(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1電子部品の接続部の電極である第1電極と第2電子部品の接続部の電極である第2電極を電気的に接続させる異方性導電性の接着剤(ACA; Anisotropic Conductive Adhesives)において、
前記異方性導電性の接着剤は絶縁性ポリマー樹脂と、
前記異方性導電性の接着剤に印加される超音波によって発生する熱によって溶融される導電性の接合粒子と、
前記接合粒子より高い融点を持つスペーサー(spacer)粒子と、を含有し、
前記接合粒子が溶融され、前記接合粒子と、前記第1電極と前記第2電極から少なくとも1つ選択される電極とが面接触し、前記スペーサー粒子によって前記第1電極と前記第2電極間の一定の間隙が保たれ、前記第1電極と前記第2電極が電気的に接続される超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項２】
前記異方性導電性の接着剤は前記超音波の印加により前記絶縁性ポリマー樹脂の塑性変形が引き起こされ、前記塑性変形による絶縁性ポリマー樹脂の自己発熱により前記接合粒子が溶融されることを特徴とする請求項１に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項３】
前記スペーサ粒子は、前記超音波による接合時に固相を維持している導電性または非導電性粒子であり、前記第1電子部品と前記第2電子部品の接続時にかかる圧力に対抗して、前記第1電極と前記第2電極間の間隔を維持して溶融された前記接合粒子が均一な接合部の外観を持つようにして、前記接合粒子は、接合粒子の溶融により前記第1電極または前記第2電極の電極材料と合金化されることを特徴とする請求項２に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項４】
前記接合粒子の平均粒径は、前記スペーサー粒子の平均粒径よりも大きく、前記接合粒子と前記スペーサー粒子の平均粒径は互いに独立して3μｍ〜100μｍであることを特徴とする請求項２に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項５】
前記絶縁性ポリマー樹脂は、熱硬化性ポリマー樹脂または熱可塑性ポリマー樹脂であり、前記超音波の印加により、前記熱硬化性ポリマー樹脂の硬化または熱可塑性樹脂の溶融、及び接合粒子の溶融が発生することを特徴とする請求項２に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項６】
前記異方性導電性の接着剤は、5〜30重量％の前記接合粒子および1〜50重量％の前記スペーサー粒子を含有することを特徴とする請求項２に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項７】
前記接合粒子は、はんだ合金として、Pb系、Sn、Sn/Bi系、Sn/Zn系、Sn/Ag系、Sn/Ag/Cu系、またはこれらの合金の混合物であることを特徴とする請求項６に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項８】
前記スペーサー粒子は、エポキシ、ポリイミド、シリコーン、アクリル、ポリエステル、ポリスルホン及びポリスチレンを含むポリマー粒子と、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物、チタン酸化物およびダイヤモンドが含まれているセラミック粒子とから少なくとも1つ選択される非導電性粒子、または、銀、金、銅、ニッケル、炭素、金属によりコーティングされたポリマーと固有導電性高分子(intrinsically conductive  polymer)とから少なくとも1つ選択される導電性粒子であることを特徴とする請求項７に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤。
【請求項９】
超音波接合用の異方性導電性の接着剤を用いた電子部品間の接続方法で、
a)同種または異種の電子部品との電気的接続のための接続部の電極が形成された第1電子部品の接続部の電極上部に請求項１から８のいずれか１つに記載の異方性導電性の接着剤を形成する段階と、
b)前記異方性導電性の接着剤を挟んで前記第1電子部品の接続部電極の上側に第2電子部品の接続部の電極を並べ替え、積層して第1電子部品、異方性導電性の接着剤および第2電子部品の積層体を形成し、前記積層体に超音波振動と圧力を印加し、前記異方性導電性の接着剤に含まれる絶縁性の熱硬化性または熱可塑性ポリマー樹脂の塑性変形を引き起こし、前記塑性変形によるポリマー樹脂の自己発熱により、前記異方性導電性の接着剤に含まれるポリマー樹脂を硬化または溶融し、前記異方性導電性の接着剤に含まれる接合粒子を溶融し、前記第1電子部品の接続部の電極と第2電子部品の接続部の電極を相互に接続する段階と、
を含む超音波接合用の異方性導電性の接着剤を用いた電子部品間の接続方法。
【請求項１０】
前記圧力の大きさ、前記超音波の周波数、前記超音波の振幅、前記超音波のパワー、前記超音波の印加時間、またはそれらの組み合わせを用いて、前記ポリマー樹脂の自己発熱による前記異方性導電性の接着剤の温度を制御することを特徴とする請求項９に記載の超音波接合用の異方性導電性の接着剤を用いた電子部品間の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は第1電子部品の接続部の電極である第1電極と第2電子部品の接続部の電極である第2電極を電気的に接続させる異方性伝導性の接着剤(ACA;Anisotropic Conductive Adhesives)及びこれを利用した電子部品間の接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異方性伝導性の接着剤は絶縁性ポリマー樹脂とポリマー樹脂中に分散している導電粒子を基本として導電粒子による電極間の電気的接続,ポリマー樹脂の熱硬化による機械的接続を同時に遂行する接合材料である。
【０００３】
一般に、銀、金、銅、ニッケル、炭素、金属によりコーティング(coating)されたポリマー、固有導電性高分子(intrinsically conductive polymer)などの微細粒子が導電粒子として使用され、ポリマー樹脂としてエポキシ、ポリイミド、シリコン、アクリル、ポリエステル、またはポリスルホン樹脂が使用される。使用分野に応じて導電粒子の種類が異なる場合があり、熱膨張係数を低減するための目的として非導電粒子を含むこともある。
【０００４】
異方性導電性の接着剤を利用した電子部品間の接続方法は、既存のはんだ工程を置換する工程(lead free)として、きれいであるし、工程のそれ自体が簡単であり、環境に優しく、製品への瞬間的な高温を加える必要がないため(低温プロセス)、熱的により安定した工程であり、ガラス基板やポリエステルフレックスのような安価な基板を使用してプロセスのコストを下げることができ、微細導電粒子を使用して電気的接続が行われるため、超微細電極のピッチ(pitch)の実装が可能であるという利点がある。
【０００５】
これらの利点を持つ異方性導電性の接着剤は、スマートカード、LCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)、有機EL(Organic Light Emitting Diodes)などのディスプレイパッケージング(display packaging)、パソコン、携帯電話、通信システムなどにその活用範囲を広げている。
【０００６】
異方性導電性の接着剤が最も活発に使われてきた分野は、ディスプレイモジュールの実装であるが、フレックス基板をガラス基板に接続するときに使用されるOLB(Outer Lead Bonding)用、フレキシブル基板をPCB(Printed Circuit Board)基板と接合するPCBボンディング用の導電性の接着剤の市場が最も大きくなっている。
【０００７】
また、駆動回路のICチップがガラス基板に直接接続されるCOG(Chip On Glass)ボンディング、フレックス基板にフリップチップ接続されるCOF(Chip On Film)ボンディングは駆動回路ICが高密度化、複雑化するにつれ、極微細ピッチ接続の必要性が高まっており、異方性導電性の接着剤の重要性も急速に高まっているのが実情である。
【０００８】
異方性導電性の接着剤を使用した電子部品の実装技術は基本的に熱圧着工程を使用して、電極パッド間の導電性粒子による導電と周辺のポリマー樹脂の熱硬化によって接続が完成する。
【０００９】
このような異方性導電性の接着剤を使用する場合は、ポリマー樹脂の不均一な熱硬化の問題、加熱と冷却の過程で生成される残留応力による反りの問題、パッケージの熱変形の問題、基板の平坦性の問題など、さまざまな問題点を解決する必要があり、異方性導電性の接着剤の導電粒子と電子部品の電極が点接触(point contact)して、電子部品らが電気的接続されることによって、高い接続抵抗を持つ問題点がある。
【００１０】
詳細に、図1(a)に図示したように、接続する2つの電子部品(100、300)を接続するための従来の方法は接続先の電子部品(100)の電極(110)が形成された面の上部で、絶縁性の熱硬化性ポリマー樹脂(220)と導電性金属粒子(210)を含有する異方性導電性の接着剤である異方性導電性ペースト(200)や異方性導電膜(200)を塗布したり、付着させた後、別の接続対象の電子部品(300)の電極(310)と配置した後、熱と圧力を加えてポリマー樹脂を硬化させ、導電粒子(210)により二つの電極(110および310)を電気的に導通させる。
【００１１】
しかし、このような従来の技術は、図1(b)に図示したように、導電粒子(210)が電極(110または310)と物理的に単純接触するものであり、これらの物理的な点接触により高い接触抵抗を持ち、多くの電流が流れることができない限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した問題点を解決するための本発明の目的は、電子部品間の電気的接続および物理的な結合に使用される異方性導電性の接着剤、異方性導電性の接着剤を利用した電子部品間の接続方法を提供することで、詳細には、接続されている両方の電極間の接触抵抗を著しく減少させ、大量の電流を流すことができ、信頼性の高い異方性導電性の接着剤を提供するものであり、また、異方性導電性の接着剤を均一に硬化させ、信頼性が高く、接続されている電子部品が熱変形されておらず、電子部品の電極間の非常に低い接触抵抗を持つ超音波を利用した電子部品間の接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第1電子部品の接続部の電極である第1電極と第2電子部品の接続部の電極である第2電極を電気的に接続させる異方性導電性の接着剤(ACA; Anisotropic Conductive Adhesives)に関するもので、本発明に係る超音波接合用の異方性導電性の接着剤は絶縁性のポリマー樹脂、前記異方性導電性の接着剤に印加される超音波によって発生する熱によって溶融された接合粒子、及び前記接合粒子よりも高い融点(melting point)を持つスペーサー( spacer)粒子、を含有し、前記接合粒子が溶融され前記接合粒子と前記第1電極と前記第2電極の中で1つ以上の電極が面接触し、前記スペーサー粒子によって前記第1電極と前記第2電極間の一定の隙間が維持されて前記第1電極と前記第2電極が電気的に接続されている特徴がある。
【００１４】
詳細には、前記異方性導電性の接着剤は前記超音波の印加により前記ポリマー樹脂の塑性変形が引き起こされ、前記塑性変形によるポリマー樹脂の自己発熱により前記接合粒子が溶融される特徴がある。
【００１５】
特徴として、前記スペーサー粒子は、前記超音波の印加時に固相を維持し、前記第1電子部品と前記第2電子部品の接続時にかかる圧力に対抗し、前記第1電極と前記第2電極間の間隔を維持する。また、前記スペーサー粒子は、前記第1電子部品と前記第2電子部品の接続時にかかる圧力に対抗し、前記第1電極と前記第2電極間の間隔を維持することにより前記接合粒子が均一な接合外観を持つようにするという特徴がある。
【００１６】
特徴として、前記接合粒子と前記スペーサ粒子は下記の式1を満足している。
【００１７】
(式 1) 
Tmc≦0.9 Tms 
(前記 Tmc は、接合粒子の融点(℃)であり、前記の Tms はスペーサ粒子の融点(℃)である。)
【００１８】
式1の関係を満足する前記接合粒子と前記スペーサ粒子は、下記の式2と式3を満足することが望ましい。
【００１９】
(式2)
120℃≦Tmc≦300℃
(前記 Tmc は、接合部の粒子の融点(℃)である。)
【００２０】
(式3)
200℃≦Tms≦5000℃
(前記 Tms は、スペーサー粒子の融点(℃)である。)
【００２１】
前記接合粒子の平均粒径は、前記スペーサー粒子の平均粒径よりも大きく、前記接合粒子とスペーサー粒子の平均粒径は互いに独立して3μm乃至100μmの特徴がある。
【００２２】
大量生産、製造コスト、および選択的な通電の観点から、前記スペーサー粒子は非導電性粒子である特徴がある。
【００２３】
接触抵抗の面では電子部品間の接続時に、前記スペーサー粒子は導電性粒子である特徴がある。
【００２４】
大量生産、製造コスト、選択的な通電、および接触抵抗の観点から、前記スペーサー粒子は導電性粒子と非導電性粒子が混在する混合粒子である場合もある。
【００２５】
前記絶縁性ポリマー樹脂は、熱硬化性ポリマー樹脂または熱可塑性ポリマーの樹脂であり、絶縁性ポリマー樹脂が熱硬化性の場合、前記超音波の印加により、前記熱硬化性ポリマー樹脂の硬化と、前記導電性接合粒子の溶融が発生する特徴があり、絶縁性ポリマー樹脂が熱可塑性の場合、熱可塑性ポリマー樹脂の溶融及び前記導電性接合粒子の溶融が発生する特徴がある。
【００２６】
異方性導電性の接着剤への超音波を印加する単一の工程において、本発明の異方性導電性の接着剤内の熱硬化性ポリマー樹脂が硬化したり、熱可塑性樹脂が溶けて導電性接合粒子が融着される。
【００２７】
好ましくは、前記異方性導電性の接着剤は、5〜30重量％の結合粒子および1〜50％のスペーサー粒子を含有する。
【００２８】
特徴として、前記接合粒子は、はんだ(solder)合金として、Pb系、Sn、Sn/Bi系、Sn/Zn系、Sn/Ag系、Sn/Ag/Cu系、またはこれらの合金混合物である。
【００２９】
好ましくは、前記接合粒子は、無鉛はんだ(lead free solder)であり、欧州の有害物質の使用制限の指令RoHS-6に適合する無鉛はんだである。
【００３０】
より好ましくは、前記接合粒子は、Sn、Sn/Bi系、Sn/Zn系、Sn/Ag系、Sn/Ag/Cu系、またはこれらの合金混合物である。
【００３１】
特徴として、前記スペーサー粒子は、エポキシ、ポリイミド、シリコーン、アクリル、ポリエステル、ポリスルホン及びポリスチレンを含むポリマー粒子と、アルミニウム酸化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物、チタン酸化物とダイヤモンドを含むセラミック粒子中で1つ以上選択された非導電性粒子、または、銀、金、銅、ニッケル、炭素、金属によりコーティング(coating)されたポリマー、および固有の導電性高分子(intrinsically conductive polymer)の中で1つ以上選択された導電性粒子である。
【００３２】
本発明の異方性導電性の接着剤は異方性導電性ペースト(ACP; Anisotropic Conductive Paste)または異方性導電性フィルム(ACF; Anisotropic Conductive Film)であり、特徴的に異方性導電性フィルムである。
【００３３】
前記絶縁性ポリマー樹脂は、熱硬化性ポリマー樹脂または熱可塑性ポリマー樹脂であり、前記超音波の印加により、前記熱硬化性ポリマー樹脂の硬化または熱可塑性樹脂の溶融、接合粒子の溶融が発生し、溶融状態の導電性接合粒子は印加された圧力と超音波について第1電極および第2電極の中で複数選択された電極と面接合されているため本発明の異方性導電性の接着剤は信頼性が高いという特徴がある。
【００３４】
前記接合粒子は、接合粒子の溶融により、前記第1電極または前記第2電極の電極物質と合金化される特徴があり、詳細には、溶融した接合粒子と前記第1電極および第2電極のいずれかの１以上の選択された電極間の界面での合金化が実行される。
【００３５】
また、本発明の異方性導電性の接着剤は、導電性粒子の溶融のための還元剤を含有していない特徴がある。
【００３６】
以下、本発明による超音波接合用の異方性導電性の接着剤を用いた電子部品間の接続方法について詳述する。
【００３７】
本発明に係る超音波接合用の異方性導電性の接着剤を用いた電子部品間の接続方法は、a)同種または異種の電子部品との電気的接続のための接続部の電極が形成された第1電子部品の接続部の電極上部に本発明に係る超音波用の異方性導電性の接着剤を形成する段階、b)前記異方性導電性の接着剤を挟んで前記第1電子部品の接続部電極の上側に第2電子部品の接続部の電極を並べ替え、積層して第1電子部品、異方性導電性の接着剤および第2電子部品の積層体を形成し、前記積層体に超音波振動と圧力を印加して前記異方性導電性の接着剤に含まれる絶縁性の熱硬化性または熱可塑性ポリマー樹脂の塑性変形を引き起こし、前記の焼成変形によるポリマー樹脂の自己発熱により前記異方性導電性の接着剤に含有されたポリマー樹脂を硬化または溶融し、前記異方性導電性の接着剤に含まれる接合粒子を溶融し、前記第1電子部品の接続部の電極と第2電子部品の接続部の電極を相互に接続する段階、を含んで実行される特徴がある。
【００３８】
本発明に係る電子部品の接続方法は、前記b)段階の前記超音波の印加により超音波接合用の異方性導電性の接着剤の熱硬化性ポリマー樹脂が硬化したり、熱可塑性ポリマー樹脂が溶融されて接合粒子が溶融される。
【００３９】
この時、前記圧力の大きさ、前記超音波の周波数、前記超音波の振幅、前記超音波のパワー、前記超音波の印加時間、またはそれらの組み合わせを用いて前記熱硬化性ポリマー樹脂の自己発熱の程度による前記異方性導電性の接着剤の温度が制御される特徴がある。
【００４０】
前記b)段階の前記超音波と圧力の印加により前記異方性導電性の接着剤の温度が120℃ないし300℃である特徴がある。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の異方性導電性の接着剤および本発明による異方性導電性の接着剤を利用した電子部品間の接続方法は超音波によって発生する内部発熱により異方性導電性の接着剤内の金属粒子が部分的に溶融されて接続する2つの電極が点接触ではなく面接触に接続されることによって接触抵抗が著しく減少する効果があり、内部の発熱の程度(すなわち、異方性導電性の接着剤の温度)を非常に正確かつ迅速に制御することができ、異方性導電性の接着剤の厚さと面積に関係なく均一な温度が維持され、また、異方性導電性の接着剤内の金属物質らが酸化せず、かつ、異方性導電性の接着剤の内部発熱を利用するので接続対象となる電子部品の熱変形が防止されることにより高い信頼性を持つ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の異方性導電性の接着剤を用いた二つの電子部品間の接続方法を図示した工程図である。
【図２】本発明による超音波接合用の異方性導電性の接着剤を図示した図面である。
【図３】本発明による超音波接合用の異方性導電性の接着剤を利用した電子部品間の接続方法を図示した工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、添付図面を参照して本発明の異方性導電性の接着剤、電子部品間の接続方法を詳しく説明する。以下に紹介される図面は、当業者への本発明の思想が十分に伝わるようにするために例として提供されているのである。
【００４４】
したがって、本発明は以下の提示された図面に限定されず別の形で具体化することもできる。また、明細書の全体にわたって同一の参照番号は同一の構成要素を示す。
【００４５】
この時、使用される技術用語および科学用語において、他の定義が記載されていない場合は、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解している意味を持ち、下記の説明および添付図面において本発明の要旨を不必要に不明確とする公知の機能や構成についての説明は省略する。
【００４６】
本発明の異方性導電性の接着剤(400)は絶縁性ポリマー樹脂(430)、接合粒子(410)と前記接合粒子よりも高い融点(melting point)を持つスペーサー(spacer)粒子(420)を含有し、異方性導電性の接着剤への超音波が印加され、これにより前記ポリマー樹脂(430)の硬化や溶融が行われる超音波接合用の異方性導電性の接着剤の特徴がある。
【００４７】
前記絶縁性ポリマー樹脂は熱硬化性ポリマー樹脂または熱可塑性ポリマー樹脂であり、好ましくは熱硬化性のポリマー樹脂である。以下、熱硬化性のポリマー樹脂をベースにして図2ないし図3を参照して本発明を詳述する。下記の説明では、ポリマー樹脂が熱硬化性ポリマー樹脂以外の熱可塑性ポリマー樹脂の場合、超音波の印加によって硬化がおこるのではなく超音波の印加によって熱可塑性ポリマー樹脂の溶融が発生することを除き、本発明の重要な思想が保持されるのは自明である。
【００４８】
前記超音波の印加は前記の異方性導電性の接着剤(400)に超音波振動が印加されることを意味し、前記超音波振動は所定の圧力に伴う振動を含んでいる。
【００４９】
異方性導電性の接着剤(400)に印加される超音波は異方性導電性の接着剤(400)に含有されたポリマー樹脂(430)の塑性変形を誘導し、このような塑性変形によりポリマー樹脂(430)は独自に発熱することになる。
【００５０】
前記超音波の印加によるポリマー樹脂(430)の自己発熱により異方性導電性の接着剤(400)の温度はポリマー樹脂(430)の硬化温度以上に昇温される。
【００５１】
本発明の異方性導電性の接着剤(400)は、前術の超音波振動により接着剤(400)の硬化が行われる超音波接合用の異方性導電性の接着剤(400)であり、接合粒子(410)と前記接合粒子よりも高い融点を持つスペーサー(spacer)粒子を含有する。
【００５２】
図2に図示したように、前記接合粒子(410)は前記超音波の印加時に発生する熱により溶融されている導電性粒子である特徴があり、前記スペーサー粒子(420)は超音波の印加時にも固相を維持する導電性または非導電性粒子である特徴がある。
【００５３】
本発明の異方性導電性の接着剤(400)を利用して電子部品を接続させる場合は、接続対象の電子部品の両方の接続部電極(110、310)の間に存在することになる前記接合粒子(410)は超音波印加により異方性導電性の接着剤(400)から発生する熱により溶融(410')され前記接続部電極(110、310)と面で接して融着する。
【００５４】
これに伴い、前記接続部電極(110、310)と溶融した接合粒子(410')は非常に低い接触抵抗を持ち、安定的に大量の電流が流れるようになり、物理的にも強固に結合されることになる。また、前記接合粒子(410)は前記第1電極または前記第2電極の電極物質との界面で合金化されてより低い接触抵抗と、より高い界面結合力を持つ。
【００５５】
前記スペーサー粒子(420)は、超音波の印加時にも固相を維持している特徴があり、これによって、前記超音波印加時の外部の圧力に対抗する。
【００５６】
前記スペーサー粒子(420)によって接続対象の電子部品の両方の接続部の電極(110,310)が物理的にお互いに触れ合うことを防止し、つまり、選択的位置で通電が発生するようにし、溶融された前記接合粒子(410')が一定の形状を維持し前記接続部の電極(110、310)と面で接して融着する。
【００５７】
上述のように、本発明による超音波接合用の異方性導電性の接着剤(400)は、超音波印加による熱硬化性ポリマー樹脂が硬化(430')され、接合粒子が溶融(410')になる。
【００５８】
前記ポリマー樹脂は、100〜300℃の温度で硬化する樹脂であり、好ましくは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、又はこれらの混合物である。
【００５９】
前記異方性導電性の接着剤(400)の自己発熱時に、安定的に前記接合粒子(410)は溶融され、前記スペーサー粒子(420)の固相を維持するために、前記接合粒子(410)は、前記スペーサ粒子(420)の融点(Tms、℃)を基準として0.9xTms以下の融点を持つことが望ましい。この時、前記異方性導電性の接着剤(400)の自己発熱によりポリマー樹脂(430)が硬化し、接合粒子(410)が溶融するようにするために、前記接合粒子(410)の融点(Tmc、℃)は、120ないし300℃であり、前記スペーサー粒子(420)の融点(Tms、℃)は200ないし5000℃である。
【００６０】
前記接合粒子(410)と、前記スペーサ粒子(420)の平均粒径は互いに独立して3〜100 μmである。この時、接続部電極(110、310)と接合粒子(410)の効果的な融着の観点からは、前記接合粒子(410)が前記スペーサー粒子(420)よりも平均粒径が大きくてもよい。
【００６１】
前記スペーサー粒子(420)は、導電性粒子や非導電性粒子であり、導電性粒子と非導電性粒子が混在していてもよい。
【００６２】
前記スペーサー粒子(420)が導電性粒子である場合、接続部電極(110、310)がより安定的に通電され、前記スペーサー粒子(420)は、非導電性粒子である場合、接続部電極(110、310)との間の選択的導通性がより優れてなる。
【００６３】
前記異方性導電性の接着剤(400)は、5〜30重量％の接合粒子(410)、および1〜20重量％のスペーサー粒子(420)を含有することが望ましい。
【００６４】
好ましくは、前記接合粒子(410)は、無鉛(lead free)はんだ(solder)粒子であり、詳細に、前記接合粒子(410)は、Sn、Sn/Bi系、Sn/Zn系、Sn/Ag系、Sn/Ag/Cu系、またはこれらの混合物である。
【００６５】
前記スペーサー粒子(420)は、非導電性の場合、エポキシ、ポリイミド、シリコーン、アクリル、ポリエステル、ポリスルホン、ポリスチレン、 アルミニウム酸化物、シリコン酸化物 、シリコン窒化物 、チタン酸化物、ダイヤモンド、またはこれらの混合物であることが好ましく、前記スペーサー粒子(420)が伝導性の場合、銀、金、銅、ニッケル、炭素、金属がコーティング(coating)されたポリマー、固有導電性ポリマー(intrinsically conductive polymer)、またはこれらの混合物であることが望ましい。
【００６６】
特徴的に、本発明による異方性導電性の接着剤(400)は、超音波印加により非常に高速かつ均一にポリマー樹脂の硬化および導電性接合粒子の溶融が行われ、溶融状態の導電性接合粒子は、印加された圧力と超音波により電極上に容易に融着されるため、酸化しない特徴があり、それに応じて、還元剤を含有していない特徴がある。
【００６７】
上述した本発明の異方性導電性の接着剤(400)は、フィルムやペースト型であることができ、好ましくは異方性導電性フィルムである。
【００６８】
図3は本発明による異方性導電性の接着剤(400)を利用した電子部品間の接続方法を図示した一つの工程図である。図3に基づいて本発明の電子部品間の接続方法を詳述するにあたり、本発明による異方性導電性の接着剤(400)の重要な思想は維持されるので、これについての記載は省略する。
【００６９】
接続対象である第1電子部品(100)の接続部電極である第1電極(110)面に異方性導電性の接着剤(400)を形成する。
【００７０】
前記異方性導電性の接着剤(400)が、フィルム型である場合、その異方性導電膜（フィルム）を前記第1電極(100)面に貼り、前記異方性導電性の接着剤(400)がペースト型である場合、前記第1電極(100)面にスクリーン印刷(screen printing)、スピンコーティング(Spin coating)またはブレードコーティング(Blade coating)を用いて塗布する。
【００７１】
次に、他の接続対象である第2電子部品(300)の接続部電極である第2電極(310)と、前記第1電極(100)が互いに対向するように第2電子部品(300)を配置して積層した後、前記第1電子部品(100)、異方性導電性の接着剤(400)及び第2電子部品(300)の積層体に超音波を印加する。
【００７２】
この時、前記積層体は、物理的な支持のための支持台(1000)の上に配置することができ、異方性導電性の接着剤(400)から発生する熱損失を最小限に抑えるために、熱伝導率の低い断熱材の振動伝達媒体(2000)を使用して前記積層体に圧力を伴った超音波振動が印加される。
【００７３】
前記超音波の印加によって異方性導電性の接着剤(400)に含まれるポリマー樹脂(430)が塑性変形し、熱を発生するようになり、このような自己発熱によりポリマー樹脂(430)が硬化し、接合粒子(410)が溶融され、前記第1電極(110)と第2電極(310)が電気的に接続されることになる。
【００７４】
外部熱源による熱伝達ではなく、所定の圧力を伴う超音波振動を利用して、ポリマー樹脂(430)を自己発熱させる本発明の特徴に応じて、接続対象である電子部品の面積、異方性導電性の接着剤の厚さとは無関係に均一に温度が保たれ、熱の不均一な導電によるポリマー樹脂の劣化が防止され、ポリマー樹脂のみで発熱が生じるため、熱膨張差による熱応力を最小化することができる。
【００７５】
また、外部の熱源の熱伝達よりもポリマー樹脂の硬化は、非常に迅速に行われ、異方性導電性の接着剤(400)の温度を非常に高速かつ精密に制御することができる。
【００７６】
ポリマー樹脂(430)の自己発熱の程度は、超音波振動によって前記ポリマー樹脂(430)に印加される圧力の大きさ、前記超音波の周波数、前記超音波の振幅、前記超音波のパワー、前記超音波の印加時間、またはそれらの組み合わせによって制御され、これにより、異方性導電性の接着剤(400)の温度を高精度かつ迅速に制御することができる。
【００７７】
ポリマー樹脂(430)を硬化させ、接合粒子(410)を溶融させるために、前記超音波の印加による前記異方性導電性の接着剤(400)の温度は120℃ないし300℃である特徴がある。
【００７８】
二つの電極間に8μmサイズの導電性Ni粒子を含有する通常の異方性導電膜を付着し、熱と圧力(150℃、2MPa)を加えて電気的接続特性を試験した結果、約9.2mOhmの接触抵抗が得られた一方、本発明に従って、20μmサイズのＳｎ／Ｂｉ共晶はんだ（eutectic Sn/Bi solder）を接合粒子にして8μmサイズのNiをスペーサー粒子とし、超音波振動を印加して温度225℃で二つの電極間の接続特性を試験した結果、約6.2mOhmの非常に低い接触抵抗を持つということを確認した。また、接続部は121℃、2atm、100％の相対湿度の過酷なテストでも通常の異方性導電膜の信頼性よりも2倍以上の優れた信頼性を示した。
【００７９】
以上のように、本発明では、特定された情報と限られた実施例及び図面によって説明されたが、本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものであり、本発明は、前記の実施例に限定されるわけではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、これらの記載から、様々な変更および変形が可能である。
【００８０】
したがって、本発明の思想は説明の実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、これらの特許請求の範囲と均等にしたり、等価的変形があるすべてのものは本発明の思想の範疇に属とする。
【符号の説明】
【００８１】
100、300：電子部品                 110、310：電極
400：異方性導電性の接着剤          410：接合粒子
420：スペーサ粒子                  430：絶縁性ポリマー樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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