KR20140017583A - 도전성 조성물 - Google Patents
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Abstract
비용 절감과, 양호한 접착성 및 도전성의 발현 모두 만족시키는 도전성 조성물을 제공한다. (A) 은 피복 세라믹 입자, 은 피복 유리 입자 및 은 피복 알루미늄 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 레이저광 산란법에 의해 측정한 체적 평균 입자 직경 D50이 1 내지 10㎛이고, 주사형 전자 현미경 관찰에 의해 측정한 평균 두께 T가 0.3 내지 10㎛이고, 종횡비 T/D50이 0.3 내지 1.0인 플레이크상의 은 피복 입자, (B) 열 경화성 수지, 및 (C) 경화제를 포함하는 도전성 조성물, 및 상기 도전성 조성물을 포함하는 다이 본딩제이다.
Description
본 발명은, 회로 패턴의 형성 또는 다이 본딩제로서 유용한 도전성 조성물에 관한 것이다.
휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터, 차량 탑재용 전자 부품 등의 분야에서, 회로 패턴의 형성이나, IC, LSI 등의 반도체 소자와 리드 프레임 또는 기판을 접합시키는 본딩 재료로서, 도전성 조성물은 사용되고 있다. 예를 들어, 도전 회로는, 스크린 인쇄 등에 의해 도전성 조성물을 기판 상에 도포한 후, 열 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 또한, 반도체 소자와 리드 프레임 또는 기판과의 접합은, 리드 프레임 또는 기판의 소정의 부위에 도전성 조성물을 도포한 후, 반도체 소자를 탑재하고, 열 경화시킴으로써 행할 수 있다.
일반적으로, 도전성 조성물은 은 입자를 배합함으로써 도전성을 발현시키는 것이지만, 최근에는 보다 저렴한 니켈 입자나 은 도금 입자를 배합하면서, 접착성이나 도전성의 관점에서 양호한 경화막을 얻게 할 수 있는 도전성 조성물이 요구되고 있다. 이 요망에 따르기 위해, 은 피복 입자를 포함하는 도전성 조성물이 제안되어 있다(특허문헌 1 내지 3 참조).
그러나, 특허문헌 1의 도전성 조성물은, 티타늄 및/또는 지르코늄을 포함하는 유기 금속 착체의 사용이 필수적이며, 비용 절감에 충분히 기여할 수 있는 것은 아니다. 또한, 특허문헌 2 및 3의 도전성 조성물은, 분자량 3000 이상의 폴리에스테르 수지/또는 변성 폴리에스테르 수지와 같은 열가소성 수지를 사용하고 있으며, 고온시(260℃)에 연화되기 때문에, 접착 강도가 크게 저하되어, 흡습 후 리플로우에 있어서의 신뢰성을 유지하는 것이 어려워진다. 또한, 평균 입경/두께가 2 이상으로 인편화도가 높은 플레이크분을 사용하고 있기 때문에, 칩과 기판의 접합에 사용한 경우, 플레이크가 몇매나 겹쳐 상하 도통이 얻어지고, 나아가서는 접촉 저항이 높고, 은과 달리 코어재의 주변을 전기가 통과하기 때문에 도통 경로가 길어, 대개 상하 도통의 저항값이 높아져 버린다. 또한, 평균 입경/두께가 2 이상으로 인편화도가 높은 플레이크분은 비표면적이 커서, 균일하게 은으로 피복하기 위해서는 은의 코트율을 올릴 필요가 있어, 효과적인 비용 절감을 예상할 수 없게 되어 버린다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 비용 절감과, 양호한 접착성 및 도전성의 발현 모두 만족시키는 도전성 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 연구를 진행시킨 바, 도전성 조성물에, 은 피복 세라믹 입자 및 은 피복 유리 입자 및 은 피복 알루미늄 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 특정한 형상을 갖는 플레이크상의 은 피복 입자를 배합함으로써, 접착성 및 도전성의 관점에서 충분한 경화막이 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다. 본 발명에서는, 상대적으로 저렴한 은 피복 입자를 사용하고 있기 때문에, 비용 절감도 동시에 도모할 수 있다.
즉, 본 발명은,
(A) 은 피복 세라믹 입자, 은 피복 유리 입자 및 은 피복 알루미늄 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 레이저광 산란법에 의해 측정한 체적 평균 입자 직경 D50이 1 내지 10㎛이고, 주사형 전자 현미경 관찰에 의해 측정한 평균 두께 T가 0.3 내지 10㎛이고, 종횡비 T/D50이 0.3 내지 1.0인 플레이크상의 은 피복 입자
(B) 열 경화성 수지, 및
(C) 경화제
를 포함하는 도전성 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 비용 절감과, 양호한 접착성 및 도전성의 발현 모두 만족시키는 도전성 조성물이 제공된다.
도 1은 실시예의 비저항 측정에 사용하는 시료의 개략도이다.
도 2는 실시예의 접촉 저항 측정에 사용하는 시료 등의 개략도이다.
도 3은 실시예에서 사용한 은 피복 입자 1의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예의 접촉 저항 측정에 사용하는 시료 등의 개략도이다.
도 3은 실시예에서 사용한 은 피복 입자 1의 SEM 사진이다.
본 발명의 도전성 조성물은, (A) 은 피복 세라믹 입자, 은 피복 유리 입자 및 은 피복 알루미늄 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 레이저광 산란법에 의해 측정한 체적 평균 입자 직경 D50이 1 내지 10㎛이고, 주사형 전자 현미경 관찰에 의해 측정한 평균 두께 T가 0.3 내지 10㎛이고, 종횡비 T/D50이 0.3 내지 1.0인 플레이크상의 은 피복 입자를 포함한다. (A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는 단독일 수도 있고, 복수종을 병용할 수도 있다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자의 코어는 세라믹, 유리 또는 알루미늄을 포함한다. 세라믹으로서는, 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 티타늄산바륨, 질화붕소, 페라이트, 스테아타이트, 산화아연, 지르코니아를 들 수 있고, 입수의 자유도, 입경이나 형상의 컨트롤의 자유도, 비용의 관점에서, 특히 알루미나가 바람직하다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 레이저광 산란법에 의해 측정한 체적 평균 입자 직경 D50이 1 내지 10㎛인 것이다. D50이 이 범위에 있으면, 도전성 조성물의 작업성이 좋고, 예를 들어 내경 100 내지 200㎛의 노즐을 사용한 디스펜스에 있어서도, 노즐의 막힘을 일으키지 않아, 연속하여 토출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 반도체 칩과 기판과의 접합에서는, 도전성 조성물의 막 두께가 20 내지 30㎛로 설정되는 경우가 많지만, (A) 성분의 존재에 의해 막 두께가 두꺼워져 칩의 경사를 발생시키는 것을 피할 수도 있다. D50은, 은 피복 입자를 마이크로스파츄라에 의해 2스푼, 300ml 비이커에 취하고, 0.5% 술포숙신산나트륨의 디옥틸에스테르 용액을 50ml 넣고, 초음파 호모게나이저에 의해 10분간 분산하여, 광산란 해석 타입 입도 분포 측정 장치(코울터 LS230(베크만 코울터제))로 측정할 수 있다. 50% 누적 직경의 평균값을 D50으로 한다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자의 D50은 1 내지 10㎛이며, 바람직하게는 3 내지 8㎛이다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 주사형 전자 현미경 관찰에 의해 측정한 평균 두께 T가 0.3 내지 10㎛인 것이다. T가 이 범위에 있으면, 도전성 조성물의 작업성이 좋고, 반도체 칩과 기판과의 접합에서, (A) 성분에 의해 칩이 기운다는 문제가 발생하는 일도 피할 수 있다. 평균 두께는, 은 피복 입자 2g과 에폭시 수지(Epoxy Resin20-8130-032(뷜러(BUEHLER)제)) 5g과 에폭시 수지 경화제(EPOXY HARDENER20-8132-008(뷜러제)) 1g을 직경 25mm의 클리어 컵에 측량하여, 주걱을 사용하여 잘 혼합하고, 실온에서 12시간 정치한 후, 경화된 수지를 클리어 컵으로부터 취출하고, 마이크로톰에 의해 기초 가공을 행하고, 카본 증착 후, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(제올(JEOL)제 JSM-7500F)에 의해 1000배 또는 2000배의 배율로 사진을 촬영하고, 중심을 통과하는 최단변을 은 피복 두께로서 측정하여, 측정 개수 50개의 평균값을 평균 두께 T로 한다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자의 T는 0.3 내지 10㎛이며, 바람직하게는 1 내지 8㎛이다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 종횡비 T/D50이 0.3 내지 1.0인 것이다. 종횡비 T/D50이 이 범위에 있으면, 반도체 칩과 기판을 접합한 경우, 인편화도가 높은 것(즉, T/D50이 0.3 미만인 것)보다도, 상하 도통을 취하기 위한 은 피복 입자의 존재수가 적어도 되므로, 그에 의해 은 피복 입자끼리의 접촉 저항을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 인편화도가 높은 것은 코어 재료의 주변을 전기가 통과하므로 도통 경로가 긴 것에 반하여, 본 발명의 은 피복 미립자는 도통 경로가 짧아도 되므로, 상하 도통의 저항값을 내리는 것이 가능하게 된다. 또한, 인편화도가 높은 것보다도, 압력이 가해졌을 때의 유동성의 향상을 예상할 수 있어, 디스펜스의 토출성의 향상과 같은 작업성의 향상도 예상할 수 있다. T/D50은 0.3 내지 1.0이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.4 내지 1.0이다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 작업성(특히, 디스펜스시의 노즐 막힘의 억제) 및 반도체 칩과 기판과의 접합에 있어서 칩이 기우는 것을 방지하는 관점에서, 최대 입경이 40㎛ 이하인 것이 바람직하다. 최대 입경은, 광산란 해석 타입 입도 분포 측정 장치로 측정한 값으로 한다. 최대 입경은, 보다 바람직하게는 35㎛ 이하이고, 30㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 코어재에 대한 은 피복률과 도전성의 관점에서, 은 피복층이 은 피복 입자의 전체 중량 중 10 내지 60질량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 내지 50질량%이며, 더욱 바람직하게는 20 내지 40질량%이다. 은 피복층의 중량은, 은 피복 입자의 중량과, 은 피복층을 질산에 용해시켜 은을 제거하고 측정한 코어재의 중량으로부터 산출할 수 있다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는 은 피복층이 균일하게 구비되어 있는 것이 바람직하고, 은 피복층이 두꺼워져, 입자 전체의 비중, 나아가서는 도전성 조성물의 비중이 커지고, 도전성 조성물을 동일 중량으로 도포했을 때의 체적을 감소시키는 것에 의한 효율의 저하를 피하고, 안정된 도전성을 얻는 관점에서, 은 피복층의 두께는 바람직하게는 50 내지 300nm이다. 은 피복층의 두께는 보다 바람직하게는 50 내지 200nm이며, 더욱 바람직하게는 80 내지 200nm이며, 특히 바람직하게는 80 내지 150nm이다. 은 피복층의 두께는 평균 두께 T와 마찬가지의 샘플을 제작하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(제올제 JSM-7500F)에 의해 10000배 내지 30000배의 배율로 측정할 수 있다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 코어로 되는 세라믹, 유리, 알루미늄 입자에, 무전해 도금, 스퍼터링, 증착 등의 방법에 의해 은을 피복시킴으로써 얻어진다.
(A) 성분의 플레이크상의 은 피복 입자는, 페이스트화되었을 때의 안정성의 관점에서, 지방산 또는 그의 염, 또는 커플링제에 의해 표면 처리된 것이 바람직하다.
지방산으로서는, 프로피온산, 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 베헨산, 아크릴산, 올레산, 리놀산, 아라키돈산 등을 들 수 있고, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지, 말레이미드 수지와의 상용성, 습윤성, 수지에 대한 반응성의 관점에서, 바람직하게는 올레산, 스테아르산이다. 지방산염으로서는, 상기 지방산의 리튬, 나트륨, 칼륨, 바륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 철, 코발트, 망간, 납, 아연, 주석, 스트론튬, 지르코늄, 은, 구리 등의 금속염을 들 수 있고, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지, 말레이미드 수지와의 상용성, 습윤성, 수지에 대한 반응성의 관점에서, 바람직하게는 나트륨염이다.
지방산 또는 지방산염에 의한 표면 처리 방법으로서는, 경우에 따라 가온한 알코올에 지방산 또는 지방산염을 용해하고, 거기에 은 피복 입자를 첨가하고, 일정 시간 교반을 행함으로써 처리하는 방법을 들 수 있다.
커플링제로서는, 실란 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 알루미늄계 커플링제 등을 들 수 있고, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지, 말레이미드 수지와의 상용성, 습윤성, 수지에 대한 반응성의 관점에서, 바람직하게는 실란 커플링제, 티타네이트계 커플링제이다.
커플링제에 의한 표면 처리 방법으로서는, 은 피복 입자를 아트라이터에 의해 교반하고 있는 중에 분무하여 처리하는 방법, 알코올에 커플링제를 용해시키고, 거기에 은 피복 입자를 첨가하고 교반을 행하여 처리하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 도전성 조성물은 (B) 열 경화성 수지를 포함한다. (B) 성분의 열 경화성 수지는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 말레이미드 수지 등을 들 수 있다. 열 경화성 수지는 단독일 수도 있고, 복수종을 병용할 수도 있다.
(B) 성분의 열 경화성 수지는, 다이 본딩제에 요구되는 접착성, 경화성, 내열성의 관점에서, 에폭시 수지가 바람직하다. 에폭시 수지는, 상온에서 액상인 것이 바람직하지만, 상온에서 고체인 것이어도, 다른 액상의 에폭시 수지 또는 희석제에 의해 희석하여, 액상으로 사용할 수 있다. 에폭시 수지로서는, 구체적으로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 브롬화 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 에테르계 또는 폴리에테르계 에폭시 수지(예를 들어, 폴리옥시프로필렌비스페놀 A 디글리시딜에테르와 같은 폴리옥시프로필렌 변성 에폭시 수지), 옥시란환 함유 폴리부타디엔, 다이머산의 에피클로로히드린에 의한 디글리시딜에스테르화 변성물, 에폭시기를 갖는 폴리부타디엔 화합물, 실리콘에폭시 공중합체 수지, 아미노페놀형 에폭시 수지(예를 들어, N,N-비스(2,3-에폭시프로필)-4-(2,3-에폭시프로필옥시)아닐린) 등이 예시된다.
특히, 액상인 에폭시 수지로서는, 비스페놀 A형 에폭시 수지 중 평균 분자량이 약 400 이하인 것; p-글리시딜옥시페닐디메틸트리스비스페놀 A 디글리시딜에테르와 같은 분지상 다관능 비스페놀 A형 에폭시 수지; 비스페놀 F형 에폭시 수지; 페놀노볼락형 에폭시 수지 중 평균 분자량이 약 570 이하인 것; 비닐(3,4-시클로헥센)디옥시드, 3,4-에폭시시클로헥실카르복실산(3,4-에폭시시클로헥실)메틸, 아디프산비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸), 2-(3,4-에폭시시클로헥실) 5,1-스피로(3,4-에폭시시클로헥실)-m-디옥산과 같은 지환식 에폭시 수지; 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디글리시딜옥시비페닐과 같은 비페닐형 에폭시 수지; 헥사히드로프탈산디글리시딜, 3-메틸헥사히드로프탈산디글리시딜, 헥사히드로테레프탈산디글리시딜네오데칸산글리시딜에스테르와 같은 글리시딜에스테르형 에폭시 수지; 디글리시딜아닐린, 디글리시딜톨루이딘, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜-m-크실릴렌디아민, 테트라글리시딜비스(아미노메틸)시클로헥산과 같은 글리시딜아민형 에폭시 수지; 및 1,3-디글리시딜-5-메틸-5-에틸히단토인과 같은 히단토인형 에폭시 수지; 나프탈렌환 함유 에폭시 수지가 예시된다. 또한, 1,3-비스(3-글리시독시프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산과 같은 실리콘 골격을 갖는 에폭시 수지도 사용할 수 있다. 또한, (폴리)에틸렌글리콜디글리시딜에테르, (폴리)프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 부탄디올글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,4-시클로헥산메탄올디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, p-tert-부틸페닐글리시딜에테르, 디시클로펜타디엔디메탄올디글리시딜에테르, 트리메틸올프로판의 글리시딜에테르, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 디글리시딜에테르, 다이머산디글리시딜에테르와 폴리프로필렌글리콜의 디글리시딜에테르, 글리세린디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,4-페닐디메탄올디글리시딜에테르와 같은 디에폭시드 화합물; 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 글리세린트리글리시딜에테르와 같은 트리에폭시드 화합물 등도 예시된다.
에폭시 수지는, 상온에서 고체 또는 초고점성의 에폭시 수지를 병용하는 것도 가능하고, 그러한 에폭시 수지로서, 고분자량의 비스페놀 A형 에폭시 수지, 노볼락에폭시 수지, 테트라브로모비스페놀 A형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 이소시아네이트 변성 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지, 비페닐아르알킬에폭시 수지 등이 예시된다. 이들은, 상온에서 액체인 에폭시 수지 및/또는 희석제와 조합하여, 유동성을 조절하여 사용할 수 있다.
상온에서 고체 또는 초고점성인 에폭시 수지를 사용하는 경우, 저점도의 에폭시 수지, 예를 들어 (폴리)에틸렌글리콜디글리시딜에테르, (폴리)프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 부탄디올글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,4-시클로헥산디메탄올디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, p-tert-부틸페닐글리시딜에테르, 디시클로펜타디엔디메탄올디글리시딜에테르, 트리메틸올프로판의 글리시딜에테르, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜의 디글리시딜에테르, 다이머산디글리시딜에테르와 폴리프로필렌글리콜의 디글리시딜에테르, 글리세린디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,4-페닐디메탄올디글리시딜에테르와 같은 디에폭시드 화합물; 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 글리세린트리글리시딜에테르와 같은 트리에폭시드 화합물 등과 조합하는 것이 바람직하다.
아크릴 수지로서는, 네오펜틸글리콜디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트, 1,9-노난디올디메타크릴레이트, 1,10-데칸디올디메타크릴레이트, 디메틸올트리시클로데칸디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트, 2-히드록시-3-아크릴로일옥시프로필메타크릴레이트, 히드록시피발산네오펜틸글리콜디메타크릴레이트, 2-메타크릴로일옥시에틸인산에스테르, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 2-메타크릴로일옥시에틸숙신산, 글리세린디메타크릴레이트, 2-메타크릴로일옥시에틸프탈산, γ-부티로락톤메타크릴레이트, 2-메틸-2-아다만틸메타크릴레이트, 2-에틸-2-아다만틸메타크릴레이트, 에톡시화 시클로헥산디메탄올디메타크릴레이트 또는 그들의 아크릴레이트, 1,4-시클로헥산디메탄올모노아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아크릴산벤조산에스테르, 비스페놀 A의 프로필렌옥시드 변성 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트 등을 들 수 있다.
실리콘 수지로서는, 에폭시 변성 폴리실록산, 지환식 에폭시 변성 폴리실록산, 카르비놀 변성 폴리실록산, 카르복실 변성 폴리실록산, 모노아민 변성 폴리실록산, 디아민 변성 폴리실록산, 히드로겐 변성 폴리실록산, 머캅토 변성 폴리실록산, 메타크릴 변성 폴리실록산, 디올 변성 폴리실록산을 들 수 있다.
우레탄 수지로서는, 이소시아네이트 수지, 이소시아네이트기를 ε카프로락탐 등으로 블록한 이소시아네이트 수지, 에폭시 변성 우레탄 수지, 메타크릴레이트 변성 우레탄 수지, 아크릴레이트 변성 우레탄 수지를 들 수 있다.
말레이미드 수지로서는, 비스말레이미드 수지(4,4'-디페닐메탄비스말레이미드, m-페닐렌비스말레이미드, 비스페놀 A형 디페닐에테르비스말레이미드, 3,3'-디메틸-5,5'-디에틸 4,4'-디페닐메탄비스말레이미드, 4-메틸-1,3-페닐렌비스말레이미드, 1,6-비스말레이미드-(2,2,4-트리메틸)헥산), 모노말레이미드 수지(N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, o-메틸페닐말레이미드, p-히드록시페닐말레이미드, p-카르복시페닐말레이미드, N-도데실말레이미드)를 들 수 있다.
본 발명의 도전성 조성물은 (C) 경화제를 포함한다. 경화제는, 열 경화성 수지와의 조합으로 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 페놀 수지, 아민계 화합물, 산 무수물, 과산화물, 금속 착체, 아조 화합물 등을 들 수 있다. 경화제는 단독일 수도 있고, 복수종을 병용할 수도 있다.
페놀 수지로서는, 비스페놀 F형 페놀 수지, 알릴페놀 수지, 페놀노볼락 수지, 크레졸노볼락 수지, 나프톨 변성 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지, p-크실렌 변성 페놀 수지 등을 들 수 있다.
아민계 화합물로서는, 지방족 폴리아민, 방향족 아민, 변성 폴리아민(예를 들어, 폴리아미노아미드, 폴리아미노이미드, 폴리아미노에스테르, 폴리아미노요소, 폴리에테르 변성 아민 등), 3급 아민 화합물, 이미다졸 화합물(예를 들어, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2,2-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진 등), 히드라지드 화합물, 디시안아미드 화합물, 멜라민 화합물 등을 들 수 있다.
산 무수물로서는, 메틸테트라히드로프탈산 무수물, 메틸헥사히드로프탈산 무수물, 알킬화테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸하이믹산 무수물, 알케닐기로 치환된 숙신산 무수물, 메틸나드산 무수물, 글루타르산 무수물 등이 예시된다. 그 중에서도, 2,4-디에틸펜탄이산 무수물, 3,4-디메틸-6-(2-메틸-1-프로페닐)-1,2,3,6-테트라히드로프탈산 무수물, 1-이소프로필-4-메틸-비시클로[2.2.2]옥트-5-엔-2,3-디카르복실산 무수물, 노르보르난-2,3-디카르복실산 무수물, 메틸노르보르난-2,3-디카르복실산 무수물, 수소화메틸나드산 무수물, 알케닐기로 치환된 숙신산 무수물, 디에틸글루타르산 무수물을 들 수 있다.
과산화물로서는, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시2-에틸헥사네이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, t-부틸퍼옥시네오데카노에이트, 쿠밀퍼옥시네오데카노에이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시네오데카노에이트, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디쿠밀퍼옥시드, 디-t-부틸퍼옥시드, 디-t-헥실퍼옥시드, 디(2-t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,2-디(4,4-디-(부틸퍼옥시)시클로헥실)프로판, p-멘탄히드로퍼옥시드, 디이소프로필벤젠히드로퍼옥시드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸히드로퍼옥시드, 쿠멘히드로퍼옥시드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)시클로헥산, 시클로헥사논퍼옥시드, 1,1-디(t-헥실퍼옥시)시클로헥산을 들 수 있다.
금속 착체로서는, 알킬아세토아세테이트알루미늄디이소프로필레이트, 알루미늄트리스(아세틸아세토네이트), 아크릴산알루미늄, 알루미늄비스에틸아세토아세테이트디이소프로필레이트, 2-에틸헥산산마그네슘을 들 수 있다.
아조 화합물로서는, 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 1,1'-아조비스(시클로헥산-1-카르보니트릴), 2,2'-아조비스{2-메틸-N-[2-(1-히드록시부틸)]프로피온아미드}, 2,2'-아조비스[2-메틸-N-(2-히드록시에틸)프로피온아미드], 2,2'-아조비스[N-(2-프로페닐)-2-메틸프로피온아미드], 2,2'-아조비스(N-시클로헥실-2-메틸프로피온아미드, 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판을 들 수 있다.
도전성 조성물을 다이 본딩제로서 사용하는 경우, 블리드의 억제, 양호한 고온 강도나 흡습 후의 고온 강도의 저하 억제, 및 낮은 흡수율이 요망된다. 그 중에서도, 블리드의 발생은 몰드제와 리드 프레임의 박리를 유발할 가능성이 있어, 패키지의 신뢰성의 관점에서 중요하다. 이들 관점에서, (B) 성분으로서, 에폭시 수지, 아크릴 수지, (C) 성분으로서, 페놀 수지, 아민계 화합물, 과산화물의 조합이 바람직하다.
(A) 성분, (B) 성분 및 (C) 성분은 이들 합계를 100질량부로 한 경우, (A) 성분은, 도전성과 탄성률의 관점에서, 40 내지 80질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 75질량부이며, 더욱 바람직하게는 50 내지 65질량부이다. (B) 성분은, 디스펜스시의 유동성이나 블리드, 접착 강도, 흡수율의 관점에서, 10 내지 58질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 22 내지 42질량부이다. (C) 성분은, 보이드, 블리드, 경화성, 접착 강도의 관점에서, 2 내지 10질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 내지 8질량부이다.
본 발명의 도전성 조성물에는, (A) 성분 이외의 도전 입자를 배합할 수도 있다. (A) 성분 이외의 도전 입자는, 전체 도전 입자((A) 성분의 은 피복 입자 및 (A) 성분 이외의 도전 입자) 중 합계 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30질량% 이하이고, 무엇보다 바람직하게는, 도전 입자로서 (A) 성분의 은 피복 입자만을 사용하는 것이다. (A) 성분 이외의 도전 입자로서는, 구상의 은 피복 세라믹 입자, 은 피복 유리 입자, 은 피복 알루미늄 입자를 사용할 수 있다. 구상의 은 피복 입자의 코어는 세라믹, 유리 또는 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹으로서는, 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 티타늄산바륨, 질화붕소, 페라이트, 스테아타이트, 산화아연, 지르코니아를 들 수 있고, 입수의 자유도, 입경이나 형상의 컨트롤의 자유도, 비용의 관점에서, 특히 알루미나가 바람직하다. 구상의 은 피복 입자는, 레이저광 산란법에 의해 측정한 체적 평균 입자 직경 D50이 1 내지 20㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 내지 15㎛이다. 구상의 은 피복 입자는, 코어재에 대한 은 피복률과 도전성의 관점에서, 은 피복층이 구상의 은 피복 입자의 전체 중량 중 10 내지 50질량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 내지 40질량%이다. 구상의 은 피복 입자는, 은 피복층이 균일하게 구비되어 있는 것이 바람직하고, 두께는, 은 피복층이 두꺼워져 입자 전체의 비중, 나아가서는 도전성 조성물의 비중이 커지고, 도전성 조성물을 동일 중량으로 도포했을 때의 체적을 감소시키는 것에 의한 효율의 저하를 피하고, 또한 안정된 도전성을 얻는 관점에서, 바람직하게는 50 내지 300nm이다. 은 피복층의 두께는, 보다 바람직하게는 50 내지 200nm이며, 더욱 바람직하게는 70 내지 150nm이다.
(A) 성분 이외의 도전 입자로서는, 은 입자, 구리 입자, 니켈 입자, 팔라듐 입자, 인듐 입자, 주석 입자, 아연 입자, 비스무트 입자 또는 그들의 합금을 사용할 수도 있다. 형상은, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 도전성 조성물에는 용제를 배합할 수도 있다. 용제는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디히드로터피네올 등의 알코올계 용제; 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 이소프로필벤젠, 아밀벤젠, p-시멘, 테트랄린 및 석유계 방향족 탄화수소 혼합물 등의 방향족 탄화수소계 용제; 테르피네올, 리날로올, 제라니올, 시트로넬롤 등의 테르펜알코올; 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노-n-부틸에테르, 프로필렌글리콜모노-tert-부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 에테르알코올계 용제; 메틸이소부틸케톤 등의 케톤계 용제; 및 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 에스테르계 용제, 물 등을 들 수 있다. 용제는 단독일 수도 있고, 복수종을 병용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 도전성 조성물에는, 본 발명의 소정의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 무기 충전제(예를 들어, 흄드 실리카, 탄산칼슘, 탈크 등), 커플링제(예를 들어, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등의 실란 커플링제, 테트라옥틸비스(디트리데실포스파이트)티타네이트 등의 티타네이트 커플링제 등), 실란 단량체(예를 들어, 트리스(3-(트리메톡시실릴)프로필)이소시아누레이트), 가소제(예를 들어, 카르복실기 말단 폴리부타디엔-아크릴로니트릴 등의 공중합체, 실리콘 고무, 실리콘 고무 파우더, 실리콘 레진 파우더, 아크릴 수지 파우더 등의 수지 파우더), 난연제, 산화 방지제, 소포제 등을 배합할 수 있다.
본 발명의 도전성 조성물은, (A) 성분, (B) 성분 및 (C) 성분 및 경우에 따라 용제 등의 임의 성분을, 예를 들어 3축 롤이나 플라너터리 믹서, 분쇄기를 사용하여 혼합함으로써, 페이스트상의 도전성 조성물을 제조할 수 있다. 또한, 상기 각 성분을 혼합하는 순서는 임의이며, 동시에 혼합할 수도 있고, 순서대로 혼합할 수도 있다.
이어서, 상기와 같이 하여 얻어진 도전성 조성물을 원하는 대상(예를 들어, 기판 등)에 도포한 후, 가열하여 열 경화시킴으로써 경화막을 형성할 수 있다.
도포 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 디스펜스, 제트 디스펜스, 공판 인쇄, 스크린 인쇄, 핀 전사, 스탬핑 등을 들 수 있다.
가열 온도는, 예를 들어 120 내지 200℃로 할 수 있고, 보다 바람직하게는 150 내지 175℃이고, 가열 시간은, 예를 들어 1 내지 120시간으로 할 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60시간이다.
본 발명의 도전성 조성물을 기판(예를 들어, LTCC 등의 세라믹 기판이나 유리·에폭시 기판) 상에 도포한 후, 열 경화시킴으로써 도전 회로를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 도전성 조성물은 다이 본딩제로서 사용할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 도전성 조성물을 포함하는 다이 본딩제를 리드 프레임 또는 기판(예를 들어, 베어(Bare) Cu 리드 프레임, Ag 도금 Cu 리드 프레임, PPF, Ag 도금 42 알로이 프레임)의 소정의 부위에 도포한 후, 반도체 소자를 탑재하고, 열 경화시켜, 리드 프레임 또는 기판과 반도체 소자를 접합시킬 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 경화막은 충분한 도전성(예를 들어 비저항값이 1×10-2Ω·㎝ 이하)을 나타낸다. 또한, 기판과의 사이의 접착성(접착 강도, 접착 저항값)도 양호하다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
표 1 및 2에 나타내는 각 성분을, 3축 롤을 사용하여 혼합하여, 실시예 및 비교예의 각 도전성 조성물을 제조했다.
실시예·비교예의 각 도전성 조성물에 대해서, 특성의 측정을 행했다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.
〔비저항의 측정〕
알루미나 기판(120mm×20mm, 두께 1.6mm)에, 도 1-1과 같은 패턴으로 되도록, 스테인리스 마스크(200메쉬, 레지스트 20㎛)를 사용하여, 실시예·비교예의 각 도전성 조성물을 스크린 인쇄했다. 이어서, 150℃±5℃로 유지된 송풍 건조기에 의해 30분간 가열하여, 경화막을 형성한 시료를 얻었다. 시료의 경화막의 양단의 저항값 X(Ω)를, 4261ALCR 미터(YHP사제)를 사용하여 측정했다.
알루미나 기판(1) 상의 도전성 조성물의 경화막(2)의 두께 Z(㎛)를, 표면 거칠기 형상 측정기 서프콤 590A(도쿄 세미쯔사제 표면 거칠기 형상 측정기)를 사용하여 측정했다(도 1-2 참조).
비저항값 ρ(Ω·㎝)를, 다음 식에 의해 산출했다.
ρ=(0.1/7.1)×X×Z×10-4(Ω·㎝)
시료 2개의 측정값으로부터 평균값을 산출하여 비저항값으로 했다.
〔접촉 저항값〕
메탈 마스크(두께: 70㎛)를 사용하여, 막 두께: 7 내지 15㎛의 Ag 후막 전극(3)을 구비한 25.4±0.1mm□의 알루미나 기판(4) 상(도 2-1 참조)에, 도 2-2와 같은 패턴으로 되도록, 메탈 마스크(두께 70㎛)를 사용하여, 실시예·비교예의 각 도전성 조성물(5)을 스크린 인쇄했다. 스크린 인쇄는, 메탈 스퀴지(스퀴지 압력 100kPa, 스퀴지 20mm/s, 기판-마스크간 갭 0mm, 스퀴지 각도 60°, 판 분리 속도 0.05mm/s)를 사용하여 행했다.
도전성 조성물(5)에 접촉하도록 하여, AgPd 전극의 3216형 콘덴서 부품(콘덴서 전극(6))을 탑재하고(도 2-3), 부품에 균등하게 1.0±0.5N의 하중을 가하여, 시료를 얻었다.
항온조에서, 소정의 경화 조건(150℃로 30분 승온시키고, 150℃에서 30분 유지)에서 도전성 조성물을 경화시켰다.
시료의 콘덴서 전극(6) 상부와, 도전성 조성물(5)의 도포부로부터 주위 1mm 이내의 도체(기판 전극) 사이의 저항값을 4단자법으로 측정했다(도 2-4 참조). 전류원의 측정 전류값은 10±0.5mA로 했다.
시료 8개의 측정값으로부터 평균값을 산출하여, 접촉 저항값으로 했다.
〔접착 강도의 측정〕
1.5mm□×40㎛t로 되는 패턴을 10개 형성할 수 있는 스크린 마스크를 사용하여, 각 도전성 조성물을 베어 Cu 리드 프레임에 스크린 인쇄했다.
2mm□ 실리콘 칩을 실리콘면이 도전성 조성물에 접촉하도록 하여 10개 탑재했다.
항온조에서, 소정의 경화 조건(150℃로 30분 승온시키고, 150℃에서 30분 유지)에서 경화시켰다.
얻어진 시료를, 강도 시험기 MODEL-1605HTP(아이코 엔지니어링사제)를 사용하여 측면으로부터 찔러, 실리콘 칩이 박리되었을 때의 수치를 판독했다. 측정은, 측면으로부터 찌를 때의 테스트 스피드 12±1mm/분, 상온(25±5℃)에서 행했다.
〔점도 변화〕
E형 점도계 TVE-22H를 사용하고, 로터 3° 콘 R9.7을 사용했다.
실시예·비교예의 각 도전성 조성물을, 테루모사제 시린지를 사용하여 0.3ml 빨아올려, 점도계의 컵의 중심부에 도포했다. 컵을 점도계에 장착하고, 항온조를 사용하여 25℃로 유지하며, 10분간 방치했다. 0.5rpm로 3분 후의 점도를 측정했다(V1).
실시예·비교예의 각 도전성 조성물을 시린지에 충전 후, 25℃, 습도 50%의 환경 하에서, 24시간 방치했다. 각 도전성 조성물을 시린지를 사용하여 0.3ml 빨아올려, 점도계의 컵의 중심부에 도포했다. 컵을 점도계에 장착하고, 항온조를 사용하여 25℃로 유지하며, 10분간 방치했다. 0.5rpm로 3분 후의 점도를 측정했다(V2).
점도 변화율을, 다음 식에 의해 산출했다.
점도 변화율(%)=(V2-V1)/V1×100
〔D50의 측정〕
D50은, 은 피복 입자를 마이크로스파츄라에 의해 2스푼, 300ml 비이커에 취하고, 0.5% 술포숙신산나트륨의 디옥틸에스테르 용액을 50ml 넣고, 초음파 호모게나이저에 의해 10분간 분산하여, 광산란 해석 타입 입도 분포 측정 장치(코울터 LS230(베크만 코울터제))로 측정할 수 있다. 50% 누적 직경의 평균값을 D50으로 한다.
〔평균 두께 T의 측정〕
평균 두께는, 은 피복 입자 2g과 에폭시 수지(Epoxy Resin20-8130-032(뷜러제)) 5g과 에폭시 수지 경화제(EPOXY HARDENER20-8132-008(뷜러제)) 1g을 직경 25mm의 클리어 컵에 측량하고, 주걱을 사용하여 잘 혼합하고, 실온에서 12시간 정치한 후, 경화된 수지를 클리어 컵으로부터 취출하고, 마이크로톰에 의해 기초 가공을 행하고, 카본 증착 후, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(제올제 JSM-7500F)에 의해 1000배 또는 2000배의 배율로 사진을 촬영하고, 중심을 통과하는 최단변을 은 피복 두께로서 측정하여, 측정 개수 50개의 평균값을 평균 두께 T로 한다.
〔은 피복층의 중량〕
은 피복 입자의 중량과, 은 피복층을 질산에 용해시켜 은을 제거하고 측정한 코어재의 중량으로부터 산출한 값이다.
〔은 피복층의 두께〕
평균 두께 T와 마찬가지의 샘플을 제작하고, 전계 방사형 주사형 전자 현미경(제올제 JSM-7500F)에 의해 10000배 내지 30000배의 배율로 측정하여 구한 값이다.
표 1 및 2 중의 수지, 경화제 및 그밖의 성분은 이하와 같다.
수지 1: 비스페놀 F형 에폭시 수지
비스페놀 F형 에폭시 수지(에폭시 당량: 160 내지 175)
수지 2: 아미노페놀형 에폭시 수지
N,N-비스(2,3-에폭시프로필)-4-(2,3-에폭시프로필옥시)아닐린
수지 3: PO 변성 에폭시 수지
폴리옥시프로필렌비스페놀 A 디글리시딜에테르(에폭시 당량 250 내지 270)
수지 4: 비스말레이미드 수지
1,6-비스말레이미드-(2,2,4-트리메틸)헥산
경화제 1: 폴리옥시프로필렌디아민
x=33.1, 활성 수소 당량: 514
필러 1: 흄드 실리카
폴리디메틸실록산 처리 흄드 실리카
체적 기준 평균 입경: 0.25㎛
도 3-1은 은 피복 입자 1의 배율 5000배의 SEM 사진이며, 도 3-2는 평균 두께를 측정하기 위해, 은 피복 입자 1을 수용성 에폭시 수지에 배합하고, 경화시킨 경화물의 단면의 SEM 사진이다.
표 1로부터, 본 발명의 플레이크상의 은 피복 입자를 사용한 실시예 1 내지 6은 모두 비저항값 및 접촉 저항값이 작고, 접착 강도도 우수했다. 그 중에서도, 올레산 처리한 은 입자를 사용한 실시예 3 내지 6은 점도 변화가 적어, 도전성 조성물의 안정성에 있어서도 우수했다.
한편, 종횡비가 작은 은 피복 입자를 사용한 비교예 1은 비저항값, 접촉 저항값이 열등하였다.
표 2의 실시예 7 내지 9로부터, 열 경화성 수지계를 변경해도, 본 발명의 플레이크상의 은 피복 입자가 유효하고, 은 피복 입자의 양을 변경해도, 본 발명의 플레이크상의 은 피복 입자가 유효한 것을 알았다. 또한, 표 2의 실시예 10 및 11에 의해, (A) 성분의 은 피복 입자가 도전성 조성물((A) 성분, (B) 성분 및 (C) 성분)의 합계 100질량부에 대하여 75질량부 포함되면, 접착 강도가 약간 떨어지는 경향이 보였다. 또한, 표 2의 실시예 14 및 15에 의해, (A) 성분의 은 피복층이 은 피복 입자의 전체 중량 중 50 내지 60질량%인 경우에 있어서도, 비저항값 및 접촉 저항값이 작고, 접착 강도도 우수했다. 실시예 15에 의해, 종횡비 T/D50이 1.0인 구상의 은 피복 입자를 사용한 경우에는, 접촉 저항의 관점에서 약간 열등한 경향이 보였다.
본 발명에 따르면, 비용 절감과, 양호한 접착성 및 도전성의 발현 모두 만족시키는 도전성 조성물이 제공된다. 본 발명의 도전성 조성물은 도전 회로의 형성, 다이 본딩제로서 유용하다.
Claims (9)
- (A) 은 피복 세라믹 입자, 은 피복 유리 입자 및 은 피복 알루미늄 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되며, 레이저광 산란법에 의해 측정한 체적 평균 입자 직경 D50이 1 내지 10㎛이고, 주사형 전자 현미경 관찰에 의해 측정한 평균 두께 T가 0.3 내지 10㎛이고, 종횡비 T/D50이 0.3 내지 1.0인 플레이크상의 은 피복 입자,
(B) 열 경화성 수지, 및
(C) 경화제
를 포함하는 도전성 조성물. - 제1항에 있어서, (A) 성분 중의 은 피복층의 중량이 10 내지 60질량%인 도전성 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, (A) 성분이 지방산 또는 그의 염, 또는 커플링제에 의해 표면 처리된 은 피복 입자인 도전성 조성물.
- 제3항에 있어서, (A) 성분이 올레산, 스테아르산 및 실란 커플링제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 표면 처리된 은 피복 입자인 도전성 조성물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (A) 성분, (B) 성분 및 (C) 성분의 합계를 100질량부로 한 경우, (A) 성분이 40 내지 80질량부이고, (B) 성분이 10 내지 58질량부이며, (C) 성분이 2 내지 10질량부인 도전성 조성물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 구상의 은 피복 세라믹 입자, 은 피복 유리 입자 및 은 피복 알루미늄 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 구상의 은 피복 입자를 더 포함하는 도전성 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (B) 성분이 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 말레이미드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 도전성 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, (C) 성분이 페놀 수지, 아민계 화합물, 산 무수물, 과산화물, 금속 착체 및 아조 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 도전성 조성물.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 조성물을 포함하는 다이 본딩제.
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