KR20010030335A

KR20010030335A - 접속재료

Info

Publication number: KR20010030335A
Application number: KR1020000053358A
Authority: KR
Inventors: 다케이치모토히데; 야기히데카즈; 스에마사가오리
Original assignee: 구리다 히데유키; 소니 케미카루 가부시키가이샤
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2001-04-16
Also published as: US6514433B1; EP1085068A3; EP1085068A2; CN1264943C; KR100969898B1; JP2001081438A; EP1085068A9; EP2287262A1; CN1294166A

Abstract

본 발명은 접착강도와 전기적 접속신뢰성이 높고, 폴리이미드 수지 필름을 접속하는 경우에도 고착과 전기적 접속을 이룰 수 있으며, 또 고온다습하에서 사용해도 전기적 접속신뢰성이 저하되지 않는 접속재료를 제공한다. 상대하는 전극을 갖는 피접속부재를 접속하기 위한 접속재료로서, 열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분을 포함하고, 경화 후 30℃에서의 탄성률이 0.9∼3GPa, 유리전이온도가 100℃ 이상, 인장신율이 3% 이상인 접속재료를 제공한다.

Description

접속재료 {CONNECTING MATERIAL}

본 발명은 상대하는 전극을 갖는 피접속부재를 접속하기 위한 접속재료, 특히 열경화성 수지를 포함하는 접속재료에 관한 것이다.

상대하는 전극을 갖는 피접속부재 사이를 접속하기 위해 열경화성 수지를 주성분으로 하는 접속재료가 사용되고 있다. 예를 들면 LCD(액정 디스플레이)에서는 유리기판 상의 ITO(Indium Tin Oxide)막과 TCP(Tape Carrier Package)의 접속, ITO 막과 드라이버 IC의 접속 등이 있다. 또, IC, LSI 등의 반도체를 인쇄기판에 실장하는 기술로서, 베어칩(bear chip) 등의 반도체 칩을 접속재료에 의해 직접 배선기판에 실장하는 방법이 있다. 이러한 피접속부재의 접속은 칩이나 기판의 각각 상대하는 위치에 설치된 다수의 전극을 대향시킨 상태에서 접속재료에 의해 접속하여 전기적 접속과 기계적 고착을 동시에 달성하도록 하는 것이다.

이와 같은 접속재료로서는 주성분으로 열경화성 수지가 사용되고, 칩이나 기판 등의 피접속부재 사이에 접속재료를 개재시켜, 상대하는 전극을 대향시킨 상태에서 양측으로부터 가압하는 동시에, 가열하여 열압착에 의해 수지를 경화시켜 접속한다. 칩과 기판 등의 피접속부재 사이의 기계적 고착은 수지의 고착(접착)력에 의해 이루어지고, 전극의 전기적 접속은 수지의 경화에 의해 전극과 전극을 압착함으로써 이루어진다. 이 경우 접속재료 중에 도전성 입자를 분산시킴으로써 전극간에 도전성 입자를 개재시켜 전기적 접속을 얻는 경우와, 전극과 전극을 직접 접속시켜 전기적 접속을 얻는 경우가 있다.

최근, 휴대형 전자기기를 중심으로 한 경박단소화의 시장요구로부터, 반도체 칩과 기판간 또는 TCP와 ITO간의 접속에서의 접속면적의 축소에 의한 접착강도의 저하가 문제고 되고 있다. 또, 드라이버 IC 등을 플렉시블 인쇄기판(FPC) 상에 탑재하는 것이 검토되고 있고, 접속재료에 관해서도 접착강도(박리강도)를 높일 필요가 생기고 있다. 특히 FPC에는 폴리이미드 수지 필름이 사용되고 있으나, 이와 같은 폴리이미드 수지 필름에 대해 우수한 접착성을 나타내는 접착재료는 알려져 있지 않았다.

일반적으로 접착강도를 크게 하기 위해서는 접착제 벌크를 더욱 부드럽게 하여 터프니스 파라미터(toughness parameter)를 향상시키는 수법이 알려져 있으나, 이 경우 유리전이온도(이하, Tg라 하는 경우가 있음)가 저하되거나, 또는 탄성률이 대폭적으로 저하되는 현상이 일어난다. 접착강도로는 이와 같은 처리에 의해 향상이 기대될 수 있으나, 여러 가지 조건하에서의 전기적 접속의 확보는 곤란하게 된다. 예를 들면 고온, 고습도 에이징(aging)에서의 접착강도의 저하에 수반하여 접속부에서 전기저항이 상승하는 것이 알려져 있고, 이 현상을 어떤 방법으로 작게 억제하는가도 중요하다.

본 발명의 과제는 접착강도 및 전기적 접속 신뢰성이 높고, 폴리이미드 수지 필름을 접속하는 경우에도 효과적으로 기계적 고착과 전기적 접속을 행할 수 있고, 또 고온 다습하에서 사용하여도 전기적 접속 신뢰성이 저하하지 않는 접속재료를 얻는 것이다.

본 발명은 다음의 접속재료이다.

(1) 상대하는 전극을 갖는 피접속부재를 접속하는 접속재료로서,

열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분을 포함하고,

경화 후의 30℃에서의 탄성률이 0.9∼3GPa,

유리전이온도가 100℃ 이상,

인장신율(引張伸率; tensile elongation)이 3% 이상

인 접속재료.

(2) 접착제 성분이 유리전이온도가 50℃ 이하인 열가소성 수지 및/또는 평균입자직경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 1∼90 중량% 함유하는 상기 (1) 기재의 접속재료.

(3) 접착제 성분에 대해 도전성 입자를 0∼40 중량% 함유하는 상기 (1) 또는 (2) 기재의 접속재료.

(4) 인장신율이 6% 이상인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 접속재료.

본 발명에 있어서 접속의 대상이 되는 피접속부재는 상대하는 전극, 특히 다수의 전극을 갖는 부재가 모두 대상으로 된다. 그 중에도 LCD 드라이버 IC나 TCP, 또는 메모리, ASIC 등의 반도체 칩을 기판에 실장하는 경우와 같이, 좁은 영역에 다수의 전극이 배열되고, 전극의 피치, 폭 및 간격이 좁은 피접속부재의 전극간의 접속에 적합하다. 상기 반도체 칩 등의 피접속부재를 접속하는 상대방으로는 기판인 경우가 많으나, 본 발명의 접속재료는 반도체 칩 등을 직접 인쇄기판에 실장하는 경우에도, 또 인터포저(interposer) 등을 개재하여 실장하는 경우에도 적용할 수 있다. 기판으로는 유리/에폭시 기판, 수지기판, 유리기판, 플렉시블 수지기판 등, 임의의 재질로 만들어지는 기판이 있다. 재질에 있어서는 폴리이미드 수지 필름은 접착성이 나쁘지만, 본 발명의 접속재료는 이와 같은 폴리이미드 수지 필름도 접착할 수 있을 뿐 아니라, 전기적 접속신뢰성을 얻을 수 있다. 폴리이미드 이외의 재질에 관해서도 접착가능하며, 이 경우 일반적인 접속재료보다 더욱 우수한 접착성과 전기적 접속신뢰성을 얻을 수 있다.

본 발명의 접속재료는 열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분을 포함하고, 이 접속재료를 피접속부재 사이에 개재시켜 양측에서 가압하여 상대하는 전극을 눌러 접촉시키고, 접속재료를 인접하는 전극 사이에 모은 상태로 경화시켜 접착함으로써, 전기적 접속과 기계적 고착을 행하도록 구성된다. 스터드 범프와 같이 전극의 돌출부의 면적이 작은 경우(예를 들면 1000㎛²이하인 경우)에 직접 접촉시킬 수 있으나, 전극 면적이 큰 경우에는 도전성 입자를 존재시키는 것이 바람직하다. 도전성 입자를 존재시키기 위해서는 접속재료 중에 도전성 입자를 배합하여 분산시킨다.

본 발명의 접속재료의 접착제 성분에 사용하는 열경화성 수지의 주제 수지로는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 수산기 함유 폴리에스테르 수지, 수산기 함유 아크릴 수지 등, 경화제와의 병용에 의해 가열 또는 UV 등의 광 조사 하에 경화되는 수지가 제한 없이 사용될 수 있으나, 특히 그 경화온도, 경화시간, 보존안정성 등의 밸런스 면에서 에폭시 수지가 바람직하다.

에폭시 수지로서는, 비스페놀형 에폭시 수지, 에폭시노볼락 수지 또는 분자 내에 2개 이상의 옥실란기를 갖는 에폭시화합물 등이 사용될 수 있다. 이러한 수지에는 시판품이 그대로 사용될 수 있다.

상기 열경화성 수지의 주제 수지는 일반적으로 경화제와 병용함으로써 경화반응을 행할 수 있으나, 주제 수지에 경화반응에 기여하는 작용기가 결합되어 있는 경우는 경화제를 생략할 수 있다. 경화제로서는 이미다졸, 아민, 산무수물, 히드라지드, 디시안디아미드, 이들의 변성물 등, 가열, 광 조사 등에 의해 주제 수지와 반응하여 경화반응을 행하는 것이 사용될 수 있고, 시판품일 수도 있다. 이와 같은 경화제로서는 잠재성 경화제가 바람직하다.

잠재성 경화제는 상온에서의 제조, 보존 및 비교적 저온(40∼100℃)에 따른 건조시에는 경화반응을 일으키지 않고, 경화온도에서의 가열가압(열압착) 또는 UV 등의 광 조사에 의해 경화반응을 일으키는 경화제이다. 이와 같은 잠재성 경화제로서는 이미다졸, 아민 등의 상기 경화제 성분을 마이크로캡슐화한 것 등이 특히 바람직하고, 시판품을 그대로 사용할 수도 있다. 열활성인 경우, 경화개시온도는 80∼150℃인 것이 바람직하다.

본 발명의 접속재료는 이와 같은 열경화성 수지를 함유하나, 상기 특성을 얻기 위해 Tg가 50℃ 이하인 열가소성 수지 및/또는 평균입경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 함유할 수 있다.

열가소성 수지로서는 Tg가 50℃ 이하, 바람직하게는 30℃ 이하이고, 실온에서 고무탄성을 갖는 수지가 사용될 수 있고, 예를 들면 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지 등이 포함된다.

엘라스토머 미립자로서는 Tg가 50℃ 이하, 바람직하게는 30℃ 이하이고, 실온에서 고무탄성을 갖는 천연고무 또는 합성고무의 미립자가 사용될 수 있고, 예를 들면 천연고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR) 등이 포함된다.

이러한 고무는 가교고무가 사용되나, Tg가 30℃ 이하이면 열가소성 엘라스토머도 사용될 수 있다. 엘라스토머 미립자의 평균입경은 30∼300nm, 바람직하게는 50∼200nm가 적합하다. 이들 엘라스토머 미립자도 시판품이 그대로 사용될 수 있다.

본 발명에서는 접속재료에 도포성 또는 필름 형성성을 부여하는 것을 목적으로 Tg가 50℃ 초과하는 열가소성 고분자재료를 접착제 성분에 배합할 수 있다. 이와 같은 열가소성 고분자재료로는 페녹시수지, 폴리에스테르수지, 아크릴수지 등이 사용될 수 있다.

이 밖에 본 발명의 접착제 성분에는 계면활성제, 커플링제, 노화방지제 등의 첨가제를 배합할 수 있다.

본 발명에 있어서는 상기 접착제 성분 외에 도전성 입자를 사용하지 않아도 되나, 사용할 경우, 땜납, 니켈 등의 금속입자, 고분자 핵재입자(核材粒子)를 도금 등에 의해 도전재로 피복한 도전피복입자, 또는 이러한 도전성 입자를 절연성 수지로 피복한 절연피복 도전입자 등이 사용될 수 있다. 이러한 도전성 입자의 평균입경은 1∼20㎛, 바람직하게는 3∼10㎛로 할 수 있다.

본 발명의 접속재료에 있어서, 접착제 성분은 열경화성 수지를 10∼99 중량%, 바람직하게는 40∼70 중량%, Tg가 50℃를 초과하는 열가소성 수지를 0∼50 중량%, 바람직하게는 10∼30 중량%, tg가 50℃ 이하인 열가소성 수지 및/또는 엘라스토머 미립자를 1∼90 중량%, 바람직하게는 5∼30 중량%, 그 밖의 첨가제를 0∼10 중량%, 바람직하게는 0∼5 중량% 포함할 수 있다. 도전성 입자는 이러한 접착제 성분에 대해 0∼40 용량%, 바람직하게는 0∼30 용량% 배합할 수 있다.

본 발명의 접속재료는 페이스트상 또는 필름상 형태의 제품으로 만들 수 있다. 페이스트상으로 할 경우는 상기 각 성분을 선택함으로써 무용매로 페이스트상으로 만들 수도 있으나, 일반적으로는 각 성분을 용매에 용해 또는 분산시켜 페이스트상으로 만들 수 있다. 용매로는 알콜, 케톤, 에스테르, 에테르, 페놀류, 아세탈, 질소함유 탄화수소와 같은 용매가 사용될 수 있고, 예를 들면 톨루엔, MEK, 초산에틸, 세로솔브아세테이트(cellosolve acetate) 등이 예시된다. 용매의 사용량은 수지성분에 대해 20∼40 중량% 정도이다.

필름상으로 할 경우는 상기 페이스트를 박리 시트에 필름상으로 도포하고, 용매를 휘발시킴으로써 성형할 수 있다.

본 발명의 접속재료는 경화 후 30℃에서의 탄성률이 0.9∼3GPa, 바람직하게는 0.9∼2GPa, Tg가 100℃ 이상, 바람직하게는 110∼180℃, 인장신율이 3% 이상, 바람직하게는 5∼16%가 되도록 상기 각 성분의 종류 및 양을 선택한다.

상기 각 특성의 측정법은 다음과 같다.

탄성률: DMA 법,

Tg: 탄성률 측정시의 tanδ의 피크 온도를 Tg로 함,

인장신율: JIS K7161.

본 발명의 접속재료는 상대하는 전극을 갖는 피접속부재 사이, 예를 들면 기판과 반도체 칩 사이에 개재시킨 상태로, 피접속부재의 양측에서 가압, 가열하여 수지를 경화시킴으로써 접속을 행한다. 접속재료는 페이스트상인 경우는 피접속부재의 전극을 포함하는 접속영역에 접속재료를 도포하고, 건조 후 또는 건조하지 않고 다른 피접속부재를 중첩시키고 압착하여 경화시킨다. 접속재료가 필름상인 경우는 접속재료를 피접속부재 사이에 개재시켜 가압, 가열, 경화를 행한다. 경화는 가열 외에 UV 등의 광 조사에 의해 행할 수도 있다.

상기 접속 공정에서는 피접속부재간에 접속재료를 개재시킨 상태에서 가열하여 접속재료를 용해시키고 가압하면, 접속재료는 전극의 대향하는 부분으로부터 전극이 없는 부분으로 흐르고, 전극부분이 압착한다. 도전입자가 포함되는 경우에는, 도전입자가 전극 사이에 남아 전극간에서 접촉한다. 전극이 없는 부분으로 흐른 접착제 성분은 그 부분에서 경화되어 피접속부재 사이를 고착한다. 이로써 전극간의 전기적 접속과 부재간의 기계적 고착이 이루어진다. 본 발명의 접속재료를 사용함으로써 전극의 면적 및 간격이 좁은 경우, 또는 FPC와 같은 폴리이미드 수지 필름을 사용할 경우에도 기계적 고착 및 전기적 접속은 양호하게 이루어진다. 폴리이미드 이외의 피접속부재의 경우도 접착강도가 커진다.

예를 들면 기판에 반도체 칩 등을 실장하는 경우, 상기와 같이 한쪽의 피접속부재로서의 반도체 칩 등을 다른 쪽의 피접속부재로서의 기판 등에 접속함으로써 실장한 후, 고온, 다습 환경에서 사용하게 되는데, 본 발명의 접속재료를 사용함으로써 장기간에 걸쳐 전기적 접속신뢰성이 얻어지고 전극간의 도통불량은 발생되지 않는다.

[발명의 실시형태]

이하, 본 발명의 실시형태를 실시예에 따라 설명한다.

실시예 1∼5, 비교예 1∼3

(접속재료의 조제)

열경화성 수지로서 에폭시 수지(다이니폰 잉키 가가쿠고교사제, 상품명 4032D), 경화제로서 이미다졸계 경화제(旭化成사제, 상품명 HX-3941HP), 엘라스토머 미립자로서 폴리부타디엔 고무 미립자(구라레사제, 평균입경 80nm), Tg 50℃ 이하의 열가소성 수지로서 아크릴 수지(후지쿠라가세이사제, 상품명 SG80, Tg: -25℃), Tg 50℃를 초과하는 열가소성 수지로서 페녹시 수지(東都化成社제, 상품명 YP50, Tg: 80℃), 도전성 입자로서 도전피복입자(日本化學工業社제, 상품명 EH20GNR, 입경 5㎛)를 표 1의 조성으로 사용하고, 용매로서 톨루엔에 용해시켜 페이스트상의 접속재료로 만들었다. 이것을 박리처리된 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)로 만들어지는 박리 필름 상에 건조막 두께가 40㎛로 되도록 코팅하고, 80℃의 열풍순환식 오븐 속에 5분간 방치하여 필름상 접속재료를 얻었다.

(물성시험)

탄성률의 측정방법은 미경화된 접속재료를 6cmx0.2cm 크기로 잘라내고, 180℃에서 15분간 경화 후 PET 필름에서 떼내어 샘플로 삼았다. 시험기로서 오리엔텍사의 VIBRON DDV 01 FP(상품명)를 사용하여 척과 척 사이의 거리 5cm, 진동주파수 11Hz, 승온속도 3℃/분으로 측정하였다.

이 탄성률 측정시 tanδ의 피크 온도를 Tg로 하였다.

(인장시험)

인장시험의 측정방법은, 미경화 접속재료를 1cmx15cm의 크기로 커터 나이프를 사용하여 잘라내고, 180℃의 열풍순환식 오븐 속에서 15분간 경화 후, PET 필름에서 떼내어 샘플로 삼았다. 인장시험기로서 시마즈사제 AUTOGRAPH AGS-H 및 비디오식 신장계 DVE-200을 사용하고, 인장속도 1mm/분, 척과 척 사이의 거리 10cm, 표준선간 거리 5cm, 측정온도 23℃에서 인장신율을 측정하였다.

(접속시험)

IC 칩(재질: 실리콘, 치수: 6mmx3mm, 두께: 0.4mm t, 범프: 금도금, 범프 두께: 20㎛ t, 범프수: 272핀, 피치: 85㎛)을 상기 필름상 접속재료를 개재하여 FPC 기판에 접속하였다. FPC 기판은 두께 25㎛의 폴리이미드 필름(도레이사제, 상품명 KAPTON, 치수: 40mmx40mm)에 IC 칩의 범프에 대응하여 도체 패턴(동 12㎛, 니켈-금도금)을 형성한 것이다. 상기 기판 상에 접속재료를 개재하여 IC 칩을 범프와 도체 패턴이 대향하도록 중첩하여 190℃ x 10초 x 추력39.2N(4kgf)으로 가열 가압하여 접속하였다.

상기 접속체에 관하여 90°필(peel)강도를 측정하여 접속강도로 하였다.

전기적 접속신뢰성에 관해서는 4단자법으로 초기 및 85℃ 85%RH 분위기 하에서 1000시간 방치 후의 접속저항을 측정하고, 측정단자 40개소의 평균치로 표시하였다.

결과를 표 1에 나타낸다.

*1: 접착제 성분에 대한 용량%

표 1의 결과로부터, 실시예 1∼5의 접속재료는 폴리이미드 수지 필름에 대해서도 우수한 접착성을 나타내고, 전기적 겁속신뢰성에 관해서도 우수한 결과가 얻어진다. 이에 반해 각 특성이 본 발명의 범위를 만족하지 않는 비교예 1∼3은 접속강도에 있어서 떨어지는 것이 있을 뿐 아니라, 전기적 접속성에 관해서는 어느 것이나 불량함을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 열경화성 수지를 주성분으로 하고, 특정한 탄성률, Tg, 인장신율이 되도록 하였으므로, 접착강도 및 전기적 접속신뢰성이 높고, 폴리이미드 수지 필름을 접속할 경우에도 효과적으로 고착 및 전기적 접속을 이룰 수 있으며, 또한 고온다습 환경하에서 사용하여도 전기적 접속신뢰성이 저하되지 않는 접속재료를 얻을 수 있다.

Claims

상대하는 전극을 갖는 피접속부재를 접속하는 접속재료로서,

열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분을 포함하고,

경화 후의 30℃에서의 탄성률이 0.9∼3GPa,

유리전이온도가 100℃ 이상,

인장신율(引張伸率; tensile elongation)이 3% 이상

인 접속재료.
제1항에 있어서,

접착제 성분이, 유리전이온도가 50℃ 이하인 열가소성 수지 및/또는 평균입자직경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 1∼90 중량% 함유하는 접속재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,

접착제 성분에 대해 도전성 입자를 0∼40 중량% 함유하는 접속재료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

인장신율이 6% 이상인 접속재료.