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KR19990037268A - 이방도전성 접착제 및 접착용 막 - Google Patents

이방도전성 접착제 및 접착용 막 Download PDF

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KR19990037268A
KR19990037268A KR1019980044116A KR19980044116A KR19990037268A KR 19990037268 A KR19990037268 A KR 19990037268A KR 1019980044116 A KR1019980044116 A KR 1019980044116A KR 19980044116 A KR19980044116 A KR 19980044116A KR 19990037268 A KR19990037268 A KR 19990037268A
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KR
South Korea
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conductive particles
average particle
anisotropic conductive
particle diameter
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KR1019980044116A
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Inventor
유키오 야마다
마사오 사이토
준지 시노자키
모토히데 다케이치
Original Assignee
구리타 히데유키
소니 케미카루 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구리타 히데유키, 소니 케미카루 가부시키가이샤 filed Critical 구리타 히데유키
Publication of KR19990037268A publication Critical patent/KR19990037268A/ko
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Abstract

범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미지를 주지 않고, 높은 도통(導通)신뢰성과 높은 절연신뢰성이 얻어지고, 더욱이 저코스트로 용이하게 접속할 수 있는 이방(異方)도전성 접착제를 제공한다.
절연성 접착제(13) 중에 절연피복된 평균 입경(粒徑)이 상이한 도전입자(11,12)가 분산된 이방도전성 접착제이다.

Description

이방도전성 접착제 및 접착용 막
본 발명은 서로 대치하는 회로를 전기적으로 접속하는 동시에 접착 고정하기 위해 사용되는 회로 접촉용의 이방도전성 접착제 및 이것으로 이루어지는 이방도전성 접착용 막에 관한 것이고, 특히 IC칩을 직접회로에 접속하는, 이른바 플립칩본딩에 적합하게 사용되는 이방도전성 접착제 및 이것으로 이루어지는 이방도전성 접착용 막에 관한 것이다.
전자제품의 경량박형화에 따라, 이들 전자제품에 적용하는 장착방식으로서, IC칩을 직접 장착하는 베어칩장착, 또는 플립칩본딩방법이 사용되고 있다.
회로기판 상에 IC칩을 직접 장착하는 방법으로서는, 1) IC전극과 회로단자를 금선(金線)으로 접속하는 와이어본딩방식, 2) IC전극과 회로단자를 땜납리플로로 접속하는 페이스다운방식, 3) IC칩에 범프를 형성하여, 이방도전성 접촉제에 의해 접속하는 방식 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 특히 이방도전성 접착제(이방도전성 접착제를 박리(剝離)필름상에 도포하고 가열·건조하여 필름형으로 한 이방도전성 접촉용 막을 함유함)방식이, 간단하고 도통(導通)신뢰성이 높으며, 더욱이 봉인할 필요가 없으므로, 최소의 코스트로 고밀도 장착이 가능하게 되는 등의 메리트가 있어, 최근 널리 사용되도록 되어 있다.
그러나, 점점 파인피치화, 및 IC범프(돌기전극) 면적의 미소화(微小化)에 따라, 이방도전성 접착제 중에 함유되는 도전입자의 입경(粒徑)을 작게 할 필요가 있고, 또 도통신뢰성을 향상시키기 위해 도전입자의 배합량을 증가시키는 경향으로 되고 있다.
그러나, 도전입자의 입경을 작게 하면 2차 응집에 의해 접속의 불균일이나 패턴간의 쇼트가 문제되고, 배합량을 늘리면 역시 패턴간의 쇼트가 문제된다.
이의 대책으로서, 도전입자의 표면을 절연층으로 피복한 절연코트입자를 사용하거나, 이방도전성 접착용막을 다층화하여 접속시에 전극으로부터의 도전입자의 유출을 방지하는 시도도 이루어지고 있다.
그러나 절연코트입자를 사용할 경우, 그 경도, 탄성에 의해 장기간의 도통신뢰성을 저하하는 것이 염려된다. 또 절연코트입자로서는 평균 입경이 5㎛ 정도의 것이 주로 사용되고 있지만, 이 입자의 배합량을 증가하면, 예를 들면 막당 40000개/㎟ 정도 배합하면, 범프간이 10㎛ 이하인 피치가 작은 파인피치IC의 접속에서는 절연신뢰성을 유지하는 것이 곤란하게 된다.
한편, 다층화한 경우, 도전입자의 배합량을 증가할 수 있어, 예를 들면 평균 입경이 3㎛ 정도의 입경이 작은 도전입자를 막당 80000개/㎟ 정도까지 배합할 수 있지만, 이 경우 고정밀도의 범프를 작성할 필요가 있는 외에, 접속할 때의 프레스정밀도를 엄격하게 관리할 필요가 있는 등, 코스트업이 된다.
그런데 일본국 특개평 4(1992)-174980호에는, 가열에 의해 변형되는 도전입자의 표면을 열가소성 절연층으로 피복한 절연피복입자와, 이 절연피복입자보다 경질인 두께제어입자를 가열에 의해 소성(塑性) 유동성을 나타내는 절연성 접착제 중에 함유시킨 회로의 접속부재가 기재되어 있다.
그러나, 이 접속부재는 두께제어입자가 절연체인 경우, 이 두께제어입자는 도통에는 관여하지 않으므로 높은 도통신뢰성이 얻어지기 어렵다. 또 두께제어입자가 도체인 경우는, 배합량이 많아지면 단락(短絡)이 일어나, 절연신뢰성이 얻어지지 않는다. 또한 두께제어입자는 변형되지 않으므로, 입경에 불균일이 있는 경우, 가장 큰 입경의 입자에 의해 두께가 제어되고, 이보다 소입경의 입자는 도통에 관여 하지 않으므로 도통신뢰성에도 부족하다.
또 일본국 특개평 9(1997)-102661호에는, 특정의 압축경도(K값)와 특정의 변형회복율을 가지는 도전성 미립자를 사용한 전극간의 도전접속방법이 기재되어 있다.
그러나, 상기 도전성 미립자를 사용한 경우라도, 파인피치IC의 접속에 있어서는, 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성을 얻기는 힘들다.
본 발명의 과제는 범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미지를 주지 않고, 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성이 얻어지고, 더욱이 저코스트로 용이하게 접속할 수 있는 이방도전성 접착제, 및 그것으로 이루어지는 이방도전성 접촉용 막을 제공하는 것이다.
도 1은 도전(導電)입자의 압축변위(變位)와 하중(荷重)과의 관계를 나타낸 그래프.
도 2는 도전입자의 압축왜곡과 K값과의 관계 나타낸 그래프.
도 3은 도전입자의 부하(負荷)시 및 부하 제거시의 압축변위와 하중과의 관계를 나타낸 그래프.
도 4 (A)는 고분자 핵재(核材)입자와 금속입자를 하이브리다이제이션(hybridization)처리한 경우의 고분자 핵재입자의 개질(改質)상태를 나타낸 단면모식, (B)는 고분자 핵재입자와 수지입자와를 하이브리다이제이션처리한 경우의 고분자 핵재입자의 개질상태를 나타낸 단면모식도, (C)는 개질고분자 핵재입자를 금속도금한 상태를 나타낸 단면모식도, (D)는 (C)의 입자를 절연성 수지로 피복한 상태를 나타낸 단면모식도.
도 5는 본 발명의 이방(異方)도전성 접착용 막을 사용하여 범프과 배선패턴을 접속했을 때의 상태를 나타낸 수직단면모식도.
도 6은 이방도전성 접착용 막 중의 도전입자수에 대한 범프 상의 도전입자가 존재하는 확률을 나타낸 그래프.
도 7은 범프면적에 대한 범프 상의 도전입자수의 확률을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a: 실리콘고무입자, 1b: 벤조구아나민입자, 2: 니켈입자, 3: 아크릴/스티렌입자, 4: 박막, 5: 개질고분자 핵재입자, 6: 금속도금, 7: 도전피복입자, 8: 절연성 수지층, 9: 절연피복도전입자, 10: 이방도전성 접착용 막, 11: 평균 입경이 작은 도전입자, 12: 평균 입경이 큰 도전입자, 13: 절연성 접착제, 14: IC칩, 15: 범프, 16: 회로기판, 17: 배선패턴.
본 발명은 다음의 이방도전성 접착제 및 그것으로 이루어지는 이방도전성 접착용 막이다.
(1) 절연성 접착제 중에 도전입자가 분산된 이방도전성 접착제로서, 상기 도전입자는 평균 입경이 상이한 2종 이상의 도전입자이고, 또한 이들의 도전입자는 절연성 접착제에 불용(不溶)인 절연성 수지로 피복된 절연피복도전입자인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접작제.
(2) 평균 입경이 상이한 2종 이상의 도전입자가 가압에 의해 변형되는 입자인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 기재의 이방도전성 접착제.
(3) 평균 입경이 작은 도전입자의 경도(硬度)가, 평균 입경이 큰 도전입자와 동일하거나, 그 이상의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 이방도전성 접착제.
(4) 평균 입경이 작은 도전입자의 K값이 350㎏/㎟ 이상, 평균 입경이 큰 도전입자의 K값이 450㎏/㎟ 이하이고, 평균 입경이 작은 도전입자의 K값이 평균 입경이 큰 도전입자의 K값보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착제.
(5) 평균 입자경이 작은 도전입자의 함유 개수가 평균 입경이 큰 도전입자의 함유 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착제.
(6) 평균 입경이 3±0.5㎛와 5±0.5㎛인 2종류의 도전입자가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착제.
(7) IC칩과 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착제.
(8) IC칩에 형성된 4000㎛2이하의 미소(微小)범프와 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착제.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착제로 이루어지는 이방도전성 접착용 막.
(10) IC칩과 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 상기 (9) 기재의 이방도전성 접착용 막.
(11) IC칩에 형성된 4000㎛2이하의 미소범프와 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 상기 (9) 기재의 이방도전성 접착용 막.
(12) 단위 면적당의 막 중에 함유되는 평균 입경이 작은 도전입자의 함유량이 30000∼80000개/㎟의 범위이고, 평균 입경이 큰 도전입자의 함유량이 10000∼30000개/㎟의 범위인 것을 특징으로 하는 상기 (9) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착용 막.
(13) 막의 두께가 접속을 행하는 IC칩의 범프 높이와 회로기판 상의 배선패턴의 높이와를 합친 막에 대하여 1∼3배인 상기 (9) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 이방도전성 접착용 막.
본 발명에서 사용하는 절연성 접착제로서는, 각종의 열경화성 수지, 열가소성의 수지나 고무를 사용할 수 있다. 접속 후의 신뢰성의 점에서 열경화성의 수지가 바람직하다. 열경화성 수지로서는, 에폭시수지, 멜라민수지, 페놀수지, 디알릴프탈레이트수지, 비스말레이미드트리아진수지, 폴리에스텔수지, 폴리우레탄수지, 페녹시수지, 폴리아미드수지 또는 폴리이미드수지 등의 합성수지; 히드록실기, 카르복실기, 비닐기, 아미노기 또는 에폭시기 등의 관능기를 함유하는 고무나 엘라스토머 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 특히 에폭시수지를 각종 특성의 점에서 바람직하게 사용할 수 있다.
에폭시수지로서는, 비스페놀형 에폭시수지, 에폭시노볼락수지 또는 분자내에 2개 이상의 옥시란기를 가지는 에폭시화합물 등을 사용할 수 있다.
이들의 에폭시수지는, 불순물이온 특히 염소이온이 50ppm 이하의 고순도품을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 도전입자는, 금속입자 또는 고분자 핵재입자를 도전재로 피복한 도전피복입자 등의 도전성의 입자를, 상기 절연성 접착제에 불용인 절연성 수지로 피복한 절연피복도전입자이다.
상기 금속입자로서는, 니켈 또는 땜납 등의 금속입자를 들 수 있다.
상기 도전피복입자를 구성하는 고분자 핵재입자로서는, 에폭시수지, 스티렌수지, 실리콘수지, 아크릴수지, 아크릴/스티렌수지(아크릴레이트와 스티렌과의 공중합체), 폴리올레핀수지, 멜라민수지 또는 벤조구아나민수지 등의 합성수지, 비닐벤젠가교체(架橋體); NBR 또는 SBR 등의 합성고무; 이들의 혼합물 등으로 이루어지는 입자를 사용할 수 있다. 이들 중에서는 스티렌수지, 아크릴수지, 아크릴/스티렌수지, 벤조구아나민수지, 디비닐벤젠가교체가 바람직하다. 고분자 핵재입자의 경도 또는 탄성 등은 특히 제한되지 않고, 적절히 원하는 경도 또는 탄성 등을 가지는 것을 선택할 수 있다.
상기 고분자 핵재입자를 피복하는 도전재로서는, 니켈, 금, 동 등의 금속을 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다. 도전재는 고분자 핵재입자 표면에 무전해(無電解) 또는 전해도금에 의해 막형(膜形)으로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 도전재의 막두께는 5∼300nm, 바람직하게는 10∼200nm인 것이 바람직하다. 특히 바탕으로서 니켈도금을 실시하고, 그 위에 금도금을 실시한 것이 바람직하고, 이 경우, 니켈바탕도금의 막두께는 10∼300nm, 바람직하게는 30∼200nm, 금도금의 막두께는 5∼100nm, 바람직하게는 10∼30nm으로 하는 것이 바람직하다.
상기 금속입자 또는 도전피복입자를 피복하는 절연성 수지로서는, 상기 절연성 접착제에 불용이고, 열압착에 의해 피복이 용융 또는 파괴되어 도전성을 부여하는 절연성의 수지를 제한없이 사용할 수 있지만, 아크릴수지, 스티렌수지 또는 아크릴/스티렌수지가 바람직하다.
절연성 수지는 금속입자 또는 도전피복입자 표면에 막형으로 절연피복되어 있는 것이 바람직하고, 특히 아크릴수지가교막(架橋膜), 스티렌수지가교막 또는 아크릴/스티렌수지가교막으로 절연피복되어 있는 것이 바람직하다.
절연성 수지의 막두께는 0.05∼2㎛, 바람직하게는 0.1∼0.5㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 평균 입경이 상이한 2종 이상의 도전입자는, 본 발명의 이방도전성 접착제 또는 접착용 막을 사용할 때의 접착온도, 예를 들면 200℃에서는 열변형을 일으키지 않고, 접착할 때의 접착압력, 예를 들면 400㎏/㎠-범프에서는 변형, 특히 탄성 변형하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 고분자 핵재입자가 스티렌수지, 아크릴수지, 아크릴/스티렌수지 또는 벤조구아나민수지의 탄성을 가지는 수지로 이루어지는 도전입자가 바람직하다.
본 발명에서는 평균 입경이 상이한 2종 이상의 상기 도전입자를 사용한다. 각 도전입자의 평균 입경은 1∼10㎛, 바람직하게는 2∼7㎛인 것이 바람직하고, 특히 범프면적이 4000㎛2이하 또는 범프간이 10㎛ 이하의 미소범프의 범프와 배선패턴과의 접속에 사용하는 경우는 2∼7㎛, 바람직하게는 3∼6㎛인 것이 바람직하다. 평균 입경이 1㎛ 미만에서는 입자가 2차 응집을 일으키기 쉽게 되는 외에, 제조상의 취급이 어렵게 된다. 또 10㎛를 초과하면 절연폭이 좁은 미세회로에서의 절연성이 저하된다.
다음에, 2종류의 도전입자를 사용한 경우를 예로 하여 상세하게 설명한다. 도전입자의 평균 입경의 차는 0.5∼5㎛, 바람직하게는 1∼3㎛인 것이 바람직하다. 범프면적이 4000㎛2이하 또는 범프간격이 10㎛ 이하인 미소범프의 범프와 배선패턴과의 접속에 사용하는 경우, 평균 입경이 3±0.5㎛인 도전입자와 5±0.5㎛인 도전입자를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또, 평균 입경이 작은 도전입자의 경도는 평균 입경이 큰 도전입자의 경도와 동일하거나 그 이상의 경도를 가지고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 평균 입경이 작은 도전입자의 K값은 350㎏f/㎟ 이상, 바람직하게는 500㎏f/㎟ 이상이고, 평균 입경이 큰 도전입자의 K값은 450㎏f/㎟ 이하, 바람직하게는 100∼450㎏f/㎟로서, 평균 입경이 작은 도전입자의 K값이 평균 입경이 큰 도전입자의 K값보다 상대적으로 큰 것이 바람직하다. 특히, 50㎏f/㎟ 이상, 바람직하게는 100㎏f/㎟ 이상 큰 것이 바람직하다. 평균 입경이 3±0.5㎛과 5±0.5㎛인 2종류의 도전입자를 사용하는 경우, 3±0.5㎛인 도전입자의 K값은 450㎏f/㎟ 이상, 바람직하게는 600㎏f/㎟ 이상, 5±0.5㎛의 도전입자의 K값은 450㎏f/㎟ 이하, 바람직하게는 100∼450㎏/㎟로서, K값의 차가 50㎏f/㎟ 이상, 바람직하게는 100㎏f/㎟ 이상인 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 K값에 대하여 설명한다.
란다우 리프싯쓰 이론물리학 교정(敎程) 『탄성이론』(도쿄도쇼(圖書) 1972년 발행) 42페이지에 의하면, 반경이 각각 R, R'인 2개의 탄성 구체의 접촉문제는 다음 식에 의해 주어진다.
h=F2/3[D2(1/R+1/R')]1/3… (1)
D=(3/4) [(1-σ2)/E+(1-σ'2)/E'] … (2)
(식 중, h는 R+R'과 양 구(球)의 중심간의 거리의 차, F는 압축력, E, E'는 2개의 탄성 구의 탄성률, σ, σ'는 탄성 구의 뽀아송(Poisson)비를 나타냄)
한 쪽의 구를 강체(剛體)의 판으로 바꿔 놓아 다른 쪽의 구와 접촉시키고, 또한 양측으로부터 압축하는 경우, R'→∞, E》E'로 하면, 근사적(近似的)으로 다음 식이 얻어진다.
F=(21/2/3) (S3/2) (E·R1/2) (1-σ2) … (3)
(식 중, S는 압축변형량을 나타냄)
여기에서, 다음 식에 의해 K값을 정의한다.
K=E/(1-σ2) … (4)
식 (3)과 식 (4)에서 용이하게 다음 식이 얻어진다.
K=(3/√2)·F·S-3/2·R-1/2… (5)
이 K값은 구체의 단단함(경도)을 보편적 또한 정량적으로 나타낸 것이다. 따라서, K값에 의해 미립자의 단단함을 정량적 또한 일의적(一義的)으로 나타내는 것이 가능하다.
K값은 다음의 측정방법에 의해 측정할 수 있다.
평활(平滑)표면을 가지는 강판의 위에 시료입자(試料粒子)를 산포하고, 그 안에서 1개의 시료입자를 선택한다. 다음에, 분체(粉體)압축시험기(예를 들면, PCT-2000형, 시마쓰세이사쿠쇼(島津製作所)제)를 사용하여, 다이어몬드제의 직경 50㎛인 원주의 평활한 끝면으로 시료입자를 압축한다. 이 때, 압축하중을 전자력으로서 전기적으로 검출하고, 압축변위를 작동트랜스에 의한 변위로서 전기적으로 검출한다. 그리고 도 1에 나타낸 압축변위-하중의 관계가 구해진다. 이 도면으로부터 시료입자의 10% 압축변형에 있어서의 하중치와 압축변위가 각각 구해지고, 이들의 값과 식 (5)로부터 도 2에 나타낸 K값과 압축왜곡의 관계가 구해진다. 다만, 압축왜곡은 압축변위를 시료입자의 입자경으로 나눈 값을 %로 나타낸 것이다. 측정조건은 다음과 같다.
압축속도: 정(定)부하속도 압축방식으로 매초 0.27그램중(重)(grf)의 비율로 하중을 증가시킨다.
시험하중: 최대 10grf
측정온도: 20℃
본 발명에서 사용하는 도전입자는, 다음 방법으로 측정한 1g하중압축회복률(R)이 5∼80%, 바람직하게는 30∼80%인 것이 바람직하다.
평활표면을 가지는 강판의 위에 시료입자를 산포하고, 그 안에서 1개의 시료입자를 선택한다. 다음에, 분체압축시험기(예를 들면, PCT-200형, 시마쓰세이사쿠쇼제)를 사용하여, 다이어몬드제의 직경 50㎛인 원주의 평활한 끝면으로 시료입자를 압축한다. 이 때, 압축하중을 전자력으로서 전기적으로 검출하고, 압축변위를 작동트랜스에 의한 변위로서 전기적으로 검출한다. 그리고 도 3에 나타낸 바와 같이 시료입자를 반전하중치까지 압축한 후(도면 중의 곡선 a), 반대로 하중을 줄여 가(도면 중의 곡선 b) 하중과 압축변위와의 관계를 측정한다. 다만, 제(除)하중에 있어서의 종점은 하중치 제로가 아니고, 0.1g의 원점하중치로 한다. 압축회복률은 반전의 점까지의 변위 L1과 반전의 점으로부터 원점하중치를 취하는 점까지의 변위차 L2의 비를 %로 나타낸 값으로 정의한다.
R압축(회복률)=(L2/L1)×100 … (6)
측정조건은 다음과 같다.
반전하중치: 1.0grf
원점하중치: 0.1grf
부하 및 부하 제거에 있어서의 압축속도: 0.27grf/sec
측정온도: 20℃
본 발명의 이방도전성 접착제 중의 도전입자의 함유량은, 평균 입경이 작은 도전입자의 함유 개수가 평균 입경이 큰 도전입자의 함유 개수보다 많은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 평균 입경이 작은 도전입자의 함유량은, 30000∼80000개/㎟, 바람직하게는 30000∼50000개/㎟, 평균 입경이 큰 도전입자의 함유량은, 10000∼30000개/㎟, 바람직하게는 15000∼30000개/㎟인 것이 바람직하다. 또 평균 입경이 작은 도전입자 함유량/평균 입경이 큰 도전입자 함유량의 비는, 개수의 비로 1.1∼8, 바람직하게는 1.3∼4인 것이 바람직하다. 평균 입경이 3±0.5㎛과 5±0.5㎛인 2종류의 도전입자를 사용하는 경우도, 상기 함유량이 바람직하다.
그리고 상기 개수는, 본 발명의 이방도전성 접착제로부터 접착용 막을 형성하고, 이 막(접속에 사용하기 전의 막)의 단위 면적당의 막 중에 함유되는 개수, 즉 막의 표면에 있어서의 면적 1㎟를 바닥면으로 하고, 막두께를 높이로 하는 직방체 중에 함유되는 개수이다. 이 경우, 직방체의 측면에서 절단되는 도전입자는 1/2개로 센다. 그리고, 상기 막두께는 접속에 사용하는 막의 막두께로 한다. 따라서, 도전입자의 밀도를 보다 크게 하면, 막두께를 보다 얇게 한 상태에서 사용할 수 있고, 반대로 도전입자의 밀도를 보다 작게 하면, 막두께를 보다 두껍게 한 상태에서 사용하는 것이 바람직하다. 평균 입경이 큰 도전입자 및 평균 입경이 작은 도전입자를 상기 개수에서 함유하고 있는 경우, 접착 후의 범프면 상에는, 평균입경이 큰 도전입자가, 평균 -3σ(σ는 표준편차를 나타냄)에서 1개/1범프 이상, 평균 입경이 작은 도전입자가, 평균 -3σ에서 5개/1범프 이상 통상 존재한다. 그리고, 도전입자의 막 중의 함유 개수는, 광학현미경을 사용하여 500배의 배율로 사진을 촬영하고, 200㎛각 중의 입자수를 세어, 그 결과를 1㎟로 환산하여 구할 수 있다.
본 발명에서 도전입자로서 사용하는 상기 절연피복도전입자는, 예를 들면 다음과 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.
먼저 상기 고분자 핵재입자의 표층부분을 공지의 하이브리다이제이션시스템에 의한 처리(이하「하이브리다이제이션처리」라고 함)에 의해 개질한다. 하이브리다이제이션처리는, 미립자에 미립자를 복합화하는 것으로(예를 들면, 분체와 공업 VOL.27, NO. 8, 1995, p35∼42 등 참조), 모(母)입자와 자(子)입자를 기상(氣相) 중에 분산시키면서, 충격력을 주체로 하는 기계적 열에너지를 입자에 부여함으로써, 입자의 고정화 및 성막처리를 행하는 것이다.
도 4는, 하이브리다이제이션처리를 실시한 고분자 핵재입자의 형태를 모식적으로 나타낸 것이고, 도 4 (A)는 실리콘고무입자(1a)에 대하여 니켈입자(2)를 사용하여 하이브리다이제이션처리를 실시한 것, 도 4 (B)는 벤조구아나민입자(1b)에 대하여 아크릴/스티렌입자(3)를 사용하여 하이브리다이제이션처리를 실시한 것을 나타낸다.
도 4 (A)에 나타낸 바와 같이, 실리콘고무입자(1a)에 대하여 니켈입자(2)를 사용하여 하이브리다이제이션처리를 실시한 경우에는, 모입자인 실리콘고무입자(1a)의 표층부분에 자입자인 니켈입자(2)가 메워지도록 개질되어, 개질고분자 핵재입자(5)가 얻어진다.
한편, 도 4 (B)에 나타낸 바와 같이, 벤조구아나민입자(1b)에 대하여 아크릴/스티렌입자(3)를 사용하여 하이브리다이제이션처리를 실시한 경우에는, 모입자인 벤조구아나민입자(1b)의 표층부분에 자입자인 아크릴·스티렌수지에 의한 박막(4)이 형성되도록 개질되어, 개질고분자 핵재입자(5)가 얻어진다.
다음에, 하이브리다이제이션처리한 개질고분자 핵재입자(5)를 금속도금함으로써, 도 4 (C)에 나타낸 바와 같은, 개질고분자 핵재입자(5) 표면이 금속도금(6)에 의해 피복된 도전피복입자(7)를 얻는다. 금속도금(6)은 공지의 방법에 의해 행해질 수 있지만, 이 경우 개질고분자 핵재입자(5)의 표면은 금속도금(6)과의 밀착성이 향상되도록 개질되어 있으므로, 종래의 기술에서는 곤란했던 실리콘고무로 이루어지는 입자(1a)에 대해서도 용이하게 금속도금(6)을 실시할 수 있다.
다음에 상기 도전피복입자(7) 표면에 절연성 수지층(8)을 형성하고, 절연피복도전입자(9)를 얻는다. 절연성 수지층(8)을 형성하는 데는, 상기 하이브리다이제이션처리, 정전(靜電)도장법, 분무법, 용액도포법, 열용융피복법, 고속교반법 등, 공지의 방법을 채용할 수 있다. 또 아크릴수지가교막 또는 스티렌수지가교막 등의 절연성 수지층(9)을 형성하는 경우도, 상기 하이브리다이제이션처리 등의 방법에 의해 행할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착제 중에는, 상기 도전입자 외에, 열반응성 수지류의 경화제, 실란커플링제, 필름형성성(形成性) 수지 등 다른 성분을 필요에 따라 배합할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착제는, 절연성 접착제 중에 도전입자 및 필요에 따라 배합하는 다른 성분을 배합하여, 균일하게 분산시킴으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착제는, 서로 대치하는 회로를 전기적으로 접속하는 동시에 접촉고정하기 위해 사용된다. 예를 들면, IC칩의 접속단자와 회로기판 상의 접속단자(배선패턴)를 접속하는 IC칩 접속용, 액정패널의 접속단자와 회로기판 상의 접속단자와의 접속용 등에 사용된다. 이들 중에서는 IC칩 접속용에 사용하는 것이 바람직하고, 특히 IC칩을 직접 회로기판에 접속하는 이른바 플립칩본딩의 접속에 사용하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 범프(돌기전극)를 가지는 IC칩의 플립칩본딩의 접속에 사용하는 것이 바람직하다. 범프의 크기는 특히 한정되지 않지만, 4000㎛2이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 작은 범프를 접속하는 경우라도, 고정밀도의 범프를 작성할 필요는 없다.
접속은, 온도 150∼250℃, 바람직하게는 180∼220℃, 압력 50∼3000㎏/㎠-범프, 바람직하게는 100∼1500㎏/㎠-범프, 시간 2∼30초, 바람직하게는 3∼20초의 조건으로 압착하여 행하는 것이 바람직하다.
접속 후는, 서로 대치하는 회로끼리는 도통성이 확보되고, 또 인접하는 범프간 또는 배선범프간에서는 절연성이 확보되므로, 전기적 이방성이 유지된 상태에서 접착고정할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막은 상기 이방도전성 접착제로 이루어지는 필름이다. 막두께는 특히 한정되지 않지만, 통상 5∼200㎛, 바람직하게는 10∼100㎛로 하는 것이 바람직하다. 범프를 가지는 IC칩의 접속에 사용하는 경우는, 접속을 행하는 IC칩의 범프 높이와, 회로기판 상의 배선패턴의 높이를 합친 두께에 대하여 1∼3배, 바람직하게는 1∼2배의 막두께를 가지는 접착용 막을 사용하는 것이 바람직하다. 막두께가 상기 값보다 큰 경우, 압착시에 범프와 배선패턴과의 사이로부터 배제되는 접착제의 양이 많아지므로, 범프와 배선패턴과의 사이에 유지되는 도전입자가 감소된다. 유지량을 많게 하기 위해 도전입자의 배합량을 많게 할 수도 있지만, 이 경우 코스트업으로 된다. 또 배제된 접착제에 의해 프레스헤드가 더러워지는 등, 작업성이 저하된다. 한편 막두께가 상기 값보다 작으면, 압착시에 범프간 또는 배선패턴간에 접착제가 골고루 퍼지지 않아, 접착력이 저하되는 경우가 있다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막 중에 함유되는 도전입자의 개수는 상기 접착제 중의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막은 단층이라도 되고, 단면 또는 양면에 1층이상의 다른 층이 적층되어 있어도 된다. 다른 층을 적층함으로써, 접속(접착)시에 전극으로부터의 도전입자의 유출을 방지할 수 있다. 또 맨바깥층에 보관 및 취급을 용이하게 하기 위한 커버필름을 적층할 수도 있다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막은 상기 접착제와 동일한 용도에 사용할 수 있고, 동일하게 하여 IC칩 등의 접속단자와 회로기판 상의 접속단자를 접속할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착제 및 접착용 막은, 평균 입경이 상이한 2종 이상의 도전입자를 함유하고 있으므로, 도전입자의 응집을 방지하여 배합량을 많게 할 수 있고, 이로써 범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미지를 주지 않고, 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성을 확보한 상태에서 용이하게 저코스트로 접속할 수 있다.
이와 같은 이방도전성 접착제 및 접착용 막 중에서도, 도전입자가 가압에 의해 변형되고, 더욱이 평균 입경이 큰 도전입자의 경도가 평균 입경이 작은 도전입자의 경도와 동일하거나 그 이하인 경우, 압착시에 평균 입경이 큰 도전입자가 먼저 변형되어 서로 대치하는 회로끼리를 도통시키고, 계속해서 평균 입경이 작은 도전입자도 변형하여 회로끼리를 도통시키므로, 보다 높은 도통신뢰성이 얻어져 바람직하다. 이 경우라도, 인접하는 범프간 또는 배선패턴간은, 절연성 수지 및 절연성 접착제에 의해 높은 절연신뢰성이 유지된다. 이와 같이 본 발명에 있어서는, 입경이 큰 입자에 의해 압착시의 두께가 제어되는 것이 아니다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막을 사용하여 IC칩을 접속한 실시의 형태를 도면을 이용하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 이방도전성 접착용 막을 사용하여 IC칩을 회로기판 상에 직접 플립칩본딩방식에 의해 접속된 수직단면모식도이고, (10)은 이방도전성 접착용 막으로, 평균 입경이 작은 도전입자(11)와 평균 입경이 큰 도전입자(12)가 절연성 접착제(13) 중에 분산되어 있다. (14)는 IC칩으로서, 범프(15)가 형성되어 있다. (16)은 회로기판으로서, 배선패턴(17)이 형성되어 있다. 도전입자(11,12)는 고분자 핵재입자 표면에 금속도금층이 형성되고, 또한 절연수지층으로 피복되어 있지만, 이들 층의 도시는 생략되어 있다.
도 5에 있어서, IC칩(14)에 형성되어 있는 범프(15)와 회로기판(16) 상의 배선패턴(17)과는, 도전입자(11,12) 상의 금속도금층(도시하지 않음)에 의해 도통되고, 또한 IC칩(14)과 회로기판(16)과는 절연성 접착제(13)에 의해 접착, 고정되어 있다.
도 5와 같이 IC칩(14)과 회로기판(16)을 접속하는 데는, IC칩(14)과 회로기판(16)과의 사이에 이방도전성 접착제용 막(10)을 개재시킨 상태에서, 범프(15)와 배선패턴(17)을 상하로 서로 대치하도록 배치하고, 이 상태에서 상하방향으로 가압하는 동시에 가열하여 열압착한다. 이로써, 먼저 범프(15)와 배선패턴(17)과의 사이에 존재하는 평균 입경이 큰 도전입자(12) 표면의 절연성 수지층이 연화 내지 용융 또는 파괴되는 동시에 입자가 변형되어, 절연성 수지층이 범프(15) 및 배선패턴(17)의 접촉부로부터 배제되고, 금속도금층에 의해 범프(15)와 배선패턴(17)이 도통된다. 계속해서, 평균 입경이 작은 도전입자(11)에 있어서도, 상기 평균 입경이 큰 도전입자(12)의 경우와 동일하게 하여 범프(15)와 배선패턴(17)이 도통된다. 이와 같이, 본 발명의 이방도전성 접착용 막(10)에 있어서는, 평균 입경이 큰 도전입자(12) 및 평균 입경이 작은 도전입자(11)의 양쪽에 의해 범프(15)와 배선패턴(17)이 도통되므로, 높은 도통신뢰성이 얻어진다. 이 경우에 있어서도, 인접하는 도전입자(11,12)간은 절연성 수지층 및 절연성 접착제(13)에 의해 절연성이 확보된다.
이와 같이, 이방도전성 접착용 막(10)을 사용함으로써, IC칩(14)과 회로기판(16)과의 접착고정, 범프(15)와 배선패턴(17)과의 도통, 및 인접회로간의 절연을 동시에 더욱이 간단히 저코스트로 행할 수 있다. 더욱이 본 발명의 이방도전성 접착용 막(10)은, 평균 입경이 상이한 도전입자(11,12)를 함유하고 있으므로, 범프(15)면적이 작은 경우나 범프(15)의 간격이 좁은 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미지를 주지 않고, 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성이 얻어진다.
다음에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
절연성 접착제로서 에폭시계 수지조성물(고분자량 비스페놀 A계 에폭시수지 33.3중량%, 나프탈렌계 에폭시수지 33.3중량% 및 비스페놀 F계 에폭시분산형 잠재성 경화제 33.3중량%를 함유하는 조성물)을 사용하고, 이 절연성 접착제 중에 하기 평균 입경 3㎛ 및 5㎛인 2종류의 도전입자를 배합하여, 이방도전성 접착제를 조제했다.
상기 평균 입경 3㎛의 도전입자로서는, 벤조구아나민수지로 이루어지는 고분자 핵재입자에 Au/Ni도금을 실시하고, 또한 그 표면을 약 0.3㎛의 막두께인 아크릴/스티렌수지가교막으로 절연코트한 도전입자(이하, B입자라고 약기함)를 사용했다. 그리고 아크릴/스티렌수지가교막에 의한 절연피복은, 하이브리다이제이션시스템에 의한 처리에 의해 행하였다. 이 B입자의 배합량은 30000개/㎟로 했다.
상기 평균 입경 5㎛의 도전입자로서는, 아크릴/스티렌수지로 이루어지는 고분자 핵재입자에 Au/Ni도금을 실시하고, 또한 그 표면을 약 0.3㎛의 막두께인 아크릴/스티렌수지가교막으로 절연코트한 도전입자(이하, LL입자라고 약기함)를 사용했다.
상기 이방도전성 접착제를 필름 성형하여, 막두께 75㎛인 단층의 이방도전성 접착용 막을 얻었다. 이 막 중의 LL입자의 배합량은, 단위 면적당의 막 중에 함유되는 개수로서 20000개/㎟였다.
이 이방도전성 접착용 막을 사용하고, 다음과 같이 하여 IC칩의 도통평가 및 절연평가를 행하였다.
《도통평가》
IC칩: 100㎛×100㎛의 각(角)패드상에 스터드범프를 세우고, 범프면적 1000, 2000, 3000, 4000 또는 5000㎛2로 되도록 평탄화 처리를 행하여, 평가용 IC를 작성했다. 범프 높이는 모두 약 40㎛, IC 사이즈는 6㎜×6㎜이다.
기판: BT수지 0.7mm 두께의 기판 상에, 18㎛ 두께의 Cu 및 Au도금으로 배선패턴을 형성한 기판. 배선패턴간의 피치는 150㎛.
상기 IC칩과 기판과의 사이(범프 높이와 배선패턴 높이와의 합계는 약 58㎛)에 상기 이방도전성 접착용 막을 개재시킨 상태에서, 온도 200℃, 압력 400㎏/㎠-범프의 조건으로 20초간 가열가압하고, 압착하여 접속했다. 이 접속샘플을 240℃, 리플로 2회 통과한 후, 121℃, 2.1atm포화(飽和)프레셔쿠커테스트(PCT) 100Hr 후의 저항상승치로 도통신뢰성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타냈다.
○: 저항 상승 0.1Ω 이하
△: 저항 상승 0.1Ω를 초과하여 0.3 이하
×: 저항 상승 0.3Ω를 초과함
《절연 평가》
IC칩: 범프 사이즈=70㎛×100㎛, 스페이스=10㎛, 범프 높이=20㎛, IC 사이즈=6mm×6mm
기판: 유리상에 ITO(Indium Tin Oxide)로 배선패턴을 작성한 투명기판, 피치=80㎛, 라인=70㎛, 스페이스=10㎛. 쇼트 발생의 유무를 현미경으로 확인하기 위해 투명기판을 사용.
상기 IC칩과 기판을 도통평가의 경우와 동일하게 하여 접속했다. 이 접속샘플을 85℃, 85%RH, 1000Hr 에이징한 후, 인접하는 2핀 간에 25V, 1min 인가하여, 절연저항을 평가했다. 결과를 표 1에 나타냈다.
○: 108Ω 이상
×: 108Ω 미만
실시예 2∼5, 비교예 1∼8
실시예 1의 도전입자의 종류 및 배합량을 표 1 또는 표 2에 나타내도록 변경한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 행하였다. 결과를 표 1 또는 표 2에 나타냈다.
표 1 및 표 2의 주(注)
*1 도전입자를 함유하는 막두께 25㎛의 이방도전성 접착용 막에, 막두께 50㎛의 도전입자를 함유하지 않은 막을 적층한 것. 이 2층화 접착막은 도전입자를 함유하는 면을 기판측으로 하여 사용.
*2 *1과 동일
*3 *1과 동일
*4 비어져 나오는 것이 많아, 프레스헤드를 더럽힘
*5 스페이스를 채울 수 없어 접착력이 저하되고, 박리(剝離)
시험예 1
실시예 1에서 사용한 에폭시계 수지 중에 하기 도전입자를 소정량 배합하여 이방도전성 접착제를 조제했다.
평균 입경 5㎛의 벤조구아나민수지로 이루어지는 고분자 핵재에, Au/Ni도금을 실시하고, 또한 그 표면을 막두께 0.3㎛인 아크릴/스티렌수지로 절연코트한 B입자.
상기 접착제를 필름 성형하여 막두께 75㎛인 단층의 접착용 막을 얻었다. 이 접착용 막을 사용하여, 범프 면적이 1000∼5000㎛2인 IC칩의 접속을 실시예 1과 동일하게 하여 행하였다.
접착 후, 200℃에 IC칩을 가열하여 박리하고, 범프 및 기판상의 입자수를 세어, 합계한 입자수를 범프 상에 존재하고 있던 입자수로서 카운트하여, 범프면 상의 도전입자의 평균수를 구하고, 또한 평균수와 3σ(σ는 표준편차임)와의 차를 구했다. 이 차와 이방도전성 접착용 막 중의 도전입자수와의 관계를 도 6에 나타냈다. 또 도전입자수가 20000개/㎟ 또는 30000개/㎟인 접착용 막에 있어서의 범프면적과 범프 상의 도전입자수와의 관계를 도 7에 나타냈다.
도 6으로부터 범프 면적이 3000㎛2이하인 IC칩의 접속에 있어서는, 범프 상에 확실히 5개의 입자를 존재시키기 위해서는, 30000개/㎟ 이상의 입자가 필요하고, 또 1000㎛2에서는 40000개/㎟ 이상의 입자가 필요한 것을 알 수 있다.
도 7에서, 범프 상에 반드시 5개 이상의 입자를 존재시키는 데는, 20000개/㎟의 이방도전성 접속용 막에서는 범프면적이 5000㎛2이상 필요하고, 30000개/㎟의 이방도전성 접착용 막에서는 범프면적이 3000㎛2이상 필요한 것을 알 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착제는, 절연성 접착제 중에 절연 피막된 평균 입경이 상이한 2종 이상의 도전입자를 함유하고 있으므로 범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미지를 주지 않고, 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성이 얻어지고, 더욱이 저코스트로 용이하게 접속할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막은 상기 접착제로 이루어져 있으므로, 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미지를 주지 않고, 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성이 얻어지고, 더욱이 저코스트로 용이하게 접속할 수 있고, 게다가 필름형이므로 취급성 및 작업성이 우수하다.

Claims (13)

  1. 절연성 접착제 중에 도전입자가 분산된 이방(異方)도전성 접착제로서,
    상기 도전입자는 평균 입경(粒徑)이 상이한 2종 이상의 도전입자이고, 또한 이들 도전입자는 절연성 접착제에 불용(不溶)인 절연성 수지로 피복된 절연피복도전입자인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접작제.
  2. 제1항에 있어서, 평균 입경이 상이한 2종 이상의 도전입자가 가압에 의해 변형되는 입자인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 평균 입경이 작은 도전입자의 경도(硬度)가, 평균 입경이 큰 도전입자와 동등하거나, 그 이상의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 입경이 작은 도전입자의 K값이 350㎏/㎟ 이상, 평균 입경이 큰 도전입자의 K값이 450㎏/㎟ 이하이고, 평균 입경이 작은 도전입자의 K값이 평균 입경이 큰 도전입자의 K값보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 입자경이 작은 도전입자의 함유 개수가 평균 입경이 큰 도전입자의 함유 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 입경이 3±0.5㎛와 5±0.5㎛의 2종류의 도전입자가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, IC칩과 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, IC칩에 형성된 4000㎛2이하의 미소(微小)범프와 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착제.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 이방도전성 접착제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 막(膜).
  10. 제9항에 있어서, IC칩과 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 막.
  11. 제9항에 있어서, IC칩에 형성된 4000㎛2이하의 미소범프와 회로기판과를 접속하는 IC칩 접속용인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 막.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 단위 면적당의 막 중에 함유되는 평균 입경이 작은 도전입자의 함유량이 30000∼80000개/㎟의 범위이고, 평균 입경이 큰 도전입자의 함유량이 10000∼30000개/㎟의 범위인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 막.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 막의 두께가 접속을 행하는 IC칩의 범프 높이와 회로기판 상의 배선패턴의 높이와를 합친 막에 대하여 1∼3배인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 막.
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