KR20050088946A - 접착제 및 접착 필름 - Google Patents

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KR20050088946A
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히로유끼 구마꾸라
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소니 케미카루 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체 소자와 플렉시블(flexible) 배선판을 단락 없이, 확실하게 접속할 수 있는 도전성 접착제를 얻는 것이다.
본 발명의 도전성 접착제에는 평균 직경이 10 nm 이상 90 nm 이하의 도전성입자 (25)가 첨가되어 있고, 이러한 도전성 접착제를 사용하여 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)을 접속시킨 경우, 도전성 입자 (25)가 반도체 소자(30)의 보호막 (37)을 돌파하지 않기 때문에, 보호막 (37)하에 배치된 배선막 (35)의 신호부 (35b)가 보호되고, 얻어지는 전기 장치 (1)의 배선막 (15), (35)가 단락되지 않는다.

Description

접착제 및 접착 필름 {Adhesives and Adhesive Films}
본 발명은 예를 들면 반도체 소자와 플렉시블 배선판 사이의 전기적인 접속에 사용되는 이방 도전성 접착제에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들면 반도체 소자와 플렉시블 배선판을 접속하는 수단으로서 도전성 입자가 첨가된 접착제가 사용되고 있다.
도 8a의 부호 (130)은 반도체 소자를 나타내고, 이 반도체 소자 (130)은 소자 본체 (131), 소자 본체 (131)의 표면에 배치된 배선막 (135)와, 배선막 (135) 상에 배치되어 소정 위치에 개구 (139)가 형성된 보호막 (137)을 갖고 있다.
또한 도 8a의 부호 (110)은 반도체 소자 (130)에 접속되는 플렉시블 배선판을 나타내고, 이 플렉시블 배선판 (110)은 베이스 필름 (111)과, 베이스 필름 (111) 상에 형성된 배선막 (115)를 갖는다.
플렉시블 배선판 (110)과 반도체 소자 (130)의 배선막 (115), (135)는 후술하는 접속에 사용되는 접속부 (115a), (135a)와, 플렉시블 배선판 (110) 내, 반도체 소자 (130) 내로 각각 끌어 당겨져서, 한쪽 끝이 접속부 (115a), (135a)에 접속된 배선부 (115b), (135b)를 각각 갖고 있다.
이들 중, 반도체 소자 (130)의 접속부 (135a) 상에는 보호막 (137)의 개구 (139)가 배치되어 있다. 이 개구 (139) 내에는 접속부 (135a) 상에 직립하여 형성된 범프 (136)이 배치되어 있고, 이 범프 (136)의 끝부분은 보호막 (137) 표면보다 돌출되어 있다.
상기와 같은 플렉시블 배선판 (110)과 반도체 소자 (130)을 접속하기 위해서는 도 8a에 나타낸 것과 같이, 우선 반도체 소자 (130)의 보호막 (137)이 형성된 측면과 플렉시블 배선판 (110)의 배선막 (115)가 배치된 측면을 서로 마주 보게 하고, 이들 사이에 도전성 입자 (125)가 첨가된 접착제로 이루어지는 접착 필름 (120)을 배치한다.
이어서, 반도체 소자 (130)의 범프 (136)이 플렉시블 배선판 (110)의 배선막 (115)의 접속부 (115a)와 마주 보도록 위치 정렬을 하면서, 반도체 소자 (130)과 플렉시블 배선판 (110) 사이에 접착 필름 (120)을 끼워, 전체를 가압하면서 가열하면 접착 필름 (120)이 가열에 의해서 연화되고, 연화한 접착 필름 (120)이 반도체 소자 (130)의 범프 (136) 끝부분으로부터 밀려 나가고, 잔류하는 접착 필름 (120)이 접속부 (115a)와 범프 (136) 사이에 끼워진다.
도 8b는 이러한 상태를 나타내고 있으며, 범프 (136)과 접속부 (115a) 사이에 끼워진 접착 필름 (120) 중의 도전성 입자 (125)가 가압에 의해서 범프 (136) 끝부분 표면과 접속부 (115a) 표면에 파고 들어, 이 도전성 입자 (125)를 통해 배선막 (115), (135) 끼리 접속된다.
도 8b의 부호 (100)은 가열, 가압 후, 냉각하여 얻어진 전기 장치를 나타낸다.
접착 필름 (120)은 가열 후, 냉각하면 경화되기 때문에, 이 전기 장치 (100)에서 반도체 소자 (130)과 플렉시블 배선판 (110)이 도전성 입자 (125)를 통해 전기적으로 접속되어 있을 뿐만 아니라 기계적으로도 접속되어 있다.
그런데, 플렉시블 배선판 (110)은 유연성을 갖고 있기 때문에, 범프 (136)과 접속되는 접속부 (115a)에서 이간된 부분은 가열, 가압시 반도체 소자 (130)의 보호막 (137) 표면에 밀려붙어져 반도체 소자 (130)의 보호막 (137)과 플렉시블 배선판 (110)의 배선막 (115)가 형성된 면과 밀접하게 된다.
접착 필름 (120)에 사용되는 도전성 입자 (125)는 일반적으로 평균 입경이 반도체 소자 (130)의 보호막 (137)의 두께보다 크고, 또한 견뢰한 금속으로 이루어지기 때문에, 반도체 소자 (130)의 보호막 (137)의 표면과 플렉시블 배선판 (110)의 표면이 밀접하면 가압에 의해 도전성 입자 (125)가 보호막 (137)을 돌파할 경우가 있다.
도 8b의 도면 우측은, 도전성 입자 (125)가 보호막 (137)을 돌파한 상태를 나타내는 모식적인 단면도이고, 플렉시블 배선판 (110)과 반도체 소자 (130)이 밀접한 부분에 각각의 배선막 (115), (135)의 배선부 (115b), (135b)가 대향하여 위치하고 있으면, 보호막 (137)을 돌파한 도전성 입자 (125)가 배선부 (115b), (135b)에 접촉하여, 전기 장치 (100)을 구성하는 배선막 (115), (135)가 단락되어 버리는 경우도 있다.
또한 전자 부품의 고밀도화에 따라 반도체 소자 (130)의 배선막 (135)의 패턴은 최근 미세화되고 있고, 보호막 (137)을 돌파한 도전성 입자 (125)가 이들 배선막 (135)의 사이에 침입하면, 인접하는 배선막 (135) 끼리 도전성 입자 (125)를 통해 전기적으로 접속되어, 반도체 소자 (130)의 배선막 (135) 끼리 단락되어 버린다.
또한, 접착제를 필름상으로 성형하지 않고 직접 플렉시블 배선판 (110) 표면에 도포하고, 반도체 소자 (130)의 접속에 사용할 수도 있지만, 상기와 같은 도전성 입자 (125)는 페이스트상의 접착제 중에서 균일하게 분산되지 않고, 침강하기 쉽기 때문에 이러한 접착제를 사용하면 접속 불량이 발생하기 쉽다.
본 발명은 이러한 종래의 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로 파인 피치의 회로에 대하여 높은 접속 신뢰성을 갖는 접착 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 절연성 접착 성분과 이 절연성 접착 성분 중에 분산된 도전성 입자를 갖는 접착제로서, 상기 도전성 입자의 평균 직경은 10 nm 이상 90 nm 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접착제로서, 상기 접착제 중에 포함되는 상기 도전성 입자의 비표면적이 5 m2/g 이상 8O m2/g 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접착제로서, 상기 절연성 접착 성분과 상기 도전성 입자를 합계한 체적을 100으로 한 경우, 상기 접착제에 포함되는 상기 도전성 입자의 합계 체적이 0.1을 초과하고, 또한 12 미만인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접착제로서, 상기 도전성 입자는 니켈, 팔라듐, 구리, 철, 은으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 금속을 주성분으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접착제로서, 상기 절연성 접착 성분이 에폭시 수지와 이미다졸계잠재성 경화제를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접착제로서, 상기 접착제의 25 ℃에서의 점도가 1000 Paㆍs 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 접착 필름으로서, 절연성 접착 성분과 상기 절연성 접착 성분 중에 분산된 도전성 입자를 가지며, 상기 도전성 입자의 평균 직경이 10 nm 이상 90 nm 이하인 접착제가 필름상으로 성형되어 이루어지는 접착 필름이다.
본 발명은 반도체 소자와 배선판을 갖는 전자 장치로서 상기 반도체 소자는 절연성 접착 성분과 상기 절연성 접착 성분 중에 분산된 도전성 입자를 가지며 상기 도전성 입자의 평균 직경은 10 nm 이상 90 nm이하인 접착제에 의해 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.
<발명의 실시의 형태>
이하, 본 발명에 관한 접착제에 대해서 상세히 설명한다.
<실시예 1>
열경화성 수지의 하나인 나프탈렌형 에폭시 수지 (다이닛뽄 잉크 가가꾸(주)사 제조의 상품명 「HP 4032D」) 30 중량부에 대하여, 동일하게 열경화성 수지의 하나인 글리시딜아민 수지 (스미또모 가가꾸(주)사 제조의 상품명 「ELM 100」) 18 중량부, 이들 2 종류의 열경화성 수지를 경화시키는 잠재성 경화제 (아사히 가세이 에폭시(주)사 제조의 상품명 「HX3721」, 평균 입경 5 ㎛) 50 중량부, 커플링제 (일본 유니카(주)사 제조의 상품명 「A-187」) 2 중량부를 첨가하고, 혼합하여 페이스트상의 절연성 접착 성분을 얻었다.
이어서, 이 절연성 접착 성분에 도전성 입자를 첨가, 혼합하여, 함유되는 도전성 입자의 체적이 전체의 2 vol％인 본 발명의 접착제를 제조하였다. 여기서는 도전성 입자로서, 니켈로 이루어지고 그 평균 입경이 1O nm인 것을 사용하였다.
접착제 중에는 잠재성 경화제가 분산되어 있지만 상온에서는 잠재성 경화제는 용해되지 않기 때문에, 에폭시 수지의 중합 반응이 일어나지 않고, 접착제가 경화되지 않는다.
다음으로 본 발명의 접착제를 사용하여 반도체 소자와 플렉시블 배선판을 접합시키는 공정을 설명한다.
도 1의 부호 (10)과 도 2의 부호 (30)은 각각 접합에 사용하는 플렉시블 배선판과 반도체 소자를 나타내고 있다. 이들 중, 도 1에 나타내는 플렉시블 배선판 (10)은 기재 (11)과 기재 (11) 표면에 형성된 배선막 (15)를 갖고 있다. 여기에서는 기재 (11)로서 막 두께 45 ㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 배선막 (15)로서 막 두께 25 ㎛의 알루미늄박을 소정 형상으로 패터닝시킨 것을 각각 사용하였다.
한편, 도 2에 나타내는 반도체 소자 (30)은 소자 본체 (31), 소자 본체 (31) 표면에 배치된 배선막 (35)와, 소자 본체 (31)의 배선막 (35)가 배치된 면에 배치되어 소정 위치에 개구 (39)가 형성된 보호막 (37)을 갖고 있다. 여기서는 반도체 소자 (30)으로서, 두께가 3 mm이고, 배선막 (35)가 형성된 면의 한 변이 4 mm의 크기인 정방형 형상의 것을 사용하였다.
이들 반도체 소자 (30)과 플렉시블 배선판 (10)의 배선막 (15), (35)는 후술하는 접속에 사용되는 접속부 (15a), (35a)와, 플렉시블 배선판 (10) 내, 반도체 소자 (30) 내로 각각 끌려 당겨져서, 한쪽 끝이 접속부 (15a), (35a)에 접속된 배선부 (15b), (35b)를 각각 갖고 있다. 여기에서는, 접속부 (15a), (35a)와 배선부 (15b), (35b)를 각각 1 개씩 도시하였다.
이들 중, 반도체 소자 (30)의 접속부 (35a) 상에는 보호막 (37)의 개구 (39)가 배치되어 있다. 이 개구 (39) 내에는, 접속부 (35a) 상에 직립으로 형성된 범프 (36)이 배치되어 있고, 범프 (36)의 끝부분은 보호막 (37) 표면보다 돌출되어 있다. 여기서는, 보호막 (37)에 그 바닥면의 한 변이 100 ㎛인 정방형 형상의 개구 (39)를 형성한 후, 전해 도금법에 의해 개구 (39) 내에 범프 본체를 형성하고, 또한 범프 본체 끝부분 표면에 금으로 이루어지는 도금층을 형성하고, 이 도금층과 범프 본체로 범프 (36)을 구성하였다.
이들 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)을 접합시키기 위해서는, 우선, 상기 공정에서 제조한 본 발명의 접착제를 플렉시블 배선판 (10)의 배선막 (15)가 형성된 면에 도포하여, 접착제층을 형성한다.
도 3a의 부호 (20)은 접착제층을 나타내고 있으며, 이 상태는 플렉시블 배선판 (10)의 서로 인접하는 배선막 (15)의 사이에 접착제층 (20)을 충전하여, 배선막 (l5)가 접착제층 (20)에 매몰되도록 되어 있다.
이어서, 반도체 소자 (30)의 보호막 (37)이 형성된 측면과 플렉시블 배선판 (10)의 접착제층 (20)이 형성된 측면을 대향시켜 (도 3b), 반도체 소자 (30)의 범프 (36)과 플렉시블 배선판 (10)의 접속부 (15a)가 서로 마주 보도록 위치 정렬을 시키면서, 범프 (36) 끝부분과 접착제층 (20) 표면을 밀착시킨다.
이어서, 전체를 가압하면서 가열하면 (여기서는, 반도체 소자 (30) 전체에 9.8 N의 힘이 가해지도록 가압하면서 210 ℃, 5 초간의 조건으로 가열하였다), 가열에 의해서 접착제층 (20)의 점도가 저하되고, 점도가 저하된 접착제층 (20)의 일부가 가압에 의해 범프 (36)의 끝부분 표면에서 밀려나가고, 남은 접착제층 (20)이 범프 (36)의 끝부분과 접속부 (15a) 사이에 끼워지고, 그 접착제층 (20) 중의 도전성 입자 (25)가 범프 (36) 끝부분 표면과 접속부 (15a) 표면에 파고든다.
가열에 의해 접착제층 (20)이 소정 온도 이상으로 승온하면, 접착제층 (20)중의 잠재성 경화제가 용융된다. 용융된 잠재성 경화제가 열경화성 수지와 섞이면, 잠재성 경화제와 열경화성 수지가 반응하여 열경화성 수지가 중합하여, 결과적으로 접착제층 (20)이 경화된다. 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)은 경화한 접착제층 (20)을 통해 접합된다.
도 3c의 부호 (1)는 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)의 접합에 의해 얻어진 전기 장치를 나타내고, 이 전기 장치 (1)의 배선막 (15), (35)는 범프 (36)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
접착제층 (20)은 절연성을 가지고 있기 때문에, 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)은 접착제층 (20)을 통해 기계적으로 접속될 뿐만 아니라 이들의 배선막 (15), (35) 중, 배선부 (15b), (35b)는 서로 절연되어 있다.
또한 접착제에 사용되는 도전성 입자의 평균 직경은 1O nm 이상 90 nm 이하이기 때문에, 반도체 소자의 보호막의 막 두께가 작은 경우에도 가압에 의해 도전성 입자가 보호막을 돌파하지 않는다.
상기 공정에서 제조한 접착제 및 전기 장치 (1)을 실시예 1로 하고, 실시예 1의 접착제와 전기 장치 (1)을 사용하여 하기에 나타낸 「점도」, 「도전성 입자 분산성 시험」, 「도통(導通) 저항 시험」, 「단락 시험」으로 이루어지는 평가 시험을 하였다.
[점도]
실시예 1의 접착제의 점도를 회전 점도계를 사용하여 측정하였다 (JIS K7117-2). 여기서는, 온도 25 ℃, 회전 점도계의 로터의 회전수 20 min-1의 조건으로 측정을 하였다.
[도전성 입자 분산성 시험]
실시예 1의 접착제를 실온에서 1 주간 방치한 후, 접착제 중의 도전성 입자의 분리 유무를 육안으로 확인하였다.
도전성 입자의 분리가 확인되지 않은 것을 『○』, 도전성 입자가 분리되어 침강한 것을 『×』로 평가하였다.
[도통 저항 시험]
실시예 1의 전기 장치 (1)의 도통 저항을 측정하고 계속해서 온도 85 ℃, 상대습도 85 ％의 고온, 고습 조건으로 500 시간 보존한 후, 재차 이 전기 장치 (1)의 도통 저항을 측정하였다. 이 때 각각의 도통 저항의 측정치가 1OO mΩ 미만인 경우를 『○』, 100 mΩ 이상 500 mΩ 이하의 경우를 『△』, 500 mΩ을 초과하는 경우를 『×』로 평가하였다.
[단락 시험]
상기 「도통 저항 시험」으로 고온 고습 보존한 후의 전기 장치 (1)의, 배선막 (15), (35)의 단락 유무를 조사하였다. 단락이 없는 것을 『○』, 단락이 생긴 것을 『×』로 하여 평가하였다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 기재한다.
또한 이러한 평가 결과가 전부 『○』인 것을 『○』, 하나 이상 『×』가 있는 것을 『×』라 하였다.
이들 각 평가 시험과 종합 평가의 결과를 도전성 입자 (25)의 비표면적과 합하여 하기 표 1에 기재한다.
도전성 입자의 평균입경, 함유량, 비표면적 및 시험 결과
평균 입경 (nm) 입자 함유량 (vol%) 비표면적 (㎡/g) 점도(Pa·s) 입자 분산 도통저항 단락시험 종합 평가
고온고습시험전 고온고습시험후
실시예1 10 2.0 69.4 150 ○ ○ ○ ○ ○
실시예2 35 2.0 18.9 85 ○ ○ ○ ○ ○
실시예3 50 2.0 13.2 60 ○ ○ ○ ○ ○
실시예4 90 2.0 7.3 48 ○ ○ ○ ○ ○
실시예5 50 0.2 13.2 15 ○ ○ ○ ○ ○
실시예6 50 10 13.2 520 ○ ○ ○ ○ ○
비교예1 5 2.0 85.2 360 ○ △ × ○ ×
비교예2 100 2.0 4.0 13 × ○ ○ × ×
비교예3 2000 2.0 0.68 11 × ○ ○ × ×
비교예4 50 0.1 13.2 14 ○ ○ × ○ ×
비교예5 50 12 13.2 1100 ○ ○ ○ × ×
<실시예 2 내지 4>
상기 실시예 1에서 사용한 평균 직경 10 nm의 도전성 입자 (25) 대신에 각각 평균 직경이 35 nm, 50 nm, 90 nm인 3 종류의 도전성 입자 (25)를 사용하고, 실시예 1과 동일한 공정, 동일 배합 비율로 실시예 2 내지 4의 접착제를 제조하였다. 또한 실시예 2 내지 4의 접착제를 사용하여 실시예 1에 사용한 반도체 소자 (30)과 플렉시블 배선판 (10)을 실시예 1과 동일 공정으로 접합시켜 실시예 2 내지 4의 전기 장치 (1)을 제조하였다.
이들 실시예 2 내지 4의 접착제, 전기 장치 (1)을 사용하여 실시예 1과 동일 조건으로 각 평가 시험을 행하였다. 이러한 평가 결과와 실시예 2 내지 4의 도통성 접착제에 포함되는 도전성 입자 (25)의 비표면적을 상기 표 1에 기재하였다.
또한 후술하는 실시예 5, 6 및 비교예 1 내지 4의 접착제 및 전기 장치에 대해서도 실시예 1과 동일 조건으로 「점도」, 「도전성 입자 분산성 시험」, 「도통 저항 시험」, 「단락 시험」의 각 평가 시험을 행하고, 이들 결과와 각 접착제에 포함되는 도전성 입자의 비표면적을 상기 표 1에 기재하였다.
<실시예 5, 6>
상기 실시예 3에 사용한 도전성 입자 (25)의 함유량이, 각각 접착제 전체의 0.2 vol％, 10 vol％가 되는 접착제를 실시예 3과 동일 공정으로 제조하여 실시예 5, 6의 접착제와 실시예 5, 6의 전기 장치 (1)를 얻었다.
<비교예 1 내지 3>
실시예 1에서 사용한 도전성 입자 대신에, 평균 직경이 각각 5 nm, 100 nm, 2000 nm인 3 종류의 도전성 입자를 사용하고, 실시예 1과 동일 공정, 동일 배합 비율로 비교예 1 내지 3의 접착제와 비교예 1 내지 3의 전기 장치를 각각 제조하였다.
<비교예 4, 5>
실시예 3, 5, 6에서 사용한 평균 직경이 50 nm인 도전성 입자를, 각각 접착제 전체의 0.1 vo1％, 12 vo1％의 비율이 되도록 첨가한 것 이외는, 실시예 3, 5, 6과 동일 공정으로 비교예 4, 5의 접착제와 비교예 4, 5의 전기 장치를 제조하였다.
상기 표 1에 명시한 것과 같이, 도전성 입자 (25)의 평균 직경이 10 nm 이상 90 nm 이하이고, 또한 그 함유량이 접착제 전체의 0.2 vol％ 이상 10 vol％ 이하인 실시예 1 내지 6에서는 「도전성 입자 분산성 시험」, 「도통 저항 시험」, 「단락 시험」의 각 평가 결과가 양호하고, 본 발명의 접착제를 사용하면, 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)을 견고하게 접속시킬 수 있다는 것이 확인되었다.
한편, 도전성 입자의 평균 직경이 5 nm인 비교예 1 및 그 함유량이 0.1인 비교예 4는, 범프와 접속부의 표면에 파고 드는 도전성 입자의 양이 적기 때문에 「도통 저항 시험」의 결과가 나빴다.
반대로, 평균 직경이 각각 100 nm 이상의 비교예 2, 3에서는, 「도통 저항 시험」의 결과는 우수하지만 「도전성 입자 분산성 시험」의 결과가 나빴다.
입경이 크기 때문에 비표면적이 5 m2/g 미만으로 작고, 결과적으로 도전성 입자가 접착제 중에서 침강하기 쉬워졌기 때문이다. 또한 비교예 2, 3에서는「단락 시험」에 있어서도 나쁜 결과가 얻어졌다. 도전성 입자의 평균 입경이 1OO nm 이상으로 크기 때문에 접속시에 도전성 입자가 보호막을 돌파하고 그 결과, 배선막이 단락하였다고 추측된다.
또한, 도전성 입자의 함유량이 접착제 전체의 0.1 vo1％인 비교예 4에서는 범프와 접속부에 파고 드는 도전성 입자의 양이 지나치게 적기 때문에 「도통 저항 시험」의 결과가 나빴다. 이와는 반대로, 함유량이 접착제 전체의 12 vol％인 비교예 5에서는 플렉시블 배선판과 반도체 소자 사이에서 도전성 입자가 서로 중첩되어 그 중첩된 부분이 보호막을 돌파하였기 때문에 「단락 시험」의 결과가 각각 나빴다.
<실시예 7>
다음으로 본 발명의 접착제로 이루어지는 접착 필름에 대해서 설명한다.
열경화성 수지의 하나인 페녹시 수지 (유니온 카바이트(주)사 제조의 상품명 「PKHH」) 40 중량부에 대하여, 동일하게 열경화성 수지의 하나인 나프탈렌형 에폭시 수지 (다이닛뽄 잉크 가가꾸(주)사 제조의 상품명「HP 4032D」) 20 중량부와, 첨가제인 잠재성 경화제 (아사히 가세이 에폭시(주)사 제조의 상품명 「HX 3721」,평균 입경 5 ㎛) 38 중량부, 커플링제 (닛뽄 유니카(주)사 제조의 상품명 「A-187」) 2 중량부를 혼합하여 절연성 접착 성분을 얻었다.
이어서 이 절연성 접착 성분에 도전성 입자를 첨가하고 절연성 접착 성분과 도전성 입자의 혼합물로 이루어지는 접착제를 얻었다. 여기서는 도전성 입자로서 평균 직경이 60 nm의 팔라듐으로 이루어지는 금속 입자를 사용하여 도전성 입자가 접착제 전체의 체적의 4 vol％가 되도록 도전성 입자와 절연성 접착제를 혼합하였다.
이어서, 절연성 접착제와 도전성 입자의 혼합물 100 중량부에 대하여 유기 용제인 톨루엔, 아세트산에틸을 각각 20 중량부씩 첨가하고 절연성 접착 성분 중의 열경화성 수지가 완전히 용해될 때까지 교반하여 접착제 용액을 제조하였다.
다음으로, 이 접착제 용액을 세퍼레이터 (박리 라이너) (49) 표면에 일정한 두께가 되도록 도포하고 접착제층 (41)을 형성하였다 (도 4a). 이 도의 부호 (45)는 접착제층 (41) 중에 분산된 도전성 입자를 나타낸다.
이어서, 전체를 가열 건조로 내에서 80 ℃의 조건으로 건조시키고 유기 용제를 완전히 증발시킨 후, 이것을 세퍼레이터로부터 박리하여 (도 4b), 접착제로 이루어지는 본 발명의 접착 필름 (40)을 얻을 수 있다.
도 5a 의 부호 (40)은 상기 공정에서 제조된 본 발명의 접착 필름을 나타내고 있다.
다음으로, 이 접착 필름 (4O)을 사용하여 반도체 소자와 플렉시블 배선판을 접속하는 공정을 설명한다.
또한 이 도의 부호 (10), (30)은 각각 상기 실시예 1의 전기 장치 (1)에 사용한 것과 동일한 플렉시블 배선판과 반도체 소자를 각각 나타내고 있으며, 이 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)을 접속하기 위해서는, 도 5a에 나타낸 것과 같이 우선 접착 필름 (4O)을 사이에 끼운 상태로 플렉시블 배선판 (10)의 배선막 (15)와 반도체 소자 (30)의 보호막 (37)을 마주 보게 한다.
이어서, 반도체 소자 (30)의 범프 (36)과 플렉시블 배선판 (10)의 접속부 (15a)가 서로 마주보도록 위치 정렬을 하면서, 반도체 소자 (30)과 플렉시블 배선판 (1O) 사이에 접착 필름 (4O)을 끼운다.
이어서 전체를 가압하면서 가열하면 (여기서는 상기 실시예 1과 동일 조건으로 가압, 가열을 하였다), 접착 필름 (40)의 일부가 범프 (36) 끝부분으로부터 밀려 나가고, 접착 필름 (40)의 남은 부분은 범프 (36)과 접속부 (15a) 사이에 끼워져, 그 부분에 포함되는 도전성 입자 (45)가 범프 (36)과 접속부 (15a)의 표면에 파고 들어 배선막 (15), (35) 끼리 접속된다.
이와 동시에, 접착 필름 (4O)이 가열에 의해서 경화하기 때문에 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)이 기계적으로도 접속된다.
도 5b의 부호 (5)는 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30)이 접속되어 이루어지는 전기 장치를 나타내고 있다.
이 전기 장치 (5)를 실시예 7이라 하고, 실시예 7의 전기 장치 (5)를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 「도전성 입자 분산성 시험」, 「도통 저항 시험」, 「단락 시험」을 하였다. 이러한 평가 결과와 도전성 입자의 비표면적을 하기 표 2에 기재하였다.
도전성 입자를 구성하는 금속의 종류, 평균직경, 함유량, 비표면적 및 시험 결과
금속 종류 평균 입경 (nm) 입자 함유량 (vol%) 비표면적 (㎡/g) 도통저항 단락 시험 종합평가
고온고습시험전 고온고습시험후
실시예7 Pd 60 4.0 9.5 ○ ○ ○ ○
실시예8 Cu 65 4.0 10.3 ○ ○ ○ ○
실시예9 Fe 70 4.0 10.8 ○ ○ ○ ○
실시예10 Ag 90 4.0 6.4 ○ ○ ○ ○
<실시예 8 내지 10>
실시예 7에서 사용한 도전성 입자 (45) 대신에, 구리로 이루어지고 또한 그 평균 직경이 65 nm인 도전성 입자 (45)를 사용하여, 실시예 7과 동일 배합 비율, 동일 공정으로 접착 필름 (40)을 제조하고 이 접착 필름 (40)을 사용하여 실시예 8의 전기 장치 (5)를 제조하였다.
또한 실시예 9, 10은 각각 도전성 입자 (45)로서, 철로 이루어지고 또한 그 평균 직경이 70 nm인 것, 은으로 이루어지고 또한 그 평균 직경이 90 nm인 것을 사용한 경우이다.
이들 실시예 8 내지 10의 전기 장치 (5)를 사용하여 상기 실시예 1과 동일 조건으로 「도전성 입자 분산성 시험」, 「도통 저항 시험」, 「단락 시험」을 행하였다. 이들 평가 결과와 실시예 8 내지 10의 접착 필름 (40)에 포함되는 도전성 입자의 비표면적을 상기 표 2에 기재하였다.
상기 표 2에서 명시한 것과 같이, 도전성 입자 (45)를 니켈 이외의 금속으로 구성한 실시예 7 내지 10에서는 각 시험에서 높은 평가 결과가 얻어졌다. 이러한 결과로부터 평균 직경이 10 nm 이상 90 nm 이하의 도전성 입자를 사용한 경우는 도전성 입자의 재질에 상관없이, 높은 접속 신뢰성이 얻어진다는 것이 확인되었다.
이상은 절연성 접착 성분으로 에폭시 수지 및 페녹시 수지 등의 열경화성 수지를 사용하는 경우에 대해서 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 열경화성 수지 대신에 아크릴 모노머, 또는 아크릴 올리고머 등의 자외선 경화성 수지를 사용할 수 있다. 이 경우에는 플렉시블 배선판 (10)과 반도체 소자 (30) 사이에 접착제로 이루어진 접착제층 또는 접착 필름을 끼워, 이 상태에서 전체에 자외선을 조사하면 접착제층이 경화된다.
또한 열경화성 접착제를 사용하는 경우에도, 열경화성 수지가 사용되는 경우에는 에폭시 수지 또는 에폭시 수지와 페녹시 수지 둘다를 사용하는 것이 바람직하지만, 다른 열경화성 수지도 사용할 수 있다.
첨가제도 커플링제, 잠재성 경화제에 한정되지 않고, 여러가지 것을 사용할 수 있지만 열경화성 수지로서 에폭시 수지를 사용할 경우에는 잠재 경화제와 같은 경화제를 첨가하는 것이 바람직하다.
도전성 입자와 절연성 접착 성분을 혼합하는 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, 롤 분산법, 비드밀(bead-mill) 분산법, 디졸바 분산법 등 일반적으로 사용되는 분산 방법을 사용할 수 있다.
평균 직경 90 nm 이하의 도전성 입자 (금속 초미립자)의 제조 방법으로서는 가스중 증발법이 있고 특히 플라즈마 아크 용해에 의해 원료 금속을 증발시키는 활성 플라즈마 용융 금속법이 본 발명에 적합하다.
도 6은 활성 플라즈마 용융 금속법에 의해서 얻어진 도전성 입자 (평균 입경 50 nm의 니켈 입자)의 전자 현미경 사진이고 (배율 l2 만배), 도 6 중의 0.6 cm에 해당하는 길이는 실제의 길이 50 nm에 상당한다.
도 7은 종래 기술로 일반적으로 사용되는 도전성 입자 (평균 입경 2 ㎛의 니켈 입자)의 전자 현미경 사진이고 (배율 7500 배), 도 7 중의 1.5 cm에 해당하는 길이는 실제의 길이 2 ㎛에 상당한다.
도 6, 도 7에 명시한 것과 같이, 활성 플라즈마 용융 금속법에 의하면 종래 기술의 도전성 입자보다 직경이 작은 도전성 입자를 제조할 수 있다.
또한 활성 플라즈마 용융 금속법에 의하면 입경이 작을 뿐만 아니라 불순물의 혼입이 적고, 입자계가 균일한 도전성 입자를 대량으로 제조할 수 있다. 또한 2 종 이상의 금속을 사용하여 활성 플라즈마 금속법에 의해서 금속 미립자를 제작하면 금속 합금 미립자로 이루어지는 도전성 입자를 얻을 수도 있다.
또한 절연성 접착 성분으로서는 예를 들면 열경화성 수지, 잠재성 경화제, 각종 첨가제 등이 있고 절연성 접착 성분과 도전성 입자를 합계한 체적을 100이라 한 경우에 합계 체적이 0.1을 초과하는 도전성 입자가 첨가되어 있기 때문에 반도체 소자와 플렉시블 배선판의 접속을 확실하게 행할 수 있고, 또한 그 상한은 12 미만이기 때문에 배선막상에 절연층을 갖지 않은 플렉시블 배선판을 접합할 경우에도, 인접한 배선막 끼리 도전성 입자에 의해 단락되지 않는다.
또한 절연성 접착 성분에 포함되는 잠재성 경화제는 접착제 중에서는 분산된 상태로 용해되어 있지 않지만, 접착제가 소정 온도 이상으로 가열되면 용해되어 에폭시 수지와 반응하고, 접착제가 경화된다. 따라서 본 발명의 접착제는 소정 온도 이상으로 가열함으로써 대상물의 접착을 행할 수 있다. 또한 이 소정 온도는 잠재성 경화제의 종류에 따라 다르지만 예를 들면 60 ℃ 이상이다.
이 접착제를 박리지와 같은 박리 라이너 표면에 도포, 건조 후, 박리 라이너를 박리하면 접착제로 이루어지는 접착 필름을 얻을 수 있다.
이상에서 진술한 것과 같이 본 발명에 의하면 반도체 소자와 플렉시블 배선판의 접속에 있어서 높은 접속 신뢰성을 얻을 수 있는 접착제를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 접착제를 사용하여 접속되는 플렉시블(flexible) 배선판을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 접착제를 사용하여 접속되는 반도체 소자를 설명하기 위한 도면.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 접착제를 사용하여 반도체 소자와 플렉시블 배선판을 접속하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4a, 4b는 본 발명의 접착 필름을 제조하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5a, 5b는 본 발명의 접착 필름을 사용하여 반도체 소자와 플렉시블 배선판을 접속하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 접착제에 사용되는 도전성 입자의 현미경 사진.
도 7은 종래 기술의 접착제에 사용되는 도전성 입자의 현미경 사진.
도 8a, 8b는 종래 기술의 접착 필름을 사용하여 반도체 소자와 플렉시블 배선판을 접속하는 공정을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
25, 45 : 도전성 입자
40 : 접착 필름

Claims (5)

  1. 절연성 접착 성분과 이 절연성 접착 성분 중에 분산된 도전성 입자를 갖는 접착제로서,
    상기 도전성 입자의 평균 입경은 10 nm 이상　90 nm 이하이고,
    상기 절연성 접착 성분과 상기 도전성 입자를 합계한 체적을 100으로 한 경우에, 상기 접착제에 포함되는 상기 도전성 입자의 합계 체적은 0.1을 초과하고 12 미만인 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 입자는 니켈, 팔라듐, 구리, 철, 은으로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 금속을 주성분으로 하는 것인 접착제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 절연성 접착 성분은 에폭시 수지와 이미다졸계 잠재성 경화제를 함유하는 것인 접착제.
  4. 절연성 접착 성분과 이 절연성 접착 성분 중에 분산된 도전성 입자를 가지며,
    상기 도전성 입자의 평균 직경은 10 nm 이상 90 nm 이하이고,
    상기 절연성 접착 성분과 상기 도전성 입자를 합계한 체적을 100으로 한 경우에, 상기 접착제에 포함되는 상기 도전성 입자의 합계 체적은 0.1을 초과하고 12 미만인 접착제가 필름상으로 성형되어 이루어지는 접착 필름.
  5. 반도체 소자와 배선판을 갖는 전자 장치로서,
    상기 반도체 소자는 접착제에 의해 상기 배선판에 접속되고,
    상기 접착제는 절연성 접착 성분과 이 절연성 접착 성분 중에 분산된 도전성 입자를 가지며,
    상기 도전성 입자의 평균 직경은 10 nm 이상 90 nm 이하이고,
    상기 절연성 접착 성분과 상기 도전성 입자를 합계한 체적을 100으로 한 경우에, 상기 접착제에 포함되는 상기 도전성 입자의 합계 체적은 0.1을 초과하고 12 미만인 전자 장치. 　
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