KR20170093911A - 도전성 입자, 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체 - Google Patents

도전성 입자, 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선에 사용한 경우에도, 접속 저항이 낮고, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있는 도전성 입자, 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체를 제공한다. 본 발명은, 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 금속층 (12) 이 형성된 도전성 입자 (10) 이다. 금속층 (12) 의 비커스 경도 (Hv) 는 35 이상 400 이하이고, 금속층 (12) 의 두께는 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하이다.

Description

도전성 입자, 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체{CONDUCTIVE PARTICLES, ANISOTROPIC CONDUCTIVE ADHESIVE, AND CONNECTION STRUCTURE}
본 발명은, 도전성 입자, 도전성 입자를 사용한 이방성 도전 접착제, 이방성 도전 접착제에 의해 접속된 접속 구조체에 관한 것이다.
다수의 전극을 갖는 전자 부품을, 기판 등에 접속하기 위한 접속 재료로서, 이방성 도전 접착제 (ACA : anisotropic conductive adhesive) 가 사용되고 있다. 이방성 도전 접착제 (ACA) 는, 프린트 배선 기판, 액정 디스플레이 (LCD : Liquid Crystal Display) 용 유리 기판, 플렉시블 프린트 기판 등의 기판이나, IC, LSI 등의 반도체 소자나 패키지 등의 피접속 부재를 접속할 때, 상대되는 전극끼리의 도통 상태를 유지하고, 인접하는 전극끼리의 절연을 유지하도록 전기적 접속과 기계적 고착을 실시하는 접속 재료이다.
이방성 도전 접착제 (ACA) 에 배합되는 도전성 입자에 대해서는, 접속 신뢰성의 향상 및 접속 지점의 저저항화의 관점에서, 여러 가지 입자가 제안되어 사용되고 있다. 예를 들어, 주석 (Sn), 납 (Pb), 은 (Ag), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni) 등의 금속 입자나 땜납 합금 입자, 유리, 세라믹스 등의 무기 미립자나 열 경화성 수지 등의 수지 입자에 금속 박막을 피복한 입자가 개시되어 있다. 특히, 땜납 접합에 의해 고신뢰성이 얻어지기 쉬운 점에서, 땜납 합금 입자를 사용한 이방성 도전 접착제 (ACA) 의 검토가 많이 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 주석 (Sn)-아연 (Zn) 계 땜납 입자의 표면 상에 주석 (Sn) 이나 금 (Au) 등의 보호막이 형성되어 있는 땜납 재료가 기재되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 땜납 합금 분말 입자의 표면에 당해 땜납 합금의 구성 성분 중 1 종 이상에 의한 코팅을 1 층 이상 형성하고, 또한, 당해 땜납 합금 분말 입자 전체의 평균 조성이 당해 땜납 합금의 소정의 합금 조성에 동등한 무연 땜납 합금 분말이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3 에는, 내핵과 그것을 피복하는 금속 피막으로 이루어지는 이방성 도전 접착제용 도전 입자에 있어서, 내핵의 융점 또는 분해점이 금속 피막의 융점보다 높은 도전 입자가 기재되어 있다.
그러나, 땜납 합금 입자는 그 표면이 비커스 경도 (Hv) 로 20 전후로 무르다. 이 때문에, 땜납 합금 입자를 이방성 도전 접착제 (ACA) 의 도전성 입자로서 사용한 경우, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선의 피착체에서는, 땜납 합금 입자가 그 표면 피막을 뚫을 수 없어, 땜납 접합의 형성이 저해되어 버려, 접속체의 도전성이 저하된다는 문제점이 있었다.
일본 공개특허공보 2002-331385호 일본 공개특허공보 2004-90011호 일본 공개특허공보 평11-219982호
알루미늄 배선과 같은 산화 피막이 형성되기 쉬운 배선을 도전성 입자에 의해 도전 접속하는 경우에는, 도전성 입자에 산화 피막을 뚫을 수 있을 정도의 경도가 필요하게 된다.
특허문헌 1 의 땜납 재료나 특허문헌 2 의 무연 땜납 분말은, 땜납 입자의 표면에 형성된 보호막은, 모두 내부의 땜납 입자를 공기 중의 수분이나 산소에 의한 변질로부터 지키기 위한 것이지만, 도전성 입자의 경도에 대해서는 기재되어 있지 않다.
특허문헌 3 의 도전 입자는, 열 압착시에 표면의 금속 피막이 먼저 용융됨으로써 도통 신뢰성을 향상시키는 것이지만, 도전성 입자의 경도에 대해서는 기재되어 있지 않다.
본 발명은, 이와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선에 사용한 경우에도, 접속 저항이 낮고, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있는 도전성 입자, 이방성 도전 접착제 및 접속 구조체를 제공한다.
본 발명은, 성막 대상 입자의 표면에 금속층이 형성된 도전성 입자로서, 금속층의 비커스 경도 (Hv) 가 35 이상 400 이하이고, 금속층의 두께가 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하인 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 금속층의 비커스 경도 (Hv) 와 금속층의 두께를 소정의 범위로 조정함으로써, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선에 사용한 경우에도, 도전성 입자가 표면 산화막을 확실하게 뚫는 것이 가능할 정도의 경도를 가져, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
또, 본 발명에서는, 성막 대상 입자는, 땜납 입자인 경우에도 효과적이다.
땜납 입자는 접속시에 고신뢰성이 얻어지기 쉬운 점에서 이방성 도전 접착제에 바람직하게 사용할 수 있는 도전성 입자가 된다.
또, 본 발명에서는, 금속층은, 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 티탄 (Ti), 루테늄 (Ru) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 재료인 경우에도 효과적이다.
이들 금속층을 성막 대상 입자의 표면에 형성시킴으로써, 도전성 입자의 경도를 높일 수 있다. 이로 인해, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선의 압착시에 있어서도 도전성 입자에 의해 표면 산화막을 확실하게 뚫을 수 있어, 접속체의 도전성을 확보할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 성막 대상 입자의 입경이 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 경우에도 효과적이다.
이방성 도전 접착제로서, 이와 같은 소입경의 입자를 사용함으로써, 파인 피치의 전기적 접속을 실시할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 상기 서술한 금속층의 표면에, 추가로 절연성의 금속 산화물층을 갖는 경우에도 효과적이다.
절연성의 금속 산화물층을 최외층에 형성함으로써, 도전성 입자간의 쇼트를 방지할 수 있다.
또, 본 발명은, 접착제 성분 중에, 상기 도전성 입자를 분산시켜 이루어지는 이방성 도전 접착제이다.
본 발명에 의하면, 표면 산화막이 형성되어 있는 배선의 압착시에 있어서도 충분한 접속성을 얻을 수 있을 정도의 경도를 갖는 이방성 도전 접착제로 할 수 있다.
또, 본 발명은, 제 1 전자 부품과 제 2 전자 부품을, 상기 이방성 도전 접착제를 사용하여 전기적으로 접속하여 이루어지는 접속 구조체이다.
상기 서술한 경도를 갖는 도전성 입자가 함유된 이방성 도전 접착제를 사용하여 접속함으로써, 높은 접속 신뢰성을 갖는 접속 구조체로 할 수 있다.
또, 이 때, 본 발명에서는, 제 1 전자 부품 및/또는 제 2 전자 부품은 알루미늄 배선을 갖는 접속 구조체인 경우에도 효과적이다.
알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선을 갖는 접속 구조체의 접속의 경우에도, 상기 서술한 본 발명에 관련된 도전성 입자는, 표면 산화 피막을 확실하게 뚫어, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선에 도전성 입자를 갖는 이방성 도전 접착제를 사용한 경우에, 접속 저항이 낮고, 높은 접속 신뢰성을 갖는 접속 구조체로 할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자의 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자를 제조할 때에 사용되는 스퍼터링 장치의 일례의 개략도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 금속 산화물층을 갖는 경우의 도전성 입자의 단면도이다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 접속 구조체를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 하기 순서로 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 본 실시형태는, 청구의 범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하는 것이 아니고, 본 실시형태에서 설명되는 구성의 모두가 본 발명의 해결 수단으로서 필수라고는 할 수 없다.
1. 도전성 입자
2. 이방성 도전 접착제
3. 접속 구조체
＜1. 도전성 입자＞
본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 금속층 (12) 이 형성된 도전성 입자 (10) 로서, 금속층 (12) 의 비커스 경도 (Hv) 가 35 이상 400 이하이고, 금속층 (12) 의 두께가 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하인 것이다.
성막 대상 입자 (11) 로는, 주석 (Sn), 납 (Pb), 은 (Ag) 등의 금속 입자나 땜납 입자, 유리, 세라믹스 등의 무기 미립자나 열 경화성 수지 등의 수지 입자 등을 들 수 있지만, 특히 접속 신뢰성을 향상시키는 관점에서는, 땜납 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
땜납 입자로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어, Sn-Bi 계 땜납, Sn-In 계 땜납, Sn-Zn 계 땜납, Sn-Ag 계 땜납, Sn-Ag-Cu 계 땜납 등을 들 수 있다. 땜납 입자는, 예를 들어, 용융된 땜납을 노즐로부터 분위기 중에 분무하여, 일정한 입경의 입자를 얻는 아토마이즈법 등으로 만들어진다. 성막 대상 입자 (11) 의 평균 입경으로는, 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하게 사용된다.
성막 대상 입자 (11) 의 표면에 형성하는 금속층 (12) 은, 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 티탄 (Ti), 루테늄 (Ru) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 재료로 이루어진다.
후술하는 바와 같이, 본 실시형태의 도전성 입자 (10) 의 금속층 (12) 은, 스퍼터링에 의해 형성하는 것이 바람직한 점에서, 상기 서술한 금속으로 이루어지는 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 것이 바람직하다. 이들 금속을 스퍼터링에 의해 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 퇴적시킴으로써, 도전성 입자 (10) 의 경도를 높일 수 있고, 알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 재료로 이루어지는 배선의 압착시에 있어서도 도전성 입자 (10) 에 의해 표면 산화막을 확실하게 뚫을 수 있어, 접속체의 도전성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자 (10) 는, 금속층 (12) 의 비커스 경도 (Hv) 가 35 이상 400 이하이고, 금속층 (12) 의 두께가 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하인 것을 특징으로 한다. 금속층 (12) 의 비커스 경도 및 금속층 (12) 의 두께를 상기 소정의 범위 내로 함으로써, 표면 산화막이 형성되어 있는 배선의 압착시에 있어서도, 표면의 산화막을 확실하게 뚫어서 높은 접속 신뢰성을 갖는 도전성 입자 (10) 로 할 수 있다.
또한, 비커스 경도란, 재료의 경도를 나타내는 척도의 하나이며, 압입 경도의 일종이다. 비커스 경도는, JIS Z 2244 로 규정되는 비커스 경도 시험법에 의해 측정할 수 있다.
여기서, 비커스 경도 시험법은, 다이아몬드제의 사각추의 압자를 시험편의 표면에 가압하여 압흔을 형성하고, 이 압흔의 대각선의 길이를 측정하여 표면적을 구하고, 압입한 힘을 당해 표면적으로 나누는 것에 의해 시험편의 경도를 산출하는 것이다.
도전성 입자 (10) 의 제조 방법으로는, 성막 대상 입자 (11) 의 변형을 억제하고, 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 금속층 (12) 을 형성할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 물리 증착법 (PVD : physical vapor deposition) 등을 적용할 수 있다.
물리 증착법으로는, 스퍼터링 (sputtering) 법, 펄스 레이저 디포지션법 (PLD : pulsed laser deposition), 이온 플레이팅 (ion plating) 법, 이온 빔 디포지션법 (IBD : ion beam deposition) 등을 들 수 있고, 이것들 중에서는, 용이하게 생산하는 것이 가능하여, 생산성이 높고, 또 성막성도 양호한 점에서, 스퍼터링법이 바람직하게 이용된다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자 (10) 는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같은 스퍼터링 장치 (4) 를 사용하여 제조된다.
이 스퍼터링 장치 (4) 는, 진공조 (3) 를 가지고, 진공조 (3) 의 내부의 천정측에는, 스퍼터 전원 (20) 에 접속된, 캐소드 전극인 배킹 플레이트 (21) 가 배치되어 있다.
배킹 플레이트 (21) 에는, 금속 또는 절연 물질로 이루어지는 스퍼터링 타깃 (22) 이 배치되어 있다. 스퍼터링 타깃 (22) 에 사용하는 금속으로는, 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 티탄 (Ti), 루테늄 (Ru) 을 들 수 있다.
진공조 (3) 의 외부에는, 진동 장치 (23) 가 배치되고, 이 진동 장치 (23) 에 접속된 진동축 (24) 이, 진공조 (3) 의 바닥면에 기밀하게 삽입 통과되어, 진동축 (24) 의 상단이 진공조 (3) 의 내부에 위치하도록 구성되어 있다. 또한, 진동 장치 (23) 는 진공조 (3) 의 내부에 배치해도 된다.
진동축 (24) 의 상단에는, 성막 대상 입자 (11) 가 배치되는 진동 용기 (25) 가 형성되어 있다. 진동 용기 (25) 는, 스퍼터링 타깃 (22) 의 하방에 위치하고, 진동 용기 (25) 의 개구 (26) 는 상방을 향하고 있고, 진동 용기 (25) 의 바닥면이, 진동 용기 (25) 의 개구 (26) 를 개재하여 스퍼터링 타깃 (22) 과 대면하도록 배치되어 있다.
진공조 (3) 에는, 진공 배기 장치 (27) 가 접속되고, 진공 배기 장치 (27) 의 동작에 의해 진공조 (3) 의 내부가 진공 배기되어, 진공조 (3) 의 내부에 진공 분위기가 형성되도록 구성되어 있다.
또, 진공조 (3) 에는 가스 도입 장치 (28) 가 접속되어 있고, 진공 분위기로 된 진공조 (3) 의 내부에, 가스 도입 장치 (28) 에 배치된 가스를 도입할 수 있도록 되어 있다. 여기서는 가스 도입 장치 (28) 로부터, 아르곤 (Ar) 가스 등의 불활성 가스나 질소 (N2) 가스 등의 스퍼터링 가스나, 아르곤 가스 등에, 산소 (O2) 가스 등의 금속과 반응하여 절연물을 생성하는 반응성 가스가 첨가된 스퍼터링 가스를 도입할 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 스퍼터링 장치 (4) 를 사용하여, 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 금속층 (12) 을 형성하는 데에 있어서는, 먼저, 진공조 (3) 의 내부의 진동 용기 (25) 내에, 소정량의 성막 대상 입자 (11) 를 배치하고, 진공조 (3) 의 내부를 대기로부터 차단한 후, 진공 배기 장치 (27) 를 동작시켜, 진공 배기 장치 (27) 에 의해 진공조 (3) 의 내부를 진공 배기하여 진공 분위기로 한 후, 진동 장치 (23) 를 동작시켜 진동을 발생시킨다. 이 진동은 기본적으로는 상하 방향인 것이며, 상하 방향의 진동은, 진공조 (3) 내에 대기가 침입하지 않고 진동축 (24) 에 의해 진동 용기 (25) 에 전달되어, 진동 용기 (25) 가 진동하고, 진동 용기 (25) 중의 성막 대상 입자 (11) 의 진동이 개시된다.
여기서, 진동의 주파수는 15 Hz 이상 65 Hz 이하가 바람직하고, 진폭은 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하가 바람직하다. 진동은, 상기 서술한 바와 같이 기본적으로는 상하 방향의 진동이지만, 상하 방향의 진동 성분에 더하여, 횡방향의 진동 성분을 갖는 진동을 추가해도 된다.
진동 용기 (25) 의 바닥면 상에서는, 복수의 성막 대상 입자 (11) 가, 단일층 또는 복수층을 형성하는 양이 배치되어 있고, 성막 대상 입자 (11) 와 성막 대상 입자 (11) 사이나, 성막 대상 입자 (11) 와 진동 용기 (25) 의 바닥면이나 벽면 사이에는 흡착력은 없고, 각 성막 대상 입자 (11) 는, 진동 용기 (25) 의 내부에서 서로 독립적으로 회전이나 이동이 가능하게 되어 있어, 진동 용기 (25) 가 진동됨으로써, 성막 대상 입자 (11) 는 진동하여 상하 방향이나 좌우 방향으로 이동함과 함께 회전한다.
상기 서술한 진공 배기에 의해, 진공조 (3) 내부의 압력이, 소정 압력까지 저하된 후, 진공조 (3) 의 내부를 진공 배기하면서 스퍼터링 가스의 도입을 개시함으로써, 진공조 (3) 의 내부의 압력은 상승한다.
스퍼터링 가스는, 유량 제어된 상태로 도입되고, 진공조 (3) 의 내부의 압력이 소정치에서 안정되어, 진공조 (3) 의 내부에 일정 압력의 스퍼터링 가스 분위기가 형성된 후, 스퍼터 전원 (20) 을 기동하여, 배킹 플레이트 (21) (스퍼터링 타깃 (22)) 에 전압을 인가하면, 스퍼터링 타깃 (22) 의 스퍼터링이 개시된다.
이 스퍼터링에 의해, 스퍼터링 타깃 (22) 의 표면으로부터 떨어져 나온 스퍼터링 입자 중, 진동 용기 (25) 의 개구 (26) 를 통과한 스퍼터링 입자는, 성막 대상 입자 (11) 의, 스퍼터링 타깃 (22) 에서 보았을 때 이면으로 되어 있지 않은 장소에 도달하고, 도달한 장소에 박막이 형성된다.
각 성막 대상 입자 (11) 는, 진동에 의한 상하 방향과 좌우 방향의 이동과 회전에 의해, 진동할 때마다, 이면으로 되어 있던 부분이 스퍼터링 타깃 (22) 을 향하여, 박막이 형성되어 있지 않았던 부분에 스퍼터링 입자가 도달하여 박막이 형성되고, 소정 횟수 진동함으로써, 각 성막 대상 입자 (11) 의 전체 표면에 스퍼터링 입자가 도달하여 그 전체 표면에 박막이 균일하게 형성된다. 이로 인해 각 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 금속층 (12) 이 형성된 도전성 입자 (10) 를 얻는다.
본 실시형태에서는, 상기 서술한 스퍼터링을 간헐적으로 실시하면 효과적이다.
여기서, 스퍼터링을 간헐적으로 실시한다는 것은, 배킹 플레이트 (21) 에 대한 전압의 인가를 소정 시간 ON 으로 한 상태 (스퍼터 출력 ON) 와, 배킹 플레이트 (21) 에 대한 전압의 인가를 소정 시간 OFF 로 한 상태 (스퍼터 출력 OFF) 를 각각 적어도 1 회 이상 교대로 반복하는 것을 의미한다.
또, 배킹 플레이트 (21) 에 대한 전압의 인가를 OFF 로 하는 대신에, 배킹 플레이트 (21) 에 대한 인가 전압의 값을 통상적인 인가 전압의 값보다 낮게 해도 된다.
본 실시형태에서는, 스퍼터링을 간헐적으로 실시함으로써 입자의 응집의 생성이나 변형을 일으키지 않고, 양호한 도전성 입자 (10) 를 얻을 수 있다.
즉, 배킹 플레이트 (21) 에 대한 전압의 인가를 OFF 로 하고 있는 동안에는, 스퍼터링 타깃 (22) 으로부터의 스퍼터링 입자의 퇴적이 없는 상태에서 성막 대상 입자 (11) 에 진동이 가해짐으로써, 큰 해쇄 효과가 더해져, 도전성 입자 (10) 의 응집을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자 (10A) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 성막 대상 입자 (11) 의 표면에 형성된 금속층 (12) 의 표면, 즉 최외층에 절연성의 금속 산화물층 (13) 을 형성하는 구성으로 해도 된다. 최외층에 절연성의 금속 산화물층 (13) 을 형성함으로써, 회로간의 스페이스가 좁은 파인 피치 배선에 도전성 입자 (10) 를 사용한 경우에도, 접속시의 쇼트 발생을 방지할 수 있다. 또한, 금속 산화물층 (13) 은, 접속시의 압력에 의해, 금속층 (12) 으로부터 박리될 정도의 비커스 경도 및 두께로 해 둘 필요가 있다. 즉, 압착 후에는 금속 산화물층 (13) 은 도전성 입자 (10A) 로부터 박리되고, 금속층 (12) 또는 성막 대상 입자 (11) 에 의해 도전성이 확보된다.
이 금속 산화물층 (13) 은, 예를 들어, 전술한 스퍼터링 장치 (4) 에 있어서, 스퍼터링 가스에 산소 (O2) 가스 등의 반응성 가스를 도입함으로써 형성할 수 있다. 즉, 스퍼터링시, 스퍼터링 입자의 비행 중이나 성막 대상 입자 (11) 의 표면 상에서 스퍼터링 입자와 반응성 가스가 반응하여, 금속층 (12) 의 표면에 금속 산화물층 (13) 이 형성된다.
또한, 금속층 (12) 과 금속 산화물층 (13) 에서 사용되는 금속종은 동일해도 되고 상이해도 된다.
＜2. 이방성 도전 접착제＞
상기 서술한 바와 같은 조건에서 제조된 도전성 입자 (10, 10A) 는, 접착제 성분 중에 분산시킴으로써 이방성 도전 접착제 (ACA) 로서 바람직하게 사용할 수 있다.
접착제 성분은, 종래의 이방성 도전 재료에 있어서 사용되고 있는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 접착제 성분은, 페녹시 수지 등의 성막성 수지, 액상 또는 고체 에폭시 수지 등의 경화성 수지, 아민계 경화제, 이미다졸계 경화제 등의 경화제, 실란 커플링제, 필요에 따라 톨루엔 등의 유기 용제 등, 추가로 안료, 방청제 등의 각종 첨가제를 적절히 함유할 수 있다.
성막성 수지는, 종래의 이방성 도전 재료에 있어서 사용되고 있는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 성막성 수지로는, 페녹시 수지, 폴리에스테르우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 부티랄 수지 등의 여러 가지의 수지를 들 수 있고, 이것들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상을 조합하여 사용해도 된다. 이것들 중에서도 막 형성 상태, 접속 신뢰성 등의 관점에서 페녹시 수지가 바람직하게 사용된다.
경화성 수지로는, 예를 들어 에폭시 수지이며, 에폭시 수지로는, 비스페놀형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 복소 고리형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 등을 단독 또는 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
경화제는, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 예를 들어, 가열에 의해 활성화되는 잠재성 경화제, 가열에 의해 유리 라디칼을 발생시키는 잠재성 경화제 등을 사용할 수 있다.
가열에 의해 활성화되는 잠재성 경화제로는, 예를 들어, 폴리아민, 이미다졸 등의 아니온계 경화제나 술포늄염 등의 카티온계 경화제 등을 들 수 있다.
그 밖에, 필요에 따라 실란 커플링제, 또는 톨루엔 등의 유기 용제 등, 추가로 안료, 방청제 등의 각종 첨가제를 적절히 함유할 수 있다.
＜3. 접속 구조체＞
상기 서술한 바와 같은 조건에서 제조된 이방성 도전 접착제는, 제 1 전자 부품의 접속 단자와 제 2 전자 부품의 접속 단자를 이방성 도전 접착제를 사용하여 전기적으로 접속할 때에, 바람직하게 적용할 수 있다. 즉, 제 1 전자 부품과 제 2 전자 부품이 이방성 도전 접속되어 이루어지는 접속 구조체가 얻어진다.
제 1 전자 부품 및 제 2 전자 부품으로는, 발광 소자, 반도체 칩, 반도체 모듈 등의 공지된 전기 소자, 플렉시블 프린트 배선 기판, 유리 배선 기판, 유리 에폭시 기판 등을 적용할 수 있다. 또, 접속 단자는, 구리, 금, 알루미늄, ITO 등의 공지된 재료로부터 형성된 배선이나 전극 패드 혹은 범프여도 되고, 그 사이즈에도 특별히 제한은 없다.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자를 함유하는 이방성 도전 접착제는, 특히, 제 1 전자 부품 및/또는 제 2 전자 부품이 알루미늄 배선을 갖는 접속 구조체에 바람직하게 사용할 수 있다.
알루미늄 등의 표면 산화막이 형성되기 쉬운 배선을 갖는 접속 구조체의 접속의 경우에도, 본 발명의 일 양태에 관련된 도전성 입자는, 표면 산화 피막을 확실하게 뚫을 정도의 경도를 갖기 때문에, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있다.
접속 구조체의 구체예로는, COG (chip on glass), COF (chip on film), FOG (film on glass), FOB (Film on Board) 등의 각 실장 방식을 사용한 것을 들 수 있다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 접속 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 이 접속 구조체 (30) 는, 제 1 전자 부품인 IC 칩 (31) 과, 제 2 전자 부품인 배선 기판 (32) 을 가지고, 이들 IC 칩 (31) 과 배선 기판 (32) 이, 상기 서술한 도전성 입자 (10) 를 함유하는 경화된 이방성 도전 접착제 (15) 에 의해 고착됨과 함께 전기적으로 접속되어 있다.
배선 기판 (32) 상에는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 복수의 배선 (접속 단자) (34) 이 형성되고, IC 칩 (31) 에는, 배선 기판 (32) 의 각 배선 (34) 에 대응하는 접속 단자 (33) 가 형성되어 있다.
그리고, 배선 기판 (32) 상의 배선 (34) 과, IC 칩 (31) 의 접속 단자 (33) 가, 이방성 도전 접착제 (15) 중의 도전성 입자 (10) 에 의해 각각 전기적으로 접속됨과 함께, 이들 접속된 인접하는 접속 단자 사이에 대해서는 절연성이 유지되도록 구성되어 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(도전성 입자의 제조)
도 2 에 나타낸 장치를 사용하여, 성막 대상 입자인, 땜납 합금 입자의 표면에 스퍼터링에 의해 금속층을 형성하였다.
땜납 합금 입자는, 평균 입자경이 5 ㎛ 인 Sn-3Ag-0.5Cu 땜납 입자를 사용하였다. 스퍼터링 타깃재에 대해서는, 실시예 1 에서는 구리 (Cu), 실시예 2 내지 4 에서는 알루미늄 (Al), 실시예 5 에서는 니켈 (Ni), 실시예 6 에서는 티탄 (Ti), 실시예 7 에서는 루테늄 (Ru), 비교예 2 에서는 은 (Ag) 을 사용하였다.
비교예 1 에서는, 스퍼터링에 의해 금속층을 형성하지 않고, 땜납 합금 입자인 상태에서 이후의 평가를 실시하였다.
개구 직경 φ12 cm 의 스테인리스로 이루어지는 용기를 진동 테이블 위에 설치하고, 이 용기 중에 땜납 합금 입자를 배치하고, 진공조의 밀폐 후, 로터리 펌프와 크라이오 펌프로 2 × 10-4 Pa 가 될 때까지 진공 배기를 실시하였다.
진동 장치에서 진폭 2 ㎜, 진동 수 30 Hz 의 진동을 발생시켜, 용기에 연속 진동을 가하면서, 가스로서 Ar (가스압 2 Pa) 을 도입하고, 타깃에 300 W 의 직류를 인가하여, 땜납 입자 표면에 소정의 두께의 금속층이 형성되도록 스퍼터링을 실시하였다. 또한, 스퍼터링에 있어서는, 스퍼터 출력 ON 을 15 분간, 스퍼터 출력 OFF 를 5 분간의 사이클을 반복해서 실시하였다.
(입자의 응집)
스퍼터링 후의 각 도전성 입자에 대하여, 배율 1000 배의 SEM (키엔스사 제조, VE-8800) 관찰을 10 시야 실시하였다. 어느 도전성 입자 중에도 20 ㎛ 이상의 응집체는 관찰되지 않았다.
(입자의 변형)
스퍼터링 후의 각 입자에 대하여, 배율 1000 배의 SEM 관찰을 10 시야 실시하였다. 입자의 변형은 어느 도전성 입자도 10 개 미만이었다.
(도전성 입자의 평가)
다음으로, 실시예 1 ∼ 7, 비교예 1, 2 에서 얻어진 도전성 입자에 대하여, 금속층의 두께와 경도를 측정하였다. 또, 실시예 1 ∼ 7, 비교예 1, 2 에서 얻어진 도전성 입자를 사용하여 이방성 도전 접착제를 제조하고, 이 이방성 도전 접착제에 의해 IC 칩을 기판 상에 접합한 실장체에 대해 평가하였다.
(금속층의 두께 측정)
에폭시 접착제에, 실시예 1 ∼ 7, 비교예 2 에서 얻어진 도전성 입자를 분산시켜 경화시키고, 연마기 (마루모토 스트루어스 제조) 로 입자 표면을 깎아 내었다. 이 입자 단면을 SEM (키엔스사 제조, VE-8800) 으로 관찰하고, 금속층의 두께를 측정하였다. 측정된 실시예 1 ∼ 7, 비교예 2 에 관련된 도전성 입자의 금속층의 두께를 표 1 에 나타낸다.
(금속층의 경도 측정)
금속으로 이루어지는 스퍼터링 타깃을 사용하여, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 유리 기판 상에 금속층을 성막하였다. 스퍼터링 타깃은, 실시예 1 에서는 구리 (Cu), 실시예 2 내지 4 에서는 알루미늄 (Al), 실시예 5 에서는 니켈 (Ni), 실시예 6 에서는 티탄 (Ti), 실시예 7 에서는 루테늄 (Ru), 비교예 2 에서는 은 (Ag) 을 사용하였다. 이 금속층을 비커스 경도 시험기에 의해, JIS Z 2244 에 준거하여 측정하고, 이것을 금속층의 비커스 경도 (Hv) 로 하였다. 측정된 실시예 1 ∼ 7, 비교예 2 에 관련된 금속층의 경도를 표 1 에 나타낸다.
(이방성 도전 접착제의 제조)
열 경화성 수지로서, 나프탈렌형 2 관능 에폭시 수지 (HP-4032D, DIC 사 제조) 를 20 중량부, 비스페놀 F 형 에폭시 수지 (EXA830CRP, DIC 사 제조) 를 25 중량부, 마스터 배치형 이미다졸계 경화제 (HX-3721, 아사히 화성 이마테리알즈사 제조) 를 55 중량부, 에폭시계 실란 커플링제 (KBM-403, 신에츠 화학사 제조) 를 1 중량부, 미립자 실리카 (R202, 닛폰 아에로질사) 를 2 중량부, 및 실시예 1 ∼ 7, 비교예 1, 2 에서 얻어진 도전성 입자 10 중량부를 배합하고, 자전 공전 믹서로 균일하게 교반하여, 이방성 도전 접착제를 제조하였다.
(실장체의 제조)
상기 서술한 공정에 의해 제조한 각 이방성 도전 접착제를 사용하여, IC 칩 (1.5 ㎜ × 1.5 ㎜, t = 0.15 ㎜, Au 도금 범프 [150 ㎛ × 130 ㎛, h = 15 ㎛]) 와, PET 기판 (t = 38 ㎛) 상에 알루미늄 배선 (t = 30 ㎛) 이 패터닝된 FPC 기판의 접합을 실시하였다.
이 경우, 이방성 도전 접착제를 FPC 기판 상에 도포하고, 그 위에 IC 칩을 위치 맞춤하여 올린 후, 콘스탄트 히트툴을 사용하여 접합 조건 200 ℃, 3 N/chip, 10 초로 접합을 실시하고, 실장체를 완성시켰다. 얻어진 실장체에 대하여, 접속 저항을 측정함으로써 평가하였다.
(접속 저항의 측정)
각 실장체에 대하여, 초기의 저항과, 히트 사이클 테스트 (100 ℃ 30 분, －40 ℃ 30 분, 500 cycle) 후의 저항을 측정하였다. 측정은 디지털 멀티미터 (어드반테스트사 제조) 를 사용하여, 2 단자법으로 접속 저항을 측정하였다. 실시예 1 ∼ 7, 비교예 1, 2 에서 얻어진 도전성 입자를 분산시킨 이방성 도전 접착제에 의한 실장체에 있어서의, 초기의 저항값, 및 에이징 후 (히트 사이클 테스트 후) 의 저항값을 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 ∼ 7 과 같이, 금속층의 비커스 경도 (Hv) 가 35 ∼ 400 이고, 금속층의 두께가 5 ∼ 250 ㎚ 인 도전성 입자를 사용한 경우, 초기의 저항값이 0.2 ∼ 0.3 Ω 인 데에 반해, 에이징 후의 저항값도 0.3 ∼ 0.5 Ω 으로, 저항값의 큰 변화는 관찰되지 않았다. 즉, 양호한 접속 신뢰성이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 비교예 1 에서는, 표면에 금속층을 형성하지 않고, 땜납 입자를 그대로 사용하고 있고, 이 경우, 초기의 저항값 0.5 Ω 인 데에 반해 에이징 후의 저항값은 10.5 Ω 으로, 접속 신뢰성이 저해되어 있는 것을 알 수 있다.
또, 비교예 2 에서는, 비교적 무른 금속인 은 (Ag) 을 사용하고 있고, 비커스 경도 (Hv) 는 25 ∼ 35 로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자보다 낮은 비커스 경도가 되었다.
그 결과, 비교예 2 에서는, 초기의 저항값이 0.4 Ω 인 데에 반해, 에이징 후의 저항값이 5.5 Ω 으로, 역시 접속 신뢰성이 저해되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도전성 입자를 분산시킨 이방성 도전 접착제를 사용하여 전기적으로 접속한 접속 구조체는, 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
4 : 스퍼터링 장치
10, 10A : 도전성 입자
11 : 성막 대상 입자
12 : 금속층
13 : 금속 산화물층
22 : 스퍼터링 타깃
23 : 진동 장치
25 : 진동 용기
30 : 접속 구조체

Claims (8)

  1. 성막 대상 입자의 표면에 금속층이 형성된 도전성 입자로서,
    상기 금속층의 비커스 경도 (Hv) 가 35 이상 400 이하이고, 상기 금속층의 두께가 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하인, 도전성 입자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성막 대상 입자는 땜납 입자인, 도전성 입자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속층은, 구리 (Cu), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 티탄 (Ti), 루테늄 (Ru) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 재료로 이루어지는, 도전성 입자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막 대상 입자의 입경이 1 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인, 도전성 입자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층의 표면에, 추가로 절연성의 금속 산화물층을 갖는, 도전성 입자.
  6. 접착제 성분과,
    상기 접착제 성분 중에 분산된 도전성 입자를 가지고,
    상기 도전성 입자는, 성막 대상 입자의 표면에 금속층이 형성되고, 상기 금속층의 비커스 경도 (Hv) 가 35 이상 400 이하이고, 상기 금속층의 두께가 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하인, 이방성 도전 접착제.
  7. 제 1 전자 부품과 제 2 전자 부품이, 이방성 도전 접착제를 사용하여 전기적으로 접속되고, 상기 이방성 도전 접착제는, 접착제 성분과, 상기 접착제 성분 중에 분산된 도전성 입자를 가지고, 상기 도전성 입자는, 성막 대상 입자의 표면에 금속층이 형성되고, 상기 금속층의 비커스 경도 (Hv) 가 35 이상 400 이하이고, 상기 금속층의 두께가 5 ㎚ 이상 250 ㎚ 이하인, 접속 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 부품 및/또는 상기 제 2 전자 부품은 알루미늄 배선을 갖는, 접속 구조체.
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