KR100803433B1 - 접속 신뢰성이 개선된 이방성 도전 필름 및 이를 이용한회로 접속 구조체 - Google Patents

접속 신뢰성이 개선된 이방성 도전 필름 및 이를 이용한회로 접속 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이방성 도전 필름은, 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있는 이방성 도전 필름으로써, 이방성 도전 필름을 가열했을 때, 200℃에서 이방성 도전 필름의 질량 감소량이 0 내지 5%인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 회로 접속 구조체는, 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착된 피접속 부재를 구비하는 회로 접속 구조체에 있어서, 상기 이방성 도전 필름에 발생한 기포가 전체 면적의 0 내지 10%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이방성 도전 필름을 사용하면, 기포 발생이 적고 접속 신뢰성이 향상된다.
이방성 도전 필름, 접속 구조체, 기포, TGA

Description

접속 신뢰성이 개선된 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 회로 접속 구조체{Anisotropic conductive film with highly reliable bonding and circuit connecting structure using anisotropic conductive film}
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 일반적인 LCD 모듈을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이방성 도전 필름 및 이를 이용한회로 접속 구조체의 구성을 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 평단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200..피접속 부재 110, 210..전극
300..이방성 도전 필름 310..절연성 접착제
320..도전 입자 330..기포
본 발명은 미세 회로 기판의 전기적 접속에 이용되는 이방성 도전 필름(ACF;Anisotropic conductive film)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 ACF를 접속할 때 가열되는 온도와 가압되는 압력이 높아짐에 따라 ACF는 기포 발생이 증가하게 된다. 이때, 발생한 기포에 의해 ACF의 신뢰성이 저하되기 때문에 높은 온도와 압력에서도 기포 발생이 적은 ACF의 개발을 통하여 신뢰성이 높은 ACF 접속체를 구현할 수 있다.
일반적으로, 이방성 도전 필름은 피접속 부재의 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), 드라이버 IC회로 등을 패키징하는 접속 재료로 사용된다.
일 예로, LCD 모듈에는 TFT(Thin Film Transistor) 패턴들을 구동시키기 위해서 다수개의 드라이버 IC가 실장 된다. 드라이버 IC를 실장하는 방식은 크게, 별도의 구조물 없이 LCD 패널의 게이트 영역과 데이터 영역에 실장하는 방식인 COG(Chip on glass)마운팅 방식, 드라이버 IC를 탑재한 TCP(Tape carrier package)를 통해 LCD 패널의 게이트 영역과 데이터 영역에 간접적으로 드라이버 IC 를 실장하는 방식인 TAB(Tape Automated Bonding) 마운팅 방식으로 나뉜다.
그런데, 드라이버 IC 소자 측의 전극과 LCD 패널 측의 전극은 미소한 피치 간격으로 형성되어 있기 때문에 어느 실장 방식을 채용한다 하더라도 납땜 등의 수단을 사용하는 것은 곤란하다. 이와 같은 이유로, 드라이버 IC 측의 전극과 패널 측의 전극을 전기적으로 접속하는 공정에서는 이방성 도전 필름이 주로 사용된다.
도 1은 일반적인 TAB 방식을 채용한 LCD 모듈을 도시하는 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, LCD패널(20)의 행방향에는 외부 신호를 LCD 패널(20)에 전송하기 위한 소스측 인쇄회로기판(10)이 위치하고, 구동 IC(31)가 실장된 TCP(30)가 패널(20)과 인쇄회로기판(10) 사이를 전기적으로 연결한다. 이때 LCD 패널(20)과 TCP(30)의 사이 및 TCP(30)와 인쇄회로기판(10)은 이방성 도전 필름(40)으로 접속된다.
이방성 도전 필름(40)은 절연성 접착제에 도전입자를 분산시킨 것으로서, 피접속물 사이에 개재시켜 열 압착함으로써 대향하는 단자 사이에 도전입자가 접촉하여 전기적 접속을 이루게 된다. 이 때, x-y 평면상으로는 절연성이 유지되고 z축 방향으로는 도통이 이루어진다. 보다 상세하게, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도인 도 2를 참조하면, TCP(30)와 인쇄회로기판(10) 사이에, 절연성 접착성분(41) 및 절연성 접착성분(41)에 분산된 다수의 도전 입자(42)를 포함하는 이방성 도전 필름(40)이 개재된다. 그런 후 소정의 온도와 압력으로 압착하면, TCP(30)의 전극(32)과 인쇄회로기판(10)의 전극(14) 사이에 개재된 도전 입자(42)가 대향되는 전극(32, 14)을 전기적으로 접속시킨다. 이러한 접속 방식은 TCP(30)와 LCD 패널(20)의 전기적 접속에도 동일하게 적용된다.
이때, 온도와 압력이 높을수록 절연성 접착제의 경화 속도가 빠르며 도전 입 자의 변형이 잘 유발된다. 그러나 고온 고압에서 접착할 경우 이방성 도전 필름 내에 기포가 발생하는 단점이 있다. 이방성 도전 필름 내에 기포가 발생하면 가열시 이방성 도전 필름이 팽창하여 피접속 부재의 전극간 간격을 넓히게 되므로 접촉 불량이 발생하고, 고온 상태에서 기포 내로 수분이 유입되면 접속 부위에 크랙(crack)이 유발되어 신뢰성 있는 회로 접속체를 제조하는데 한계점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경하에서 창안된 것으로서, 이방성 도전 필름의 기포 발생을 억제하여 신뢰성 있는 접속이 가능한 회로 접속 구조체 및 이를 위한 이방성 도전 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이방성 도전 필름은 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있는 이방성 도전 필름으로서, 상기 이방성 도전 필름을 가열했을 때, 200℃에서 이방성 도전 필름의 질량 감소량이 0 내지 5%인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 상기 이방성 도전 필름을 가열했을 때, 200℃에서 이방성 도전 필름의 질량 감소량은 0 내지 2% 이다.
한편, 본 발명에 따른 회로 접속 구조체는, 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산된 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착된 피접속 부재를 구비하는 회로 접속 구조체로서, 상기 이방성 도전 필름에 발생한 기포가 전체 면적의 0 내지 10%인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 회로 접속 구조체의 이방성 도전 필름에 발생한 기포는 전체 면적의 0 내지 5%이다.
더 바람직하게, 상기 회로 접속 구조체의 이방성 도전 필름에 발생한 기포는 전체 면적의 0 내지 1%이다.
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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이방성 도전 필름과, 이를 이용하여 열 압착된 피접속 부재를 구비한 회로 접속 구조체의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이방성 도전 필름(300)은 절연성 접착제(310)와 도전 입자(320)를 포함한다.
상기 절연성 접착제(310)는, 접착성이 있는 전기 절연물질로 이루어져 피접속 부재(100, 200) 사이를 견고하게 접착 고정시킨다. 또한, 절연성 접착제(310)는 이방성 도전 필름(300)의 x-y 평면상으로 절연성을 유지시킨다. 즉, 절연성 접착제(310)는 인접하는 도전 입자(320)를 이격시켜 미세한 배선을 갖는 피접속 부재(100, 200)에서 인접하는 도전 입자(320)가 x-y 평면상으로 상호 접촉하여 도통이 일어나는 것을 방지한다.
이러한 절연성 접착제(310)는, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 기본 수지로 하여 이에 첨가되는 경화제 및 경화 물질로 이루어진다. 이때, 온도 변화에 따른 질량 감소량이 적은 경화제를 사용하는 것이 바람직하다. 이방성 도전 필름(300)을 가열하면서 온도 변화에 따라 변화되는 질량을 측정했을 때, 상술한 경화제를 사용하면 고온 환경에서 이방성 도전 필름(300)의 질량 감소량이 작아진다. 본 실시예에 따른 이방성 도전 필름(300)을 열분석 한 결과, 200℃에서의 질량 감소량은 0 내지 5%, 바람직하게는 0 내지 2%를 만족한다.
열분석 방법은, 열중량 분석기(TGA;Thermogravimetric analysis)를 이용하여 열로 인한 시료의 물리적, 화학적 변화로 생기는 무게 변동을 시간과 온도에 따라 분석하는 방법이다. 즉, 이방성 도전 필름(300)을 200℃까지 가열하면서, 온도에 따른 이방성 도전 필름(300)의 질량 변화를 측정하는 방법이다.
도전 입자(320)는, 피접속 부재(100, 200)에 형성된 전극(110, 210)을 전기적으로 연결시킨다. 바람직하게, 도전 입자(320)는 금, 은, 구리, 니켈 또는 이들의 화합물 중 선택된 어느 하나 이상의 금속으로 이루어진다.
한편, 도전 입자(320)는 배선 피치가 미세한 피접속 부재(100, 200)를 전기적으로 충분히 연결하기 위해 1 내지 15㎛의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이러한 수치에 한정되는 것은 아니며 피접속 부재(100, 200)의 특성에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
피접속 부재(100, 200)에 소정 간격으로 구비된 전극(110, 210)은 이방성 도전 필름(300)에 포함된 도전 입자(320)에 의해 상호 접속된다. 피접속 부재(100, 200)는 인쇄회로 기판(PCB), 연성회로 기판(FPC), TCP 또는 LCD 패널 등이 사용될 수 있다.
상기 이방성 도전 필름(300)을 이용하여 열 압착된 회로 접속 구조체를 제조하는 과정에서 이방성 도전 필름(300)은 180℃ 내지 200℃ 로 가열된다. 이때, 이방성 도전 필름(300) 내에는 상기한 온도 영역에서 휘발성을 갖는 성분이 포함되어 있어 열 압착 공정시, 도 4에 도시된 바와 같이 이방성 도전 필름(300)과 피접속 부재의 전극(110) 사이에 기포(330)가 발생한다. 이러한 기포(330)는 접속 신뢰성에 여러 문제점을 유발할 수 있다.
본 실시예에 따른 회로 접속 구조체는, 고온에서 질량 감소량이 적은 이방성 도전 필름(300)을 사용한다. 따라서, 열 압착 한 후 이방성 도전 필름(300)에 발생한 기포가 0 내지 10%이다. 바람직하게, 열 압착 한 후 이방성 도전 필름(300)에 발생한 기포는 0 내지 5%이다. 더 바람직하게, 열 압착 한 후 이방성 도전 필름(300)에 발생한 기포는 0 내지 1%이다.
만약, 상술한 이방성 도전 필름(300)의 질량 감소량이 5% 이하이면, 이방성 도전 필름(300) 내에 함유된 휘발성 성분(예컨대, 수분) 함량이 적기 때문에 열 압착 공정시 이방성 도전 필름(300)의 기포 발생이 현저하게 감소된다. 반면에, 이방 성 도전 필름(300)의 질량 감소량이 5% 보다 많으면, 이방성 도전 필름(300) 내에 함유된 휘발성 성분 함량이 많기 때문에 열 압착 공정시 이방성 도전 필름(300) 내에 많은 기포(330)가 발생한다.
이하에서는, 본 발명의 보다 구체적인 실험예를 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실험예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있다.
본 실험예에서는 이방성 도전 필름을 제조하는데 있어서, 절연성 접착제의 기본 수지, 경화제 및 경화 물질의 성분과 절연성 접착제 내에 분산되어 있는 도전 입자의 성분을 변화시켰다.
[실시예 1-1]
메트릭스 수지, 마이크로 캡슐화한 잠재성 경화제 및 도전 입자를 혼합하여 일반형 이방성 도전 필름을 제조하였다.
메트릭스 수지로는 수지로는 국도 화학사에서 제조한 YP50 페녹시 수지를 사용하였으며, 경화제로는 아사히 카세이사에서 제조한 HX3941, 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUL705를 사용하였다. 여기서, 메트릭스 수지인 YP50은 온도에 따른 질량 변화량이 작은 특성을 가지고 있다.
[실시예 1-2]
메트릭스 수지, 마이크로 캡슐화한 잠재성 경화제 및 도전 입자를 혼합하여 일반형 이방성 도전 필름을 제조하였다.
메트릭스 수지로는 솔루티아사에서 제조한 BUTVAR B90, 경화제로는 아사히 카세이사에서 제조한 HX3941, 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUL705를 사용하였다. 여기서, 메트릭스 수지인 BUTVAR B-90 수지는 온도에 따른 질량 변화량이 작은 특성을 가지고 있다.
[비교예 1-1]
메트릭스 수지, 마이크로 캡슐화한 잠재성 경화제 및 도전 입자를 혼합하여 일반형 이방성 도전 필름을 제조하였다.
메트릭스 수지로는 알드리치 사에서 제조한 PMMA(polymethyl methacrylate), 경화제로는 아사히 카세이사에서 제조한 HX3941, 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUL705를 사용하였다. 여기서, 메트릭스 수지인 PMMA는 온도에 따른 질량 변화량이 큰 특성을 가지고 있다.
[실시예 2-1]
메트릭스 수지, 라디칼 중합성 단량체(단량체), 열 경화성 개시제(경화제) 및 도전 입자를 혼합하여 속 경화형 이방성 도전 필름을 제조하였다.
메트릭스 수지로는 국도 화학사에서 제조한 YP50, 단량체로는 알드리치 사에서 제조한 Epoxy Acrylate, 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUL705를 사용하였고, 또한 단량체를 경화시키는 경화제로는 악조 노벨사에서 제조한 BPEH를 소량 첨가하였다. 여기서, 단량체인 Epoxy Acrylate는 온도에 따른 질량 변화량이 작은 특성을 가지고 있다.
[실시예 2-2]
메트릭스 수지, 라디칼 중합성 단량체(단량체), 열 경화성 개시제(경화제)및 도전 입자를 혼합하여 속 경화형 이방성 도전 필름을 제조하였다.
메트릭스 수지로는 국도 화학사에서 제조한 YP50, 단량체로는 사토머 상사에서 제조한 CN 1963, 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUL705를 사용하였고, 또한 단량체를 경화시키는 경화제로는 악조 노벨사에서 제조한 BPEH를 소량 첨가하였다. 여기서, 단량체인 CN1963 은 온도에 따른 질량 변화량이 작은 특성을 가지고 있다.
[비교예 2-1]
메트릭스 수지, 라디칼 중합성 단량체(단량체), 열 경화성 개시제(경화제)및 도전 입자를 혼합하여 속 경화형 이방성 도전 필름을 제조하였다.
메트릭스 수지로는 국도 화학사에서 제조한 YP50, 단량체로는 알드리치사에서 제조한 TPGDA(tripropylene glycol diacrylate), 도전 입자로는 세끼스이사에서 제조한 AUL705를 사용하였고, 또한 단량체를 경화시키는 경화제로는 악조 노벨사에서 제조한 BPEH를 소량 첨가하였다. 여기서, 단량체인 TPGDA는 온도에 따른 질량 변화량이 큰 특성을 가지고 있다.
하기 표 1은 상기 실험예(실시예 및 비교예)에 따라 측정된 이방성 도전 필름의 200℃에서의 질량 감소 정도와, 상기 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착된 회로 접속체의 기포 발생 정도와, 피접속 부재의 전극간 접속 저항값이다.
이방성 도전 필름의 200℃에서 TGA 질량 감소 정도 접속 후 이방성 도전 필름의 기포 발생 정도 열충격 실험 후 피 접속 부재의 전극간 접속 저항
실시예 1-1 2.4 % 9.4 % 1.2 Ω
실시예 1-2 2.1 % 8.2 % 1.4 Ω
비교예 1-1 8.2 % 21.4 % 10.5 Ω
실시예 2-1 1.75 % 2.1 % 0.8 Ω
실시예 2-2 1.56 % 1.5 % 0.9 Ω
비교예 2-1 5.4 % 12.9 % 7.4 Ω
표 1을 참조하면, 일반형 이방성 도전 필름인 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 비교예 1-1의 경우, 온도에 따른 질량 변화량이 작은 특성을 가진 메트릭스 수지를 사용했을 때(실시예1-1, 실시예 1-2) 이방성 도전 필름의 열 분석 결과, 200℃ 에서 질량 감소량이 각각 2.4%, 2.1%로, 온도에 따른 질량 변화량이 큰 특성을 가진 메트릭스 수지를 사용했을 때(비교예 1-1)보다 현저히 낮았다. 이에 따라 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착한 회로 접속 구조체에서 기포의 발생량도 실시예의 경우가 비교예에 비해 현저히 낮았다. 또한, 영하 40 도에서 영상 100 도까지의 열충격 실험을 100회 반복한 이후 피접속 부재간 접속 저항도 기포 발생이 적은 실시예의 경우가 비교예에 비해 현저히 낮았다.
그리고, 속 경화형 이방성 도전 필름인 실시예 2-1, 실시예 2-2 및 비교예 2-1의 경우, 온도에 따른 질량 변화량이 작은 특성을 가진 단량체를 사용했을 때(실시예 2-1, 실시예 2-2) 이방성 도전 필름의 열 분석 결과, 200℃ 에서 질량 감소량이 각각 1.75%, 1.56%로, 온도에 따른 질량 변화량이 큰 특성을 가진 단량체를 사용했을 때(비교예 2-1)보다 현저히 낮았다. 이에 따라 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착한 회로 접속 구조체에서 기포의 발생량도 실시예의 경우가 비교예에 비해 현저히 낮았다. 또한, 영하 40℃에서 영상 100℃까지의 열충격 실험을 100회 반복한 이후 피접속 부재간 접속 저항도 기포 발생이 적은 실시예의 경우가 비교예에 비해 현저히 낮았다.
따라서, 이방성 도전 필름의 고온에서의 질량 감소량이 작으면 예컨대 5% 이하이면, 이를 이용한 회로 접속 구조체의 열 압착 공정시, 기포 발생이 적고 이에 따라 피접속 부재의 영하 40℃에서 영상 100℃까지의 열충격 실험을 100회 반복한 이후 전극간 접속 저항도 작음을 알 수 있었다. 즉 접속 신뢰성이 향상됨을 알 수 있었다.
이상에서 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.
본 발명에 따른 이방성 도전 필름을 이용하면 피접속 부재를 열 압착할 때 발생되는 기포를 감소시킬 수 있다. 따라서, 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착된 피접속 부재를 구비한 회로 접속 구조체는 접속 공정에서 안정성이 확보되어 신뢰성 있는 제품을 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. 이방성 도전 필름에 있어서,
    절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있고,
    상기 절연성 접착제는, 메트릭스 수지, 단량체, 경화제를 포함하고,
    상기 이방성 도전 필름을 가열했을 때, 상기 절연성 접착제에 의해 200℃에서 이방성 도전 필름의 질량 감소량이 0 내지 5%인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메트릭스 수지가 200℃에서 상기 이방성 도전 필름의 질량 감소량이 0 내지 5%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단량체가 200℃에서 상기 이방성 도전 필름의 질량 감소량이 0 내지 5%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름.
  4. 이방성 도전 필름을 이용하여 열 압착된 피접속 부재를 구비하는 회로 접속 구조체에 있어서,
    상기 이방성 도전 필름은, 절연성 접착제를 기재로 하여 도전 입자가 분산되어 있고, 상기 절연성 접착제는, 메트릭스 수지, 단량체, 경화제를 포함하고, 상기 절연성 접착제에 의해 상기 이방성 도전 필름에 발생한 기포가 전체 면적의 0 내지 10%인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름을 이용한 회로 접속 구조체.
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