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KR102178530B1 - 도전성 접착제 및 이를 이용한 수정 진동자 패키지 - Google Patents

도전성 접착제 및 이를 이용한 수정 진동자 패키지 Download PDF

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Abstract

본 개시는 도전성 필러 및 수지를 포함하며, 도전성 필러의 함량은 수지의 함량의 9 내지 10배인 도전성 접착제에 관한 것으로, 도전성 필러의 균일한 배열로 인하여 도전성 접착제의 전기 전도도가 향상되며, 수정 진동자 패키지 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

도전성 접착제 및 이를 이용한 수정 진동자 패키지 {ELECTROCONDUCTIVE ADHESIVE AND CRYSTAL OSCILLATOR PACKAGE USING THE SAME}
본 개시는 도전성 접착제 및 이를 이용한 수정 진동자 패키지에 관한 것이다.
수정 진동자 패키지는 수정 진동자(crystal oscillaor)를 베이스 기판에 실장한 것을 말한다. 수정 진동자를 베이스 기판에 실장하기 위해서는 도전성 접착제가 필요하다.
수정 진동자 패키지 제조에 사용되는 도전성 접착제의 충전제는 도전성 필러로서 은(Ag) 필러(silver; ρ=1.590×10-8Ωm)가 사용된다. 은(Ag) 필러는 다른 일반적인 금속과 달리 공기나 수분에 의한 산화에도 높은 전도도를 가지며, 다양한 모양 및 형태로 가공이 쉬운 장점을 가진다.
도전성 접착제의 전기 전도도 특성은 수정 진동자 패키지 제품 성능을 결정하는 중요한 인자이다. 도전성 접착제는 도전성 필러외에 수지 및 용매를 포함하고 있어, 순수한 금속에 비해 상대적으로 높은 비저항(ρ=~10-6Ωm)을 가진다.
도전성 접착제에서 전자의 이동은 바인더와 같은 서로 다른 입자들 사이에서 은(Ag) 필러 간의 직접적인 접촉을 통해서 이루어진다.
도전성 접착제의 경화시 수지(resin)의 수축으로 도전성 필러 간의 접촉이 이루어지며, 도전성 접착제의 비저항은 경화반응의 진행에 따라 급격하게 낮아지게 된다.
그러나, 도전성 필러의 함량이 지나치게 크면, 접착력 감소와 함께 도전성 필러의 효율적인 배열을 방해하여, 도전성 접착제의 비저항이 증가하게 된다.
따라서, 도전성 접착제의 도전성 필러의 함량은 전도성 접착제의 가격 결정 및 수정 진동자와의 접착력과도 밀접한 관계가 있으므로, 도전성 필러 간의 배열 및 최적화된 함량, 크기, 모양을 통해 도전성 접착제의 최대의 전도도를 얻는 것이 매우 중요한 실정이다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1 및 2는 압전 디바이스의 도전성 접착제에 관한 발명이다.
일본공개특허공보 제2001-358554호 일본공개특허공보 제2005-054157호
한편, 도전성 필러의 함량이 지나치게 많으면 수정 진동자와의 접착력이 낮아지며, 도전성 필러의 효율적인 배열을 방해하여 도전성 접착제의 비저항이 높아질 수 있다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 접착력을 확보함과 동시에 전기 전도도가 향상된 도전성 접착제 및 이를 이용한 수정 진동자 패키지를 제공하는 것이다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는 도전성 필러의 함량이 수지의 함량의 9 내지 10배인 도전성 접착제를 포함하여, 도전성 접착제의 전기 전도도 및 접착력을 확보하는 것이며, 이를 통하여 수정 진동자 패키지 제품의 신뢰성을 향상시키는 것이다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 도전성 접착제는 도전성 필러의 균일한 배열로 인하여 도전성 접착제의 전기 전도도가 향상되며, 이로 인하여 수정 진동자 패키지 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수정 진동자 패키지의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 도전성 접착제의 비저항을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 보다 상세히 설명한다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 도전성 접착제는 도전성 필러(conductive filler) 및 수지(resin)를 포함하며, 도전성 필러의 함량은 수지의 함량의 9 내지 10배이다.
일반적으로 도전성 접착제는 ~10-6Ωm로 높은 체적 저항값을 가진다. 도전성 접착제의 체적 저항값을 낮추기 위하여 도전성 필러의 함량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 도전성 필러의 함량이 지나치게 크면, 접착력 감소와 함께 도전성 필러의 효율적인 배열을 방해하여, 도전성 접착제의 비저항이 증가하게 된다.
따라서, 낮은 비저항 및 접착력을 동시에 확보할 수 있는 도전성 필러와 수지의 함량 비율이 필요한데, 상기 도전성 필러의 함량이 수지의 함량의 9 내지 10배인 경우, 수정 진동자와의 접착력을 확보하면서 도전성 접착제의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 도전성 필러는 은(Ag) 필러 및 은(Ag)을 도금한 구리(Cu) 필러 중 선택된 하나일 수 있으며, 본 개시의 경우 특별히 제한되는 것은 아니나, 은(Ag) 필러일 수 있다.
상기 수지는 에폭시계 수지 및 실리콘계 수지 중 선택된 하나일 수 있으며, 본 개시의 경우 특별히 제한되는 것인 아니나, 에폭시계 수지일 수 있다.
종래의 수정 진동자 패키지에 이용되는 도전성 접착제는 평균 입자 사이즈가 ~50μm이며 용매를 제외한 70~80 중량%이 함유된 도전성 필러를 포함한다.
실제 도전성 필러의 입자 크기는 평균 입자 사이즈로부터 큰 산포군을 가지며, 입자의 모양의 경우 플레이크 타입 및 입상 등의 불균일한 분포를 나타낸다. 이러한 불균일한 도전성 접착제의 내부 구조는 필러 사이의 접촉저항 증가로 인한 제품의 장기 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 도전성 접착제는 평균 입자 사이즈가 7 내지 15μm인 도전성 필러를 포함한다.
상기 도전성 필러의 평균 입자 사이즈가 7 내지 15μm이면, 도전성 접착제 도포시 안정된 미세 도포가 가능하며, 균일한 사이즈를 확보할 수 있으므로 도전성 필러 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
상기 도전성 필러는 플레이크(flake)형상 즉, 판상형을 가질 수 있으며, 균일한 형태의 입자로 구성될 수 있다.
상기 도전성 필러가 플레이크 형상을 가지면, 도전성 필러 사이에 접촉되는 면적이 커질 수 있으며, 도전성 필러들 간의 배열이 균일하게 이루어질 수 있어, 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 이로 인하여, 도전성 접착제의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
일반적으로, 도전성 필러의 함량이 낮은 경우, 특정한 한 방향으로 전자가 이동할 수 있는 통로(anisotropic)가 형성되게 되는데, 이때 전기 전도도가 낮으므로 전자의 이동이 원활하지 않는다.
도전성 필러의 함량이 증가함에 따라, 전가가 이동할 수 있는 통로는 여러 방향으로 형성되게 되며(isotropic), 이로 인해 전기 전도도가 증가하게 된다.
그러나, 도전성 필러의 함량이 지나치게 증가하게 되면, 도전성 필러들 사이의 효율적인 배열을 방해하게 되어, 저항의 증가로 인한 전기 전도도 감소를 초래하며, 접착력 또한 감소하게 된다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 도전성 접착제의 상기 도전성 필러의 함량은 77 내지 80 중량% 일 수 있다.
상기 수지의 함량은 8 내지 10 중량% 일 수 있다.
상기 도전성 접착제가 평균 입자 사이즈가 7 내지 15μm인 도전성 필러를 77 내지 80 중량% 포함하면, 도전성 필러 사이의 접합 부위에서 저항으로 인한 열 소모를 개선하게 되어 장기적으로 수지의 열화 특성 개선에 기여할 수 있다. 또한, 도전성 필러의 작은 입자 사이즈로 인하여 소형화 미세 도포를 안정적으로 수행할 수 있다.
즉, 본 개시의 도전성 접착제의 도전성 필러 및 수지의 함량 범위를 만족하면, 접착력을 확보함과 동시에 도전성 접착제의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 수정 진동자 패키지의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 수정 진동자 패키지(100)는 수정 진동자(미도시) 및 상면에 전극 패드(30)가 배치된 베이스 기판(26b);을 포함하며, 상기 수정 진동자의 하면의 끝단은 도전성 접착제(20)에 의해 상기 전극 패드(30)에 접착된다.
상기 수정 진동자는 수정편을 포함하는 수정체(10)와 상기 수정체(10)의 양면에 형성된 제1 전극(12a) 및 제2 전극(12b)을 포함한다.
상기 수정체(10)는 발진 주파수 등에 따라 소정의 두께에 연마된 압전 기판으로 수정 웨이퍼를 포토리소그래피 기술 등을 이용하여 절단 가공하여 제조할 수 있다.
상기 수정체(10)는 직사각 형상으로 형성될 수 있으며, 중심에 배치되는 진동부(10a)와 진동부(10a)의 가장자리 부분에 배치되어 진동부(10a)보다 얇은 두께로 형성되는 주변부(10b)를 포함하는 메사(mesa) 형으로 형성될 수 있다.
상기 수정체(10)는 전기적 신호에 의해 압전 효과를 발생시키며, SiO2로 구성된 수정편을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 전극(12a) 및 제2 전극(12b)은 수정체(10)의 양면에 동일한 형상으로 형성되며, 수정체의 전기 신호를 가하여 수정체를 진동시킨다.
상기 제1 및 제2 전극(12a, 12b)은 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속물질을 사용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 베이스 기판(26b)은 수정 진동자 패키지의 바닥을 형성하며, 절연 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 베이스 기판(26b)은 세라믹 그린시트를 성형 적층해 소성한 산화 알루미늄 소결체일 수 있다.
상기 베이스 기판(26b)의 상면 일측에는 전극 패드(30)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 수정 진동자 패키지(100)는 상기 베이스 기판(26b)의 가장 자리를 따라 지지부(26b) 및 상기 지지부(26b) 상에 배치되어 내부 공간을 밀봉하는 리드(27)를 포함할 수 있다.
여기서, 베이스 기판(26b), 지지부(26b) 및 리드(27)는 패키지로 통칭될 수 있다.
상기 지지부(26b)는 베이스 기판(26b)과 함께 수정 진동자를 수납하기 위한 내부 공간을 형성할 수 있다.
상기 지지부(26b)는 베이스 기판(26b)과 동일한 재질인 절연 세라믹 재질로 이루어지거나, 리드(27)와 동일한 재질인 도전성 금속 합금 재질로 형성될 수 있다.
수정 진동자는 베이스 기판(26b)에 형성된 전극 패드(30)와 수정 진동자의 하면 끝단이 전기적으로 연결될 수 있도록 본 개시의 일 실시 형태에 따른 도전성 접착제(20)에 의해 접착된다.
이후에, 수정 진동자의 상부에 도전성 접착제를 도포하여, 수정진동자와 전극 패드(30)가 더블 본딩(double bonding) 으로 접착될 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 도전성 접착제(20)를 사용하여 수정 진동자와 베이스 기판(26b)을 연결하면, 도전성 필러 사이의 접합 저항의 감소로 수지의 열화 특성을 개선할 수 있어, 수정 진동자 패키지 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 A부를 확대한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 상기 도전성 접착제(20)는 도전성 필러(22) 및 수지(24)를 포함한다.
상기 도전성 필러(22)는 플레이크 형상으로 균일한 형태를 가지며, 평균 입자 사이즈가 7 내지 15μm로 미세한 크기일 수 있다.
이로 인하여, 도전성 필러(22) 사이의의 접촉 면적을 증가시킴과 동시에, 균일한 크기 및 형상으로 인하여 접촉 저항을 감소시킬 수 있어, 도전성 접착제의 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 도전성 접착제의 비저항값을 나타낸 그래프이다.
본 개시의 실시예의 경우 평균 입자 사이즈 7 내지 15μm의 도전성 필러의 함량이 수지의 함량보다 9 내지 10배이고 도전성 필러의 함량 범위가 77 내지 80 중량%인 도전성 접착제이며, 비교예의 경우 ~50μm의 도전성 필러의 함량 범위가 69 내지 74 중량% 이고 수지의 함량은 실시예와 동일한 도전성 접착제이다.
도 3을 참조하면, 경화반응 후 측정한 도전성 접착제의 비저항을 나타내며, 실시예의 비저항은 비교예의 비저항에 비해 13배 비저항이 낮은 것을 알 수 있다.
즉, 본 개시의 도전성 필러 함량 및 평균 입자 사이즈를 만족하면, 낮은 비저항(10-7Ωm)을 가지는 도전성 접착제를 얻을 수 있으며, 높은 전기 전도도를 가지는 도전성 접착제에 의하여 접촉 저항에 의한 열 소모를 개선할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 개시는 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 수정체
10a: 진동부
10b: 주변부
12a, 12b: 제1 및 제2 전극
20: 도전성 접착제
26b: 베이스 기판, 지지부
30: 전극 패드
27: 리드
100: 수정 진동자 패키지

Claims (7)

  1. 도전성 필러; 및
    수지;를 포함하며,
    상기 도전성 필러의 함량은 상기 수지의 함량의 9 내지 10배이며,
    상기 도전성 필러의 함량은 77 내지 80 중량%이며,
    상기 수지의 함량은 8 내지 10 중량%인 도전성 접착제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 필러는 은(Ag) 필러인 도전성 접착제.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 필러의 평균 입자 사이즈는 7 내지 15μm인 도전성 접착제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 필러는 플레이크 형상을 가지는 도전성 접착제.
  7. 수정 진동자; 및
    상면에 전극 패드가 배치된 베이스 기판;을 포함하며,
    상기 수정 진동자의 하면의 끝단은 제1항, 제2항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 접착제에 의해 상기 전극 패드에 접착되는 수정 진동자 패키지.
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