KR20200080337A - 접속 재료 - Google Patents

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다쓰로 후카야
도모유키 이시마쓰
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

낮은 접속 저항치를 얻을 수 있는 접속 재료를 제공한다. 접속 재료는, 수지 입자와, 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 제1의 도전성 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 제1의 도전성 피막과 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖는 도전성 입자를 함유하고, 최저 용융 점도가 1~100000Pa·s이다. 이에 의해, 도전성 입자와 전극 사이의 바인더가 충분히 배제됨과 더불어, 전극에 걸리는 압력을 충분히 얻을 수 있으므로, 낮은 접속 저항치를 얻을 수 있다.

Description

접속 재료{CONNECTION MATERIAL}
본 발명은, 도전성 입자에 의해 회로 부재끼리를 전기적으로 접속하는 접속 재료에 관한 것이다. 본 출원은, 일본국에서 2015년 9월 18일에 출원된 일본 특허 출원 번호 특허 출원 2015-185238을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.
근년, 휴대폰이나 태블릿에 있어서, 소비 전력의 저하가 요구되고 있다. 소비 전력을 억제하기 위해서는, 접속 저항치를 낮게 억제할 필요가 있다.
특허문헌 1, 2에는, 도전성 입자에 돌기를 형성함으로써, 저저항화를 도모하는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 도전성 입자는, 기재(수지 입자)에 직접 돌기 심재가 부착되어 있으므로, 실장시의 압력에 의해 돌기 심재가 기재에 매몰되어, 전극에 걸리는 압력이 감소한다. 이 때문에, 예를 들면 표면이 평활한 IZO 전극에 있어서, 낮은 접속 저항치를 얻는 것이 곤란해진다.
일본국 특허 공개 2012-134156호 공보 WO 2014/054572호 공보
본 발명은, 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 낮은 접속 저항치를 얻을 수 있는 접속 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 접속 재료는, 수지 입자와, 상기 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 상기 제1의 도전성 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 상기 제1의 도전성 피막과 상기 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖는 도전성 입자를 함유하고, 최저 용융 점도가 1~100000Pa·s이다.
또, 본 발명에 따른 접속 구조체의 제조 방법은, 제1의 회로 부재 상에, 도전성 입자를 함유하는 접속 재료를 개재해 제2의 회로 부재를 탑재하는 공정과, 상기 제2의 회로 부재를 압착 툴에 의해서 가열 압압(押壓)하여, 상기 접속 재료를 경화시키는 공정을 갖고, 상기 도전성 입자가, 수지 입자와, 상기 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 상기 제1의 금속 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 상기 제1의 금속층과 상기 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖고, 상기 접속 재료의 최저 용융 점도가 1~100000Pa·s이다.
또, 본 발명에 따른 접속 구조체는, 제1의 회로 부재와, 제2의 회로 부재와, 상기 제1의 회로 부재와 상기 제2의 회로 부재를 접속하는 접속 경화막을 구비하고, 상기 접속 경화막이, 수지 입자와, 상기 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 상기 제1의 금속 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 상기 제1의 금속층과 상기 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖는 도전성 입자를 구비한다.
본 발명에 의하면, 도전성 입자와 전극 사이의 바인더가 충분히 배제됨과 더불어, 전극에 걸리는 압력이 충분히 얻어지므로, 낮은 접속 저항치를 얻을 수 있다.
도 1은, 도전성 입자의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 하기 순서대로 상세하게 설명한다.
1. 접속 재료
2. 접속 구조체의 제조 방법
3. 실시예
<1. 접속 재료>
본 실시형태에 따른 접속 재료는, 수지 입자와, 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 제1의 도전성 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 제1의 도전성 피막과 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖는 도전성 입자를 함유하고, 최저 용융 점도가 1~100000Pa·s이다. 이에 의해, 도전성 입자와 전극 사이의 바인더가 충분히 배제됨과 더불어, 전극에 걸리는 압력이 충분히 얻어지므로, 낮은 접속 저항치를 얻을 수 있다.
접속 재료의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 필름형상, 페이스트형상 등 용도에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 접속 재료로는, 예를 들면, 이방성 도전 필름(ACF:Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP:Anisotropic Conductive Paste) 등을 들 수 있다. 또, 도전 재료의 경화형으로는, 열경화형, 광경화형, 광열 병용 경화형 등을 들 수 있으며, 용도에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
이하, 도전성 입자를 함유하는 열경화형의 이방성 도전 필름을 예로 들어 설명한다. 또, 열경화형으로는, 예를 들면, 양이온 경화형, 음이온 경화형, 라디칼 경화형, 또는 이들을 병용할 수 있는데, 여기에서는, 음이온 경화형의 이방성 도전 필름에 대해서 설명한다.
음이온 경화형의 이방성 도전 필름은, 바인더로서, 막 형성 수지와, 에폭시 수지와, 음이온 중합 개시제를 함유한다. 이방성 도전 필름 중의 도전성 입자의 배합량은, 바인더 체적에 대해 5~15체적%인 것이 바람직하다. 이에 의해, 쇼트를 방지함과 더불어 높은 도통 신뢰성을 얻을 수 있다.
[바인더]
막 형성 수지는, 예를 들면 평균 분자량이 10000 이상인 고분자량 수지에 상당하고, 필름 형성성의 관점에서, 10000~80000 정도의 평균 분자량인 것이 바람직하다. 막 형성 수지로는, 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 부티랄 수지 등의 여러 가지 수지를 들 수 있으며, 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서도, 막 형성 상태, 접속 신뢰성 등의 관점에서 페녹시 수지를 적합하게 이용하는 것이 바람직하다. 시장에서 입수 가능한 구체예로는, 신닛테츠스미킨화학(주)의 상품명 「YP-50」 등을 들 수 있다.
에폭시 수지는, 3차원 그물코 구조를 형성하고, 양호한 내열성, 접착성을 부여하는 것이며, 고형 에폭시 수지와 액상 에폭시 수지를 병용하는 것이 바람직하다. 여기서, 고형 에폭시 수지란, 상온에서 고체인 에폭시 수지를 의미한다. 또, 액상 에폭시 수지란, 상온에서 액상인 에폭시 수지를 의미한다. 또, 상온은, JIS Z 8703에서 규정되는 5~35℃의 온도 범위를 의미한다.
고형 에폭시 수지로는, 액상 에폭시 수지와 상용하고, 상온에서 고체상이면 특별히 한정되지 않으며, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 노볼락 페놀형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지 등을 들 수 있고, 이들 중에서 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
액상 에폭시 수지로는, 상온에서 액상이면 특별히 한정되지 않고, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 페놀형 에폭시 수지, 나프타렌형 에폭시 수지 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 특히, 필름의 점착성, 유연성 등의 관점에서, 비스페놀 A형 에폭시 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 시장에서 입수 가능한 구체예로는, 미츠비시화학(주)의 상품명 「EP828」등을 들 수 있다.
음이온 중합 개시제로는, 통상 이용되는 공지의 경화제를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유기산 디히드라지드, 디시안디아미드, 아민 화합물, 폴리아미드 아민 화합물, 시아네이트에스테르 화합물, 페놀 수지, 산무수물, 카르본산, 3급 아민 화합물, 이미다졸, 루이스산, 브뢴스테드산염, 폴리메르캅탄계 경화제, 우레아 수지, 멜라민 수지, 이소시아네이트 화합물, 블록 이소시아네이트 화합물 등을 들 수 있고, 이들 중에서 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 이미다졸 변성체를 핵으로 해 그 표면을 폴리우레탄으로 피복하여 이루어지는 마이크로 캡슐형 잠재성 경화제를 이용하는 것이 바람직하다. 시장에서 입수 가능한 구체예로는, ASAHI KASEI E-materials(주)의 상품명 「Novacure 3941」 등을 들 수 있다.
또, 바인더로서, 필요에 따라서, 실란 커플링제, 응력 완화제, 무기 필러 등을 배합해도 된다. 실란 커플링제로는, 에폭시계, 메타크릴옥시계, 아미노계, 비닐계, 메르캅토·술피드계, 우레이드계 등을 들 수 있다. 또, 응력 완화제로는, 수소 첨가 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 수소 첨가 스티렌-이소프렌 블록 공중합체 등을 들 수 있다. 또, 무기 필러로는, 실리카, 탈크, 산화티탄, 탄산칼슘, 산화마그네슘 등을 들 수 있다.
또, 이방성 도전 필름의 최저 용융 점도는, 1~100000Pa·s이며, 보다 바람직하게는, 10~10000Pa·s이다. 최저 용융 점도의 적성화는, 도전성 입자의 압축 변형 특성에도 의존하지만, 최저 용융 점도가 너무 높으면, 열압착시에 도전성 입자와 전극 사이의 바인더를 충분히 배제할 수 없기 때문에, 접속 저항이 상승하는 경향이 있다. 특히, 돌기를 갖는 도전성 입자는, 열압착시에 도전성 입자와 전극 사이의 바인더를 충분히 배제하는 것이 곤란해진다. 한편, 최저 용융 점도가 너무 낮으면, 열압착시의 가중에 의한 이방성 도전 필름의 변형이 커지므로, 가압 해방시에 이방성 도전 필름의 복원력이 접속부 계면 등에 박리 방향의 힘으로서 가해진다. 이 때문에, 열압착 직후에 접속 저항이 상승하거나, 접속부에 기포가 발생하거나 하는 경향이 있다.
[도전성 입자]
도 1은, 도전성 입자의 구성의 개략을 나타내는 단면도이다. 도전성 입자는, 수지 코어 입자(10)와, 수지 코어 입자(10)를 피복하는 제1의 도전층(11)과, 도전층(11)의 표면에 복수 부착되는 돌기 심재(12)와, 제1의 도전층(11) 및 돌기 심재(12)를 피복하는 제2의 도전층(13)을 구비한다.
수지 코어 입자(10)로는, 벤조구아나민 수지, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 실리콘 수지, 폴리부타디엔 수지 등을 들 수 있고, 또, 이들 수지를 구성하는 모노머에 의거하는 반복 단위 중 적어도 2종 이상을 조합한 구조를 갖는 공중합체를 들 수 있다. 이들 중에서도, 테트라메틸올메탄테트라아크릴레이트와 디비닐벤젠의 공중합체를 이용하는 것이 바람직하다.
또, 수지 코어 입자(10)는, 하중 5mN으로 압축시킨 후의 압축 회복률이 30% 이상인 것이 바람직하다. 압축 회복률이 너무 낮으면 신뢰성 시험(고온 고습 시험) 후에 저항치가 상승하는 경향이 있다. 이것은, 고온 고습 시험에 노출됨으로써 바인더의 밀착성이 저하되고, 이방성 접속된 대향한 단자 사이의 거리가 넓어지는 것에 기인한다. 압축 회복률이 낮으면 끼인 도전 입자가 만족스럽게 추종하지 못해 저항치가 상승해버리는 경우가 있다. 압축 회복률은, 수지 입자를 중심에서부터 0.33mN/초의 속도로 5mN까지 압축한 후, 반대로 0.33mN/초의 속도로 하중을 줄여갈 때의, 하중치와 압축 변위의 관계를 측정하여 얻어진다. 하중을 반전시키는 점에서부터 최종 하중 제거값까지의 변위(L1)와, 반전점에서부터 초기 하중치까지의 변위(L2)의 비(L1/L2)를 %로 나타낸 값이 압축 회복률이다.
또, 수지 코어 입자(10)의 평균 입자 직경은, 1~10μm인 것이 바람직하고, 2~5μm인 것이 보다 바람직하다. 수지 코어 입자(10)의 평균 입자 직경이 너무 작으면 신뢰성 시험(고온 고습 시험) 후에 저항치가 상승하는 경향이 있고, 수지 코어 입자(10)의 평균 입자 직경이 너무 크면 절연성이 저하되는 경향이 있다. 수지 코어 입자(10)의 평균 입자 직경은, 예를 들면, 입도 분포 측정 장치(Nikkiso사 제조, 상품명:Microtrac MT3100)를 이용하여 측정할 수 있다.
제1의 도전층(11)은, 수지 코어 입자(10)를 피복하는 금속 도금층인 것이 바람직하다. 또, 금속 도금층의 비커스 경도는, 300~1200인 것이 바람직하다. 금속 도금층의 비커스 경도가 너무 낮으면, 실장시에 돌기 심재(12)의 수지 코어 입자(10)로의 매몰을 방지하는 것이 곤란해지고, 금속 도금층의 비커스 경도가 너무 높으면, 도금이 갈라질 우려가 발생한다. 비커스 경도 HV는, 대면각이 136°인 다이아몬드 사각뿔 압자를 이용해, 시험면에 피라미드 형상의 오목부를 형성했을 때의 하중을, 오목부의 대각선의 길이로 나눈 값이며, 다음과 같이 산출된다.
HV=0.18909×(P/d2)
P:하중[N], d:오목부의 대각선의 평균 길이[mm]
금속 도금층으로는, 니켈 또는 니켈 합금(HV:500~700)인 것이 바람직하다. 니켈 합금으로는, Ni-W-B, Ni-W-P, Ni-W, Ni-B, Ni-P 등을 들 수 있다.
제1의 도전층(11)의 막두께는, 5nm 이상인 것이 바람직하다. 제1의 도전층(11)의 막두께가 5nm 미만이면, 실장시에 돌기 심재(12)의 수지 코어 입자(10)로의 매몰을 방지하는 것이 곤란해진다. 도금층의 막두께는, 예를 들면, 도전성 입자를 수렴 이온 빔 가공 관찰 장치(FB-2100, 히타치하이테크놀로지(주))를 이용하여 단면 연마를 행하고, 투과 전자현미경(H-9500, 히타치하이테크놀로지(주))을 이용하여, 임의의 20개의 도전성 입자의 단면을 관찰하고, 각 입자에 대해서 도금 피막의 5개소의 두께를 측정함으로써 그 평균치로 할 수 있다.
돌기 심재(12)는, 제1의 도전층(11)의 표면에 복수 부착되고, 돌기(14)를 형성한다. 돌기 심재(12)의 비커스 경도는, 1500~5000이며, 바람직하게는 1800~3300이다. 돌기 심재(12)의 비커스 경도가 너무 낮으면, 예를 들면 표면이 평활한 IZO 전극에 있어서, 신뢰성 시험(고온 고습 시험) 후에 저항치가 상승하는 경향이 있고, 돌기 심재(12)의 비커스 경도가 너무 높으면, 제1의 도전층(11)을 뚫어버릴 우려가 있다.
돌기 심재(12)로는, 텅스텐, 티탄, 탄탈, 붕소로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속 탄화물, 금속 탄질화물, 또는 서멧인 것이 바람직하다. 구체예로서, 탄화텅스텐(HV:1800), 탄화텅스텐-탄화티탄-탄화탄탈(HV:2400), 탄화티탄(HV:3500), 탄질화티탄(HV:1800), 탄화붕소(HV:3300) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 조합하여 이용해도 된다.
또, 돌기 심재(12)의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 50nm 이상 300nm 이하, 보다 바람직하게는 100nm 이상 250nm 이하이다. 또, 제1의 도전층(11)의 표면에 형성된 돌기의 개수는, 바람직하게는 50~200, 보다 바람직하게는 100~200이다. 이에 의해, 전극간의 접속 저항을 효과적으로 저하시킬 수 있다.
제2의 도전층(13)은, 제1의 도전층(11) 및 돌기 심재(12)를 피복하고, 복수의 제1의 도전층(11)에 의해 융기된 돌기(14)를 형성한다. 제2의 도전층(13)은, 팔라듐, 니켈, 또는 니켈 합금인 것이 바람직하다. 니켈 합금으로는, Ni-W-B, Ni-W-P, Ni-W, Ni-B, Ni-P 등을 들 수 있다.
또, 제2의 도전층(13)의 막두께는, 제1의 도전층(11)과의 합계가 100nm 이상 500nm 이하인 것이 바람직하고, 50nm 이상 200nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 제1의 도전층(11)과 제2의 도전층(13)의 합계의 막두께가 작으면, 도금층이 형성되지 않고 해도(海島) 구조가 되어 버리기 때문에, 저항치가 상승하는 경향이 있고, 제1의 도전층(11)과 제2의 도전층(13)의 합계의 막두께가 크면, 도전성 입자 직경이 커져, 절연성이 저하되는 경향이 있다.
이러한 구성의 도전성 입자는, 수지 코어 입자(10)의 표면에 제1의 도전층(11)을 형성한 후, 돌기 심재(12)를 부착시켜, 제2의 도전층(13)을 형성하는 방법에 의해 얻을 수 있다. 또, 제1의 도전층 12의 표면 상에 돌기 심재(12)를 부착시키는 방법으로는, 예를 들면, 제1의 도전층(11)이 형성된 수지 코어 입자(10)의 분산액 중에, 돌기 심재(12)를 첨가하고, 제1의 도전층(11)의 표면에 돌기 심재(12)를, 예를 들면, 반 데르 발스력에 의해 집적시키고, 부착시키는 것 등을 들 수 있다. 또, 제1의 도전층(11) 및 제2의 도전층(13)을 형성하는 방법으로는, 예를 들면, 무전해 도금에 의한 방법, 전기 도금에 의한 방법, 물리적 증착에 의한 방법 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 도전층의 형성이 간편한 무전해 도금에 의한 방법이 바람직하다.
<2. 접속 구조체의 제조 방법>
본 실시형태에 따른 접속 구조체의 제조 방법은, 제1의 회로 부재 상에, 도전성 입자를 함유하는 접속 재료를 개재해 제2의 회로 부재를 탑재하는 공정과, 제2의 회로 부재를 압착 툴에 의해서 가열 압압하여, 접속 재료를 경화시키는 공정을 갖는다. 여기서, 도전성 입자는, 상술한 바와 같이, 수지 입자와, 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 제1의 금속 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 제1의 금속층과 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖고, 접속 재료의 최저 용융 점도는, 1~100000Pa·s이다. 이에 의해, 도전성 입자와 전극 사이의 바인더가 충분히 배제됨과 더불어, 전극에 걸리는 압력을 충분히 얻을 수 있으므로, 낮은 접속 저항치를 얻을 수 있다.
제1의 회로 부재 및 제2의 회로 부재는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 제1의 회로 부재로는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 패널 용도, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 용도 등의 플라스틱 기판, 유리 기판, 프린트 배선판(PWB) 등을 들 수 있다. 또, 제2의 회로 부재로는, 예를 들면, IC(Integrated Circuit), COF(Chip On Film) 등의 플렉시블 기판(FPC:Flexible Printed Circuits), 테이프 캐리어 패키지(TCP) 기판 등을 들 수 있다.
제1의 회로 부재의 단자와 제2의 회로 부재의 단자의 압착에서는, 제2의 회로 부재 상으로부터, 소정 온도로 가온된 압착 툴에 의해서, 소정 압력 및 소정 시간, 열 가압되어, 본 압착된다. 이에 의해, 이방성 도전 필름의 바인더가 유동하고, 제1의 회로 부재의 단자와 제2의 회로 부재의 단자의 실장부 사이로부터 유출됨과 더불어, 바인더 중의 도전성 입자가 제1의 회로 부재의 단자와 제2의 회로 부재의 단자 사이에 끼여서 찌그러져, 이 상태로 바인더가 경화된다.
본 압착시의 소정의 압력은, 회로 부재의 배선 크랙을 방지하는 관점에서, 1MPa 이상 150MPa 이하인 것이 바람직하다. 또, 소정 온도는, 압착시에 있어서의 이방성 도전 필름의 온도이며, 80℃ 이상 230℃ 이하인 것이 바람직하다. 또, UV 등의 광조사를 병용해도 된다.
압착 툴로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있으며, 압압 대상보다 대면적인 압압 부재를 이용하여 압압을 1회로 행해도 되고, 또, 압압 대상보다 소면적인 압압 부재를 이용하여 압압을 수회로 나누어 행해도 된다. 압착 툴의 선단 형상으로는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, 평면형, 곡면형 등을 들 수 있다. 또한, 선단 형상이 곡면형인 경우, 곡면형을 따라서 압압하는 것이 바람직하다.
또, 압착 툴과 제2의 회로 부재 사이에 완충재를 설치해 열압착해도 된다. 완충재를 설치함으로써, 압압 불균일을 저감할 수 있음과 더불어, 압착 툴이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 완충재는, 시트형상의 탄성재 또는 소성체로 이루어지고, 예를 들면 테프론(상표), 실리콘 러버 등이 이용된다.
본 실시형태에 따른 접속 구조체의 제조 방법에 의하면, 단단한 돌기를 갖는 도전성 입자를 이용하고 있으므로, 예를 들면 표면이 평활한 IZO 전극에서도 충분히 압력을 가할 수 있어, 저항치를 저하시킬 수 있다. 이 때문에, 본 법에 의해 제조된 접속 구조체는, 저저항이며, 소비 전력을 저하시킬 수 있다.
실시예
<3. 실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 수지 입자가 제1의 도전성 피막으로 피복되어 이루어지는 금속 피막 수지 입자에 돌기 심재를 부착시키고, 이것을 또한 제2의 도전성 피막으로 피복하고, 돌기를 갖는 도전성 입자를 제작했다. 그리고, 도전성 입자를 함유하는 이방성 도전 필름을 이용하여 접속 구조체를 제작하고, 접속 구조체의 도통 저항에 대해서 평가했다. 또한, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[도전성 입자의 제작]
제1의 도전성 피막의 피복 공정:
테트라메틸올메탄테트라아크릴레이트와 디비닐벤젠의 공중합체로 이루어지는 평균 입자 직경 3μm의 수지 입자를 기재로서 사용했다. 수지 입자의 하중 5mN으로 압축시킨 후의 압축 회복률은 45%였다. 이 수지 입자에, 수산화나트륨 수용액에 의한 알칼리 탈지, 산중화, 이염화주석 용액에 의한 센시타이징을 행했다. 그 후, 이염화팔라듐 용액에 의한 액티베이팅을 행했다. 여과 세정 후, 기재 입자를 물로 희석하고, 도금 안정제를 첨가 후, 이 수용액에 황산니켈, 차아인산나트륨, 구연산나트륨, 및 도금 안정제의 혼합 용액을 정량 펌프로 첨가하고, 소정 두께의 니켈 도금 피막이 되도록 무전해 도금을 행했다. 그 후, pH가 안정될 때까지 교반하고, 수소의 발포가 정지하는 것을 확인했다. 그리고, 도금액을 여과해, 여과물을 물로 세정한 후, 80℃의 진공 건조기로 건조하고, 수지 입자가 제1의 도전성 피막으로서 니켈 도금 피막으로 피복된 금속 피막 수지 입자를 얻었다.
돌기 심재의 부착 공정:
금속 피막 수지 입자를 탈이온수로 교반에 의해 분산시킨 후, 그 수용액에 돌기 심재를 첨가하고, 니켈 도금 피막 상에 돌기 심재를 부착시킨 입자를 얻었다. 입자 1개당 부착한 돌기 심재의 개수는, 약 150이었다.
제2의 도전성 피막의 피복 공정:
다음에, 돌기 심재가 부착된 입자에, 수산화나트륨 수용액에 의한 알칼리 탈지, 산중화, 이염화주석 용액에 의한 센시타이징을 행했다. 그 후, 이염화팔라듐 용액에 의한 액티베이팅을 행했다. 여과 세정 후, 기재 입자를 물로 희석하고, 도금 안정제를 첨가 후, 이 수용액에 황산니켈, 차아인산나트륨, 구연산나트륨, 및 도금 안정제의 혼합 용액을 정량 펌프로 첨가하고, 소정 두께의 니켈 도금 피막이 되도록 무전해 도금을 행했다. 그 후, pH가 안정될 때까지 교반하고, 수소의 발포가 정지하는 것을 확인했다. 그리고, 도금액을 여과해, 여과물을 물로 세정한 후, 80℃의 진공 건조기로 건조하고, 제2의 도전성 피막으로서 니켈 도금 피막으로 피복된 입자를 얻었다.
[도금 피막의 막두께의 측정]
도금 피막의 막두께는, 도전성 입자를 집속 이온 빔 가공 관찰 장치(FB-2100, 히타치하이테크놀로지(주))를 이용하여 단면 연마를 행하고, 투과 전자현미경(H-9500, 히타치하이테크놀로지(주))을 이용하여, 임의의 20개의 도전성 입자의 단면을 관찰하고, 각 입자에 대해서 도금 피막의 5개소의 두께를 측정함으로써 그 평균치를 산출했다.
[이방성 도전 필름의 최저 용융 점도의 측정]
이방성 도전 필름의 최저 용융 점도를, 회전식 레오미터(TA Instruments사)를 이용해, 승온 속도 10℃／분；측정시의 힘 1N 일정；사용 측정 플레이트 직경 8mm라는 조건으로 측정했다.
[접속 저항의 평가]
IZO 배선의 실장체의 제작을 행했다. 평가 기재로서, COF(Dexerials(주) 평가용 COF, 50μm 피치, Cu 8μm-Sn 도금 38μm)와 IZO 솔리드 글라스(Dexerials(주) 평가용 IZO 솔리드 글라스, IZO 두께 300nm, 유리 두께 0.7mm)의 접속을 행했다. 먼저, IZO 솔리드 글라스 상에, 1.5mm 폭으로 슬릿된 이방성 도전 필름을, 압착기 툴 폭 1.5mm, 완충재 70μm 두께 테프론(상표)을 이용하여, 온도 80℃, 압력 1MPa, 2초의 가압착 조건으로 가부착하고, 박리 PET 필름을 벗겼다. 계속해서, COF를 동 압착기로, 온도 80℃, 압력 0.5MPa, 0.5초의 가고정 조건으로 가고정을 행했다. 마지막으로, 본 압착으로서, 압착기 툴 폭 1.5mm, 완충재 70μm 두께 테프론(상표)을 이용하여, 온도 190℃, 압력 3MPa, 10초의 압착 조건으로 압착을 행하여, 실장체를 얻었다.
실장체를 85℃ 85%RH의 항온항습조 중에 500시간 유지하는 고온 고습 시험을 행한 후, 실장체의 저항치를, 디지털 멀티 미터를 이용하여 4단자법으로 측정했다. 접속 저항의 평가는, 저항치가 2.0Ω 미만인 경우를 「A」(최량), 저항치가 2.0Ω 이상인 경우를 「C」(불량)로 했다.
[절연성의 평가]
ITO 배선의 실장체의 제작을 행했다. 평가 기재로서, IC(Dexerials(주) 평가용 IC, 1.5mm×130mm, 0.5mm 두께, 금 도금 범프, 범프간 스페이스 10μm, 범프 높이 15μm)와, 유리 기판(Dexerials(주) 평가용 유리 기판, 빗살 패턴, 범프간 스페이스 10μm, 유리 두께 0.5mm)의 접속을 행했다. 먼저, 유리 기판 상에, 1.5mm 폭으로 슬릿된 이방성 도전 필름을, 압착기 툴 폭 1.5mm, 완충재 70μm 두께 테프론(상표)을 이용하여, 온도 80℃, 압력 1MPa, 2초의 가압착 조건으로 가부착하고, 박리 PET 필름을 벗겼다. 계속해서, IC를 동 압착기로, 온도 80℃, 압력 0.5MPa, 0.5초의 가고정 조건으로 가고정을 행했다. 마지막으로, 본 압착으로서 압착기 툴 폭 1.5mm, 완충재 70μm 두께 테프론(상표)을 이용하여, 온도 190℃, 압력 3MPa, 10초의 압착 조건으로 압착을 행하여, 실장체를 얻었다.
실장체의 인접하는 범프간의 저항치를 2단자법으로 측정하고, 10＾8Ω 이하를 쇼트로서 카운트했다. 평가용 IC에는 10세트의 범프로 이루어지는 전극 패턴이 8개소 형성되고, 10세트 중 1세트 이상의 쇼트가 발생한 전극 패턴의 수를 카운트했다. 절연성의 평가는, 쇼트가 발생한 전극 패턴의 수가 0인 경우를 「A」(최량), 쇼트가 발생한 전극 패턴이 2개소 이하인 경우를 「B」(보통), 쇼트가 발생한 전극 패턴이 3개소 이상인 경우를 「C」(불량)로 했다.
<실시예 1>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 이용하여 도전성 입자 A를 제작했다. 도전성 입자 A의 제1의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 20nm이며, 제2의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 100nm였다. 또한, 돌기 심재는 이하에 기재하는 것도 포함해, PVD법이나 CVD법 등 공지의 수법으로 조정한 것을 적절하게 이용했다. 돌기 심재의 입자 직경은, 전자현미경에 의해 N=200 이상을 계측하여 구했다.
마이크로 캡슐형 잠재성 경화제(Novacure HX3941, Asahi Kasei Chemicals(주))를 50질량부, 액상 에폭시 수지(EP828, 미츠비시화학(주))를 14질량부, 페녹시 수지(YP50, 신닛테츠스미킨화학(주) 제조)를 35질량부, 실란 커플링제(KBE403, 신에츠화학공업(주))를 1질량부 배합해, 열경화성 바인더를 제작했다. 이 열경화성 바인더에, 도전성 입자 A를 체적 비율 10%가 되도록 분산시키고, 이것을 실리콘 처리된 박리 PET 필름 상에 두께 20μm가 되도록 도포해, 시트형상의 이방성 도전 필름을 제작했다. 이 이방성 도전 필름의 최저 용융 점도는, 100Pa·s였다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 2>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐-탄화티탄-탄화탄탈 입자(비커스 경도 2400)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성의 도전성 입자 B를 제작하고, 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 3>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화 티탄 입자(비커스 경도 3500)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성의 도전성 입자 C를 제작하고, 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 4>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 서멧 입자(비커스 경도 2800)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성의 도전성 입자 D를 제작하고, 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 5>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화붕소 입자(비커스 경도 3300)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성의 도전성 입자 E를 제작하고, 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<비교예 1>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 니켈 입자(비커스 경도 500)를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성의 도전성 입자 F를 제작하고, 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<비교예 2>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 수지 입자에 센시타이징, 및 액티베이팅을 행하고, 여과 세정 후, 탈이온수로 교반에 의해 분산시킨 후, 그 수용액에 탄화텅스텐 입자 슬러리를 첨가하고, 수지 입자 상에 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 부착시키고, 제2의 도전성 피막의 피복 공정에서 니켈 도금 피막으로 피복하고, 도전성 입자 G를 제작했다. 도전성 입자 G의 제2의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 120nm였다. 그리고, 실시예 1과 동일하게, 도전성 입자 G를 이용하여 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 6>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 이용하여 도전성 입자 H를 제작했다. 도전성 입자 H의 제1의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 5nm이며, 제2의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 100nm였다. 도전성 입자 H를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 7>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 이용하여 도전성 입자 I를 제작했다. 도전성 입자 I의 제1의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 100nm이며, 제2의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 100nm였다. 도전성 입자 I를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 8>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 이용하여 도전성 입자 J를 제작했다. 도전성 입자 J의 제1의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 150nm이며, 제2의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 350nm였다. 도전성 입자 J를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 9>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 이용하여 도전성 입자 K를 제작했다. 도전성 입자 K의 제1의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 150nm이며, 제2의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 500nm였다. 도전성 입자 K를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 10>
상술한 도전성 입자의 제작에 있어서, 돌기 심재로서 평균 입자 직경 200nm인 탄화텅스텐 입자(비커스 경도 1800)를 이용하여 도전성 입자 L를 제작했다. 도전성 입자 L의 제1의 도전성 피막으로서의 니켈 도금 피막의 막두께는 20nm이며, 제2의 도전성 피막으로서의 팔라듐 도금 피막의 막두께는 100nm였다. 도전성 입자 L을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<비교예 3>
실시예 1과 동일하게 열경화성 바인더를 제작하고, 이것에 도전성 입자 A를 체적 비율 10%가 되도록 분산시키고, 수지의 고형분 농도나 건조 조건으로 조제해, 최저 용융 점도가 1000000Pa·s인 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 11>
실시예 1과 동일하게 열경화성 바인더를 제작하고, 이것에 도전성 입자 A를 체적 비율 10%가 되도록 분산시키고, 수지의 고형분 농도나 건조 조건으로 조제해, 최저 용융 점도가 100000Pa·s인 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 12>
실시예 1과 동일하게 열경화성 바인더를 제작하고, 이것에 도전성 입자 A를 체적 비율 10%가 되도록 분산시키고, 수지의 고형분 농도나 건조 조건으로 조제해, 최저 용융 점도가 1Pa·s인 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
<비교예 4>
실시예 1과 동일하게 열경화성 바인더를 제작하고, 이것에 도전성 입자 A를 체적 비율 10%가 되도록 분산시키고, 수지의 고형분 농도나 건조 조건으로 조제해, 최저 용융 점도가 0.1Pa·s인 이방성 도전 필름을 제작했다. 표 1에, 접속 저항 및 절연성의 평가 결과를 나타낸다.
Figure pat00001
비교예 1과 같이 돌기 심재의 비커스 경도가 낮은 경우, 저항치를 저하시킬 수 없었다. 또, 비교예 2와 같이 수지 입자에 직접 돌기 심재를 배치한 경우에도, 저항치를 저하시킬 수 없었다. 또, 비교예 3, 4와 같이 바인더의 최저 용융 점도가 최적 범위 내에 없는 경우에도, 저항치를 저하시킬 수 없었다.
한편, 실시예 1~12와 같이 수지 입자를 피복하는 니켈 도금 피막 상에 비커스 경도가 높은 돌기 심재가 복수 배치된 도전성 입자와, 최저 용융 점도가 최적화된 바인더를 함유하는 접속 재료를 이용함으로써, 저항치를 저하시킬 수 있었다. 또, 제1의 도전층과 제2의 도전층의 합계 막두께가 100nm 이상 500nm 이하이며, 제1의 도전층의 막두께가, 5nm 이상이어서, 뛰어난 절연성을 얻을 수 있음을 알았다.
10:코어 입자
11:제1의 금속층
12:돌기 심재
13:제2의 도전층
14:돌기

Claims (1)

  1. 수지 입자와, 상기 수지 입자를 피복하는 제1의 도전성 피막과, 상기 제1의 도전성 피막 상에 복수 배치되고, 비커스 경도가 1500~5000인 돌기 심재와, 상기 제1의 도전성 피막과 상기 돌기 심재를 피복하는 제2의 도전성 피막을 갖는 도전성 입자를 함유하고,
    최저 용융 점도가 1~100000Pa·s인, 접속 재료.
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