KR20090037961A

KR20090037961A - 도전성 접합재료 및 전자장치

Info

Publication number: KR20090037961A
Application number: KR1020097003974A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 노무라; 히데키요 타카오카; 코스케 나카노
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-04-16
Also published as: JP5170685B2; CN101506906A; US20090155608A1; US20110067912A1; WO2008026517A1; EP2058822A1; US8105687B2; US8222751B2; EP2058822A4; JPWO2008026517A1; KR101056558B1

Abstract

열경화성 수지(7)와, 상기 열경화성 수지(7)의 열경화 온도 이하에서 용융하는 저융점 금속분말(8)과, 상기 열경화성 수지(7)의 열경화 온도 이하에서는 용융하지 않고 열경화성 수지(7)의 가열 경화시에 저융점 금속분말(8)과 반응해서 300℃ 이상의 고융점을 갖는 반응물을 생성하는 고융점 금속분말(9)과, 고융점 금속분말(9)의 표면에 형성되는 산화물을 제거하는 환원성 물질을 함유하고, 저융점 금속분말(8) 및 고융점 금속분말(9)의 총 함유량이 75∼88중량%이며, 저융점 금속분말(8)의 평균입경(D1)과 고융점 금속분말(9)의 평균입경(D2)과의 입경비(D1/D2)가 0.5∼6.0이다. 이것에 의해 리플로우 가열처리가 반복되거나 급격한 온도변화를 수반하는 열충격이 부하된 경우라 하더라도 양호한 도통성과 높은 접속 강도를 갖는 도전성 접합재료 및 이것을 이용한 전자장치를 실현할 수 있다.

열경화성 수지, 저융점 금속분말, 고융점 금속분말, 도전성 접합재료, 전자장치

Description

도전성 접합재료 및 전자장치{CONDUCTIVE BONDING MATERIAL AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 도전성 접합재료 및 전자장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 칩형 전자부품이나 프린트 배선기판 등의 전기 구조물끼리를 접합하는 도전성 접합재료 및 복수의 전기 구조물이 상기 도전성 접합재료를 통해서 접합된 전자장치에 관한 것이다.

종래부터 열경화성 수지와 금속분말을 함유한 도전성 접착제를 사용해 복수의 전기 구조물끼리를 접합한 전자장치가 알려져 있다.

예컨대 특허문헌 1에는 도 6에 나타내는 바와 같이, 기판(101)에 제1의 전극(102)이 형성되는 동시에 전자 디바이스(103)에 제2의 전극(104)이 형성되고, 제1의 전극(102) 및 제2의 전극(104)은 금속미립자의 융착(融着)에 의해 도통(導通)이 확보된 전극접속부(105)에 접속되는 동시에 전극접속부(105) 사이에는 도전성 접착제로 이루어지는 중간접속부(106)가 개재되며, 또한 상기 금속미립자는 상기 도전성 접착제의 열경화 온도 이하에서 융착하고, 상기 도전성 접착제는 상기 도전성 접착제의 열경화 온도 이하에서는 융착하지 않는 입경의 도전성 필러를 함유한 접속 구조체가 제안되어 있다.

이 특허문헌 1에서는 전극접속부(105)가 도전성 접착제의 열경화 온도 이하에서 융착이 일어나는 Ag 등의 금속미립자, 도전성 접착제의 열경화 온도 이하에서는 융착이 일어나지 않는 입경의 도전성 필러, 및 접착제로 이루어지는 도전성 접착제로 구성되어 있다.

그리고 특허문헌 1에서는 가열 경화 처리에 의해 전극접속부(105)에 함유되는 금속미립자를 통해서 제1 및 제2의 전극(102, 104)과 도전성 필러를 융착시키고, 또 상기 금속미립자를 통해서 도전성 필러끼리를 융착시키며, 이것에 의해 계면에서의 접착력을 향상시키고 있다.

또한 특허문헌 2에는 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1의 기판(107)과 제2의 기판(108)이 열전도성 재료(109)로 접합된 열전도성 접합체가 제안되어 있다.

특허문헌 2의 열전도성 재료(109)는 유기산을 함유한 열경화성 수지(110)와 열전도성 필러를 포함하고, 상기 열전도성 필러가 열경화성 수지(110)의 열경화 온도보다 높은 융점을 갖는 제1의 필러(111)와, 열경화성 수지(110)의 열경화 온도보다 낮은 융점을 갖는 제2의 필러(112)로 이루어지는 열전도성 재료가 제안되어 있다.

또한 특허문헌 2에서는 열경화성 수지(110) 및 열전도성 필러(111, 112)의 총량에 대한 열전도성 필러(제1 및 제2의 필러)의 체적비율이 50체적%(89중량%에 상당)가 되도록 조제된 실시예가 개시되어 있다.

특허문헌 2에서는 열전도성 필러가 열경화성 수지(110)의 열경화 온도보다 낮은 융점을 갖는 제2의 필러(112)를 포함하기 때문에, 열경화성 수지(110)가 경화 하기 전에 제2의 필러(112)가 용융하고, 제1의 필러(111)와 제2의 필러(112)가 융착한다. 또한 열전도성 필러가 열경화성 수지의 열경화 온도보다 높은 융점을 갖는 제1의 필러(111)를 포함하기 때문에, 열경화성 수지(110)의 경화 후에도 제1의 필러(111)가 그 형태를 유지하게 되고 이것에 의해 열저항의 증가를 억제할 수 있다. 게다가 열전도성 재료가 열경화성 수지(110)와 열전도성 필러를 포함하기 때문에 접합 온도를 낮게 할 수 있으며, 또 수지계 재료를 베이스로 하기 때문에 탄성율이 낮아져 열응력의 저감이 가능해진다. 그리고 이것에 의해 높은 열전도성을 가지면서 접속 신뢰성도 양호한 열전도성 재료를 얻으려고 하고 있다.

특허문헌 1: 일본국 공개특허공보 제2005-93826호(제1항, 제6항)

특허문헌 2: 일본국 공개특허공보 제2004-335872호(제1항, 단락번호[0040] 등).

그러나 특허문헌 1에서는 전극접속부(105)는 도전성 접착제의 열경화 온도 이하에서 용융하는 금속미립자가 융착되어 도통성이 확보되지만, 중간접속부(106)는 도전성 필러끼리의 접촉만으로 도통성이 확보되어 있기 때문에 상기 중간접속부(106)에서는 도통성이 떨어진다고 하는 문제가 있었다.

이 문제를 회피하기 위해서 도전성 접착제의 열경화 온도에서 용융하는 저융점의 금속분말을 도전성 접착제에 함유시키는 방법을 생각할 수 있다.

그런데 복수의 전기 구조물끼리 접합된 접합 구조체를 마더보드 등에 실장할 경우, 리플로우(reflow) 가열처리가 반복적으로 행해지거나 급격한 온도변화를 수반하는 열충격이 부하되어 접속 구조체가 장시간 고온 분위기하에 노출될 우려가 있다. 이 때문에 상기 저융점 금속분말이 재용융해버려 충분한 고착강도를 얻을 수 없다는 문제가 생긴다. 게다가 이 경우, 열충격 등에 의해 용융과 경화가 반복되면, 전극접속부(105)와 중간접속부(106)의 접합 계면이 박리될 우려가 있다.

특히 리플로우 가열처리에서는 환경면에의 배려 등으로 Pb 프리 솔더(Pb-free solder)를 사용하는 것이 일반적이 되었으나, 이 Pb 프리 솔더는 용융 온도가 270℃∼280℃로 고온이어서, 경화한 금속이 재용융해 접합 계면에서의 박리가 보다 쉽게 일어난다.

또한 특허문헌 2에서는 열전도성 필러의 함유량이나 제1의 필러 및 제2의 필러의 입경에 대해서는 전혀 고려되고 있지 않다. 즉, 이들 열전도성 필러의 함유량이나 제1의 필러 및 제2의 필러의 입경에 따라서는 가열 경화 후의 접합면에 대한 고착강도가 저하할 우려가 있고, 또 고온 다습하에 장시간 노출되면 접속저항이 높아져 도전성의 저하를 초래할 우려가 있다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 리플로우 가열처리가 반복되거나 급격한 온도변화를 수반하는 열충격이 부하된 경우라 하더라도 양호한 도통성과 높은 접속 강도를 갖는 도전성 접합재료 및 이것을 이용한 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 도전성 접합재료는 열경화성 수지와, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 제1의 금속분말과, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하지 않으면서 상기 열경화성 수지의 가열 경화시에 상기 제1의 금속분말과 반응해서 300℃ 이상의 고융점을 갖는 반응물을 생성하는 제2의 금속분말과, 상기 제2의 금속분말의 표면에 형성되는 산화물을 제거하는 환원성 물질을 함유하고, 상기 제1의 금속분말 및 상기 제2의 금속분말의 함유량이 총계로 75∼88중량%이며, 또 상기 제1의 금속분말의 평균입경(Dl)과 상기 제2의 금속분말의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)가 0.5∼6.0인 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명의 도전성 접합재료는, 상기 제1의 금속분말 및 상기 제2의 금속분말의 총량에 대한 상기 제1의 금속분말의 체적비율이 25∼75체적%인 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명의 도전성 접합재료는, 상기 제2의 금속분말이 상기 제2의 금속분말보다도 상기 제1의 금속분말에 대하여 젖음성이 높고, 또 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 저융점 금속으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 저융점 금속은 Sn을 함유한 금속인 것을 특징으로 하고 있다.

나아가 본 발명의 도전성 접합재료는, 상기 제2의 금속분말이 상기 제2의 금속분말보다도 상기 제1의 금속분말에 대하여 젖음성이 높은 금속으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 것도 바람직하고, 또 상기 젖음성이 높은 금속은 귀금속인 것을 특징으로 하는 것도 바람직하다.

또한 본 발명의 도전성 접합재료는, 상기 제1의 금속분말이 Sn-Bi 합금분말인 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명에 따른 전자장치는 제1의 전극을 갖는 제1의 전기 구조물과, 제2의 전극을 갖는 제2의 전기 구조물을 포함한 전자장치로서, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 상술한 도전성 접합재료를 통해서 전기적으로 접속되는 동시에, 상기 제1의 금속분말과 상기 제2의 금속분말과의 계면, 상기 제1의 금속분말과 상기 제1의 전극과의 계면, 및 상기 제1의 금속분말과 상기 제2의 전극과의 계면 중 적어도 하나의 계면은 300℃ 이상의 고융점을 갖는 반응물로 결합되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

[발명의 효과]

본 발명의 도전성 접합재료에 따르면, 열경화성 수지와, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 제1의 금속분말(예컨대 Sn-Bi 합금분말)과, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하지 않으면서 상기 열경화성 수지의 가열 경화시에 상기 제1의 금속분말과 반응해서 300℃ 이상의 고융점을 갖는 반응물을 생성하는 제2의 금속분말(예컨대 Cu분말)과, 상기 제2의 금속분말의 표면에 형성되는 산화물을 제거하는 환원성 물질을 함유하고, 상기 제1의 금속분말 및 상기 제2의 금속분말의 함유량이 총계로 75∼88중량%이며, 또 상기 제1의 금속분말의 평균입경(Dl)과 상기 제2의 금속분말의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)가 0.5∼6.0이기 때문에, 가열 경화시에는 제1의 금속분말이 넓게 젖게 되고 제2의 금속분말과 전기적으로 접속되어 도전패스가 형성된다. 그리고 제1의 금속분말은 제2의 금속분말과 반응해서 300℃에서는 용융하지 않는 고융점 반응물을 생성한다. 이와 같이 도통성이 뛰어난 동시에 강고한 고착력을 갖는 접속 신뢰성이 뛰어난 도전성 접합재료를 얻을 수 있다.

특히 제1의 금속분말이 Sn-Bi 합금분말과 같이 용융시의 체적팽창이 작은 Bi를 함유하고 있는 경우에는, 가령 제1의 금속분말의 제2의 금속분말에의 넓게 젖음성이 부족해 고융점 반응물이 충분히 생성되지 않는 경우라 하더라도, 용융시의 체적팽창에 수반하는 접합 계면의 파손이 생기기 어려워져 양호한 고착강도를 확보할 수 있다.

또한 상기 제1의 금속분말 및 상기 제2의 금속분말의 총량에 대한 상기 제1의 금속분말의 체적비율은 25∼75체적%이기 때문에, 제1의 금속분말이 차지하는 체적비율이 적정 범위로 유지되어 다수의 도전패스를 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 제1의 금속분말이 부족하거나 혹은 제2의 금속분말과 반응하지 않은 미반응의 제1의 금속분말의 잔류가 억제되어, 소망하는 도통성과 접속 신뢰성을 확보할 수 있는 도전성 접합재료를 얻을 수 있다.

또한 상기 제2의 금속분말은 상기 제2의 금속분말보다도 상기 제1의 금속분말에 대하여 젖음성이 높고, 또 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 저융점 금속(예컨대 Sn)으로 피복되어 있으므로, 열경화성 수지의 가열 경화시에는 제1의 금속분말이 제2의 금속분말의 표면에 넓게 젖기 쉬워진다. 그리고 그 결과, 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물의 생성을 촉진시킬 수 있고, 보다 양호한 도통성을 갖는 도전패스를 형성할 수 있으며, 또 접합 계면의 고착강도를 한층더 향상시킬 수 있다.

나아가 상기 제2의 금속분말은 상기 제2의 금속분말보다도 상기 제1의 금속분말에 대하여 젖음성이 높은 금속(예컨대 Au 등의 귀금속)으로 피복된 경우에도 상술과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 전자장치에 따르면, 상술한 도전성 접합재료를 통해서 제1의 전기 구조물의 제1의 전극과 제2의 전기 구조물의 제2의 전극이 전기적으로 접속되는 동시에, 상기 제1의 금속분말과 상기 제2의 금속분말과의 계면, 상기 제1의 금속분말과 상기 제1의 전극과의 계면, 및 상기 제1의 금속분말과 상기 제2의 전극과의 계면 중 적어도 하나의 계면이 300℃ 이상의 고융점을 갖는 고융점 반응물로 결합되어 있기 때문에, 양호한 도통성을 갖는 도전패스가 형성되어 이들 접합 계면은 고융점 반응물로 고착된다.

따라서 제1의 전기 구조물과 제2의 전기 구조물이 접합된 후에, 리플로우 가열처리나 열충격이 부하되어 고온 분위기에 장시간 노출된 경우라 하더라도, 금속의 재용융이 생기는 것을 회피할 수 있고, 접합 계면이 박리할 일도 없으며, 양호한 도통성과 강고한 계면 고착력을 갖는 기계적 강도가 뛰어난 전자장치를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 도전성 접합재료를 사용해서 제조된 전자장치의 한 실시의 형태를 나타내는 개략 단면도이다.

도 2는 도 1의 가열 경화 전에 있어서의 A부 확대도이다.

도 3은 도 1의 가열 경화 후에 있어서의 A부 확대도이다.

도 4는 저융점 금속의 평균입경이 고융점 금속의 평균입경에 대하여 과도하 게 작은 경우의 도전성 접합재료의 경화 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 5는 저융점 금속의 평균입경이 고융점 금속의 평균입경에 대하여 과도하게 큰 경우의 도전성 접합재료의 경화 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 6은 특허문헌 1에 기재된 접속 구조체의 모식도이다.

도 7은 특허문헌 2에 기재된 열전도성 접합체의 경화 전의 상태를 나타내는 모식도이다.

[부호의 설명]

1a, 1b 랜드전극(제1의 전극)

2 기판(제1의 전기 구조체)

3 칩형 전자부품(제2의 전기 구조체)

5a, 5b 외부전극(제2의 전극)

6a, 6b 도전성 접합재료

7 열경화성 수지

8 저융점 금속분말(제1의 금속분말)

9 고융점 금속분말(제2의 금속분말)

다음에 본 발명의 실시의 형태를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 도전성 접합재료를 사용해서 제조되는 전자장치의 한 실시의 형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.

즉, 본 전자장치는 랜드전극(제1의 전극)(1a, 1b)이 형성된 프린트 배선기판 등의 기판(제1의 전기 구조물)(2) 위에 세라믹 콘덴서 등의 칩형 전자부품(제2의 전기 구조물)(3)이 탑재되어 있다.

이 칩형 전자부품(3)은 세라믹 재료를 주성분으로 하는 전자부품 본체(4)의 양단에 외부전극(제2의 전극)(5a, 5b)이 형성되어 있으며, 상기 외부전극(5a, 5b)과 랜드전극(1a, 1b)이 도전성 접합재료(6a, 6b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.

도 2는 도 1의 가열 경화 전에 있어서의 A부 확대도이다.

도전성 접합재료(6a)는 열경화 온도가 예컨대 200℃ 정도인 열경화성 수지(7)와, 상기 열경화성 수지(7)의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 저융점 금속분말(제1의 금속분말)(8)과, 상기 열경화성 수지(7)의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하지 않으면서 상기 열경화성 수지(7)의 가열 경화시에 상기 저융점 금속분말(8)과 반응해서 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물을 생성하는 고융점 금속분말(제2의 금속분말)(9)과, 상기 고융점 금속분말(9)의 표면에 형성되는 산화물을 제거하는 환원성 물질(도시하지 않음)을 함유하고 있다.

즉, 이 도전성 접합재료(6a)는 열경화성 수지(7) 중에 저융점 금속분말(8), 고융점 금속분말(9), 및 환원성 물질(도시하지 않음)이 분산되어 있다.

또한 상기 반응물은 상술한 바와 같이 저융점 금속분말과 고융점 금속분말이 반응해 생성하는 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물을 말하지만, 구체적으로는 금속간 화합물 또는 고용체를 의미한다.

도 3은 도 1의 가열 경화 후에 있어서의 A부 확대도이다.

도전성 접합재료(6a)를 외부전극(5a) 및 랜드전극(1a)에 도포해 열경화 온도이상의 온도로 가열처리하면 저융점 금속분말(8)이 용융해서 넓게 젖게 된다. 그리고 고융점 금속분말(9, 9) 사이가 저융점 금속분말(8)을 통해서 접속되어 다수의 도전패스(11)가 생성된다.

즉, 상기 고융점 금속분말(9)은 열경화성 수지(7)의 열경화 온도에서는 용융하지 않기 때문에, 고융점 금속분말(9)만을 열경화성 수지(7) 중에 분산시켜도 도전패스(11)를 생성하는 것은 곤란하다.

그래서 본 실시의 형태에서는 열경화성 수지(7) 중에 상기 열경화 수지(7)의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 저융점 금속분말(8)을 분산시키고, 가열 경화시에 열경화 온도 이상의 온도로 가열함으로써 저융점 금속분말(8)을 용융시켜 넓게 젖게 하고 있다. 그리고 이것에 의해 고융점 금속분말(9, 9) 사이가 저융점 금속분말(8)로 접속되어 양호한 도전성을 갖는 다수의 도전패스(11)가 생성된다.

이 저융점 금속분말(8)은 고융점 금속분말(9)과 반응해서 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물을 생성하기 때문에, Pb 프리 솔더를 사용해 리플로우 가열처리를 행하거나 열충격 등이 반복적으로 부하되는 등, 고온 다습하에서 장시간 노출된 경우라 하더라도 접합 계면의 금속이 재용융하지 않아 양호한 고착강도를 갖는 전자장치를 얻을 수 있다.

또한 용융한 저융점 금속분말은 랜드전극(1a, 1b)이나 외부전극(5a, 5b)에도 넓게 젖게 되기 때문에 이들 랜드전극(1a, 1b)이나 외부전극(5a, 5b)에 포함되는 Ag-Pd나 Sn 등의 금속과의 사이에서도 고융점 반응물이 생성되어 도전패스(11)가 형성된다. 따라서 이것에 의해서도 랜드전극(1a, 1b) 및 외부전극(5a, 5b)과의 사이의 고착력이 보다 강고해져 기계 강도가 뛰어난 전자장치를 얻을 수 있다.

또한 본 도전성 접합재료에는 환원성 물질이 함유되어 있는데, 이것에 의해 고융점 금속분말(9)의 표면에 생성되는 산화물을 제거할 수 있다. 즉, 표면에 생성되어 있는 산화물을 제거함으로써, 열경화성 수지(7)의 가열 경화시에는 저융점 금속분말(8)이 고융점 금속분말(9)의 표면에 넓게 젖기 쉬워져, 보다 도통성이 높은 도전패스(11)가 형성되는 동시에 고융점 반응물의 생성을 촉진할 수 있다. 따라서 이것에 의해서도 랜드전극(1a, 1b) 및 외부전극(5a, 5b)과의 사이가 한층더 강고한 고착력을 갖는 전자장치를 얻을 수 있다.

그리고 이러한 환원성 물질로서는 환원성을 갖는 물질, 예컨대 호박산, 초산 등의 유기산, 염산, 브롬산 등을 바람직하게 사용할 수 있지만, 환원성을 갖는 것이라면 산 이외의 물질도 사용할 수 있다.

이와 같이 본 실시의 형태에 따르면, 양호한 도통성을 확보하면서 랜드전극(1a, 1b) 및 외부전극(5a, 5b)과의 접합 계면이 강고한 고착력으로 접합된 전자장치를 얻을 수 있다.

나아가 본 실시의 형태에서는 도전성 접합재료(6a, 6b) 중의 저융점 금속분말(8) 및 고융점 금속분말(9)의 함유량, 즉 금속분말의 총 함유량이 75∼88중량%로 설정되어 있다.

즉, 도전성 접합재료(6a, 6b) 중의 금속분말의 총 함유량이 75중량% 미만으로 저하하면 도전성 접합재료(6a, 6b) 중의 금속분말이 너무 적어지기 때문에, 가 열 경화시에 저융점 금속분말(8)이 넓게 젖어도 고융점 금속분말(9)과 접속되지 않고, 도전패스(11)를 생성하는 것이 곤란해져 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물을 충분히 생성할 수 없게 된다. 그리고 그 결과 도통성의 저하를 초래하고, 특히 고온 다습하에서 장시간 방치된 경우에는 도통성 저하를 조장한다.

한편 도전성 접합재료(6a, 6b) 중의 금속분말의 총 함유량이 88중량%를 넘으면 도전성 접합재료(6a, 6b) 중의 열경화 수지(7)의 함유량이 너무 적어지기 때문에, 랜드전극(1a, 1b)이나 외부전극(5a, 5b)과의 사이의 고착강도가 저하할 우려가 있다.

그래서 본 실시의 형태에서는 도전성 접합재료(6a, 6b) 중의 금속분말의 총 함유량은 75∼88중량%로 설정되어 있다.

또한 저융점 금속분말(8)의 평균입경(Dl)과 고융점 금속분말(9)의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)는 0.5∼6.0으로 설정되어 있다.

즉, 입경비(Dl/D2)가 0.5 미만인 경우에는 고융점 금속분말(9)의 평균입경(D2)에 대한 저융점 금속분말(8)의 평균입경(Dl)이 너무 작기 때문에, 저융점 금속분말(8)의 평균입경(Dl)에 대해 고융점 금속분말(9) 사이의 간격이 넓어져 도 4에 나타내는 바와 같이 가열 경화 처리를 행해도 저융점 금속분말(8)이 고융점 금속분말(9)끼리 접속할 수 없게 되어 도전패스(11)를 생성할 수 없는 부분이 생긴다. 이 때문에 랜드전극(1a, 1b) 및 외부전극(5a, 5b)을 고융점 반응물로 강고하게 접속할 수 없는 부분이 생기게 하고, 고온 다습하에서 장시간 노출되면 접속저항이 열화할 우려가 있다.

한편, 입경비(Dl/D2)가 6.0을 넘은 경우에는 고융점 금속분말(9)의 평균입경(D2)에 대한 저융점 금속분말(8)의 평균입경(Dl)이 너무 커 도전성 접합재료 중의 저융점 금속분말(8)과 고융점 금속분말(9)의 분산 상태가 악화하여, 도 5에 나타내는 바와 같이 가열 경화시에는 저융점 금속분말(8)끼리 융착하기 쉬워진다. 이 때문에 고융점 금속분말(9) 사이를 접속하는 도전패스(11)의 형성이 불충분하게 된다. 또한 고융점 반응물을 충분히 얻을 수 없게 되어 랜드전극(1a, 1b) 및 외부전극(6a, 6b)과의 고착력이 열화하고, 또 리플로우 가열처리에 의해 저융점 금속분말(8)이 재용융해 도통성의 저하를 초래할 우려가 있다.

그래서 본 실시의 형태에서는 저융점 금속분말(8)의 평균입경(Dl)과 고융점 금속분말(9)의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)를 0.5∼6.0으로 설정하고 있다.

또한 열경화성 수지(7)로서는 가열 경화 처리에 의해 양호한 접착성을 가지면서 랜드전극(1a, 1b) 및 외부전극(5a, 5b)과의 사이에서 충분한 고착강도를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고, 에폭시계, 페놀계, 아크릴계의 열경화성 수지나 폴리이미드계, 폴리우레탄계, 멜라민계나 우레아계의 열경화성 수지를 사용할 수 있는데, 에폭시계의 열경화성 수지가 특히 바람직하게 사용된다. 예컨대 비스페놀F형, 비스페놀A형, 수소첨가 비스페놀형, 페놀노볼락형, 글리시딜아민형, 나프탈렌형, 시클로펜타디엔형, 시클로헥산형, 헥산테트라하이드록시페놀에탄형, 히단토인형, 폴리글리콜형, 에테르형의 에폭시 수지나, 이들 에폭시 수지를 실리콘, 고무, 우레탄, 킬레이트 등으로 변성한 변성 에폭시 수지를 바람직하게 사용할 수 있다. 특히 에폭시계의 열경화성 수지 중에서도 비스페놀F형 에폭시 수지나 비스페놀A형 에폭시 수지 등의 액상 타입의 것은 작업성을 유지하기 위한 유기용제를 필요로 하지 않으므로 환경면이나 작업면에서 바람직하고, 또 열경화성 수지를 가열 경화할 때에 유기용제가 휘발해서 접합 계면에 틈(공극)을 형성하지 않으므로 보다 바람직하다.

또한 저융점 금속분말(8)로서는 열경화성 수지(7)의 열경화 온도에서 용융하지 않는 것이면 특별히 한정되지 않고, Sn, In, Sn-Bi, Sn-In, Sn-In-Bi, Sn-Pb 등을 사용할 수 있는데, 용융시의 체적팽창이 작은 Bi계의 합금, 예컨대 Sn-Bi를 사용하는 것이 바람직하다. 용융시의 체적팽창이 적은 Bi를 함유한 저융점 금속분말(8)을 사용함으로써 체적팽창에 수반하는 접합 계면의 파손이 생기기 어려워져 뛰어난 고착강도를 얻을 수 있다.

즉, 마더보드 등에 탑재되는 다른 전자부품에의 영향을 고려해서 저온으로 가열처리를 행할 수밖에 없는 경우, 저융점 금속분말(8)의 고융점 금속분말(9)에의 넓게 젖음이 부족하게 되어, 고융점 반응물을 충분히 생성할 수 없게 될 우려가 있다.

그러나 이러한 경우라 하더라도 용융시의 체적팽창이 적은 Bi를 함유한 저융점 금속분말(8)을 사용함으로써 체적팽창에 수반하는 접합 계면의 파손을 생기게 하지 않아 랜드전극(1a, 1b)이나 외부전극(5a, 5b)과의 사이의 고착력을 확보할 수 있다.

또한 고융점 금속분말(9)로서는 열경화성 수지(7)의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하지 않고, 또 열경화성 수지(7)의 가열 경화시에 저융점 금속분말(8) 과 반응해서 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물을 생성하는 것이면 특별히 한정되지 않고, Ti, Cr, Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Bi, Zn, Pd, Pb, Mo, Sn이나 이들 합금을 사용할 수 있는데, 비용면, 도전성, 부식성, 상기 저융점 금속분말(8)과의 반응성을 고려하면 Cu를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 저융점 금속분말(8)로서 Sn-Bi 등의 Sn 합금을 사용하고, 고융점 금속분말(9)로서 Cu를 사용한 경우, 가열 경화시에는 저융점 금속분말(8)에 함유되는 Sn 성분이 Cu와 반응해 Cu₆Sn₅나 Cu₃Sn 등의 금속간 화합물이 생성된다. 또한 저융점 금속분말(8)에 Sn-Bi 등의 Sn 합금을 사용하고 고융점 금속분말(9)로서 Au를 사용한 경우에는 AuSn₄로 이루어지는 금속간 화합물이 생성되고, Ag를 사용한 경우에는 AgSn₃로 이루어지는 금속간 화합물이 생성되며, Ni를 사용한 경우에는 Ni₃Sn으로 이루어지는 금속간 화합물이 생성된다. 그리고 이들 금속간 화합물은 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물이므로, 리플로우 가열처리를 반복하거나 급격한 온도변화를 수반하는 열충격 등이 반복적으로 부하된다 하더라도 접합 계면이 재용융하지 않아 강고한 고착력을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 변형이 가능하다.

예컨대 금속분말(저융점 금속분말(8) 및 고융점 금속분말(9))의 총량에 대한 저융점 금속분말(8)의 체적비율은 25∼75체적%가 바람직하다.

이는 저융점 금속분말(8)의 체적비율이 금속분말의 총량에 대하여 25체적% 미만이 되면, 저융점 금속분말(8)이 차지하는 체적비율이 작아져 도전패스(11)의 형성이 방해되어 도통성의 저하를 초래하는 경향이 있고, 한편 저융점 금속분말(8)의 체적비율이 금속분말의 총량에 대하여 75체적%를 넘으면, 고융점 금속분말(9)과 반응하지 않는 미반응의 저융점 금속분말(8)이 잔류해 도통성의 저하를 초래하거나 고온에서의 접속 신뢰성이 저하하는 경향이 있기 때문이다.

또한 고융점 금속분말(9)을 상기 고융점 금속분말(9)보다도 저융점 금속분말(8)에 대하여 젖음성이 높은 금속으로 피복하는 것도 바람직하다. 이와 같이 고융점 금속분말(9)보다도 저융점 금속분말(8)에 대하여 젖음성이 높은 금속으로 고융점 금속분말(9)을 피복함으로써, 열경화성 수지(7)의 가열 경화시에는 저융점 금속분말(8)이 고융점 금속분말(9)의 표면에 넓게 젖게 된다. 그리고 그 결과, 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물의 생성을 촉진시킬 수 있고, 보다 도통성이 높은 도전패스(11)를 형성할 수 있으며, 보다 강고한 계면 고착력을 얻을 수 있다.

그리고 이러한 젖음성이 높은 금속으로서는, Sn, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Bi-In 등의 열경화성 수지의 열경화 온도 이하에서 용융하는 금속이나 Au, Ag, Pt, Pd 등의 귀금속을 사용할 수 있는데, 비용면이나 고융점 반응물의 강도, 내구성을 고려하면 Sn, Sn-In을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 젖음성이 높은 금속으로서는, 열경화성 수지의 열경화 온도에서는 용융하지 않고 저융점 금속분말(8)과 반응함으로써 열경화성 수지의 열경화 온도에서 용융하는 금속 종류를 사용할 수도 있다.

다음에 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

실시예 1

[도전성 접합재료의 조제]

열경화성 수지로서 비스페놀F형 액상 에폭시 수지, 반응성 희석재로서 터셔리부틸글리시딜에테르, 경화제로서 아민 화합물, 상기 경화제의 반응 억제제로서 붕소 화합물과 에폭시 수지와의 혼합물, 환원성 물질로서 호박산을 준비했다.

또한 평균입경(Dl)이 10㎛이고 융점이 139℃인 Sn-58Bi분말(비중:8.93)(저융점 금속분말)을 준비하고, 또 평균입경(D2)이 5㎛이면서 융점이 약 1080℃인 Cu분말(비중:8.75)(고융점 금속분말)을 준비했다. 한편 Sn-58Bi분말의 평균입경(Dl)과 Cu분말의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)는 2.0이다.

다음으로 비스페놀F형 액상 에폭시 수지 100중량부에 대하여, 터셔리부틸글리시딜에테르 및 아민 화합물을 각각 25중량부, 붕소 화합물과 에폭시 수지의 혼합물을 12.5중량부, 호박산을 15중량부 칭량하고, 또 금속분말(Sn-58Bi분말 및 Cu분말)의 총 함유량이 70∼93중량%가 되면서 상기 금속분말의 총량에 대한 Sn-58Bi분말의 체적비율이 50체적%가 되도록 칭량한 다음, 이들 칭량물을 막자사발에 투입해 막자로 약 15분간 교반해 혼합함으로써, 시료번호 1∼6의 도전성 접합재료를 제작했다.

[평가 시료의 제작]

두께 0.7㎜의 알루미나 기판상의 소정 위치에 Ag-Pd 페이스트를 도포하고 베이킹 처리를 실시하여, 알루미나 기판상에 간격이 0.8㎜인 한 쌍의 랜드전극을 형성했다.

이어서 두께 50㎛의 메탈 마스크를 사용해 랜드전극상에 상기 도전성 접합재료를 도포했다.

다음으로 외부전극이 Sn으로 이루어지는 세로:1.6㎜, 가로:0.8㎜, 두께:0.8㎜의 칩형 저항 부품을 상기 도전성 접합재료 위에 배치하고, 온도 200℃하에 30분간 에어 오븐 중에서 가열처리를 행하여 시료번호 1∼6의 시료를 얻었다.

[특성평가]

시료번호 1∼6의 각 시료에 대해서 밀리옴하이테스터(Milliohm HiTESTER)(HIOKI사 제품:3224형)를 사용해 랜드전극간 접속저항의 초기값(R₀)을 측정하고, 또 본드테스터(bond tester)(DAGE사 제품:시리즈4000)를 사용해 고착강도의 초기값(S₀)을 측정했다.

이어서 온도 105℃, 습도 100%의 고온 다습하에 48시간 PCT(pressure cooker test)를 행하여 PCT 후의 저항값(R₁) 및 고착강도(S₁)를 측정하고, 또 하기 수식(1)에 기초해 PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)을 산출했다.

ㅿR₁=(R₁-R₀)/R₀×lOO…(1)

나아가 시료번호 1∼6의 각 시료에 대해서 최고온도가 270℃로 조정된 리플로우로(reflow furnace)에 5회 통과시켜서 리플로우 가열처리를 행했다. 그리고 리플로우 가열처리 후의 저항값(R₂) 및 고착강도(S₂)를 측정해 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)을 수식(2)에 기초해 산출했다.

ㅿR₂=(R₂-R₀)/R₀×1OO…(2)

표 1은 시료번호 1∼6의 도전성 접합재료의 사양과 실험 결과를 나타내고 있다.

평가 기준으로서 접속저항의 초기값(R₀)이 200mΩ 이하, 저항변화율(ㅿR₁, ㅿR₂)이 ±200% 이하, 및 각 고착강도가 10N/㎟ 이상의 모두를 만족하는 시료를 양호품으로 판정하고, 이들 평가 기준 중 어느 하나라도 만족하지 않은 시료를 불량품으로 했다. 또한 양호품 중 접속저항의 초기값(R₀)이 100mΩ 이하, 저항변화율(ㅿR₁, ㅿR₂)이 ±100% 이하, 각 고착강도가 20N/㎟ 이상의 모두를 만족하는 시료를 우수품으로 했다. 표 1 중 판정의 난에는 우수품을 ◎표시, 양호품을 ○표시, 불량품을 ×표시로 나타내고 있다.

이 표 1로부터 명백한 바와 같이, 시료번호 1은 금속분말(Sn-58Bi분말 및 Cu분말)의 총 함유량이 70중량%와 75중량%를 밑돌고 있기 때문에, 접속저항의 초기값(R₀)이 470mΩ이 되어 200mΩ을 초과하고, 또 PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)도 390%가 되어 200%를 넘으며, 또 PCT 후의 고착강도도 14N/㎟가 되어 20N/㎟ 이하로 저하했다. 이는 도전성 접합재료 중의 금속분말의 함유량이 적기 때문에 가열 경화시에 Sn-58Bi분말의 넓게 젖음이 부족하게 되고, 이 때문에 충분한 도전패스의 생성이 이루어지지 않아 융점이 300℃ 이상인 고융점 반응물을 충분히 얻을 수 없기 때문에, PCT 후의 도통성이나 고착강도가 저하하고 내습성 열화를 초래한 것으로 생각된다.

또한 시료번호 6은 금속분말(Sn-58Bi분말 및 Cu분말)의 총 함유량이 93중량%와 88중량%를 초과하고 있기 때문에, 고착강도가 초기값(S₀)에서도 7N/㎟로 낮았으며, PCT 후나 리플로우 처리 후에는 각각 4N/㎟, 2N/㎟로 더욱 낮아졌다. 이는 접합 계면에 있어서의 기계적인 접착성을 확보하기 위한 수지성분이 상대적으로 적기 때문에 고착강도의 저하를 초래한 것으로 생각된다.

이에 비해 시료번호 2∼5는 금속분말의 총 함유량이 75∼88중량%이며, 게다가 Sn-58Bi분말의 평균입경(Dl)과 Cu분말의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)가 2.0으로 본 발명의 범위 내이고, Sn-58Bi분말의 금속분말의 총량에 대한 체적비율이 50체적%로 바람직한 범위이므로, 접속저항의 초기값(R₀)이 21∼130mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 2∼16%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 5∼-25%, 고착강도가 초기값에서는 15∼31N/㎟, PCT 후에서는 10∼25N/㎟, 리플로우 후에서는 16∼22N/㎟로 모두 양호한 결과를 얻었다. 특히 금속분말의 총 함유량이 83∼86중량%인 시료번호 3, 4는 접속저항의 초기값(R₀)이 21∼58mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 3∼8%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 5∼-25%, 고착강도가 초기값에서는 29∼31N/㎟, PCT 후에서는 21∼25N/㎟, 리플로우 후에서는 20N/㎟로 매우 양호한 결과가 얻어졌다.

한편 시료번호 2의 시료를 수지에 메워넣은 후 연마하고, 랜드전극과 외부전극의 계면의 단면을 관찰한 결과, 도전성 접합재료 중에 분산시킨 Sn-58Bi분말은 외부전극을 형성하는 Sn이나 랜드전극을 형성하는 Ag-Pd, 나아가서는 Cu분말과의 사이에서 고융점 반응물을 형성하고 있어, 이것에 의해 양호한 접속 신뢰성이 얻어지고 있음이 확인되었다.

실시예 2

고융점 금속분말로서 실시예 1의 Cu분말을 대신해 막두께 0.05㎛의 Sn으로 피복된 Cu분말(비중:8.86)(이하, 'Sn코팅 Cu분말'이라 함)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 시료번호 11∼16의 도전성 접합재료를 제작했다.

그리고 실시예 1과 동일한 방법·순서로 접속저항의 초기값(R₀) 및 고착강도의 초기값(S₀)을 측정하고, 또 PCT 후 및 리플로우 처리 후의 각 저항변화율(ㅿR₁, ㅿR₂) 및 고착강도(S₁, S₂)를 산출했다.

표 2는 시료번호 11∼16의 도전성 접합재료의 사양과 실험 결과를 나타내고 있다.

이 표 2로부터 명백한 바와 같이, 시료번호 11∼16은 시료번호 1∼6과 거의 동일한 경향이 얻어졌다.

즉, 시료번호 11은 금속분말(Sn-58Bi분말 및 Sn코팅 Cu분말)의 총 함유량이 70중량%와 75중량%를 밑돌고 있기 때문에, 시료번호 1과 거의 동일한 이유에 의해 접속저항의 초기값(R₀)이 330mΩ이 되어 200mΩ을 초과하고, 또 PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 260%가 되어 200%를 초과하며, 또 PCT 후의 고착강도도 15N/㎟가 되어 20N/㎟ 이하로 저하했다.

또한 시료번호 16은 금속분말의 총 함유량이 93중량%와 88중량%를 초과하고 있기 때문에, 시료번호 6과 거의 동일한 이유에 의해 고착강도가 초기값(S₀)에서도 16N/㎟로 낮았으며, PCT 후나 리플로우 처리 후에는 각각 3N/㎟, 8N/㎟로 더욱 낮아졌다.

이에 비해 시료번호 12∼15는 금속분말의 함유량이 75∼88중량%이고, 게다가 Sn-58Bi분말의 평균입경(Dl)과 Sn코팅 Cu분말의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)가2.0으로 본 발명의 범위 내이며, Sn-58Bi분말의 전체 금속분말에 대한 체적비율이 50체적%로 바람직한 범위이므로, 접속저항의 초기값(R₀)이 33∼102mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 2∼14%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 4∼-18%, 고착강도는 초기값에서는 17∼33N/㎟, PCT 후에서는 14∼28N/㎟, 리플로우 후에서는 15∼21N/㎟로 모두 양호한 결과를 얻었다. 특히 금속분말의 총 함유량이 83∼86중량%인 시료번호 13, 14는 접속저항의 초기값(R₀)이 33∼36mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 2∼4%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 4∼-18%, 고착강도가 초기값에서는 30∼31N/㎟, PCT 후에서는 21∼28N/㎟, 리플로우 후에서는 20∼21N/㎟로 매우 양호한 결과를 얻었다.

한편 실시예 1과의 비교에서는 총체적으로 접속저항 및 고착강도 모두가 향상한다는 것을 알 수 있었다. 이는 Cu분말이 Sn-58Bi분말에 대하여 젖음성이 높은 Sn으로 피복되어 있기 때문에, 도전패스의 형성이나 고융점 반응물의 생성이 촉진된 것으로 생각된다.

실시예 3

저융점 금속분말로서 Sn-58Bi분말(비중:8.93)을 사용하고, 고융점 금속분말로서 Sn코팅 Cu분말(비중:8.86)을 사용하며, 실시예 1과 동일한 방법으로 입경비(Dl/D2)가 0.2∼10.0인 범위에서 또 다른 시료번호 21∼25의 도전성 접합재료를 제작했다.

표 3은 시료번호 21∼25의 도전성 접합재료의 사양과 실험 결과를 나타내고 있다.

이 표 3으로부터 명백한 바와 같이, 시료번호 21은 입경비(Dl/D2)가 0.2와 0.5 미만이기 때문에, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 210%가 되어 200%를 초과하고 있다. 이는 Sn코팅 Cu분말끼리의 간격에 대하여 Sn-58Bi분말의 평균입경(Dl)이 너무 작기 때문에, 가열 경화시에 Sn-58Bi분말이 넓게 젖어도 Sn코팅 Cu분말끼리를 Sn-58Bi분말로 잘 접속할 수 없게 되는 개소가 생기고, 이 때문에 도전성이 양호한 도전패스를 충분히 형성할 수 없게 되어, 그 결과 고온 다습하에서 장시간 노출되면 접속저항이 상승해 도통성이 저하하는 것으로 생각된다.

또한 시료번호 25는 입경비(Dl/D2)가 10.0과 6.0을 초과하고 있기 때문에, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 1070%가 되어 200%를 큰 폭으로 초과하는 것을 알 수 있었다. 또한 고착강도가 초기값(S₀)에서도 19N/㎟로 낮았으며, PCT 후나 리플로우 처리 후에는 각각 18N/㎟, 9N/㎟로 더욱 낮아졌다. 이는 Sn코팅 Cu분말의 평균입경(D2)에 대한 Sn-58Bi분말의 평균입경(Dl)이 너무 크기 때문에 가열 경화시에 Sn-58Bi분말끼리 융착하고, 또 Sn-58Bi분말이 랜드전극이나 외부전극에 넓게 젖게 되어 Sn코팅 Cu분말 사이를 연결하는 도전패스의 형성이 부족하게 되기 때문에, Sn코팅 Cu분말과 랜드전극 및 외부전극과의 접합 강도를 충분히 얻을 수 없을 뿐 아니라 고착력이 열화하고, 나아가서는 내열성도 열화한 것으로 생각된다.

이에 비해 시료번호 21∼24는 입경비(Dl/D2)가 0.5∼6.0이고, 게다가 금속분말(Sn-58Bi분말 및 Sn코팅 Cu분말)의 총 함유량이 86중량%로 본 발명의 범위 내이며, Sn-58Bi분말의 금속분말의 총량에 대한 체적비율이 50체적%로 바람직한 범위이므로, 접속저항의 초기값(R₀)이 36∼71mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 4∼18%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 -5∼-22%, 고착강도가 초기값에서는 30∼39N/㎟, PCT 후에서는 17∼25N/㎟, 리플로우 후에서는 21∼35N/㎟로 모두 양호한 결과를 얻었다. 특히 입경비(Dl/D2)가 0.5∼2.0인 시료번호 22, 23은 접속저항의 초기값(R₀)이 36∼48mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 4∼18%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 -5∼-18%, 고착강도가 초기값에서는 30∼39N/2㎟, PCT 후에서는 23∼25N/㎟, 리플로우 후에서는 21∼33N/㎟로 매우 양호한 결과가 얻어졌다.

실시예 4

Sn-58Bi분말과 Sn코팅 Cu분말을 준비하고, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 금속분말(Sn-58Bi분말 및 Sn코팅 Cu분말)의 총량에 대한 Sn-58Bi분말의 체적비율이 20∼80체적%인 범위에서 또 다른 시료번호 31∼36의 도전성 접합재료를 실시예 1과 동일한 방법으로 제작했다.

이어서 실시예 1과 동일한 방법·순서로 접속저항의 초기값(R₀) 및 고착강도의 초기값(S₀)을 측정하고, 또 PCT 후 및 리플로우 처리 후의 각 저항변화율(ㅿR₁, ㅿR₂) 및 고착강도(S₁, S₂)를 산출했다.

표 4는 시료번호 31∼36의 도전성 접합재료의 사양과 실험 결과를 나타내고 있다.

이 표 4로부터 명백한 바와 같이, 접속저항의 초기값(R₀)이 46∼200mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 4∼180%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 -65∼150%, 고착강도가 초기값에서는 21∼36N/㎟, PCT 후에서는 10∼28N/㎟, 리플로우 후에서는 10∼42N/㎟로 모두 양호한 결과가 얻어졌다.

그러나 시료번호 31은 금속분말의 총량에 대한 Sn-58Bi분말의 체적비율이 20체적%로서 25체적% 이하로 낮기 때문에, Sn-58Bi분말이 차지하는 체적비율이 작아져 도전패스의 형성이 방해되고, 이 때문에 접속저항의 초기값(ㅿR₀)이 110mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 110%가 되고 또 PCT 후의 고착강도가 10N/㎟가 되어 시료번호 32∼35에 비해 실용상 문제가 없는 수준이지만, 전기적 및 기계적 강도가 비교적 떨어지는 것을 알 수 있었다.

또한 시료번호 36은 금속분말의 총량에 대한 Sn-58Bi분말의 체적비율이 80체적%로서 75체적%를 초과하고 있기 때문에, Sn코팅 Cu분말과 반응하지 않는 Sn-58Bi분말이 미반응 상태인 채로 잔류하게 되고, 이 때문에 접속저항의 초기값(R₀)이 200mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 180%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 150%, 고착강도가 PCT 후에서는 17N/㎟, 리플로우 후에서는 10N/㎟가 되어, 이 경우에도 시료번호 32∼35에 비해 실용상 문제가 없는 수준이지만, 도통성의 저하를 초래하거나 고온에서의 접속 신뢰성이 저하해 전기적 및 기계적 강도가 비교적 떨어지는 것을 알 수 있었다.

이상으로부터 금속분말의 총량에 대한 Sn-58Bi분말의 체적비율은 25∼75체적%가 바람직한 범위인 것이 확인되었다.

실시예 5

평균입경(Dl)이 10㎛인 Sn-58Bi분말과, 평균입경(D2)이 5㎛인 Cu분말에 막두께 0.02㎛의 Au가 피복된 Au코팅 Cu분말을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법·순서로 시료번호 41의 도전성 접합재료를 제작했다.

또한 상기 Au코팅 Cu분말을 대신해 평균입경(D2)이 5㎛인 Cu분말에 막두께 0.01㎛의 In이 피복된 In코팅 Cu분말을 사용한 것 이외에는 시료번호 41과 동일한 방법·순서로 시료번호 42의 도전성 접합재료를 제작했다.

또한 도전성 접합재료의 조제 과정에서 환원성 물질을 첨가하지 않은 것 이외에는 시료번호 42와 동일한 방법·순서로 시료번호 43의 도전성 접합재료를 제작했다.

이어서 실시예 1과 동일한 방법·순서로 접속저항의 초기값(R₀) 및 초기 고착강도(S₀)를 측정하고, 또 PCT 후 및 리플로우 처리 후의 각 저항변화율(ㅿR₁, ㅿR₂) 및 고착강도(S₁, S₂)를 산출했다.

표 5는 시료번호 41∼43의 도전성 접합재료의 사양과 실험 결과를 나타내고 있다.

이 표 5로부터 명백한 바와 같이, 시료번호 43은 접속저항의 초기값(R₀)이 7300mΩ이 되어 도통성이 저하하고, 또 PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)도 790%로 높아졌으며, PCT 후의 고착강도도 9N/㎟로 저하했다. 이는 도전성 접합재료 중에 환원제가 함유되어 있지 않기 때문에 In코팅 Cu분말의 표면에는 산화물이 제거되지 않고 잔존하게 되고, 이 때문에 열경화성 수지의 가열 경화시에는 Sn-58Bi분말이 In코팅 Cu분말의 표면에 넓게 젖기 어려워져 고융점 반응물의 생성이 촉진되지 않기 때문으로 생각된다.

이에 비해 시료번호 41 및 42는 도전성 접합재료 중에 환원성 물질로서의 호박산이 함유되어 있고, 게다가 금속분말의 총 함유량이 86중량%, 입경비(Dl/D2)가 2.0으로 모두 본 발명의 범위 내이며, 또한 Sn-58Bi분말의 금속분말의 총량에 대한 체적비율이 50체적%로 바람직한 범위이므로, 접속저항의 초기값(R₀)이 21∼28mΩ, PCT 후의 저항변화율(ㅿR₁)이 4∼6%, 리플로우 후의 저항변화율(ㅿR₂)이 35∼-10%, 고착강도가 초기값에서는 28∼33N/㎟, PCT 후에서는 20∼25N/㎟, 리플로우 후에서는 27∼30N/㎟로 모두 매우 양호한 결과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

Claims

열경화성 수지와, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 제1의 금속분말과, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하지 않으면서 상기 열경화성 수지의 가열 경화시에 상기 제1의 금속분말과 반응해 300℃ 이상의 고융점을 갖는 반응물을 생성하는 제2의 금속분말과, 상기 제2의 금속분말의 표면에 형성되는 산화물을 제거하는 환원성 물질을 함유하고,

상기 제1의 금속분말 및 상기 제2의 금속분말의 함유량이 총계로 75∼88중량%이며,

상기 제1의 금속분말의 평균입경(Dl)과 상기 제2의 금속분말의 평균입경(D2)과의 입경비(Dl/D2)가 0.5∼6.0인 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제1항에 있어서,

상기 제1의 금속분말 및 상기 제2의 금속분말의 총량에 대한 상기 제1의 금속분말의 체적비율은 25∼75체적%인 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2의 금속분말은 상기 제2의 금속분말보다도 상기 제1의 금속분말에 대하여 젖음성이 높은 동시에, 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이하의 온도에서 용융하는 저융점 금속으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제3항에 있어서,

상기 제2의 금속분말은 Cu를 주성분으로 한 금속분말이며, 상기 저융점 금속은 Sn을 함유한 금속인 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2의 금속분말은 상기 제2의 금속분말보다도 상기 제1의 금속분말에 대하여 젖음성이 높은 금속으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제5항에 있어서,

상기 제2의 금속분말은 Cu를 주성분으로 한 금속분말이며, 상기 젖음성이 높은 금속은 귀금속인 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1의 금속분말은 Sn-Bi 합금분말인 것을 특징으로 하는 도전성 접합재료.
제1의 전극을 갖는 제1의 전기 구조물과, 제2의 전극을 갖는 제2의 전기 구조물을 포함한 전자장치로서,

상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 접합재료를 통해서 전기적으로 접속되는 동시에,

상기 제1의 금속분말과 상기 제2의 금속분말과의 계면, 상기 제1의 금속분말과 상기 제1의 전극과의 계면, 및 상기 제1의 금속분말과 상기 제2의 전극과의 계면 중 적어도 하나의 계면은 300℃ 이상의 고융점을 갖는 반응물로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자장치.