KR20080088082A - 이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는이방성 도전접속재료 - Google Patents

이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는이방성 도전접속재료 Download PDF

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김준희
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Abstract

본 발명은 이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는 이방성 도전접속재료에 관한 것이다. 본 발명의 이방성 도전접속재료용 도전성입자는, 유리, 세라믹 또는 고분자 수지를 포함하여 이루어지는 코어; 및 상기 코어 표면에 형성되며, Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 또는 Sn-Zn계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 합금 재료를 포함하는 도전층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 이방성 도전접속재료용 도전성입자는, 이방성 도전접속재료를 이용한 회로 접속을 위한 열압착시에 도전 물질이 용융되어 범프와 도전성입자 간 및 도전성입자들 간에 IMC를 형성함으로써 도전신뢰성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 도전성입자의 외면에 절연성 물질로 이루어진 절연층을 코팅함으로써 도전성입자 간 뭉침에 의한 단락 현상을 방지하여 절연신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이방성 도전접속재료, 도전성입자, 코어, 도전층, 절연층, 솔더볼

Description

이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는 이방성 도전접속재료{Conductive ball for anisotropic electricconnection material and anisotropic electricconnection material comprising the same}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 서로 대향하는 회로전극을 구비한 기판 사이에 개재되는 이방성 도전접속재료를 도시한 개략도이다.
도 2는 이방성 도전접속재료에 의하여 전기적으로 접속된 회로 접속 구조체를 도시한 개략도이다.
도 3은 이방성 도전접속재료에 의하여 전기적으로 접속된 회로 접속 구조체의 단락 현상을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는 이방성 도전접속재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 도전성을 가지며 절연신뢰성이 향상된 이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는 이방성 도전접속재료에 관한 것이다.
이방성 도전접속재료는 액정디스플레이, 퍼스널컴퓨터, 휴대 통신기기 등과 같은 전자제품의 제조시에 반도체 소자와 같은 소형 전기 부품을 기판에 전기적으로 접속시키거나 기판 사이를 전기적으로 접속하기 위해 사용되는 재료로서, 최근 전자기기나 전자 부품이 소형화 되어 가고 기판 등의 배선이 보다 미세해져 감에 따라, 미립자화나 입경 정밀도의 향상이 도모되고 있고, 우수한 접속신뢰성을 유지하면서 동시에 절연신뢰성을 확보할 수 있는 방법을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이방성 도전접속재료의 대표적인 예로는 이방성 도전필름, 이방성 도전시트, 이방성 도전 점접착제, 이방성 도전 잉크 및 이방성 도전 페이스트가 있으며, 이들은 일반적으로 절연성 접착성분과 절연성 접착성분 내에 분산되어 있는 도전성 미립자로 구성된다.
도 1을 참조하여 이방성 도전접속재료를 이용하여 미세회로를 전기적으로 접속시키는 방법에 대해 살펴보면, 먼저 상기판(10)의 하면 및 하기판(20)의 상면에 각각 서로 대향되도록 구비된 회로전극(11, 21) 사이에 절연성 접착성분(40)과 그 절연성 접착성분(40)에 분산된 다수의 도전성입자(50)로 이루어진 이방 도전성 접착제(30)를 개재시킨다. 그런 다음, 소정의 온도와 압력으로 열압착하면 도 2에 도시된 바와 같이 회로전극(11, 21) 사이에 개재된 도전성입자(50)가 대향되는 회로전극(11, 21)을 전기적으로 접속시키게 된다.
그러나, 이와 같은 이방성 도전접속재료에 의한 회로 접속시, 도전성 입자 간 또는 도전성 입자와 회로 전극 간의 접촉 면적이 작아 도전신뢰성이 떨어지고, 도 3의 A에 도시된 바와 같이 절연성 접착성분(40)에 분산된 도전성 미립자(50)들이 응집될 경우, 인접한 회로전극 사이로 전기적 접속이 일어나 단락(short)이 발생되는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본발명의 목적은 도전성이 우수하고 향상된 절연신뢰성을 갖는 이방성 도전접속재료용 도전성입자를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 또한, 상기 본 발명의 도전성입자를 포함하여 이루어지는 이방성 도전접속재료를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 유리, 세라믹 또는 고분자 수지를 포함하여 이루어지는 코어; 및 상기 코어 표면에 형성되며, Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 및 Sn-Zn계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 합금 재료를 포함하는 도전층;을 포함하여 이루어지는 이방성 도전접속재료용 도전성입자를 제공한다.
본 발명은 또한, 유리, 세라믹 또는 고분자 수지를 포함하여 이루어지는 코어; 상기 코어 표면에 형성되며, 니켈을 포함하여 이루어지는 니켈층; 및 상기 니켈층 표면에 형성되며, Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 또는 Sn-Zn계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 합금 재료를 포함하는 도전층;을 포함하여 이루어지는 이방성 도전접속재료용 도전성입자를 제공한다.
본 발명은 또한, 절연성 접착성분; 및 상기 절연성 접착성분에 분산되는 상기 본 발명에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료를 제공한다.
이하, 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
종래의 이방성 도전접속재료에 사용된 도전성입자는 대표적으로 고분자 또는 세라믹으로 이루어지는 코어에 금과 니켈을 도금하여 제조되는 것이 일반적이었다. 본 발명에서는 이와 같은 종래의 이방성 도전접속재료의 도전성을 향상시키기 위하여 코어의 표면에 BGA(ball grid array)의 범프 형성용으로 사용되는 솔더볼 재료를 도전층 형성을 위한 도전재료로 도입하였다. 이러한 솔더볼 재료는 회로 접속을 위한 열압착시에 용융되므로 도전성 입자들 간 및 범프와 도전성 입자 간에 IMC를 형성함으로써 회로 접속에 도전신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자는 코어 및 상기 코어의 표면에 형성되는 도전층을 포함하여 이루어진다.
상기 도전층 형성에 사용되는 재료로는 Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 또는 Sn-Zn계 합금이 바람직하며, 이들 각각의 합금에는 물성 향상을 위하여 Sn과 Ag, Sn과 Cu, Sn과 Bi, Sn과 Zn 외에 Ni, Cr, Fe, Co, Ge, P 또는 Ga와 같은 금속 재료가 더 첨가될 수 있다.
본 발명의 도전성 입자의 코어는 본 발명에 따른 도전층이 형성될 수 있는 물질, 예를 들어 유리, 세라믹 또는 고분자 수지로 형성할 수 있는데, 고분자 수지로는 대표적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 메틸 메타크릴레이트-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 각종 아크릴레이트, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐포르말, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 불소 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 페놀-포르말린 수지, 페놀 수지, 크실렌 수지, 디아릴 프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 페녹시 수지 또는 실리콘 수지가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 이방성 도전접속재료용 도전성입자는, 도전성입자의 뭉침에 의한 단락 현상을 방지하기 위하여, 도전층 표면에 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 절연성 수지를 포함하여 이루어지며, 상기 절연성 수지로는 대표적으로 폴리에틸렌 및 그 공중합체, 폴리스티렌 및 그 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 공중합체, 폴리비닐클로라이드 및 그 공중합체, 폴리카보네이트 및 그 공중합체, 폴리프로필렌 및 그 공중합체, 아크릴산에스테르계 고무, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 페녹시 수지, 열가소성 에폭시 수지 또는 폴리우레탄이 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자는 코어, 상기 코어의 표면에 형성되는 니켈층 및 상기 니켈층의 표면에 형성되는 도전층을 포함하여 이루어진다.
본 실시예에 따른 도전성입자는, 제1 실시예에 따른 도전성입자와 비교할 때, 니켈층을 더 포함하며, 니켈층은 무전해 도금 등의 공지된 방법에 따라 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성입자에 있어서, 코어 및 도전층에는 상기 제1 실시예에 대하여 상술한 것과 동일한 재료들이 사용될 수 있으며, 도전층의 표면에는 도전성입자 간의 뭉침에 의한 단락 방지를 위해 절연층이 더 형성될 수 있다. 상기 절연층에도 역시 제1 실시예에 대하여 상술한 것과 동일한 재료들이 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 도전성입자들이 절연성 접착성분에 분산되어 형성되는 이방성 도전접속재료를 제공한다.
상기 절연성 접착성분으로는 관련 분야에서 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로 아세트산비닐계 수지, 염화비닐계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지, 폴리올레핀계 수지, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 폴리아미드계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합 고무, 클로로프렌 고무 및 아크릴로니트릴-스티렌 블록 공중합 고무가 사용될 수 있다. 본 발명의 이방성 도전접속재료에는 절연성 접착수지 및 도전성 미립자 외에 본 발명의 과제 달성을 저해하지 않는 범위에서 필요에 따라 각종 첨가제가 배합될 수 있으며, 첨가제의 대표적인 예로는 증량제, 연화제(가소제), 점접착성 향상제, 산화방지제(노화 방지제), 열안정제, 광안정제, 자외선 흡수제, 착색제, 난연제 또는 유기 용매 등이 있다. 이들은 단독으로뿐만 아니라 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 이방성 도전접속재료의 태양은 특별히 제한되지 않으며, 대표적 태양으로는 이방성 도전필름, 이방성 도전시트, 이방성 도전 점접착제, 이방성 도전 잉크 및 이방성 도전 페이스트가 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 이방성 도전접속재료용 도전성입자는, 이방성 도전접속재료를 이용한 회로 접속을 위한 열압착시에 도전 물질이 용융되어 범프와 도전성입자 간 및 도전성입자들 간에 IMC를 형성함으로써 도전신뢰성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 도전성입자의 외면에 절연성 물질로 이루어진 절연층을 코팅함으로써 도전성입자 간 뭉침에 의한 단락 현상을 방지하여 절연신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 유리, 세라믹 또는 고분자 수지를 포함하여 이루어지는 코어; 및
    상기 코어 표면에 형성되며, Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 또는 Sn-Zn계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 합금 재료를 포함하는 도전층;을 포함하여 이루어지는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 및 Sn-Zn계 합금은 각각 Sn과 Ag, Sn과 Cu, Sn과 Bi, Sn과 Zn 외에 Ni, Cr, Fe, Co, Ge, P 및 Ga로 이루어진 군에서 선택되는 금속 재료를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 메틸 메타크릴레이트-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 각종 아크릴레이트, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐포르말, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 불소 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 페놀-포르말린 수지, 페놀 수지, 크실렌 수지, 디아릴 프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 폴리이소시 아네이트 수지, 페녹시 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전층 표면에 형성되며, 절연성 수지를 포함하여 이루어지는 절연층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연성 수지는 폴리에틸렌 및 그 공중합체, 폴리스티렌 및 그 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 공중합체, 폴리비닐클로라이드 및 그 공중합체, 폴리카보네이트 및 그 공중합체, 폴리프로필렌 및 그 공중합체, 아크릴산에스테르계 고무, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 페녹시 수지, 열가소성 에폭시 수지 및 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  6. 유리, 세라믹 또는 고분자 수지를 포함하여 이루어지는 코어;
    상기 코어 표면에 형성되며, 니켈을 포함하여 이루어지는 니켈층; 및 상기 니켈층 표면에 형성되며, Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 또는 Sn-Zn계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 합금 재료를 포함하는 도전층;을 포함하여 이루어지는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 Sn-Ag계 합금, Sn-Cu계 합금, Sn-Bi계 합금 및 Sn-Zn계 합금은 각각 Sn과 Ag, Sn과 Cu, Sn과 Bi, Sn과 Zn 외에 Ni, Cr, Fe, Co, Ge, P 및 Ga로 이루어진 군에서 선택되는 금속 재료를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 메틸 메타크릴레이트-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 각종 아크릴레이트, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐포르말, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 불소 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 페놀-포르말린 수지, 페놀 수지, 크실렌 수지, 디아릴 프탈레이트 수지, 에폭시 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 페녹시 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 도전층 표면에 형성되며, 절연성 수지를 포함하여 이루어지는 절연층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연성 수지는 폴리에틸렌 및 그 공중합체, 폴리스티렌 및 그 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 공중합체, 폴리비닐클로라이드 및 그 공중합체, 폴리카보네이트 및 그 공중합체, 폴리프로필렌 및 그 공중합체, 아크릴산에스테르계 고무, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐부티랄, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 페녹시 수지, 열가소성 에폭시 수지 및 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료용 도전성입자.
  11. 절연성 접착성분; 및
    상기 절연성 접착성분에 분산되는 제1항 내지 제10항 중 선택되는 어느 한 항에 따른 이방성 도전접속재료용 도전성입자;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연성 접착성분은
    아세트산비닐계 수지, 염화비닐계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌계 수지, 폴리올레핀계 수지, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 폴리아미드계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중 합체, 스티렌-부타디엔 공중합 고무, 클로로프렌 고무 및 아크릴로니트릴-스티렌 블록 공중합 고무로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료.
  13. 제12항에 있어서,
    이방성 도전필름, 이방성 도전시트, 이방성 도전 점접착제, 이방성 도전 잉크 및 이방성 도전 페이스트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전접속재료.
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KR1020070030476A KR20080088082A (ko) 2007-03-28 2007-03-28 이방성 도전접속재료용 도전성입자 및 이를 포함하는이방성 도전접속재료

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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