, 시클로 헥실 아민 브롬화수소산 염, 에틸 아민 염화수소산염, 2,3-디브로모-1-프로판올, 옥살산, 말론산, 숙신산,아디프산, 피메릭산, DL-말릭산, 수베릭산으로 구성되는 그룹으로부터 최소 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 활성도막이 형성된 솔더 입자.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 솔더 입자의 직경은 1~100 ㎛ 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 활성도막이 형성된 솔더 입자.
- 제 4 항에 있어서,
상기 솔더 입자의 직경은 5 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 활성도막이 형성된 솔더 입자.
- 아크릴계 수지와,
상기 제 1,4,5 항 중 어느 한 항의 활성도막이 형성된 솔더 입자가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 활성도막이 형성된 솔더 입자를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물.
- 제 6 항에 있어서,
솔더 입자 : 아크릴계 수지 = 20~50 : 50~80의 체적비로 솔더 입자와 아크릴계 수지가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 활성도막이 형성된 솔더 입자를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물.
- 상기 제 6 항의 활성도막이 형성된 솔더 입자를 포함한 접속용 필름을 제조하기 위한 혼합물이 경화되어 형성된 접속부와,
상기 혼합물이 일측면에 도포된 이형부로 이루어진 것을 특징으로 하는 접속용 필름.
- 제 8 항에 있어서,
상기 접속부의 두께는 10~40 ㎛인 것을 특징으로 하는 접속용 필름.
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