KR20180024029A - 이방성 도전 재료 및 접속 구조체 - Google Patents

이방성 도전 재료 및 접속 구조체 Download PDF

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히로시 고바야시
아끼히꼬 다떼노
히데아끼 이시자와
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 전극간의 접속에 이용한 경우에 전극간의 접속이 용이하고, 도통 신뢰성을 높일 수 있는 이방성 도전 재료, 및 상기 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체를 제공한다. 본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 도전성 입자(1)와 결합제 수지를 포함한다. 도전성 입자(1)는 수지 입자(2)와, 이 수지 입자(2)의 표면(2a)을 피복하고 있는 도전층(3)을 갖는다. 도전층(3)의 적어도 외측의 표면층이 땜납층(5)이다. 본 발명에 관한 접속 구조체는 제1 접속 대상 부재와, 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1, 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비한다. 상기 접속부가 상기 이방성 도전 재료에 의해 형성되어 있다.

Description

이방성 도전 재료 및 접속 구조체 {ANISOTROPIC CONDUCTIVE MATERIAL AND CONNECTION STRUCTURE}
본 발명은 땜납층을 갖는 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료에 관한 것이며, 보다 상세하게는 예를 들면 전극간의 전기적인 접속에 이용할 수 있는 이방성 도전 재료, 및 상기 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체에 관한 것이다.
IC칩과 플렉시블 인쇄 회로 기판의 접속, 액정 구동용 IC칩간의 접속, 및 IC칩과 ITO 전극을 갖는 회로 기판의 접속 등에 도전성 입자가 이용되고 있다. 예를 들면, IC칩의 전극과 회로 기판의 전극의 사이에 도전성 입자를 배치한 후, 가열 및 가압에 의해 도전성 입자를 전극에 접촉시켜 상기 전극끼리를 전기적으로 접속할 수 있다.
또한, 상기 도전성 입자는 결합제 수지 중에 분산되어 이방성 도전 재료로서도 이용되고 있다.
상기 도전성 입자의 일례로서 하기 특허문헌 1에는 니켈 또는 유리에 의해 형성된 기재 입자와, 상기 기재 입자의 표면을 피복하고 있는 땜납층을 갖는 도전성 입자가 개시되어 있다. 이 도전성 입자는 중합체 매트릭스와 혼합되어 이방성 도전 재료로서 이용되고 있다.
하기 특허문헌 2에는 수지 입자와, 상기 수지 입자의 표면을 피복하고 있는 니켈 도금층과, 상기 니켈 도금층의 표면을 피복하고 있는 땜납층을 갖는 도전성 입자가 개시되어 있다.
일본 특허 제2769491호 공보 일본 특허 공개 (평)9-306231호 공보
특허문헌 1에 기재된 도전성 입자에서는 도전성 입자에서의 기재 입자의 재료가 유리 또는 니켈이기 때문에, 이방성 도전 재료에 있어서 도전성 입자가 침강하는 경우가 있다. 이로 인해, 도전 접속시에 이방성 도전 재료를 균일하게 도공할 수 없어 상하 전극간에 도전성 입자가 배치되지 않는 경우가 있다. 또한, 응집한 도전성 입자에 의해 가로 방향에 인접하는 전극간의 단락이 생기는 경우가 있다.
또한, 특허문헌 1에서는 도전성 입자에서의 기재 입자의 재료가 유리 또는 니켈인 구성이 기재되어 있는 것에 지나지 않으며, 구체적으로는 기재 입자를 니켈과 같은 강자성 금속에 의해 형성하는 것이 기재되어 있는 것에 지나지 않는다.
특허문헌 2에 기재된 도전성 입자는 결합제 수지에 분산되어 이용되고 있지 않다. 이 도전성 입자의 입경은 크기 때문에, 상기 도전성 입자는 결합제 수지에 분산된 이방성 도전 재료로서 이용하기 위해서는 바람직하지 않기 때문이다. 특허문헌 2의 실시예에서는 입경이 650㎛인 수지 입자의 표면을 도전층으로 피복하고 있고, 입경이 수백㎛인 도전성 입자를 얻고 있으며, 이 도전성 입자는 결합제 수지와 혼합된 이방성 도전 재료로서 이용되고 있지 않다.
특허문헌 2에서는 도전성 입자를 이용하여 접속 대상 부재의 전극간을 접속할 때에는, 하나의 전극 상에 하나의 도전성 입자를 놓고, 다음에 도전성 입자 상에 전극을 놓은 후 가열하고 있다. 가열에 의해 땜납층은 용융하여 전극과 접합한다. 그러나, 이와 같이 전극 상에 도전성 입자를 놓는 작업은 번잡하다. 또한, 접속 대상 부재간에는 수지층이 존재하지 않기 때문에 접속 신뢰성이 낮다.
본 발명의 목적은 전극간의 접속에 이용한 경우에 전극간의 접속이 용이하고, 도통 신뢰성을 높일 수 있는 이방성 도전 재료, 및 상기 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 한정적인 목적은 도전성 입자가 침강하기 어렵고, 상기 도전성 입자의 분산성을 높일 수 있는 이방성 도전 재료, 및 상기 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 넓은 국면에 따르면, 수지 입자와 이 수지 입자의 표면을 피복하고 있는 도전층을 갖는 도전성 입자와, 결합제 수지를 포함하고, 상기 도전층의 적어도 외측의 표면층이 땜납층인 이방성 도전 재료가 제공된다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 어느 특정한 국면에서는, 상기 도전성 입자의 비중과 상기 결합제 수지의 비중의 차가 6.0 이하이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 다른 특정한 국면에서는, 상기 도전성 입자의 비중이 1.0 내지 7.0이고, 상기 결합제 수지의 비중이 0.8 내지 2.0이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 도전성 입자의 평균 입경은 1 내지 100㎛이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 별도의 특정한 국면에서는 플럭스가 더 포함되어 있다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 다른 특정한 국면에서는, 상기 도전성 입자는 상기 수지 입자와 상기 땜납층의 사이에 상기 도전층의 일부로서 상기 땜납층과는 별도로 제1 도전층을 갖는다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 제1 도전층은 구리층이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료 100중량％ 중 상기 도전성 입자의 함유량은 1 내지 50중량％인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 별도의 특정한 국면에서는, 상기 이방성 도전 재료는 액상이고, 25℃ 및 5rpm에서의 점도는 1 내지 300Paㆍs이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 이방성 도전 재료는 액상이고, 25℃ 및 0.5rpm에서의 점도의 25℃ 및 5rpm에서의 점도에 대한 점도비가 1.1 내지 3.0이다.
본 발명에 관한 접속 구조체는 제1 접속 대상 부재와, 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1, 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고 있고, 상기 접속부가 본 발명에 따라 구성된 이방성 도전 재료에 의해 형성되어 있다.
본 발명에 관한 접속 구조체의 어느 특정한 국면에서는, 상기 제1 접속 대상 부재가 복수의 제1 전극을 갖고, 상기 제2 접속 대상 부재가 복수의 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 상기 이방성 도전 재료에 포함되어 있는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
본 발명에 관한 접속 구조체의 다른 특정한 국면에서는, 인접하는 복수의 상기 제1 전극의 전극간 거리가 200㎛ 이하이고, 인접하는 복수의 상기 제2 전극의 전극간 거리가 200㎛ 이하이고, 상기 도전성 입자의 평균 입경이 인접하는 복수의 상기 제1 전극의 전극간 거리의 1/4 이하이고, 인접하는 복수의 상기 제2 전극의 전극간 거리의 1/4 이하이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료에서는 특정한 상기 도전성 입자와 결합제 수지를 포함하기 때문에, 전극간의 접속에 이용한 경우에 전극간을 용이하게 접속할 수 있다. 또한, 상기 도전성 입자가 수지 입자와 이 수지 입자의 표면을 피복하고 있는 도전층을 가지며, 상기 도전층의 적어도 외측의 표면층이 땜납층이기 때문에 도통 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이방성 도전 재료에 포함되어 있는 도전성 입자를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도전성 입자의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체를 모식적으로 도시하는 정면 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 접속 구조체의 도전성 입자와 전극의 접속 부분을 확대하여 도시하는 정면 단면도이다.
이하, 본 발명의 상세를 설명한다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 도전성 입자와 결합제 수지를 포함한다. 상기 도전성 입자는 수지 입자와, 이 수지 입자의 표면을 피복하고 있는 도전층을 갖는다. 도전성 입자에서의 도전층의 적어도 외측의 표면층은 땜납층이다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 상기 구성을 구비하고 있기 때문에, 전극간의 접속에 이용한 경우에 전극간의 접속이 용이하다. 예를 들면, 접속 대상 부재 상에 설치된 전극 상에 도전성 입자를 1개씩 배치하지 않고, 접속 대상 부재 상에 이방성 도전 재료를 도공하는 것만으로 전극 상에 도전성 입자를 배치할 수 있다. 또한, 접속 대상 부재 상에 이방성 도전 재료층을 형성한 후, 상기 이방성 도전 재료층에 다른 접속 대상 부재를 전극이 대향하도록 적층하는 것만으로 전극간을 전기적으로 접속할 수 있다. 따라서, 접속 대상 부재의 전극 사이가 접속된 접속 구조체의 제조 효율을 높일 수 있다. 또한, 접속 대상 부재간에는 도전성 입자뿐만 아니라 결합제 수지도 존재하기 때문에, 접속 대상 부재를 견고하게 접착시킬 수 있어 접속 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 이방성 도전 재료를 전극간의 접속에 이용한 경우에 도통 신뢰성을 높일 수 있다. 도전성 입자에서의 도전층의 외측의 표면층이 땜납층이기 때문에, 예를 들면 가열에 의해 땜납층을 용융시킴으로써 땜납층과 전극의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 이방성 도전 재료에서는 도전층의 외측의 표면층이 금층 또는 니켈층 등의 땜납층 이외의 금속인 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료와 비교하여 도통 신뢰성을 높일 수 있다.
게다가, 도전성 입자에서의 기재 입자가 니켈 등의 금속 또는 유리에 의해 형성된 입자가 아니라 수지에 의해 형성된 수지 입자이기 때문에, 도전성 입자의 유연성을 높일 수 있다. 이로 인해, 도전성 입자에 접촉된 전극의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 수지 입자를 갖는 도전성 입자를 이용함으로써, 니켈 등의 금속 또는 유리에 의해 형성된 입자를 갖는 도전성 입자를 이용한 경우와 비교하여 상기 도전성 입자를 통하여 접속된 접속 구조체의 내충격성을 높일 수 있다.
또한, 도전성 입자의 비중과 결합제 수지의 비중의 차가 6.0 이하인 경우, 및 도전성 입자의 비중이 1.0 내지 7.0이며, 결합제 수지의 비중이 0.8 내지 2.0인 경우에는, 이방성 도전 재료에서의 도전성 입자의 침강을 현저하게 억제할 수 있다. 이로 인해, 접속 대상 부재 상에 이방성 도전 재료를 균일하게 도공할 수 있어 상하 전극간에 도전성 입자를 한층 더 확실하게 배치할 수 있다. 또한, 응집한 도전성 입자에 의해 접속되어서는 안되는 가로 방향에 인접하는 전극 사이가 접속되기 어려워 인접하는 전극간의 단락이 생기는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 전극간의 도통 신뢰성을 높일 수 있다.
(도전성 입자)
도 1에 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이방성 도전 재료에 포함되어 있는 도전성 입자를 단면도로 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 도전성 입자(1)는 수지 입자(2)와, 이 수지 입자(2)의 표면(2a)을 피복하고 있는 도전층(3)을 갖는다. 도전성 입자(1)는 수지 입자(2)의 표면(2a)이 도전층(3)에 의해 피복된 피복 입자이다. 따라서, 도전성 입자(1)는 도전층(3)을 표면(1a)에 갖는다.
도전층(3)은 수지 입자(2)의 표면(2a)을 피복하고 있는 제1 도전층(4)과, 상기 제1 도전층(4)의 표면(4a)을 피복하고 있는 땜납층(5)(제2 도전층)을 갖는다. 도전층(3)의 외측의 표면층이 땜납층(5)이다. 따라서, 도전성 입자(1)는 도전층(3)의 일부로서 땜납층(5)을 갖고, 또한 수지 입자(2)와 땜납층(5)의 사이에 도전층(3)의 일부로서 땜납층(5)과는 별도로 제1 도전층(4)을 갖는다. 이와 같이 도전층(3)은 다층 구조를 가질 수도 있고, 2층 또는 3층 이상의 다층 구조를 가질 수도 있다.
상기한 바와 같이 도전층(3)은 2층 구조를 갖는다. 도 2에 도시하는 변형예와 같이 도전성 입자(11)는 단층의 도전층으로서 땜납층(12)을 가질 수도 있다. 도전성 입자에서의 도전층의 적어도 외측의 표면층이 땜납층이면 된다. 단, 도전성 입자의 제작이 용이하기 때문에, 도전성 입자(1)와 도전성 입자(11) 중 도전성 입자(1)가 바람직하다.
수지 입자(2)의 표면(2a)에 도전층(3)을 형성하는 방법, 및 수지 입자(2)의 표면(2a) 또는 도전층의 표면에 땜납층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 도전층(3) 및 땜납층(5, 12)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 무전해 도금에 의한 방법, 전기 도금에 의한 방법, 물리적 증착에 의한 방법, 및 금속 분말 또는 금속 분말과 결합제를 포함하는 페이스트를 수지 입자의 표면에 코팅하는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 무전해 도금 또는 전기 도금이 바람직하다. 상기 물리적 증착에 의한 방법으로서는 진공 증착, 이온 플레이팅 및 이온 스퍼터링 등의 방법을 들 수 있다.
땜납층(5, 12)을 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 땜납층(5, 12)을 형성하는 방법은 전기 도금에 의한 방법이 바람직하다. 땜납층(5, 12)은 전기 도금에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
땜납층(5, 12)을 형성하는 방법으로서 물리적인 충돌에 의한 방법도 생산성을 높이는 관점에서 유효하다. 물리적인 충돌에 의해 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 시터 컴포저(도꾸쥬 고사꾸쇼사 제조)를 이용하여 코팅하는 방법이 있다.
땜납층을 구성하는 재료는 JIS Z3001: 용제 용어에 기초하여 액상선이 450℃ 이하인 용가재이면 특별히 한정되지 않는다. 땜납층의 조성으로서는, 예를 들면 아연, 금, 납, 구리, 주석, 비스무트, 인듐 등을 포함하는 금속 조성을 들 수 있다. 그 중에서도 저융점이고 납 프리인 주석-인듐계(117℃ 공정) 또는 주석-비스무트계(139℃ 공정)가 바람직하다. 즉, 땜납층은 납을 포함하지 않는 것이 바람직하며, 주석과 인듐을 포함하는 땜납층 또는 주석과 비스무트를 포함하는 땜납층인 것이 바람직하다.
종래, 도전층의 외측의 표면층에 땜납층을 갖는 도전성 입자의 입경은 수백㎛ 정도였다. 이것은 입경이 수십㎛이며, 도전층의 외측의 표면층에 땜납층을 갖는 도전성 입자를 얻고자 하여도 땜납층을 균일하게 형성할 수 없었기 때문이다. 이에 대하여, 무전해 도금시에 분산 조건을 최적화함으로써 땜납층을 형성한 경우에는, 도전성 입자의 입경이 수십㎛, 특히 입경이 1 내지 100㎛인 도전성 입자를 얻는 경우라도 수지 입자의 표면 또는 도전층의 표면에 땜납층을 균일하게 형성할 수 있다.
도전층(3) 중 땜납층과는 별도의 제1 도전층(4)은 금속에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 땜납층과는 별도의 제1 도전층을 구성하는 금속은 특별히 한정되지 않는다. 상기 금속으로서는, 예를 들면 금, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 아연, 납, 알루미늄, 코발트, 인듐, 니켈, 크롬, 티탄, 안티몬, 비스무트, 게르마늄 및 카드뮴, 및 이들의 합금 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속으로서 주석 도핑 산화인듐(ITO)도 이용할 수 있다. 상기 금속은 1종만이 이용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.
제1 도전층(4)은 니켈층, 팔라듐층, 구리층 또는 금층인 것이 바람직하고, 니켈층 또는 금층인 것이 보다 바람직하고, 구리층인 것이 더욱 바람직하다. 도전성 입자는 니켈층, 팔라듐층, 구리층 또는 금층을 갖는 것이 바람직하고, 니켈층 또는 금층을 갖는 것이 보다 바람직하고, 구리층을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 이들 바람직한 도전층을 갖는 도전성 입자를 전극간의 접속에 이용함으로써, 전극간의 접속 저항을 한층 더 낮출 수 있다. 또한, 이들 바람직한 도전층의 표면에는 땜납층을 한층 더 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 제1 도전층(4)은 땜납층일 수도 있다. 도전성 입자는 복수층의 땜납층을 가질 수도 있다.
땜납층(5, 12)의 두께는 5nm 내지 40,000nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 땜납층(5, 12)의 두께의 보다 바람직한 하한은 10nm, 더욱 바람직한 하한은 20nm이며, 보다 바람직한 상한은 30,000nm, 더욱 바람직한 상한은 20,000nm, 특히 바람직한 상한은 10,000nm이다. 땜납층(5, 12)의 두께가 상기 하한을 만족하면 도전성을 충분히 높일 수 있다. 도전층의 두께가 상기 상한을 만족하면 수지 입자(2)와 땜납층(5, 12)의 열팽창률의 차가 작아져 땜납층(5, 12)의 박리가 생기기 어려워진다.
도전층이 다층 구조를 갖는 경우에는, 도전층의 합계 두께(도전층(3)의 두께; 제1 도전층(4)과 땜납층(5)의 합계 두께)는 10nm 내지 40,000nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 도전층이 다층 구조를 갖는 경우의 상기 도전층의 합계 두께는 더욱 바람직한 상한은 30,000nm, 한층 더 바람직한 상한은 20,000nm, 특히 바람직한 상한은 10,000nm이다. 도전층이 다층 구조를 갖는 경우에는, 도전층의 합계 두께(도전층(3)의 두께; 제1 도전층(4)과 땜납층(5)의 합계 두께)는 10nm 내지 10,000nm의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 도전층이 다층 구조를 갖는 경우의 상기 도전층의 합계 두께의 더 바람직한 하한은 20nm, 특히 바람직한 하한은 30nm이며, 보다 바람직한 상한은 8,000nm, 특히 바람직한 상한은 7,000nm, 특히 바람직한 상한은 6,000nm, 가장 바람직한 상한은 5,000nm이다.
수지 입자(2)를 형성하기 위한 수지로서는, 예를 들면 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 요소 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 포화 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리아세탈, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리에테르술폰 등을 들 수 있다. 수지 입자(2)의 경도를 바람직한 범위로 용이하게 제어할 수 있기 때문에, 수지 입자(2)를 형성하기 위한 수지는 에틸렌성 불포화기를 갖는 중합성 단량체를 1종 또는 2종 이상 중합시킨 중합체인 것이 바람직하다.
도전성 입자(1, 11)의 평균 입경은 1㎛ 내지 100㎛의 범위 내인 것이 바람직하다. 도전성 입자(1, 11)의 평균 입경의 보다 바람직한 하한은 1.5㎛이며, 보다 바람직한 상한은 80㎛, 더욱 바람직한 상한은 50㎛, 특히 바람직한 상한은 40㎛이다. 도전성 입자(1, 11)의 평균 입경이 상기 하한 및 상한을 만족하면, 도전성 입자(1, 11)와 전극의 접촉 면적을 충분히 크게 할 수 있으며, 도전층을 형성할 때에 응집한 도전성 입자(1, 11)가 형성되기 어려워진다. 또한, 도전성 입자(1, 11)를 통하여 접속된 전극간의 간격이 지나치게 커지지 않으며, 도전층이 수지 입자(2)의 표면(2a)으로부터 박리되기 어려워진다.
이방성 도전 재료에서의 도전성 입자에 적합한 크기이며, 전극간의 간격을 한층 더 작게 할 수 있기 때문에, 도전성 입자(1, 11)의 평균 입경은 1㎛ 내지 100㎛의 범위 내인 것이 특히 바람직하다.
상기 수지 입자는 실장하는 기판의 전극 크기 또는 랜드 직경에 의해 구분하여 이용할 수 있다.
상하 전극간을 한층 더 확실하게 접속하며, 가로 방향에 인접하는 전극간의 단락을 한층 더 억제하는 관점에서는, 도전성 입자의 평균 입경 C의 수지 입자의 평균 입경 A에 대한 비(C/A)는 1.0 초과, 바람직하게는 2.0 이하이다. 또한, 상기 수지 입자와 상기 땜납층의 사이에 상기 제1 도전층이 있는 경우에, 땜납층을 제외한 도전성 입자 부분의 평균 입경 B에 대한 수지 입자의 평균 입경 A에 대한 비(B/A)는 1.0 초과, 바람직하게는 1.5 이하이다. 또한, 상기 수지 입자와 상기 땜납층의 사이에 상기 제1 도전층이 있는 경우에, 땜납층을 포함하는 도전성 입자의 평균 입경 C의 땜납층을 제외한 도전성 입자 부분의 평균 입경 B에 대한 비(C/B)는 1.0 초과, 바람직하게는 2.0 이하이다. 상기 비(B/A)가 상기 범위 내이거나 상기 비(C/B)가 상기 범위 내인 것으로 하면, 상하 전극간을 한층 더 확실하게 접속하며, 가로 방향에 인접하는 전극간의 단락을 한층 더 억제할 수 있다.
FOB 및 FOF 용도용 이방성 도전 재료:
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 플렉시블 인쇄 기판과 유리 에폭시 기판의 접속(FOB(Film on Board)), 또는 플렉시블 인쇄 기판과 플렉시블 인쇄 기판의 접속(FOF(Film on Film))에 바람직하게 이용된다.
FOB 및 FOF 용도에서는, 전극이 있는 부분(라인)과 전극이 없는 부분(스페이스)의 치수인 L&S는 일반적으로 100 내지 500㎛이다. FOB 및 FOF 용도로 이용하는 수지 입자의 평균 입경은 10 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 수지 입자의 평균 입경이 10㎛ 이상이면, 전극간에 배치되는 이방성 도전 재료 및 접속부의 두께가 충분히 두꺼워져 접착력이 한층 더 높아진다. 수지 입자의 평균 입경이 100㎛ 이하이면, 인접하는 전극간에서 단락이 한층 더 생기기 어려워진다.
플립 칩 용도용 이방성 도전 재료:
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 플립 칩 용도에 바람직하게 이용된다.
플립 칩 용도에서는 일반적으로 랜드 직경이 15 내지 80㎛이다. 플립 칩 용도로 이용하는 수지 입자의 평균 입경은 1 내지 15㎛인 것이 바람직하다. 수지 입자의 평균 입경이 1㎛ 이상이면, 이 수지 입자의 표면 상에 배치되는 땜납층의 두께를 충분히 두껍게 할 수 있고, 전극간을 한층 더 확실하게 전기적으로 접속할 수 있다. 수지 입자의 평균 입경이 10㎛ 이하이면, 인접하는 전극간에서 단락이 한층 더 생기기 어려워진다.
COF용 이방성 도전 재료:
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 반도체 칩과 플렉시블 인쇄 기판의 접속(COF(Chip on Film))에 바람직하게 이용된다.
COF 용도에서는 전극이 있는 부분(라인)과 전극이 없는 부분(스페이스)의 치수인 L&S는 일반적으로 10 내지 50㎛이다. COF 용도로 이용하는 수지 입자의 평균 입경은 1 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 수지 입자의 평균 입경이 1㎛ 이상이면, 이 수지 입자의 표면 상에 배치되는 땜납층의 두께를 충분히 두껍게 할 수 있고, 전극간을 한층 더 확실하게 전기적으로 접속할 수 있다. 수지 입자의 평균 입경이 10㎛ 이하이면, 인접하는 전극간에서 단락이 한층 더 생기기 어려워진다.
수지 입자(2) 및 도전성 입자(1, 11)의 「평균 입경」은 수 평균 입경을 나타낸다. 수지 입자(2) 및 도전성 입자(1, 11)의 평균 입경은, 임의의 도전성 입자 50개를 전자 현미경 또는 광학 현미경으로 관찰하여 평균치를 산출함으로써 구해진다.
(이방성 도전 재료)
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 상술한 도전성 입자와 결합제 수지를 포함한다. 즉, 본 발명에 관한 이방성 도전 재료에 포함되어 있는 도전성 입자는 수지 입자와, 이 수지 입자의 표면을 피복하고 있는 도전층을 가지며, 도전층의 적어도 외측의 표면층이 땜납층이다. 본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 액상인 것이 바람직하고, 이방성 도전 페이스트인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료가 액상인 경우, 25℃ 및 5rpm에서의 점도 η5가 1 내지 300Paㆍs인 것이 바람직하다. 또한, 25℃ 및 0.5rpm에서의 점도 η0.5(Paㆍs)의 25℃ 및 5rpm에서의 점도 η5(Paㆍs)에 대한 점도비(η0.5/η5)는 1.1 내지 3.0인 것이 바람직하다. 상기 점도 η5 및 상기 점도비(η0.5/η5)가 상기 범위 내이면, 이방성 도전 재료의 디스펜서 등에 의한 도포성이 한층 더 양호해진다. 또한, 상기 점도 η5 및 점도 η0.5는 E형 점도계를 이용하여 측정된 값이다.
상기 결합제 수지는 특별히 한정되지 않는다. 상기 결합제 수지로서, 예를 들면 절연성 수지가 이용된다. 상기 결합제 수지로서는, 예를 들면 비닐 수지, 열가소성 수지, 경화성 수지, 열가소성 블록 공중합체 및 엘라스토머 등을 들 수 있다. 상기 결합제 수지는 1종만이 이용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.
상기 비닐 수지의 구체예로서는 아세트산 비닐 수지, 아크릴 수지 및 스티렌 수지 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지의 구체예로서는 폴리올레핀 수지, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 및 폴리아미드 수지 등을 들 수 있다. 상기 경화성 수지의 구체예로서는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 또한, 상기 경화성 수지는 상온 경화형 수지, 열경화형 수지, 광경화형 수지 또는 습기 경화형 수지일 수도 있다. 상기 열가소성 블록 공중합체의 구체예로서는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물, 및 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물 등을 들 수 있다. 상기 엘라스토머의 구체예로서는 스티렌-부타디엔 공중합 고무 및 아크릴로니트릴-스티렌 블록 공중합 고무 등을 들 수 있다.
상기 결합제 수지는 열경화성 수지인 것이 바람직하다. 이 경우에는 전극간을 전기적으로 접속할 때의 가열에 의해 도전성 입자의 땜납층을 용융시킴과 함께 결합제 수지를 경화시킬 수 있다. 이로 인해, 땜납층에 의한 전극간의 접속과, 결합제 수지에 의한 접속 대상 부재의 접속을 동시에 행할 수 있다.
상기 결합제 수지는 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 이 경우에는 접속 구조체에서의 접속 신뢰성이 한층 더 양호해진다. 또한, 플렉시블 기판 등의 유연성을 갖는 접속 대상 부재를 접속하는 경우에, 박리 강도를 향상시키기 위해서는 경화 후의 수지는 저탄성 영역에 설계한 쪽이 좋다. 이 관점에서 이방성 도전 재료에 이용하는 결합제 수지의 25℃에서의 탄성률은 3000MPa 이하인 것이 바람직하다. 상기 탄성률이 상기 상한 이하이면, 박리 응력이 가해졌을 때에 단부에서의 응력이 분산되어 접착력이 높아진다. 이방성 도전 재료에 이용하는 결합제 수지의 25℃에서의 탄성률은 보다 바람직하게는 2500MPa 이하, 더욱 바람직하게는 2000MPa 이하이다. 또한, 박리 강도를 향상시키기 위하여 이방성 도전 재료에 이용하는 결합제 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 바람직하게는 10℃ 이상, 바람직하게는 70℃ 이하이다.
상기 탄성률을 적절한 범위로 하는 것이 가능한 에폭시 수지로서는 특별히 한정되지 않지만, 유연성을 갖는 에폭시 수지를 들 수 있다. 유연성을 갖는 에폭시 수지는, 예를 들면 지방족 폴리에테르 골격을 갖는 에폭시 수지인 것이 바람직하고, 지방족 폴리에테르 골격과 글리시딜에테르기를 갖는 에폭시 수지인 것이 보다 바람직하다.
상기 지방족 폴리에테르 골격은 알킬렌글리콜 골격인 것이 바람직하다. 상기 알킬렌글리콜 골격으로서는 폴리프로필렌글리콜 골격 및 폴리테트라메틸렌글리콜 골격 등을 들 수 있다. 이러한 골격을 갖는 에폭시 수지로서는, 예를 들면 폴리테트라메틸렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르 및 폴리헥사메틸렌글리콜디글리시딜에테르 등을 들 수 있다.
상기 유연성을 갖는 에폭시 수지의 시판품으로서는, 예를 들면 에포고세 PT(욧까이찌 고세 제조), EX-841(나가세 켐텍스사 제조), YL7175-500(미쯔비시 가가꾸사 제조), YL7175-1000(미쯔비시 가가꾸사 제조), EP-4000S(아데카사 제조), EP-4000L(아데카사 제조), EP-4003S(아데카사 제조), EP-4010S(아데카사 제조), EXA-4850-150(DIC사 제조) 및 EXA-4850-1000(DIC사 제조) 등을 들 수 있다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 결합제 수지를 경화시키기 위하여 경화제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 경화제는 특별히 한정되지 않는다. 상기 경화제로서는 이미다졸 경화제, 아민 경화제, 페놀 경화제, 폴리티올 경화제 및 산 무수물 경화제 등을 들 수 있다. 경화제는 1종만이 이용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.
또한, 이방 도전성 재료가 액상인 경우 등에, 접속시에 액상의 이방성 도전 재료가 비어져 나와 의도하지 않은 영역에 배치되는 것을 억제하는 관점에서, 필요에 따라 이방성 도전 재료에 광을 조사 또는 열을 부여함으로써 B 스테이지 상태로 한 쪽이 유효한 경우가 있다. 예를 들면 (메트)아크릴로일기를 갖는 수지와, 광 또는 열에 의해 라디칼을 발생시키는 화합물을 이방성 도전 재료 중에 배합함으로써 이방성 도전 재료를 B 스테이지 상태로 하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 플럭스를 더 포함하는 것이 바람직하다. 플럭스의 사용에 의해 땜납층의 표면에 산화 피막이 형성되기 어려워지고, 또한 땜납층 또는 전극 표면에 형성된 산화 피막을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 플럭스는 특별히 한정되지 않는다. 플럭스로서 땜납 접합 등에 일반적으로 이용되고 있는 플럭스를 사용할 수 있다. 플럭스로서는 예를 들면 염화아연, 염화아연과 무기 할로겐화물의 혼합물, 염화아연과 무기산의 혼합물, 용융염, 인산, 인산의 유도체, 유기 할로겐화물, 히드라진, 유기산 및 송지(松脂) 등을 들 수 있다. 플럭스는 1종만이 이용될 수도 있고, 2종 이상이 병용될 수도 있다.
상기 용융염으로서는 염화암모늄 등을 들 수 있다. 상기 유기산으로서는 락트산, 시트르산, 스테아르산, 글루탐산 및 히드라진 등을 들 수 있다. 상기 송지로서는 활성화 송지 및 비활성화 송지 등을 들 수 있다. 상기 플럭스는 송지인 것이 바람직하다. 송지의 사용에 의해 전극간의 접속 저항을 낮출 수 있다.
상기 송지는 아비에트산을 주성분으로 하는 로진류이다. 플럭스는 로진류인 것이 바람직하고, 아비에트산인 것이 보다 바람직하다. 이 바람직한 플럭스의 사용에 의해 전극간의 접속 저항을 한층 더 낮출 수 있다.
상기 플럭스는 결합제 수지 중에 분산되어 있을 수도 있고, 도전성 입자의 표면 상에 부착되어 있을 수도 있다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 플럭스의 활성도를 조정하기 위하여 염기성 유기 화합물을 포함할 수도 있다. 상기 염기성 유기 화합물로서는 염산 아닐린 및 염산 히드라진 등을 들 수 있다.
상기 도전성 입자의 비중과 상기 결합제 수지의 비중의 차는 6.0 이하인 것이 바람직하다. 이 경우에는 이방성 도전 재료의 보관시에 도전성 입자가 침강하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 접속 대상 부재 상에 이방성 도전 재료를 균일하게 도공할 수 있어 상하 전극간에 도전성 입자를 한층 더 확실하게 배치시킬 수 있으며, 응집한 도전성 입자에 의한 가로 방향에 인접하는 전극간의 단락의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 전극간의 도통 신뢰성을 높일 수 있다.
상기 도전성 입자의 비중이 1.0 내지 7.0이며, 상기 결합제 수지의 비중이 0.8 내지 2.0인 것이 바람직하다. 이 경우에도 이방성 도전 재료의 보관시에 도전성 입자가 침강하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 상하 전극간에 도전성 입자를 한층 더 확실하게 배치할 수 있다. 또한, 응집한 도전성 입자에 의해 가로 방향에 인접하는 전극간의 단락이 생기는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 전극간의 도통 신뢰성을 높일 수 있다.
상기 도전성 입자의 비중과 상기 결합제 수지의 비중의 차가 6.0 이하이고, 상기 도전성 입자의 비중이 1.0 내지 7.0이며, 상기 결합제 수지의 비중이 0.8 내지 2.0인 것이 특히 바람직하다.
이방성 도전 재료의 보관시에 도전성 입자가 침강하는 것을 한층 더 억제하는 관점에서는, 이방성 도전 재료 100중량％ 중 상기 결합제 수지의 함유량은 30 내지 99.99중량％의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 결합제 수지의 함유량의 보다 바람직한 하한은 50중량％, 더욱 바람직한 하한은 80중량％이며, 보다 바람직한 상한은 99중량％이다. 상기 결합제 수지의 함유량이 상기 하한 및 상한을 만족하면, 도전성 입자의 침강이 한층 더 생기기 어려워지며, 이방성 도전 재료에 의해 접속된 접속 대상 부재의 접속 신뢰성을 한층 더 높일 수 있다.
경화제를 이용하는 경우에는, 상기 결합제 수지(경화성 성분) 100중량부에 대하여 상기 경화제의 함유량은 0.01 내지 100중량부의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 경화제의 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.1중량부이며, 보다 바람직한 상한은 50중량부, 더욱 바람직한 상한은 20중량부이다. 상기 경화제의 함유량이 상기 하한 및 상한을 만족하면, 상기 결합제 수지를 충분히 경화시킬 수 있고, 또한 경화 후에 경화제에 유래하는 잔사가 생기기 어려워진다.
또한, 상기 경화제가 당량 반응하는 경화제인 경우, 상기 결합제 수지(경화성 성분)의 경화성 관능기 100당량에 대하여, 상기 경화제의 관능기 당량은 바람직하게는 30당량 이상이며, 바람직하게는 110당량 이하이다.
이방성 도전 재료 100중량％ 중 상기 도전성 입자의 함유량은 1 내지 50중량％의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 도전성 입자의 함유량의 보다 바람직한 하한은 2중량％이며, 보다 바람직한 상한은 45중량％이다. 상기 도전성 입자의 함유량이 상기 하한 및 상한을 만족하면, 도전성 입자의 침강이 한층 더 생기기 어려워지며, 전극간의 도통 신뢰성을 한층 더 높일 수 있다.
이방성 도전 재료 100중량％ 중 플럭스의 함유량은 0 내지 30중량％의 범위 내인 것이 바람직하다. 이방성 도전 재료는 플럭스를 포함하고 있지 않을 수도 있다. 플럭스의 함유량의 보다 바람직한 하한은 0.5중량％이며, 보다 바람직한 상한은 25중량％이다. 플럭스의 함유량이 상기 하한 및 상한을 만족하면, 땜납층의 표면에 산화 피막이 한층 더 형성되기 어려워지고, 또한 땜납층 또는 전극 표면에 형성된 산화 피막을 한층 더 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 플럭스의 함유량이 상기 하한 이상이면, 플럭스의 첨가 효과가 한층 더 효과적으로 발현된다. 상기 플럭스의 함유량이 상기 상한 이하이면, 경화물의 흡습성이 한층 더 낮아지고, 접속 구조체의 신뢰성이 한층 더 높아진다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는, 예를 들면 충전제, 증량제, 연화제, 가소제, 중합 촉매, 경화 촉매, 착색제, 산화 방지제, 열 안정제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 윤활제, 대전 방지제 또는 난연제 등의 각종 첨가제를 더 포함하고 있을 수도 있다.
상기 충전제로서는 무기 입자 등을 들 수 있다. 본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 무기 입자를 포함하는 것이 바람직하며, 표면 처리된 무기 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 상기 점도 η0.5 및 상기 점도비(η0.5/η5)를 상술한 바람직한 값으로 용이하게 제어 가능하다.
상기 표면 처리된 무기 입자로서는 DM-10, DM-30, MT-10, ZD-30ST, HM-20L, PM-20L, QS-40 및 KS-20S(도꾸야마사 제조), R-972, RX-200, R202 및 R-976(데구사(Degussa)사 제조), 페닐실란 커플링제 표면 처리 실리카 및 페닐실란 커플링제 처리 미립자 실리카(애드마텍스사 제조) 및 UFP-80(덴끼 가가꾸사 제조) 등을 들 수 있다.
상기 점도 η0.5 및 상기 점도비(η0.5/η5)를 상술한 바람직한 값으로 용이하게 제어하는 관점에서는, 상기 결합제 수지 100중량부에 대하여 상기 무기 입자의 함유량은 바람직하게는 1중량부 이상이며, 바람직하게는 10중량부 이하이다.
상기 결합제 수지 중에 도전성 입자를 분산시키는 방법은, 종래 공지된 분산 방법을 이용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 상기 결합제 수지 중에 도전성 입자를 분산시키는 방법으로서는, 예를 들면 결합제 수지 중에 도전성 입자를 첨가한 후 유성식 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법, 도전성 입자를 물 또는 유기 용제 중에 균질기 등을 이용하여 균일하게 분산시킨 후 결합제 수지 중에 첨가하여 유성식 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법, 및 결합제 수지를 물 또는 유기 용제 등으로 희석한 후 도전성 입자를 첨가하여 유성식 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 이방성 도전 페이스트 또는 이방성 도전 필름 등으로서 사용할 수 있다. 상기 이방성 도전 페이스트는 이방성 도전 잉크 또는 이방성 도전 점접착제일 수도 있다. 또한, 상기 이방성 도전 필름에는 이방성 도전 시트가 포함된다. 본 발명의 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료가 이방성 도전 필름 등의 필름상의 접착제로서 사용되는 경우에는, 상기 도전성 입자를 포함하는 필름상의 접착제에 도전성 입자를 포함하지 않는 필름상의 접착제가 적층되어 있을 수도 있다. 단, 상술한 바와 같이 본 발명에 관한 이방성 도전 재료는 액상인 것이 바람직하고, 이방성 도전 페이스트인 것이 바람직하다.
(접속 구조체)
본 발명에 관한 이방성 도전 재료를 이용하여 접속 대상 부재를 접속함으로써 접속 구조체를 얻을 수 있다.
상기 접속 구조체는 제1 접속 대상 부재와, 제2 접속 대상 부재와, 제1, 제2 접속 대상 부재를 전기적으로 접속하고 있는 접속부를 구비하고, 상기 접속부가 본 발명에 관한 이방성 도전 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 접속 대상 부재가 복수의 제1 전극을 갖고, 상기 제2 접속 대상 부재가 복수의 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 상기 이방성 도전 재료에 포함되어 있는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
인접하는 복수의 상기 제1 전극의 전극간 거리가 200㎛ 이하이고, 인접하는 복수의 상기 제2 전극의 전극간 거리가 200㎛ 이하이고, 상기 도전성 입자의 평균 입경이, 인접하는 복수의 상기 제1 전극의 전극간 거리의 1/4 이하이고, 인접하는 복수의 상기 제2 전극의 전극간 거리의 1/4 이하인 것이 바람직하다. 이 경우에는 가로 방향에 인접하는 전극간의 단락을 한층 더 억제할 수 있다. 또한, 상기 전극간 거리란 전극이 없는 부분(스페이스)의 치수이다.
도 3에 본 발명의 일 실시 형태에 관한 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체를 모식적으로 정면 단면도로 도시한다.
도 3에 도시하는 접속 구조체(21)는 제1 접속 대상 부재(22)와, 제2 접속 대상 부재(23)와, 제1, 제2 접속 대상 부재(22, 23)를 접속하고 있는 접속부(24)를 구비한다. 접속부(24)는 도전성 입자(1)를 포함하는 이방성 도전 재료를 경화시킴으로써 형성되어 있다. 또한, 도 3에서는 도전성 입자(1)는 도시의 편의상 개략도적으로 도시되어 있다.
제1 접속 대상 부재(22)는 상면(22a)에 복수의 제1 전극(22b)을 갖는다. 제2 접속 대상 부재(23)는 하면(23a)에 복수의 제2 전극(23b)을 갖는다. 제1 전극(22b)과 제2 전극(23b)이 1개 또는 복수의 도전성 입자(1)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 제1, 제2 접속 대상 부재(22, 23)가 도전성 입자(1)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
상기 접속 구조체의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 접속 구조체의 제조 방법의 일례로서는 제1 접속 대상 부재와 제2 접속 대상 부재의 사이에 상기 이방성 도전 재료를 배치하여 적층체를 얻은 후, 상기 적층체를 가열 및 가압하는 방법 등을 들 수 있다. 가열 및 가압에 의해 도전성 입자(1)의 땜납층(5)이 용융하여 상기 도전성 입자(1)에 의해 전극 사이가 전기적으로 접속된다. 또한, 결합제 수지가 열경화성 수지인 경우에는, 결합제 수지가 경화하여 경화한 결합제 수지에 의해 제1, 제2 접속 대상 부재(22, 23)가 접속된다.
상기 가압의 압력은 9.8×104 내지 4.9×106Pa 정도이다. 상기 가열의 온도는 120 내지 220℃ 정도이다.
도 4에 도 3에 도시하는 접속 구조체(21)에서의 도전성 입자(1)와 제1, 제2 전극(22b, 23b)의 접속 부분을 확대하여 정면 단면도로 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 접속 구조체(21)에서는 상기 적층체를 가열 및 가압함으로써 도전성 입자(1)의 땜납층(5)이 용융된 후, 용융된 땜납층 부분(5a)이 제1, 제2 전극(22b, 23b)과 충분히 접촉한다. 즉, 표면층이 땜납층(5)인 도전성 입자를 이용함으로써, 도전층의 표면층이 니켈, 금 또는 구리 등의 금속인 도전성 입자를 이용한 경우와 비교하여 도전성 입자(1)와 전극(22b, 23b)의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 이로 인해 접속 구조체(21)의 도통 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 가열에 의해 일반적으로 플럭스는 점차 실활한다.
상기 접속 대상 부재로서는, 구체적으로는 반도체 칩, 컨덴서 및 다이오드 등의 전자 부품, 및 인쇄 기판, 플렉시블 인쇄 기판 및 유리 기판 등의 회로 기판인 전자 부품을 들 수 있다. 상기 이방성 도전 재료는 전자 부품을 접속하기 위한 이방성 도전 재료인 것이 바람직하다. 상기 이방성 도전 재료는 액상이며, 액상의 상태에서 접속 대상 부재의 상면에 도공되는 이방성 도전 재료인 것이 바람직하다.
상기 접속 대상 부재에 설치되어 있는 전극으로서는 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극, 알루미늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극 및 텅스텐 전극 등의 금속 전극을 들 수 있다. 상기 접속 대상 부재가 플렉시블 인쇄 기판인 경우에는, 상기 전극은 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극 또는 구리 전극인 것이 바람직하다. 상기 접속 대상 부재가 유리 기판인 경우에는, 상기 전극은 알루미늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극 또는 텅스텐 전극인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전극이 알루미늄 전극인 경우에는, 알루미늄만으로 형성된 전극일 수도 있고, 금속 산화물층의 표면에 알루미늄층이 적층된 전극일 수도 있다. 상기 금속 산화물로서는 3가의 금속 원소가 도핑된 산화인듐 및 3가의 금속 원소가 도핑된 산화아연 등을 들 수 있다. 상기 3가의 금속 원소로서는 Sn, Al 및 Ga 등을 들 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되지 않는다.
(실시예 1)
(1) 도전성 입자의 제작
평균 입경 20㎛의 디비닐벤젠 수지 입자(세끼스이 가가꾸 고교사 제조, 마이크로 펄 SP-220)를 무전해 니켈 도금하고, 수지 입자의 표면 상에 두께 0.1㎛의 바탕 니켈 도금층을 형성하였다. 이어서, 바탕 니켈 도금층이 형성된 수지 입자를 전해 구리 도금하여 두께 1㎛의 구리층을 형성하였다. 또한, 주석 및 비스무트를 함유하는 전해 도금액을 이용하여 전해 도금하여 두께 1㎛의 땜납층을 형성하였다. 이와 같이 하여 수지 입자의 표면 상에 두께 1㎛의 구리층이 형성되어 있고, 상기 구리층의 표면에 두께 1㎛의 땜납층(주석:비스무트=43중량％:57중량％)이 형성되어 있는 도전성 입자 A를 제작하였다.
(2) 이방성 도전 재료의 제작
결합제 수지로서 TEPIC-PAS B22(닛산 가가꾸 고교사 제조, 비중 1.2) 100중량부, 경화제로서 TEP-2E4MZ(닛본 소다사 제조) 15중량부, 로진 5중량부를 배합하고, 추가로 얻어진 도전성 입자 A 10중량부를 첨가한 후, 유성식 교반기를 이용하여 2000rpm에서 5분간 교반함으로써 이방성 도전 페이스트인 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 2)
주석 및 비스무트를 함유하는 전해 도금액을 이용하여 전해 도금하여 땜납층의 두께를 3㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 3)
주석 및 비스무트를 함유하는 전해 도금액을 이용하여 전해 도금하여 땜납층의 두께를 5㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 4)
수지 입자를 평균 입경 30㎛의 디비닐벤젠 수지 입자(세끼스이 가가꾸 고교사 제조, 마이크로 펄 SP230)로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 5)
수지 입자를 평균 입경 30㎛의 디비닐벤젠 수지 입자(세끼스이 가가꾸 고교사 제조, 마이크로 펄 SP-230)로 변경한 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 6)
수지 입자를 평균 입경 30㎛의 디비닐벤젠 수지 입자(세끼스이 가가꾸 고교사 제조, 마이크로 펄 SP-230)로 변경한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 7)
주석 및 비스무트를 함유하는 전해 도금액을 이용하여 전해 도금하여 땜납층의 두께를 7㎛로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 8)
(1) 도전성 입자의 제작
주석 및 비스무트를 함유하는 전해 도금액을 이용하여 평균 입경 20㎛의 디비닐벤젠 수지 입자(세끼스이 가가꾸 고교사 제조, 마이크로 펄 SP-220)를 전해 도금하여 수지 입자의 표면 상에 두께 1㎛의 땜납층을 형성하였다. 이와 같이 하여 수지 입자의 표면 상에 두께 1㎛의 땜납층(주석:비스무트=43중량％:57중량％)이 형성되어 있는 도전성 입자 B를 제작하였다.
(2) 이방성 도전 재료의 제작
도전성 입자 A를 도전성 입자 B로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 9)
도전성 입자 A의 배합량을 10중량부로부터 1중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 10)
도전성 입자 A의 배합량을 10중량부로부터 30중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 11)
도전성 입자 A의 배합량을 10중량부로부터 80중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 12)
도전성 입자 A의 배합량을 10중량부로부터 150중량부로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 13)
로진을 첨가하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 14)
수지 입자를 평균 입경 40㎛의 디비닐벤젠 수지 입자로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 15)
수지 입자를 평균 입경 10㎛의 디비닐벤젠 수지 입자로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 16)
결합제 수지를 TEPIC-PAS B22(닛산 가가꾸 고교사 제조, 비중 1.2)로부터 EXA-4850-150(DIC사 제조, 비중 1.2)으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 17)
퓸드 실리카로서 PM-20L(도꾸야마사 제조) 0.5중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 16과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 18)
퓸드 실리카로서 PM-20L(도꾸야마사 제조) 2중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 16과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 19)
퓸드 실리카로서 PM-20L(도꾸야마사 제조) 4중량부를 첨가한 것 이외에는 실시예 16과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(실시예 20)
(1) 도전성 입자의 제작
평균 입경 20㎛의 디비닐벤젠 수지 입자(세끼스이 가가꾸 고교사 제조, 마이크로 펄 SP-220)를 무전해 니켈 도금하여 수지 입자의 표면 상에 두께 0.1㎛의 바탕 니켈 도금층을 형성하였다. 또한, 주석 및 비스무트를 함유하는 전해 도금액을 이용하여 전해 도금하여 두께 1㎛의 땜납층을 형성하였다. 이와 같이 하여 수지 입자의 표면 상에 두께 1㎛의 땜납층(주석:비스무트=43중량％:57중량％)이 형성되어 있는 도전성 입자 C를 제작하였다.
(2) 이방성 도전 재료의 제작
도전성 입자 A를 도전성 입자 C로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 도전성 입자 및 이방성 도전 재료를 얻었다.
(비교예 1)
땜납 입자(주석:비스무트=43중량％:57중량％, 평균 입경 15㎛)를 준비하여 상기 땜납 입자를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 이방성 도전 재료를 얻었다.
(평가)
(1) 이방성 도전 재료의 점도
이방성 도전 재료를 제작한 후, 25℃에서 72시간 보관하였다. 보관 후에 이방성 도전 재료를 교반하여 도전성 입자가 침강하지 않은 상태에서 이방성 도전 재료의 점도를 측정하였다.
E형 점도 측정 장치(도끼 산교(TOKI SANGYO CO. LTD)사 제조, 상품명: 비스코미터(VISCOMETER) TV-22, 사용 로터: φ15mm, 온도: 25℃)를 이용하여 25℃ 및 5rpm에서의 점도 η5를 측정하였다. 또한, 마찬가지로 25℃ 및 0.5rpm에서의 점도 η0.5를 측정하여 점도비(η0.5/η5)를 구하였다.
(2) 저장 안정성
이방성 도전 재료를 제작한 후, 25℃에서 72시간 보관하였다. 보관 후에 이방성 도전 재료에 있어서 도전성 입자가 침강되어 있는지의 여부를 육안으로 관찰하였다. 도전성 입자가 침강하지 않은 경우를 「○」, 침강한 경우를 「×」로 하여 결과를 하기 표 1, 2에 나타내었다.
(3) 접속 구조체의 제작
L/S가 200㎛/200㎛인 금 전극 패턴이 상면에 형성된 FR4 기판을 준비하였다. 또한, L/S가 200㎛/200㎛인 금 전극 패턴이 하면에 형성된 폴리이미드 기판(플렉시블 기판)을 준비하였다. 또한, 이방성 도전 재료를 제작한 후, 25℃에서 72시간 보관하였다.
상기 FR4 기판의 상면에 25℃에서 72시간 보관한 후의 이방성 도전 재료를 교반하지 않고, 두께 50㎛가 되도록 도공하여 이방성 도전 재료층을 형성하였다.
다음에, 이방성 도전 재료층의 상면에 폴리이미드 기판(플렉시블 기판)을 전극끼리 대향하도록 적층하였다. 그 후, 이방성 도전 재료층의 온도가 200℃가 되도록 헤드의 온도를 조정하면서 반도체 칩의 상면에 가압 가열 헤드를 싣고 2.0MPa의 압력을 걸어 땜납을 용융시키며, 이방성 도전 재료층을 185℃에서 경화시켜 접속 구조체(교반 전의 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체)를 얻었다.
또한, 25℃에서 72시간 보관한 후의 이방성 도전 재료를 교반하여 도전성 입자를 재차 분산시킨 이방성 도전 재료를 이용하여, 상기한 바와 같이 하여 접속 구조체(교반 후의 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체)를 얻었다.
(4) 가로 방향에 인접하는 전극간의 절연성 시험
얻어진 접속 구조체에 있어서, 인접하는 전극간의 누설 유무를 테스터로 저항을 측정함으로써 평가하였다. 저항이 500MΩ 이하인 경우를 「×」로 하고, 저항이 500MΩ 초과 1000MΩ 미만인 경우를 「△」로 하고, 저항이 1000MΩ를 초과 하는 경우를 「○」로 하여 하기 표 1, 2에 나타내었다.
(5) 상하 전극간의 도통 시험
얻어진 접속 구조체의 상하 전극간의 접속 저항을 각각 4단자법에 의해 측정하였다. 2개의 접속 저항의 평균치를 산출하였다. 또한, 전압=전류×저항의 관계로부터 일정한 전류를 흘렸을 때의 전압을 측정함으로써 접속 저항을 구할 수 있다. 접속 저항의 평균치가 1.2Ω 이하인 경우를 「○」, 1.2 초과 2Ω 미만인 경우를 「△」, 접속 저항의 평균치가 2Ω를 초과하는 경우를 「×」로 하여 결과를 하기 표 1, 2에 나타내었다.
(6) 내충격 시험
L/S가 100㎛/100㎛인 금 전극 패턴이 상면에 형성된 FR4 기판을 준비하였다. 또한, L/S가 100㎛/100㎛인 금 전극 패턴이 하면에 형성된 반도체 칩을 준비하였다. 또한, 이방성 도전 재료를 제작한 후, 25℃에서 72시간 보관하였다.
상기 FR4 기판의 상면에 25℃에서 72시간 보관한 후의 이방성 도전 재료를 교반하지 않고, 두께 50㎛가 되도록 도공하여 이방성 도전 재료층을 형성하였다.
다음에, 이방성 도전 재료층의 상면에 반도체 칩을 전극끼리 대향하도록 적층하였다. 그 후, 이방성 도전 재료층의 온도가 200℃가 되도록 헤드의 온도를 조정하면서 반도체 칩의 상면에 가압 가열 헤드를 싣고 2.0MPa의 압력을 걸어 땜납을 용융시키며, 이방성 도전 재료층을 185℃에서 경화시켜 접속 구조체(교반 전의 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체)를 얻었다.
또한, 25℃에서 72시간 보관한 후의 이방성 도전 재료를 교반하여 도전성 입자를 재차 분산시킨 이방성 도전 재료를 이용하여, 상기한 바와 같이 하여 접속 구조체(교반 후의 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체)를 얻었다.
또한, 이 기판을 높이 70cm의 위치로부터 낙하시켜 각 땜납 접합부의 도통을 확인함으로써 내충격성의 평가를 행하였다. 초기 저항치로부터의 저항치의 상승률이 30％ 이하인 경우를 「○」, 초기 저항치로부터의 저항치의 상승률이 30％ 초과 50％ 이하인 경우를 「△」, 초기 저항치로부터의 저항치의 상승률이 50％를 초과하는 경우를 「×」로 하여 결과를 하기 표 1, 2에 나타내었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1, 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 20의 도전성 입자를 재차 분산시킨 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체에서는, 가로 방향에 인접하는 전극간의 누설이 없고, 상하 전극 사이가 충분하게 접속되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 20의 이방성 도전 재료에서는 장기간 보관되어도 도전성 입자가 침강하기 어렵고, 저장 안정성이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 20의 수지 입자를 갖는 도전성 입자를 포함하는 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체에서는, 비교예 1의 땜납 입자를 포함하는 이방성 도전 재료를 이용한 접속 구조체와 비교하여 도전성 입자가 코어에 유연성이 높은 수지 입자를 갖기 때문에, 도전성 입자에 접촉한 전극이 손상받기 어려우며 내충격성이 우수하다.
1: 도전성 입자
1a: 표면
2: 수지 입자
2a: 표면
3: 도전층
4: 제1 도전층
4a: 표면
5: 땜납층
5a: 용융된 땜납층 부분
11: 도전성 입자
12: 땜납층
21: 접속 구조체
22: 제1 접속 대상 부재
22a: 상면
22b: 제1 전극
23: 제2 접속 대상 부재
23a: 하면
23b: 제2 전극
24: 접속부

Claims (13)

  1. 수지 입자와, 이 수지 입자의 표면을 피복하고 있는 도전층을 갖는 도전성 입자와,
    결합제 수지를 포함하고,
    상기 도전층의 적어도 외측의 표면층이 땜납층인 이방성 도전 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 입자의 비중과 상기 결합제 수지의 비중의 차가 6.0 이하인 이방성 도전 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전성 입자의 비중이 1.0 내지 7.0이고, 상기 결합제 수지의 비중이 0.8 내지 2.0인 이방성 도전 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 입자의 평균 입경이 1 내지 100㎛인 이방성 도전 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 플럭스를 더 포함하는 이방성 도전 재료.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 입자가, 상기 수지 입자와 상기 땜납층의 사이에 상기 도전층의 일부로서 상기 땜납층과는 별도의 제1 도전층을 갖는 이방성 도전 재료.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 도전층이 구리층인 이방성 도전 재료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 이방성 도전 재료 100중량％ 중 상기 도전성 입자의 함유량은 1 내지 50중량％인 이방성 도전 재료.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 액상이고, 25℃ 및 5rpm에서의 점도가 1 내지 300Paㆍs인 이방성 도전 재료.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 액상이고, 25℃ 및 0.5rpm에서의 점도의 25℃ 및 5rpm에서의 점도에 대한 점도비가 1.1 내지 3.0인 이방성 도전 재료.
  11. 제1 접속 대상 부재와, 제2 접속 대상 부재와, 상기 제1, 제2 접속 대상 부재를 접속하고 있는 접속부를 구비하고,
    상기 접속부가 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 이방성 도전 재료에 의해 형성되어 있는 접속 구조체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 접속 대상 부재가 복수의 제1 전극을 갖고, 상기 제2 접속 대상 부재가 복수의 제2 전극을 갖고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 상기 이방성 도전 재료에 포함되어 있는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되어 있는 접속 구조체.
  13. 제12항에 있어서, 인접하는 복수의 상기 제1 전극의 전극간 거리가 200㎛ 이하이고, 인접하는 복수의 상기 제2 전극의 전극간 거리가 200㎛ 이하이고,
    상기 도전성 입자의 평균 입경이, 인접하는 복수의 상기 제1 전극의 전극간 거리의 1/4 이하이고, 인접하는 복수의 상기 제2 전극의 전극간 거리의 1/4 이하인 접속 구조체.
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