발명의 요약
본 발명의 이방성 도전성 필름에 분산되어 함유되는 절연 도전성 미립자(1)는 도전성 미립자(11)와 그 표면에 절연성 미립자(12)가 불연속적으로 고정되어 복합화된 구조를 갖는 것을 그 특징으로 한다. 상기 도전성 미립자(11)는 고분자 성분으로 이루어지는 고분자 미립자와 금속 성분으로 이루어지는 금속 미립자가 모두 적용가능하다.
상기 도전성 미립자(11)가 고분자 미립자인 경우에, 그 고분자 미립자는 고분자 코아 미립자(111)와 그 코아 미립자의 표면에 금속 성분으로 도금한 금속 도 금층으로 이루어진다. 상기 금속 도금층은 니켈 도금층(112)과 금 도금층(113)으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 절연 도전성 미립자는 에폭시 수지와 같은 접착제 수지 조성물에 분산되어 필름으로 성형하여 이방성 도전성 필름을 제조하며, 이 이방성 도전성 필름은 기판 사이에 접착제로 사용되어 기판의 회로 접속시 압착에 의하여 가압 방향(z축 방향)으로만 전도성을 띠고 x축과 y축 방향으로는 전도성을 띠지 않는 특성을 갖는다.
발명의 구체 예에 대한 상세한 설명
본 발명은 기판 사이에 접착제로 사용되어 기판의 회로 접속시 압착에 의하여 가압 방향(z축 방향)으로만 전도성을 띠고 x축과 y축 방향으로는 전도성을 띠지 않는 이방성 도전성 필름에 관한 것으로, 그 필름의 내부에 분산되어 함유되는 절연 도전성 미립자에 관한 것이다. 이 절연 도전성 미립자는 도전성 미립자와 그 표면에 절연성 미립자가 불연속적으로 고정되어 복합화된 구조를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따라 제조되는 절연 도전성 미립자의 개략적인 제조 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이방성 도전성 필름에 분산되어 함유되는 절연 도전성 미립자(1)는 도전성 미립자(11)와 그 표면에 절연성 미립자(12)가 불연속적으로 고정되어 복합화된 구조를 갖는 것을 그 특징으로 한다. 상기 도전성 미립자(11)는 고분자 성분으로 이루어지는 고분자 미립자와 금속 성분으로 이루어지는 금속 미립자가 모두 적용가능하다.
상기 도전성 미립자(11)가 고분자 미립자인 경우에, 그 고분자 미립자는 고분자 코아 미립자(111)와 그 코아 미립자의 표면에 금속 성분으로 도금한 금속 도금층으로 이루어진다. 상기 금속 도금층은 니켈 도금층(112)과 금 도금층(113)으로 구성되는 것이 바람직하다. 도1에는 도전성 미립자는 고분자 수지로 구성된 구형의 입자 표면에 니켈과 금이 순차적으로 도금되어 있다.
도전성 미립자로는 고분자 수지 입자 표면에 도금된 입자뿐만 아니라 미세한 고른 금속 미립자도 또한 사용 가능하다. 본 발명에서 사용되는 도전성 미립자의 입경은 2~50㎛ 정도에서 선택적으로 사용 가능하고, 3~10㎛ 입경이 더욱 바람직하다. 상기 도전성 미립자는 입자의 비중이 1.5∼3.0g/cm3 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
고분자 코아 미립자(111) 표면을 금속성분으로 도금하는 방법으로는 무전해 도금법을 사용할 수 있다. 무전해 도금법을 사용하여 금속층을 형성하는 기술은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 용이하게 실시될 수 있다.
고분자 코아 미립자(111) 표면에 도금되는 니켈과 금의 각각의 막 두께는 코아 미립자 입경의 0.1~20 % 정도가 바람직하고, 1~5%에 해당하는 막 두께가 더욱 바람직하다.
도전성 미립자(11)의 표면에 고착되는 절연성 미립자(12)는 용매에 대한 불용성 물질이어야 하며, 절연성 미립자의 입경은 도전성 미립자 입경의 0.1~20 % 정 도가 바람직하고, 1~10% 의 입경을 가지는 절연성 미립자가 더욱 바람직하다.
절연성 미립자(12)를 도전성 미립자(11)에 고착시키는 방법은 물리/기계적 마찰을 이용한 건식법, 또는 분무건조법(spray-drying), 진공증착 피복법, 코어 쉘 패션(core shell fashion)법, 습식처리에 의한 고착 등을 들 수 있다.
상기의 방법으로 고착된 절연성 미립자는 경화성 에폭시 수지와의 조액 상에서 금속 표면층과의 이탈이 없어야 하며, 130∼200℃의 온도에서 형태가 유지되어야 한다. 가압시 절연성 미립자는 변형되어 분쇄되어야 한다. 상기 절연성 미립자는 가열 및 가압하는 작용에 의해서도 본래의 위치에서 변형되어 분쇄 가능한데, 상기 가열, 가압은 당업자가 용이하게 실시할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 절연 도전성 미립자로서, 도전성 미립자의 표면에 절연성 미립자가 고정화된 절연 도전성 미립자의 전자 현미경 사진이다. 도 3은 본 발명에 따른 절연 도전성 미립자를 함유한 수지 조성물로 성형한 이방성(anisotropic) 도전성 필름의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 사용되는 고분자 코아 미립자(111)는 구형의 미립자로서, 그 원료로 사용되는 구체적인 고분자 수지로는 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 불소 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 등과 같은 열경화성 고분자 수지; 및 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리메타크릴상 수지, 메틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 수지, 비닐 수지, 디비닐벤젠 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아세탈 수지, 피오노마 수지, 폴리에테르 설폰 수지, 폴리페닐옥사이드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지 등의 열가소성 고분자 수지를 들 수 있다. 상기 고분자 수지를 유화 중합법에 의하여 코아 미립자를 합성할 수 있다.
또한 상기의 절연 도전성 미립자는 일본의 나라기계 제작소(주)의 하이브리다이제이션 시스템(Hybridization System)을 이용하여 제조할 수 있다. 도전성 미립자의 금속층 표면에 고착되는 절연성 미립자는 금속층 표면적의 0.1~99.9%를 피복하는 것이 바람직하며, 60~99%에 해당하는 피복율이 더 바람직하고, 80~99%가 가장 바람직하다.
본 발명에 사용되는 절연성 미립자로는 가교 고분자 미립자를 예로 들 수 있다.이러한 가교 중합성 미립자로는 라디칼 중합이 가능한 것으로서, 디비닐벤젠, 1,4-디비닐옥시부탄, 디비닐술폰, 디알릴 프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 트리알릴 (이소)시아누레이트, 트리알리 트리멜리테이트 등의 알릴 화합물과, (폴리)에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에릴트리톨디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에릴트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에릴트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트 등의 아크릴 화합물 등을 포함한다.
본 발명에 의해 제조된 절연 도전성 미립자(1)는 접착성분 상에 분산되고, 필름(5) 상에서 절연성 미립자(12)가 이탈되지 않고 금속층 표면에 유지되고 있어야 한다. 또한 절연성 미립자가 접착 성분 내에 용해되지 않아야 한다. 절연 도전성 미립자(1)를 함유하는 필름(5)의 접착성분은 고무 성분과 에폭시 수지를 주성분 으로 한 것으로, 이는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.
도 4는 이방성 도전성 필름 접착제와 기판간의 구성 단면도로서, 압착 전의 모형을 도시한 도면이고, 도 5는 이방성 도전성 필름 접착제와 기판이 압착한 상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5와 같이, 회로가 압착되면, 절연 도전성 미립자(1)의 표피층을 형성하는 절연성 미립자(12)가 압력을 받는 방향을 중점으로 분쇄되어 금속층이 나타나게 되고, 이러한 금속층이 상하 전극 패드(4) 간의 통전을 이룰 수 있게 한다. 가압이 된 입자의 x축과 y축을 감싸고 있는 절연성 미립자는 분쇄되지 않고 그대로 형태를 유지하고 있기 때문에 통전이 되지 않으며, 이방 도전성 필름내의 미립자 함유량에 상관없이 단락 등의 발생 가능성을 현저히 낮출 수 있다. 즉 본 발명의 절연성 미립자가 열경화성 접착 수지와의 조액 상에 분산되어 작용할 때 저온 속경화, 또는 고온 속경화시 절연성 미립자가 용이하게 파쇄됨으로써 전극간(z축방향)의 통전율을 높여 이로 인해 접속 신뢰성을 향상시키고, 절연층의 일부 막이 빠져 분리되어 단락(short)이 발생할 확률도 줄일 수 있는 이방성 도전성 필름을 제공할 수 있는 것이다.
본 발명은 하기의 실시 예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시 예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
본 발명의 실시예에서는 유화중합법에 의하여 입경이 균일한 디비닐벤젠 수지로 이루어진 구형의 고분자 코아 미립자를 합성하였다. 이때, 코아 미립자의 입경은 4 ㎛이었다.
다시 코아 미립자의 표면에 무전해 도금법을 이용하여 NiSO4(0.5M)와 착화제(complexing agent)(0.5M), NaH2PO2(1M)의 조성으로 70 ℃, pH 6에서 30분 동안 처리하였다. 상기의 방식으로 제조된 도전성 미립자의 금속층은 내부의 니켈 도금층과 외부의 금 도금층 두 개의 층으로 형성되고, 이 때, 니켈 및 금의 막 두께는 각각 80 ㎚이었다.
절연성 미립자를 만들기 위해 반응기에 메틸메타크릴레이트(MMA, 90중량부) 단량체와 디비닐벤젠(DVB, 10중량부)을 수용성 개시제인 과황산칼륨(KPS, 1중량부)이 포함된 초순수에 분산시키고, 무유화 중합법으로 70 ℃에서 24시간 중합하여 직경 150 ㎚의 미세 입자를 얻었다. 제조된 poly (MMA-DVB) 입자는 원심분리기를 이용하여 미반응물과 기타 불순물을 제거시킨 후 진공 오븐에서 24시간 건조시켜 분말 형태로 얻었다.
각각, 상기의 방법으로 제조된 도전성 미립자와 절연성 미립자를 나라기계 제작소(주)의 Hybridization System에 의해 복합화 하였다. 이때의 투입 비는 85 : 15로 하였고, 일정 교반 속도, 시간에서 물리/기계적 마찰에 의해 절연 도전성 미립자가 제조되었다.
그 다음, 제조된 미립자를 이용하여 이방도전성 필름을 제조하기 위해 NBR 고무 65 중량부, 에폭시 당량이 7000인 비스페놀 A형 에폭시수지 25 중량부 및 경화제로 2-메틸이미다졸 4 중량부를 톨루엔 및 메틸에틸케톤의 혼합용매에 용해시킨 후, 제조된 도전성 미립자를 실란 커플링제와 함께 각각 잘 분산시킨 다음 이형 PET 필름위에 코팅하여 건조시킨 후 두께 27 ㎛의 이방 도전성 필름을 제조하였다. 단위 면적당의 필름 중에 함유된 도전성 미립자의 개수는 8,000 개/㎟ 였다. 이렇게 제조한 이방 도전성 접착용 필름을 사용하여 다음과 같이 IC 칩의 절연평가를 실시하였다.
사용된 평가용 IC 칩의 범프(bump) 높이는 약 40 ㎛, IC 칩의 크기는 6㎜×㎜ 였다. BT 수지 0.8 ㎜ 두께의 기판 상에 8 ㎛ 두께의 구리 및 금도금으로 배선패턴을 형성한 기판을 사용하였다. 상기 IC 칩과 기판과의 사이(이 경우, 범프(bump) 높이와 배선패턴 높이와의 합계는 약 58 ㎛임)에 상기 이방 도전성 접착용 필름을 기재시킨 상태에서 온도 100 ℃, 압력 3 MPa-bump의 조건으로 15초간 가압하고, 압착하여 접속시켰다. 이렇게 이루어진 접속 샘플의 인접하는 두 개의 핀에 50 V의 전압을 10초간 인가하여 절연저항을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
절연저항이 109 Ω이상인 경우 ◎로, 108 초과 109 Ω이하인 경우는 △, 108 Ω이하인 경우 ×로 평가하였다.
실시예 2∼3 및 비교실시예 1
실시예 2∼3은 상기 실시예 1과 동일하게 하되 절연 도전성 미립자의 함유량과 도전성 미립자와 절연 미립자의 배합 함유량을 하기 표와 같이 변화하여 측정하였다.
비교실시예 1은 상기의 도전성 미립자의 표면에 분자량 (Mw) 85,000의 폴리스티렌 수지를 필름 형태로 완전 연속 피복하여 실시예 1∼3과 같은 방법으로 실장 테스트 하였다.
구 분 |
실시예1 |
실시예2 |
실시예3 |
비교예1 |
도전성 미립자의 함유량 (E.A/㎟) |
8,000 |
25,000 |
25,000 |
25,000 |
표피 절연층의 두께(㎚) |
120 |
180 |
120 |
100 |
통전평가에 사용한 IC 범프의 면적(μ㎡) |
3,000 |
3,000 |
3,000 |
3,000 |
압착시 하중(MPa) |
3 |
3 |
3 |
3 |
절연성 미립자의 피복율(%) |
90 |
85 |
92 |
100 |
절연신뢰성 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
통전신뢰성 |
◎ |
◎ |
◎ |
△ |
통전 신뢰성 기준 : ◎: 50mΩ 이하, △: 50mΩ 초과 100mΩ 이하,
x: 저항상승 100mΩ 초과
절연 신뢰성 기준 : ◎: 109 Ω 이상, △: 108 초과 109 Ω 이하,
x: 108 Ω 이하