KR100622578B1 - 전기적 접속신뢰성이 우수한 이방도전성 접착용 필름 - Google Patents

전기적 접속신뢰성이 우수한 이방도전성 접착용 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LCD 패키징에 접속재료로서 사용되는 이방전도성 접착용 필름에 관한 것으로서, 범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도 쇼트나 회로패턴에 손상을 주지 않고 높은 도통신뢰성과 절연신뢰성이 얻어져서, 전기적 접속신뢰성이 우수하고 저코스트로 용이하게 접속할 수 있는 특성을 지닌 이방도전성 접착용 필름을 제공하는 것을 그 목적으로 한 것이다.
본 발명은 에폭시기를 지닌 수지 성분과 필름형성을 돕는 수지성분을 주성분으로 하는 절연성 접착제 중에 금속입자이고 가압에 의해 변형되는 입자로 된 도전입자 및 접착조건에서 일부 또는 완전용융되는 절연성 수지 입자가 분산된 이방도전성 접착용 필름에 관한 것이다.

Description

전기적 접속신뢰성이 우수한 이방도전성 접착용 필름{Anisotropic conductive adhesive film with excellent electric connection reliability}
제1도는 본 발명의 이방 도전성 필름의 단면도.
제2도는 본 발명의 이방 도전성 필름을 사용하여 액정표시기판과 구동용 집적회로를 접속시킨 상태의 단면도.
제3도는 종래의 이방 도전성 필름을 사용하여 액정표시기판과 구동용 집적회로를 접속시킨 상태의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1. 절연성수지입자
2. 도전성 금속 피복 입자
3. 가압시 변형 수지 입자
4. 절연성 접착제
5. 구도용 집적회로
6. 액정표시기판
7. 도전입자
8. 용융된 절연성수지입자
본 발명은 LCD 패키징에 접속재료로서 사용되는 이방도전성 접착용 필름에 관한 것이다. 액정디스플레이의 고해상도, 칼라화가 진행되면서 픽셀피치(Pixel pitch)의 감소(현재 50㎛까지 제품화, LCD판넬상에 ITO증착된 미세회로의 한 Pad에서 다음 Pad까지의 거리) 및 그 판넬위에 인쇄된 리드(Lead)수가 증가되고 있는 추세에 있다. 이러한 기술적 요구에 의해 LCD판넬과 드라이버IC 및 PCB를 접속하는 LCD 패키징기술도 이에 대응하여 발전해오고 있다. 즉, 회로가 미세화되면서 이에 따른 패키징기술도 여러가지 방법으로 발전되고 있다. 특히, LCD패키징 기술 중에서도 가장 많이 사용되고 있는 것으로 COF(Chip-On-Film)법에 의한 LCD판넬과 PCB의 전기적 접속을 이방성도전막을 이용하여 패킹하는 법이 있으며, 또한 차세대 LCD패키징법으로 Driver IC Bare Chip을 LCD판넬위에 직접 IC접속법으로 접속시키고 PCB와의 접속은 FPC를 이용하여 이방성도전필름(ACF)으로 접속시키는 패키징법이 이용되고 있다. 이상에서 설명한 LCD패키징에 접속재료로서 사용되는 이방도전성 접착용 필름(Anisotropic Conductive Film)은 열경화성 접착제중에 도전성미립자를 분산시켜 이형 처리한 PET필름상에 코팅하는 방법으로 접착필름 형태로 제조한 Z-축 도전성접착제 필름을 의미하며, x-y 평면방향으로는 절연성을 지닌다. 이러한 이방도전성 접착용 필름은 지난 10여년간 일본의 히다찌 화성(일본특허공개평 5-21094, 5-226020, 7-302666, 7-302667, 7-302668등) 및 소니케미칼(일본특허공개평 7-211374, 8-311420, 9-199206, 9-199207, 9-31419, 9-63355, 9-115335)등에 의 해 많은 연구 및 상품화가 진행되어 왔다.
그러나, 점점 파인피치화 및 IC범프면적의 미소화에 따라 이방도전성 접착제 중에 함유되는 도전입자의 입경을 작게할 필요가 있고, 또 도통신뢰성을 향상시키기 위해 도전입자의 배합량을 증가시키는 경향이 있다.
그러나, 도전입자의 입경을 작게 하면 2차 응집에 의해 접속의 불균일이나 패턴간의 쇼트가 문제되고, 배합량을 늘리면 역시 패턴간의 쇼트가 문제된다.
이의 대책으로서 도전입자의 표면을 절연층으로 피복한 절연코트입자를 사용하거나, 이방도전성 접착용 필름을 다층화하여 접속시에 전극으로부터의 도전입자의 유출을 방지하는 시도도 이루어지고 있다.
그러나, 절연코트입자를 사용할 경우 그 경도 및 탄성에 의해 장기간의 도통신뢰성이 저하되는 것이 염려된다. 또 절연코트입자로서는 평균 입경이 5㎛ 정도의 것이 주로 사용되고 있지만, 이 입자의 배합량을 증가하면, 예를 들면 막당 40000개/㎟ 정도 배합하면, 범프간이 10㎛ 이하인 피치가 작은 파인 피치간 IC의 접속에서는 절연신뢰성을 유지하는 것이 곤란하게 된다.
한편, 다층화된 경우 도전입자의 배합량을 증가할 수 있어, 예를 들면 평균 입경이 3㎛ 정도의 입경이 작은 도전입자를 막당 80000개/㎟ 정도까지 배합할 수 있지만, 이 경우 고정밀도의 범프를 작성할 필요가 있는 외에, 접속할 때의 프레스 정밀도를 엄격하게 관리할 필요가 있는 등으로 인해 가격상승의 요인이 된다.
또한, 일본국 특개평 4-174980호에는, 가열에 의해 변형되는 도전입자의 표면을 열가소성 절연층으로 피복한 절연피복입자와, 이 절연피복입자보다 경질인 두 께제어입자를 가열에 의해 소성 유동성을 나타내는 절연성 접착제 중에 함유시킨 회로의 접속부재가 기재되어 있다.
그러나, 이 접속부재는 두께제어입자가 절연체인 경우 이 두께제어입자는 도통에는 관여하지 않으므로 높은 도통신뢰성이 얻어지기 어렵다. 또 두께제어입자가 도체인 경우는 배합량이 많아지면 단락이 일어나 절연신뢰성이 얻어지지 않는다. 또한 두께제어입자는 변형되지 않으므로 입경에 불균일이 있는 경우 가장 큰 입경의 입자에 의해 두께가 제어되고, 이보다 소입경의 입자는 도통에 관여 하지 않으므로 도통신뢰성이 부족하다.
또 일본국 특개평 9-102661호에는, 특정의 압축경도(K값)와 특정의 변형회복을 가지는 도전성 미립자를 사용한 전극간의 도전접속방법이 기재되어 있으나, 상기 도전성 미립자를 사용한 경우라도, 파인피치 IC의 접속에 있어서는 높은 도통신뢰성과 높은 절연신뢰성을 얻기는 힘들다.
본 발명의 목적은 범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도 쇼트나 회로패턴에 손상을 주지 않고 높은 도통신뢰성과 절연신뢰성이 얻어져서 전기적 접속신뢰성이 우수하고 저코스트로 용이하게 접속할 수 있는 이방도전성 접착용 필름을 제공하는 것이다.
본 발명은 에폭시기를 지닌 수지성분과 필름형성을 돕는 수지 성분을 주성분으로 하는 절연성 접착제중에 금속입자이고 가압에 의해 변형되는 입자인 도전입자 및 접착조건에서 일부 또는 완전 용융되는 열가소성의 절연성수지입자가 분산된 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 필름에 관한 것으로서, 이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 얻어지는 이방도전성 접착용 필름은 에폭시기를 가지는 수지성분, 필름형성을 돕는 수지성분 및 경화제 그리고 도전성을 부여하기 위하여 도전입자 및 절연성수지입자를 첨가하는 것으로 되어 있으며, 이밖에 분산성 및 필름형성을 돕는 첨가제 등의 성분들이 혼합된 것으로, 제1도에 도시된 구조로 되어 있다.
이방성도전필름의 구조는 에폭시계 절연성 접착제내에 금속입자 또는 수지입자에 금속이 코팅된 입자가 분산되어 있는 필름상으로 제2도에서와 같이 액정표시소자와 외부구동회로 등의 2개의 배선패턴간에 접속을 목적으로 하는 것으로 이를 접속시키기 위해 제3도에 나타나 있듯이 LCD판넬기판과 외부구동호로기판(TAB 또는 FPC)을 접합한후 가열, 가압함으로서 열경화성수지를 경화시키는 한편, 금속입자는 판넬의 양쪽 배선패턴사이에 구속되어 전기접속을 이루게 된다. 제4도는 종래의 이방도전성필름을 사용하여 액정표시소자와 구동용 집적회로를 접속시킨 상태의 단면도이다.
본 발명에서 사용한 에폭시기를 가지는 수지성분으로는 1분자내에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 다가 에폭시수지가 사용되는 것이 바람직하며, 구체적인 예로는, 페놀노볼락이나 크레졸노볼락의 노볼락수지, 비스페놀A, 비스페놀F, 비스히드록시페닐에테르 등의 다가 페놀류, 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판, 폴리프로필렌글리콜 등의 다가 알코올류, 에틸렌디아민, 트리에틸 렌테트라아민, 아닐린 등의 폴리아미노화합물, 프탈산, 이소프탈산 등의 다가 카르복시화합물과 그 외 다양한 지방족, 방향족 에폭시수지등이 있으며, 이것들은 단독 혹은 2개 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기의 수지조성물에 필름형성을 돕는 수지로는 선택된 경화제와 화학적인 반응을 하지 않으면서 필름형성이 잘 될 수 있는 수지가 사용가능하다. 구체적인 예로는 아크릴레이트수지, 에틸렌아크릴레이트공중합체, 에틸렌아크릴산공중합체 등의 아크릴수지, 에틸렌수지, 에티렌프로필렌공중합체 등의 올레핀수지, 부타디엔수지, 아크릴로나이트릴부타디엔공중합체, 스티렌부타디엔블록공중합체, 스티렌부타디엔스티렌블록공중합체, 카르복시화스티렌에틸렌부타디엔스티렌블록공중합체, 에틸렌스티렌부틸렌블록공중합체, 나이트릴부타디엔고무, 스티렌부타디엔고무, 클로로프렌고무 등의 고무류, 비닐부티알수지, 비닐포름수지 등의 비닐류수지, 폴리에스터, 시아네이트에스터수지 등의 에스터수지류, 그 외에 페녹시수지, 실리콘 고무, 우레탄 수지등이 있으며, 이것들을 단독 혹은 2개 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기의 경화제성분으로는 1분자내에 2개이상의 활성수소를 가지는 것이라면 사용가능하다. 구체적인 예로는 이미다졸계, 이소시아네이트계, 아민계, 아미드계, 산무수물계가 있으며, 이것들을 단독 혹은 2개 이상 혼합하여 사용함으로서 경화속도를 조정할 수 있다.
본 발명에 사용된 도전입자로는 금속입자나 무기 또는 유기입자에 금속을 코팅한 것으로 입경이 수 미크론인 입자가 사용가능하며, 구체적인 예로는 철, 망간, 아연, 금, 은, 니켈 등의 금속입자나 수지입자의 표면을 상기 금속으로 코팅한 입자가 사용될 수 있으며, 이것들을 단독 혹은 2개 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 도전성입자는 평균입경이 1~10㎛(좀 더 바람직하게는 3~5㎛)인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 사용되는 절연성수지입자로서는 각종의 열경화성수지, 열가소성의 수지나 고무를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 접속 후의 신뢰성의 점에서 열가소성의 수지가 바람직하다. 사용될 수 있는 절연성수지입자의 구체적인 예로는 아크릴레이트수지, 에틸렌아크릴레이트공중합체, 에틸렌아크릴산공중합체 등의 아크릴수지, 에틸렌수지, 에틸렌프로필렌공중합체 등의 올레핀수지, 부타디엔수지, 아크릴로나이트릴부타디엔공중합체, 스티렌부타디엔블록공중합체, 스티렌부타디엔스티렌블록공중합체, 카르복시화스티렌에틸렌부타디엔스티렌블록공중합체, 에틸렌스티렌부틸렌블록공중합체, 나이트릴부타디엔고무, 스티렌부타디엔고무, 클로로프렌고무 등의 고무류, 비닐부틸알수지, 비닐포름수지 등의 비닐류수지, 폴리에스터, 시아네이트에스터수지 등의 에스터수지류, 그 외에 페녹시수지, 실리콘 고무, 우레탄수지로 된 입자등이 있으며 이것들을 단독 혹은 2개 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착용 필름 중에 함유되는 절연성수지입자의 융점은 고융점의 절연성수지입자의 경우 150℃~200℃이며, 저융점의 절연성수지입자의 경우 80℃~150℃이며 이방도전성 접착용 필름 중에 고융점의 절연성수지입자 또는 저융점의 절연성수지입자를 단독 또는 두가지를 동시에 사용할 수 있는데, 특히 융점 이 100℃~130℃인 것이 IC칩을 회로기판에 접속시 도통신뢰성 및 절연신뢰성을 유지시키는데 더욱 유용하다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막 중에 함유되는 절연성수지입자는 그 입자경이 도전입자의 입자경에 0.5배~2.0배(보다 바람직하게는 0.7배~1.2배)인 것이 바람직하다. 입자경이 2㎛ 이하일 경우는 입자들의 응집이 예상되고 IC칩을 회로기판에 접속시 절연신뢰성이 문제가 될 수 있으며, 절연성수지입자의 입경이 10㎛ 이상일 경우는 IC칩을 회로기판에 접속시 도통신뢰성을 유지할 수 없게 된다.
본 발명의 이방도전성 접착용 막 중에 함유되는 도전입자 및 절연성수지입자의 배합량은 도전입자의 경우 20000~80000개/㎟(보다 바람직하게는 30000~60000개/㎟)가 바람직하며, 절연성수지입자의 경우는 특히 한정되지는 않지만, 도전입자 대 절연성수지입자 배합중량 비율이 10:1~1:10(보다 바람직하게는 3:1~1:3)로 하여 투입하는 것이 바람직하다.
또한, 절연성 접착제 성분에 대한 도전입자의 배합량은 3~10중량%가 적당한데, 3중량% 이하에서는 안정한 도전통로를 얻기가 어렵고, 10중량% 이상에서는 접속 회로간의 절연신뢰성을 얻기가 힘들다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
NBR고무(75중량부), 비스페놀A형에폭시수지(에폭시당량 6000, 15중량부)와 경화제 2-메틸이미다졸(7중량부)을 톨루엔 및 메칠에틸케톤의 혼합용매에 용해시킨 후 입자크기가 5㎛정도되는 아크릴수지입자를 실란카풀링제와 함께 잘 분산시킨 다음 이형PET필름 위에 코팅하여 건조후 두께 25㎛의 필름을 만들었다. 단위면적당의 필름 중에 함유된 도전입자의 개수는 20000개/㎟이고, 아크릴수지입자의 개수는 25000개㎟이었다.
이 이방도전성 접착용 필름을 사용하여 다음과 같이 IC칩의 도통평가 및 절연평가를 행하였다.
도통평가
사용된 평가용 IC칩의 범프 높이는 모두 약 40㎛, IC 사이즈는 6mm ×mm이다.
기판:BT수지 0.7mm 두께의 기판 상에, 8㎛ 두께의 Cu 및 Au 도금으로 배선패턴을 형성한 기판, 배선패턴간의 피치는 150㎛.
상기 IC칩과 기판과의 사이(범프 높이와 배선패턴 높이와의 합계는 약 58㎛에 상기 이방도전성 접착용 막을 기재시킨 상태에서, 온도 200℃, 압력 400㎏/㎠-범프의 조건으로 20초간 가열가압하고, 압착하여 접속했다. 이 접속샘플을 85℃, 85%RH, 1000Hr 에이징한 후, 저항상승치로 도통신뢰성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112000003161612-pat00001
: 저항 상승치 0.1Ω이하
△ : 저항 상승 0.1Ω를 초과하여 0.3이하
× : 저항 상승 0.3Ω초과
절연평가
IC칩: 범프 사이즈=70㎛ ×100㎛, 스페이스=10㎛, 범프 높이=20㎛, IC사이즈=6mm ×6mm 기판: 유리상에 ITO(Indium Tin Oxide)로 배선패턴을 작성한 투명기판, 피치=80㎛, 라인=70㎛, 쇼트 발생의 유무를 현미경으로 확인하기 위해 투명기판을 사용.
상기IC칩과 기판을 도통평가의 경우와 동일하게 하여 접속했다. 이 접속샘플을 85℃, 85%RH, 1000Hr 에이징한 후, 인접하는 2핀 25V, 1min 인가하여, 절연저항을 평가했다. 결과를 표 1에 나타냈다.
1010Ω이상:
Figure 112000003161612-pat00002
1010Ω이상: ×
<실시예 2~5, 비교예 1~8>
실시예 1의 절연성수지입자의 종류 및 배합량을 표 1 또는 표 2에 나타낸 바와같이 변경한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 실시하였으며, IC칩의 도통평가 및 절연평가를 실시예 1과 동일하게 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112006039848507-pat00009
Figure 112000003161612-pat00004
상기 실시예 및 비교예에 나타나듯이 본 발명의 이방도전성 접착용 필름은 절연성 접착제 중에 도전입자와 함께 열변형 또는 용융되는 절연성수지입자를 함유하고 있으므로 범프 또는 피치가 작은 IC를 접속하는 경우라도, 쇼트나 회로패턴에의 대미 지를 주지 않고 높은 도통신뢰성과 높은 절연 신뢰성이 얻어지고 더욱이 저코스트로 용이하게 접속할 수 있다.

Claims (5)

  1. 에폭시기를 지닌 수지성분과 필름형성을 돕는 수지성분을 주성분으로 하는 절연성 접착제에 대하여,
    a) 평균입경이 1~10㎛인 금속입자, 무기입자 및 유기입자로 구성되는 군으로부터 선택된 어느 하나를 핵재로하여 금속을 코팅한 입자로서 가압에 의해 변형되는 입자로 된 도전입자; 및
    b) 접착조건에서 일부 또는 완전용융되는 열가소성 수지로서 상기 도전입자의 핵재와 상이한 절연성수지입자를 포함하며,
    상기 도전입자와 절연성수지입자는 3:1 ~ 1:3의 배합중량비를 갖는 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 필름.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 절연성수지입자는 융점이 150~200℃인 고융점의 열가소성 수지입자와 융점이 80~150℃인 저융점의 열가소성 수지입자를 단독 또는 혼합하여 사용된 것인 이방도전성 접착용 필름.
  4. 제 3 항에 있어서, 절연성수지입자는 융점이 100~130℃인 이방도전성 접착용 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성수지입자의 평균입경은 2 ~ 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착용 필름.
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