KR100656518B1 - 다층 표면개질된 도전성 미립자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방 도전성 필름 - Google Patents

다층 표면개질된 도전성 미립자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방 도전성 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 다층 표면 개질된 도전성 미립자의 제조 방법은 고무계열의 심재물질인 미립자의 표면에 접착력을 향상시키기 위해 고분자 수지로 제1 복합개질화하고, 제1 복합개질화된 상기 미립자의 표면에 금속층을 도금하고, 그리고 금속층이 도금된 미립자의 표면에 고분자 수지로 제2 복합개질화하여 절연성을 띄는 미립자를 제조하는 단계로 이루어진다.
도전성 미립자, 절연성 미립자, 절연층, 심재물질, 이방도전성 필름

Description

다층 표면개질된 도전성 미립자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 이방 도전성 필름{Method Of Preparing Multi-surface Modified Electroconductive Particle}
도 1은 본 발명의 도전성 미립자의 제조 방법에 따른 표면 처리 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 도전성 미립자의 제조방법에 따른 도전성 미립자를 함유한 이방도전성 필름의 접속 시에 도전성 미립자의 변형 모습을 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *
1: 도전성 미립자 2: 구동 회로
3: 기판 4: 접착용 필름
11: 심재물질 12: 제1 표면개질용 수지
13: 금속층 14: 제2 표면개질용 수지
21: 범프(bump) 전극 31: 전극 패드
발명의 분야
본 발명은 도전성 미립자의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 심재물질로 고무계열의 물질을 도입하고 그 표면을 다층 복합개질화하여 절연성이 뛰어나고, 압궤에 의하여 z축 방향으로 통전되는 도전성 미립자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
최근 들어 액정표시장치의 고해상도, 칼라화가 진행되면서 픽셀피치(pixel pitch)가 감소되고, 액정표시장치 패널 위에 인쇄된 리드(lead)의 수가 증가되고 있는 추세에 있다. 이러한 기술적 요구에 의해 기판간의 접속을 위한 패키징 기술도 이에 대응하여 발전해 오고 있고, 회로가 미세화 되면서 이에 따른 패키징 기술도 여러 가지 방법으로 발전되고 있다.
일반적인 이방도전성 접착제는 접속 부품 사이에 위치되어 가열 및 압착된다. 기판과 평행한 방향으로 인접한 단자들은 전기를 통하지 않지만 수직방향으로 인접한 단자들은 전도된다. 이러한 전도기능은 필름 내의 접착 물질에 분산되어 있는 도전성 미립자가 맡고 있으며, 이러한 도전성 미립자는 심재물질(core)에 금속물질을 코팅하여 제조한다.
일본 공개특허공보 소52-147797호, 소61-277104호, 평1-225776호, 평1- 247501호, 평4-147513호 등에서는 상기와 같은 도전성 미립자에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 심재물질(core) 위에 도금층 만으로 이루어진 도전성 미립자의 경우 정밀 회로 내에서 인접한 단자 사이에 단락의 위험성이 항상 노출되어 있는 단점이 있다.
한편, 종래에 사용되고 있는 이방 도전재료의 심재물질(core)은 대부분 가교밀도가 높은 벤조구아나민이나 DVB(divinylbenzene) 등을 사용한다. 그러나, 이러한 입자들은 압력에 대한 반발력이 크기 때문에 도전입자와 접속패턴의 계면에 있어서 박리가 일어나고, 필름 들뜸 현상이 발생한다.
이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 고무 탄성체를 심재물질로 이용하면서 심재물질의 표면에 유기물질로 표면 개질을 해주어 금속층과의 박리문제를 해결하고, 금속층의 표면을 다시 유기물질로 표면개질을 하여 배선패턴 사이에 도전입자가 고르게 분산되지 않고 밀집되는 경우 입자간 접촉에 의한 리크(leak)가 일어나는 것을 방지할 수 있으며, 입자가 전극사이에서 압궤되는 경우 소성변형을 일으키지 않으면서도 z축 방향으로 전기전도성을 가지는 도전성 미립자를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 심재물질 미립자 표면에 유기 물질을 표면개질 함으로써 금속층과의 결합력을 높여 심재물질과 금속층 계면의 박리현상을 방지할 수 있는 다층 표면개질된 도전성 미립자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 도전성 미립자의 심재물질을 고무계열의 물질을 사용함으로써 심재물질 재료의 선택폭을 높일 수 있는 다층 표면개질된 도전성 미립자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이방도전성 필름에 사용하는 도전성 미립자의 최외각 표면을 절연층으로 구성함으로써 전극 사이에서 압궤될 경우에만 z축 방향으로 통전되는 도전성 미립자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판사이에 접착용 필름을 압착하는 경우에 인접하는 전극이 단락되는 것을 방지하고 z축 방향의 통전신뢰성이 높은 이방전도성 필름을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명에 따른 다층 표면 개질된 도전성 미립자의 제조 방법은 고무계열의 심재물질인 미립자의 표면에 접착력을 향상시키기 위해 고분자 수지로 제1 복합개질화하고, 제1 복합개질화된 상기 미립자의 표면에 금속층을 도금하고, 그리고 금속층이 도금된 미립자의 표면에 고분자 수지로 제2 복합개질화하여 절연성을 띄는 미립자를 제조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제조 방법에 따라 제조된 도전성 미립자를 포함하여 이루어지는 이방전도성 필름도 본 발명에 포함된다.
이하 본 발명의 내용을 첨부된 도면을 참고로 하기에 상세히 설명한다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
도 1은 본 발명의 도전성 미립자의 제조 방법에 따른 표면 처리 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 도전성 미립자의 제조 방법은 심재물질(11)의 표면에 접착력을 향상시키기 위한 고분자 수지(12)로 제1 복합개질화를 한 다음, 제1 복합개질화된 미립자의 표면에 금속층(13)을 도금하며, 그리고 금속층이 도금된 미립자의 표면에 고분자 수지로 제2 복합개질화하여 절연성을 나타내는 입자가 제조된다.
심재물질과 제1 복합개질화
본 발명에 사용되는 심재물질(11)은 고무계 미립자로서, 그 구체적인 예로는 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 아크릴산 부틸 고무, 아크릴산 2-에틸헥실-아크릴산 부틸 고무, 폴리 디메틸실록산 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 및 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 등을 들 수 있다.
상기 고무계열의 심재물질에 사용되는 가교성 모노머로는 메타크릴산알릴, 디알릴프탈레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디메타크 릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 미립자의 제조 방법에 사용되는 고무계열의 심재물질은 평균 입자직경이 1∼100 ㎛인 범위에서 적정하게 선택 가능하다.
본 발명의 심재물질의 표면에 금속층을 도금을 하기 전에 앞서, 금속 즉 도전재료와 심재물질과의 밀착성을 향상시키기 위해 표층부분을 복합개질화 하는 과정이 필요하다. 이 과정을 본 발명에서는 제1 복합개질화라고 칭한다. 이로써 종래의 기술로는 힘들었던 탄성변형을 보이는 고무계열의 심재물질에 대해 금속층의 도금을 용이하게 할 수 있게 되어, 전기적 접속 때에는 소성변형이 일어나지 않고, 에이징(aging) 중의 절연성 접착제 수지의 팽창 등에 따르는 도통저항의 상승을 회피할 수 있다.
상기 제1 복합개질화에 사용되는 물질의 예로는 에폭시 수지, 페놀수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 불소 수지 등의 고분자 수지로 한다. 이러한 고분자 수지의 유리전이온도는 50∼130 ℃ 인 것이 바람직하다. 이 범위를 벗어나는 온도의 유리전이온도를 갖는 경우에는 표면개질시 응집 및 코팅의 불균일 등의 문제가 생길 수 있다.
상기 제1 복합개질화에 사용되는 방법은 하이브리다이제이션 시스템(hybridization system)을 이용한 방법, 분무건조법(spraydrying), 진공증착 피복법, 코어 쉘 패션(core shell fashion)법 등을 사용할 수 있다. 이 중, 하이브리다이제이션 시스템(hybridization system)을 이용한 방법이 가장 바람직하다. 이 러한 하이브리다이제이션 시스템을 이용하는 경우, 일반적으로 8,000∼16,000 rpm의 회전수로 3∼6 분간 처리한다. 이러한 하이브리다이제이션 시스템을 이용하는 기술은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 용이하게 실시할 수 있다.
표면개질된 물질의 두께는 200 ㎚를 기준으로 ±100 ㎚로 형성하는데, 200 ㎚이상의 두께도 가능하지만, 그 이상의 두께에서는 심재물질과 금속과의 결합력에 영향을 주지 못하기 때문에 100∼200 ㎚의 범위가 바람직하다.
금속층의 도금
제1 복합개질화된 심재물질에 금속층을 코팅시켜 줌으로써, 도전체의 역할을 할 수 있도록 한다. 금속층을 코팅하는 방법으로는 상기한 하이브리다이제이션 시스템을 이용하는 방법 또는 무전해 도금법을 사용할 수 있다. 무전해 도금법으로 금속층을 형성하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자로부터 용이하게 실시될 수 있다.
금속층으로 도금되는 물질은 금, 은, 동, 니켈, 구리, 알루미늄, 크롬, 철, 알루미늄, 망간 등을 사용하고 이들 물질의 2개 이상의 혼합층으로 형성하는 것도 가능하다. 금속층의 두께는 단층의 경우 50∼150 ㎚, 두 층 이상의 혼합층인 경우에는 100∼300 ㎚로 형성하되, 바람직하게는 두 층 100 ㎚로 형성하는 것이 바람직하다.
제2 복합개질화를 통한 절연층 형성
상기한 방법에 의해 형성된 도전성 미립자는 필름 상에 분산되는데, 미립자의 최외각 층이 금속층으로 되어 있을 경우, 입자간 접촉에 의하여 전극사이가 단락되는 등의 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도전성 미립자의 표면에 2차 표면개질 및 절연층을 형성한다.
도전성 미립자에 절연층을 형성하는 제2 복합개질화에 사용하는 물질은 상기 제1 복합개질화에서 사용한 물질인 에폭시 수지, 페놀수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 불소계열 수지 등의 고분자 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 제2 복합개질화에 사용하는 표면개질 방법으로는 하이브리다이제이션 시스템(hybridization system)을 이용한 방법, 분무건조법(spraydrying), 진공증착 피복법, 코어 쉘 패션(core shell fashion)법 등을 사용할 수 있다. 이 중, 하이브리다이제이션 시스템(hybridization system)을 이용한 방법system)을 이용한 방법이 바람직하다. 하이브리다이제이션 시스템을 이용하는 경우, 8,000∼16,000 rpm의 회전수로 3∼6 분간 처리한다.
도 2는 본 발명에 따른 도전성 미립자를 함유한 이방도전성 필름을 압착하는 경우에 도전성 미립자의 압궤에 의한 변형 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 도전성 미립자(1)는 접착용 필름(4)에 함유되어 있으며, 구동회로(2)와 기판(3)이 접착용 필름에 압착되는 경 우에 범프 전극(21)과 전극 패드(31) 사이에 압궤됨으로써 z축 방향으로 전기를 통하게 된다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 도전성 미립자는 압궤되지 않는 경우에 최외각 층이 절연물질로 구성되어 있기 때문에 인접하는 전극간 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 및 비교실시예 1∼2: 도전입자의 제조
실시예 1에서는 평균입경 8 ㎛의 아크릴로니트릴-부타디엔 고무입자 10 g에 평균입경 1 ㎛의 폴리스티렌 수지 2 g을 16,000 rpm에서 5 분간 하이브리다이제이션 처리 후, 무전해 도금법에 의해 Ni/Au 도금을 실시하여 도전입자를 제조하였다.
비교실시예 1에서는 평균입경 8 ㎛의 아크릴로니트릴-부타디엔 고무입자 10 g에 대하여 Ni/Au 도금을 무전해 도금법으로 실시하여 만들었다. Ni/Au 도금시 입자와 도금과의 밀착성이 나빠서, 입자의 표면처리가 불균일하게 이루어 졌다.
비교실시예 2에서는 평균입경 8 ㎛의 디비닐벤젠 입자 10 g에 대하여 Ni/Au 도금을 무전해 도금법으로 실시하여 도전입자를 제조하였다.
실시예 2 및 비교실시예 3∼4: 제2 복합개질화를 통한 절연층 형성
실시예 2에서는 실시예 1에서 제조한 도전입자 10 g에 평균입경 1 ㎛의 아크릴로니트릴-스타이렌 수지 3 g을 16,000 rpm에서 5 분간 하이브리다이제이션 처리하여 절연층을 생성하였다.
비교실시예 3에서는 비교실시예 1에서 제조한 도전입자 10 g에 평균입경 1 ㎛의 아크릴로니트릴-스티렌 수지 3 g을 16,000 rpm에서 5 분간 하이브리다이제이션 처리하여 절연층을 생성하였다.
비교실시예 4에서는 비교실시예 2에서 제조한 도전입자 10 g에 평균입경 1 ㎛의 아크릴로니트릴-스티렌 수지 3 g을 16,000 rpm에서 5 분간 하이브리다이제이션 처리하여 절연층을 생성한 것이다.
상기 실시예 1∼2 및 비교실시예 1∼4의 방법으로 제조한 도전성 미립자를 사용하여 하기 방법에 의해 이방도전성 필름을 제조하였다.
NBR 고무 65 중량부, 에폭시당량이 7,000인 비스페놀 A형 에폭시 수지 25 중량부, 및 경화제 2-메틸이미다졸 4 중량부를 톨루엔 및 메틸에틸케톤의 혼합 용매에 용해시킨 후, 상기 상기 실시예 1∼2 및 비교실시예 1∼4의 방법으로 제조한 도전성 미립자를 실란 커플링제와 함께 각각 잘 분산시킨 다음, 이형 PET필름 위에 코팅하여 건조 후 두께 27 ㎛의 필름을 만들었다. 단위 면적당의 필름 중에 함유된 도전입자의 개수는 20,000 개/㎟였다.
이렇게 제조한 이방도전성 접착용 필름을 사용하여 다음과 같이 IC 칩의 절연성 및 박리정도를 평가하였다. 실시예 1 및 비교실시예 1∼2의 절연 평가와 박리정도 평가에 대한 결과를 하기 표 1에, 실시예 2 및 비교실시예 3∼4의 절연성 평가와 박리정도 평가에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
절연성 평가
절연성 평가에 사용된 IC 칩의 범프 전극의 높이는 모두 약 40 ㎛, IC 크기는 6 ㎜×㎜였다. 기판은 0.8 ㎜ 두께의 BT수지 기판 상에 8 ㎛ 두께의 구리 및 금 도금으로 배선패턴을 형성한 기판을 사용하였다. 상기 IC 칩과 기판 사이에 상기 이방도전성 접착용 막을 기재시킨 상태에서, 50 ℃의 온도, 10 MPa-bump의 압력 하에서 15 초간 가압하고, 압착하여 IC 칩과 기판을 접속시켰다. 범프의 높이와 배선패턴 높이와의 합계는 대략 58 ㎛였다. 이렇게 이루어진 접속샘플의 인접하는 두 개의 핀에 50 V의 전압을 10 초간 인가하여 절연저항을 평가하였다.
전도성 평가는 패턴사이의 저항 값이 10 Ω 이하일 때 ○, 10 Ω 이상일 때 ×로하여 평가하였다. 실시예 2 및 비교실시예 3∼4의 경우에는 도금된 입자 표면을 제2 복합개질화 처리한 것이므로 도전성 평가에서 ×가 나와야 신로성이 높은 것이다.
박리정도 평가
상기 절연평가에 사용되었던 IC 칩과 기판 사이에 이방도전성 접착용 막을 기재시킨 상태에서, 200 ℃의 온도 및 50 MPa의 압력 하에서 15 초간 가열 및 가압하고, 압착하여 접속시켰다. 이 접속샘플을 85 ℃의 온도 및 85 %의 상대습도 하에서 1,000 시간동안 에이징(aging)한 후, 단면을 절단하여 투과전자현미경(transmission electron microscope: T.E.M.)을 이용하 박리정도를 확인하였다.
박리정도 평가는 에이징한 샘플을 T.E.M.으로 확인하여 압궤된 입자 50 개 중에서 박리된 입자가 5개 이상일 때 ×, 3∼5 개일 때 △, 3개 미만일 때 ○로 하여 평가하였다.
도전성 평가 박리정도 평가
실시예 1 ○ ○
2 × ○
비교실시예 1 × △
2 ○ △
3 × △
4 × △
상기 표에서 보면, 제2 복합개질화를 통해 절연처리를 한 실시예 2 및 비교실시예 3∼4의 경우에 절연 신뢰성이 우수한 것임을 알 수 있다. 또한, 고무재질의 심재물질 입자에 하이브리다이제이션 처리를 하지 않은 비교실시예 1∼4의 경우에는 실시예 1∼2의 경우보다 계면 및 표면박리의 정도가 높음을 알 수 있다.
본 발명은 심재물질 미립자 표면에 유기 물질을 표면개질 함으로써 금속층과의 결합력을 높여 심재물질과 금속층 계면의 박리현상을 방지할 수 있고, 도전성 미립자의 심재물질을 고무계열의 물질을 사용함으로써 심재물질 재료의 선택폭을 높일 수 있으며, 이방도전성 필름에 사용하는 도전성 미립자의 최외각 표면을 절연층으로 구성함으로써 전극 사이에서 압궤될 경우에만 z축 방향으로 통전되기 때문에 기판사이에 접착용 필름을 압착하는 경우에 인접하는 전극이 단락되는 것을 방지하고 z축 방향의 통전신뢰성이 높은 도전성 미립자의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 도전성 미립자를 함유하는 이방전도성 필름을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (13)

  1. 고무계열의 심재물질인 미립자의 표면에 접착력을 향상시키기 위해 고분자 수지로 제1 복합개질화하고;
    제1 복합개질화된 상기 미립자의 표면에 금속층을 도금하고; 그리고
    금속층이 도금된 미립자의 표면에 고분자 수지로 제2 복합개질화하여 절연성을 띄는 미립자를 제조하는;
    단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고무계열의 심재물질은 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 아크릴산 부틸 고무, 아크릴산 2-에틸헥실-아크릴산 부틸 고무, 폴리 디메틸실록산 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 및 에틸렌-프로필렌-디엔 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고무계열의 심재물질은 평균 입자직경이 1∼100 ㎛인 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복합개질화에 사용되는 고분자 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 및 불소 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복합개질화에 사용되는 고분자 수지는 유리전이온도가 50∼130 ℃인 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복합개질화는 하이브리다이제이션(hybridization) 시스템을 이용하는 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하이브리다이제이션(hybridization) 시스템은 8,000∼16,000 rpm 회전수로 3∼6 분간 처리하는 것을 특징으로 하는 다층 표면개 질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 복합개질화된 물질의 두께는 100∼200 nm인 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속층을 도금하는 단계는 하이브리다이제이션(hybridization) 시스템을 이용하는 방법 또는 무전해 도금법을 이용하는 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 단층의 경우 50∼150 ㎚, 두 층이상의 혼합층일 경우에는 100∼300 ㎚인 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 복합개질화된 물질의 두께는 200∼400 nm인 것을 특징으로 하는 다층 표면개질화된 도전성 미립자의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항의 방법으로 제조되고, 다층 표면개질화된 도전성 미립자.
  13. 제12항의 다층 표면개질화된 도전성 미립자를 포함하여 이루어지는 이방도전성 필름.
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