KR20080017388A - 회로 기판의 상호 접속 방법 - Google Patents

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KR20080017388A
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요시아끼 사또
고히찌로 가와떼
제임스 알. 화이트
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

회로 기판의 상호 접속 방법은 (i) 복수의 도체 배선의 단부에 접속부가 할당된 제1 회로 기판과, 복수의 도체 배선의 상응하는 단부에 접속부가 할당된 제2 회로 기판을 제조하는 단계; (ii) 열경화성 접착제 필름이 회로 기판들의 접속부들 사이에 있는 상태로 제1 회로 기판의 접속부를 제2 회로 기판의 접속부에 대향하도록 배치하는 단계; 및 (iii) 서로 대향하는 회로 기판들의 접속부들 사이의 전기적 접촉이 확립되고 접착제가 경화되게 하기 위하여 접착제 필름이 완전히 밀려나기에 충분히 높은 열 및 압력을 접속부와 열경화성 접착제 필름에 인가하는 단계를 포함하고, 여기서 제1 회로 기판과 제2 회로 기판 중 적어도 하나의 회로 기판의 접속부들을 구성하는 도체 배선은 비선형 배선을 포함한다.
회로 기판, 접속, 열경화, 접착제 필름, 비선형 배선

Description

회로 기판의 상호 접속 방법{METHOD FOR MUTUALLY CONNECTING CIRCUIT BOARDS}
본 발명은 회로 기판의 상호 접속 방법에 관한 것이다.
디지털 카메라, 휴대 전화기 및 프린터와 같은 전자 장치에서, 많은 경우에, 가요성 회로 기판(예를 들어, 가요성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board, FPC))들을 서로 연결함으로써 얻어지는 회로 기판이 사용된다. 이들 전자 장치는 크기가 작아지고 있으며, 미세 피치의 배선들을 갖는 회로 기판들을 상호 접속시키는 것에 대한 필요성이 증가하고 있다.
회로 기판의 다른 회로 기판에의 접속은, 종래에는 그 회로 기판의 접속부 상에 솔더 범프(solder bump)를 제공하고, 그 접속부를 다른 회로 기판의 전극에 접촉시켜 납땜함으로써 수행하였다. 그러나, FPC 상의 접속부들 사이의 피치가 더욱 미세해지게 되었고, 그 피치가 더욱 미세해짐에 따라, 인접하는 접속부들 사이의 단락(short-circuit)과 같은 문제가 발생되었다. 또한, 피치가 미세할 때에는, 접속부의 물리적 강도가 낮아져 접속 안정성이 불리하게 저하된다. 따라서, 단락의 문제가 없고 높은 접속 신뢰성을 보증하는, 회로 기판의 상호 접속 방법의 개발이 요구되어 왔다.
미세한 피치의 회로 기판의 상호 접속에는 접착제에 의한 접속이 이용되어 왔다. 그러한 방법은 2개의 회로 기판들 사이에 열연화 열경화성(thermo-softening thermosetting) 접착제를 배치하는 단계, 이 회로 기판들을 열가압-접합(thermal press-bonding)하여, 먼저 접착제를 연화시키거나 유동화시켜 접속부들을 상호 접촉시키는 단계, 추가로 전도 가열하여(conducting heating) 경화시켜 회로 기판들의 상호 접속을 확립하는 단계를 포함한다. 그러한 방법에 따르면, 접착제가 각 접속부 사이에 개재되기 때문에, 접속부들 사이의 피치가 미세한 경우에도 단락 문제가 일어나지 않는다. 접속부가 접착제 필름에 의해 지지되고 고정되기 때문에, 외부 응력에 의해 접속이 해제되지 않고 접속 신뢰도가 향상될 수 있다. 접속부를 서로 열가압-접합시키는 동안의 회로 기판의 손상을 최소화하기 위해서는, 저온 저압에서 열가압-접합을 실시하는 것이 바람직하다. 그러나, 저온 저압에서의 열가압-접합 동안, 특히 접착제의 가열 연화 온도가 낮을 때에는, 접착제의 얇은 층이 접속부들 사이에 형성되어, 접속부들 사이의 접속이 항상 용이한 것은 아니다. 이 문제를 해결하기 위하여, 특허 문헌 1(일본 공개 특허 공보 제2002-97424호)에는, 접속하려는 회로 기판의 각각의 접속부의 표면들 중 적어도 하나에 요철 가공처리를 적용하는 것이 제안되어 있다. 이 기술은 열가압-접합 동안 볼록부에서의 접촉 압력을 향상시킬수 있으며, 접속 신뢰성을 증대시키고, 결과적으로 접속 결함을 방지한다.
상기에 설명된 방법은 회로 기판의 접속부에서 엠보싱 가공처리와 같은 가공처리의 적용을 요구하여, 제조 단계의 부가를 초래한다. 따라서, 추가적인 단계를 요구하지 않고, 더욱이, 상기에 설명된 방법과 적어도 등가의 효과를 얻을 수 있는 방법의 개발이 요망되어 왔다.
발명의 개요
따라서, 본 발명의 목적은, 엠보싱 가공처리와 같은 임의의 추가적인 단계를 요구하지 않고, 유사한 용이한 접속을 달성할 수 있는, 회로 기판의 상호 접속 방법을 제공하는 것이다.
일 태양에 따르면, 본 발명은 회로 기판의 상호 접속 방법을 제공하며, 이 방법은 (i) 복수의 도체 배선의 단부에 접속부가 할당된 제1 회로 기판과, 제1 회로 기판이 접속되는, 복수의 도체 배선의 상응하는 단부에 접속부가 할당된 제2 회로 기판을 제조하는 단계; (ii) 열경화성 접착제 필름이 제1 회로 기판의 접속부와 제2 회로 기판의 접속부 사이에 존재하는 상태로 제1 회로 기판의 접속부를 제2 회로 기판의 접속부에 대향하도록 배치하는 단계; 및 (iii) 서로 대향하는 회로 기판들의 접속부들 사이의 전기적 접촉이 확립되고 접착제가 경화되게 하기 위하여 접착제 필름이 완전히 밀려나기에 충분히 높은 열 및 압력을 접속부와 열경화성 접착제 필름에 인가하는 단계를 포함하며, 제1 회로 기판과 제2 회로 기판 중 적어도 하나의 회로 기판의 접속부들을 구성하는 도체 배선은 비선형 배선을 포함한다.
상기에 설명된 방법은 200℃에서의 열경화성 접착제 필름의 점도가 100 내지 20,000 Pa.s의 범위로 조절될 때 특히 효과적이다.
여기서, 본 명세서에서 사용되는 "제1 회로 기판(제1 배선 기판)" 또는 "제2 회로 기판(제2 배선 기판)"이라는 용어는, 통상적인 회로 기판뿐만 아니라, 그들의 기능적 소자(예를 들어, 압전 소자, 온도 센서, 광 센서 등)의 평탄 단자(flattened terminal)의 배선 기판 부분도 포함하는 개념이다.
"열경화성 접착제 필름의 점도"라는 용어는, 반경 a(미터(m))인 접착제 필름의 원형 샘플을 2개의 수평판 사이에 배치하고, 측정 온도 T(℃)에서 일정 하중 F(N)을 인가하면서, 시간 t(초) 동안 에이징했을 때의 두께(h(t))(미터(m))로부터 결정되며, 하기 식에 따라 계산한다: h(t)/ho = [(4ho2Ft)/(3πηa4)+1]-1/2 (여기서, ho는 열경화성 접착제 필름의 초기 두께(미터(m))이며, h(t)는 t초 후의 접착제 필름의 두께(미터(m))이고, F는 하중(N)이며, t는 하중 F를 인가한 후 경과된 시간(초)이고, η는 측정 온도 T℃에서의 점도(Pa.s)이며 a는 열경화성 접착제 필름의 반경(미터(m))임).
본 발명에서는, FPC의 또 다른 기판에의 납땜에 의한 종래의 접속과는 달리, 접착제 필름이 각각의 기판의 접속부들 사이에 개재됨과 동시에 이들 기판들이 접속된다. 따라서, 접속부가 미세 피치로 배열되는 경우에도, 단락의 문제가 일어나지 않는다. 더욱이, 접속부가 접착제 필름에 의해 지지되고 고정되기 때문에, 이 접속은 외부 응력에 의해 해제되지 않고 접속 신뢰도가 상승될 수 있다.
기판 회로의 제조에서는, 본 발명의 방법은 엠보싱 가공처리와 같은 추가적인 제조 단계를 요구하지 않으며, 열가압-접합 동안 접속부를 서로 확실하게 접속시킬 수 있어, 신뢰성이 높은 접속을 얻을 수 있다. 덧붙여 말하자면, 인쇄 회로 기판의 제조 공정에서 비선형 배선을 리소그래피(lithography) 기술에 의해 형성할 수 있기 때문에, 회로 기판의 제조 공정에서 비선형 배선은 추가적인 단계를 요하지 않는다.
도 1은 본 발명의 방법에 이용할 수 있는, 본 발명의 실시 형태에 따른 FPC의 상부면을 도시한 사시도.
도 2는 회로 기판의 접속부에서의 비선형 배선의 일 실시 형태를 도시한 도면.
도 3은 회로 기판의 접속부에서의 비선형 배선의 다른 실시 형태를 도시한 도면.
도 4는 회로 기판의 접속부에서의 비선형 배선의 다른 실시 형태를 도시한 도면.
도 5는 회로 기판의 접속부에서의 비선형 배선의 다른 실시 형태를 도시한 도면.
도 6은 회로 기판의 접속부에서의 비선형 배선의 다른 실시 형태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 접속 방법의 공정 흐름도를 도시한 도면.
본 발명을 하기 실시 형태를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 설명된 실시 형태에 한정되지 않는다.
본 발명의 접속 방법에 의해 접속되는 회로 기판에서, 그 접속부를 구성하는 전도성 배선은 비선형 배선을 포함한다. 여기서, "비선형 배선"이라는 용어는 접속부를 형성하는 배선의 2개의(양쪽) 측방향 에지부(lateral edge portion) 중 적어도 하나가 선형이 아닌 배선을 나타낸다. 회로 기판이 그러한 배선을 포함하기만 하면, 회로 기판은 특별히 한정되지 않는다. 적합한 회로 기판의 예에는, 가요성 회로 기판(FPC), 유리 에폭시계 회로 기판, 아라미드계 회로 기판, 비스-말레이미드ㅇ트라이아진(BT 수지)계 회로 기판, ITO 또는 금속 미립자로 형성되는 배선 패턴을 갖는 세라믹 기재(substrate) 또는 유리 기재를 사용하는 회로 기판, 표면 상에 금속 도체의 접속부를 갖는 실리콘 웨이퍼와 같은 강성 회로 기판 등이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 태양에 따르면, 심지어 저온 저압에서도 열가압-접합에 의해 상호 접속을 이룰 수 있기 때문에, 본 발명의 이러한 태양은 열가압-접합에 의해 손상받을 가능성이 있는 회로 기판에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 특히 회로 기판들 중 적어도 하나가 가요성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board, FPC)일 때 그 효과를 발휘한다. 본 발명의 방법에 의해 서로 접속되는 회로 기판은 디지털 카메라, 휴대 전화기, 및 프린터 등과 같은 전자 장치에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 설명할 것이다. 도면에서는 가요성 회로 기판에 대하여 설명이 주어져 있지만, 본 발명에서 사용되는 회로 기판은 가요성 회로 기판에 한정되지 않는다. 도 1은 본 발명의 방법에 사용할 수 있는 회로 기판의 상부 사시도이다. 회로 기판은 말단부에 접속부(3)를 갖는 기판(1)(수지 필름)의 상부면 상에 배선(2)을 갖는 회로 기판(10)(FPC)이다. 일반적으로, 접속부(3) 이외의 부분은 절연막(4)으로 덮어, 전기 절연을 보장한다. 접속부(3)는 비선형 배선으로서 물결 형상의 배선을 가진다. 원할 경우, 그 배선의 다른 부분들이 또한 비선형일 수도 있다.
도 2 내지 도 6은 회로 기판의 접속부에서의 비선형 배선의 여러 형상을 도시하고 있다. 이 도면들에서, (a)는 제1 회로 기판의 배선 형상을 나타내고, (b)는 제2 회로 기판의 배선 형상을 나타내며, (c)는 접속 상태 하에서의 배선 형상을 나타낸다. 이 도면들에 도시된 바와 같이, 접속의 보장을 위하여 접속부에는 복수의 접촉부들이 존재한다. 접촉부의 영역은 단지 배선의 일부분이기 때문에, 열가압-접합 동안 압력이 상승할 수 있으며, 접속이 확실해질 수 있다. 일반적으로, 접촉부의 전체 면적에 대한 배선 접촉부의 면적의 비는 0.1 내지 0.5인 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 4는 설명을 위하여 일례로 든 것이다. 소정의 압력에서, 접속면 상의 배선의 전체 면적에 대한 배선 접속부의 면적의 비(R)가 보다 작을 때는, 접촉부에 대한 표면 압력이 더욱 확보될 수 있고, 이와 동시에 접촉부 사이의 간격은 더욱 커진다. 따라서, 다점(multi-point) 접속을 확립하기 위해서는, 접촉면의 면적을 증가시킬 필요가 있다. 이에 의하여, 원하지 않는 기타 부품 실장 영역을 감소시킬 것이다. 이들 요인을 고려하면, R은 적어도 0.1인 것이 바람직하다. 한편, 인쇄 배선 기판의 배선 패턴을 제거법(subtractive method) 등에 의해 가장 미세한 패턴으로 생성할 때에는, 그 패턴의 공간에 대한 선폭의 비는 1:1 (예를 들어, 공간폭 100 ㎛ 당 선폭 100 ㎛)이 된다. 이 비에 의해, 도 4에서 비선형 배선에 의한 접촉부의 개수가 최대로 되며, 따라서 R의 상한치는 0.5인 것이 바람직하다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 비선형 배선의 배선 그 자체가 비선형일 수 있거나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 선형 배선의 에지부가 비선형일 수도 있다. 비선형 배선이 제1 회로 기판과 제2 회로 기판 중 적어도 하나에 포함될 때, 본 발명의 효과가 얻어질 수 있다.
도체 배선의 재료는 땜납(예를 들어, Sn-Ag-Cu), 구리, 니켈 및 금과 같은 도체일 수도 있다. 또한, 접속 특성의 관점에서, 표면은 예를 들어, 주석, 금, 니켈 및 니켈/금 2층 도금재와 같은 재료를 도금하여 마무리될 수도 있다. FPC의 기재는 FPC에 일반적으로 사용되는 수지 필름, 예를 들어 폴리이미드 필름일 수도 있다.
본 발명의 접속 방법을 단계적으로 설명할 것이다. 도 7은 본 발명의 접속 방법의 공정도이다. 먼저, 기재(1)(예를 들어 수지 필름) 상에 도체 배선(2)이 형성된 제1 회로 기판(10)(예를 들어, 가요성 인쇄 회로 기판(FPC))을 제조한다(단계 (a)). 다음, 이 제1 회로 기판(10)이 접속될 제2 회로 기판(20)을 제조하고, 제1 회로 기판의 접속부(3)와 상기 제2 회로 기판(20)의 접속부(33)를 정렬하여, 열경화성 접착제 필름(30)에 의해 서로 상부에 포개지도록 한다(단계 (b)). 이러한 포개진 제1 회로 기판(10), 열경화성 접착제 필름(30) 및 제2 회로 기판(20)의 생성된 적층체(stacked body)를 가열 하에서 가압-접합하여, 제1 회로 기판(10)의 접속부(3)와 제2 회로 기판(20)의 접속부(33) 사이에 전기적 접속을 확립한다(단계 (c)). 열경화성 접착제 필름(30)은, 제1 회로 기판(10) 또는 제2 회로 기판(20)의 접속부 상에 사전에 가열 라미네이팅될 수도 있다.
가열 하에서의 가압-접합은, 열 및 압력을 인가할 수 있는 열접합기(heat bonder), 예를 들어 펄스 열접합기 및 세라믹 열접합기를 사용하여 수행할 수 있다. 열접합기를 사용함에 있어서는, 열경화성 접착제 필름을 통하여 접속되는 제1 및 제2 회로 기판의 적층체를 석영 유리와 같은 저온-전도성 지지체 상에 놓고, 가열된 접합기 헤드를 이 적층체 상에 놓고 가압하여, 가열 하에서의 가압-접합을 행한다. 접합기 헤드에 의한 제1 또는 제2 회로 기판의 가압-접합은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름 또는 실리콘 고무와 같은 내열성 탄성 시트를 통하여 행하는 것이 바람직하다. 그러한 탄성 시트를 사용하고, 접합기 헤드면 상의 회로 기판이 FPC인 경우, 이 FPC의 수지 필름이 가열 하에서의 가압-접합으로 밀려, 상기 FPC의 수지 필름의 휘어짐(deflection)으로 인해, 응력(스프링 백(spring back))이 발생된다. FPC는 접착제 필름의 경화 후 휘어진 상태를 유지하고, 이에 의하여 접촉 압력이 접속부에서 유지되어, 접속 안정성이 상승된다.
가열 하에서의 가압-접합은 가열된 평판으로 적층체를 압축함으로써 수행된다. 가열 하에서의 가압-접합에서의 온도 및 압력은 한정되지 않으며, 선택된 접착제 필름의 수지 조성물 등에 따라 결정된다. 본 발명에서는, 약 100℃ 이상에서 연화되어 약 150 내지 250℃에서 경화될 수 있는 접착제 필름이 일반적으로 바람직하다. 회로 기판 상에 사전에 접착제 필름을 가열 라미네이팅하기 위해서는, 가열 하에서의 가압-접합을, 1 MPa(100 N/㎠) 내지 10 MPa(1,000 N/㎠)의 압력 하에서, 약 150 내지 230℃의 가열 온도에서 1 내지 10초의 가열 시간 동안 수행한다. 이 처리에 의해, 접착제 필름이 연화되어 제1 회로 기판에 접합되지만, 그의 경화가 약간 진행되고, 이 열경화 특성은 유지된다. 제2 회로 기판에의 접속 시에는, 가열 하에서의 가압-접합을, 2 MPa(200 N/㎠) 내지 20 MPa(2,000 N/㎠)의 압력 하에서, 150 내지 250℃의 온도에서 1초 내지 수 분 동안 수행하여, 경화를 행한다.
이하, 본 발명에 사용하기 위한 열경화성 접착제 필름을 설명할 것이다. 본 발명에서는, 소정의 온도에서 가열될 때 연화되고, 추가로 가열될 때 경화될 수 있는 수지를 포함하는 열경화성 접착제 필름이 사용된다. 그러한 연화 및 열경화 특성을 갖는 수지는 열가소성 성분과 열경화성 성분 둘 모두를 포함하는 수지이다. 제1 실시 형태에서, 열연화성, 열경화성 수지는 열가소성 수지와 열경화성 수지의 혼합물일 수도 있다. 제2 실시 형태에서, 열연화성, 열경화성 수지는 열가소성 성분으로 개질된 열경화성 수지일 수도 있다. 제2 실시 형태에서의 수지의 예는, 폴리카프로락톤-개질 에폭시 수지를 포함한다. 제3 실시 형태에서, 열연화성, 열경화성 수지는 열가소성 수지의 기본 구조 내에 에폭시 기와 같은 열경화성 기를 갖는 중합체 수지일 수도 있다. 그러한 중합체 수지의 예는 에틸렌과 글리시딜(메트)아크릴레이트의 공중합체를 포함한다.
본 발명에 사용될 수 있는 열경화성 접착제 필름은 200℃의 온도에서 점도가 100 내지 20,000 Pa.s인 열경화성 접착제 필름이 바람직하다. "열경화성 접착제 필름의 점도"라는 용어는, 반경 a(미터(m))인 접착제 필름의 원형 샘플을 2개의 수평 평판들 사이에 배치하고, 측정 온도 T(℃)에서 일정 하중 F(N)을 인가하면서, 시간 t(초) 동안 에이징했을 때의 두께(h(t))(미터(m))로부터 결정되며, 하기 식에 따라 계산한다: h(t)/ho = [(4ho2Ft)/(3πηa4)+1]-1/2 (여기서, ho는 열경화성 접착제 필름의 초기 두께(미터(m))이며, h(t)는 t초 후의 접착제 필름의 두께(미터(m))이고, F는 하중(N)이며, t는 하중 F를 인가한 후 경과된 시간(초)이고, η는 측정 온도 T℃에서의 점도(Pa.s)이며 a는 열경화성 접착제 필름의 반경(미터(m))임).
본 발명에서, 점도는 다음과 같은 이유 때문에 상기에 설명된 범위 내인 것이 바람직하다. 200℃에서의 점도가 100 Pa.s 이상일 때에는, 150 내지 250℃에서의 가열 하에서의 단시간의 가압-접합에서 접착제 필름이 충분히 높은 점도를 가질 수 있으며, 상기에 설명된 바와 같이 FPC의 수지 필름의 휘어짐으로 인한 응력(스프링 백 효과)이 얻어질 수 있고, 접속 안정성이 유지될 수 있다. 예를 들어, 수지 필름이 25 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름일 때, 그리고 접착제 필름의 점도가 200℃에서 100 Pa.s일 때, 우수한 접속 안정성이 얻어진다. 접착제 필름의 점도가 너무 높으면, 심지어 높은 압력을 인가할 때에도, 수지가 접속부에서의 배선된 도체 사이로부터 거의 밀려나지 않을 수 있다. 접착제 필름의 점도가 200℃에서 20,000 Pa.s 이하일 때에는, 상기에 기술된 압력에서, 가열 하에서의 가압-접합에 의해, 도체들 사이의 접속이 확립될 수 있다. 점도가 상기에 기술된 범위 내인 열가소성 접착제 필름을 형성하기 위해서는, 경화성 수지를 포함하는 접착제를 B-상태(B-stage)까지 부분적으로 경화시키는 것이 효과적이다.
특히, 접착제 필름에 있어서 적합하게 사용될 수 있는 열경화성 접착제 조성물은 카프로락톤-개질 에폭시 수지를 함유하는 열경화성 접착제 조성물이다. 그러한 열경화성 접착 조성물은 일반적으로 결정질 상을 갖는다. 적어도 일 실시 형태에서, 이 결정질 상이 주성분으로서 카프로락톤-개질 에폭시 수지(이하, 때로 "개질 에폭시 수지"라고도 함)를 포함한다. 개질 에폭시 수지는 열경화성 접착제 조성물에 적절한 가요성을 부여할 수 있으며, 그럼으로써 열경화성 접착제의 점탄성 특성을 향상시킬 수 있다. 이 효과에 의해, 열경화성 접착제는, 심지어 경화 전에도 응집력을 갖게 할 수 있어, 가열 하에서 접착 강도를 나타낼 수 있다. 더욱이, 이 개질 에폭시 수지는, 통상적인 에폭시 수지와 유사하게, 가열될 때 3차원 망상 구조를 갖는 경화 생성물이 되어, 열경화성 접착제에 응집력을 부여할 수 있다.
초기 응집력의 향상이라는 견지에서, 개질 에폭시 수지는 일반적으로 에폭시 당량이 약 100 내지 약 9,000, 바람직하게는 약 200 내지 약 3,000, 보다 바람직하게는 약 500 내지 약 3,000이다. 그러한 에폭시 당량을 갖는 적당한 개질 에폭시 수지는, 예를 들면 다이셀 케미칼 인더스트리즈, 리미티드(Daicel Chemical Industries, Ltd.)로부터 플라셀(Placcel)™ G 시리즈 (예를 들어, G402)라는 상표명으로 구매가능하다.
열경화성 접착제 조성물은 바람직하게는 멜라민/아이소시아누르산 부가물(이하, 때로 "멜라민/아이소시아누르산 복합체"라 함)을 상기에 설명된 개질 에폭시 수지와 조합하여 함유한다. 유용한 멜라민/아이소시아누르산 복합체는, 예를 들어 닛산 케미칼즈 인더스트리즈, 리미티드(Nissan Chemicals Industries, Ltd.)로부터 MC-600이라는 상표명으로 구매가능하며, 이것은 열경화성 접착제 조성물을 강인화하고(toughening), 열경화성 접착제 조성물이 가열 경화 전에 요변성(thixotropy)이 나타남으로 인해 점착이 야기되는 것을 방지하며, 열경화성 접착제 조성물의 습기 흡수 및 유동을 억제하는 데 효과적이다. 이들 효과를 손상시키지 않고서 경화 후에 취약화(embrittlement)를 방지하기 위해, 열경화성 접착제 조성물은 멜라민/아이소시아누르산 복합체를, 개질 에폭시 수지 100 중량부 당, 일반적으로 1 내지 200 중량부, 바람직하게는 2 내지 100 중량부, 보다 바람직하게는 3 내지 50 중량부의 양으로 함유할 수도 있다.
열경화성 접착제 조성물은 통상적인 사용에서 회로 기판을 접속하기에 충분히 높은 강도를 가지며, 게다가 경화 생성물이 가열될 때 연화될 수 있도록 경화될 수 있다. 이것은 열경화성 접착제가 조절된 방식으로 경화되는 양식으로 경화가 행해질 수 있기 때문에 가능하다.
열경화성 수지로서 카프로락톤-개질 에폭시 수지를 사용하기 위해, 열경화성 접착제 조성물은 열가소성 수지를 추가로 함유하여 회복 특성(repair property)을 향상시킬 수도 있다. "회복 특성(repair property)"이라는 용어는 접속 완료 후에 접착제 필름을 가열 하에 박리하고 접속을 다시 수행할 수 있는 능력을 의미한다. 본 발명에서, 제1 회로 기판을 제2 회로 기판에 접속한 후에, 제1 및 제2 회로 기판을 120 내지 200℃의 온도에서 분리할 수도 있으며, 접속 단계를 반복하고, 이에 의하여 회복 특성이 발휘될 수 있게 된다. 여기서 적합하게 사용할 수 있는 열가소성 수지는 페녹시 수지이다. 페녹시 수지는 사슬형 또는 선형 구조와 상대적으로 높은 분자량을 갖는 열가소성 수지이며, 전형적으로 에피클로로하이드린 및 비스페놀 A로부터 형성된다. 이 페녹시 수지는 높은 가공처리성을 가지며, 열경화성 접착제 조성물의 접착제 필름으로의 가공처리를 용이하게 한다. 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 열경화성 접착제 조성물은 페녹시 수지를, 개질 에폭시 수지 100 중량부 당, 일반적으로 10 내지 300 중량부, 바람직하게는 20 내지 200 중량부의 양으로 함유한다. 이것은 페녹시 수지가 개질 에폭시 수지와 효과적으로 상용성으로 될 수 있으며, 다음에는 개질 에폭시 수지가 열가소성 접착제 조성물로부터 번져 나오는 것(bleeding out)이 효과적으로 방지될 수 있기 때문이다. 더욱이, 페녹시 수지는 상기 개질 에폭시 수지의 경화 생성물과 얽혀, 열경화성 접착제 층의 최종 응집력 및 내열성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
열경화성 수지 조성물은, 상기에 설명된 페녹시 수지와 조합되거나 상기 수지와 독립적으로 제2 에폭시 수지(이하, 때로 간단히 "에폭시 수지"라고도 함)를 추가로 선택적으로 함유할 수도 있다. 이 에폭시 수지는 본 발명의 범주가 인정되는 한 특별히 한정되지 않는다. 사용될 수 있는 에폭시 수지의 예는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 플루오렌 에폭시 수지, 글리시딜 아민 수지, 지방족 에폭시 수지, 브롬화 에폭시 수지 및 플루오르화 에폭시 수지를 포함한다. 그러한 에폭시 수지는, 개질 에폭시 수지와 유사하게 페녹시 수지와 쉽게 상용성으로 되어, 열가소성 접착제 조성물로부터 거의 번져 나오지 않는다. 특히, 상기 열경화성 접착제 조성물은 제2 에폭시 수지를, 개질 에폭시 수지 100 중량부 당, 바람직하게는 50 내지 200 중량부, 보다 바람직하게는 60 내지 140 중량부의 양으로 함유하며, 이것은 내열성을 향상시킨다는 견지에서 유리하다.
본 발명을 실행함에 있어서, 제2 에폭시 수지로서, 특히 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르형 에폭시 수지(이하, 때로 "다이글리시딜 에테르형 에폭시 수지"라고 함)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 다이글리시딜 에테르형 에폭시 수지는 액상이며, 예를 들어, 열경화성 접착제 조성물의 고온 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 다이글리시딜 에테르형 에폭시 수지를 사용할 때, 고온에서의 경화에서 내화학성 또는 유리 전이 온도를 개선시킬 수 있다. 또한, 넓은 범위에 걸친 경화제를 적용할 수 있으며, 그 경화 조건은 상대적으로 온화하다. 그러한 다이글리시딜 에테르형 에폭시 수지는, 예를 들어 다우 케미칼(저팬)(Dow Chemical(Japan))로부터 D.E.R. 332라는 상표명으로 구매가능하다.
원할 경우, 경화제가 열경화성 접착제 조성물에 첨가될 수도 있으며, 이는 에폭시 수지의 경화 반응에 사용될 수도 있다. 경화제는, 원하는 효과가 제공될 수 있기만 하다면, 사용량 및 종류가 특별히 한정되지 않지만, 내열성 향상의 견지에서, 경화제는, 전체 에폭시 수지 100 중량부 당, 일반적으로 1 내지 50 중량부, 바람직하게는 2 내지 40 중량부, 보다 바람직하게는 5 내지 30 중량부의 양으로 함유된다. 사용될 수 있는 경화제의 예는 아민 경화제, 산 무수물, 다이시안다이아미드, 양이온성 중합 촉매, 이미다졸 화합물 및 하이드라진 화합물을 포함하지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 이들 중에서도, 다이시안다이아미드는 실온에서 열안정성을 갖기 때문에 유망한 경화제이다. 또한, 본 발명에서의 사용에 있어서, 경화 후 접착제 필름의 고온에서의 응집력이라는 관점에서 플루오렌 아민 경화제가 특히 유용하다. 플루오렌 아민 경화제는, 예를 들어 니폰 스틸 케미칼 컴퍼니, 리미티드(Nippon Steel Chemical Co., Ltd.)로부터 BAFL이라는 상표명으로 입수가능하다.
열경화성 접착제 조성물에서, 유기 입자는, 접착제 조성물 100 중량부 당, 15 내지 100 중량부의 양으로 첨가될 수 있다. 유기 입자의 첨가에 의해, 수지는 소성 유동성(plastic fluidity)을 발휘하는 반면, 유기 입자는 열가소성 접착제 조성물의 경화 후 가요성을 유지한다. 또한, 접속 단계에서의 가열에 의해 제1 또는 제2 회로 기판에 부착된 수분이 증발되어, 수증기압의 활동을 초래할 수도 있지만, 심지어 그러한 경우에도, 수지가 유동하거나 기포를 가두는 것이 방지된다.
첨가되는 유기 입자의 예는 아크릴 수지, 스티렌-부타디엔계 수지, 스티렌-부타디엔-아크릴 수지, 멜라민 수지, 멜라민-아이소시아누레이트 부가물, 폴리이미드, 실리콘 수지, 폴리에테르이미드, 폴리에테르설폰, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아릴레이트, 액정 중합체, 올레핀계 수지 및 에틸렌-아크릴 공중합체의 입자를 포함한다. 입자의 크기는 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하이다.
하기 표 1에 나타낸 조성물을 실리콘 처리 폴리에스테르 필름 상에 코팅하고, 건조시켜 두께 30㎛의 필름을 형성하였다.
Figure 112007092435891-PCT00001
페녹시 수지:
YP50S, 토토 카세이 컴퍼니, 리미티드(Tohto Kasei Co., Ltd.) 제조, 수평균 분자량: 11,800
에폭시 수지:
DER332, 다우 케미칼 저팬 리미티드 제조, 에폭시 당량: 174
폴리카프로락톤-개질 에폭시 수지:
G402, 다이셀 케미칼 인더스트리즈, 리미티드 제조, 에폭시 당량 : 1,350
비스-아닐린 플루오렌:
BAFL, 니폰 스틸 케미칼 컴퍼니, 리미티드
멜라민-아이소시아누르산 복합체:
MC-600, 닛산 케미칼즈 인더스트리즈, 리미티드 제조
아크릴 입자:
EXL2314, 쿠레하 파라로이드(KUREHA PARALOID) EXL, 쿠레하 케미칼 인더스트리 컴퍼니, 리미티드(Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) 제조
THF: 테트라하이드로푸란
이렇게 형성된 필름을 처리 시간을 다양하게 변화시켜 100℃에서 가열 처리하고, 제조된 필름의 200℃에서의 점도를 측정하였다. 점도는 하기와 같은 방법으로 측정하였다. 접착제 필름 샘플을 반경 a(미터(m))(0.005m)의 원형으로 절단하고, 얻어진 열경화성 접착제 필름 샘플을 2개의 수평판 사이에 배치하고, 200℃에서 일정 하중 F(N)(650N)을 인가하면서 시간 t(초) 동안 에이징하고, 하기 식에 따라 점도를 계산하였다: h(t)/ho = [(4ho2Ft)/(3πηa4)+1]-1/2 (여기서, ho는 열경화성 접착제 필름의 초기 두께(미터(m))이며, h(t)는 t초 후의 접착제 필름의 두께(미터(m))이고, F는 하중(N)이며, t는 하중 F를 인가한 후 경과된 시간(초)이고, η는 측정 온도 T℃에서의 점도(Pa.s)이며 a는 열경화성 접착제 필름의 반경(미터(m))임).
그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
Figure 112007092435891-PCT00002
제1 회로 기판으로서, 25 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름 상에, 도체들 사이의 피치가 0.3 ㎜이고, 도체 폭이 0.05 ㎜이며, 도체-도체의 거리가 0.25㎜이고, 도체 두께가 18 이며 진폭의 폭이 ±0.15 ㎜인 방식으로 형성시킨 물결 형상의 배선으로 이루어진 도체 배선(금 도금된 니켈)을 갖는 FPC를 제조하였다. 이와 별도로, 도체들 사이의 피치가 0.3 ㎜이고, 도체 폭이 0.05 ㎜이며, 도체-도체 거리가 0.25 ㎜이고 도체 두께가 18 ㎛인 유리 에폭시 기재를 제2 회로 기판으로서 제조하였다. 이 유리 에폭시 기재 상에는 50개의 도체 배선이 있으며, 각각의 2개의 인접 배선은 쌍을 이루어 전기적으로 전도되었다. 한편, FPC 상에는 50개의 도체 배선이 있으며, 각각의 2개의 인접 도체 배선은 쌍을 이루어 전기적으로 전도되었다.
100℃에서 60분 동안 가열 처리함으로써, 이들 FPC와 유리 에폭시 기재를 상기의 제조된 접착제 필름에 의해 서로 상부에 포개었다. FPC/접착제 필름/유리 에폭시 기재의 이러한 적층제를 가열 하에서 가압-접합시키고, 그럼으로써 접속시켜 각각의 배선에 있어서 6개의 접속점에서 접속을 확립하였다. 이 접속에서, 펄스 접합기 TCW-215/NA-66 (니폰 아비오닉스 컴퍼니, 리미티드(Nippon Avionics Co., Ltd.)로부터 입수가능함)을 사용하여, 280 N(압력: 9 MPa(900 N/㎠))의 하중으로 200℃의 헤드 온도에서 3초 동안, 가열 하에 가압-접합을 수행하였다. 접속 후의 샘플의 저항값을 측정하였다 (초기 값: 6.2 ohm). 그 후, 이 샘플을 오븐 내에 투입시키고 85℃의 온도 및 85%의 습도에서 1,000시간 유지함으로써, 에이징을 가속화하고, 이어서 저항값을 재측정하였다. 그 결과, 저항값의 증가가 초기 값의 2% 이내였으며, 우수한 접속이 확립되었음이 확인되었다.

Claims (10)

  1. 복수의 도체 배선의 단부에 접속부가 할당된 제1 회로 기판과, 제1 회로 기판이 접속되는, 복수의 도체 배선의 상응하는 단부에 접속부가 할당된 제2 회로 기판을 제조하는 단계;
    열경화성 접착제 필름이 상기 제1 회로 기판의 접속부와 상기 제2 회로 기판의 접속부 사이에 존재하는 상태로 상기 제1 회로 기판의 접속부를 상기 제2 회로 기판의 접속부에 대향하도록 배치하는 단계; 및
    서로 대향하는 상기 회로 기판들의 접속부들 사이의 전기적 접촉이 확립되고 접착제가 경화되게 하기 위하여 접착제 필름이 완전히 밀려나기에 충분히 높은 열 및 압력을 상기 접속부와 상기 열경화성 접착제 필름에 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 회로 기판과 제2 회로 기판 중 적어도 하나의 회로 기판의 상기 접속부들을 구성하는 도체 배선은 비선형 배선을 포함하는 것인, 회로 기판의 상호 접속 방법.
  2. 제1항에 있어서, 배선의 접촉부에서의 면적은, 접속면의 배선의 전체 면적에 대하여 0.1 내지 0.5인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열경화성 접착제 필름의 점도가 200℃에서 100 내지 20,000 Pa.s인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 접착제 필름은 카프로락톤-개질 에폭시 수지를 포함하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열경화성 접착제 필름은 카프로락톤-개질 에폭시 수지를 포함하는 열경화성 수지를 사전에 가열 처리함으로써 점도가 200℃에서 100 내지 20,000 Pa.s가 되도록 조절된 것인 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 열경화성 접착제 필름은 플루오렌아민계 경화제를 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 기판의 접속부를 구성하는 도체 배선은 주석, 금, 니켈 또는 니켈/금의 2층 도금재에 의해 표면 처리된 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 접속을 150 내지 250℃의 온도에서 수행하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 회로를 상기 제2 회로 기판에 접속시킨 후, 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판을 120 내지 200℃의 온도에서 분리하고, 단계 (ii)와 (iii)을 다시 반복하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판을 상호 접속함으로써 얻어지는 회로 기판을 이동 전화기에 사용하는 방법.
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