KR19990014133A - 다층 이방 도전성 접착제 및 이의 제조방법 - Google Patents

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마사오 사이토
쥰지 시노자키
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구리타 히데유키
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Abstract

본 발명은 이방 도전성(anisotropic electroconductive) 접착제 층과 이의 한 면 이상에 적층된 절연성 접착제 층을 포함하는 다층 이방 도전성 접착제에 관한 것이다. 당해 이방 도전성 접착제 층은 필름 형성 수지와 도전성 입자를 포함하며 150℃에서의 용융 점도는 100포아즈(poise) 이상이고, 절연성 접착제 층은 잠재성 경화제 및 관능 그룹을 갖는 수지를 포함하고 150℃에서의 용융 점도는 100포아즈 미만이다.

Description

다층 이방 도전성 접착제 및 이의 제조방법
본 발명은 IC 칩과 회로판 사이의 접속과 같은 용도에 사용되는 고밀도 패키지(pakage)에 적합한 이방 도전성 접착제에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 미세한 피치(pitch)에 대응하는 수준으로 접속 신뢰도를 향상시킬 수 있는 다층 이방 도전성 접착제, 및 이러한 접착제의 제조방법에 관한 것이다.
설치된 IC 칩을 함유하는 전자 설비 및 장치와 관련하여 이러한 전자 장치를 새로 개발하기 위해서 최근에는 중량과 두께를 감소시킬 필요성이 대두되었으며, 또한 상기와 같은 IC 칩을 설치시키기 위해서는 판의 밀도가 더욱 높은 것이 필요하다.
IC 칩의 고밀도 패키지 방법의 예로는 플립-플롭법(flip-flop methods), 이방 도전성 접착제를 사용하는 방법, 및 IC 칩에 땜납 범프를 제공하여, 땜납 범프를 갖는 이러한 IC 베어 칩이 회로판에 위치하도록 하고 땜납을 역유동 로(reflow furnace)로 통과시키거나 가열 압착시켜 고정시키는 페이스-다운법(face-down methods)이 있다.
이들 방법중에서, 이방 도전성 접착제를 사용하는 간단한 접속 기술이 사용되기 시작했다. 이들 기술에 따르면, 이방 도전성 접착제는 IC 칩과 판 사이에 위치하고, 수직 배열을 구성하는 전극 사이의 도전성은 열과 압력을 가함으로써 이방 도전성 접착제에 함유된 도전성 중간 물질의 계면을 통하여 제공되며, 도전성 중간 물질을 방지함으로써 좌측 및 우측의 인접한 전극간에 전기 절연성이 유지된다.
그러나, IC 칩의 전극간 피치는 10 내지 100㎛로, 이는 LCD 전극간의 피치 보다 더 작다. 또한, 이방 도전성 접착제에 열과 압력을 가함으로써 수직 배열을 이루고 있는 전극 사이에 배치되어 있는 이방 도전성 접착제에 유동성을 부여하고, 좌측과 우측의 인접한 전극 사이에 공간이 생기도록한다. 이는 도전성 물질을 유동시켜, 내전도성을 증가시켜 전도를 불가능하게 하거나, 좌측과 우측의 인접한 전극 사이에서 유출하는 도전성 입자간의 접촉 결과 단락(short circuit)을 초래하는 문제를 동반한다.
이방 도전성 접착제는 또한 표면적을 최근에 1240㎛2(직경 40㎛)으로 감소시켜고, 이미 사용된 COG(Chip On Glass) 도금 범프 면적이 1/3 내지 1/4인 IC 스터드 범프(stud bump)에 적용가능해야 한다. 이로 인한 단점은 범프에 도전성 입자를 확보하기 위해서는 다수의 도전성 입자를 필요로 한다는 것이다.
일본 공개특허공보 제61-195179호, 제1-236588호, 제4-236588호, 제6-283225호 등에는 이러한 단점을 극복하는데 목표를 둔 기술이 기재되어 있다. 이들 기술에 따르면, 이방 도전성 접착제 층에 절연성 접착제 층을 형성시키고, 이방 도전성 접착제 층의 연화점 또는 용융 점도를 절연성 접착제 층의 것 초과로 상승시키거나, 이방 도전성 접착제 층의 유동성을 절연성 접착제 층의 것 미만이 되도록 하여, 도전성 물질이 수직 배열을 이루고 있는 전극 사이를 유동하기가 더욱 어렵게 한다.
그러나, 이들 기술은 아직까지 좌측과 우측의 인접한 전극 사이의 공간에 존재하는 도전성 입자간의 접촉에 의해 발생되는 단락을 방지하는데 사용할 수 없다. 도전성 물질의 입자 직경을 감소시킬 수는 있지만, 과도한 감소는 2차적인 응집 문제를 일으킨다.
이들의 높은 접촉 신뢰도로 인하여, 현재 열경화성 이방 도전성 접착제가 주로 사용되고 있다. 필수적인 성분으로서 관능 그룹을 갖는 에폭시 수지를 함유하며 상온에서는 불활성이지만 가열하에서는 활성화되는 이미다졸에 폴리우레탄 수지를 도포함으로써 수득하는, 미세캡슐화된 잠재성 경화제가 이러한 열경화성 이방 도전성 접착제와 함께 통상적으로 사용된다.
이러한 열경화성 이방 도전성 접착제를 사용하는 다층 이방 도전성 접착제를 제조하기 위해서는, 잠재성 경화제를 함유하는 층을 뜨거운 오븐을 통하여 수회 통과시킨다. 단점은 오븐 속에서 가열에 의해 반응이 개시되어 잠재성 경화제상의 폴리우레탄 수지 피복물이 파괴되어 최종 제품을 수득할 수 없도록 한다는 것이다.
이런 문제를 처리하기 위하여, 이방 도전성 접착제와 절연성 접착제를 동시에 압출 피복기 등의 다수의 노즐을 통하여 박리 필름(release film)에 도포하는 것이 제안되었다. 이 기술은 매우 얇은 접착제 층의 경우에는 효과적이지만, 새로운 문제를 일으키는데, 이는 25㎛ 이상의 다층 이방 도전성 접착제가 함유된 용매의 일부만을 증발시켜, 잔류 용매가 쌓이거나 접착제 층중에 가스 방울이 형성되어, 최종 제품의 기능에 나쁜 영향을 준다.
상기 언급한 단점을 극복하는데 목표를 두고 있는 본 발명의 목적은, 통상의 다층 이방 도전성 접착제 보다 품질과 신뢰도가 더 높은 다층 이방 도전성 접착제 및 이러한 접착제의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제의 예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제의 제조 단계의 예를 도시하는 다이어그램(diagram)이다.
도 4는 다층 이방 도전성 접착제를 사용하여 IC 칩과 회로판을 접속함으로써 수득한 접속 구조체를 도시하는 단면도이다.
본 발명자들은 다음 접근법이 제조 동안에 뜨거운 오븐을 통하여 이방 도전성 접착제 층을 여러번 통과시키고, 절연성 접착제에 함유되어 있는 잠재성 경화제가 경화제 위의 피복물의 가열 유발된 용융으로 인하여 반응이 개시되는 것을 방지시킨다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다: 잠재성 경화제를 이방 도전성 접착제 보다는 절연성 접착제에 가하고; 이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도를 절연성 접착제 층의 150℃에서의 용융 점도 이상으로 상승시키고; 150℃에서의 각 용융 점도에 대해 특정 수치를 표시하고; 최외각 층이 접착제에 불용성인 절연성 수지의 피복층인 도전성 입자를 이방 도전성 접착제에 가하여, 미세 피치 회로에 적합하도록 하며; 잠재성 경화제를 절연성 접착제에는 가하지만 이방 도전성 접착제에는 가하지 않는 방법으로 이들을 제조한다.
상세하게는, 본 발명은 필름 형성 수지와 도전성 입자를 포함하고, 150℃에서의 용융 점도가 100포아즈 이상인 이방 도전성 접착제 층과 잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 포함하고 150℃에서의 용융 점도가 100포아즈 미만인 이의 한 면 이상에 적층되어 있는 절연성 접착제 층을 포함하는 다층 이방 도전성 접착제를 제공한다.
본 발명은 또한
필름 형성 수지와 도전성 입자를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층을 형성시키는 단계 및
잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층(2)에 도포한 다음, 건조시켜 제1 절연성 접착제 층을 형성시키는 단계를 포함하는, 다층 도전성 접착제의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 IC 칩의 전극과 회로판의 전극이 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제에 의해 서로 접속되어 있는, IC 칩과 회로판을 포함하는 접속 구조체를 제공한다.
본 발명의 이들 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 다음과 같은 상세한 설명에 기술되거나 이로부터 자명해질 것이다.
본 발명을 첨부된 도를 참조로 하여 상세하게 기술한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제(1)는 필름 형성 수지와 도전성 입자(11)를 포함하고(도 4 참조), 150℃에서의 용융 점도가 100포아즈 이상인 이방 도전성 접착제 층(2)과 잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 포함하고 150℃에서의 용융 점도가 100포아즈 미만인 이의 한 면 이상에 적층되어 있는 절연성 접착제 층(3)을 포함한다.
본 발명에서, 이방 도전성 접착제 층(2)의 150℃에서의 용융 점도는 100 내지 300포아즈인 것이 바람직하고, 절연성 접착제 층(3)의 150℃에서의 용융 점도는 30포아즈 이상 100포아즈 미만인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 도전성 입자(11)는 이방 도전성 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복시키는 것이 바람직하고, 이의 직경은 2 내지 7㎛인 것이 바람직하며, 이방 도전성 접착제 층(2)에 5 내지 60용적%의 양으로 함유되어 있는 것이 또한 바람직하다.
도 2는 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제의 또다른 예로서, 여기서 이방 도전성 접착제 층(2)은 (제1) 절연성 접착제 층(3)과 (제1) 절연성 접착제 층(3)으로서 동일한 잠재성 경화제와 수지를 갖는 제2 절연성 접착제(4) 사이에 샌드위치되어 있으며, 제2 박리층(6)이 절연성 접착제 층(3)의 측면상에 제공된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, IC 칩(7)의 전극(8)과 회로판의 전극(10)을 다층 이방 도전성 접착제(1)로 접속시켜 수득한 접속 구조체에 적용된 본 발명에서, 절연성 접착제 층(3)의 두께는 IC 칩(7)의 전극(8)과 회로판(9)의 전극(10)의 두께의 0.7 내지 1.5배인 것이 바람직하고, 이방 도전성 접착제 층(2)의 두께는 이방 도전성 접착제중에 분산된 도전성 입자(11)의 직경의 0.5 내지 3배이고, 다층 이방 도전성 접착제(1)의 두께는 IC 칩(7)의 전극(8)의 두께와 회로판(9)의 전극(10)의 두께의 0.8 내지 2배이다.
도 3에 나타낸 바와 같은, 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제의 제조방법은,
필름 형성 수지와 도전성 입자를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층(2)을 형성시키는 단계(도 3a) 및
잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층 2에 도포한 다음, 건조시켜 제1 절연성 접착제 층(3)을 형성시키는 단계(도 3b)를 포함한다.
본 발명의 다층 이방 도전성 접착제의 또다른 제조방법은,
이방 도전성 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복되어 있는 도전성 입자와 필름 형성 수지를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름(5)에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층(2)을 형성시키는 단계(도 3a),
잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층(2)에 도포한 다음, 건조시켜 제1 절연성 접착제(3)를 형성시키는 단계(도 3b),
박리강도가 제1 박리 필름(5)의 박리강도 보다 큰 제2 박리 필름(6)을 제1 절연성 접착제 층(3)에 적층시키는 단계,
제1 박리 필름(5)을 박리시켜 이방 도전성 접착제 층(2)을 노출시키는 단계 및
절연성 접착제 층(3)과 동일한 잠재성 경화제와 수지를 갖는 절연성 접착제를 노출된 이방 도전성 접착제 층(2)에 도포한 다음, 건조시켜 제2 절연성 접착제 층(4)을 형성시키는 단계(도 3c 및 2)를 포함한다.
본 발명의 다층 이방 도전성 접착제의 추가의 제조방법은,
이방 도전성 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복되어 있는 도전성 입자와 필름 형성 수지를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름(5)에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층(2)을 형성시키는 단계(도 3a),
잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층(2)에 도포한 다음 건조시켜 제1 절연성 접착제(3)를 형성시키는 단게(도 3b),
박리강도가 제1 박리 필름(5)의 박리강도 보다 큰 제2 박리 필름(6)을 제1 절연성 접착제 층(3)에 적층시키는 단계,
제1 박리 필름(5)을 박리시켜 이방 도전성 접착제 층(2)을 노출시키는 단계 및
절연성 접착제 층(3)과 동일한 잠재성 경화제와 수지를 갖는 절연성 접착제를 도포하여 수득한 제2 절연성 접착제 층(4)을 노출된 이방 도전성 접착제 층(2)에 적층시키는 단계(도 3c 및 2)를 포함한다.
위에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다층 이방 도전성 접착제를 IC 칩(7)과 회로판(9)을 포함하는 접속 구조(도 4)에 바람직하게 도포할 수 있으며, 다층 이방 도전성 접착제를 사용하여, IC 칩(7)의 전극(8)과 회로판(9)의 전극(10)을 서로 접속시킨다.
본 발명에서, 박리 필름(5) 또는 (6)의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름, 및 기타 폴리에스테르 필름; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 기타 폴리올레핀 필름; 및 폴리테트라플루오로에틸렌과 기타 불소계 필름의 표면에 실리콘을 처리하여 수득한 것이 있다.
이들 중에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(PET)의 표면을 실리콘으로 처리하여 수득한 박리 필름이 특성, 조작 및 단가면에서 사용하기에 바람직하다.
가열시키거나 전자 빔으로 조사시 고정 특성을 나타내는 수지가 이방 도전성 접착제의 수지 성분으로서 광범위하게 사용될 수 있다. 에폭시 수지, 페놀계 수지 등을 유리하게 사용할 수 있다.
다음 수지를 필름 형성 수지로 사용할 수 있다: 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, SEBS(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체), SIS(스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체), NBR(아크릴로니트릴 부타디엔 고무) 등.
필름 형성 수지 중 1종 이상 및 가열시키거나 전자 빔으로 조사시 고정 특성을 나타내는 수지를 사용하여 수득한 제품을 유리하게 사용할 수 있다.
열경화 수지중에서, 탁월한 접착성, 내열성 및 내습성 때문에 에폭시 수지가 특히 사용하기에 바람직하다.
또한, 이방 도전성 접착제의 경우 필름 형성 수지만을 사용할 수도 있다. 이 경우, 이방 도전성 접착제용의 필름 형성 수지만을 사용하여, 예를 들어 IC 칩 결함이 IC 칩과 회로판 사이의 접속에 발생한 경우 보수, IC 칩 대체 등을 용이하게 할 수 있다.
가열시키거나 전자 빔으로 조사시 고정 특성을 나타내는 수지는 절연성 접착제의 수지 성분으로서 광범위하게 사용될 수 있다. 에폭시 수지, 페놀계 수지 등이 유리하게 사용될 수 있다.
다음 수지가 필름 형성 수지로서 사용될 수 있다: 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, SEBS(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체), SIS(스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체), NBR(아크릴로니트릴 부타디엔 고무), 및 기타 수지.
필름 형성 수지 중 1종 이상과 고정 수지를 사용하여 수득한 제품이 유리하게 사용될 수 있다.
열경화성 수지중에서, 에폭시 수지가 접착성, 내열성 및 내습성 때문에 특히 바람직하게 사용된다.
여기서, 상온에서 고체인 에폭시 수지 또는, 경우에 따라, 상온에서 액체인 에폭시 수지가 또한 상기와 같은 에폭시 수지로서 사용될 수 있다.
상온에서 고체인 에폭시 수지 또는 상온에서 액체인 에폭시 수지는 목적하는 점도에 대응하는 적합한 비율로 혼합하여 절연성 접착제의 용융 점도를 조절할 수 있도록하여야 한다.
충전재, 실란 커플링제 등이 또한 적합한 방법에서 필요에 따라 사용될 수 있다.
이방 도전성 접착제 및 절연성 접착제 층의 용융 점도 수준은 이방 도전성 접착제의 용융 점도가 절연성 접착제 층의 용융 점도 보다 더 높도록 하는 것이 바람직하다.
150℃에서의 용융 점도로서 표시되는, 이방 도전성 접착제의 용융 점도는 바람직하게는 100 내지 400포아즈, 더욱 바람직하게는 100 내지 300포아즈이다.
150℃에서의 절연성 접착제 층의 용융 점도는 바람직하게는 10 내지 100포아즈, 더욱 바람직하게는 30 내지 100포아즈이다.
절연성 접착제 층을 이방 도전성 접착제 층의 한 면에만 형성시키는 외에, 양면에 형성시킬 수도 있다. 절연성 접착제 층의 용융 점도를 IC 칩 등을 접속할 때 가열면 위에서 증가시키는 방법을 또한 채택할 수 있다. 용융 점도를 조절하기 위하여, 고체 에폭시 수지와 액체 에폭시 수지의 사용량을 목적하는 용융 점도에 따라서 적합한 방법으로 결정할 수 있다.
이방 도전성 접착제 층 중에 함유된 도전성 입자가 전극으로부터 유출되는 것을 방지하기 위하여, 2개의 절연성 접착제 층중 하나의 용융 점도를 상기 언급한 용융 점도의 범위내에서 이방 도전성 접착제 층의 용융 점도보다 더 높게 하는 것이 바람직하다.
용융 점도는 유동 시험기(CFT-500; Shimazu Seisakusho 제조)를 사용하여 측정한다. 이방 도전성 접착제와, 경화제를 뺀 절연성 접착제 층을 각각 용기에 넣고 150℃에서 용융 점도를 측정한다.
이방 도전성 접착제에 가할 수 있는 도전성 물질의 예로는 순수한 금속(예: 니켈, 금, 은, 구리, 및 땜납) 및 이의 합금과 같음 금속 입자 뿐만 아니라 표면을 금으로 도금한 도전성 니켈 입자, 상기와 같은 금속 입자 2종 이상으로 이루어진 것; 유리 비드 또는 세라믹, 합성 수지(예: 폴리스티렌 수지, 아크릴계 수지, 및 실리콘 수지), 고물 물질(예: 아크릴계 고무 또는 클로로프렌 고무) 등으로 제조된 입상과 같은 절연 입자에 니켈/금 도금 또는 기타 도전성 물질을 도포하여 수득한 도전성 물질 피복된 입자 등; 및 금속 입자 또는 도전성 물질 피복된 입자에 절연성 수지를 도포하여 수득한, 절연 물질 피복된 도전성 입자가 있다. 이들 중에서, 절연 물질 피복된 도전성 입자는 ICs를 보드 등과 연결시키는데 사용되는 피세 피치용으로 더욱 적합하기 때문에 바람직하게 사용된다.
도전성 입자의 직경이 더욱 작을수록 미세 피치에 더욱 적합하다. 직경은 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 2 내지 7㎛이다.
절연 입자(예: 유리 비드) 또는 기타 무기 물질로 제조된 입자(예: 세라믹), 유기 합성 수지(예: 폴리스티렌 수지, 아크릴계 수지, 및 실리콘 수지), 또는 고무 물질(예: 아크릴계 고무 또는 클로로프렌 고무)을 가하여 수지 배열체중의 전극간 물질의 두께를 안정화시키고 좌측과 우측의 인접한 전극간의 물질의 절연 특성을 향상시킬 수 있다.
에폭시 수지에, 절연성 접착제용 경화제로서 아민 화합물 및 이미다졸 화합물을 유리하게 사용할 수 있다. 이들 중에서, 이미다졸 화합물을 기본으로 하는 경화제가 더욱 적합하다.
폴리우레탄 수지로 이미다졸을 피복시켜 수득하고 상온에서는 불활성이지만 가열에 의해 활성화되는 미세캡슐화 잠재성 경화제를 사용할 수 있다. 노바큐어(Novacure) 시리즈(상표명; Asahi Chemical Industry 제조) 등을 상기와 같은 경화제로서 유리하게 사용할 수 있다.
이방 도전성 접착제 층의 두께는 바람직하게는 5 내지 25㎛이다. 두께가 5㎛ 미만인 경우, 다층 도전성 접착제로 제조시 이방 도전성 접착제의 비율이 너무 낮아지게 되어, 이방 도전성 접착제가 이의 기능을 완전히 수행할 수 없게 된다. 두께가 25㎛ 보다 큰 경우, 예를 들어, 이방 도전성 접착제의 기본 성분이 필름 형성 수지 단독인 경우, 열경화성 이방 도전성 접착제는 이의 기능을 수행할 수 없다.
절연성 접착제 층의 두께는 이방 도전성 접착제 층의 두께에 영향을 받지만, 단일층의 두께는 10 내지 50㎛ 범위내에 속하는 것이 바람직하다. 엄격하게 말한다면, 다층 이방 도전성 접착제의 두께는 사용되는 IC와 회로판의 전극 높이(두께)에 의해 결정되지만, 50 내지 90㎛ 범위가 사용하기에 바람직하다.
통상의 그래비어 피복기(gravure coater), 오프셋 그래비어 피복기(offset gravure coater), 롤 피복기, 역전식 롤 피복기, 키스 피복기, 또는 기타 피복기 헤드를 제조 장치로 연속해서 사용한다. 뜨거운 오븐; 건조용 장치/전자 빔, 자외선 조사 등에 의한 가교결합 물질; 또는 기타 유형의 장치가 단독으로 또는 함께 사용될 수 있다.
절연성 수지중의 도전성 입자를 분산시켜 제조한 이방 도전성 접착제 층의 한 면 이상에 절연성 접착제 층을 적층시키는 방법으로 수득한, 제안된 다층 이방 도전성 접착제는 생성된 이방 도전성 접착제 층의 필름 형성 수지와 필수 성분으로서 도전성 입자를 함유하며, 절연성 접착제 층의 필수 성분은 잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지이다. 생성된 제품은 다층 이방 도전성 접착제로 제조시 열경화성 접착제로서 작용하지만, 이방 도전성 접착제 층이 보수, IC 칩 교체 등을 용이하게 하는, 필름 형성 수지와 도전성 입자만을 함유하는 경우 열가소성 기능을 갖는다.
다른 장점은 이방 도전성 접착제 층에 경화제가 없기 때문에, 제조 기간중 뜨거운 오븐에 여러번 통과시킬 때 경화되지 않으며, 이방 도전성 접착제로서의 기능을 수행한다.
실시예
실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술지만, 본 발명을 이들로 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 이방 도전성 접착제의 제조
페녹시 수지(YP50, Toto Kasei 제조), 고체 에폭시 수지(EP1009, Yuka Shell 제조), 및 노볼락형 액체 에폭시 수지(RE305S, Nippon Kayaku 제조)의 중량비를 40/30/30으로 정하고, 이들 성분을 메틸 에틸 케톤(MEK)/톨루엔 중량비를 50/50으로 고정시켜 40% 용액을 수득하는 혼합 용매에 용해시킨다.
다음 절연 물질 피복된 도전성 입자를 혼합하여 상기 용액에 27용적%의 양으로 분산시킨다: 직경이 4.6㎛인 벤조구안아민 수지 입자를 니켈/금으로 두께 0.2㎛/0.02㎛로 도금시켜 수득한 도전성 입자, 및 생성된 도전성 입자의 표면을 아크릴/스티렌 공중합체 수지로 두께 0.2 내지 0.5㎛로 피복시킨다.
이방 도전성 접착제의 용매를 증발시켜, 150℃에서의 생성물의 용융 점도를 유동 시험기로 측정하면 200포아즈이다.
(2) 절연성 접착제의 제조
다음 3가지 성분의 비를 40/30/30으로 정한다: 고체 에폭시 수지(EP1009, Yuka Shell 제조), 노볼락형 액체 에폭시 수지(RE305S, Nippon Kayaku 제조), 및 HX394IHP(Asahi Chemical Industry 제조)를, 개질된 이미다졸을 폴리우레탄 수지로 피복시켜 수득한 미세캡슐화 잠재성 경화제를 함유하는 액체 에폭시 수지에 분산시킨다. 이들을 톨루엔/에틸 아세테이트 중량비를 50/50으로 하여 60% 용액을 수득하는 혼합된 용매중에 용해시킨다. 상기 절연성 접착제의 용매를 증발시키고, 생성물의 150℃에서의 용융 점도를 유동 시험기로 측정하면 60포아즈이다.
경화제를 제거한 후 측정한다.
(3) 다층 이방 도전성 접착제의 제조
상기 제조(1)에서 제조한 이방 도전성 접착제 용액을 롤 피복기를 사용하여 실리콘 처리된 PET 박리 필름(이후 박리 필름으로 약칭함)에 도포시킨 다음 80℃에서 5분간 건조시켜, 두께가 10㎛인 이방 도전성 접착제 층을 수득한다.
(2)에서 제조한 절연성 접착제 용액을 연속해서 롤 피복기를 사용하여 이방 도전성 접착제 층에 도포한 다음 80℃에서 5분간 건조시킨다. 상기 사용한 박리 필름 보다 박리 강도가 큰 박리 필름을 적층시켜, 두께가 20㎛인 절연성 접착제 층을 수득한다.
이어서 (2)에서 제조한 절연성 접착제 용액을 롤 피복기를 사용하여 박리 필름을 제거한 이방 도전성 접착제 층의 표면에 도포한 다음, 생성물을 80℃에서 5분간 건조시켜, 두께가 40㎛인 절연성 접착제 층을 수득한다.
(4) 평가
(a) 다층 이방 도전성 접착제중의 가스 방울
다층 이방 도전성 접착제에서 10개의 임의적인 면적을 선택하여 170 확대 배율에서 광학 현미경을 사용하여 평가한다. 30㎛ 보다 큰 가스 방울이 없는 경우를 양호로 표시하고, 30㎛ 보다 큰 가스 방울이 존재하는 경우를 불량으로 표시한다.
(b) 다층 이방 도전성 접착제의 외관
다층 이방 도전성 접착제를 육안으로 관찰하여 평가한다.
스트라이프가 없는 경우를 양호로 표시하고, 스트라이프가 존재하는 경우를 불량으로 표시한다.
(c) 다층 이방 도전성 접착제의 유효 수명
다층 이방 도전성 접착제를 60℃ 오븐에서 24시간 동안 노화시킨후 사용하기에 적합한지 측정한다.
15㎎의 샘플을 10℃/분의 속도로 온도를 증가시키면서 가열하여 차동 열량계(Seiko Denshi Kogyo 제조)를 사용하여 평가한다. 피크가 180mJ 이상인 경우를 양호로 표시하고 피크가 180mJ 미만인 경우를 불량으로 표시한다.
(d) IC 칩의 전극당 도전성 입자의 수
연결용 IC 칩과 회로판을 평가하기 전에 제조한다.
샘플로서 사용되는 ICs의 두께는 0.4㎜이고 크기는 10㎜2이다. IC 전극(범프)은 금으로 도금되어 있고, 이의 높이는 45㎛이고 크기는 110㎛2이다. 범프 피치는 150㎛이다. 160-핀 IC 칩을 제조한다. 18㎛ 구리 호일을 유리/에폭시 기판에 0.6 ㎜ 두께로 적층시켜 회로판을 수득한다. IC 칩과의 연결용으로 니켈/금으로 도금한 터미널을 제조한다.
IC 칩과 회로판 사이에 다층 이방 도전성 접착제를 배치시키고, 이 둘을 180℃의 온도에서 범프당 400kgf/㎠의 압력하에 20초간 압축 접착시킨다.
다층 이방 도전성 접착제를 사용하여 IC 칩과 회로판을 연결시켜 수득한 전자 부품을 340배의 확대 배율에서 광학 현미경을 사용하여 조사하여 상기 칩을 박리시킨 후 IC 칩의 각 범프에 잔류하는 도전성 입자의 수를 측정한다(200개의 범프를 조사함). 200개의 범프 각각에 5개 이상의 입자가 남아있는 경우 허용가능한 것으로 간주한다.
(e) 전도 신뢰성
상기 언급한 IC 칩의 범프당 도전성 입자의 수를 평가하는데 사용된 것과 동일한 샘플을 사용한다.
평가 샘플을 압력 조리기 시험기(EHS-411, Tabai Espec Corporation 제조) 속에서 24시간 동안 노화시킨다.
수직 배열의 전극간의 전도 저항을 노화된 샘플을 사용하여 측정한다. 전도 저항이 0.1 Ω 이하인 경우를 양호로 표시하고, 저항이 0.1 Ω을 초과하는 경우를 불량으로 표시한다.
(f) 절연 신뢰도
좌측 및 우측의 인접한 전극간의 절연 저항을 상기 언급한 전도 신뢰도를 평가하는데 사용된 것과 동일한 조건하에서 제조된 샘플을 사용하여 측정한다. 절연 저항이 1 × 108Ω 이상인 경우를 양호로 표시하고, 절연 저항이 1 × 108Ω 미만인 경우를 불량으로 표시한다. 실행 실시예의 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 2
이방 도전성 접착제의 수지 조성물의 경우 페녹시 수지(YP50, Toto Kasei 제조)만을 사용하고, 이 수지를 MEK 용매에 40% 용액이 되도록 용해시키는 것을 제외하고는, 실시예 1에서 수행한 공정과 동일한 공정을 수행한다. 실시예 2에서 사용되는 이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도는 270포아즈이다.
실시예 3
이방 도전성 접착제의 수지 조성물은 폴리에스테르 수지(UE3220, Unitika 제조) 및 에폭시 수지(EP828, Yuka Shell 제조) 1/1의 중량비로 이루어져 있다. 이 수지를 톨루엔과 MEK를 1/1 중량비로 함유하는 용매에 용해시킨다. 실시예 3에서 사용되는 이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도는 120포아즈이다.
실시예 4
본 실시예는 이방 도전성 접착제중의 도전성 입자의 혼합비를 54 용적%로 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
실시예 5
실시예 1에서 사용되는 이방 도전성 접착제 용액을 롤 피복기를 사용하여 박리 필름에 도포한 다음 80℃에서 5분간 건조시켜, 두께가 10㎛인 이방 도전성 접착제 층을 수득한다.
이어서 실시예 1에서 사용되는 절연성 접착제 용액을 롤 피복기를 사용하여 이방 도전성 접착제 층에 도포한 다음 80℃에서 5분간 건조시킨다. 박리 필름을 적층시켜 두께가 20㎛인 절연성 접착제 층을 수득한다.
상기 언급한 절연성 접착제와 동일한 용액을 추가로 박리 필름에 도포하고, 상기 처리된 절연성 접착제 필름을 수직의 60℃ 두 롤의 라인 압력 2kgf/㎝에서 박리 필름을 제거한 상기 이방 도전성 접착제 층의 표면에 적층시킨다.
실시예 6
본 실시예는 도전성 입자를 이방 도전성 접착제로 혼합시키는 양을 5용적%로 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
실시예 7
본 실시예는 도전성 입자를 이방 도전성 접착제로 혼합시키는 양을 60용적%로 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.
실시예 8
본 실시예는 이방 도전성 접착체의 두께를 25㎛으로 하고, 최종 도포되는 절연성 접착제의 두께를 20㎛으로 설정하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하다.
비교 실시예 1
이방 도전성 접착제의 수지 조성물은 페녹시 수지(YP50, Toto Kasei 제조), 에폭시 수지(EP828, Yuka Shell 제조), 및 액체 에톡시 수지(HX3941HP, Asahi Chemical Industry 제조)로 이루어져 있으며 잠재성 경화제를 함유한다. 상기 수지의 중량비는 50/50/50이다. 상기 수지를 톨루엔과 에틸 아세테이트를 1/1의 중량비로 함유하는 용매중에 용해시킨다. 기타 사항은 실시예 1과 동일하다.
비교 실시예 1에서 사용되는 이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도는 60포아즈이다. 이방 도전성 접착제가 잠재성 경화제를 함유하고 있기 때문에, 다층 이방 도전성 접착제 제조시 경화되기 시작하여, 만족스러운 특성을 수득할 수 없도록 한다.
비교 실시예 2
비교 실시예 1에서 사용되는 다층 이방 도전성 접착제를 실시예 2에서 사용되는 적층 기술을 기본으로 하는 방법으로 제조한다.
이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도가 60포아즈이기 때문에, 이방 도전성 접착제에 함유되어 있는 도전성 입자가 IC 칩과 회로판을 열압축식 접착시키는 중에 IC 칩의 전극으로부터 유동하게 되어, 적층 기본식 제조방법으로는 만족스러운 특징을 수득할 수 없다.
비교 실시예 3
이방 도전성 접착제의 수지 조성물은 페녹시 수지(YP50, Toto Kasei 제조) 및 에폭시 수지(EP828, Yuka Shell 제조) 50/50의 중량비로 이루어져 있다. 상기 수지를 톨루엔/에틸 아세테이트 중량비가 1/1인 혼합 용매에 용해시킨다. 기타 사항은 실시예 1과 동일하다.
이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도가 90포아즈이기 때문에, 이방 도전성 접착제에 함유되어 있는 도전성 입자가 IC 칩의 범프로부터 유동하게 되어, 전도 신뢰도가 만족스럽지 못하다.
평가 항목 가스 방울 외관 유효 수명 범프 위의 입자 수 전도 신뢰도 절연 신뢰도
실시예 1 양호 양호 양호 10 양호 양호
2 양호 양호 양호 10 양호 양호
3 양호 양호 양호 10 양호 양호
4 양호 양호 양호 15 양호 양호
5 양호 양호 양호 10 양호 양호
6 양호 양호 양호 5 양호 양호
7 양호 양호 양호 20 양호 양호
8 양호 양호 양호 10 양호 양호
비교실시예 1 양호 불량 불량 5 불량 양호
2 불량 불량 양호 5 불량 양호
3 양호 양호 양호 4 불량 양호
위에서 상세하게 기술한 바와 같이, 본 발명은 잠재성 경화제를 가하지 않고 이방 도전성 접착제에 절연성 접착제만을 가하여, 상기 다층 이방 도전성 접착제의 제조 동안에 다층 이방 도전성 접착제의 층을 뜨거운 오븐에 여러번 통과시킬 수 있도록 한 다층 이방 도전성 접착제를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 이방 도전성 접착제의 150℃에서의 용융 점도를 절연성 접착제 층의 150℃에서의 용융 점도 보다 높게 하고, 각각의 150℃에서의 용융 점도에 대하여 특정 수치를 표시하는 방식을 채택함으로써, IC 칩과 회로판 사이를 노화된 후에로 충분히 신뢰할 수 있도록 접속시키는 다층 이방 도전성 접착제를 제공할 수 있다.
또한, 최외각 층을 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복시킨 필수 성분을 이방 도전성 접착제에 가하여 통상적으로 사용되는 것보다 더 많은 도전성 입자를 가할 수 있도록 하고 미세 피치 회로에 사용할 수 있는 다층 이방 도전성 접착제를 제공할 수 있도록 한다.
일본 특허공보 제9-198398호의 명세서, 특허청구의 범위, 요약서 및 도는 전문 모두 본 명세서에서 참고로 인용된다.

Claims (8)

  1. 이방 도전성 접착제 층과 이의 한 면 이상에 적층된 절연성 접착제 층을 포함하는 다층 이방 도전성 접착제로서,
    이방 도전성 접착제 층이 필름 형성 수지와 도전성 입자를 포함하고, 150℃에서의 용융 점도가 100포아즈 이상이고, 절연성 접착제 층이 잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 포함하며, 150℃에서의 용융 점도가 100포아즈 미만임을 특징으로 하는 다층 이방 도전성 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 이방 도전성 접착제 층의 150℃에서의 용융 점도가 100 내지 300포아즈이고, 절연성 접착제 층의 150℃에서의 용융 점도가 30포아즈 이상 100포아즈 미만인 다층 이방 도전성 접착제.
  3. 제1항에 있어서, 도전성 입자가 이방 도전성 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복되어 있고, 이의 직경이 2 내지 7㎛이며, 이방 도전성 접착제 층에 5 내지 60용적%의 양으로 함유되어 있는 다층 이방 도전성 접착제.
  4. 제1항에 있어서, IC 칩의 전극과 회로판의 전극을 다층 이방 도전성 접착제를 사용하여 접속시켜 수득한 접속 구조체에서, 절연성 접착제 층의 두께가 IC 칩의 전극과 회로판의 전극의 두께의 0.7 내지 1.5배이고, 이방 도전성 접착제 층의 두께가 이방 도전성 접착제에 분산되어 있는 도전성 입자의 직경의 0.5 내지 3배이며, 다층 이방 도전성 접착제의 두께가 IC 칩의 전극의 두께와 회로판의 전극의 두께의 0.8 내지 2배인 다층 이방 도전성 접착제.
  5. 필름 형성 수지와 도전성 입자를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층을 형성시키는 단계 및
    잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층에 도포한 다음, 건조시켜 제1 절연성 접착제 층을 형성시키는 단계를 포함하는, 다층 이방 도전성 접착제의 제조방법.
  6. 이방 도전성 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복되어 있는 도전성 입자와 필름 형성 수지를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층을 형성시키는 단계,
    잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층에 도포한 다음, 건조시켜 제1 절연성 접착제 층을 형성시키는 단계,
    박리강도가 제1 절연 접착제 층의 박리강도 보다 큰 제2 박리 필름을 제1 절연성 접착제 층에 적층시키는 단계,
    제1 박리 필름을 박리시켜 이방 도전성 접착제 층을 노출시키는 단계 및
    절연성 접착제 층과 동일한 잠재성 경화제와 수지를 갖는 절연성 접착제를 노출된 이방 도전성 접착제 층에 도포한 다음, 건조시켜 제2 절연성 접착제 층을 형성시키는 단계를 포함하는, 다층 이방 도전성 접착제의 제조방법.
  7. 이방 도전성 접착제에 불용성인 절연성 수지로 피복되어 있는 도전성 입자와 필름 형성 수지를 함유하는 이방 도전성 접착제를 제1 박리 필름에 도포한 다음, 건조시켜 이방 도전성 접착제 층을 형성시키는 단계,
    잠재성 경화제와 관능 그룹을 갖는 수지를 함유하는 절연성 접착제를 이방 도전성 접착제 층에 도포한 다음, 건조시켜 제1 절연성 접착제 층을 형성시키는 단계,
    박리강도가 제1 절연 접착제 층의 박리강도 보다 큰 제2 박리 필름을 제1 절연성 접착제 층에 적층시키는 단계,
    제1 박리 필름을 박리시켜 이방 도전성 접착제 층을 노출시키는 단계 및
    절연성 접착제 층과 동일한 잠재성 경화제와 수지를 갖는 절연성 접착제를 도포하여 수득한 제2 절연성 접착제 층을 노출된 이방 도전성 접착제 층에 적층시키는 단계를 포함하는, 다층 이방 도전성 접착제의 제조방법.
  8. IC 칩의 전극과 회로판의 전극이 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 제조방법으로 수득한 다층 이방 도전성 접착제에 의해 서로 접속되어 있는, IC 칩과 회로판을 포함하는 접속 구조체.
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