KR20010050963A - 이방성 도전 접속 재료 - Google Patents

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스가야스히로
다케이치모토히데
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구리다 히데유키
소니 케미카루 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 수지로 만든 패시베이션 막 및 이 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 갖는 반도체 소자와 회로기판을 접속하는 경우에도, 패시베이션 막을 손상하지 않고, 둘 사이의 기계적 고착과 동시에 대향하는 전극간의 전기적 접속을 이루고, 인접하는 전극간의 절연을 유지할 수 있는 이방성 도전 접속 재료를 제공한다. 패시베이션 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 가지는 반도체 소자를 접착제 성분과 도전성 입자를 포함하는 접속 재료로 회로기판에 접속할 때, 고분자 핵재입자(核材粒子)의 표면에 금속층을 피복한 입자로서, 입자 직경 d가 패시베이션 막과 전극의 높이 차의 1.5배 이상이고, 전극 사이의 간격 s의 0.5배 이하인 입자를 도전성 입자로서 사용한다.

Description

이방성 도전 접속 재료 {CONNECTING MATERIAL FOR ANISOTROPICALLY ELECTROCONDUCTIVE CONNECTION}
본 발명은 패시베이션(passivation) 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 갖는 반도체 소자와 회로기판을 접속하기 위한 이방성 도전 접속 재료에 관한 것이다.
반도체를 회로기판에 실장하는 기술로서, 베어칩과 같은 반도체 소자를 이방성 도전 접속 재료(이하, ACF라고 할 경우가 있음)로 기판에 기계적 및 전기적으로 접속하는 방법이 있다. 이 방법에서는 반도체 소자와 회로기판의 전극을 대향시키고 ACF를 개재시켜 열압착함으로써, 양자를 기계적으로 고착시키는 동시에 대향하는 전극을 전기적으로 접속하고, 인접한 전극간의 절연 상태를 유지한다. 이와 같은 방법이 적용되는 반도체 소자는 전극으로서 범프(bump)라고 하는 돌기로 이루어진 전극을 구비하고, 기판 쪽의 전극도 돌기 형상의 도체 패턴으로 형성되어 있다. 이 때문에 종래에는 돌기 전극끼리의 접속이 일반적이었다.
그런데 전극의 피치가 좁아짐에 따라 범프의 형성이 곤란해지고, 이에 따라 범프 즉 돌기형태를 이루지 않는 전극을 갖는 반도체 소자를 기판에 직접 접속하는 방법이 제안되어 있다. 이와 같은 범프가 없는 반도체 소자의 전극은 패시베이션 막보다 낮은 위치에 있으므로, 종래와는 다른 접속 재료가 필요하게 된다.
이와 같은 접속 재료로서 일본국 특허공개공보 제92-30542호에는 전극의 경도보다 크고 패시베이션 막의 경도보다 작은 경도의 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 접속 재료가 개시되어 있고, 이와 같은 도전성 입자로서 니켈 입자가 사용되고 있다. 그러나 니켈보다 경도가 큰 패시베이션 막은 제한적이며, 폴리이미드 수지와 같은 수지로 만들어지는 패시베이션 막에는 적용할 수 없다.
본 발명의 과제는 수지로 만든 패시베이션 막 및 이 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 갖는 반도체 소자와 회로기판을 접속하는 경우에도, 패시베이션 막을 손상하지 않고 양자를 기계적으로 고착하는 동시에 대향하는 전극을 전기적으로 접속하고, 인접한 전극간의 절연을 유지할 수 있는 이방성 도전 접속 재료를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태인 접속체가 접속중인 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 도전입자의 압축변위와 하중의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도전입자의 압축 왜곡과 K값의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다음의 이방성 도전 접속 재료이다.
(1) 패시베이션 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 갖는 반도체 소자와 상기 전극에 대응하는 전극을 갖는 회로기판을 접속하기 위한 접속 재료로서,
절연성인 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고,
상기 도전성 입자는 고분자 핵재입자(核材粒子)의 표면을 금속층으로 피복한 입자이며,
도전성 입자의 평균 직경이 패시베이션 막과 반도체 소자 전극의 높이 차의 1.5배 이상인 이방성 도전 접속 재료.
(2) 도전성 입자의 평균 직경이 인접하는 전극간의 간격의 0.5배 이하인 상기 (1) 기재의 이방성 도전 접속 재료.
(3) 도전성 입자가 고분자 핵재입자를 피복한 금속층의 표면을 추가로 절연성 수지로 피복한 것인 상기 (1) 또는 (2) 기재의 이방성 도전 접속 재료.
(4) 도전성 입자의 경도(K 값)가 500∼10,000 N/㎟인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접속 재료.
(5) 도전성 입자에서의 금속층의 Mohs 경도가 1∼6인 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 이방성 도전 접속 재료.
본 발명의 이방성 도전 접속 재료에 의해 접속의 대상이 되는 피접속 부재의 한쪽은 반도체 소자 상의 패시베이션 막보다 낮은 위치에 전극을 갖는 반도체 소자이다. 이와 같은 반도체 소자에는 범플리스(bumpless) IC라 불리우는 전극에 범프 등의 돌기물을 갖지 않는 반도체 소자가 포함된다. 이와 같은 반도체 소자는 전극의 주위에 패시베이션 막을 가지고, 패시베이션 막보다 전극 쪽이 낮게 되어 있다. 패시베이션 막으로는 폴리이미드 수지, 폴리벤조사이클로부텐, 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론) 등의 수지가 사용된다. 전극으로서는 알루미늄, 구리 등이 사용된다. 알루미늄의 경우는 표면에 산화막이 형성된다. 이와 같은 반도체 소자로서는 베어칩이라 불리우는 코팅되지 않은 반도체 칩을 예로 들 수 있으며, 이와 같은 베어칩은 페이스다운형으로 회로기판에 접속된다.
이와 같은 반도체 소자와 접속하는 다른 쪽의 피접속체는 회로기판으로서, 상기 반도체 소자의 전극에 대응하는 위치에 전극을 갖고, 회로 패턴이 이 전극으로부터 기판의 다른 부분으로 연장되어 있다. 회로기판으로는 에폭시 수지/유리 기판 등의 수지 기판, 유리 기판, 폴리이미드 수지 등으로 만들어지는 플렉시블 수지 기판 등이 예시된다. 전극으로는 동, 은, 알루미늄 등의 일반적 도체가 사용된다.
이와 같은 피접속 부재로서의 반도체 소자와 회로기판을 접속하는 이방성 도전 접속 재료는 열경화성 수지를 함유하는 절연성 접착체 성분 및 도전성 입자를 포함한다. 이 접속 재료를 피접속 부재 사이에 개재시켜 양쪽에서 가압하여 상대하는 전극을 눌러 도전성 입자와 접촉시키고, 수지를 전극이 존재하지 않는 부분에 집결시켜 이 부분에서는 도전성 입자를 분산시킨 상태에서 경화시켜 접속함으로써, 피접속 부재간의 기계적 고착 및 대향하는 전극간의 전기적 접속을 얻는 동시에 인접한 전극간의 절연성을 유지하도록 구성된다.
본 발명의 접속 재료의 절연성 접착제 성분으로 사용되는 열경화성 수지의 주제 수지로서는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 수산기 함유 폴리에스테르 수지, 수산기 함유 아크릴 수지 등, 경화제와 병용함으로써 가열하에 또는 UV 등의 광 조사에 의해 경화하는 수지가 제한없이 사용될 수 있으나, 특히 그 경화 온도, 시간, 보존 안정성 등의 밸런스에서 볼 때 에폭시 수지가 바람직하다. 에폭시 수지로서는 비스페놀형 에폭시 수지, 에폭시노볼락 수지 또는 분자 내에 2개 이상의 옥실란기를 갖는 에폭시 화합물 등이 사용될 수 있다. 이 밖에 라디칼 중합형 수지일 수도 있다. 이들 수지에는 시판품이 그대로 사용될 수 있다.
상기 열경화성 수지의 주제 수지는 일반적으로 경화제를 병용함으로써 경화 반응을 일으킬 수 있으나, 주제 수지에 경화 반응에 기여하는 작용기가 결합되어 있는 경우에는 경화제를 생략할 수 있다. 경화제로서는 이미다졸, 아민, 산무수물, 히드라지드, 디시안디아미드, 이것들의 변성물 등, 가열, 광 조사 등에 의해 주제 수지와 반응하여 경화 반응을 행하는 것이 사용될 수 있고, 시판품일 수도 있다. 이와 같은 경화제로서는 잠재성 경화제가 바람직하다.
잠재성 경화제는 상온에서의 제조, 보존 및 비교적 저온(40∼80℃)에 의한 건조시에는 경화 반응을 일으키지 않고, 경화 온도에서의 가열가압(열압착) 또는 UV 등의 광 조사에 의해 경화 반응을 일으키는 경화제이다. 이와 같은 잠재성 경화제로서는 이미다졸, 아민 등의 상기 경화제 성분을 마이크로캡슐화한 것 등이 특히 바람직하고, 시판품을 그대로 사용할 수도 있다. 열활성인 경우, 경화개시온도는 80∼150℃인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 접속 재료에 도포성 또는 필름 형성성을 부여하기 위해, 열가소성 고분자 재료를 접착제 성분에 배합할 수 있다. 이와 같은 열가소성 고분자 재료로는 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, NBR, SBR 등이 사용될 수 있다.
이 밖에 본 발명의 접착제 성분에는 계면활성제, 커플링제, 노화방지제(antioxidant) 등의 첨가제를 배합할 수 있다.
접착제 성분 중에 배합하는 이러한 성분의 배합 비율은 열가소성 고분자 재료가 열경화성 수지에 대해 0∼40 중량%, 바람직하게는 1∼30 중량%, 다른 첨가제가 수지 성분의 합계량에 대해 0∼10 중량%, 바람직하게는 1∼5 중량%로 할 수 있다.
상기 접착제 성분과 함께 접속 재료에 배합되는 도전성 입자는 고분자 핵재입자를 도금 등의 방법을 사용하여 도전재로 피복한 도전 피복입자이지만, 이들 도전성 입자는 절연성 수지로 피복될 수도 있다. 이와 같은 도전성 입자는 접착제 성분에 대해 2∼40 용량%, 바람직하게는 5∼25 용량%로 배합할 수 있다.
상기 도전피복입자를 구성하는 고분자 핵재입자로서는 에폭시 수지, 스티렌 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 아크릴/스티렌 수지(아크릴레이트와 스티렌의 공중합체), 폴리올레핀 수지, 멜라민 수지 또는 벤조구아나민 수지 등의 합성수지, 디비닐벤젠 가교체; NBR 또는 SBR 등의 합성고무; 이것들의 혼합물 등으로 이루어지는 입자가 사용될 수 있다. 이들 중에서 스티렌 수지, 아크릴 수지, 아크릴/스티렌 수지, 벤조구아나민 수지, 디비닐벤젠 가교체가 바람직하다. 고분자 핵재입자의 경도 또는 탄성 등은 특별히 제한되지 않고, 적절히 소망하는 경도 또는 탄성 등을 갖는 것을 선택할 수 있다.
상기 고분자 핵재입자를 피복하는 금속층으로는 니켈, 금, 동, 은 등의 금속이 1종 또는 2종 이상 사용될 수 있으며, 니켈이 바람직하다. 이들 금속은 고분자 핵재입자 표면에 무전해도금 또는 전해도금으로 막 형상으로 피복되는 것이 바람직하다. 금속층의 막 두께는 5∼300nm, 바람직하게는 10∼200nm인 것이 바람직하다. 특히 바탕으로서 니켈도금을 실시하고, 그 위에 금도금을 실시한 것이 바람직하고, 이 경우, 니켈 베이스 도금의 막 두께는 10∼300nm, 바람직하게는 30∼200nm, 금도금의 막 두께는 5∼100nm, 바람직하게는 10∼30nm로 하는 것이 적합하다.
도전피복입자를 절연성 수지로 다시 피복할 경우에 쓰이는 절연성 수지로서는 상기 절연성 접착제에 불용 또는 난용이며 열압착에 의해 피복이 용융 또는 파괴되어 입자에 도전성을 부여하는 절연성 수지라면 어느 것이나 제한없이 사용될 수 있으나, 아크릴 수지, 스티렌 수지 또는 아크릴/스티렌 수지가 바람직하다.
절연성 수지는 도전피복입자 표면에 막 형상으로 절연피복되어 있는 것이 바람직하고, 특히 아크릴 수지 가교막, 스티렌 수지 가교막 또는 아크릴/스티렌 수지 가교막으로 절연피복되어 있는 것이 바람직하다.
절연성 수지의 막 두께는 0.05∼2㎛, 바람직하게는 0.1∼0.5㎛인 것이 적합하다.
본 발명에서는 이와 같은 도전성 입자로서 평균 직경(d)이 패시베이션 막과 반도체 소자 전극의 높이 차(h)의 1.5배 이상, 바람직하게는 1.5∼5배인 것을 사용한다. 본 발명에서 사용하는 도전성 입자는 고분자 핵재입자의 표면에 금속층이 피복되어 있는 구조로 되어 있어 탄성을 가지므로 전극과 전극 사이에서 가압되면 압축된다. 이 때문에 패시베이션 막과 전극의 높이의 차(h)보다 약간만 큰 평균 직경의 도전성 입자를 사용할 경우에는 충분한 전기적 접속은 얻어지지 않지만, 상기 높이 차(h)의 1.5배 이상의 평균 직경을 갖는 도전성 입자를 사용함으로써 충분한 전기적 접속을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 도전성 입자의 평균 직경(d)은 인접한 전극간의 간격(s)의 0.5배 이하, 바람직하게는 0.01∼0.5배로 하는 것이 바람직하다. 입자 직경이 큰 경우에, 인접한 전극 위에 위치하는 도전성 입자가 횡방향으로 서로 접촉하여 단락할 가능성이 있으나, 평균 직경을 상기와 같이 함으로써 인접한 전극간의 단락으로 인한 절연불량을 방지한다.
본 발명에서는 도전성 입자의 경도(K 값)를 500∼10,000 N/㎟, 바람직하게는 1,000∼8,000 N/㎟로 하는 것이 바람직하다. 폴리이미드 수지 등의 수지로 만든 패시베이션 막은 금속 입자로 인하여 손상을 입기 쉬우나, 상기 경도(K 값)로 함으로써 패시베이션 막의 손상을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 경도(K 값)의 정의에 대하여 설명한다.
란다우-리프시츠(L.D. Landau-E.M. Lifshitz) 이론물리학 교과서인 "탄성이론"(東京圖書 1972년 발행) 42쪽에 의하면, 반경이 각각 R, R'인 두 개의 탄성구체의 접촉 문제는 다음 식으로 주어진다.
(상기 식에서, h는 (R+R')과 두 구의 중심간의 거리의 차, F는 압축력, E, E'은 두 개의 탄성구의 탄성율, σ, σ'은 각 탄성구의 포아송 비를 나타냄).
한쪽의 구를 강체 판으로 바꾸어 놓고 다른 쪽 구와 접촉시키는 동시에 양쪽에서 압축할 경우, R' →∞, E 》E'이라 가정하면, 근사적으로 다음 식이 얻어진다.
(상기 식에서 S는 압축변형량을 나타냄).
여기서 다음 식으로 K 값을 정의한다.
식 (3) 및 식 (4)로부터 용이하게 다음 식이 얻어진다.
이 K 값은 구체의 단단함(경도)을 보편적이고도 정량적으로 나타내는 것이다. 따라서, K 값에 따라 미립자의 경도를 정량적이고도 일의적으로 나타낼 수 있다.
K 값은 하기 측정방법으로 측정할 수 있다.
평활 표면을 갖는 강판 상에 시료 입자를 산포하고, 그 중에서 1개의 시료 입자를 선택한다. 다음에, 분체 압축시험기(예를 들면, PCT-200형, 시마즈세이사쿠쇼 제품)를 사용하여 다이아몬드로 만든 직경 50㎛의 원기둥의 평활한 단면(端面)으로 시료 입자를 압축한다. 이 때, 압축 하중을 전기 신호로 변환하여 전기적으로 검출하고, 압축 변위를 작동 트랜스포머를 사용하여 전기 신호로 변환함으로써 전기적으로 검출한다. 이리하여 도 2에 나타낸 압축 변위-하중의 관계가 구해진다. 이 도 2에서 시료 입자의 10% 압축 변형에서의 하중치와 압축 변위가 각각 구해진다. 이들 값과 식 (5)로부터 도 3에 나타낸 K 값과 압축왜곡의 관계가 구해진다. 단, 압축왜곡은 압축변위를 시료 입자의 입자 직경으로 나눈 값을 %로 나타낸 것이다. 측정조건은 이하와 같다.
압축속도: 정부하속도 압축방식으로 매초 2.7mN의 비율로 하중을 증가시킴
시험하중: 최대 100mN
측정온도: 20℃.
또, 반도체 소자의 전극에 알루미늄 등의 산화막과 같은 절연성 막이 형성되는 전극 재료를 사용하면, 절연성 막에 의해 도통 불량이 발생되기 쉬우나, 이와 같은 절연막을 돌파할 수 있는 경도를 갖는 금속층을 고분자 핵재입자의 표면에 피복하면 도통 불량을 방지할 수 있다. 이 경우, 이 금속층은 패시베이션 막을 손상하지 않는 것이어야 할 필요가 있다. 이 때문에 본 발명에서 사용하는 도전성 입자의 금속층의 Mohs 경도가 1∼6, 바람직하게는 2∼4인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 접속 재료는 페이스트상 또는 필름상 형태의 제품으로 할 수 있다. 페이스트로 할 경우, 상기 각 성분을 적절히 선택하면 용매를 사용하지 않고도 페이스트상으로 할 수 있으나, 일반적으로는 각 성분을 용매에 용해 또는 분산시켜 페이스트상으로 할 수 있다. 용매로서는 알콜, 케톤, 에스테르, 에테르, 페놀류, 아세탈, 질소함유 탄화수소와 같은 용매가 사용될 수 있고, 예를 들면 톨루엔, MEK, 에틸아세테이트, 셀로솔브아세테이트 등이 포함된다. 용매의 사용량은 수지 성분에 대해 약 20∼40 중량%이다.
필름상으로 할 경우는 상기 페이스트를 박리시트에 필름상으로 도포하고, 용매를 휘발시킴으로써 성형할 수 있다.
상기 접속 재료를 마주 대하는 전극을 갖는 피접속 부재로서의 반도체 소자와 회로기판 사이에 개재시킨 상태에서 피접속 부재의 양측에서 가압, 가열하여 수지를 경화시킴으로써 접속을 행한다. 접속 재료가 페이스트상인 경우는 반도체 소자와 회로기판의 전극을 포함하는 접속 영역에 접속 재료를 도포하고, 건조 후 또는 건조하지 않고 양자를 중첩시켜 압착하고, 경화시킨다. 접속 재료가 필름상인 경우는 접속 재료를 회로기판과 반도체 소자 사이에 개재시켜 가압, 가열, 경화를 행한다. 경화는 가열 이외에 UV 등의 광 조사에 의해 행할 수도 있다.
상기 접속공정에서는 회로기판과 반도체 소자 사이에 접속 재료를 개재시킨 상태에서 가열하여 접속 재료의 수지를 용해시켜 가압하면, 열경화성 수지가 열경화하여 고착접합체로 되기 전에, 접속 재료인 수지는 전극의 대향하는 부분에서 전극이 없는 부분으로 흐르고, 도전 입자는 전극 사이에 남아 전극간에 접촉하여 압착된다. 전극이 없는 부분으로 흐른 접착제 성분은 그 부분에서 경화하여 유리 기판과 반도체 소자 사이를 고착한다. 이에 따라 대향하는 전극간의 전기적 접속 및 기판과 반도체 소자간의 기계적 고착이 이루어지고, 인접한 전극간의 전기적 절연이 유지된다. 본 발명의 접속 재료를 사용함으로써 패시베이션 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 갖는 반도체 소자를 회로기판에 접속하는 경우에도 기계적 고착 및 전기적 접속은 양호하게 이루어진다.
상기와 같이 회로기판에 반도체 소자를 접속한 접속체는 고분자 핵재입자를 금속층으로 피복한 도전성 입자를 사용하므로, 수지제 패시베이션 막의 경우에도 이것을 손상시키지 않으면서 패시베이션 막보다 낮은 위치의 전극을 회로기판에 효과적으로 접속할 수 있다. 이에 따라 우수한 접착성과 전기적 접속신뢰성이 얻어지고, 장기간에 걸쳐 전극간의 도통불량은 발생하지 않는다.
[발명의 실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.
도 1은 실시형태의 접속체가 접속중인 상태를 나타내는 모식적 단면도이다. 또한, 도 1에서는 이해를 쉽게 하기 위해 실제보다 도전성 입자(8)의 크기는 크고, 수는 적게 도시되어 있다.
도 1에 있어서, 도면부호 1은 회로기판으로, 전극(2)을 가진다. 도면부호 3은 IC 칩 등의 반도체 소자이고 전극(4) 및 그 주위의 폴리이미드 수지제 패시베이션 막(5)을 갖는다. 전극(4)은 패시베이션 막(5)보다 낮은 위치에 설치되어 있고, 그 높이의 차는 h로 되어 있다. 전극(2, 4)은 마주 대하는 위치에 설치되어 있고, 이것들이 대향한 상태로 필름형상의 접속 재료(6)를 끼워 접속된다. 접속 재료(6)는 열경화성 수지를 함유하는 절연성인 접착제 성분(7)과 도전성 입자(8)로 형성된다. 페이스트 형상의 접속 재료를 사용할 때는 회로기판(1)에 접속 재료를 코팅한다. 도전성 입자(8)는 고분자 핵재입자(8a)의 표면을 금속층(8b)로 피복한 구조로 되어 있고, 입자의 평균 직경 d는 패시베이션 막(5)과 전극(4)의 높이 차 h의 1.5배 이상, 인접한 전극(4)의 간격 s의 0.5배 이하로 되어 있다.
접속방법을 보면, 회로기판(1)의 접속 영역에 접속 재료(6)를 위치시키고, 전극이 서로 마주 보도록 반도체 소자(3)를 접속 재료 위에 올려 놓은 다음, 접속 재료(6)를 가열하면서 화살표 xy 방향으로 가압한다. 이로써 접속 재료(6)의 접착제 성분(7)은 용융하여, 전극(2, 4)이 존재하지 않는 부분의 회로기판(1)과 반도체 소자(3) 사이의 틈으로 흐르고, 이어서 열경화성 수지가 경화되고, 기계적 고착에 의해 접속체(10)가 얻어진다. 도전성 입자(8)가 대향하는 전극(2, 4) 사이에 끼워져 전기적 접속이 이루어지는 동시에 인접한 전극(2, 2) 사이 또는 전극(4, 4) 사이에서는 절연성이 유지된다.
이 경우, 도전성 입자(8)는 상기 범위의 경도(K 값)를 가지므로, 패시베이션 막(5)을 손상하지 않는다. 도전성 입자(8)는 높이 차 h의 1.5배 이상의 직경 d를 가지므로, 대향하는 전극(2, 4) 사이에서 압축되어 두 전극(2, 4)과의 접촉을 유지하고 전기적 접속을 이룬다. 이 때, 전극(2 또는 4)에 산화막 등의 절연피박이 형성될 경우에도 도전성 입자(8)의 금속층의 Mohs 경도가 상기 범위에 있기 때문에 도전성 입자(8)가 절연피박을 돌파하여 두 전극(2, 4)의 전기적 접속이 이루어진다. 인접한 전극(2, 2) 또는 전극(4, 4) 사이에서는 이 도전성 입자(8)가 접착제 성분(7) 내에 분산되어 절연성이 유지되지만, 입자가 횡방향으로 접촉함에 따른 단락을 더욱 확실히 방지하기 위하여 입자 직경 d를 전극 간격 s의 0.5배 이하가 되도록 한다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다.
실시예 1
에폭시 수지(油化셸 에폭시(株)제, 상품명 Epikote 1009) 50중량부 및 잠재성 경화제(아사히-다우(株)제, 상품명 HX3721) 45중량부를 혼합한 열경화형 절연성 접착제 성분 중에 벤조구아나민 수지 입자의 표면에 니켈 도금층을 형성한 도전성 입자(日本化學工業(株)제, 평균 입자직경 d=5㎛, 경도(K 값) 7490 N/㎟) 5중량부를 균일하게 분산시킨 두께 20㎛의 이방 도전성 접속 재료 필름을 제조하였다.
이 필름을 전극부 표면의 재질이 알루미늄(두께 1㎛)인 IC 칩(외형 6.3㎟, h=1.4㎛, s=100㎛)과 유리/에폭시제 회로기판(전극재질 동(니켈/금도금) 전극 두께 18㎛)의 사이에 끼워 180℃, 150N으로 20초간 열압착하였다. 접속 직후의 도통 저항은 1단자당 5∼10mΩ, 인접 전극간의 절연 저항은 108Ω 이상이며, 양호한 접속이 가능하였다.
실시예 2
실시예 1에서 제조한 열경화형 절연성 접착제 성분 중에 동일한 재질로 평균 직경이 다른 도전성 입자(日本化學工業(株)제, 평균 입자 직경 d=3㎛) 5중량부를 균일하게 분산시킨 두께 20㎛의 접속 재료 필름을 제조하고, 이것을 실시예 1에서 사용한 평가 재료와 같은 규격의 IC 칩과 회로기판 사이에 끼워, 실시예 1과 동일 조건으로 열압착하였다. 접속 직후의 도통 저항은 1 단자당 5∼10mΩ, 인접 전극간의 절연 저항은 108Ω 이상이며, 양호한 접속이 가능하였다.
실시예 3
실시예 1에서 제조한 열경화형 절연성 접착제 성분 중에 동일한 재질로 평균 직경이 다른 도전성 입자(日本化學工業(株)제, 평균 입자 직경 d=10㎛) 5중량부를 균일하게 분산시킨 두께 20㎛의 접속 재료 필름을 제조하고, 이것을 실시예 1에서 사용한 평가 재료와 같은 규격의 IC 칩과 회로기판 사이에 끼워, 실시예 1과 동일 조건으로 열압착하였다. 접속 직후의 도통 저항은 1단자당 5∼10mΩ, 인접 전극간의 절연 저항은 108Ω 이상이며, 양호한 접속이 가능하였다.
실시예 4
실시예 1에서 제조한 열경화형 절연성 접착제 성분 중에 동일한 재질로 평균 직경이 다른 도전성 입자(日本化學工業(株)제, 평균 입자 직경 d=20㎛) 5중량부를 균일하게 분산시킨 두께 20㎛의 접속 재료 필름을 제조하고, 이것을 실시예 1에서 사용한 평가 재료와 같은 규격의 IC 칩과 회로기판 사이에 끼워, 실시예 1과 동일 조건으로 열압착하였다. 접속 직후의 도통 저항은 1단자당 5∼10mΩ, 인접 전극간의 절연 저항은 108Ω 이상이며, 양호한 접속이 가능하였다.
실시예 5
실시예 1에서 제조한 이방 도전성 접속 재료 필름을 전극부 표면의 재질이 금(두께 1㎛)인 IC 칩(외형 6.3㎟, h=1.4㎛, s=100㎛)과 유리/에폭시제 회로기판(전극재질 동(니켈/금도금) 전극 두께 18㎛)의 사이에 끼워 180℃, 150N으로 20초간 열압착하였다. 접속 직후의 도통 저항은 1단자당 3∼8mΩ, 인접 전극간의 절연 저항은 108Ω 이상이며, 양호한 접속이 가능하였다.
비교예 1
실시예 1에서 제조한 열경화형 절연성 접착제 성분 중에 부정형 니켈 입자(Inko사 제품, 입자 직경 5㎛ 이하, 경도(K 값) 40,000 N/㎟) 5중량부를 균일하게 분산시킨 두께 20㎛의 필름을 제조하고, 이것을 실시예 1에서 사용한 평가재료와 같은 규격의 IC 칩과 유리/에폭시제 회로기판 사이에 끼우고, 실시예 1과 동일 조건에서 열압착하였더니, 니켈 입자가 패시베이션 막을 돌파하여 IC 칩의 회로를 파괴하는 단선 불량이 발생하였다. 이 때의 접속 저항은 5∼1000mΩ이고, 변동이 크고 불안정하였다. 따라서 양호한 접속이 얻어지지 않았다.
비교예 2
실시예 1에서 제조한 열경화형 절연성 접착제 성분 중에 경사합금(傾斜合金) 입자(旭化成사 제품, 평균입자 직경 5㎛, 경도(K 값) 20,000 N/㎟) 5중량부를 균일하게 분산시킨 두께 20㎛의 필름을 제조하고, 이것을 실시예 1에서 사용한 평가재료와 같은 규격의 IC 칩과 유리/에폭시제 회로기판 사이에 끼우고, 실시예 1과 동일 조건에서 열압착하였더니, 경사합금 입자가 패시베이션 막을 돌파하여 IC 칩의 회로를 파괴하는 단선 불량이 발생하였다. 이 때의 접속 저항은 5∼1000mΩ사이에서 측정할 수 있었으나, 대부분의 단자에서 측정 불능이었다. 따라서 양호한 접속이 얻어지지 않았다.
상기의 결과, 실시예 1∼5와 같이 고분자 핵재입자의 표면을 금속층으로 피복한 도전성 입자로서, 평균 직경 d가 패시베이션 막과 전극 높이의 차 d의 1.5배 이상인 도전성 입자를 사용함으로써, 패시베이션 막보다 낮은 위치에 전극을 갖는 IC 칩과 회로기판을 전기적 및 기계적으로 양호하게 접속할 수 있으나, 비교예 1, 2와 같이 금속입자를 사용한 경우에는 패시베이션 막을 손상하여 양호한 접속을 이룰 수 없다는 것을 알 수 있다.
실시예 6
ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 1열로 갖는 유리 기판 및 전극으로서 범프(50㎛ x 150㎛, 피치 80㎛, 90핀)를 갖는 IC 칩을 실시예 1에서 제조한 이방성 도전 접속 재료를 끼워 대향시키고, ITO 전극에 대향하는 범프의 위치를 열방향으로 슬라이드시켜 변경함으로써 인접한 ITO 전극과 범프의 간격을 바꾼 군에 관하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 열압착을 행하여 접속체를 얻었다. 이 접속체의 인접단자 사이에 20V의 전압을 걸고, 범프/전극 사이의 거리에 따른 쇼트 발생율을 조사하였다. 이 경우, 절연저항이 108Ω 미만을 쇼트로 하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
범프/전극간 거리 (㎛)
0∼5 6∼10 11∼15 16∼20 21∼25
쇼트 발생율(%) 85 76 70 58 32
실시예 7
실시예 6에 있어서, 실시예 1의 도전성 입자의 표면에 아크릴계 열가소성 수지로 피복한 도전성 입자로 변경한 이외에는 실시예 6과 동일하게 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
범프/전극간 거리 (㎛)
0∼5 6∼10 11∼15 16∼20 21∼25
쇼트 발생율(%) 12 5 0 0 0
실시예 6 및 실시예 7의 결과로부터, 도전성 입자의 직경이 범프/전극간 거리의 0.5배 이하, 특히 0.2∼0.5배에 있어서 쇼트 발생율이 적어지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 이방성 도전 접속 재료에 의하면, 열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분과 고분자 핵재입자를 금속층으로 피복한 도전성 입자를 포함하고, 도전성 입자의 평균 직경을 반도체 소자의 전극과 패시베이션 막 높이의 차의 1.5배 이상이 되도록 하였으므로, 수지제 패시베이션 막을 사용하는 경우에도 우수한 접착강도와 전기적 접속성 및 절연 유지성을 갖는 접속체를 제조할 수 있다.
그리고, 도전성 입자의 평균입자 직경을 인접한 전극 간격의 0.5배 이하가 되도록 함으로써 단략에 의한 도통 불량을 방지할 수 있고, 도전성 입자의 금속층을 절연성 수지로 피복함으로써 더욱 이 효과가 증대된다. 또, 도전성 입자로서 특정한 경도(K 값)를 갖는 것을 사용함으로써 패시베이션 막의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 특정 Mohs 경도의 금속층으로 피복된 도전성 입자를 사용함으로써, 전극에 절연 피막이 형성되는 경우에도 전기적 접속을 양호하게 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 패시베이션 막보다 낮은 위치에 있는 전극을 갖는 반도체 소자와 상기 반도체 소자의 전극에 대응하는 전극을 갖는 회로기판을 접속하기 위한 접속 재료로서,
    절연성인 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고,
    상기 도전성 입자는 고분자 핵재입자(核材粒子)의 표면을 금속층으로 피복한 입자이며,
    상기 도전성 입자의 평균 직경이 상기 패시베이션 막 높이와 상기 반도체 소자의 전극 높이의 차의 1.5배 이상인
    이방성 도전 접속 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 평균 직경이 인접하는 전극간 간격의 0.5배 이하인 이방성 도전 접속 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전성 입자가 상기 고분자 핵재입자를 피복한 상기 금속층의 표면을 추가로 절연성 수지로 피복한 것인 이방성 도전 접속 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 경도(K 값)가 500∼10,000 N/㎟인 이방성 도전 접속 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 금속층의 Mohs 경도가 1∼6인 이방성 도전 접속 재료.
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