KR101068146B1 - 기재간 접착 개선 방법 - Google Patents

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윤완수
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    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

본 발명은 기재(substance)간 접착 방법에 관한 것으로, 상세하게 a) 제1기재 상부에 나노 입자를 산포하는 단계; b) 상기 나노 입자를 식각 마스크로 상기 제1기재를 식각하여 상기 제1기재의 표면 거칠기를 제어하는 단계; c) 상기 거칠기가 제어된 제1기재 표면 상부에 제2기재를 도포 또는 부착하여 적층하는 단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있다.
본 발명의 접착 방법은 나노 입자를 마스크로 이용하여 기재의 표면에 나노기둥 구조체를 형성한 후 접착 대상 기재를 적층하여 계면 결합력을 향상시키는 효과가 있다.
표면, 거칠기, 나노 입자, 식각, 접착, 계면

Description

기재간 접착 개선 방법 {Method for Improving Interfacial Adhesion}
본 발명은 동종 또는 이종의 기재간 접착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 기재 표면에 나노기둥 구조체를 형성하여 매우 큰 계면 결합력을 갖는 접착 방법에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이, 회로기판등 다양한 전자 소자를 제작하고, 소자의 기능을 최적화 하는 과정에서 서로 다른 고체물질들이 다층의 박막 구조를 가지는 경우가 많다. 또한 임플란트와 같이 그 자체로는 비록 다층의 구조가 필요하지는 않더라도 이후에 사용되는 과정에서 다른 물질과의 결합을 필수적으로 요구하는 경우도 있다. 이렇게 서로 다른 물질들이 접합하는 경우에 인접한 층들이 충분한 접착력을 가지지 못하면 기대하는 특성을 나타내기 어렵기 때문에 계면에서 물질들 간의 결합력을 증가시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
계면에서 인접한 박막들간의 접착력을 증가시키기 위해 시도되는 대표적인 한가지 방법은 표면의 거칠기를 증가시키는 것이다.
포토레지스트(photoresist)를 표면에 패턴닝하고 광리소그래 피(photolithography) 방법을 적용하여 유전체 물질 층간의 결합력을 향상시키는 방법(미국공개특허 US2008/0020546 A1)은 대표적인 한 가지 예이다.
이외에도 플라즈마 처리를 통해 금속 박막의 박리를 줄인 예(대한민국 공개특허 10-2006-0122591), 알루미늄의 산화피막처리 공정을 적용한 예(대한민국 공개특허 10-2005-0047201), 나노튜브층의 형성 공정을 임플란트에 적용한 예 (대한민국 공개특허 10-2008-0111243)등 표면의 거칠기를 증가시켜 막들간의 접착력을 증가시키고자 하는 기술들이 다양하게 시도되고 있다.
또한 나노기둥(nano-pillar)구조체가 형성된 표면은 다른 물질과 강한 접착력을 나타낸다는 다양한 예들이 연구되어 발표되었다(P. B. Messersmith et al. Nature 2007, 448, 338; A. K. Geim et al. Nature Materials 2003, 2, 461; C. Greiner et al. Advanced Materials 2008, 20, 3905.). 이러한 나노기둥 구조는 다양한 방법으로 제작될 수 있는데, 전자빔 리소그래피 (e-beam lithography)나 나노입자를 이용하는 나노스피어 리소그래피 (nanosphere lithography)법 등이 있다.
특히 나노스피어 리소그래피 (nanosphere lithography)법은 쉽게 대면적의 나노구조체를 형성할 수 있기 때문에 주목을 받고 있는데, 이 기술을 적용하여 전계방출 에미터 전극을 제조한 예 (대한민국 특허 10-2006-0055575), 반도체 소자의 콘택 패턴 형성에 적용한 예 (대한민국 특허 10-2008-0008892), 다차원 나노 패턴의 형성에 적용한 예(대한민국 특허 10-2007-0016373) 등 다양한 예가 발견된다.
본 발명의 목적은 매우 큰 계면 결합력을 갖는 동종 또는 이종의 기재간 접착 방법을 제공하는 것이며, 상세하게 대면적의 표면에 빠르고 단순한 방법으로 나노기둥 구조체를 형성함으로써 표면의 거칠기를 제어하여 매우 큰 계면 결합력을 갖는 접착 방법을 제공하는 것이며, 비전도성 접착, 이방 전도성 접착, 전도성 접착등 접착의 종류에 구애됨 없이 사용되는 접착 방법을 제공하는 것이며, 물리적 충격에 강한 접착 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기재간 접착 방법은 a) 제1기재 상부에 나노 입자를 산포하는 단계; b) 상기 나노 입자를 식각 마스크로 상기 제1기재를 식각하여 상기 제1기재의 표면 거칠기를 제어하는 단계; c) 상기 거칠기가 제어된 제1기재 표면 상부에 제2기재를 도포 또는 부착하여 적층하는 단계;를 포함하여 수행되는 특징이 있다.
상기 b) 단계의 식각에 의해 상기 제1기재의 표면에는 나노기둥 구조체가 형성되어 표면 거칠기가 제어된다.
상기 표면 거칠기는 상기 b) 단계의 식각 깊이, 상기 a) 단계의 상기 나노 입자의 크기, 상기 나노 입자의 도포 밀도(개/표면면적) 및 상기 나노 입자의 형상에서 하나 이상 선택된 인자에 의해 제어되는 특징이 있으며, 상기 나노 입자의 크기는 입도 분포(distribution)를 갖는 나노 입자의 평균 크기를 의미하며, 상기 입 도 분포는 유니모달(unimodal), 바이모달(bimodal), 트라이모달(trimodal) 분포를 포함한다.
b) 단계의 상기 식각은 건식 또는 습식 식각이며, 바람직하게 방향성을 갖는 건식 식각, 보다 바람직하게 플라즈마 식각인 특징이 있다.
상기 나노 입자의 산포는 나노 입자가 분산된 분산액을 상기 제1기재 표면에 도포하고 상기 분산액의 액상을 제거하여 수행되는 특징이 있으며, 상기 분산액의 도포는 상기 분산액을 상기 제1기재 표면에 스핀코팅하거나 상기 제1기재를 상기 분산액에 함침하여 수행될 수 있다.
상기 제2기재는 열, 광 또는 경화제에 의해 경화되는 경화형 고분자 기재이며, 상기 c) 단계 후, 상기 제2기재를 경화하는 단계가 더 수행되는 특징이 있다. 이때, 상기 광은 자외선을 포함한다.
이때, 상기 열, 광 또는 경화제에 의한 제2기재의 경화시 접착면에 수직인 방향으로 접착 대상인 두 기재에 압력(compressive pressure)이 가해질 수 있다.
상기 나노입자와 상기 제1기재 표면간의 결합력을 향상시키기 위해, 상기 a) 단계 전, 상기 제1기재를 표면처리하여 상기 나노 입자와 결합하는 작용기를 형성하는 단계가 더 수행되는 특징이 있다.
상기 제1기재 상부에 상기 나노 입자를 산포하는 단계에서 상기 나노 입자가 분산된 분산액과의 접촉시 나노입자가 음 또는 양의 전하를 갖는 특징이 있을 때 제1기재가 나노입자가 나타내는 전하와 반대되는 양 또는 음의 전하를 갖는 작용기를 형성하는 단계가 더 수행될 수 있다. 이를 위해, 상기 a) 단계 전, 상기 제1기 재를 표면처리하여 상기 나노 입자가 분산된 분산액과의 접촉시 양 또는 음의 전하를 갖는 작용기를 형성하는 단계가 더 수행되는 특징이 있으며, 상기 a) 단계의 상기 나노입자는 상기 제1기재의 표면에 정전기적 인력으로 부착된 특징이 있다.
본 발명의 접착 방법은 상기 a) 내지 c) 단계를 단위 공정으로 하여 상기 단위 공정이 1회 이상 반복 수행되는 특징이 있으며, 바람직하게, c) 단계의 기재(이하 표면 거칠기가 제어된 기재 상부로 도포 또는 부착되는 기재를 대상 기재라 함)는 열, 광 또는 경화제에 의해 경화되는 경화형 고분자 기재이다. 이러한 반복 수행에 의해 동종 또는 이종의 기재(동종 또는 이종의 경화형 고분자 기재를 포함함)가 접착되는 특징이 있다. 상세하게, 상기 반복 수행 단계에서 본 발명에 따라 기재의 표면에 나노 입자를 산포하는 a) 단계, 나노입자를 식각 마스크로 하여 기재의 표면을 식각하는 b) 단계, 식각된 표면 상부에 대상 기재를 도포 또는 부착하여 적층하는 c) 단계가 반복적으로 수행되어, 다수개의 동종 또는 이종의 기재가 접착되는 특징이 있다. 반복 수행시, c) 단계 후 상기 대상 기재를 경화하는 단계가 수행된 다음 상기 a) 내지 c) 단계가 반복 수행되는 것이 바람직하다.
상기 b) 단계 후, 식각 또는 물리적 충격에 의해 상기 나노입자를 제거하는 단계가 더 수행될 수 있으며, 두 기재간에 나노입자가 존재하여도 무방한 경우 상기 c) 단계는 상기 나노 입자가 존재하는 상태에서 수행되는 특징이 있다.
상기 c) 단계의 제2기재는 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 특징이 있으며, 상기 필름형 접착제는 비전도성 필름(NCF; Non-Conductive Film); 비전도성 물질과 도전 입자(conductive particle)가 혼합된 이방 전도성 필름(ACF; Anisotropic Conductive Film); 또는 전도성 필름(Conductive Film);이며, 상기 페이스트형 접착제는 비전도성 페이스트(NCP; Non-Conductive Paste); 비전도성 물질과 도전 입자(conductive particle)가 혼합된 이방 전도성 페이스트(ACP; Anisotropic Conductive Paste); 또는 전도성 페이스트(Conductive Paste);이다.
상기 c) 단계의 제2기재가 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 경우, a) 단계의 상기 나노입자는 통전성 나노 입자인 특징이 있으며, 상기 c) 단계는 상기 나노 입자가 존재하는 상태에서 수행되는 특징이 있으며, 상기 c) 단계의 제2기재는 전도성 접착제인 특징이 있다. 이때, 상기 전도성 접착제는 전도성 필름 및 전도성 페이스트를 포함한다.
상기 c) 단계의 제2기재가 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 경우, a) 단계의 상기 나노입자는 통전성 나노 입자이고, 상기 c) 단계는 상기 나노 입자가 존재하는 상태에서 수행되는 특징이 있으며, 상기 c) 단계의 제2기재는 이방 전도성 접착제인 특징이 있다. 이때, 상기 이방 전도성 접착제는 이방 전도성 필름 및 이방 전도성 페이스트를 포함한다.
상기 c) 단계의 제2기재가 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 경우, 상기 제2기재인 접착제 상부로 상기 제1기재와 동종 또는 이종의 기재가 부착되는 단계가 더 수행되는 특징이 있다.
이때, 상기 동종 또는 이종의 기재가 접착제인 상기 제2기재와 접하는 표면은 상기 a) 내지 b) 단계에 의해 표면 거칠기가 제어된 표면인 특징이 있다.
상기 c) 단계의 제2기재가 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 경우, 상기 a) 내지 c) 단계 및 상기 c) 단계의 접착제 상부로 기재(이하, 접착제 상부로 부착되는 기재를 접착 기재라 함)가 부착되는 단계를 단위 공정으로 하여 상기 단위 공정이 1회 이상 반복 수행되는 특징이 있다.
상세하게, 상기 반복 수행 단계에서 본 발명에 따라 기재의 표면에 나노 입자를 산포하는 a) 단계, 나노입자를 식각 마스크로 하여 기재의 표면을 식각하는 b) 단계, 식각된 표면 상부에 접착제를 도포 또는 부착하여 적층하는 c) 단계, 및 상기 접착제 상부로 접착 기재를 접착하는 단계가 반복적으로 수행되어, 다수개의 동종 또는 이종의 기재가 접착되는 특징이 있다.
이때, 바람직하게, 상기 접착 기재의 상기 접착제와 접하는 표면은 상기 기재의 표면에 나노 입자를 산포하는 a) 단계 및 나노입자를 식각 마스크로 하여 기재의 표면을 식각하는 b) 단계와 유사한 단계에 의해 표면 거칠기가 제어된 표면이다.
상기 c) 단계의 접착제 또한 열, 광 또는 경화제에 의해 경화되는 접착제인 것이 바람직하며, 상기 단위 공정이 모두 반복된 후, 또는 상기 단위 공정이 반복되는 사이 상기 접착제의 경화가 수행될 수 있다. 접착제의 경화시 접착면에 수직인 방향으로 압력(compressive pressure)이 가해질 수 있다.
본 발명의 접착 방법에 있어, 상기 접착 기재 또는 대상 기재는 적층 기판을 구성하는 각 판들, 일 예로 인쇄회로기판(PCB)를 구성하는 폴리머 판과 동박판일 수 있으며, 반도체 칩과 유/무기 기판일 수 있으며, 반도체 칩과 반도체 웨이퍼일 수 있으며, 폴리머 판과 폴리머 판 일 수 있으며, 상기 접착에 의해 플립칩 접속이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 접착이 수행되고, 둘 이상의 기재가 접착된 접착물을 물리적으로 절단하는 단계(쏘잉 또는 다이싱)가 수행되어야 할 경우에도, 상기 나노기둥 구조체를 형성하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 나노기둥 구조체는 접착 계면에서 발생하는 크랙(crack)의 전파를 막는 역할을 한다.
a) 단계의 상기 나노입자는 1 nm 내지 1000 nm의 직경이며, 상기 나노 입자는 금속 나노 입자; 금속 산화물 나노 입자; IV족, II-VI족, III-V족의 반도체 나노 입자; 또는 고분자 나노입자;인 특징이 있다.
상기 b) 단계의 식각시, 기재의 손실을 최소화하며 높은 계면 접착력을 갖기 위해 상기 식각된 깊이는 1nm 내지 10㎛인 특징이 있다.
본 발명의 표면 거칠기 제어 방법은 기재의 손실(loss)을 최소화하며 기재 표면에 나노미터 오더(order) 내지 마이크로미터 오더(order)의 나노기둥 구조체를 매우 간단한 공정으로 형성 가능할 수 있으며, 두 기재의 접착 계면에 상기 나노기둥 구조체를 형성하여 계면 접착력을 획기적으로 향상시키는 효과가 있으며, 접착대상 기재의 물질과 무관하게 접착력을 향상시키는 효과가 있으며, 전도성, 이방 전도성, 비 전도성 접착등, 접착의 종류와 무관하게 적용 가능한 장점이 있으며, 접착후 수행될 수 있는 물리적 절단시 접착 계면에서의 파괴를 효과적으로 억제하는 장점이 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 접착 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 도면을 통한 보다 명확한 이해를 위해 도면에 도시된 각 구성요소는 과장되어 도시될 수 있으며, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 접착 방법을 도시한 일 공정도로, 도 1에 도시한 바와 같이 기재(100)의 접착하고자 하는 표면 상부에 나노 입자를 산포한 후, 상기 나노 입자를 식각 마스크(200)로 하여 기재(100) 표면을 식각한다.
상기 나노 입자의 산포는 나노 입자가 분산된 분산액을 상기 기재(100) 표면에 도포하고 상기 분산액의 액상을 제거하여 수행되는 특징이 있으며, 상기 분산액의 도포는 상기 분산액을 상기 기재(100) 표면에 스핀코팅하거나 상기 기재(100)를 상기 분산액에 함침하여 수행될 수 있다.
상기 기재(100) 표면의 식각은 기재(100)를 선택적으로 용해시키는 습식 에 칭에 의해 수행될 수 있으며, 플라즈마 식각이나 이온밀링 식각과 같이 방향성 있는 건식 식각에 의해 수행될 수 있다.
상기 식각 마스크(200)는 나노 입자의 산포 밀도(나노 입자 개수/기재 표면 면적), 나노 입자의 입도 분포, 나노 입자의 평균 크기, 및 나노 입자의 형상에 의해 결정되며, 상기 식각 마스크(200)인 나노입자에 의해 표면이 스크린(screen)되지 않은 표면이 식각되어, 기재(110) 표면에 나노 입자의 산포 패턴과 유사한 형상의 나노 기둥 구조체가 형성되게 된다.
상기 식각이 완료된 후, 상기 식각 마스크(200)가 존재하는 상태 또는 제거된 상태로 제2기재가 도포 또는 부착되어 적층될 수 있으며, 도 1은 식각 마스크(200)가 제거된 후, 제2기재가 도포 또는 부착된 경우를 도시한 것이다.
상기 식각 마스크(200)의 제거는 블레이드(blade), 초음파를 포함한 물리적 충격에 의해 제거될 수 있으며, 상기 식각 마스크(200)인 나노 입자를 선택적으로 용해시키는 용액을 이용하여 제거될 수 있으며, 방향성 있는 건식 식각을 통해 제거될 수 있으며, 상기 기재(100) 표면의 식각과 동시에 나노입자가 식각되어 기재(110) 표면의 식각의 완료와 동시에 나노입자가 제거될 수 있다.
바람직하게, 상기 제2기재는 열, 광, 경화제, 또는 이들의 조합에 의해 경화되는 경화형 고분자이며, 비록 도면에 도시하지 않았으나, 상기 제2기재의 도포 후, 제2기재의 경화가 수행되는 것이 바람직하다.
상기 나노 기둥 구조체가 형성되어 표면 거칠기가 제어된 기재(110)의 상부에 제2기재(310)를 적층하기 전에 제2기재와 결합력이 있는 작용기를 갖는 화합물 을 제1기재의 표면에 처리할 수 있다. 일 예로, 제2기재가 경화성 고분자인 경우 고분자 단량체 구조를 가지는 화합물을 제1기재의 표면에 처리하거나, 제2기재가 금속인 경우 티올 (-SH) 혹은 아민 (-NH2)과 같이 금속과 친화력을 갖는 작용기를 가지는 화합물을 제1기재의 표면에 처리할 수 있다.
기재(100)에 나노 입자를 산포하기 전, 상기 기재(100)와 나노 입자간 결합력을 향상시키기 위해, 상기 기재(100)를 표면처리 하는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 나노 입자로 분산액에 분산된 상태에서 음 또는 양의 전하를 갖는 나노 입자를 사용할 시 산포된 상기 나노입자는 상기 기재(100)의 표면에 정전기적 인력으로 부착된 것이 바람직하며, 이를 위해 도 2에 도시한 일 예와 유사하게 기재(100)를 표면처리하여 상기 나노 입자가 분산된 분산액과의 접촉시 음 또는 양의 전하를 갖는 작용기를 형성하는 단계가 더 수행되는 것이 바람직하다.
도 2의 일 예는 기재(100)를 산소플라즈마 처리하여 기재(100) 표면을 활성화 한 후, 아미노프로필트리메톡시실렌(APTMS; AminoPropylTriMethoxySilane) 처리하여 표면에 이용하여 -NH2 작용기를 노출시킨다. 이렇게 형성된 표면에 분산액을 도포하면, 분산액상에 존재하는 음전하를 띠는 나노입자와 표면의 작용기가 정전기적 인력을 통해 강하게 결합할 수 있다.
분산액, 바람직하게 수 분산액상 양 또는 음의 전하를 갖는 나노 입자의 일 예로, Frens에 의해 개발되어 현재 가장 보편적으로 사용되고 있는 금 양이온이 포함된 전구체(HAuCl4ㅇ3H2O)를 구연산나트륨(sodium citrate)으로 환원시키는 방법을 통해 제조하여 수 분산시 음전하를 갖는 금 나노입자를 얻을 수 있다.
도 2에서 적용한 정전기적 인력과 같은 물리적인 인력을 이용하여 나노입자의 표면 결합력을 향상시킨 경우와 다른 일 예로, 상기기재(100) 표면에 상기 나노입자와 화학적인 인력을 통해 결합할 수 있는 작용기를 부착하는 표면처리 과정을 수행하여 상기 나노입자와 상기 기재(100) 표면간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 나노 입자의 재질이 금인 경우, 금 자체와 강한 인력을 나타내는 -SH 작용기를 기재(100) 표면에 형성한다.
도 3은 도 2와 유사하게 분산액의 액상과 접촉시 나노 입자와 상보적인 표면 전하를 갖도록 표면 처리된 기재(101)에, 전하를 갖는 나노 입자(211)가 분산된 분산액을 기재(101) 표면에 도포한 후, 액상을 제거하여 나노 입자(211)를 산포한 후, 산포된 나노 입자(211)를 식각 마스크(200)로 하여 기재(101)를 식각하는 공정도를 도시한 일 예이다.
상기 도 3은 방향성 있는 건식 식각에 의해 기재(101)를 식각하는 경우를 도시한 것이며, 상기 방향성 있는 건식 식각은 플라즈마 식각이나 이온밀링 식각인 것이 바람직하다.
도 4는 도 2와 유사하게 분산액의 액상과 접촉시 나노 입자와 상보적인 표면 전하를 갖도록 표면 처리된 기재(101)에, 전하를 갖는 나노 입자(211)가 분산된 분산액을 기재(101) 표면에 도포한 후 액상을 제거하여 나노 입자(211)를 산포한 후, 기재(101)만을 선택적으로 용해하는 식각액을 이용한 습식 식각을 통해 기재(101) 표면에 나노기둥 구조체를 형성한 예이다.
도 5는 상기 건식 또는 습식 식각의 식각 깊이를 제어하여, 상기 기재(100) 표면에 형성된 나노기둥 구조체(111, 112, 113)의 크기를 제어하는 공정도이며, 상기 식각 깊이가 깊어질수록 보다 큰 나노기둥 구조체(111, 112, 113)가 형성되어, 기재(100) 표면의 표면 거칠기를 증대시킬 수 있다.
도 6은 상기 기재(100)의 표면에 산포되는 나노 입자의 밀도(산포된 나노 입자의 수/표면 면적)를 제어하여 상기 기재(100) 표면에 형성된 나노기공 구조체(114, 115)의 형상을 제어하는 공정도이며, 상기 나노 입자의 밀도가 커짐에 따라 상기 기재(100) 표면에 형성되는 요철을 증가시킬 수 있다.
도 7은 상기 기재(100)의 표면에 산포되는 나노 입자의 입도 분포(나노 입자의 평균 크기를 포함함)를 제어하여 상기 기재(100) 표면에 형성된 나노기공 구조체(116)의 형상을 제어하는 공정도이며, 나노 입자의 입도 분포에 따라 크기가 제어된 나노기둥 구조체가 형성된다.
도 8은 도 1에 도시된 기재의 표면에 나노 입자를 산포하는 a) 단계, 나노입자를 식각 마스크로 하여 기재의 표면을 식각하는 b) 단계, 식각된 표면 상부에 대상 기재를 도포 또는 부착하여 적층하는 c) 단계를 제1단위공정으로 하여, 상기 단위공정이 3번 반복되어 4개의 기재(110, 311, 312, 313)가 접착된 접착물을 도시한 것이다. 비록 도 8에는 상기 제1단위공정의 3회 반복을 도시한 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 나노 입자의 산포 및 나노입자를 식각 마스크로 한 기재의 식각에 의해 표면 거칠기가 제어된 기재 상부로 도포 또는 부착되어 적층되는 기재인 대상 기재는 열, 광 또는 경화제에 의해 경화되는 경화형 고분자 기재인 것 이 바람직하며, 상기 대상 기재의 적층 후, 대상 기재의 경화가 수행된 다음 상기 제1단위공정이 반복되는 것이 바람직하며, 경화된 대상 기재의 표면은 상기 제1단위공정의 반복에 의해 도 8에 도시한 바와 같이 표면 거칠기가 제어되게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 접착 방법의 다른 예를 도시한 공정도로, 표면 거칠기가 제어된 기재(110) 상부로 도포 또는 부착되어 적층되는 제2기재(310)가 접착제, 바람직하게 열, 광 또는 경화제에 의해 경화되는 접착제인 경우이다.
상기 제2기재(310)는 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제이며, 상기 필름형 접착제는 비전도성 필름(NCF; Non-Conductive Film); 비전도성 물질과 도전 입자(conductive particle)가 혼합된 이방 전도성 필름(ACF; Anisotropic Conductive Film); 또는 전도성 필름(Conductive Film);이며, 상기 페이스트형 접착제는 비전도성 페이스트(NCP; Non-Conductive Paste); 비전도성 물질과 도전 입자(conductive particle)가 혼합된 이방 전도성 페이스트(ACP; Anisotropic Conductive Paste); 또는 전도성 페이스트(Conductive Paste);이다.
바람직하게, 상기 제2기재(310)의 접착제는 열(열 경화 및 용매의 휘발에 의한 경화를 모두 포함함), UV를 포함한 광, 경화제, 또는 이들의 조합에 의해 경화되는 접착제이다. 상기 경화형 접착제는 통상의 다층기판의 제조, 반도체 실장, 패키지 제조에 사용되는 접착제이며, 일 예로, 폴리이미드계, 에폭시계, 아크릴계 수지를 포함한다.
표면에 나노 기둥 구조체가 형성되어 표면 거칠기가 제어된 기재(110)의 상부에 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 제2기재(310)를 적층 한 후, 상기 접착제 상부로 상기 표면 거칠기가 제어된 기재(110)과 동종 또는 이종의 기재(320)가 접착되며, 도 9에 도시한 바와 같이 상기 동종 또는 이종의 기재(320)가 접착제와 접하는 표면은 기재의 표면에 나노 입자를 산포하는 a) 단계 및 나노입자를 식각 마스크로 하여 기재의 표면을 식각하는 b) 단계와 유사한 단계에 의해 표면 거칠기가 제어된 표면인 특징이 있다.
상기 접착제(310)를 사이에 두고 접착되는 두 기재(110, 320)는 적층 기판을 구성하는 각 판들, 일 예로 인쇄회로기판(PCB)을 구성하는 폴리머판과 동박판일 수 있으며, 반도체 칩과 유/무기 기판일 수 있으며, 반도체 칩과 반도체 웨이퍼, 폴리머판과 폴리머판 일 수 있다.
도 9와 유사한 접착 방법의 반복 수행에 의해 동종 또는 이종의 판이 적층된 다층기판이 제조될 수 있으며, COG(Chip On Glass) 실장, COB(Chip On Board) 실장, COF(Chip on Film) 실장, FOG(Flip Chip on Glass) 실장, FOB(Flip Chip on Board) 실장, FOF(Flip Chip on Film) 실장, 표면 실장(SMT; Surface Mounting Tech.) 또는 패키지 실장을 포함하는 실장이 수행될 수 있으며, 전자부품 및 패키지가 제조될 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 기재의 표면에 나노 입자를 산포하는 a) 단계, 나노입자를 식각 마스크로 하여 기재의 표면을 식각하는 b) 단계, 식각된 표면 상부에 경화형 접착제를 도포 또는 부착하여 적층하는 c) 단계, 및 경화형 접착제 상부로 동종 또는 이종의 기재를 부착하는 단계를 제2단위공정으로 하여, 상기 제2단위공정이 3번 반복되어 경화형 접착제(310, 410, 510)를 사이에 두고 4개의 기재(110, 320, 420, 520)가 접착된 접착물을 도시한 것이다.
이하, 접착제 상부에 부착되는 기재를 접착 기재라 한다. 도 10에 도시한 바와 같이 제1기재(110)에 나노 입자를 산포하고 제1기재(110)를 식각하여 표면 거칠기를 제어한 후, 제1 경화성 접착제(310)를 적층 하고, 상기 제1 경화성 접착제(310) 상부에 접착 기재(320)를 적층한다. 이후, 상기 접착 기재(320)를 상기 제1기재(110)로 대치하여 제2단위공정이 재 수행된다. 상세하게, 상기 접착 기재(320) 상부에 나노 입자를 산포하고 접착 기재(320)를 식각하여 접착 기재(320)의 표면 거칠기를 제어한 후 제2 경화성 접착제(410)를 접착 기재(320) 상부로 적층하고, 상기 제2 경화성 접착제(410) 상부에 동종 또는 이종의 접착 기재(420)를 적층하는 제2단위공정이 반복 수행되게 된다.
상기 제2단위공정이 반복하여 수행되기 전, 접착 대상인 두 기재 사이에 존재하는 경화형 접착제의 경화가 수행될 수 있으며, 상기 제2단위공정이 반복 수행된 후, 최종적으로 모든 층의 경화형 접착제가 동시에 경화될 수 있다.
이때, 상기 도 10에 도시한 바와 같이 경화형 접착제(310, 410, 510) 상부로 접착 기재(320, 420, 520)를 적층하기 전, 접착제와 맞닿는 접착 기재(320, 420, 520)의 표면은 표면 거칠기가 제어된 상태일 수 있으며, 이러한 접착 기재(320, 420, 520)의 표면 거칠기 제어는 본 발명에서 상술한 바와 유사하게 나노 입자를 산포한 후, 상기 나노 입자를 식각 마스크로 하여 접착 기재(320, 420, 520)의 표면을 식각하여 수행될 수 있다.
상기 묘사된 제2단위공정의 반복에 의한 다수 기재의 접착공정의 일 변형으 로, 식각된 표면 상부에 경화형 접착제를 도포 또는 부착하여 적층하는 제 2단위공정의 c)단계 이후 경화형 접착제 상부로 동종 또는 이종의 기재를 부착하는 단계에서 상부에 부착되는 접착기재(320, 420)는 기재의 윗면과 아랫면, 즉 양면의 표면 거칠기가 모두 기 제어된 상태일 수 있다.
이때, 특히 다층 구조에서 중간에 삽입되는 접착기재(320, 420)의 양면이 모두 표면 거칠기가 제어된 상태에서 공정을 수행하면 반복공정의 과정에서 제 2단위공정 중 식각된 표면 상부에 경화형 접착제를 도포 또는 부착하여 적층하는 c) 단계, 및 경화형 접착제 상부로 동종 또는 이종의 기재를 부착하는 단계만을 반복하여 다수개의 기재를 부착할 수 있다.
따라서, 기재의 표면 거칠기를 제어하는 공정을 다수의 접착기재(320, 420, 520)에서 동시에 기 수행한 후, 식각된 표면 상부에 경화형 접착제를 도포 또는 부착하여 적층하는 c) 단계, 및 경화형 접착제 상부로 동종 또는 이종의 기재를 부착하는 단계만을 반복하여 보다 효율적으로 다수의 접착기재를 부착할 수 있다.
이러한 접착 기재(320, 420, 520)의 표면 거칠기 제어는 본 발명에서 상술한 바와 유사하게 나노 입자를 산포한 후, 상기 나노 입자를 식각 마스크로 하여 접착 기재(320, 420, 520)의 표면을 식각하여 수행될 수 있으며, 양면 표면 거칠기 제어는 나노 입자를 산포 및 접착 기재의 표면 식각과정을 양면에 대해 동시에 혹은 순차적으로 수행하여 제작할 수 있다.
상기 공정이 반복하여 수행되기 전, 접착 대상인 두 기재 사이에 존재하는 경화형 접착제의 경화가 수행될 수 있으며, 상기 공정이 반복 수행된 후, 최종적으 로 모든 층의 경화형 접착제가 동시에 경화될 수 있다.
도 11은 본 발명의 접착 방법을 수행함에 있어, 식각 마스크인 나노 입자(211)를 제거하지 않고, 경화형 접착제인 제2기재(311)가 도포 또는 부착되는 특징에 의해 제조된 접착물을 도시한 일 예로, 상기 경화형 접착제(311)가 비 전도성 접착제인 경우, 비 전도성 나노 입자를 기재(110) 표면에 산포하는 특징이 있으며, 상기 경화형 접착제(311)가 전도성 또는 이방 전도성 접착제인 경우, 전도성 나노 입자를 기재(110) 표면에 산포하는 특징이 있다.
이때, 상기 이방 전도성 접착제는 비전도성 수지에 전도성 물질이 입자형으로 혼합된 형태의 것이 바람직하며, 상기 식각 마스크인 전도성 나노 입자가 이방 전도성 접착제에 함유된 전도성을 갖는 입자와 유사한 역할을 수행하게 된다.
도 12는 전도성 나노입자(211)를 식각 마스크로 하여, 상기 나노 입자(211)가 제거되지 않은 상태로, 이방 전도성 접착제(310) 또는 전도성 접착제(310)가 도포 또는 부착되어 제조된 접착물을 도시한 것으로, 상기 전도성 나노입자(211)는 이방 전도성 또는 전도성 접착제(310) 내에 함유된 또는 전도성을 갖는 입자(C2)와 유사한 역할을 수행하게 된다.
도 13은 금 나노입자를 식각마스크로 사용한 일 예로, 수 분산된 금 나노입자의 농도에 따라 아크릴계 고분자 수지 표면에 금 나노입자가 산포되는 양상을 보여주는 SEM(Scanning Electron Microscopy) 사진이다.
도 14는 고분자 기재(도 14의 처음 고분자 표면)에 금 나노 입자를 산포한 후(도 14의 금나노입자 결합 후), 산포된 금 나노 입자를 식각 마스크로, 산소 플 라즈마 식각에 의한 고분자 기재의 식각(도 14의 고분자 식각 후) 양상을 보여주는 SEM 사진이다. 식각에 의해 식각 방향으로 기둥형상을 갖는 나노기공 구조체가 형성된 것을 알 수 있으며, 고분자 기재 표면에는 식각 마스크로 사용한 금 나노입자가 그대로 존재하고 있음을 확인할 수 있다.
도 15는 산소플라즈마 식각 시간을 제어하여 식각 깊이를 100nm, 500nm로 제어하고, 고분자 기재 표면에 남아있는 금 나노입자를 습식 식각으로 제거한 다음 고분자 기재 표면을 관찰한 SEM 사진이다.
도 16은 도 1과 유사한 공정으로 나노기공 구조체가 형성된 고분자 기재 표면에 아크릴계 고분자의 단량체를 적층하고 경화시킨 후, 두층 구조의 고분자 막을 물리적으로 절단한 절단면을 도시한 것으로, 본 발명에 따라 표면 거칠기를 제어한 후 경화형 고분자 물질을 적층한 경우 층간의 박리가 일어나지 않는 상태로 깨끗한 절단면을 가지는 것을 확인 할 수 있다(도 16의 (a)). 반면 통상의 방법으로 평평한 첫 번째 고분자층위에 두 번째 고분자 층을 형성한 경우에는 막을 절단하는 과정에서 두 층간에 박리가 심하게 일어나는 것을 확인할 수 있다(도 16의 (b)).
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있 는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 접착 방법을 도시한 일 공정도이며,
도 2는 본 발명의 접착 방법에서 기재의 표면 처리를 도시한 일 공정도이며,
도 3은 표면 처리된 기재를 대상으로 한 본 발명의 접착 방법을 도시한 일 공정도이며,
도 4는 표면 처리된 기재를 대상으로 한 본 발명의 접착 방법을 도시한 다른 공정도이며,
도 5는 본 발명의 접착 방법에서 식각 단계를 도시한 일 공정도이며,
도 6은 본 발명의 접착 방법에서 식각 단계를 도시한 다른 공정도이며,
도 7은 본 발명의 접착 방법에서 식각 단계를 도시한 또 다른 공정도이며,
도 8은 본 발명의 접착 방법의 반복에 따른 접착물을 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명의 접착 방법 도시한 다른 공정도이며,
도 10은 본 발명의 접착 방법으로 접착된 또 다른 접착물을 도시한 도면이며,
도 11은 본 발명의 접착 방법으로 접착된 또 다른 접착물을 도시한 도면이며,
도 12는 본 발명의 접착 방법으로 접착된 또 다른 접착물을 도시한 도면이며,
도 13은 본 발명의 접착 방법에서 나노 입자 도포 단계의 일 예이며,
도 14는 본 발명의 접착 방법에서 나노 입자 도포 및 식각 단계의 일 예이 며,
도 15는 본 발명의 접착 방법에서 나노 입자 도포 및 식각 단계의 다른 예이며,
도 16은 본 발명의 접착 방법에서 접착제의 접착 및 경화 후 절단 시험을 한 일 예이다.

Claims (13)

  1. a) 나노 입자가 분산된 분산액을 제1기재 표면에 도포하고 상기 분산액의 액상을 제거하여 상기 제1기재의 상부에 나노 입자를 산포하는 단계;
    b) 상기 나노 입자를 식각 마스크로 상기 제1기재를 식각하여 상기 제1기재의 표면 거칠기를 제어하는 단계; 및
    c) 상기 거칠기가 제어된 제1기재 표면 상부에 제2기재를 도포 또는 부착하는 단계;
    를 포함하여 수행되는 기재간 접착 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계의 식각 깊이; 상기 a) 단계의 상기 나노 입자의 크기; 상기 나노 입자의 도포 밀도(개/표면면적); 및 상기 나노 입자의 형상;에서 하나 이상 선택된 인자에 의해 상기 거칠기가 제어되는 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2기재는 열, 광 또는 경화제에 의해 경화되는 경화형 고분자 기재이며, 상기 c) 단계 후, 상기 제2기재를 경화하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 a) 단계 전, 상기 제1기재를 표면처리하여 상기 나노 입자와 결합하는 작용기를 형성하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계 후, 식각 또는 물리적 충격에 의해 상기 나노입자를 제거하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2기재는 필름형 접착제 또는 페이스트형 접착제인 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 나노입자는 통전성 나노 입자이고, 상기 c) 단계는 상기 나노 입자가 존재하는 상태에서 수행되며, 상기 제2기재는 전도성 접착제인 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 나노입자는 통전성 나노 입자이고, 상기 c) 단계는 상기 나노 입자가 존재하는 상태에서 수행되며, 상기 제2기재는 이방 전도성 접착제인 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  10. 제 7항 내지 제9항에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2기재인 접착제 상부로 상기 제1기재와 동종 또는 이종의 기재가 부착되는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 동종 또는 이종의 기재가 상기 제2기재와 접하는 표면은 상기 a) 내지 b) 단계에 의해 표면 거칠기가 제어된 표면인 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 a) 내지 c) 단계가 1회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자는 1 nm 내지 1000 nm의 직경이며, 상기 나노 입자는 금속 나노 입자; 금속 산화물 나노 입자; 또는 고분자 나노입자;인 것을 특징으로 하는 기재간 접착 방법.
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