KR101051045B1 - 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기전도성을 갖는 저융점 합금필러(S1)와 상기 저융점 합금필러(S1)의 융점 보다 높은 융점을 갖는 고분자매트릭스를 포함하는 등방성 전도성 접착제에 제1단자(11)의 적어도 일부를 디핑하는 단계와, 상기 등방성 전도성 접착제가 디핑된 상기 제1단자(11)를 이에 대응되는 제2단자(31)에 배치하는 단계, 그리고, 상기 전도성 접착제를 가열하는 단계를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 전도성 접착제의 가열단계는 상기 저융점 합금필러(S1)의 융점 보다 높고 상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 낮은 온도까지 가열하여 상기 저융점 합금필러(S1)를 용융시키는 단계와, 상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 높거나 같은 온도로 가열하여 상기 고분자매트릭스를 경화시키는 단계를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 저융점 합금필러 사이 및 저융점 합금필러와 단자 사이의 금속 결합에 의해 일정한 레벨의 전기 저항을 갖는 전기적 연결을 얻을 수 있는 이점이 있다.
도전성 접착제, 저융점 합금필러, 고분자 매트릭스
Description
본 발명은 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체칩 등 전자부품에 형성된 단자를 상대부품에 전기적으로 연결하기 위한 도전성 접착제를 이용하여 전자부품의 단자를 접속하는 방법에 관한 것이다.
전자부품의 솔더링(Soldering)을 위해 일반적으로 땜납이 널리 쓰이고 있으나, 납성분은 환경에 유해한 영향을 미치므로 이를 지양하는 방향으로 기술이 개발되고 있다.
그 일환으로, 최근에는 납성분이 포함되지 않은 친환경적인 접착제, 보다 정확하게는 전기 전도성 접착제(electrically conductive adhesive; ECA)가 개발되어 사용되고 있다.
상기 전기 전도성 접착제는 납성분이 포함되지 않아 친환경적일 뿐 아니라, 전자기기의 고속화나 대용량화 및 소형화의 요구에 맞추어, 반도체 칩이나 디스크리트(Discrete) 부품 등의 전자부품의 고집적화나 고밀도화할 수 있는 장점이 있다.
상기 전기 전도성 접착제는 고분자 매트릭스(Polymer matrix)와 도전성 입자(conductive particles)로 구성되고, 비교적 낮은 온도에서 용융되어 솔더링되고 내열성이 매우 강한 특성을 갖는다. 이때, 상기 도전성 입자는 실질적으로 전기 전도를 가능하게 하는 부분이고, 고분자 매트릭스는 전자 부품을 회로기판 등에 물리적으로 고정되도록 하는 역할을 한다. 상기 전기 전도성 접착제 중에는 이방성 전도성 접착제나 등방성 전도성 접착제 등이 사용된다.
이때, 이러한 전기 전도성 접착제 내부의 도전성 입자는 고분자 매트릭스가 경화됨에 따라 수축되어 고분자 매트릭스 내에서 통전로를 형성하게 되고, 결과적으로 전자 부품의 리드와 회로기판의 랜드 사이가 상기 통전로에 의해 전기적으로 연결된다.
그러나, 상기한 전기 전도성 접착제의 도전성 입자는 금속에 의한 직접적인 전기 연결에 비해 상대적으로 낮은 전도율을 갖게 되고, 연결저항 역시 안정적이지 못한 문제점이 있다.
또한, 대향 전극 사이의 도통에 기여하지 않은 도전성 입자는 인접 전극 사이의 절연성을 저해하는 원인이 되기도 한다.
결과적으로, 전자부품의 전극 패드(범프) 및 회로기판의 랜드 사이의 전기적 연결 기능과, 전극 패드(범프) 및 랜드 사이의 물리적 결합 기능이 모두 충분히 발현되지 못하는 문제점이 있는 것이다.
이를 해결하기 위한 방안으로, 도전성 입자 중에서, 전계를 인가함으로써 전기장 방향으로 배열하는 전계 배열 효과를 갖는 입자를 사용하는 종래 기술(일본 공개특허공보 평8-315883호)이 개시되어 있다.
즉, 베어 칩과 기판 사이에 도전성 접착제를 공급함과 함께, 이 도전성 접착제에 전기장을 인가하여 도전성 입자를 배열시킴으로써 대향 전극 사이를 전기적으로 접속하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래의 도전성 접착제에서는 도전성 접착제에 함유되는 도전성 입자가 수지에 덮여 있기 때문에, 가령 도전성 입자끼리 배열함으로써 물리적으로 접촉하더라도 도전성 입자를 덮는 수지가 도통 불량을 야기한다는 문제가 있다.
그리고, 도전성 접착제에는 도전성 입자의 표면의 산화피막 등 이물을 환원시키는 플럭스가 미량 함유되어 있는데, 상기 플럭스가 산화피막을 제거하는 과정에서 물(H2O)이 발생되고, 이러한 물은 도전성 접착제의 고착력을 약화시키는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 상기 기판의 랜드에 스텐실(stencil printing)이나 메탈마스크 등을 이용하여 국부적으로 도전성 접착제를 공급한 후에, 상기 랜드에 접하도록 전자부품의 범프를 위치시켜 접합을 수행하였다.
그러나, 이와 같이 기판의 랜드에 국부적으로 도전성 접착제를 공급하는 작업은 용이하지 않거나, 비교적 고가의 장비를 요하므로, 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저융점 합금 필러가 포함된 등방성 전도성 접착제를 이용하여 서로 대향하는 전극 사이가 전기적으로 안정되게 연결됨과 동시에 견고하게 결합되도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저융점 합금 필러가 포함된 등방성 전도성 접착제를 단계적으로 가열하여 저융점 합금필러의 융합 및 젖음 특성 발현 및 접착제의 경화가 적절한 시간 차를 두고 나뉘어 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판에 실장될 전자 부품의 범프에 도전성 접착제가 도포된 후에 전자부품이 기판에 실장되도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 전기전도성을 갖는 저융점 합금필러와 상기 저융점 합금필러의 융점 보다 높은 융점을 갖는 고분자매트릭스를 포함하는 등방성 전도성 접착제에 제1단자의 적어도 일부를 디핑하는 단계와, 상기 등방성 전도성 접착제가 디핑된 상기 제1단자를 이에 대응되는 제2단자에 배치하는 단계, 상기 저융점 합금필러의 융점 보다 높고 상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 낮은 온도까지 가열하여 상기 저융점 합금필러를 용융시키는 단계와, 상기 가열한 온도를 일정 시간 유지하여 저융점 합금필러의 융합 및 젖음특성을 발현시키는 단계와, 상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 높거나 같은 온도로 가열하여 상기 고분자매트릭스를 경화시키는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 저융점 합금필러의 융합 및 젖음특성을 발현시키는 단계에서 가열은 상기 저융점 합금필러의 융점보다 15 내지 25℃ 높은 온도로, 15 내지 25 초 동안 지속된다.
상기 등방성 전도성 접착제에는 35% 내지 45% 부피를 차지하는 저융점 합금필러가 함유된다.
상기 저융점 합금필러는 Sn-58Bi, Sn-48In, Sn-57Bi-1Ag, Sn-9Zn, Sn-8Zn-3Bi, Sn-3.5Ag 중 어느 하나이다.
상기 등방성 전도성 접착제에 제1단자의 적어도 일부를 디핑하는 단계는 상기 등방성 전도성 접착제가 스퀴즈되어 접착제층이 형성된 더미기판에 상기 제1단자의 일부가 담겨 이루어진다.
상기 제1단자는 범프타입 또는 리드타입으로 형성된다.
본 발명에 의한 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에서는 저융점 합금 필러가 포함된 등방성 전도성 접착제를 이용하여 두 단자 사이의 전기적 연결을 수행하게 되므로, 저융점 합금필러 사이 및 저융점 합금필러와 단자 사이의 금속 결합에 의해 일정한 레벨의 전기 저항을 갖는 전기적 연결을 얻을 수 있어, 전자부품 사이의 접속 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에서는 저융점 합금 필러가 포함된 등방성 전도성 접착제를 단계적으로 가열하여 서로 융점이 다른 저융점 합금필러와 고분자 매트릭스 사이가 확실하게 분리형성되도록 하므로, 저융점 합금필러의 자기응집이 더 효율적으로 이루어지게 되고, 따라서 전기적 연결이 더욱 안정적으로 이루어지는 효과도 있다.
특히, 본 발명에서는 저융점 합금필러의 융점에서 일정 시간 가열을 유지하여 저융점 합금필러의 융합(coalescence) 및 젖음특성이 충분히 발현될 수 있으므로 단자 사이의 전기적 연결이 보다 안정적으로 이루어지는 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 기판의 랜드에 국부적으로 도전성 접착제를 공급하지 않고, 등방성 전도성 접착제가 스퀴즈된 더미기판에 전자부품의 범프 또는 리드를 디핑(dipping)하여 회로기판에 안착시키므로 솔더링 작업성이 향상되는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 도전성 접착제 및 이를 이용한 단자간 접속방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법의 바람직한 실시예를 이용하여 범프타입 전자부품을 회로기판에 실장하는 과정을 순차적으 로 보인 작업상태도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의해 접착된 제1단자와 제2단자의 요부구성이 확대도로 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명 실시예를 이용하여 리드타입 전자부품을 회로기판에 실장하는 과정을 순차적으로 보인 작업상태도가 도시되어 있고, 도 4(a)에는 도 3에 도시된 리드주변의 도전성 접착제가 가열되어 점착된 모습이 요부확대도로 도시되어 있고, 도 4(b)에는 도 3에 도시된 리드주변의 도전성 접착제가 순차적으로 가열되어 점착되는 모습이 단면도로 도시되어 있으며, 도 5에 본 발명 실시예에 의한 도전성 접착제를 가열하는 리플로우 프로파일이 그래프로 도시되어 있다. 이하에서는 전자부품을 회로기판에 실장하는 과정을 예로 들어 설명하기로 한다.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 전자부품(10)은 회로기판(30)에 실장되어 전기적으로 연결되는데, 보다 정확하게는 상기 전자부품(10)의 범프(11)와 회로기판(30)의 랜드(31) 사이가 접하여 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 범프(11)와 랜드(31) 사이는 도전성 접착제(S)에 의해 전기적으로 연결됨과 동시에, 둘 사이가 물리적으로 견고하게 결합될 수 있다. 즉, 전자부품(10)과 회로기판(30) 사이가 별도의 납땜 없이 도전성 접착제(S)에 의해 전기적으로 연결되는 것이다.
상기 회로기판(30)의 랜드(31)는 상기 전자부품(10)의 범프(11)에 대응되도록 패터닝되고, 상기 범프(11)는 전자부품(10)에 구비된 전극패드 상에 형성된다. 상기 범프(11)는 땜납이나 금 등의 금속으로 형성될 수 있다. 이하 편의를 위해 상기 범프(11)를 제1단자(11)로, 랜드(31)를 제2단자(31)로 칭하기로 한다.
상기 도전성 접착제(S)는 기본적으로 도전성과 전자기차폐성을 각각 갖는 금속입자와 유기접착제의 복합체를 의미한다. 본 실시예에서 상기 도전성 접착제(S)는 등방성 전도성 접착제로 구성되는데, 상기 등방성 전도성 접착제는 모든 방향에 대하여 도전성을 갖는 것으로, 수평방향으로는 절연성을 형성하고 수직방향으로는 도전층을 형성하는 이방성 전도성 접착제와 비교될 수 있다.
상기 도전성 접착제(S)는 저융점 합금필러(S1, low melting point alloy piller; LMPA)와 고분자 매트릭스(S2, polymer matrix)를 포함한다. 상기 저융점 합금필러(S1)는 상기 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이의 전기적 연결을 수행하고, 고분자 매트릭스(S2)는 경화되어 제1단자(11) 및 제2단자(31)를 결합시키는 역할을 한다.
상기 저융점 합금필러(S1)는 융점이 비교적 낮은 합금으로 형성되는데, 구체적으로는 주석(Sn), 인듐(In), 비스무트(Bi), 구리(Cu), 아연(Zn), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 은(Ag), 탈륨(Tl) 등의 금속으로 이루어지는 합금을 들 수 있다. 상기 합금의 예로는, Sn-58Bi, Sn-48In, Sn-57Bi-1Ag, Sn-9Zn, Sn-8Zn-3Bi, Sn-3.5Ag(모두 조성비) 등을 들 수 있는데, 이들은 160℃ 이하의 융점을 갖는다. 본 실시예에서 상기 저융점 합금필러(S1)는 Sn-58Bi이다.
상기 저융점 합금필러(S1)는 상기 도전성 접착제(S) 중에서 30% 내지 50%, 바람직하게는 대략 40%의 체적비를 갖는다. 이는 상기 저융점 합금필러(S1)의 체적비가 30% 미만이면 고분자 매트릭스(S2) 내에서 분산되는 정도가 떨어지고, 50%를 초과하는 경우에는 저융점 합금필러(S1)가 과밀하게 배치되어 저융점 합금필러(S1) 와 고분자 매트릭스(S2)의 혼합상태가 불균일해질 가능성이 있기 때문이다.
한편, 상기 고분자 매트릭스(S2)는 절연성을 갖는 것으로, 상기 저융점 합금필러(S1)를 감싸고 제1단자(11)와 제2단자(31)가 점착되도록 한다. 상기 고분자 매트릭스(S2)는 저융점 합금필러(S1)의 융점 온도에서 경화가 완료되지 않는 것으로, 저융점 합금필러(S1) 보다 높은 융점을 갖는다. 상기 고분자 매트릭스(S2)는 다양한 예가 가능한데, 예를 들어 열경화성 수지, 열가소성 수지, 광경화성 수지 등이 가능하다.
그리고, 상기 열경화성 수지로는 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 페놀계 수지, 멜라민계 수지, 알키드계 수지, 우레아 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 본 실시예에서는 상기 고분자 매트릭스(S2)는 이관능성 에폭시인 diglycidylether of bisphenol A (DGEBA)이다.
상기 도전성 접착제(S)에 함유되는 상기 저융점 합금필러(S1)의 융점 및 고분자 매트릭스(S2)의 경화 온도는 시차열(DSC) 분석에 의해서 결정하고 있다. 즉, 시차열 분석에 의해 얻어진 스펙트럼의 피크에 기초하여 도전성 입자의 융점 및 고분자 매트릭스(S2)의 경화 온도를 결정하고, 사용하는 도전성 입자 및 고분자 매트릭스(S2)의 조합이 결정되는 것이다.
또한 상기 도전성 접착제(S)에는, 도전성 입자 및 고분자 매트릭스(S2) 이외의 물질로서 플럭스, 표면 활성제, 경화제 등이 함유될 수 있다.
상기 플럭스는 예를 들어 수지, 무기산, 아민, 유기산 등의 환원제로서, 용융된 도전성 입자의 표면, 제1단자(11)의 표면 또는 제2단자(31)의 표면의 산화물 등의 표면 이물을 환원함으로써 가용성 또한 가융성 화합물로 바꾸어 제거하는 역할을 한다. 또한 표면 이물이 제거되어 청정해진 상기 도전성 입자의 표면, 제1단자(11)의 표면이나 제2단자(31)의 표면을 피복하여 다시 산화되는 것을 방지한다.
상기 플럭스는 도전성 입자의 융점보다도 높고, 또한 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이를 접합하기 위해 실시하는 가열 처리시의 최고 온도보다도 낮은 비등점을 갖고 있는 것이 바람직하다. 상기 도전성 접착제(S) 중 플럭스의 함유율은 20중량% 이하인 것이 바람직하고, 10중량% 이하인 것이 더 바람직하다. 플럭스의 함유율이 20중량% 를 초과하면 보이드가 발생하기 쉽고, 접합부에서의 접합 특성이 저하하는 원인이 되어 바람직하지 않다.
상기 표면 활성제는 예를 들어 i)에틸렌글리콜이나 글리세린 등의 글리콜, ii) 말레산이나 아디프산 등의 유기산, iii) 아민, 아미노산, 아민의 유기산염, 아민의 할로겐염 등의 아민계 화합물 또는 ⅳ) 무기산이나 무기산염 등이고, 용융한 도전성 입자의 표면, 제1단자(11)나 제2단자(31)의 표면의 산화물 등의 이물을 용해하여 제거하는 역할을 한다.
상기 표면 활성제는 도전성 입자의 융점보다도 높은 비등점을 갖고, 또한 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이를 접합하기 위해 실시하는 가열 처리시의 최고 온도보다도 낮은 온도에서 증발하는 것이 바람직하다. 상기 도전성 접착제(S) 중 표면 활성제의 함유율은 20중량% 이하인 것이 바람직하고, 10중량% 이하인 것이 더 바람직하다.
그리고 상기 경화제는 상기 고분자 매트릭스(S2)의 경화를 촉진하는 것으로, 본 실시예에서는 Diaminodiphenyl sulfone(DDS)이다.
이하에서는 본 발명 실시예에 의한 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법을 이용하여 전자부품을 회로기판에 실장하는 과정을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 1(a)에서 보듯이, 전자부품(10)의 제1단자(11,범프)가 하방을 향한 상태로 전자부품(10)이 이동된다. 상기 전자부품(10)의 제1단자(11)가 더미기판(20)에 가까이 이동되면 상기 제1단자(11)의 일부 외면은 상기 더미기판(20)에 형성된 접착제층에 디핑(dipping)되어 접착제가 도포된다. 상기 제1단자(11)는 돌출된 상태이므로, 상기 제1단자(11)의 돌출된 부분의 적어도 일부에는 자연스럽게 상기 전도성 접착제가 도포될 수 있다. 이와 같은 모습이 도 1(b) 및 도 1(c)에 도시되어 있다.
이때, 상기 접착제층은 상기 더미기판(20)의 상면에 전도성 접착제가 스퀴즈 방식으로 도포되어 이루어진다. 물론, 상기 전도성 접착제는 경화되지 않은 상태로 유지된다.
다음으로, 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 전자부품(10)을 회로기판(30)의 상면에 안착시킨다. 보다 정확하게는 상기 전자부품(10)의 제1단자(11)와 상기 회로기판(30)의 제2단자(31, 랜드)가 서로 대응되도록 상기 전자부품(10)이 회로기판(30) 상면에 안착되는 것이다.
이렇게 되면, 도 1(d)에서 보듯이, 상기 제1단자(11)의 외면에 도포된 전도 성 접착제를 매개로 하여 상기 제1단자(11)와 제2단자(31)가 연결된 상태로 된다.
이와 같은 상태에서, 상기 전도성 접착제가 가열되면, 상기 저융점 합금필러(S1)는 융합되어 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이를 전기적으로 연결함과 동시에, 상기 고분자 매트릭스(S2)는 상기 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이를 점착시켜 고정하게 된다. 이하에서는 이러한 전도성 접착제의 가열과정을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
상기 접착성 접착제의 가열은 크게 솔더링구간(A)과 발현구간(B) 그리고 경화구간(C)으로 이루어진다.
먼저, 솔더링구간(A)은 상기 저융점 합금필러(S1)의 융점 보다 높고 상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 낮은 온도로 가열함으로써 이루어진다. 이와 같이 가열되면, 상기 저융점 합금필러(S1)는 용융되어 흐를 수 있는 상태가 된다. 본 실시예에서 상기 솔더링구간(A)의 가열은 160℃에서 약 10초간 이루어진다.
다음으로, 상기와 같은 가열을 일정 시간 유지하여 저융점 합금필러(S1)의 특성을 발현시키는 단계가 이어진다. 상기 발현구간(B)는 저융점 합금필러(S1)의 융점보다 15 내지 25℃ 높은 온도로, 15 내지 25 초 동안 가열을 지속함으로써 이루어진다.
상기 발현구간(B)는 상기 저융점 합금필러(S1)의 특성인 융합(coalescence) 및 젖음특성이 발현되는 구간으로, '융합'은 용융된 상태의 상기 저융점 합금필러(S1) 입자가 서로 밀착되어 덩어리를 만들게 되는 것을 의미하고, '젖음'은 용융되어 액체 상태인 저융점 합금필러(S1)가 고체인 상기 제1단자(11) 및 제2단자(31) 외면에 번져 부착 및 침투하는 특성을 말한다.
이와 같은 상기 저융점 합금필러(S1)의 융합과 젖음은 충분히 발현될수록 상기 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이의 전기적 연결이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 발현구간(B)의 온도는 상기 고분자 매트릭스(S2)의 융점보다는 낮게 유지되어야 하며, 발현구간(B)의 유지시간은 15초 이하면 특성의 발현이 충분히 이루어지지 못하고, 25초 이상이면 이미 충분히 발현된 상태이므로 공정 속도를 늦추게 되는 결과만 가져오므로, 15초 내지 25초 바람직하게는 20초이다.
이렇게 되면, 상기 저융점 합금필러(S1)는 상기 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이를 연결하는 형태가 되고, 특히 제1단자(11)와 제2단자(31)의 외면을 고르게 커버하여 안정적인 전기적 연결을 수행하게 된다.
특히, 상기 저융점 합금필러(S1)는 상대적으로 우수한 플럭싱(fluxing) 성질을 가지고 있고, 비정형의 볼(ball) 형상의 필러를 형성하게 되며, 이와 같은 상태로 상기 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이에 자기응집되어 하나의 도전로(導電路)를 형성하게 된다.
한편, 상기 고분자 매트릭스(S2)는 상기 저융점 합금필러(S1)가 형성하는 도전로를 외측에서 감싸게 된다. 이는 상기 솔더링구간(A)과 발현구간(B)에서 상기 고분자 매트릭스(S2)의 점착성(viscosity)이 줄어들어 유동될 수 있는 상태이므로, 상기 저융점 합금필러(S1)와 고분자 매트릭스(S2) 간의 분리가 자연스럽게 이루어질 수 있다.
그리고, 이와 같은 발현구간(B)이 일정 시간 유지됨에 따라, 상기 화학작용에서 발생되는 물(H2O)이 도전성 접착제(S)로부터 빠져나갈 충분한 시간이 확보될 수 있다. 보다 정확하게는 상기 도전성 접착제(S)의 표면에 형성되는 산화피막을 제거하기 위해 함유된 플럭스가 산화피막의 산소와 반응하여 물을 만들게 되는데, 이러한 물은 발현구간(B) 동안에 외부로 빠져나갈 수 있는 것이다. 이에 따라, 상기 저융점 합금 필러는, 매우 중요한 조건 중에 하나인, 일정한 전기적 연결상태를 구현할 수 있게 된다.
마지막으로, 경화구간(C)은 상기 고분자 매트릭스(S2)의 경화온도 보다 높거나 같은 온도로 가열하여 상기 고분자매트릭스를 경화시키는 단계로, 본 실시예에서는 180℃의 온도로 약 80초간 유지된다.
상기 고분자 매트릭스(S2)가 경화되면, 점착성이 줄어들었던 상기 고분자 매트릭스(S2)가 경화상태로 되면서 상기 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이를 견고하게 결합시키게 된다. 보다 정확하게는 상기 저융점 합금필러(S1)가 형성한 도전로를 감싼 상태로 상기 고분자 매트릭스(S2)가 경화됨으로써, 상기 고분자 매트릭스(S2)는 제1단자(11)와 제2단자(31) 사이의 물리적 결합 외에도, 절연 역할도 수행하게 된다. 도 2에는 상기 저융점 합금필러(S1)와 고분자 매트릭스(S2)가 분리된 상태의 모습이 잘 도시되어 있다.
이때, 상기 각 구간의 가열온도와 가열시간은 시차열분석(DSC)을 통해 설정되었다.
한편, 도 3에는 본 발명의 실시예를 이용하여 리드타입 단자를 갖는 전자부품(110)을 회로기판(130)에 실장하는 모습이 도시되어 있다.
이 경우도, 상기한 과정과 동일한 과정을 거쳐 도전성 접착제(S)를 통해 제1단자(111,리드)와 회로기판(30)의 랜드(131)를 연결하게 된다.
즉, 상기 제1단자(111)를 더미기판(120)으로 이동시켜 제1단자(111)의 적어도 일부가 디핑됨으로써 상기 도전성 접착제(S)를 도포하고, 이 상태에서 상기 전자부품(110)을 회로기판(130) 상에 안착시키게 되는 것이다.
그리고, 도 5에 도시된 리플로우 프로파일을 따라 가열하면, 상기 도전성 접착제(S)의 저융점 합금필러(S1)가 도전로를 형성하게 되고, 동시에 상기 고분자 매트릭스(S2)는 경화되어 제1단자(111)와 제2단자(131) 사이를 견고하게 결합시키게 된다.
이때, 상기 도전성 접착제(S)의 가열이 모두 완료된 상태의 그림이 도 4(b)에 도시되어 있는데, 상기 고분자 매트릭스(S2)에는 볼타입으로 융합된 일부 저융점 합금필러(S')가 섞일 수도 있다. 그러나, 이는 매우 일부이고, 상기 고분자 매트릭스(S2)에 의해 감싸인 상태이므로, 제1단자(11) 및 제2단자(31) 사이의 쇼트를 발생되는 것은 방지할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하 다.
상기한 실시예에서는 상기 저융점 합금필러(S1)를 용융시키는 솔더링단계와 상기 고분자 매트릭스(S2)를 경화시키는 경화단계 사이에, 상기 가열한 온도를 일정 시간 유지하여 저융점 합금필러(S1)의 융합 및 젖음특성을 발현시키는 발현단계가 더 포함되었으나, 상기 발현단계는 생략될 수도 있다.
이 경우에는 상기 솔더링단계의 가열이 보다 완만한 온도/시간 경사를 가지고 이루어지게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법의 바람직한 실시예를 이용하여 범프타입 전자부품을 회로기판에 실장하는 과정을 순차적으로 보인 작업상태도.
도 2는 본 발명에 의해 접착된 제1단자와 제2단자의 요부구성을 보인 확대도.
도 3은 본 발명 실시예를 이용하여 리드타입 전자부품을 회로기판에 실장하는 과정을 순차적으로 보인 작업상태도.
도 4(a)는 도 3에 도시된 리드주변의 도전성 접착제가 가열되어 점착된 모습을 보인 요부확대도.
도 4(b)는 도 3에 도시된 리드주변의 도전성 접착제가 가열되어 점착된 모습을 순차적으로 보인 단면도.
도 5는 본 발명 실시예에 의한 도전성 접착제를 가열하는 리플로우 프로파일을 보인 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 전자부품 11: 제1단자
20: 더미기판 30: 회로기판
31: 제2단자 S: 도전성 접착제
S1: 저융점 합금필러 S2: 고분자 매트릭스
Claims (7)
- 전기전도성을 갖는 저융점 합금필러와 상기 저융점 합금필러의 융점 보다 높은 융점을 갖는 고분자매트릭스를 포함하는 등방성 전도성 접착제에 제1단자의 적어도 일부를 디핑하는 단계와,상기 등방성 전도성 접착제가 디핑된 상기 제1단자를 이에 대응되는 제2단자에 배치하는 단계,상기 저융점 합금필러의 융점 보다 높고 상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 낮은 온도까지 가열하여 상기 저융점 합금필러를 용융시키는 단계와,상기 고분자매트릭스의 경화온도 보다 높거나 같은 온도로 가열하여 상기 고분자매트릭스를 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저융점 합금필러를 용융시키는 단계와 상기 고분자매트릭스를 경화시키는 단계 사이에는, 상기 가열한 온도를 일정 시간 유지하여 저융점 합금필러의 융합 및 젖음특성을 발현시키는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 저융점 합금필러의 융합 및 젖음특성을 발현시키는 단계에서 가열은 상기 저융점 합금필러의 융점보다 15 내지 25℃ 높은 온도로, 15 내지 25 초 동안 지속됨을 특징으로 하는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 등방성 전도성 접착제에는 35% 내지 45% 부피를 차지하는 저융점 합금필러가 함유됨을 특징으로 하는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 저융점 합금필러는 Sn-58Bi, Sn-48In, Sn-57Bi-1Ag, Sn-9Zn, Sn-8Zn-3Bi, Sn-3.5Ag 중 어느 하나임을 특징으로 하는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 등방성 전도성 접착제에 제1단자의 적어도 일부를 디핑하는 단계는 상기 등방성 전도성 접착제가 스퀴즈되어 접착제층이 형성된 더미기판에 상기 제1단자의 일부가 디핑되어 이루어짐을 특징으로 하는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제1단자는 범프타입 또는 리드타입으로 형성됨을 특징으로 하는 도전성 접착제를 이용한 단자간 접속방법.
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