KR20090059297A - 범프 형성용 페이스트 조성물 - Google Patents

Abstract

PCB 기판 제작에 사용되는 범프 형성용 페이스트 조성물이 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 도전성 물질, 바인더 수지, 용제, 경화제를 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물에 있어서, 서로 다른 2종 이상의 형상을 가지는 도전성 물질을 80 내지 90 중량% 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물을 제공한다. 본 발명의 범프 형성용 페이스트 조성물은 도전성 물질의 형상 및 패킹 밀도를 조절함으로써, 칙소(Thixo)성을 높임과 동시에 인쇄횟수별 높이를 향상시킬 수 있다.

B2IT, 도전성, 페이스트, 범프

Description

범프 형성용 페이스트 조성물 {PASTE COMPOSITION FOR FORMING BUMP}

본 발명은 PCB 기판 제작에 사용되는 범프 형성용 페이스트 조성물에 관한 것이다.

차세대 빌드업공법인 B2it은 도전성 호일에 도전성 페이스트를 중첩 인쇄하여 범프(Bump)를 형성한 후 절연층을 관통시켜 층간을 접속하는 공법으로 Stack Via 및 Pad on Via 형성이 가능하여 PCB 디자인의 유연성 및 시간을 단축할 수 있으며, 고밀도 실장이 가능하다.

이렇게 사용되는 범프 페이스트는 일반적으로 도전성 필러와 열경화성 바인더를 주종으로 하여 구성되며, 이것의 반복 인쇄를 통해 적절한 높이를 구현한 뒤, 절연층을 관통시켜 후 공정을 통해 층간 도통이 되는 방식으로 기존 Via Hole을 대체한다.

이러한 범프 형성용 페이스트는 인쇄성과 일정한 경도가 필수 요소이다.

종래 이러한 특성을 갖는 다양한 페이스트가 개발되어 있으나, 현 PCB 기판 의 제조 특성상 최외각층의 레이져 가공시 열화에 의한 외곽 형태 변형을 방지코자 특성이 다른 페이스트를 사용하여 빌드업 기판을 제조하고 있다. 특히, 내층부에는 페놀-멜라민계 페이스트가 주종이며 외곽층은 내열성이 강한 에폭시계 페이스트로 구성되어 있으나, 에폭시계 페이스트는 끈적거림이 강하고 칙소(Thixo)성이 약하여 범프 높이가 낮게 형성되기 때문에 반복인쇄 횟수를 증가시켜야 하므로 비생산적 이다.

본 발명의 목적은 반복인쇄 횟수를 절감하고 내열성을 확보하여 내외층에 일원화된 페이스트 사용이 가능한 PCB용 범프 형성용 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 측면에 따르면,

도전성 물질, 바인더 수지, 경화제 및 용제를 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물에 있어서, 서로 다른 2종 이상의 형상을 가지는 도전성 물질을 80 내지 90 중량% 함유하는 범프 형성용 페이스트 조성물을 제시할 수 있다.

범프 형성에 사용되는 전기전도성 페이스트는 기판의 상부 및 하부 회로층을 전기적으로 접속시키는데 사용되고 있다. 즉, 상부 및 하부 회로층 사이의 쓰루 홀-타입 전도성 부재 접속을 형성함에 있어 반복인쇄를 통해 범프를 형성하게 되는데, 이때의 인쇄 횟수를 줄이기 위해서는 인쇄 횟수별 범프의 높이가 높게 형성되어야 함과 동시에 범프의 높이 균일도를 확보해야 한다.

이를 위하여 인쇄 제판(screen) 내 홀을 빠져나가는 페이스트의 빠짐성이 향상되어야 하고 제판 젖음성(Wetting)이 우수해야 한다.

또한, 절연층의 관통성을 확보하고 층간 전기저항성을 높이기 위해서 요구되는 범프의 높이는 165㎛ 이상이며 범프 균일도는 1.8 이상이다.

본 발명의 범프 형성용 페이스트의 주 구성성분인 도전성 물질은 페이스트에 도전성을 부여하기 위하여 첨가하는 물질로서 은, 구리, 알루미늄 및 니켈과 같은 금속을 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 도전성 물질은 전체 페이스트 조성물 중에 고농도로 함유될 필요가 있다. 이는 도전성 물질 사이의 접촉 확률을 높이는 것에 의해 접속 비어홀의 저저항화 및 열 또는 기계적 응력에 의한 기판 왜곡이 생기는 경우에도 신뢰성을 지지할 필요가 있기 때문이다.

본 발명의 범프 형성용 페이스트 조성물에 있어서는 서로 다른 2종 이상의 형상을 가지는 도전성 물질을 80 내지 90 중량% 포함할 수 있다. 상기 서로 다른 2종 이상의 형상을 가지는 도전성 물질이 상기한 범위 내로 포함되는 경우에 도전성 물질간의 접점이 늘어나 저항이 향상되는 이점이 있다.

본 발명에서는 상기한 2종 이상의 형상의 도전성 물질로서 구형 및 플레이크(flake) 타입의 도전성 물질을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구형 도전성 물질의 Tap 밀도는 3~6 g/ml 이며, 평균입자크기(D50)는 0.1~1.7㎛인 것이 바람직하다. 상기 Tap 밀도가 3 g/ml 미만인 경우, 페이스트 제조가 용이하지 않을 수 있으며, 6 g/ml를 초과하는 경우 부피당 사용량이 적어져 저항 특성이 악화될 수 있다.

또한, 상기 구형 도전성 물질의 함량은 페이스트 조성물 중 40 내지 80 중량% 인 것이 좋다. 구형 도전성 물질의 함량이 40 중량% 미만일 경우 칙소(Thixo)성이 낮아져 범프 높이가 낮아지게 될 수 있고, 80 중량%를 초과할 경우 페이스트의 제판 내 젖음성 및 롤링성이 급격히 악화되며 인쇄 후 형성된 범프의 높이 균일도가 급격히 하락하여 후공정(절연층 관통 및 적층) 불량을 야기할 수 있다.

한편, 플레이크 타입의 도전성 물질은 구형 도전성 물질과 혼합됨으로써 저항을 낮추는 효과를 나타낼 수 있다. 상기 플레이크 타입의 도전성 물질은 Tap 밀도는 2~4g/ml이고 평균입자크기(D50)가 1.5~3.5㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기한 Tap 밀도범위 및 평균입자크기를 가지는 경우, 우수한 저항값을 확보할 수 있으며, 평균입자크기가 상기 범위를 초과하는 물질을 사용할 경우는 저항면에서 효과적일 수 있으나 점도가 상승하고 및 칙소(Thixo)성이 저하되어 인쇄성이 나빠질 수 있다.

상기 플레이크 타입의 도전성 물질은 페이스트 조성물 중 10 내지 40 중량%로 사용하는 것이 좋다. 그 함량이 10 중량% 미만이면 저항값이 상대적으로 상승할 수 있고, 40 중량%를 초과하는 경우는 페이스트의 급격한 점도 상승을 유발하며 작업성 및 인쇄성이 저하될 수 있다.

나아가, 본 발명의 페이스트는 상기 구형의 도전성 물질의 경우에도 미립자의 혼입에 따른 페이스트의 칙소(Thixo)성 향상을 위해 평균입자크기(D50)가 서로 다른 2종 이상의 구형 도전성 물질을 포함할 수 있다. 서로 다른 2종 이상의 구형 도전성 물질을 사용하는 경우, 상기 제1구형 도전성 물질의 평균입자크기(D50)는 0.2~1.4㎛, 제2구형 물질의 평균입자크기(D50)는 1.8~5.0㎛인 것을 사용하는 것이 좋으며, Tap 밀도는 모두 3~6 g/ml인 것을 사용하는 것이 좋다.

미립자 형태인 상기 제1구형 도전성 물질의 함량은 전체 구형 도전성 물질 함량을 기준으로 40~99중량%가 바람직하며, 50~90 중량%가 보다 바람직하다. 제1구형 도전성 물질의 함량이 40 중량% 미만일 경우 칙소(Thixo)성이 낮아져 범프 높이가 낮아질 수 있으며, 99중량%를 초과하는 경우 앞서 서술한 2종 이상의 구형 도전성 물질을 포함한 경우의 효과가 작아지게 된다.

제1구형 도전성 물질 대비 평균입자크기(D50)가 큰 제2구형 도전성 물질은 인쇄 압력에 의한 구성요소간의 척력을 높여 높이 형성에 효과를 주고, 제판(sreen) 표면의 롤링성 및 젖음성을 향상시켜 인쇄균일도(CpK)를 확보하기 위한 것으로서, 전체 구형 도전성 물질의 함량을 기준으로 1 내지 60중량%, 바람직하게는 5 내지 50 중량% 포함되는 것이 좋다. 그 함량이 1중량 % 미만인 경우, 상술한 서로 다른 2종 이상의 구형 도전성 물질을 포함한 경우의 효과가 작아지며, 60 중량%를 초과하여 사용할 경우 롤링성 및 젖음성이 향상되어 인쇄 균일도는 급격히 상승하나 범프 높이가 상대적으로 낮아지는 단점을 가진다.

본 발명의 구형 및 플레이크 타입의 도전성 물질을 사용하여 제작된 페이스트의 칙소(Thixo)성 특징은, 브룩필드(Brookfiled)사 DVⅡ+ (HB Type) 점도계를 이용, 23.0±0.1℃, #14 Spindle로 측정된 1 rpm 의 점도치와 10 rpm 의 점도치의 비 (1 / 10)로 정의되며, 이 값(이후 Thixotropic Index의 약자인 T.I로 대변)이 5.5 ~ 8.5 범위의 값을 갖는 것이 바람직하다. 이 값이 5.5 미만일 경우 인쇄 횟수별 적절한 높이가 형성되지 않으며, 범프의 끝단부 형상이 뭉뚝하여 절연층 관통성이 악화될 수 있으며, 8.5를 초과할 경우 페이스트 자체의 점도가 높아 미세 범프 형성이 어려워질 수 있다.

본 발명의 범프 형성용 페이스트 조성물을 이루는 다른 일 성분인 결합제 성분으로서 열가소성 수지가 있다. 바람직한 열가소성 수지의 예로서, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지 및 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 결합제 성분으로서 에폭시 수지 이외의 다른 열가소성 수지를 필요에 따라 에폭시 수지에 적합하게 블렌딩하여 사용할 수 있는데, 이러한 수지로 셀룰로오즈계 및 아크릴계 수지 등을 들 수 있다.

본 발명의 범프 형성용 페이스트 조성물을 이루는 다른 일 성분인 경화제는 특별한 제한이 없다. 바람직한 경화제로는 예를 들어 디시안디아민과 같은 아민 경화제, 카르복시히드라지드, 헵타데실이미다졸과 같은 이미다졸 경화제, 산 무수물로 대표되는 잠복성 경화제 및 개질 페놀 수지가 있다.

또 다른 성분인 용제는 예를 들어 지방족 알콜류, 에스테르계, 카비톨 용매, 셀로솔브 용매, 탄화수소 용매 등 일반적으로 페이스트 제조에 사용되는 것이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 도전성 물질, 바인더 수지, 용제 및 경화제를 포함하는 조성물에서는 도전성 물질의 형상 및 패킹 밀도를 조절함으로써, 칙소(Thixo)성을 높임과 동시에 인쇄횟수별 높이를 향상시켜 내/외층 구분없이 다종의 페이스트를 사용할 필요가 없는 도전성 페이스트를 제작할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예 1~5

표 1에 나타난 바와 같이,구형 Tap 밀도가 5.1 g/ml이고 평균입도가 (D50) 0.9㎛인 제1구형 은 분말(도와하이텍社), Tap 밀도가 5.1 g/ml이고, 평균입도가 (D50) 2.8㎛인 제2구형 은 분말(도와하이텍社) 및 Tap 밀도가 3.3 g/ml 이고 평균입도가 (D50) 2㎛인 플레이크형 은 분말(페로社)로 구성되는 은 분말 배합물 87중량%에 에폭시 바인더 8중량%, 경화제 1중량%, 용매 (부틸카비톨아세테이트) 4중량%를 포함하는 혼합물을 교반기로 예비 혼합한 후 3 Roll Mill에서 혼합하여 본 발명의 범프 형성용 페이스트를 제조하고 스크린 인쇄 후 높이 변화 및 T.I의 변화를 확인하였다.

비교예 1~2

제1구형 은 분말을 제외한 제2구형 은 분말 및 플레이크형 은 분말을 표 1과 같이 전체 조성물을 기준으로 87중량%로 혼합사용하고 나머지 성분은 실시예와 동일한 조성으로 실시예의 방법에 따라 페이스트 조성물을 제조하였다.

시험예 1 높이 및 인쇄균일성 ( CpK ) 측정

150Φ 직경홀을 가진 Al 제판을 이용, 스크린법으로 전도성 박막에 5회 반복인쇄 후 150~170℃에서 30분간 경화된 범프 4만개를 형성하였다. 이렇게 형성된 범프를 일본 HITACHI사 HA-BUMPE 범프 높이 측정기를 이용하여 평균 높이 및 CpK를 구하였다. 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

상기 표에 나타난 바와 같이, 실시예의 페이스트 조성물은 양호한 T.I 값 및 범프 균일도를 나타내었으며 범프 높이도 높게 형성된 것을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명에서와 같이 도전성 물질의 형상 및 패킹 밀도를 조절함으로써, 칙소(Thixo)성을 높임과 동시에 인쇄횟수별 높이를 향상시켜 내/외층 구분없이 다종의 페이스트를 사용할 필요가 없는 도전성 페이스트를 제작할 수 있다.

Claims (11)

1. 도전성 물질, 바인더 수지, 용제, 경화제를 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물에 있어서, 서로 다른 2종 이상의 형상을 가지는 도전성 물질을 80 내지 90 중량% 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질은 은, 구리, 알루미늄 및 니켈로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상인 범프 형성용 페이스트 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질은 구형 타입 및 플레이크(flake) 타입의 도전성 물질을 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물.
4. 제3항에 있어서, 상기 구형 도전성 물질의 평균입자크기(D50)는 0.1~1.7um 이고, 상기 플레이크 타입의 도전성 물질의 평균입자크기는 1.5~3.5㎛인 범프 형성용 페이스트 조성물.
5. 제3항에 있어서, 상기 구형 도전성 물질의 Tap 밀도는 3~6 g/ml, 플레이크 타입 도전성 물질의 Tap 밀도는 2~4g/ml인 범프 형성용 페이스트 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질로서 구형의 도전성 물질을 페이스트 조성물 중 40 내지 80 중량% 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물.
7. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질로서 플레이크 타입의 도전성 물질을 페이스트 조성물 중 10~40 중량% 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물.
8. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질은 평균입자크기(D50)가 다른 제1 및 제2구형 물질 및 플레이크(flake)타입 물질을 포함하는 범프 형성용 페이스트 조성물.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1구형 도전성 물질의 평균입자크기(D50)는 0.2~1.4㎛이고, 제2구형 물질의 평균입자크기(D50)는 1.8~5.0㎛인 범프 형성용 페이스트 조성물
10. 제8항에 있어서, 전체 구형 도전성 물질 중 상기 제1구형 도전성 물질의 함량이 40~99 중량%, 제 2구형 도전성 물질의 함량이 1~60중량%인 범프 형성용 페이스트 조성물.
11. 제1항에 있어서, 점도 측정치에 의한 T.I가 6~8인 범프 형성용 페이스트 조성물.