KR930002935B1 - 회로접속 구성물 및 그것을 이용한 접속방법 및 반도체 칩의 접속구조 - Google Patents

회로접속 구성물 및 그것을 이용한 접속방법 및 반도체 칩의 접속구조 Download PDF

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KR930002935B1
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이사오 쓰까고시
유다까 야마구찌
아쓰오 나까지마
야스시 고또
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히다찌가세이고오교 가부시끼가이샤
요꼬야마 료오지
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Abstract

내용 없음.

Description

회로접속 구성물 및 그것을 이용한 접속방법 및 반도체 칩의 접속구조
제 1 도는 본 발명의 구성을 이용한 회로 접속 상태를 도시한 부분도.
제 2 도는 접속시에 본 발명의 접착체의 점성변화를 도시한 개략도표.
제 3 도는 본 발명의 다른 구성을 이용한 회로 접속 상태를 도시한 부분도.
제 4 도는 본 발명에서 이용되기에 접합한 가변형 전도입자를 도시한 부분도.
제 5 도와 6도는 본 발명의 실시예에 따라서 반도체 칩의 무범프 접속 구조를 도시한 부분도.
제 7 도는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 반도체 칩의 접속 구조를 도시한 부분도.
제 8 도는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 범프 수용 반도체 칩의 접속 구조를 도시한 부분도.
제 9 도는 제 8 도의 접속 구조를 얻는데 알맞는 이중층 필름을 도시한 부분도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 활성화 접착제 2 : 코팅된 입자
3 : 압력 가변형 전도 입자 4 : 상(up)회로
5 : 하(down)회로 6 : 경화 접착제
7 : 경질(rigid) 입자 8 : 중합체 핵물질
9 : 전도 금속박막 10 : 주표면
11 : 반도체 칩 12 : 전극
13 : 보호층 14 : 기판, 15회로
16 : 절연 접착제 17, 17' : 반도체 범프(전극)
본 발명은 상회로와 하회로를 전기적으로 접속시켜 회로를 결합 및 고정시키는데 이용된 회로 접속을 위한 구성물과 상기 구성물을 이용한 접속 방법 및 반도체칩의 접속구조에 관한 것이다.
전자 부품의 크기와 두께가 점점 작아지고 얇아짐에 따라 회로의 밀도와 정교함은 더욱 높아져 왔었다. 현재의 땜납 및 고무 접속재는 미세한 회로의 접속에 부적합하기 때문에 최근에 비동방 전도성 접착제 및 필름이 많이 사용되고 있다.
접속 재료의 하나로서, 부피가 압력에 의해 두께방향으로 감소될 때 단지 두께 방향에서만 전도로(electroconductive route)를 형성할 만치 충분한 양의 전도성 입자를 절연 접착체내에 포함하는 비등방 전도성 접착제가 알려져 있다.
이 접착제를 사용함에 있어서, 접착 재료층은 회로들 사이에 들게 되며 그 뒤 압력이 가해지거나 열과 압력이 접착제층에 가해진다. 그렇게 되면 상 및 하 회로는 전기적으로 접속되고 인접회로는 절연되며 회로들은 이상태로 결합되어 고정된다.
그와 같은 접착제로서, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 혼성 중합체 또는 기준 중합체와 같은 것들로 구성된 열가소성 수지 구성물이 간편하기 때문에 사용되어 왔다.
그러나 접착 재료가 사용되는 분야가 점점 확산됨에 따라 열저항을 개선하여 사용 온도 범위를 넓히고 미세회로에의 적용성 및 접착강도를 향상시켜 신뢰성을 개선하는 것이 요구되어 왔다. 그와같은 요구는 현재의 열가소성 수지 구성물로 만족될 수 없기 때문에 경화 작용제 사용이 시도되어 왔다.
반면에 전도성 재료의 분야에서는 탄소, 니켈, 열가용금속 및 충전재(filler)와 같은 경질 금속을 사용하는 것이 알려져 왔다. 본 발명의 발명자중 몇몇은 중합체 핵물질의 표면을 열팽창계수와 탄성계수가 회로접속에 이용되는 접착제의 열팽창계수 및 탄성계수와 아주 비슷한 금속박막으로 코팅된 전도성 충전제(이후로 이와 같은 충전제는 압력가변형 전도입자로 명명함)(일본 특허 출원번호 61-31088). 이 방법에 따라 전도재료 및 접착제는 접속부분의 온도 변화에 따라 거의 같은 팽창과 수축을 겪게 되며 따라서 전도 재료는 접속 저항의 변화가 작도록 접속된 회로 사이의 간격의 변화를 잘 따르게 된다. 그러므로 열팽창 계수와 탄성계수에 있어서 접착제와 차이가 나는 경질 전도재료를 사용한 경우와 비교하여 접속의 신뢰성은 크게 개선될 수 있다.
비록 접속 부분을 조립하는 접착제로서의 경화형 접착제의 사용이 열저항 및 접착 강도를 개선하는데 아주 효과적이지만 이 방법은 접속 결과가 상당히 산만하고 상 및 하 회로 사이의 접속 저항에 대해 적당하지 못하다는 점 때문에 불리하다.
접속 저항의 불안정성은, 접착제의 유동성을 감소시키기 위해 접속재료를 축적하는 동안 접착제와 경화제 사이의 느린 반응과 그것으로 인해 절연 접착제가 전도 입자의 표면에서 충분히 제거될 수 없는 것 또는 전도 입자가 회로와 충분히 접촉이 되기 전에 접착제의 점성을 향상시키기 위해 가열 또 가압할 시에 접착제의 경화 반응이 발생하는 것에 그 원인을 돌릴 수 있다는 것이 발견되어 왔었다. 그와 같은 불량한 접촉은 전도 입자가 압력 가변형 입자일 때 특히 뚜렸하다.
경화 작용계의 또 하나의 문제는 불량 접속 부분을 재사용하기가 어렵다는 것이다. 그러므로 경화 작용계에서, 접속부분은 단단히 결합되어 있고 접착제는 네트워크(가교(crosslinkage))를 구성하기 때문에 열을 가해도 결합력을 충분히 감소시키지 못하고 또 경화 접착제는 용제속에서 용해되지 않는다. 그런데 용제는 불량한 접속부분을 벗겨내는 것을 아주 어렵게 만든다.
따라서, 접속 부분은 산, 알칼리와 같은 용제 또는 화학제 사용에 의한 팽창과 벗김 또는 칼로서 벗기는 것과 같은 강력한 수단에 의해 제거되어야만 한다.
그러한 이들 강력한 수단은 정상적인 인접 접속부분과 선을 손상시키고 또 접착제의 일부가 반드시 표면에 남게 되어 높은 신뢰성을 가진 재접속은 기대할 수 없게 된다.
위에서 언급된 접속 재료를 사용하여 반도체 칩을 회로기판에 전기적으로 접속시키는 것이 시도되어 왔었다. 예로서 일본 특허 출원 코가이(출원 공개)번호 51-101469호는 비등방 전도성 접착제내의 전도 입자를 매개로 하여 반도체 칩상의 범프를 해당하는 기판의 접속단에 전기적으로 접속하여 결합시키는 방법을 공개했으며, 일본 특허 출원 코가이(출원 공개)번호 61-194731호는 절연 접착제 또는 비등방 전도성 접착제에 가압하여 서로 접촉시켜 사용하므로써 반도체 칩의 보호층의 표면으로부터 눌러진 전극을 회로 기판의 접속단상의 범프에 전기적으로 접속, 결합하는 방법을 공개했다.
그러나 현 단계에서 이들 방법은 접속 재료의 낮은 신뢰성 때문에 대량 생산의 수준에는 아직 미치지 못하고 있다.
일본 특허 출원번호 51-101469호와 61-194731호에서 공개된, 접속 재료를 사용하여 반도체 칩을 회로 기판에 전기적으로 접속하는 방법은 접착제에 의한 면적 접속(areal connection)을 할 수 있기 때문에 아주 우수한 방법이다. 그렇기 때문에 그 방법은 기구의 크기가 감소하고 회로가 더 미세해지는 경향에 잘 대처할 수 있다.
그러나 이 방법에서는 금 또는 땜납으로 만들어지고 약 5 내지 30마이크론의 높이를 가진 돌출 전극은 최소한 반도체 칩과 회로기판의 접속단의 전극중의 하나위에 설치되어야만 한다. 많은 미세한 회로상의 일정한 범프의 형성은, 보통 수 내지 수십 마이크론의 직선 너비를 가지고 있는데, 대규모의 클리인 룸이 갖추어질 필요가 있고 또 금속 장벽층의 형성, 사진 석판술, 도금, 부식 등과 같은 고도의 복잡한 기술을 요구함과 동시에 많은 양의 비싼 금속을 소모한다는 점에서 불리한다.
반도체 칩의 주표면은, 범프를 구성하는 것이 아닌데, 무기 재료(예를들어, 솔리콘 산화물, 붕소 질하물과 같은 것) 또는 폴리이미드형 유기재료와 같은 절연재료로 덮여 있으며(이후로 절연 재료의 이러한 층은 보호층이라 명명한다.), 반도체칩의 전극 표면은 이 주표면의 준위와 비교하여 오목지다. 보호층 부분에 있어서 압력은 입자들의 접촉 부분에 집중되는데 그렇게 되면 보통의 경질 전도 입자의 경우에는 반도체 칩과 보호층은 파괴된다.
주표면에 범프가 있는 반도체 칩을 회로 기판에 접속시킬 경우, 이하의 문제가 발생한다. 즉 비등방 전도성 접착제와 같은 전도 입자들을 포함한 접속 재료가 사용될 때 범프와 같은 조그만 면적을 가진 부분에서의 접속은 신뢰성이 떨어진다. 범프에서의 접속부분의 면적은 보통 100마이크론 스궤어 정도 혹은 더 작고 칩 하나당 범프의 수는 보통 100개 이상이며 범프의 면적은 더욱더 미세해지기 위해 점점 더 줄어든다. 만일 미세한 면적에서 접속의 신뢰성을 개선하기 위하여 전도 입자의 양이 증가한다면, 인접 범프 사이에서 회로는 단락된다. 즉 미세한 면적에서는 접속의 신뢰성에 한계가 있었다.
게다가 전도 입자가 탄소 또는 니켈 입자와 같이 경질 입자일때 접속시에 가해진 압력은 응력으로 인한 반도체 칩의 파괴 또는 회로의 보호층의 파괴를 유발시켜 반도체 칩의 기능은 정지된다.
전도 입자가 없는 절연 접착제를 사용하여 접속할 경우에는, 접속은 미소한 오목 부분과 블록 부분의 상호 접촉에 의해 이루어지는데 그렇게 되면 기판위의 회로와 반도체칩의 범프 높이가 울퉁불퉁해지기 때문에 접속의 신뢰성은 떨어진다.
본 발명의 안정된 접속 저항과 고도의 신뢰성을 지닌 회로 접속을 위한 구성물 및 상기 구성물로서 회로를 접속하는 방법 및 반도체 칩의 접속 구조를 제공한다.
즉, 본 발명은 필수 성분으로 (A) 에폭시 레신을 포함한 활성 접착제와, (B) 경화제의 핵을 필름으로 대강 코팅하여 얻어진 코팅된 입자와, 그리고 (C) 압력에 의해 변형될 수 있고 코팅된 입자의 크기보다 더 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있는 전도 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 회로 접속을 위한 구성물에 관한 것이다.
또한 본 발명은 본 시스템에서 사용하기에 적합한 간격조절제(접속 회로 사이의 간격을 조절하는 물질)를 포함한 구성물과 이 구성물을 사용하여 회로를 접속시키는 방법, 그리고 반도체와 회로기판의 접속 구조를 제공한다.
본 발명은 또한 회로 접속 과정을 제공하는데, 이 과정은 서로 대면하는 회로 사이에 위에서 언급된 구성물을 설치하며, 구성물이 경화되지 않은 상태에서 압력을 받는 동안 회로 사이의 테스트를 위해 전류를 흘러 보내고, 그리고 전기적 접속을 달성하기 위해서 압력하에서 구성물을 경화시키는 것으로 이루어져 있다. 이하에서 본 발명은 도면을 참조하여 설명한다. 제 1 도와 2도에서의 (a), (b), (c)는 접속 단계를 표시하는 기호이다.
제 1 도와 2도에서 기호(a)는 활성 접착제(1)로 구성된 접속재료와 코팅된 입자(2) 그리고 코팅된 입자(2)의 크기보다 더 큰 입자 지름을 가진 압력 가변형 전도입자(3)가 상회로 (4)와 하회로(5)사이에 구성되어 있는 상태를 도시한다.
회로상에 접속재료를 설치하는 수단으로서, 접속재료가 액체일때는 코팅 또는 날염(printing) 공정이 이용될 수 있으며, 접속 재료가 필름과 같이 고체물질일 때에는 회로상에 접속재료를 설치하는 방법이 이용될 수 있다.
기호(b)는 접속시에 가열 및 가압에 의해 상승된 온도 때문에 활성 접착제(1)의 점성이 저하되고 압력 가변형 전도입자(3)가 회로(4)와 회로(5)사이에서 압력에 의해 변형된 상태를 도시한다. 이때에 코팅된 입자(2)는 압력가변형 전도입자(3)보다 변형되기 더 어려운데 그 까닭은 입자지름에 있어서 전자(2)는 후자(3)보다 더 작기 때문이다. 더우기 코팅된 입자(2)는 접착제 속에 분산되어 있기 때문에 회로로부터의 열전도는 느리다. 또한 코팅된 입자(2)는 잘 파괴되지 않으며 그들의 핵물질(경화제)은 불활성을 유지한다.
이때에 압력 가변형 전도 입자(3)는 변형되고 회로(4)와 (5)사이에서 전도가 계속적으로 이루어지도록 회로(4)와 (5)사이에서 상호 접촉한다. 따라서 이 상태에서 연속적인 테스트를 위한 작동상태로 둘 수 있다. 이 방법에 따라서 지금까지 실시하기가 어려웠던 결함 부분의 재생(방출 및 재접속)이 경화되지 않은 접착제내에서 아주 쉽게 실행된다.
기호(c)는 접속시에 가열 및 가압한 후 일련의 시간이 경과한 뒤의 상태를 도시한 것이다. 시간의 경과에 따라, 코팅된 입자(2)는 더 높은 온도에 도달하고 코팅층은 핵물질의 압력팽창과 필름의 용해로 인해 파괴된다. 그 결과 핵물질(경화제)은 접촉하거나 활성 접착제(1)와 일체된다. 따라서 접착제의 점성은 상승하고, 그 동안 접착제는 경화 접착제(6)으로 변화한다. 이때에 상회로(4)와 하회로(5)사이에 있는 압력 가변형 전도 입자(3)는 이미 변형된 상태이기 때문에 회로와 충분히 접촉될 수 있고, 경화 접착제(6)에 의해 이상태에서 움직이지 않게 된다.
이때에, 니켈 또는 은 또는 그런 종류의 같은 것 또는 세라믹, 유리, 실리카 혹은 그런 종류의 같은 것 혹은 견고한 레신 입자로 만든 구형 혹은 축융된 섬유질 입자와 같은 절연 입자로 만들어진 전도 입자와 같이, 입자 지름이 압력 가변형 전도 입자(3)의 지름보다 더 작은 경질 입자(7)는 단독으로 또는 제 3 도에 도시된 것처럼 결합해서 상회로(4)와 하회로(5)사이에서 간격 조절물질로 사용될 수 있다. 이 목적을 위해 경질 입자(7)는 뾰족한 입자 크기 분포를 가진 균일한 입자인 것이 좋다. 그리고 그 양은 활성 접착제 부피의 15% 이내의 범위에서 적당히 선택된다. 만일 15%를 초과하면 접착력이 떨어진다. 미세한 회로에 대처하기 위하여, 평균 입자 지름이 인접 회로 사이의 거리보다 더 작은 절연 입자를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 언급된 평균 입자 지름은 아래 방정식(1)에 따라 측정된다.
D=Σnd/Σn‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(1)
여기서 n은 입자 지름 d를 가진 입자수이다. 입자를 가시적으로 조사하는 방법으로서, 전자 현미경 방법, 광산란 방법 등과 같은 방법이 보통 사용된다. 본 발명에서는 전자 현미경 방법이 사용된다. 입자가 종횡비(aspect radio)를 갖고 있을 때는 입자 지름 d는 더 긴 지름을 나타낸다.
다음, 본 발명에서 사용된 재료를 이하에서 설명한다. 본 발명의 활성 접착제(A)로 사용될 수 있는 물질로는 에폭시수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 구아나민수지, 페놀릭수지, 크실렌수지, 퓨란수지, 디아릴프탈레이트수지, 비스-말레이미드 수지, 트리아진 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 페녹시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 시아노 아클릴레이트 수지 등과 고무 같은 합성수지 또는 카르복실기, 히드록실기, 비닐기, 아미노기, 에폭시기 등과 같은 작용기를 가진 탄성 중합체를 들 수 있다. 이들 활성 접착제는 단독으로 혹은 2개 이상을 섞어서 사용할 수 있다.
이들 활성 접착제중에서, 에폭시접착제가, 이것은 에폭시수지 그 자체 또는 최소한 에폭시수지 성분이 한가지 이상은 들어 있는 혼합 접착제일 수 있는데, 더 좋은데 그 까닭은 이것은 빨리 경화되고 여러 성질속에서도 균형이 잘 잡힌 경화된 물질을 만들 수 있기 때문이다. 상기 에폭시 수지의 전형적인 예로서 에피클로로히드린과 비스페놀 A, 비스페놀 F 등과 같은 것으로부터 추출된 비스페놀형 에폭시수지와 에피클로로히드린과 페놀 노블락 또는 크레졸 노블락으로부터 추출된 에폭시 노볼락 수지를 들 수 있다. 이들과 별도로, 글리시딜라민, 글리시딜에스테르, 지방족 고리 에폭시 화합물, 이종 고리 에폭시 화합물 등과 같은 한 분자속에 두개 이상의옥시란을 가진 다양한 에폭시 화합물도 유용하다.
이들 에폭시 화합물은 단독으로 또는 2개이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 예로서 접속시에 필름 형성 가능성과 유동성 조절 가능성의 입장에서 본다면 액체 에폭시 수지와 고체 에폭시 수지를 결합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 접착제에 유연성을 준다는 입장에서 본다면 에폭시 화합물과 열가소성 중합체를 결합하여 사용하는 것이 바람직하다. 접속 회로가 부식되는 것을 방지한다는 입장에서 본다면 불순물 이온(Na+, K+, Cl, SO4 2-등) 성분과 가수분해될 수 있는 클로틴 성분이 각각 300ppm 이하인 고순도 에폭시 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이들 물질의 성분이 각각 100ppm 이하인 초고순도물을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 위에서 언급된 불순물 이온은 에폭시 수지의 경화반응을 방해할 수 있기 때문에 고순도물을 사용하는 것이 바람직하다. 즉 고순도물을 사용하면 경화가 빨리 이루어지게 되고 이것은 접속의 실행 가능성의 입장에서 바람직하다.
경화촉진제와 경화 촉매 그리고 경화제와 가교제는 접착제의 안정성에 악영향을 미치지 않는다면 활성 접착제와 혼합하여 사용할 수 있다.
또는 접착제는 보통 응제, 분산매, 점착도, 첨가제, 자외선 흡수체, 산화방지제, 중합반응억제물, 결합제 등과 같은 부가물을 포함하고 있다.
코팅된 입자(B)는 폴리우레탄, 폴리스티렌, 젤라틴, 폴리이소시안산 등과 같은 중합물질, 칼슘 규산염 등과 같은 무기물, 또는 니켈, 구리 등과 같은 금속의 얇은 필름으로 대강 덮힌 핵인 경화제로 구성되어 있다. 이것의 평균 입자 지름은 아직 변형되지 않은 압력 가변형 전도 입자(3)의 지름보다 더 작아야만 한다. (3)의 지름과 비교하여 80% 이하면 좋고 50% 이하면 더 좋다. 비록 코팅된 입자(B)의 모양이 그다지 중요하지는 않지만, 더욱 균일하게 작용하려면 종횡비가 작은 것이 훨씬 좋다. 핵물질로서 사용되는 경화제로서 접착제(1)의 경화제로 알려진 물질이 적당한 양으로 사용될 수 있다.
예로서, 에폭시 수지용으로 사용될 수 있는 경화제로는 지방족 아민, 방향족 아민, 카르복실산 무수물, 티올, 알코올, 페놀, 이소시안산, 삼차 아민, 붕소 복합체, 무기산, 히드라지드, 이미다졸 및 이것들의 개질된 생성물을 들 수 있다.
이들 중에서, 삼차 아민과 붕소 복합체 및 히드라지드 및 이미다졸이 적합한데 그 이유는 이들은 경화를 빨리 일으키고 접속을 쉽게 하며 이들의 이온 중합 반응형 촉매 작용 때문에 화학량적 관계를 고려할 필요가 적어진다. 이들은 단독으로 또는 2개 이상을 섞어서 사용할 수 있다.
코팅된 입자를 이용한 경화 반응은 되도록이면 접속시에 완결되어야만 한다. 그러나 실제로는 후가류(post-cure)가 이 상태에서 일어날 수 있기 때문에 가변형 전도 입자의 변형이 회로 사이에서 지속될 수 있을 정도까지 반응이 진행되는 정도면 충분한다.
코팅된 입자(B)로는 코티이 필름이 압력에 의해 파괴되는 압력활성화형보다 코팅 필름이 예정 온도에서 파괴되는 열활성화형이 더욱 바람직한데, 그 이유는 열활성화형은 압력 활성화형보다 더 균일한 반응 시스템을 제공하기 때문이다. 40℃에서 250℃사이의 열활성화 온도를 가진 코팅된 입자들은 본 발명에서 사용될 수 있다. 비록 이 온도가 40℃보다 낮다 하더라도 코팅된 입자는 축적 과정에서 활성화될 수 있는데 그럴때는 냉각시켜 축적되어야만 한다. 만일 온도가 250℃보다 높으면 접속시에 고온이 가해질 때 인접해 있는 재료에 손상을 줄 수 있다. 이러한 이유로 해서 열활성화 온도는 70∼200℃가 적당한데 100∼170℃는 더욱 적당하다.
본 발명에서 언급된 열활성화 온도는 차분 주사 열량계(DSC)로 접착제 구성물(1)의 온도를 주위 온도에서부터 10℃/분의 비율로 상승시키므로써 측정된 발열 최대 온도를 의미한다.
압력 가변형 전도 입자(C)는 제 4 도에서 도시된 것과 같이 폴리스티렌, 에폭시수지 등과 같은 중합체 물질의 표면을 니켈, 금, 은, 구리, 땜납 등과 같은 금속으로 만든 두께 1마이크론 이하의 전도성 금속으로된 박막(9)으로 코팅한 입자이다. 위에서 언급된 것처럼 이 입자 지름은 코팅된 입자(2) 지름보다 크다.
이 압력 가변형 전도 입자는 접속시에 가열 및 가압의 조건하에서 형태가 변화되어야 한다. 가열 및 가압의 조건으로는, 보통 온도는 250℃이하 압력은 100kg/cm2이하이다. 온도와 압력이 자꾸 올라갈수록 회로재료를 손상시킬 염려가 커지기 때문에 200℃의 이하의 온도와 50kg/cm2이하의 압력이 바람직하다.
전도 입자(3)의 변형을 확인하기 위하여 전자 현미경을 사용하여 접속 구조의 단면을 관찰하는 것이 효과적이다. 변형의 정도를 나타내는 양 D는, 아래 공식(2)에서 표현되어 있는데, 0.9 이하 그리고 되도록 이면 0.7이하가 되는 것이 좋다.
D=(D0-D1)D1‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(2)
중합체 핵물질(8)로는, 폴리스티렌, 에폭시 수지 등과 같은 플래스틱, 스티렌-부타디엔 고무, 실리콘 고무 등과 같은 고무, 그리고 셀룰로오스, 녹말, 스켈렌 등과 같은 천연 중합체가 사용될 수 있다. 이들 물질들은 핵물질의 주성분으로 사용되고, 가교제, 경화제, 산화방지제 등과 같은 여러가지 첨가제들이 선택적으로 들어갈 수 있다.
박막(9)을 구성하는 금속으로는, 여러가지 종류의 전도성 금속, 금속 산화물, 합금 등과 같은 것들이 사용될 수 있다.
상기 금속의 예로는 Zn, Al, Sb, Au, Ag, Sn, Fe, Cu, Pb, Ni, pd, Pt등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 복합물질(예를들어 땜납)의 형태로 사용될 수 있다. 더우기 경도와 표면장력의 조질이나 잡착제의 개선과 같은 특별한 목적을 위해서는 Mo, Mn, Cd, Si, Ta, Cr등과 그들의 화합물과 같은 금속이 첨가된다.
전도성과 부식방지의 관점에서 보면 Ni, Ag, Au, Sn, Cu, Pb가 적당한데 이들은 단층 혹은 다층으로 사용된다.
중합체 핵물질(8)위에 금속박막(9)을 형성시키기 위한 방법으로써는, 증기석출법, 스퍼터링법, 이온도금법, 불꽃분무법 등과 같은 건조방법과 유동층방법, 무전해 도금방법등과 같은 도금방법이 사용될 수 있다. 이들 방법들 중에서 무전해 도금방법이 특히 바람직한데 그 이유는 이것은 습식 분산 시스템을 사용하여 균일한 두께의 코팅층을 만들 수 있기 때문이다. 금속박막의 두께는 보통 0.01∼5마이크론인데 0.05∼1.0마이크론이 바람직하다. 금속 기판층(metallic substrate layer)이 형성될때 여기서 사용된 "두께"라는 용어는 기층의 두께를 포함한다. 만일 코팅층의 두께가 너무 작다면 전도성이 떨어진다. 만일 두께가 너무 크다면 회로 접속시에 중합체 핵물질은 변형되기가 어려워지며 따라서 접속의 신뢰성은 떨어진다.
본 발명의 압력 가변형 전도입자(3)로서, 위에서 언급한 중합체 핵물질/금속박막 구조 뿐만 아니라, 이들이 반도체 침의 보호층(13)이 파괴되지 않고 가열 및 가압하에서 변형될 수만 있다면 몇가지 열가용 금속입자들도 사용될 수 있다.
압력 가변형 전도입자(3)가 회로접속을 위해 사용될 때 압력 가변형 전도 입자들이 충분한 접촉 면적을 유지하기 위해 서로를 늘리도록 접속시에 가해진 열과 압력 또는 압력만에 의해 중합체 핵 물질이 변형되는 다는 것과 중합체 핵물질이 견고성과 열팽창 계수에 있어서 비슷하고 또 금속 박막층은 1마이크론 이하의 작은 두께를 가지고 있어 변형 가능하다는 것 때문에 접속부는 회로(4)와 회로(5)사이에서 팽창과 수축이 뒤 따를 수 있다. 그러므로 접속의 신뢰성은 비록 온도가 시간에 따라 변한다하더라도 장시간 동안 뚜렷히 개선된다.
변형이 되기 전에, 본 발명인 압력 가변형 전도 입자는 0.01∼100마이크론의 평균 입자지름을 갖는 것이 바람직하다. 비록 평균 입자지름이 0.01마이크론 보다 작다 하더라도 입자의 표면적은 너무 크며 또 응집때문에 입자와 입자의 접촉이 과도하게 일어난다. 그 결과 인접 두회로사이의 절연성이 떨어진다.
만일 평균 입자 지름이 100마이크론을 초과한다해도 회로가 미세하고 입자가 인접 회로사이에 존재할 때 인접 두회로 사이의 절연성은 떨어진다. 이런 이유로 해서 바람직한 평균 입자지름은 1∼50마이크론이다.
압력 가변형 전도입자의 모양은 그것의 평균 입자지름이 위에서 말한 범위 이내에 있다면, 그다지 중요하지 않다. 그러나 우수한 비등방 전도성을 얻기 위해서는 가능한 종횡비가 작은 전도 입자가 바람직하다. 예를들어 구형 또는 추형의 압력 가변형 전도 입자가 좋다.
이들 압력가변형 전도입자는 단독으로 또는 2가지 이상을 결합해서 사용할 수 있다.
본 발명의 압력 가변형 전도입자는 접착제 성분 부피의 0.1∼15%정도로해서 사용된다. 그러나 비록 그 정도에서 우수한 비등방 전도성을 가지게 되나 만일 아주 우수한 비등방 전도성을 얻을려고 압력 가변형 전도 입자의 양을 접착제 성분의 부피의 0.1%보다 작게하면 두께 방향에서의 전도성은 떨어지고 만일 15%보다 크게하면 인접회로간의 절연성이 떨어진다.
이런 이유로해서 압력 가변형 전도 입자의 양을 접착제 성분 부피의 1∼10%범위를 유지하는 것이 매우 바람직하다.
접속 회로의 부식을 방지하고 접속의 신뢰성을 향상시키는 입장에서 본다면, 본 발명의 회로접속을 위한 구성물을 순수한 물속에 담구어 그것을 10시간동안 100℃에서 처리하여 얻어진 추출된 수용액 속의 염소 이온 농도는 구성물의 무게를 기준으로 하여 15ppm 이하 바람직하게는 5ppm이하가 적당하다.
더우기 추출된 수용액 속의 염소 이온 농도를 낮추는 것은 접속의 실행 가능성 입장에서 보아 바람직하다. 그 이유는 이것은 구성물의 반응속도를 향상시키고 이 때문에 접속 온도를 낮추며 접속에 필요한 시간을 단축시키기 때문이다.
다음, 위에서 언급된 회로의 구성물들을 이용하여 만들어진 회로기판과 반도체 칩의 접속구조는 무범프 및 범프 반도체 칩의 경우에서 설명한다.
먼저, 무범프 반도체 칩의 접속을 도면을 참조하여 설명한다. 제 5 도와 6도는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한 것이다. 반도체 칩(11)은 IC, LSI, 칩 콘덴서, 또는 그와 같은 종류의 것이다. 이 반도체 칩에는 알루미늄, 구리, 니켈 등으로 만들어지고 거기에 금으로 입힌 층이 있는 전극(12)이 오목하게 또는 보호층(13)의 주표면(10)과 거의 준위로 형성되어 있다. 전극(12)으로는 원한다면 반도체 칩의 배선이 그대로 사용되어도 된다.
전극의 깊이가 보호층의 두께가 거의 같게 되는 경우(제 6 도)는 보호층(13)이 CVD와 같은 얇은 필름을 만드는 기술을 사용하여 필요한 부분에 형성되는 경우 또는 배선 회로가 보호층에 의해 덮여지지 않는 경우에 해당한다.
기판(14)은 유리, 합성수지, 금속, 세라믹 또는 이들의 복합물질로 만들어지며, 금, 은, 구리, 알루미늄, 크롬, 탄탈, 인듐산화물(ITO)등으로 만들어진 회로를 가지고 있다. 기판(14)은 중심부분(예를들어 필름 캐리어 또는 TAB)이 없는 제 5 도의 구조나 제 6 도의 연속적 구조(예를들어 유리회로)를 가질 수 있다.
제 5 도와 6도에서 반도체 칩과 기판의 결합은 위에 것에만 한정되지 않는다. 예를들어 제 5 도에 도시된 오목 전극을 가진 반도체 칩을 제 6 도에 도시된 연속적인 기판에 작용시키는 것도 가능하다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 제 7 도를 설명한다. 제 7 도는 오목 전극(12)을 가진 반도체 칩을 은색 페스트(silver paste)를 사용하여 합성수지 필름기판(14)에 구성된 회로(15)에 접속된 경우를 도시한 부분도이다.
중심부분이 부품 구조는 은색 패스트를 사용한 회로 또는 회로 준비시에 부식상황이 적절하지 못할 때 종종 생기게 된다.
제 7 도에서 회로(15)는 중심부분에서 부풀어 있다. 그러므로 보호층(13)은 댐으로서 작용하며 압력가변형 전도입자(3)는 가압시에 절연 회로속으로 흘러 들어올 수 없다. 그 결과 우수한 전도가 이루어지며 보호층(13)과 기판(14)사이에 고절연이 이루어지게 된다. 제 7 도의 (a)와 (b)는 전극 접속부분(12, 15)사이에 있는 압력가변형 전도 입자(3)는 단순분산입자(a)나 응집입자(b)가 될 것이라는 것을 나타내고 있다.
본 발명의 접속구조를 얻을 경우에는, 본 발명의 회로 접속을 위한 구성물은 반도체 칩(11)과 기판(14)사이에 설치되고 전극(12)과 회로(15)의 위치가 조정되고 난 후 전체를 가열 및 가압한다.
원한다면, 접속시에 자외선 방사 또는 초음파 진동을 선택적으로 결합해서 사용할 수 있다. 이것은 접착제의 경화시간을 단축시키고 결합될 표면의 오염물을 제거하는데 효과적이다.
본 발명은 접속시에 가열 및 가압하에서 변활될 수 있는 입자가 회로접속을 위해 접착제내에서 전도입자로 사용되고 입자들은 접속시에 접착제에 의하여 움직이지 않게되는 구조를 제공한다. 결합 표면의 요철에 따라서 가변 입자들은 그들의 형태가 변화되기 때문에 범프가 접소부분에 없을 때조차 전기적 접속을 가능하게 한다. 그 이유는 가변입자들이 범프와 유사하게 기능하기 때문이다. 게다가, 보호층에서 전극에 이르는 깊이에서의 요철은 무시될 수 있기 때문에 접속작업은 간단하게 될 수 있다. 가변형 전도 입자들은 반도체 칩과 보호층을 구성하는 재료보다 강도에서 떨어지기 때문에 반도체 칩과 보호층은 접속시에 가해진 열과 압력에 의해 파괴되지 않는다. 따라서, 인접 두 회로 사이에서 절연성질을 가지고 위아래 전극의 방향으로만 전도되는 고밀도 접속은 전도입자의 지름과 양을 적당히 택하므로써 이루어진다. 그러므로, 지금까지는 불가능했던 무범프 반도체칩의 접속이 가능하게 된다.
더우기 지금까지 연결부분이 땜납으로된 플립칩으로 알려진 것의 경우에는 반도체칩과 기판사이의 열팽창 계수의 차이로 인한 모든 응력은 땜납으로 만들어진 접속부분에 집중된다. 반면에, 본 발명에 따르면 전도입자는 핵물질로써 중합체물질을 가지며 표면 금속층은 아주 작은 두께를 가지고 있다. 전도입자와 접착제 둘다 중합체물질로 이루어진 것으로 탄성계수와 열 팽창 계수에 있어서 비슷하기 때문에 비등방 접착제로 만들어진 접속층은 열적충격에 잘 견디는 우수한 응력 흡수체처럼 행동한다. 이 때문에 접속의 신뢰성은 향상된다.
더우기 접속시에 땜납을 용융하는 단계가 필요없기 때문에 반도체칩과 인근의 전자부품은 열에 의해 손상되지 않고 땜납 다리도 형성되지 않는다. 이 때문에 더욱 밀도를 높일 수 있다.
만일 원한다면, 위에서 얻어진 접속구조는 다른 합성수지 또는 세라믹으로 분해될 수 있다. 이것은 접속부분의 기계적 보강과 방습층 형성의 입장에서 볼때 바람직하다.
다음, 범프 반도체칩의 경우를 도면을 참조하여 설명한다. 제 8 도는 본 발명의 실시예 중 하나를 도시한 부분도이다. 반도체칩(11)에는 주 표면에서 튀어나온 금 또는 땜납으로 만든 전극(17, 17')(보통 범프라고 함)이 있다.
본 발명에 따라서, 회로(15)는 회로(15)상에 설치된 회로 접속 구성물을 매개로하여 반도체 범프(17, 17')에 접속되어 있다. 이때에, 반도체칩 범프의 접속부분을 제외한 표면이하의 전체는 절연 접착제(16)로 덮여 있다.
절연접착제(16)는 범프(17, 17')가 형성된 표면의 반도체칩 옆면도 덮어야한다. 본 발명인 범프 반도체칩의 접속구조의 제조를 이하에서 설명한다.
제 8 도에서, 본 발명인 회로접속 구성물(18)은 회로(15)를 가진 기판(14)위에 구성되어 있다. 구성물이 액체일 때는 코팅 또는 날염에 의해 구성된다. 구성물이 고체일 때는 기판위에 설치되어 가압 또는 가열 및 가압된다. 반면에 절연 접착제(16)는 반도체칩(11)의 범프(17, 17') 옆면에 구성되어 있다. 그후에 접착제표면을 일체시키도록 접착제표면 모두는 서로 마주 대한 뒤 가압 또는 가열된다. 본 발명에 따라서 절연 접착제층은 비교적 쉽게 형성될 수 있다.
다른 방법으로는 반도체칩(11) 옆면에 간격이 생기도록 기판의 두께 또는 범프(17, 17')의 높이를 조절하여 돌출된 전극부분만이 구성물(18)에 접속되도록 하는 것이다. 그러면 절연접착제(16)는 간격의 일부속에 들어가게된다. 이것은 절연 접착제(16)속에 잠금으로써 또는 압력 또는 감소된 압력하에서 절연 접착제를 주입하므로써 형성된다.
이중층 필름을 사용한 방법을 설명한다. 본 발명에 따라서 반도체칩과 기판은 회로접속 구성물층이 기판과 대면하도록 회로접속구성물(18)과 절연접착제(16)으로 구성된 이중층 필름을 입혀 압력 또는 열과 압력을 가하여 접속된다.
이중층 필름은 접착제(1), 코팅된 입자(2) 그리고 압력가변형 전도입자(3)을 코팅과 같은 방법으로 벗겨질 수 있는 필름위에 구성하고 있어, 절연접착제(16)를 코팅하여 이루어진다.
후자의 방법에 따르면, 접속실행가능성은 전자의 방법에 비해 크게 증진될 수 있는데 그 이유는 접속전에 그 밖의 다른 곳에 절연 접착제를 쓸 필요가 없기 때문이다.
본 발명의 접속구조를 얻는데는, 범프(17, 17')의 첨단부와 회로접속구성물(18)사이에서 접촉이 잘되도록 접속시에 절연접착제(16)의 유동성을 회로접속구성물(18)의 유동성과 최소한 비슷하거나 더 크게 만드는 것이 중요하다. 절연접착제(16)의 두께는 범프(17, 17')의 높이보다 더 크지 않을때, 바람직하기로는 범프를 제외한 부피를 갖는 높이보다 더 크지 않을때 우수한 접촉이 이루어질 수 있다. 회로 접속 구성물(18)의 두께는 구성물에 내포된 전도입자의 지름과 비슷하거나 작은 것이 바람직하다. 그 이유는 이 상태에서 전도입자는 효과적인 전도성을 가질 수 있기 때문이다.
본 발명의 접속구조에 따라서, 접속부분은 전도성을 가진 회로 접속성분(18)층과 절연접착제(16)층으로 이루어진 이중층 구조로 만들어진다. 이것에 의해, 접속분해능(connection resolu-tion)이 크게 개선될 수 있으며, 반도체 칩의 미세회로의 접속부에서 인접회로 사이의 단락회로를 제거시킬 수 있다. 그러므로, 범프(17, 17')와 회로(15)의 접속에서, 범프의 첨단부 표면은 회로 접속구성물(18)에 내포된 압력가변형전도입자(3)와 접촉하고 전극에 요철을 형성하는 물질로서 작용한다. 이 때문에 미세한 면적에서의 접속 신뢰성이 향상될 수 있다.
접속부분(13, 15)사이에서 절연접착제(16)의 존재는 범프(17, 17')사이에서의 누설을 막아준다. 그러므로 전도입자는 종래기술에서보다 더 높은 밀도로 채워질 수 있다. 따라서 미세 면적내에서의 접속 신뢰성은 향상될 수 있다.
이 때에 구성물(18)과 절연접착제(16)는 제 8 도에 도시된 것과 같이 분리된 상(Separate phases)을 구성하고 있다. 그러나 물질 모두가 펌프 사이 공간에서 용액 또는 혼합물로 존재한다면, 전도입자(3)의 농도는 비교적 감소하여 더욱 바람직한 상태로 된다.
더우기, 이 접속구조에 따라서, 범프 표면(칩 앞면의 접속표면)은 전도입자를 포함하지 않은 절연접착제(16)으로 덮여있다. 이 절연접착제(16)는 접속시에 가해진 압력하에서 완충층으로 작용하며 칩이 파괴되는 것을 막아준다.
절연 접착제(16)는 또한 밀봉의 효과를 가지고 있으며 침수방지와 내습성 향상에 효과적이다. 더우기 압력가변형전도입자(3)는 회로와 지역적으로 접속하고 열팽창 계수와 탄성계수가 전도입자의 핵물질과 대략 비슷하기 때문에 접속신뢰성은 현저히 개선된다.
위에서 언급된 것처럼, 본 발명인 반도체칩의 접속구조는 무범프침과 범프칩에서 표시물질(display materials)(예를들어, 액체결정, ELI형광표시막 등), IC카드, 프린터 등과 같은 고밀도가 요구되는 분야에 크게 공헌한다.
위에서 언급된 접속에서는, 단지 한개의 반도체칩만이 사용되었다. 그러나 본 발명에 따라서, 복수칩 설치(multi-chipfitting), 즉 한개의 기판위에 많은 칩의 동시접속, 한개의 반도체 칩위에 다른 반도체 칩의 연속적 적층 및 집적, 등이 또한 실시될 수 있다.
더우기, 과정을 단축한다는 입자에서 보아, 웨이퍼를 칩속에 넣을 때 일시적으로 고정하기 위해 또는 정전기 파괴를 방지하기 위해 또는 전도성을 시험하기 위해 웨이퍼 전극표면상에 경화되지 않은(B 단계) 구성물을 두므로써 본 발명의 구조를 일시적으로 구성하고, 이어 본 발명의 구조물을 얻기 위해 칩을 구성하는 방법이 또한 바람직하다.
본 발명에 따라서, 압력가변형 전도입자(3)는 지름이 코팅된 입자(2)지름보다 더 크기 때문에 먼저 변형되고 또 접속시에 압력을 먼저 받는다. 이때에 활성 접착제(1)은 고온 때문에 이미 점성이 감소했기 때문에 이미 점성이 감소했기 때문에 압력가변형 전도입자(3)의 표면에서 쉽게 제거될 수 있다. 더우기 압력가변형 전도입자(3)는 회로와 접촉을 유지하면서 그 형태가 자유롭게 변화될 수 있다. 코팅된 입자(2)는 지름이 압력가변형 전도입자(3)보다 작기 때문에 압력가변형 전도입자보다 더 늦게 고온에 도달한다. 그리고 이 고온에서 보호층은 파괴 혹은 녹아버리고 핵물질 또는 경화제가 활성 접착제(1)과 접촉하게 된다. 고온때문에 경화반응은 빨리 진행한다. 그러므로 압력가변형 전도입자는 변형된 상태를 유지하고있을 동안에는 회로사이에서 움직이지 않게 될수 있다. 그런데 변형된 상태는 입자를 회로와 충분히 잘 접촉하게하여 접촉저항의 산만한 분포에서도 안정된 접속을 실현시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술(technique)은 반도체칩과 회로기판사이의 전기적 접속등과 같은 고도의 접속신뢰성을 요구하는 분야에 적용될 수 있다.
이하에서는 여러가지 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[실시예 1]
(1) 잡착제
에피코테(Epikote) 1002(비프페놀 형 에폭시 수지, 유까쉘 에폭시 콤파니제) 및 니폴(Nipol) 1072(카르복실-변성 니트릴고무, 니뽕 게온 콤파니 제)를 고체 성분비 70 : 30으로 함께 혼합하고, 톨루엔 중의 40%용액으로 만든다.
(2) 코팅된 입자
노바큐어(Novacure, 핵 물질로 사용된 변성 이미다졸을 가교된 폴리우레탄으로 코우팅 및 마이크로 캡슐화하여 평균 입자 직경 2.5미크론인 마이크로캡슐을 수득하고 이 마이크로캡슐을 액체 에폭시 수지에 분산시켜 제조된 분산액 ; 아사히 케미컬 인더스트리콤파니 제)를 사용한다.
(3) 압력 가변형 전도입자
구형인 유연성 에폭시 수지의 경화 생성물의 표면을 무전해 도금하여 입자 직경 5.2미크론의 입자("EP-M"이라 약칭함)를 수득한다. 니켈 층의 두께는 0.1미크론이다.
(4) 접속 물질 제조
상기 물질(1)∼(3)을 표 1에 나타낸 조합 비유로 조합하고, 이렇게 수득된 용액을 양축으로 신장된 폴리프로필렌 필름(50미크론)상에 코우팅하고, 15분간 90℃에서 건조시켜 두께 25미크론인 필름-형 연결 물질을 수득한다. 주위 온도에서 장시간 보관한 후 접속물질의 특성을 평가하기 위해 이렇게 제조된 모든 접속물질을 20시간 50℃에서 숙성시킨 후, 평가한다.
10시간 100℃에서 순수물로 추출 후 추출된 여소 이온의 농도는 디오넥스(Dionex) 2010i를 사용하여 이온 크로마토그래피로 측정하여, 13ppm이다. 반면 1.5mg의 접속물질을 무게를 달아두고, 그의 온도를 DSC(듀퐁 1090)중에 속도 10℃/분으로 상승시킨다. 발열량 피이크 온도는 148℃이다.
(5) 평가
접속물질을 사용하여, 각각 라인 폭 70미크론, 피치 140미크론 및 두께 35미크론의 250개의 구리 회선을 갖는 유연성 회로판(FPC)을 가열하고, 연결 폭 3mm에서 압축(170℃-20kg/cm2, 30초간)하여 그 전체면적(표면저항 30오옴/□)상에 두께 1.1mm 및 산화인듐 박막(ITO)를 갖는 유리 플레이트상에 접속시킨다. 이때에, 접속물질의 접착성 표면을 먼저 3초간 100℃, 5kg/cm2에서 FPC상에 접착시킨 후, 분리제(폴리프로필렌 필름)를 박리시키고 ITO에 접속시킨다. 이렇게 수득된 접속회로를 평가하여 표 1에 나타낸 결과를 수득한다. 표 1에서, 접속후에 두께는 마이크로미터로 접속 부위의 두께를 먼저 측정하고, 그로부터 FPC 및 미리 측정한 ITO 유리플레이트 두께를 배어 결정한다.
표 1에서, 접속저항은 멀티미터로 인접회로의 저항을 측정하여 결정된 평균값(X) 및 최대값(Max)로 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00002
실시예 1에서, 연결 부위의 두께는 약 1미크론으로서 작고, 양호한 접속 저항을 수득한다.
접속 구조 부분은 스캐닝 일렉트론 마이크로스코우프로 관측한다. 그 결과, 모든 전도 입자가 압축 방향으로 크게 변형되고 제1(C)도에 나타낸 바와같이 국소적으로 회로 표면과 접촉함을 알 수 있다.
실시예 1에서 사용된 코우팅된 입자의 코우팅 필름은 가교된 폴리우레탄으로 되어 있어, 톨루엔에 대해 저항성이 있어 제조시 아무 문제가 없다. 20시간 50℃에서 생성물을 숙성하여 장기간 보관할때의 그 특성을 평가할 때, 양호한 성질이 수득된다.
[실시예 2]
연결 물질에 입자 직경 2미크론의 구형 실리카(캐탈리스트 앤드 케미칼스 인더스트리얼 콤파니제)을 부가적으로 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1의 방법을 반복한다.
실시예 1과 동일한 방법으로 생성물을 평가한다. 구형 실리카의 입자 직경을 변경하여 연결물의 두께를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 간격 조절제로서 작용하는 구형 실리카는 양호한 연결 특질을 제공한다. 압력 가변형 전도입자가 특히 용이하게 가변될때,이 실시예의 방법이 효과적이다.
[실시예 3]
접착 성분이 변경된 것을 제외하고는 실시예 1의 방법을 반복한다. 그러므로, 바일론(Bylon) 300(히드록실 및 카르복실기를 갖는 열가소성 폴리에스테르, 도요보 콤파니제), 에피코테 828(비스페놀 A형 액체 엑폭시 수지, 유까 쉘 콤파니 제)및 콜로네이트(Colonate) L(폴리이소시아네이트, 니뽕 폴리우레탄 콤파니제)를 조합비 70/30/1로 사용한다.
이 실시예에서, 접착제는 실시예 1의 것과 상이하다. 표 1에 나타낸 바와같이, 양호한 연결 특질을 수득한다.
[실시예 4∼5 및 비교예 1∼2]
이 실시예에서, 실시예 1과 동일한 접착제를 사용하는 반면, 코팅된 입자 및 압력 가변형 전도 입자는 실시예 1과 상이하다.
(1) 접착제
실시예 1과 동일
(2) 코팅된 입자
(a) 예비 처리
구레졸(Curezole) 2MZ-OK(2-에틸이미다졸-이소시아누르산 부가물, 융점 약 250℃, 시꼬꾸 캐미컬 인더스트리 콤파니제)를 체로쳐 분류하여 평균 입자 직경이 각각 4.7미크론 및 15미크론 인 파우더상 경화제 물질을 수득한다. 예비처리로서 각각의 파우더상 물질을 톨루엔 중에서 격렬하게 교반하여 탈지하고 입자를 더욱더 거칠게 만든다. 톨루엔을 여과 제거하여 예비처리된 핵 물질(경화제)를 수득한다.
(b) 활성화
그런후, 파우더상 물질을 서큐트프레프(Circuitprep) 3316(PdCl+Cl+HCl+SnCl2형 활성화 처리용액, 니뽕 일렉트로플레이팅 엔지니어즈 콤파니제)에 분산시키고, 20분간 25℃에서 교반하여 활성화시키고, 그후 물로 세척하고 여과하여 활성화 표면을 갖는 핵물질을 수득한다.
(c) 무전해 구리 도금
활성화 처리된 핵물질을 서큐트프레프 5501(니뽕 일렉트롤레스 플레이팅 엔지니어즈 콤파니제, 무전해 도금 용액)중에 침지하고, 30분간 30℃에서 결렬하게 교반한다. 예정된 시간동안 방치한 후, 물로 세척하고 건조하여 핵물질상에 구리 코우팅층(스캐닝 일렉트론 마이크로스코우프를 사용하여 부분 평가하여 측정된, 약 0.1 미크론 두께)을 갖는 입자물질을 수득한다.
(3) 압력 가변형 전도입자
무전해 도금법에 의해 평균 입자 직경 10미크론의 가교된 폴리스티렌입자(Pst) 표면상에 니켈층을 형성한 후, 금을 사용하여 치환 도금을 한다. 그리하여, 금속 코팅층이 약 0.2미크론인 금속 도금된 플라스틱 입자(이하 "Pst-M"이라 함 ; 비중 2.0)을 수득한다.
(4) 평가
실시예 1과 동일한 방법으로 수행된 평가의 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에서, 실시예 4 및 5는 압력가변형 전도 입자 둘다의 평균입자 직경이 변형전에 10.4미크론인 반면, 실시예 4의 코팅된 입자의 평균입자 직경이 4.2미크론이고, 실시예 5의 것의 평균 입자직경이 7.2미크론인 경우이다. 두 실시예에서, 접속후의 두께는 2 내지 3미크론으로 작고, 전도입자는 충분히 변형되어 접속저항
Figure kpo00003
및 최대값 둘가 낮고, 결과가 양호하다.
실시예 4 및 5에서, 코팅된 입자의 코팅물질로서 금속을 사용한다. 이로 인해, 코팅된 입자는 접착제 중에 내재하는 용매 영향에 저항성이 있고 접속 물질 제조시에 점도 변화가 작아 제조의 실제화가 용이하다. 접속 후, 코팅 물질은 전도물질로서 작용하고 역 영향을 나타내지 않는다.
비교예 1에서, 코팅된 입자의 입자직경이 15.2미크론이고, 이것은 압력 가변형 전도입자의 평균입자직경(10.4미크론)보다 크다. 이 실시예에서, 접속후 두께는 거의 감소되지 않고, 접속 저항이 불안정하다.
아마, 압력 가변형 전도입자의 변형 및 회로와의 접촉이 둘다 아직 충분하지 않은 단계에 경화 반응이 일어나기 때문에 접착제의 점성이 상승되기 때문일 것이다.
[비교예 2]
이 실시예에서 사용된 접속물질은 실시예 2의 것과 유사한 제형이지만, 이 실시예에서 사용된 코팅된 입자는 코팅 처리안된 경화제 파우더이다.
이 경우에, 코팅 후의 두께는 감소되지 않고 접속 저항이 불안정하다. 아마 이것은 접착제의 경화반응이 보관(20시간 50℃)과정중에 진행되어 접착제가 회로 연결시 거의 유동성을 잃어버렸기 때문이다.
상기 실시예 1∼5에서, 압력 가변형 전도입자의 변형은 연결시 사용된 고온에 기인하여 접착제의 점성의 감소를 수반한다. 그러나, 회로간에 장치된 압력 가변형 전도 입자는 회로 밖을 유동할 수 없고, 용이하게 변경될 수 있다.
압력 가변형 전도입자의 변형후, 반응성 접착제의 점성이 상승하여 안정한 접속이 가능하다. 그 결과, 모든 접속물에서, 인접회로(FPC, 스페이스 70미크론)간에 짧지 않은 회로가 생기고, 양호한 비동방 전도성을 관측한다.
이 실시예에서 사용된 접착제가 반응 경화성 형이어서 고 접착강도를 고온에서도 유지하고 양호한 상태의 접속이 관측된다.
[실시계 6∼8 및 참고예 1]
이 실시예에서, 접착제로부터 추출된 염소이온의 영향을 검사한다.
(1) 접착제
초고순도의 시판되는 에폭시 수지로서, 쾨틀렉스(quatlex) 1010(비스페놀 형 에폭시 수지, 도우 케미컬 콤파니제) 및 콰톨렉스 2010(노블락 페놀형 에폭시 수지, 도우 케피컬 코오포레이숀제)를 사용한다. 에폭시 수지용 유연제로서 부티랄(Butyral) 3000K(폴리비닐 아세탈 수지, 뎅끼 가가꾸고오교가부시끼가이샤제)를 에폭시 수지에 대해 30중량%(고체 성분 중량) 비율로 에폭시 수지와 블렌드하고, 톨루엔중의 40%(고체 성분)용액을 제조한다.
(2) 코팅된 입자
시판 물질 중에, 노바큐어 HX-374HP(핵물질인 변성 이미다졸을 폴리우레탄 형 물질로 코팅하여 평균 입자 직경 4.5미크론하여 평균 입자 직경 4.5미크론의 입자 물질을 수득한 후, 고순도의 액체 에폭시 수지에 입자 물질을 분산시켜 제조된 분산액 ; 아사히 케미컬 인더스트리 콤파니제)를 실시예 6∼8에서 선택한 반면, HX-3741(일반용도형의 액체 에폭시수지로 상기와 동일한 경화제의 분산액)을 참고예 1에서 사용한다.
(3) 압력 가변형 전도입자
폴리머계 핵물질로서 연성 페놀입자를 사용한다. 니켈/금의 복합 도금층은 그 표면상에 형성하여 평균 입자 직경 15.2미크론의 전도 입자를 제조한다.
(4) 접속 물질 제조
실시예 1과 동일한 방법으로, 두께 17미크론의 비동방 전도 접착제의 필름을 제조한다.
(5) 평가
실시예 1과 동일한 방법으로 평가하여 수득된 결과를 표 1에 나타낸다.
참고예 1과 비교하여, 실시예 6 및 8의 염소이온 농도가 낮고(1/10이하), DSC 피이크 온도는 약 30℃이하에서, 염소 이온 농도의 감소가 반응성의 향상을 가져온다. 실시예 7에서, 실시예 2와 동일한 간격 조절제가 사용된다. 실시예 6 내지 8모두가 양호한 접속 저항을 나타낸다.
그러므로, 실시예 6∼8 및 참고예 1의 접속물을 압력 쿠커 시험(PCT)한다. 200시간 처리후, 저항을 측정한다.
그 결과, 실시예 6∼8전부 최대저항 10ohms이하를 나타내고 접속 저항 변화가 작은 반면, 참고예 1에서는 최대저항 30ohms으로 높고 실시예 6∼8에 비해 접속 저항 변화가 더 크다. 이것은 아마 실시예 6∼8에서는 반응성이 더 높아 경화 반응이 참고예 1보다 더욱 충분히 진행되고, 접속부위의 전극 표면의 부식이 실시예 6∼8에서는 낮은 염소 이온 농도에 의해 방지되는 이유에서이다.
[실시예 9∼11]
반도체 칩(5평방mm, 두께 0.5mm, 주 표면의 4면에 형성된 50미크론 평방의 200개 전극, 최단 부위의 전극거리 50미크론, 보호층의 두께는 실시예 9, 10 및 11에서 각각 10.2 및 0미크론) 및 상술한 전극 배열에 상응하는 ITO(산화인듐) 회로를 갖는 회로 유리판을 제조한다. 실시예 1의 회로 접속 접착 구성물로된 필름-형 접속물질을 반도체 칩 및 회로사이에 장치하고, 가열하고 30초간 170℃, 30kg/cm2에서 압축하여 접착제를 경화한다. 그리하여 접속구조를 수득한다.
상술한 접속구조에서, 전극의 모든 접속점에서 전도성을 나타내고, 열 충격 시험(-40℃ 내지 100℃, 500사이클)후에도 결과가 변하지 않는다. 열 충격 시험 후, 접속 구조 부위를 스케닝 일렉트로 마이크로스코우프로 시험한다. 그 결과, 연결 표면중의 전도입자는 압축방향으로 모두 크게 변형되고, 변형 정도가 실시예 9, 10 및 11에 따라, 즉 보호층 두께의 감소에 따라 증가됨을 나타낸다.
[실시예 12]
실시예 10에서 사용한 것과 동일한 반도체 칩을 75미크론의 폴리이미드 필름 상에서 15미크론 구리 회로를 갖는 TAB 테이프에 접속시킨다. 회로 접속 구성물 및 접속조건을 실시예 10과 동일하다. 이 경우에도 양호한 접속을 수득할 수 있다. 실시예 9 내지 12에 따라, 그 상에 어떤 범프 형성없이, 반도체 칩의 전극부분 및 판의 회로부분을 압축 또는 가열 및 압축하는 단순한 방법으로 접속하여 반도체 칩의 범프가 없는 접속을 매우 확실하게 가능하게하여 공정을 크게 단순화시킨다.
본 발명에 따라 봉합밀도(접속 분해능)의 향상, 값의 저하 등과 같은 우수한 효과를 동시에 수득할 수 있다.
[실시예 13]
이 실시예에서, 회로 접속 구성물 및 절연 접착제가 필름 형 물질인 경우를 상승한다. 상술한 바와같이, 이 물질은 또한 액체 또는 다른 형태일 수 있다. 회로판은 유리 플레이트 상에 그 배열이 반도체 칩(5평방mm, 두께 0.5mm, 주 표면의 4면상에 200개의 범프(높이 20미크론)가 형성됨)의 범프(돌출된 전극)의 것에 상응하는 접속단부를 갖는 ITO회로를 형성하여 제조된다. 반면, 회로 접속구성물로서, 두께 7미크론 및 실시예 3과 동일한 제형(초기 점도가 170℃에서 1×104포이즈이다)의 필름 형 구성물을 제조한다. 5초간 5kg/cm2의 압력하 실온에서 유리판의 회로상에 적용한다. 반면 절연 필름으로, 압력 가변형 전도 입자가 돌출되는 실시에 1의 구성물(두께 20미크론, 170℃에서의 초기 점도 2×102포이즈 )을 5초간 압력 5kg/cm2하 실온에서 반도체 칩 표면상에 적용한다. 접착 표면둘다 정확한 위치로 조절하고 30초간 30kg/cm2하 170℃에서 가열 및 압축하여 연결한다. 잠상성 경화제를 활성화시켜 접착제를 경화시킨다. 부위를 관측하여 반도체 칩의 인접 전극 간의 공간이 절연 접착제로 채워지고, 범프의 팀과 비등방 전도 필름의 입자와 접촉하고 입자가 제 8 도에 나타낸 바와같이 변형됨이 밝혀진다. 접속시 절연 접착제의 점도가 회로 연결 구성물보다 더 낮아, 범프의 팁이 주변 절연 접착제를 차단하여 전도 입자와 접촉하게 한다. 이 부위의 전도입자가 핵물질로서 중합체를 함유하는 가변형 입자이므로, 편평하게되어 회로와의 접촉면적을 크게한다. 기기에서 전도 입자의 농도가 낮으므로 인접 범프간에 단락의 위험은 없다. 실시예 13에 따라, 고 밀도 전극을 갖는 반도체 칩 및 회로간의 연결은 매우 확실하게 실행될 수 있다. 또 회로 접속 구성물 및 절연 접착제로 구성되는 이중층 필름이 사용되면, 반도체 칩의 더욱 간단하고 편리한 접속이 실현될 수 있다.
[실시예 14]
(1) 회로 접속 구성물
두께 20미크론 및 실시예 6과 같은 제형의 필름 형 물질을 사용한다.
(2) 접속
반도체 칩의 범프 배열(5평방mm, 높이 0.5mm, 주 표면의 4면상에 100개의 금 범프 형성)에 상응하는 접속단부를 갖는 ITO/Cr 회로를 유리 플레이트 상에 형성시켜 회로판을 제조한다. 필름 형 물질을 회로판에 적용한다. 폴리프로필렌 필름을 박리한 후, 반도체 칩의 범프 및 판의 말단의 위치를 마이크로 스코우프하 조절하여 회로 판의 한 쉬트상에 10개의 반도체 칩을 장착시킨다. 압력 20kg/cm2하 80℃에서 전부를 가열 및 압축하는 동안(필름이 경화되지 않았다), 전도 상태를 측정 탐사침을 사용하여, 전류 10마이크로 암페어에서 밀리미터로 시험한다.
(3) 재생
상술한 전도성 시험으로, 10개중 1개의 반도체 칩에서 불규칙함을 발견한다. 그러므로, 압력을 제거한 후, 불규칙한 부위를 박리제거하고 신규 칩으로 대체한 후, 상술한 접속 공정을 반복한다. 그 결과, 모든 칩이 정상적으로 작동한다. 접착제가 비경화 필름이고 접착 표면이 깨끗하므로 불규칙한 부위를 매우 용이하게 박리제거할 수 있다.
(4) 경화
압력하 전도성 시험으로 정상적인 결과를 수득하므로, 플레이트의 하면을 10초간 적외선 조사기로 가열한다. 가열 최대 온도가 190℃이다. 이 적외선 조사기에 따라, 가열원(크세는 램프)으로부터 방출된 열은 렌즈에 의해 집중되고 손실없이 광 섬유에 의해 접속된 부위의 근처로 유도된다. 따라서, 온도가 단 시간내에 상승될 수 있고, 자유로이 낮춰질 수 있다.
상술한 예에서, 접착제가 비경화되어 유지되는 접착제중에 내재하는 경화제의 활성화 온도보다 더 낮은 온도에서 압력을 적용하여 전도성 시험을 수행할 수 있다. 또, 접속시 경화 수단으로 적외선을 집중 조사하였으므로, 전도성 시험에서와 동일한 상태의 압축을 유지하면서 단시간내에 온도를 상승시켜 접착제의 경화반응을 완결시킬 수 있다.
본 발명에 따라, 완전히 결합시키기 전 또는 접착제가 아직 경화되지 않은 상태에 전도성 시험을 수행하고, 이것은 결점있는 부위를 매우 편리하고 용이하게 재생시켜 준다. 이것은 공정의 노동력 절감 및 비용감소에 매우 바람직하다.
상술한 바와같이, 본 발명에 따라 압력 가변형 민도 입자의 입자 직경이 접속물질중의 코팅된 입자의 직경보다 더욱 크게된다. 그러므로, 회로 접속 부위를 가열 및 압축할 때, 압력 가변형 전도입자가 회로 상하간에 변형된 후 접착제의 점도가 상승한다. 따라서, 절연 접착제가 전도입자의 표면으로부터 충분히 제거될 수 있어, 접속 저항의 분산이 없고 미소 면적의 접속에도 적용될 수 있는 안정한 접속을 실현할 수 있다. 또, 견고한 입자의 조합 사용으로 연결 후의 두께를 조절할 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명은 오늘날 더욱더 회로의 순도가 높아지는 회로판, 반도체등과 같은 전자 부품의 접속에 바람직하게 사용할 수 있는 회로 접속 구성물을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. (A) 에폭시 수지를 함유한 활성화 접착제, (B) 경화제인 핵을 필름으로 코팅하여 얻어진 코팅된 입자 및, (C) 상기 코팅된 입자(B)보다 더 큰 평균 입자를 갖는 압력 가변형 전도입자로 구성되며, 상기 압력 가변형 전도입자의 부피함량이 성분(A)와 (B)의 전체부피의 0.1∼15%인 것을 특징으로 하는 회로 접속용 구성물.
  2. (A) 에폭시 수지를 함유한 활성화 접착제, (B) 경화제인 핵을 필름으로 코팅하여 얻어진 코팅된 입자, (C) 상기 코팅된 입자보다 더 큰 평균입자를 갖는 압력 가변형 전도입자 및, (D) 상기 코팅된 입자보다 더 작은 평균입자를 갖는 경질입자로 구성되며, 상기 압력 가변형 전도입자의 부피함량이 성분(A)와 (B)의 전체부피의 0.1∼15%인 것을 특징으로 하는 회로 접속용 구성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구성물은, 추출된 물속에서의 염소 이온 농도가 15ppm이하이고, 열활성화 온도가 70∼200℃가 되는 것을 특징으로 하는 구성물.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 구성물은, 추출된 물속에서의 염소 이온 농도가 15ppm이하이고, 열활성화 온도가 70∼200℃가 되는 것을 특징으로 하는 구성물.
  5. 회로 접속 과정에 있어서, 제 1 항의 구성물을 서로 대면하는 회로 사이에 설치하는 단게, 구성물이 경화되지 않은 상태에서 가압을 행하면서, 두 회로에 대한 통전 테스트를 행하는 단계 및, 전기적 접속을 달성하기 위해서 가압하에서 구성물을 경화시키는 단게로 구성된 회로 접속 과정.
  6. 회로 접속 과정에 있어서, 제 2 항의 구성물을 서로 대면하는 회로 사이에 설치하는 단계, 구성물이 경화되지 않은 상태에서 가압을 행하면서, 두 회로에 대한 통전 테스트를 행하는 단계 및, 전기적 접속을 달성하기 위해서 가압하에서 구성물을 경화시키는 단계로 구성된 회로 접속 과정.
  7. 오목한 형태 또는 주 표면과 거의 같은 높이로 된 전극 부분을 갖고 제 1 항의 구성물의 접착제를 사용하여 배선기판에 전기적으로 접속된 반도체 칩으로 구성되며, 또한 상기 구성물 내에 포함된 압력 가변형 전도 입자는 중합체 물질로 된 핵의 전체표면을 금속 박막층으로 코팅하여 얻어지고, 반도체 칩의 전극 부분과 기판상의 회로 사이의 적어도 일부분이 변형되며, 접속된 부분은 접착제에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 무범프 접속 구조물.
  8. 오목한 형태 또는 주 표면과 거의 같은 높이로 된 전극 부분을 갖고 제 2 항의 구성물의 접착제를 사용하여 배선기판에 전기적으로 접속된 반도체 칩으로 구성되며, 또한 상기 구성물내에 포함된 압력 가변형 전도 입자는 중합체 물질로 된 핵의 전체 표면을 금속 박막층으로 코팅하여 얻어지고, 반도체 칩의 전극 부분과 기판상의 회로 사이의 적어도 일부분이 변형되며, 접속된 부분은 접착제에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 무범프 접속 구조물.
  9. 주 표면에 대해 돌출된 전극을 갖고 제 1 항의 구성물의 접착제를 사용하여 배서니판에 전기적으로 접속된 반도체 칩으로 구성되며, 또한 상기 구성물 내에 포함된 압력 가변형 전도입자는 돌출 전극의 단부와 기판상의 회로 사이에서 변형되며, 최소한, 전극 접속 부분을 제외한 반도체 칩의 전하부(whole under portions)는 절연 접착제로 덮이게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 접속 구조물.
  10. 주 표면에 대해 돌출된 전극을 갖고 제 2 항의 구성물의 접착제를 사용하여 배선기판에 전기적으로 접속된 반도체 칩으로 구성되며, 또한 상기 구성물 내에 포함된 압력 가변형 전도입자는 돌출 전극의 단부와 기판상의 회로 사이에서 변형되며, 최소한, 접속부분을 제외한 반도체 칩의 전하부는 절연접착제로 덮이게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 접속 구조물.
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