KR101095533B1 - 탄성 회복 특성이 조절된 이방도전필름 및 이를 이용한회로접속구조체 - Google Patents

탄성 회복 특성이 조절된 이방도전필름 및 이를 이용한회로접속구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아래의 식으로 표현되는 탄성 회복 지수(ε)가 0.05≤ε≤0.15 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 에폭시계 이방도전필름에 관한 것이다.
ε = (L2/L1)
(여기서, L1 : 경화전 이방도전필름을 2kgf/㎠의 인장력으로 잡아당겼을때 늘어나는 길이, L2 : 상기 2kgf/㎠의 인장력을 제거하였을 때, 줄어드는 길이)
탄성 회복율, 이방도전필름(ACF)

Description

탄성 회복 특성이 조절된 이방도전필름 및 이를 이용한 회로접속구조체{Anisotropic Conductive Film Having A Optimum Elastic Restitution Property And Circuit Board Using The Same}
본 발명은 회로 기판 끼리 또는 IC 칩 등의 전자 부품과 배선기판과의 접속에 사용되는 이방도전필름 및 이를 이용한 회로 접속구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탄성 회복 특성이 조절된 이방도전필름에 관한 것이다.
회로기판끼리 또는 IC 칩 등의 전자부품과 회로기판을 전기적으로 접속하기 위해서, 접착제에 도전입자가 분산되어 있는 이방도전필름이 사용되고 있다. 이 경우, 이방도전필름을 서로 대치하는 전극 사이에 배치하고, 가열, 가압에 의해 전극 끼리 접속한 후, 가압 방향으로 도전성을 갖게 하는 것에 의해 전기적 접속을 행한다. 이러한 이방도전필름은 대표적으로 LCD 모듈에서 LCD 패널, 인쇄회로기판(PCB), 드라이버 IC 등의 패키징을 위해 사용된다.
현재 LCD는 노트북 PC나 모니터 및 텔레비젼 대상의 대형 패널로부터 휴대전화나 PDA(Personal Digital Assistant), 게임 등의 모바일 기기 대상의 중,소형 패널까지 다양한 용도에 적용되고 있으나, 이들의 LCD에는 이방도전필름에 의한 드라 이버 IC의 실장이 채용되고 있다. LCD에서의 드라이버 IC 실장은, 드라이버 IC를 테이프 캐리어 패키지(TCP : Tape Carrier Package)화 하거나 COF(Chip On Film)화하고, 이것을 LCD 패널에 접착시키는 OLB(Outer Lead Bonding) 방식이나 프린트 회로기판(PCB : Printed Circuit Board)에 접착시키는 PCB 방식이 채용되고 있다. 또한, 휴대전화 등의 중,소형 LCD에서는, 드라이버 IC를 이방도전필름에 의해 직접 LCD 패널에 실장하는 COG(Chip On Glass) 방식이 채용되고 있다.
이와 같이, 회로기판끼리 또는 IC 칩 등의 전자부품과 회로기판을 이방도전필름을 이용하여 접속함에 있어서, 가장 문제가 되는 것은 접속 신뢰성이다. 즉, 이방도전필름에 있어서는 높은 접착성과 더불어 우수한 도통 신뢰성이 요구된다.
이방도전필름의 접속 신뢰성은 주로 압흔 특성을 통해 관찰되는데, 이 압흔 특성은 피접착부재 사이에 개재된 이방도전필름의 도전 입자가 피접착부재의 전극 사이에 눌려 있는 상태를 나타낸다. 따라서, 압흔 특성이 양호하다는 것은 도전 입자가 전극 사이에 잘 눌려져서 가압 방향으로의 전기적 접속 특성이 우수하다는 것을 나타내고, 압흔 특성이 나쁘다는 것은 도전 입자가 전극 사이에서 충분히 눌리지 않아 전기적 접속이 불량하다는 것을 나타낸다.
지금까지 이방도전필름의 압흔 특성은 주로 이방도전필름의 경화율과 밀접한 관련을 갖는 것으로 보고되어 왔다. 하지만, 본 압착시에는 압흔 특성이 좋았으나 본 압착 직후에 이방도전필름이 탄성 회복되어 압흔 특성이 다시 나빠질 수 있다.
즉, 경화율과 탄성 모듈러스가 우수한 이방도전필름은 기본적인 압흔 특성의 우수성을 보장할 수는 있지만, 본 압착 후의 압흔 특성의 우수성까지 담보하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 본 압착 후에도 우수한 압흔 특성을 그대로 유지할 수 있는 이방도전필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 이방도전필름은 필름 형성을 위한 열가소성 수지, 바인더로 사용되는 에폭시계 열경화성 수지, 경화제, 도전입자 및 이형 필름으로 이루어지는 것으로서, 서로 대치하는 회로 부재 사이에 개재된 후 열압착에 의해 대향하는 회로 부재를 서로 접착시킬 뿐만 아니라 전기적으로 접속시킨다.
또한, 이방도전필름의 베이스 수지(특히, 열경화성 수지)는 수지 자체의 특 성으로 인해 소정의 탄성 회복력을 갖는다. 따라서, 회로부재 사이에서 이방도전필름이 본 압착된 후, 상기 탄성 회복력으로 인해 회로부재의 전극 사이가 들뜨게 되어 압흔 특성이 나빠질 수 있다.
이러한 이방도전필름의 탄성 회복력으로 인한 압흔 특성의 문제점이 도 1 및 도 2에 잘 나타나 있다. 도 1은 본 압착후 압력이 제거되기 전의 회로 접속 상태도이고, 도 2는 본 압착후 압력이 제거된 후의 회로 접속 상태도이다.
도면을 참조하면, 서로 대치하는 회로 부재 사이에 이방도전필름을 개재하고, 가열, 가압하면, 회로 부재의 양 전극 사이에 도전 입자가 개재된 상태로 눌리면서 본 압착이 이루어진다.(도 2 참조) 그러나, 도 3과 같이 본 압착이 완료된 후, 회로 부재를 가압하고 있던 압력이 사라지게 되면, 이방도전필름에 화살표 방향의 탄성 회복력이 발생하여 전극과 전극 사이가 들뜨게 된다.
따라서, 본 압착후에도 압흔 특성을 우수하게 유지하기 위해서는 이방도전필름의 탄성 회복 특성을 최적의 상태로 조절해야 한다.
본 발명자들은 본 압착후에도 우수한 접속 신뢰성을 나타내기 위한 이방도전필름의 탄성 회복 특성을 하기 수학식 1로 표현되는 탄성 회복 지수(ε)로 나타내었다.
ε = (L2/L1)
(여기서, L1 : 경화전 이방도전필름을 2kgf/㎠의 인장력으로 잡아당겼을때 늘어나는 길이, L2 : 상기 2kgf/㎠의 인장력을 제거하였을 때, 줄어드는 길이)
본 발명에 따른 에폭시계 이방도전필름은 상기 탄성 회복 지수(ε)가 0.05 ≤ε≤ 0.15의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이방도전필름은 본 압착후 압력을 제거하여도 우수한 압흔 특성을 그대로 유지한다. 따라서, 기판끼리 또는 IC 칩 등의 전자부품과 회로기판을 전기적으로 접속함에 있어서, 높은 접착성과 도통 신뢰성을 구현할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 각 도면중에서 동일 부호는 동일 또는 동등한 구성요소를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이방도전필름(10)이 서로 대향하는 회로기판(20, 30) 사이에 개재된 상태를 도시하고 있다.
상기 이방도전필름(10)은 필름 형성을 위한 열가소성 수지, 바인더로서의 열경화성 수지, 경화제, 도전 입자, 이형 필름 및 기타 첨가제로 이루어진다.
상기 열가소성 수지로는 폴리비닐 부티랄, 페녹시 수지 중 어느 하나로 30 ~ 60중량% 사용할 수 있다.
상기 열경화성 수지로는 에폭시계 수지가 바람직한데, 특히, 비스페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등을 단독 또는 혼합하여 30 ~ 70중량% 사용할 수 있다.
상기 경화제로는 에폭시 수지용 경화제가 바람직한데, 특히, 보존 안정성이 우수하고, 경화속도가 빠른 잠재성 경화제를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 이미다졸계(이미다졸, 2-에틸 이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 2-도데실 이미다졸, 2-페닐 이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 4-메틸 이미다졸 등)를 0.1 ~ 10 중량% 사용할 수 있다.
상기 도전 입자로는, OLB 방식이나 COG 방식의 이방도전필름의 경우는, 금-니켈 코팅된 폴리머볼이나 금 코팅된 니케볼이 사용되고, PCB 방식의 이방도전필름의 경우는 니켈볼이 사용될 수 있다.
기타, 첨가제로서 실란 커플링제(접착력 증진제), 접착력 부여제 등이 부가적으로 사용될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 이방도전필름은 열가소성 수지의 종류나 함량, 열경화성 수지의 종류나 함량, 경화제의 종류나 함량 및 첨가제의 종류 등을 변경하는 것에 의해 아래에서 상세하게 설명하는 탄성 회복 지수(ε)를 다양하게 조절할 수 있다.
이하에서, 에폭시계 이방도전필름의 탄성 회복 특성을 나타내는 지표로서 탄성 회복 지수(ε)를 소개한다.
도 4는 이방도전필름의 스트레스에 따른 길이 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 이방도전필름의 인장강도 테스트를 수행하는 테스트 흐름도이다.
먼저, 도 5의 (a)와 같이 다수의 경화전 이방도전필름을 제작하고, 이들을 적층한 후 압축 롤러를 통과시켜 도 5의 (b)와 같은 두께(t) 1mm의 이방도전필름판을 제작한다. 이렇게 제작된 이방도전필름판을 이용하여 도 5의 (c)와 같이 두께 d=5mm와 길이 ℓ=20mm를 갖는 시편(13)을 제작한다. 이 시편의 양 끝단을 도 5의 (d)에 도시된 UTM 장치의 지그에 물린 다음 크로스헤드 스피드(Crosshead speed)가 100mm/min이 되도록 잡아당긴다. 이때, 스트레스(stress)가 2kgf/㎠에 도달하면, 시편의 인장을 중단하고, 인가된 스트레스를 제거한다. 여기서, 인장력 2kgf/㎠는 이방도전필름 시편의 파단이 발생하는 최대 인장력 이하의 값에서 선택된 것이다.
이와 같이, UTM 장치를 이용하여 이방도전필름의 양 끝단에 스트레스가 2kgf/㎠가 될 때까지 인장력을 가하면, 도 4와 같이 이방도전필름의 길이가 L1 만큼 늘어난다. 그후, 이방도전필름의 양 끝단에 인가된 스트레스를 제거하면, 이방도전필름의 길이는 다시 L2 만큼 축소된다.
이때, 이방도전필름의 탄성 회복 특성을 나타내는 탄성 회복 지수(ε)는 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.
ε = (L2/L1)
(여기서, L1 : 경화전 이방도전필름을 2kgf/㎠의 인장력으로 잡아당겼을때 늘어나는 길이, L2 : 상기 2kgf/㎠의 인장력을 제거하였을 때, 줄어드는 길이)
본 발명에 따른 에폭시계 이방도전필름은 상기 탄성 회복 지수(ε)가 0.05 이상이고, 0.15 이하인 것을 특징으로 한다.
이때, 이방도전필름의 탄성 회복 지수(ε)가 0.05를 하회하게 되면, 이방도전필름의 탄성 회복력이 너무 약해서 고온, 고습 환경에서 도전 입자와 회로 부재가 서로 수축, 팽창할 때 접착제 수지와 비동조화되면서 계면 박리가 발생하거나 접속 저항이 올라간다. 반면에, 이방도전필름의 탄성 회복 지수(ε)가 0.15를 상회하면, 이방 도전필름의 탄성 회복력이 너무 강해서 본 압착후 이방도전필름에 본딩 방향(또는 가압 방향)과 반대 방향으로 리바운싱이 발생해 압흔 특성에 불량을 초래한다.
따라서, 본 압축 후에도 우수한 접속 신뢰성을 유지하기 위해서는 경화전 이방도전필름의 탄성 회복 지수(ε)가 0.05 이상, 0.15 이하의 값을 가져야 한다.
상기 탄성 회복 지수(ε)는 이방도전필름을 구성하는 열가소성수지, 열경화성수지, 경화제, 첨가제의 종류와 양을 변경하는 것에 의해 조절 가능하다.
이하에서, 여러 가지 탄성 회복 지수(ε)를 갖는 다수의 이방도전필름을 제조하고, 이렇게 제조된 이방도전필름에 대하여 압흔 특성 및 접속 저항 특성치를 측정하고 이를 테이블로 정리하였다.
[이방도전필름의 제조]
필름 형성을 위한 열가소성 수지, 바인더로서의 에폭시계 열경화성 수지, 경화제 및 각종 첨가제를 포함하는 접착제 조성물을 유기용제에 용해 또는 분산하고, 또한 도전 입자를 분산하여 필름 도공용 용액을 제조한다. 이때, 사용되는 유기 용 제는 방향족 탄화수소계와 함산소계의 혼합 용제가 재료의 용해성을 향상시키기 때문에 바람직하다. 뒤이어, 이 용액을 편면을 표면 처리한 투명 PET 필름에 도공장치를 이용하여 도포하고, 70℃, 10분의 열풍 건조에 의하여 경화전 이방도전필름을 얻는다. 이때, 이방도전필름을 구성하는 열가소성수지, 열경화성수지, 경화제, 첨가제 등의 종류와 양을 적절히 변경하여 아래의 실시예 및 비교예와 같이 다양한 탄성 회복 지수(ε)를 갖는 이방도전필름을 제조하였다.
[회로 접속구조체]
도 6은 이방도전필름을 개재하여 COF 또는 TCP를 유리 기판 또는 PCB 기판에 본딩하는 OLB 방식 또는 PCB 방식의 접속 공정을 설명하고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기에서 제조한 이방도전필름들(10)을 유리 기판 또는 PCB 기판(31) 위에 놓고 65℃ ~ 90℃ 온도 범위에서 0.5초 ~ 3초간 1MPa ~ 3.5MPa의 압력으로 가압착 하고, 이 이방도전필름위에 COF 또는 TCP(22)를 대향 배치한다. 그 후, COF 또는 TCP(22) 위에 0.15T의 테프론 시트로 이루어진 완충재(42)를 개재하고, 히팅바(41)를 이용하여 180℃, 2MPa ~ 4MPa의 조건에서 10초 동안 가열, 가압하여 회로 접속구조체를 제작한다.
이때, 상기 회로 접속구조체에 사용되는 이방도전필름은 아래의 실시예 및 비교예와 같이 서로 다른 탄성 회복 지수(ε = (L2/L1), 여기서, L1 : 경화전 이방도전필름을 2kgf/㎠의 인장력으로 잡아당겼을때 늘어나는 길이, L2 : 상기 2kgf/㎠의 인장력을 제거하였을 때, 줄어드는 길이)를 갖는다. 이때, 각 실시예 및 비교예 마다 동일한 샘플을 10개씩 제작하고, 각각에 대해 압흔 특성 및 접속 저항을 측정하고, 그 평균값을 구하여 테이블로 정리하였다.
실시예 1
탄성 회복 지수(ε)가 0.05(L1=50mm, L2=2.5mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
실시예 2
탄성 회복 지수(ε)가 0.1(L1=35mm, L2=3.5mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
실시예 3
탄성 회복 지수(ε)가 0.15(L1=40mm, L2=6.0mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 1
탄성 회복 지수(ε)가 0.03(L1=40mm, L2=1.2mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 2
탄성 회복 지수(ε)가 0.04(L1=45mm, L2=1.8mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 3
탄성 회복 지수(ε)가 0.16(L1=35mm, L2=5.6mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 4
탄성 회복 지수(ε)가 0.17(L1=30mm, L2=5.1mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 5
탄성 회복 지수(ε)가 0.20(L1=25mm, L2=5.0mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 6
탄성 회복 지수(ε)가 0.30(L1=20mm, L2=6.0mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
비교예 7
탄성 회복 지수(ε)가 0.40(L1=30mm, L2=12mm)인 이방도전필름을 제작하고, 이 이방도전필름을 상기 회로 접속구조조체에 적용하였다.
상기한 실시예 및 비교예를 통해 제작된 이방도전필름을 개재한 회로 접속구조체에 대하여 하기와 같이 (1) 압흔 특성 및 (2) 도통 신뢰성 테스트를 실시하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 압흔 테스트
칩과 결합되는 유리 기판의 전극이 ITO 투명 전극인 경우에는 광학 현미경을 통해 도전볼 눌림 현상을 관찰하고, 크롬 전극인 경우에는 미분 간섭 현미경을 이용하여 DIC 압흔을 관찰하였다.
이때, ITO 투명전극에서 도전볼의 변형이 관찰되는 경우에는 ○, 도전볼의 변형이 없는 경우에는 ×로 표시하고, 크롬 전극에서 도전볼의 돌출이 관찰된 경우에는 ○, 도전볼의 도출이 없는 경우에는 ×로 표시하였다.
(2) 도통 신뢰성 테스트
85℃의 온도 및 85% 상대습도에서 500시간 동안 에이징한 후의 저항치(Ωa)와 에이징전의 초기 저항치(Ωi)를 멀티미터를 이용하여 각각 측정하였다.
이때, 에이징한 후의 저항치(Ωa)와 에이징 전의 초기 저항치(Ωi)가 모두 5 Ω 미만인 경우에는 ○, 5 Ω 이상인 경우에는 ×,측정이 불가능한 경우에는 "OPEN"으로 표시하였다.
실시예 1 실시예
2		 실시예 3 비교예
1		 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예5 비교예6 비교예 7
도전불 눌림 ○ ○ ○ × ○ ○ ○ ○ × ×
DIC 압흔 ○ ○ ○ × ○ ○ × ○ × ×
Ωi[Ω] 0.3 0.4 0.3 3.8 0.6 0.5 2.4 0.5 3.2 5.2
Ωa[Ω] 1.2 1.3 1.3 OPEN 10 8 24 12.0 OPEN OPEN
도통 신뢰성 ○ ○ ○ OPEN × × × × OPEN OPEN
상기 표 1로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3의 이방도전필름은 모두 우수한 압흔 현상과 도통 신뢰성을 나타내었다. 반면에, 비교예 1, 비교예 4, 비교예 6 및 비교예 7의 이방도전필름은 압흔 특성이 나쁠 뿐만 아니라 에이징한 후 도통 불량을 나타내었다. 또한, 비교예 2, 비교예 3 및 비교예 5는 압흔 특성은 양호하지만, 에이징후의 저항치가 에이징전의 초기 저항치에 비해 5배 이상을 나타내었다.
따라서, 에폭시계 이방도전필름이 실시예 1 내지 실시예 3과 같은 탄성 회복 지수(0.05≤ε≤0.15)를 가질 때, 접속 신뢰성이 우수해짐을 확인할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 압착후 압력이 제거되기 전의 회로 접속 상태도이다.
도 2는 본 압착후 압력이 제거된 후의 회로 접속 상태도이다.
도 3은 대향 하는 회로부재 사이에 이방도전필름이 개재된 상태도이다.
도 4는 이방도전필름의 스트레스에 따른 길이 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 경화전 이방도전필름에 대해 인장강도 테스트를 수행하는 테스트 흐름도이다.
도 6은 이방도전필름을 개재하여 COF 또는 TCP를 유리 기판 또는 PCB에 본딩하는 접속 공정도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 이방도전필름 31 : 유리 기판 또는 PCB
22 : COF 또는 TCP 41 : 히팅바
42 : 완충재

Claims (8)

  1. 필름 형성을 위한 열가소성 수지로서 폴리비닐 부티랄 또는 페녹시 수지를 포함하고, 바인더로서 비스페놀형 에폭시 수지 또는 노볼락형 에폭시 수지 중 어느 하나의 에폭시계 열경화성 수지, 이미다졸계 경화제, 도전 입자 및 이형 필름을 포함하는 이방도전필름에 있어서,
    아래와 같이 정의되는 탄성 회복 지수(ε)가 0.05≤ε≤0.15 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 이방도전필름.
    ε = (L2/L1)
    (여기서, L1 : 경화전 이방도전필름을 2kgf/㎠의 인장력으로 잡아당겼을때 늘어나는 길이, L2 : 상기 2kgf/㎠의 인장력을 제거하였을 때, 줄어드는 길이)
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미다졸계 경화제는 이미다졸, 2-에틸 이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 2-도데실 이미다졸, 2-페닐 이미다졸, 2-페닐-4-메틸 이미다졸, 4-메틸 이미다졸 중 선택된 어느 하나의 에폭시수지용 잠재성 경화제를 사용하는 것을 특징으로 하는 이방도전필름.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전 입자는, 금-니켈 코팅된 폴리머볼, 금 코팅된 니케볼 및 니켈볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 이방도전필름.
  6. 제 1 회로부재와 제 2 회로부재 사이에 청구항 1, 청구항 3, 또는 청구항 5 중 선택된 어느 한 항의 이방도전필름을 개재하여 열압착함으로써 전기적으로 뿐만 아니라 기계적으로 접속된 회로접속구조체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 회로부재는 COF 또는 TCP이고, 상기 제 2 회로부재는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 회로접속구조체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 회로부재는 COF 또는 TCP이고, 상기 제 2 회로부재는 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 회로접속구조체.
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