KR100733975B1 - 실리콘 중간체를 포함하는 이방성 도전성 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 회로 기판의 전기적 접속, 특히 액정 디스플레이(LCD)와 플렉시블 회로기판(FPC)의 접속, 반도체 IC와 IC 탑재용 회로기판의 마이크로 접합, 및 탭(TAB) 등에 이용되는 이방성 도전성 필름에 관한 것으로서, 절연성 접착제 수지, 도전성 입자, 및 실리콘 중간체를 포함하는 이방성 도전성 필름을 제공한다. 본 발명에 따른 도전성 필름은 접착강도, 접속 신뢰성, 내후성, 내습성, 열적 안정성 등 물리적 특성이 양호하고 수분에 의하여 물리적 특성이 저하되지 않는다.
이방성, 도전성, 필름, 실리콘 중간체, 수분, 내습성, 내열성

Description

실리콘 중간체를 포함하는 이방성 도전성 필름{Anisotropic Conductive Film Including Silicon Intermediate}
도 1은 이방성 도전성 필름의 단면도.
도 2는 이방성 도전성 필름에 의해 부착된 미세 회로 기판의 접속 상태 단면도.
본 발명은 이방성 도전성 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 회로기판의 전기적 접속, 특히 액정 디스플레이(LCD)와 플렉시블 회로기판(FPC)의 접속, 반도체 IC와 IC 탑재용 회로기판의 마이크로 접합, 및 탭(TAB) 등에 이용되는 이방성 도전성 필름(Anisotropic Conductive Film: ACF)에 관한 것이다.
최근의 전자 기기의 경량화, 소형화, 박형화의 추세에 따라서, 극소형 패키지 부품이 컴퓨터, 정보통신, 이동통신, 고급가전제품 등의 필수 부품으로 사용되고 있으며, 이와 같은 극소형 부품의 패키지에 사용되는 플립칩(Flip Chip)기술은 스마트 카트(smart cards), 액정표시장치(LCD) 및 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP) 등의 디스플레이(Display) 패키징, 컴퓨터, 휴대용 전화기, 각종 통신시스템 (Communication system) 등에 폭넓게 활용되고 있다. 또한 최근 급속히 발전하고 있는 반도체기술은 백만 개 이상의 셀(cell) 집적, 비메모리 소자의 경우 많은 입출력(Input/Output: I/O) 핀 개수, 큰 다이 크기, 많은 열 방출, 고전기적 성능 등을 요구하고 있으나, 반도체 기술의 급속한 발전에도 불구하고 전자 패키지 기술은 이를 뒷받침하지 못하고 있는 실정이다. 전자 패키지 기술은 최종전자 제품의 성능, 크기, 가격, 신뢰성 등을 결정하는 중요한 기술 중의 한 분야로서, 특히 고전기적 성능, 극소형/고밀도, 저전력, 다기능, 초고속 신호 처리, 영구적 신뢰성 등을 필요로 한다.
이같이 전자 기기의 경량화, 소형화, 박형화의 추세에 따라, 도전성 필름을 이용하여 미세 회로를 전기적으로 접속, 연결시키는 패키지 방법이 개발되어 사용되고 있다. 전도성 필름의 종류는 이방성 도전성 필름, 등방성 도전성 필름 등으로 분류할 수 있으며, 기본적으로 니켈, 금/폴리머, 은 등의 도전성 입자들과 열경화성, 열가소성의 절연수지로 구성되어 있다.
도 1은 이와 같은 이방성 도전성 필름(1)의 단면을 보다 상세하게 나타낸 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 통상적인 이방성 도전성 필름(1)은 절연성 접착제(2)로서 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 광경화성 수지를 사용하고, 여기에 입자크기 약 3-10㎛의 도전성 입자(4)를 분산시켜 만든 페이스트를 이형필름(3)위 에 코팅하여 필름화 한 것이다. 이방성 도전성 필름(1)은 종래 액정 디스플레이에 액정 표시기판(5)과 구동용 집적 회로(6)를 간단하게 접속하기 위하여 사용하여 왔다. 즉 도 2에 도시한 바와 같이, 이방성 도전 필름(1)을 액정 디스플레이의 유리기판(5) 및 구동회로(6)의 전극 사이에 끼운 후, 일정 온도에서 일정 시간 동안 가온, 가압하여, 수지 부분인 절연성 접착제(2)를 용융시켜, 액정 디스플레이의 유리기판(5) 및 구동회로(6) 사이의 공간에 충진시키고, 동시에 도전성 입자(4)가 액정 표시기판(5)의 전극과 구동회로(6)의 전극면에 접촉하도록 함으로서, 액정 디스플레이의 유리기판(5)과 구동회로(6)를 전기적으로 연결시키도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 이방성 전도성 필름은 일반적으로 수분에 매우 민감한 성질을 가지고 있으며, 수분 흡수에 의하여 접착 강도, 접속 신뢰성, 내후성 등이 저하될 뿐만 아니라, 열적 안정성이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 접착강도, 접속 신뢰성, 내후성, 내습성, 열적 안정성 등 물리적 특성이 양호한 이방성 도전성 필름을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 수분이나 열에 의하여 물리적 특성이 저하되지 않는 이방성 도전성 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절연성 접착제 수지, 도전성 입자, 및 실리콘 중간체를 포함하는 이방성 도전성 필름을 제공한다. 여기서, 상기 도전성 입자의 사용량은 상기 절연성 접착제 수지 100중량부에 대하여 5 내지 10 중량부이고, 상기 실리콘 중간체의 사용량은 상기 절연성 접착제 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 것이 바람직하며, 상기 실리콘 중간체는 수산화기를 갖는 저분자량의 중간체로서 평균분자량은 1000∼2000인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명은 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 이방성 도전성 필름에 사용되는 절연성 접착제 수지는 미세 회로를 상호 접착하기 위한 것으로서, 열경화성, 열가소성, 광경화성 수지를 광범위하게 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀-A 에폭시 수지 등의 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 스티렌 수지, 스티렌-부타티엔 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 아미드계 수지, 아크릴레이트계 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 에틸렌-비닐 수지, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 실리콘 수지, 아크릴계 수지 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 절연성 접착제 수지에는 로진, 터빈 수지, 구 마로인딘 수지 등으로 대표되는 점착제, 노화 방지제, 커플링제, 경화제 등을 첨가할 수도 있다.
상기 커플링제는 유기물인 접착제 수지와 유리나 금속 등과 같은 무기물간의 접착력을 증진시키기 위한 것으로서, 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란 (3-glycidoxypropyl trimethoxysilane), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡시실란 (2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl trimethoxysilane), 3-글리시딜옥시프로필 메틸 디에톡시실란 (3-glycidyloxypropyl methyldiethoxysilane) 등의 실란 화합물을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 절연성 접착제 수지 100중량부에 대하여 3 내지 5 중량부인 것이 바람직하다. 상기 경화제는 상기 절연성 접착제 수지의 경화를 촉진시키기 위한 것으로서, 이미다졸계 또는 아민계 경화제 등 통상적인 경화제를 사용할 수 있으며, 그 사용량은 절연성 접착제 수지 100중량부에 대하여 10 내지 50 중량부인 것이 바람직하다.
상기 도전성 입자는 두 미세 회로를 전기적으로 접속하기 위한 것으로서, 융점 및 경도가 높고 도전성이 우수한 입자를 광범위하게 사용할 수 있다. 사용 가능한 도전성 입자의 예로는 금(Au), 은(Ag), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 인듐(In), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 플라티늄(Pt), 크로뮴(Cr) 등이 코팅된 폴리스티렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 디비닐벤젠 등의 고분자를 예시할 수 있으며, 은(Ag) 분말 또는 니켈(Ni) 분말을 그대로 사용할 수도 있다. 상기 도전성 입자의 크기는 직경이 3 내지 20㎛인 것이 바람직하고, 입도편차 ±0.1㎛ 이내의 균일한 입도 분포를 가지면 더욱 바람직하다. 상기 도전성 입자는 상기 절연성 접착제 수지 100중량부에 대하여 5 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 만일 도전성 입자의 사용량이 5중량부 미만일 경우에는 접속회로간의 안정한 도전 통로를 얻기가 어렵고, 10중량부를 초과하면 접속회로간의 절연 신뢰성을 얻기가 힘들게 된다.
본 발명에 사용되는 실리콘 중간체는 수산화기를 갖는 저분자량의 중간체로서 평균분자량은 1000∼2000이고, 제레위티노프(Zerewitinoff)법에 의한 수산화기(OH content)의 양이 3∼5%인 것으로 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것이 바람직하다. 상기 화학식 1의 실리콘 중간체의 치환기인 R은 30개 이하의 탄소를 갖는 탄화수소기(hydrocarbon radical)로 구성되어 있다. 예로서 메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl), 이소프로필(isopropyl), 부틸(butyl)등의 알킬(alkyl)류와 비닐(vinyl), 아릴(allyl), 헥세닐(hexenyl), 부테닐(butenyl), 3-옥테닐(3-octenyl) 등의 알케닐(alkenyl)류, 프로피닐(propynyl), 헵티닐(heptynyl), 부티닐(butynyl)등의 알키닐(alkynyl)류, 1-펜텐-3-이닐(1-penten-3-ynyl), 데시닐(decynyl)등의 알키닐(alkynyl)류, 사이클로부틸(cyclobutyl), 사이클로펜틸(cyclopentyl), 사이클로헥실(cyclohexyl)등의 고리지방족(cycloaliphatic)류, 페닐(phenyl), 토릴(tolyl), 자이닐(xylyl) 등의 아릴(aryl)류, 헵틸(hepthyl), 벤질(benzyl)등의 아랄킬(aralkyl)류 등이 있다. 실리콘 중간체는 수산화기를 가지고 있으므로, 다음 반응식 1과 같은 반응을 통하여 광범위한 종류의 유기물 수지(organic resin) 및 단량체(monomer) 등과 반응한다. 따라서 상기 실리콘 중간체가 포함된 절연성 접착제 수지는 이들이 포함되지 않은 수지에 비하여 열적 안정성과 내후성이 증가하게 된다.
Figure 112001012213318-pat00001
≡Si―OH + HO-C≡ → ≡Si-O-C≡ + H2O
상기 실리콘 중간체로서 바람직한 것은 OH 함량 3.9%, 평균분자량=1600, 치환기 R = 페닐 또는 프로필인 것(예를 들면, DOW CORNING제품, 상품명: Z-6018)이다.
상기 실리콘 중간체의 사용량은 상기 절연성 접착제 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부인 것이 바람직하며, 만일 상기 중간체의 사용량이 1중량부 미만이면 내습성, 내열성의 상승 효과가 극히 미미하게 되고, 만일 상기 중간체의 사용량이 20중량부를 초과하면 이방성 도전성 필름의 물성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 도전성 이방성 필름을 제조하기 위해서는 먼저, 액상의 절연성 접착제 수지 100중량부에 도전성 입자 5 내지 10 중량부 및 실리콘 중간체 1 내지 20 중량부를 투입하고 균일하게 혼합한다. 이때 필요에 따라 커플링제를 첨가하거나, 경화제를 첨가할 수 있다. 또한 상기 혼합물을 이용하여 필름을 성형하기 위해서는, 고체 성분이 균일하게 분산되어야 할뿐 만 아니라, 상기 혼합물이 적절한 점도를 가져야 하므로, 상기 혼합물의 점도 조절 및 고체 성분의 분산을 위하여 유기용제를 더욱 첨가할 수도 있다. 상기 유기용제로는 메틸에틸케톤(MEK), 톨루엔(Toluene), 메틸이소부틸케톤 (MIBK), 에틸아세테이트(Ethyl Acetate) 등을 사용할 수 있으며, 상기 유기용제의 사용량은 사용되는 접착제 수지, 도전성 입자 및 실리콘 중간체의 종류 및 사용량에 따라 적절히 선정할 수 있다. 다음으로 상기 혼합물을 폴리에스테르 필름 등의 이형성 필름에 대략 100㎛ 이하, 바람직하게는 15 내지 45㎛의 두께로 코팅하고 건조하여, 본 발명에 따른 이형성 도전성 필름을 형성한다.
본 발명의 이방성 도전성 필름을 사용하여 액정 디스플레이(LCD)의 유리기판과 전극의 접속을 실시하는 경우에는, 도 2에서와 같이 이형 필름을 제거한 이방성 도전성 필름(1)을 액정 표시기판(5)과 구동용 집적 회로(6)사이에 개재하고, 미세 회로의 간격을 맞춘 후 1.0 내지 3.0MPa의 압력으로 액정 표시기판(5)과 구동용 집적 회로(6)를 접속시킨 상태에서, 100 내지 250℃에서 일정시간 가열 압착함으로써 절연성 수지(2)의 경화가 이루어지며, 미세 회로가 상호 접속된다.
이하, 본 발명에 따른 이방성 전도성 접착 필름의 실시예를 비교예와 함께 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 아래에 기술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
먼저, 액상 비스페놀-A 에폭시 수지(YD-128, 국도화학) 80중량부, 페녹시 수지(YP-50, 국도화학) 20중량부를 약 120℃로 가열하여 충분히 혼합한 후, 첨가제로 수산화기를 갖는 실리콘 중간체(Hydroxy-functional silicon, DOW CORNING, Z-6018)를 1중량부 넣어 주고, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, (CH3O)3SiCH2CH2CH2 OCH2CHOCH2: DOW CORNING Z-6040) 커플링제 5중량부를 메틸이소부틸케톤(MIBK)에 용해시켜 1차액을 만들었다. 여기에 아민계 경화제(AJINOMOTO, PN-23)를 30중량부를 넣어 열경화성 절연성 접착제 수지를 조액하였고, 도전성 입자로서 코어성분은 디비닐벤젠이고 금속 도금층의 함량이 10 내지 40 중량부인 입자를 수지 고형분에 대하여 10중량부를 혼합하고 분산시켰다. 이와 같은 방법으로 만든 도전성 입자를 포함하는 절연성 접착제 수지액을 이형필름인 PET 필름 상에 코팅 후, 건조하여 이방성 도전성 필름을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 수산화기를 갖는 실리콘 중간체를 5중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 이방성 도전성 필름을 제조하였다.
[실시예 3]
상기 수산화기를 갖는 실리콘 중간체를 10중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 이방성 도전성 필름을 제조하였다.
[실시예 4]
상기 수산화기를 갖는 실리콘 중간체를 15중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 이방성 도전성 필름을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 수산화기를 갖는 실리콘 중간체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 이방성 도전성 필름을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 이방성 전도성 필름을 액정 디스플레이용 ITO유리(ITO glass, 저항치 15~20Ω/sq)와 플렉시블 구동 회로 기판(FPC, PI 90㎛, Sn 도금된 Cu 20㎛, 회로간격(Pitch)=0.2mm)의 전극에 끼우고, 1.0 MPa의 압력으로 80℃에서 5초간 가압, 가열하여 가압착을 한 후, 이방성 전도성 필름의 이형지 필름을 제거한 다음, 2.0 MPa의 압력으로 180℃에서 20초간 가압, 가열하여 시편을 제조한 다음, 접속 저항치와 접착력을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 동일한 방법으로 만들어진 시편을 고온, 고습 환경(85℃, 85%RH)에서 100시간동안 방치시킨 후, 저항치를 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 접속 저항치는 4단자법(Four Probe Method)을 이용하여 측정하였으며, 접착력은 박리시험(90。 Peeling Test)을 통하여 얻었다.
Z-6018 함량 (중량부) 접착력 (N/cm) 접속저항(Ω)
초기 고온고습 방치후 Δ 초기 고온고습 방치후 Δ
실시예 1 1 11.5 10.4 -1.1 1.2 6.3 +5.1
실시예 2 5 12.2 12.0 -0.2 1.3 4.2 +2.9
실시예 3 10 11.9 11.7 -0.1 1.5 4.1 +2.6
실시예 4 15 9.8 8.5 -1.3 1.9 7.1 +5.2
비교예 1 사용안함 11.3 9.7 -1.6 1.3 8.6 +7.3


표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 접착력의 경우 실시예 및 비교예가 유사하게 우수하고, 접속저항의 경우 초기저항은 실시예와 비교예가 유사하나, 시편을 고온, 고습 환경에 방치시킨 후에는 비교예의 저항치가 현저히 증가함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 이방성 도전성 필름은 접착제 수지 내에 실리콘 중간체로서 수산화기를 갖는 실리콘이 첨가됨으로서, 내습성, 내후성 및 내열성이 우수할 뿐만 아니라, 열악한 환경에서도 미세 회로를 신뢰성 있게 접속함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 수산화기를 갖는 실리콘 중간체를 혼합하여 이방성 도전성 필름을 제조하면, 실리콘 중간체가 수지와 반응하여 수지의 열적 안정성, 내습성 및 내후성을 증가시킴으로 인하여, 수분흡수에 의한 접착 강도의 약화를 방지하는 한편, 고열에 견디는 특성을 부여하여, 회로를 접속할 경우 접촉 저항치의 편차가 극히 작고, 내후성 및 접속 신뢰성을 개선시킨다.

Claims (4)

  1. 절연성 접착제 수지, 도전성 입자, 및 실리콘 중간체를 포함하며, 상기 도전성 입자의 사용량은 상기 절연성 접착제 수지 100중량부에 대하여 5 내지 10 중량부이고, 상기 실리콘 중간체의 사용량은 상기 절연성 접착제 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부이며, 상기 실리콘 중간체는 수산화기를 갖는 저분자량의 중간체로서 하기 화학식 1(여기서 R은 30개 이하의 탄소를 갖는 탄화수소기(hydrocarbon radical)이다.)로 표시되며, 평균분자량은 1000∼2000인 것인 이방성 도전성 필름.
    [화학식 1]
    Figure 112007020982585-pat00005
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 절연성 접착제 수지는 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 스티렌 수지, 스티렌-부타티엔 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 아미드계 수지, 아크릴레이트계 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 에틸렌-비닐 수지, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 실리콘 수지, 아크릴계 수지의 열경화성, 열가소성, 광경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 수지를 단독으로 또는 혼합하여 만들어진 이방성 도전성 필름.
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