KR100613026B1 - 이방성 도전 필름용 도전성 입자와 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방성 도전 필름 - Google Patents

이방성 도전 필름용 도전성 입자와 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방성 도전 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이방성 도전 필름용 도전성 입자와 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방성 도전 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름의 도전성 입자에 있어서, 중공을 구비하는 구 형태의 절연쉘; 및 상기 절연쉘 내부에 금속 파우더가 주입되어 채워지는 중심부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 입자.가 개시된다. 또한, 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름에 있어서, 접착성이 있는 전기 절연물질로 이루어진 절연성 접착층; 및 상기 절연성 접착층 내에 분산되어 있는 다수의 도전성 입자;를 포함하고, 상기 도전성 입자는 중공을 구비하는 구 형태인 절연쉘 및 상기 절연쉘 내부에 금속 파우더가 주입되어 채워지는 중심부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름이 개시된다. 이로써, 도전성 입자의 절연쉘 두께제어가 용이하며, 절연쉘의 박리를 방지하여 이방성 도전 필름의 절연성을 유지할 수 있다.
이방성 도전 필름(anisotropic conductive film), 절연쉘, 도전성 입자, 단락

Description

이방성 도전 필름용 도전성 입자와 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방성 도전 필름{Conductive ball, method of mamufacturing thereof and anisotropic conductive film using the same}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 이방성 도전 필름이 상호 대향하는 회로전극을 구비한 기판 사이에 개재되는 모습을 도시하는 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 이방성 도전 필름에 의하여 전기적으로 접속된 회로 구조체를 도시하는 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 이방성 도전 필름에 의하여 전기적으로 접속된 회로 구조체의 단락현상을 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이방성 도전 필름을 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 도전성 입자를 개략적으로 도시하는 일부 절개사시도.
도 6은 본 발명에 따른 이방성 도전 필름이 상호 대향하는 회로전극을 구비한 기판 사이에 개재되는 모습을 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 이방성 도전 필름에 의하여 전기적으로 접속된 회로 구조체를 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...상부기판 20...하부기판
11, 21...전극 130...이방성 도전 필름
140...절연성 접착층 150...도전성 입자
151...절연쉘 152...중심부
153...금속 파우더
본 발명은 도전성 입자와 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방성 도전 필름에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 서로 대향하는 전극을 가지는 피접속부재를 접속하기 위한 이방성 도전 필름에 이용되는 도전성 입자와 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
일반적으로, 이방성 도전 필름(Anistropic Conductive Film:ACF)은 피접속부재의 재질이 특수하거나 신호배선의 피치가 세밀하여 부재와 부재를 솔더링(soldering)의 방식으로 부착할 수 없을 경우 사용하는 접속재료이다.
이러한 이방성 도전 필름은 대표적으로 LCD 모듈에서 LCD 패널, 인쇄회로기판(PCB), 드라이버IC 회로 등을 패키징하는 접속재료로 사용된다. 보다 상세하게, LCD 모듈에서는 TFT(Thin Film Transistor)패턴들을 구동시키기 위해서는 다수개의 드라이버IC가 실장된다. 드라이버IC를 실장하는 방식은 크게, 별도의 구조물 없이 LCD 패널의 게이트 영역과 데이터 영역에 실장하는 방식인 COG(Chip On Glass) 마운팅 방식, 드라이버IC를 탑재한 TCP(Tape Carrier Package)를 통해 LCD 패널의 게이트 영역과 데이터 영역에 간접적으로 드라이버IC를 실장하는 방식인 TAB(Tape Automated Bonding) 마운팅 방식으로 나뉜다.
어느 실장방식을 채용한다 하더라도 드라이버IC 소자 측의 전극과 LCD 패널 측의 전극은 미소한 피치 간격으로 형성되어 있기 때문에 납땝 등의 수단을 사용하는 것이 곤란하다. 이와 같은 이유로, 드라이버 IC 측의 전극과 패널 측의 전극을 전기적으로 접속하기 위하여 이방성 도전 필름이 사용된다.
이방성 도전 필름은 절연성 접착제에 도전입자를 분산시킨 것으로서, 피접속물 사이에 개재시켜 열압착함으로써 대향하는 단자사이에 도전입자가 접촉하여 전기적 접속을 이루게 된다. 즉, x-y 평면상으로는 절연성이 유지되고 z축으로는 도전성을 갖는 접속재료이다. 보다 상세하게, 도 1을 참조하면 상부기판(10)의 하면 및 하부기판(20)의 상면에 상호 대향하도록 구비된 회로전극(11, 21) 사이에, 절연성 접착성분(40) 및 절연성 접착성분(40)에 분산된 다수의 도전성 입자(50)를 포함하는 이방성 도전 필름(30)을 개재시킨다. 그런 후 소정의 온도와 압력으로 압착하면, 도 2에 도시된 바와 같이 회로전극(11, 21) 사이에 개재된 도전성 입자(50)가 대향되는 회로전극(11, 21)을 전기적으로 접속시킨다.
이러한, 이방성 도전 필름의 높은 접속 신뢰성을 확보하기 위해서는 도전성 입자의 함량을 증가시킬 필요가 있다. 그러나 도전성 입자의 함량을 증가시키게 되면 도 3과 같이 미세한 배선을 갖는 기판에서 인접하는 도전입자(A)끼리 x-y평면 상의 도통이 일어날 수 있다. 이로써 인접전극 사이에서 단락(short)이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 도전 입자의 표면을 절연체로 피복한 도전입자를 이용한 이방성 도전 접속재료가 제안되었다. 이러한 방법의 일 예가 일본특허공개 평4-362104호에 개시되어 있다. 이를 살펴보면, 계면 중합, 현탁중합, 유화중합 등을 하여 수지에 의해 도전성 입자를 마이크로 캡슐화하는 방법이 개시된다. 또한 일본특허공개 소62-40183호는 수지 용액 중에 도전성 입자를 분산시킨 후 건조시키는 디핑법에 의해 도전성 입자를 마이크로 캡슐화하는 방법이, 일본특허공개 평7-105716호에는 스프레이 드라이, 하이브리다이제이션에 의한 방법이 제시된다.
그러나 상기와 같은 방법들은 절연 피복층의 두께를 일정하게 유지하는 것이 곤란하여 열과 압력으로 전극 사이에 이방성 도전 필름을 고정시킬 때 압력이 균등하게 전달되지 않아 피복층이 쉽게 이탈되어 도통 불량을 일으키기가 쉽다. 또한 복수개의 도전입자를 동시해 피복해 버릴 염려가 있다. 더구나 피복층과 도전 입자 간의 결합력이 약하기 때문에 도전성 입자가 수지에 분산될 때 인접 입자의 접촉에 의해 피복층이 벗겨져 충분한 절연성을 확보할 수 없다.
한편, 도전성 입자의 피복층이 수지 등에 비용해성을 갖도록 구성할 수도 있 는데, 이러한 경우 수지와 도전성 입자간의 계면에서의 밀착성이 열등하여 수지 경화후 계면에서 박리가 일어나서 이방성 도전 필름의 장기적인 안정성이나 신뢰도를 확보할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 일반적으로 절연체를 피복한 도전성 입자는, 중심 코아가 되는 구형상의 폴리머 입자, 상기 폴리머 입자를 감싸는 니켈층, 상기 니켈층의 외면을 가싸면서 전기적 접속 역할을 하는 골드층, 상기 골드층을 감싸면서 절연의 역할을 하는 폴리머층을 구비한다. 그러나 상기와 같은 도전성 입자는 여러층으로 피복해야 하는 복잡한 공정으로 인해 생산단가가 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 도전성 입자의 절연을 위하여 구성하는 피복층의 두께제어가 용이하며, 피복층의 박리를 방지하여 충분한 절연성을 제공할 수 있는 이방성 도전 필름용 도전성 입자를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한 생산공정이 최소화되어 생산단가가 절감될 수 있는 이방성 도전 필름용 도전성 입자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 도전성 입자를 제조하는 방법을 제공하고, 또한 이러한 도전성 입자를 이용한 이방성 도전 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도전성 입자는 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름의 도전성 입자에 있어서, 중공을 구비하는 구 형태의 절연쉘; 및 상기 절연쉘 내부에 금속 파우더가 주입되어 채워지는 중심부;를 포함하 는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 절연쉘은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 및 나일론로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질로 할 수 있다.
또한, 상기 금속층은 금, 은, 철, 구리, 니켈, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속으로 하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 상기 도전성 입자의 직경은 1 내지 15μm으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름의 도전성 입자의 제조방법에 있어서, 중공을 구비하는 구 형태인 절연쉘을 제조하는 공정; 및 상기 절연쉘 내부에 금속 파우더를 주입하여 채우는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 입자의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름에 있어서, 접착성이 있는 전기 절연물질로 이루어진 절연성 접착층; 및 상기 절연성 접착층 내에 분산되어 있는 다수의 도전성 입자;를 포함하고, 상기 도전성 입자는 중공을 구비하는 구 형태인 절연쉘 및 상기 절연쉘 내부에 금속 파우더가 주입되어 채워지는 중심부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름이 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이방성 도전 필름(130)을 도시하는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(130)은 절연성 접착층(140) 및 절연성 접착층(140)에 분산된 다수의 도전성 입자(150)를 포함한다.
상기 절연성 접착층(140)은 피접속부재 예컨대 기판 사이를 견고하게 접착 고정시키는 역할을 한다. 또한 절연성 접착층(140)은 절연성을 가져 이방성 도전 필름의 x-y 평면상으로 절연성을 유지시킨다. 절연성 접착층(140)은 열경화성 또는 열가소성 수지가 사용될 수 있는데 예컨데, 1분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 다가 에폭시수지가 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이러한 재질에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 목적내에서 다양한 변형예가 채용될 수 있다.
상기 도전성 입자(150)는 절연쉘(151) 및 절연쉘(151) 내부를 구성하는 중심부(152)를 포함한다.
상기 절연쉘(151)은 도전성 입자(150)의 외부층을 구성한다. 이로써, 미세한 배선을 갖는 기판에서, 인접하는 도전성 입자(150)가 상호 접촉하여 x-y평면 상의 도통이 일어나는 것을 방지한다.
절연쉘(151)은 중공을 구비하고, 그 형태를 특히 한정하는 것은 아니지만 대략 구 형태로 이루어진다. 또한, 절연쉘(151)은 절연성을 갖는 폴리머 수지로 이루어지는바, 바람직하게 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 나일론, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명이 이러한 물질에 한정되는 것은 아니다.
상기 중심부(152)는 피접속부재 즉, 기판(10, 20) 등에 형성된 전극(11, 21)을 전기적으로 연결하여 도통시키는 역할을 하는 부분이다. 중심부(152)는 절연쉘(151) 내부에 주입되어 채워진 금속 파우더(153)로 이루어진다. 금속 파우더(153)는 수nm 에서 수μm의 직경을 갖는 입자로 이루어진다.
바람직하게, 상기 금속 파우더(153)는 금, 은, 철, 구리, 니켈 또는 이들 중 선택된 어느 하나 이상의 금속으로 할 수 있다.
한편, 도전성 입자(150)는 배선의 피치가 미세한 피접속부재를 전기적으로 충분히 연결하기 위하여 1 내지 15μm의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이러한 수치에 한정되는 것은 아니며 피접속부재의 특성에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 도전성 입자(150)는 피접속부재를 충분히 통전시키면서도 절연성을 유지하도록 절연성 접착제(140) 내에 과도하지 않는 양으로 제어될 필요가 있는데 바람직하게, 전체 이방성 도전 필름(130)의 20 내지 30w%가 되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 이방성 도전 필름용 도전성 입자(130)의 제조방법에 관하여 설명한다.
먼저, 절연쉘(151)을 제조한다. 절연쉘(151)은 중공을 구비한 형태로 제조하되, 특히 한정하는 것은 아니지만 대략 구 형태로 제조한다. 바람직하게 상기 절연쉘(151)은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 나일론 또는 이들의 혼합물로 제조된다. 그러나 본 발명이 이러한 물질에 한정되는 것은 아니다.
그런 후 상기 절연쉘(151)에 금속 파우더(153)를 주입하여 상기 중공을 채운다. 상기 주입공정은 절연쉘(151)에 주입공(미도시)을 마련하여 주입공을 통하여 금속 파우더(153)를 주입하고 주입공을 막는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 종래에 알려진 다양한 방법으로 금속 파우더(153)를 절연쉘(151) 내부에 주입할 수 있다.
바람직하게, 금속 파우더(153)는 금, 은, 철, 구리, 니켈 중 선택된 어느 하나 이상으로 한다.
상기와 같이 제조된 도전성 입자(150)는 절연성 접착제에 분산되어 이방성 도전 필름(130)을 구성한다.
상기와 같은 도전성 입자(150)의 제조방법은 여러차례에 걸쳐 복잡하게 진행되는 피복과정 없이 절연쉘(151)을 제조하는 공정과 금속 파우더(153)를 주입하는 공정만이 필요하므로 공정을 단순화할 수 있다.
또한 중심부를 먼저 형성하고 그 외부를 피복하여 절연층을 형성하는 것이 아니라, 먼저 절연쉘을 만들기에 절연쉘의 두께 제어가 용이하다. 아울러 피복에 의한 방법보다 절연쉘의 기계적 강도를 확보할 수 있어 본딩작업에서의 가압이 없으면 절연쉘이 쉽게 쉽게 박리되지 않는다.
이하 상기와 같은 이방성 도전 필름을 사용하여 회로 등을 접속할 때의 작용에 대해 설명한다.
도 6은 상호 대향하는 회로전극을 구비한 기판 사이에 개재되는 본 발명에 따른 이방성 도전 필름을 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 이방성 도전 필름에 의하여 전기적으로 접속된 회로 구조체를 도시하는 단면도이다. 도 6 및 도 7에서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리키므로 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(130)을 피접속부재 예컨대, 서로 대향하는 전극(11, 21)을 구비한 상부기판(10) 및 하부기판(20) 사이에 개재시킨다.
이어서, 소정의 온도와 압력으로 가열, 가압하여 이방성 도전 필름에 대한 열압착 본딩과정을 거치면, 절연성 접착층(140)이 경화되기 전에 도전성 입자(150)의 절연쉘(151)이 연화된다. 이에 따라, 전극과 전극(11, 21) 사이에 개재되는 도전성 입자(150)는 가압에 의하여 절연쉘(151)이 제거된다. 따라서 절연쉘(151) 내부의 중심부(152)를 구성하는 금속 파우더(153)는 절연성 접착층(140)으로 방출된다. 그러면, 절연성 접착층(140)의 경화에 따라 기판(10, 20)이 상호 접착되면서 금속 파우더(153)가 대향하는 전극(11, 21)을 전기적으로 연결시킨다. 일부 금속 파우더(153')는 상기와 같이 전극(11, 21) 사이에 개재되지 않고 절연성 접착층(140)에 분산되는데, 이 금속파우더(153')는 인접하는 전극 사이(22, 23)의 거리보다 충분히 작으므로 전극이 단락될 염려가 없다.
한편, 전극(11, 21) 사이에 개재되지 않고 절연성 접착층(140)에 분산되어 있는 도전성 입자(150)는 절연쉘(151)이 제거되지 않는다. 즉, 금속 파우더(153)가 절연쉘(151)을 이탈하지 않고 절연쉘(151) 내에 채워진 형태를 유지한다. 따라서 인접하는 도전성 입자(150)가 상호 접촉을 하여도(B참조) 각 입자의 절연쉘(151)이 접촉하게 되므로 절연성이 유지되어 인접하는 전극(21, 22) 사이에 단락이 일어날 가능성이 방지된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명에 따르면, 이방성 도전 필름의 도전성 입자에 있어, 절연을 위하여 마련되는 절연쉘의 두께제어가 용이하며, 절연쉘의 박리를 방지하여 충분한 절연성을 제공할 수 있다. 이로써, 피접속부재의 전기적 연결을 원활하게 할 수 있으면서 인접 전극간의 단락을 방지할 수 있어 이방성 도전 필름의 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 도전성 입자의 제조공정을 단순화 하여 생산단가를 감소시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름의 도전성 입자에 있어서,
    중공을 구비하는 구 형태의 절연쉘; 및
    상기 절연쉘 내부에 금속 파우더가 주입되어 채워지는 중심부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연쉘은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 폴리머 수지인 것을 특징으로 하는 도전성 입자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 파우더는 금, 은, 철, 구리, 니켈, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도전성 입자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 직경은 1 내지 15μm인 것을 특징으로 하는 도전성 입자.
  5. 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름의 도전성 입자의 제조방법에 있어서,
    중공을 구비하는 구 형태인 절연쉘을 제조하는 공정; 및
    상기 절연쉘 내부에 금속 파우더를 주입하여 채우는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 입자의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연쉘은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 폴리머 수지인 것을 특징으로 하는 도전성 입자의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 금속 파우더는 금, 은, 철, 구리, 니켈, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도전성 입자의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 직경은 1 내지 15μm인 것을 특징으로 하는 도전성 입자의 제조방법.
  9. 전자 패키징에 사용되는 이방성 도전 필름에 있어서,
    접착성이 있는 전기 절연물질로 이루어진 절연성 접착층; 및
    상기 절연성 접착층 내에 분산되어 있는 다수의 도전성 입자;를 포함하고,
    상기 도전성 입자는 중공을 구비하는 구 형태인 절연쉘 및 상기 절연쉘 내부에 금속 파우더가 주입되어 채워지는 중심부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연쉘은 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 폴리머 수지인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 금속 파우더는 금, 은, 철, 구리, 니켈, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 도전성 입자의 직경은 1 내지 15μm인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 도전성 입자가 전체 이방성 도전 필름에서 차지하는 비율은 20 내지 30 w%인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
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