KR101447125B1 - 이방성 도전 필름 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 고경도의 제1 도전 입자 및 저경도의 제2 도전 입자를 함께 포함함으로써, 제1 도전 입자의 작용으로 접속 저항이 낮으면서, 제2 도전 입자의 작용으로 접속 여부 확인 및 적절한 본딩 압력 측정이 가능하여, 더욱 강화된 접속성 및 효과적인 시인성을 갖는 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본원 발명은 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 미만이고 표면에 분포된 돌기의 밀도가 상이한 두 가지 도전 입자를 함께 포함함으로써 뛰어난 접속성 및 우수한 시인성을 동시에 나타내는 이방성 도전 필름에 관한 것이다.

Description

이방성 도전 필름{Anisotropic conductive film}
본원 발명은 고경도의 제1 도전 입자 및 저경도의 제2 도전 입자를 함께 포함함으로써, 제1 도전 입자의 작용으로 접속 저항이 낮으면서, 제2 도전 입자의 작용으로 접속 여부 확인 및 적절한 본딩 압력 측정이 가능하여, 더욱 강화된 접속성 및 효과적인 시인성(視認性)을 갖는 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본원 발명은 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 미만이고 표면에 분포된 돌기의 밀도가 상이한 두 가지 도전 입자를 함께 포함함으로써 뛰어난 접속성 및 우수한 시인성을 동시에 나타내는 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
이방성 도전 필름(Anisotropic conductive film, ACF)이란 일반적으로 니켈(Ni)이나 금(Au) 등의 금속 입자, 또는 그와 같은 금속들로 코팅된 고분자 입자 등의 도전 입자를 에폭시 등의 수지에 분산시킨 필름 형상의 접착제를 말하는 것으로, 필름의 막 두께 방향으로는 도전성을 띠고, 면 방향으로는 절연성을 띠는, 전기 이방성 및 접착성을 갖는 고분자 막을 의미한다. 이방성 도전 필름을 접속시키고자 하는 회로 사이에 상기 필름을 위치시킨 후 일정 조건의 가열, 가압 공정을 거치면, 회로 단자들 사이는 도전성 입자에 의해 전기적으로 접속되고, 인접하는 전극 사이에는 절연성 접착 수지가 충진되어 도전성 입자가 서로 독립하여 존재하게 됨으로써 높은 절연성을 부여하게 된다.
이방성 도전 필름 중에서 구동 IC와 글래스 패널 사이를 접속시키는 필름을 COG(Chip on glass)용 이방성 도전 필름이라고 한다. COG용 이방성 도전 필름은 고온ㆍ고압 상태에서 본딩되어 변형된 도전 입자를 매개체로 하여, 구동 IC의 골드 범프(Gold bump)와 글래스 패널 위의 단자간의 전기적 도통을 이루어낸다.
상기 COG용 이방성 도전 필름에 사용되는 도전 입자는, 그 필름이 적용되는 디스플레이의 종류에 따라 경도가 상이한 것을 사용할 수 있으며, 최근에는 전기적 저항을 낮추기 위하여 입자 표면에 돌기가 형성되어 있는 도전 입자를 사용하기도 한다.
한편, 이방성 도전 필름으로 접속시킨 후 접속이 제대로 이루어졌는지 여부를 확인하는 단계에서는 흔히 도전 입자의 형태가 변형되었는지를 관찰하는 방식으로 이루어진다. 그러나, 사용된 도전 입자가 단단한 물성의 것인 경우에는 입자의 변형이 거의 일어나지 않아 접속 여부의 확인이 어려우며, 특히 표면에 다량의 돌기가 형성되어있는 경우에는 입자 표면에서 빛의 난반사가 이루어져 입자를 관찰하기가 더욱 어려워지므로 시인성이 떨어지는 단점이 있어 문제이다.
본원 발명과 관련된 선행 기술로는 대한민국공개특허 제10-2009-0105894호 및 대한민국공개특허 제10-2005-0039237호가 있다.
상기 대한민국공개특허 제10-2009-0105894호는 산화막이 형성된 패턴 전극에 대한 초기 저항을 낮추기 위하여 입자 표면에 돌출부가 형성되어있는 도전 입자에 관하여 개시하고 있다. 상기 선행 기술의 도전 입자는 지나치게 넓은 경도 범위를 가지고 있어 입자의 변형성 여부와 관계없이 표면에 돌출부를 갖는 도전 입자를 사용하는 것으로 개시하고 있다. 따라서 이는 단지 이방성 도전 필름을 적용한 접속 시 접속 저항을 낮춰주는 효과만을 제공할 뿐, 단단한 도전 입자로 특화된 것이 아니며, 필름의 접속 여부를 확인하는 효과도 제공하지 못한다.
또 다른 선행 기술인 대한민국공개특허 제10-2005-0039237호의 경우, 도전 입자간의 접촉으로 인하여 도전 필름의 이방성을 상실할 우려를 방지하고자 도전 입자 표면에 절연막을 피복하여 도전 입자간의 도통을 방지하면서, 필름의 접속 시에는 상기 절연막이 파열되면서 금속 성분이 드러나 회로 단자간의 도통을 가능하게 하는 도전 입자에 관하여 개시하고 있다. 상기 선행 기술에서 개시된 도전 입자는 돌기가 형성되어있지 아니하며 절연막이 파열되어야 할 정도로 경도가 약한 입자를 사용하고 있어, 역시 단단한 도전 입자로 특화된 것이 아니며 절연막이 제대로 파열되지 못하는 경우 오히려 회로 단자간의 도통을 방해할 수 있어 접속 저항이 높아질 우려가 있다.
대한민국공개특허 A 제10-2009-0105894호(2009.10.07.공개) 대한민국공개특허 A 제10-2005-0039237호(2005.04.29.공개)
본 발명자들은, 이방성 도전 필름이 적용될 수 있는 디스플레이 중 LCD의 경우에는 패널 위 단자의 최상층이 ITO층이므로 변형성이 커서 압착 시 접촉 면적이 넓어지는 도전 입자가 적합하나, OLED의 경우에는 패널 위 단자의 최상층이 금속층인 관계로, 금속 위의 산화층을 뚫을 수 있을 만큼 단단하면서도 표면에 돌기가 많이 형성되어 있는 도전 입자를 사용하여 접속하는 것이 유리하다는 것을 연구를 통하여 확인하였다.
그러나, 경도가 높으면서 표면에 돌기가 많이 형성되어 있는 도전 입자를 사용하는 경우에는 전술한 바와 같이 시인성이 떨어져 이방성 도전 필름의 접속 여부를 확인하기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 상기의 문제를 해결하기 위하여, 고경도의 제1 도전 입자 및 저경도의 제2 도전 입자를 함께 포함함으로써, 제1 도전 입자의 작용으로 접속 저항이 낮으면서, 제2 도전 입자의 작용으로 접속 여부 확인 및 적절한 본딩 압력 측정이 가능하여, 더욱 강화된 접속성 및 효과적인 시인성을 갖는 이방성 도전 필름을 개발하기에 이르렀다.
보다 구체적으로, 본원 발명은 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 미만이고 표면에 분포된 돌기의 밀도가 상이한 두 가지 도전 입자를 함께 포함함으로써 뛰어난 접속성 및 우수한 시인성을 동시에 나타내는 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 미만인 두 가지 도전 입자를 함께 포함하는 이방성 도전 필름에 관한 것이다.
본원 발명의 일 양태는,
a) 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만인 제1 도전 입자; 및
b) 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2인 제2 도전 입자
를 포함하는 이방성 도전 필름으로서,
상기 제1 도전 입자 및 제2 도전 입자의 20% K-value의 차이가 0 초과 내지 5,000 N/mm2 미만인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 제1 도전 입자는, 실리카 또는 실리카 복합체가 함유된 핵을 포함하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 제1 도전 입자는, 상기 입자 표면의 단위 면적(1 ㎛2)당 10 내지 40 개의 돌기가 형성되어있는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 제2 도전 입자는, 상기 입자 표면의 단위 면적(1 ㎛2)당 0 내지 10 개의 돌기가 형성되어있는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기의 전체 도전 입자 100 중량부에 대하여 상기 제2 도전 입자의 함량이 30 중량부 이하인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면,
a) 실리카 또는 실리카 복합체를 함유하는 핵을 가진 제1 도전 입자; 및
b) 폴리머 수지를 함유하는 핵을 가진 제2 도전 입자
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 제1 도전 입자는 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만이고, 상기 제2 도전 입자는 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기 제1 도전 입자 및 제2 도전 입자의 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 미만인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 배선 기판 및 반도체 칩을 포함하며 상기의 이방성 도전 필름으로 접속된 반도체 장치를 제공한다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 표면에 돌기가 다량 형성된 고경도의 제1 도전 입자 및 표면에 돌기가 없거나 적은 양으로 형성된 저경도의 제2 도전 입자를 함께 포함함으로써, 제1 도전 입자의 작용으로 접속 저항이 낮으면서, 제2 도전 입자의 시인성에 의해 접속 여부 확인 및 적절한 본딩 압력 측정이 가능하여 접속성을 더욱 강화시키는 효과를 갖는다.
보다 구체적으로, 본원 발명은 고경도의 제1 도전 입자를 포함함으로써, 단단한 제1 도전 입자가 산화막을 뚫고 접속되어 안정한 접속성을 부여하는 이방성 도전 필름을 제공하는 것을 목적으로 하며, 나아가 상기 고경도의 도전 입자의 표면에 다량의 돌기를 형성시킴으로써 접속 저항을 더욱 낮추어 보다 안정한 접속성을 부여하는 이방성 도전 필름을 제공하는 효과를 갖는다.
또한, 본원 발명은 저경도의 제2 도전 입자를 포함함으로써, 입자의 변형 여부 관찰을 통해 필름 본딩 시 접속 여부 확인 및 적절한 본딩 압력 측정이 가능한 시인성을 갖추고 있을 뿐만 아니라, 회로 단자와의 접촉 면적을 증가시켜 접속 저항을 감소시키는 이방성 도전 필름을 제공하는 효과를 갖는다.
또한, 본원 발명은 상기 제1 도전 입자와 제2 도전 입자간의 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 이상이 되지 않도록 조절함으로써 양자간의 지나친 경도 차이로 인해 유발되는 접속 저항의 증가를 방지하는 이방성 도전 필름을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 도전 입자 표면에 형성된 돌기의 밀도에 따른 시인성을 나타내는 사진으로서, 오른쪽 사진은 왼쪽 사진을 확대한 것이다.
도 2는 실험예 2에 따른 평가 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 나노인덴터를 이용하여 도전 입자의 경도를 측정하는 방법을 나타낸 사진이다.
이하, 본원 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본원 명세서에 기재되지 않은 내용은 본원 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
본원 발명의 일 양태는,
a) 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만인 제1 도전 입자; 및
b) 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2인 제2 도전 입자
를 포함하는 이방성 도전 필름으로서,
상기 제1 및 제2 도전 입자의 20% K-value의 차이가 0 초과 내지 5,000 N/mm2 미만인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
본원 발명에 있어서 도전 입자의 경도는 K-value 값으로 나타내며, K-value 값을 측정하는 방법은, 나노인덴터(Nanoindenter)를 사용하여 도전 입자 한 개를 변형시키면서 얻는 하중값을 구하여, 하기의 식을 통해 계산함으로써 측정할 수 있다(도 3 참조).
K-value(N/mm2) = (3/21/2) ㆍFㆍS-3/2ㆍR-1/2
상기 식에서,
F는 도전 입자의 압축 변형에 있어서의 하중치(N)를 나타내고;
S는 도전 입자의 압축 변형에 있어서의 압축 변위(mm)를 나타내며;
R은 도전 입자의 반경(mm)을 나타낸다.
본원 발명에서 20% K-value라 함은,
상기 식에서 S/2R = 0.2인 경우의 K-value를 의미한다.
본원 발명에서 사용되는 제1 도전 입자는 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 8,000 내지 11,000 N/mm2 일 수 있다. 상기 범위 내에서 금속의 산화막을 뚫고 접속을 행할 수 있을 정도로 충분히 단단한 경도의 도전 입자를 얻을 수 있으며, 필요에 따라 약간의 변형성을 보이는 고경도의 도전 입자를 얻을 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제2 도전 입자는 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 4,500 내지 6,500 N/mm2 일 수 있다. 상기 범위 내에서 적절한 변형성을 갖는 도전 입자를 얻을 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 제1 도전 입자 및 제2 도전 입자는 양자의 20% K-value의 차이가 0 초과 5,000 N/mm2 미만인 것이 바람직하다. 상기 두 가지 입자의 20% K-value의 차이가 5,000 N/mm2 이상인 경우에는 양자간의 경도 차이가 지나치게 커지는 관계로 접속 저항이 높아져 접속성을 저하시키는 문제가 발생할 우려가 있으며, 두 가지 입자의 경도가 동일할 경우에는 제1 및 제2 도전 입자로 구분되는 상이한 입자를 사용하는 의미가 없어지는 문제가 있다.
본원 발명에서 사용되는 제1 도전 입자는 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만인 것 또는 그러한 경도를 갖도록 가공된 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 도전 입자를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제1 도전 입자의 비제한적인 예로는 Au, Ag, Ni, Cu, Pd, 땜납 등을 포함하는 금속 입자; 탄소; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스타이렌, 폴리비닐알코올 등을 포함하는 수지 및 그 변성 수지를 입자로 하여 Au, Ag, Ni 등을 포함하는 금속으로 도금 코팅한 입자; 그 위에 절연 입자를 추가로 코팅한 절연화 처리된 도전 입자 등을 들 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제1 도전 입자의 핵은 입자의 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만이 되도록 하는 것이라면 특별한 제한없이 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있으나 바람직하게는 실리카(SiO2) 또는 실리카 복합체를 함유하는 핵을 사용할 수 있다.
본원 발명의 제1 도전 입자의 핵은 실리카만으로 이루어진 것일 수 있다.
본원 발명의 제1 도전 입자의 핵으로 사용할 수 있는 실리카 복합체는 고분자 수지와 실리카(Si02)의 복합체를 의미한다.
본원 발명에서 '고분자 수지와 실리카의 복합체' 중, '고분자 수지'는 가교 중합성 단량체와 단관능성 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 중합체로, 복합체의 전체 중량을 기준으로 10 내지 85 중량% 포함되고, '실리카'는 복합체의 전체 중량을 기준으로 15 내지 90 중량%가 포함될 수 있다. 상기 고분자 수지는 가교도가 높은 고가교 유기 고분자 입자일 수 있다.
본원 발명에서 사용될 수 있는 상기 가교 중합성 단량체로는 디비닐벤젠 등의 비닐벤젠계 단량체, 1,4-디비닐옥시부탄, 디비닐술폰, 디알릴프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 트리알릴(이소)시아누레이트, 트리알릴트리멜리테이트 등의 알릴 화합물, (폴리)에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메타)아크릴레이트 및 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본원 발명에서 사용될 수 있는 단관능성 단량체는 스티렌, 메틸스티렌, m-클로로메틸스티렌, 에틸스티렌 등의 스티렌계 단량체, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 라우릴 (메타)아크릴레이트, 스테아릴 (메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트계 단량체, 염화 비닐, 비닐 아세테이트, 비닐 에테르, 비닐 프로피오네이트 및 비닐 부티레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 실리카 복합체는 고분자 수지에 실리카를 추가적으로 포함시킴으로써 고분자 수지의 강도, 강성, 내마모성이 현저히 향상될 수 있어, 다른 일반적인 폴리머 수지에 비하여 상당히 단단한 물성을 띠므로, 특히 OLED와 같이 금속의 산화층을 뚫어 접속되는 도전 입자가 필요한 경우에 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 제1 도전 입자는 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제1 도전 입자는 입자 표면에 돌기가 형성되어있는 것일 수 있다.
상기 돌기는 제1 도전 입자 표면의 단위 면적(1 ㎛2)당 바람직하게는 10 내지 40 개 형성되어있을 수 있으며, 보다 바람직하게는 15 내지 30 개 형성되어있을 수 있다. 상기 범위 내에서 우수한 접속성을 획득할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제2 도전 입자는 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2인 것 또는 그러한 경도를 갖도록 가공된 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 도전 입자를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제2 도전 입자의 비제한적인 예로는 Au, Ag, Ni, Cu, 땜납 등을 포함하는 금속 입자; 탄소; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스타이렌, 폴리비닐알코올 등을 포함하는 수지 및 그 변성 수지를 입자로 하여 Au, Ag, Ni 등을 포함하는 금속으로 도금 코팅한 입자; 그 위에 절연 입자를 추가로 코팅한 절연화 처리된 도전 입자 등을 들 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제2 도전 입자의 핵은 입자의 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2가 되도록 하는 것이라면 특별한 제한없이 당해 기술 분야에서 알려진 폴리머 수지를 사용할 수 있으나 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate) 또는 폴리실록산(Polysiloxane)을 사용할 수 있다.
상기 제2 도전 입자는 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 제2 도전 입자는 표면에 돌기가 형성되어있거나 형성되어있지 않을 수 있다.
상기 돌기는 제2 도전 입자의 표면의 단위 면적(1 ㎛2)당 바람직하게는 0 내지 10 개 형성되어있을 수 있으며, 보다 바람직하게는 0 내지 5 개 형성되어있을 수 있다. 상기 범위 내에서 필름의 본딩 시 접속이 제대로 이루어졌는지 확인할 수 있고 이에 따라 적절한 본딩 압력을 파악할 수 있는 우수한 시인성을 획득할 수 있으며, 형성된 돌기의 작용으로 접속 저항 감소 효과 또한 얻을 수 있다.
상기 시인성(視認性)이란, 임의의 대상물에 있어서 육안 또는 현미경 등을 통해 관찰자에게 보여질 수 있는 성질을 의미하며, 본원 발명에서 사용되는 제2 도전 입자의 시인성이란 이방성 도전 필름의 본딩 시 제대로 접속이 이루어졌는지 확인할 수 있도록 도전 입자의 변형 여부를 관찰하는 것이 가능한 성질을 의미한다.
상기 제2 도전 입자는 상대적으로 낮은 경도를 지니고 있어 변형성이 뛰어난 물성을 가지며, 입자 표면에 형성된 돌기의 밀도가 낮아 그 변형 여부의 관찰이 용이한 장점, 즉 시인성이 뛰어난 장점이 있다.
구체적으로, 입자 표면에 돌기가 다량 형성되어 있는 도전 입자의 경우 현미경 등으로 관찰 시 입자 표면이 검게 나타나 변형 여부를 확인하기 어려운 반면, 상기 제2 도전 입자는 표면에 돌기가 형성되어 있지 아니하거나 소량으로 형성되어 있어 현미경 등으로 관찰 시 입자가 밝게 나타나 그 변형 여부의 관찰이 용이하다(도 1 및 도 2 참조).
본원 발명에서 사용되는 상기 제1 및 제2 도전 입자의 크기는 특별히 제한되지 아니하며 필름의 용도, 적용되는 회로의 피치(pitch) 등에 의해 다양하게 선택되고 사용될 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 제1 및 제2 도전 입자의 크기는 바람직하게는 1 내지 30 ㎛의 범위에서 선택될 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 제2 도전 입자의 함량은, 전체 도전 입자 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0 초과 내지 30 중량부로 사용될 수 있다. 제2 도전 입자의 함량이 30 중량부를 초과하는 경우에는 접속 저항이 상대적으로 증가하여 접속성이 저하될 우려가 있다.
상기 전체 도전 입자라 함은 제1 도전 입자 및 제2 도전 입자를 모두 포함하여 본원 발명의 이방성 도전 필름에 함유된 전체 도전 입자를 의미한다.
본원 발명의 이방성 도전 필름은 상기 도전 입자 이외에 바인더 수지, 경화제 및/또는 실리카 입자를 포함할 수 있으며, 이방성 도전 필름의 제조시 일반적으로 사용되는 기타 성분들을 포함할 수 있다.
바인더 수지
본원 발명에서 사용 가능한 바인더 수지는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 바인더 수지의 비제한적인 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 폴리 메타크릴레이트 수지, 폴리 아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르우레탄 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 스타이렌-부티렌-스타이렌(SBS) 수지 및 에폭시 변성체, 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌(SEBS) 수지 및 그 변성체, 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 그 수소화체 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 바인더 수지로는 바람직하게는 열경화형 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 에폭시 당량이 180 내지 5000 g/eq 정도이고, 분자 중에 2 이상의 에폭시기를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 열경화 에폭시 수지로는 바람직하게는 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족, 지환족 및 방향족 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상온에서 고상인 에폭시 수지와 상온에서 액상인 에폭시 수지를 병용할 수 있으며, 여기에 추가로 가요성 에폭시 수지를 병용할 수 있다.
상기 고상의 에폭시 수지로서는 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 디사이클로 펜타디엔을 주골격으로 하는 에폭시 수지, 비스페놀 A형 혹은 F형의 고분자 또는 변성한 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 상온에서 액상의 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 혹은 F형 또는 혼합형 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 이 또한 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가요성 에폭시 수지의 예로는 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지, 프로필렌 글리콜을 주골격으로 한 에폭시 수지, 우레탄 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 상기 방향족 에폭시 수지는 나프탈렌계, 안트라센계, 피렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 바인더 수지로 플루오렌계 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 바인더 수지로써 플루오렌계 에폭시 수지를 포함하여 사용하면, 높은 유리전이온도를 쉽게 확보할 수 있다.
상기 바인더 수지의 중량 평균 분자량은 그 크기가 클수록 필름 형성이 용이하나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 바인더 수지의 중량 평균 분자량은 바람직하게는 5,000 내지 150,000 g/mol일 수 있고, 보다 바람직하게는 10,000 내지 80,000 g/mol일 수 있다. 바인더 수지의 중량 평균 분자량이 5,000 g/mol미만일 경우에는 필름 형성이 저해될 수 있으며, 150,000 g/mol을 초과할 경우에는 다른 성분들과의 상용성이 나빠질 수 있다.
상기 바인더 수지는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부로 포함될 수 있다.
경화제
본원 발명에서 사용 가능한 경화제는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 경화제를 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 경화제의 비제한적인 예로는 이미다졸계, 이소시아네이트계, 아민계, 아미드계, 페놀계 또는 산무수물계 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 경화제는 이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여 바람직하게는 1 내지 40 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 10 내지 40 중량부로 포함될 수 있다.
실리카 입자
본원 발명에서는 실리카 입자를 추가로 포함할 수 있다.
실리카 입자는 일반적으로 우수한 내열성을 가져 이방성 도전 필름 내에 분포되어 우수한 내열성을 제공할 수 있다. 다만, 이방성 도전 필름 내에 분포된 실리카 입자간의 친화성 상호 작용이 증가하게 되면 이방성 도전 필름의 수지 및 실리카 입자간의 상용성은 저하되어 필름의 물성 또한 함께 저하될 수 있으므로, 실리카 입자간의 인력을 최소화하고 실리카 입자와 이방성 도전 필름의 수지간의 인력을 증가시킬 필요가 있다.
본원 발명에서 사용 가능한 실리카 입자로는 표면이 개질되지 않은 실리카 입자를 사용할 수 있으나, 실리카 입자간의 인력 및 실리카 입자와 수지간의 인력을 조절하기 위하여 표면이 처리된 실리카 입자를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 표면 처리를 통한 반응성 실리카에 있어서 그 표면 처리제로는 비닐계, 에폭시계, (메타)아크릴록시계 및 아미노계 등으로 이루어진 실란 커플링제 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 표면 처리제로는 바람직하게는 (메타)아크릴록시계 실란 커플링제를 사용할 수 있다.
본원 발명의 이방성 도전 필름을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다.
이방성 도전 필름을 형성하는 방법은 특별한 장치나 설비가 필요하지 아니하며, 바인더 수지를 유기 용제에 용해시켜 액상화 한 후 나머지 성분을 첨가하여 일정 시간 교반하고, 이를 이형 필름 위에 적당한 두께, 예를 들어 10 내지 50 ㎛의 두께로 도포한 다음, 일정 시간 건조하여 유기 용제를 휘발시킴으로써 이방성 도전 필름을 얻을 수 있다.
본원 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 상기의 이방성 도전 필름으로 접속된 반도체 장치를 제공한다.
상기 반도체 장치는, 배선 기판; 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 이방성 도전 필름; 및 상기 필름상에 탑재된 반도체 칩을 포함할 수 있다.
본원 발명에 사용되는 상기 배선 기판은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있으나, 보다 바람직하게는 금속 및 금속 산화막이 최외층에 포함된 배선 기판을 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 상기 반도체 칩은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있다.
본원 발명의 반도체 장치를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 기술함으로써 본원 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예, 비교예 및 실험예는 본원 발명의 일 예시에 불과하며, 본원 발명의 내용이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
경도 및 표면 돌기 밀도가 상이한 두 가지 도전 입자를 함께 포함하는 이방성 도전 필름의 제조
이방성 도전 필름의 고형분 100 중량부에 대하여,
1) 에폭시로서, BPA(Bisphenol A)계 에폭시(국도 화학) 17 중량부, 폴리사이클릭 방향족 고리함유 에폭시 수지(HP4032D, 대일본 잉크화학) 19 중량부;
2) 실리카 입자로서, 나노 실리카(R812, 데구사) 4 중량부;
3) 경화제로서, 이미다졸이 포함된 코어-쉘 타입 잠재성 경화제(아사히 카세이) 35 중량부;
4) 제1 도전 입자로서, 니켈 코팅된 고분자 수지 및 실리카 복합체(20% K-value: 10,000 N/mm2; 220℃, 110 MPa의 조건에서 5초간 열압착시켰을 때 압축 변형율: 15%; 표면에 형성된 돌기의 밀도: 20 개/㎛2) 29 중량부; 및
5) 제2 도전 입자로서, 니켈 코팅된 고분자 수지 도전 입자(제조사: 세끼스이; 20% K-value: 6,000 N/mm2; 220℃, 110 MPa의 조건에서 5초간 열압착시켰을 때 압축 변형율: 25%; 표면에 형성된 돌기의 밀도: 4 개/㎛2) 6 중량부;
를 사용하여 이방성 도전 필름용 조성물을 제조하였다.
상기 조합액을 도전 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 상온(25℃)에서 교반하였다. 상기 교반된 액상을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 베이스 필름에 얇게 도포하고 70℃에서 5분 동안 열풍 건조하여 30 ㎛ 두께의 필름을 제조하였다. 상기 필름 형성을 위해서 캐스팅 나이프(Casting knife)를 사용하였다.
비교예 1
도전 입자로서 상기 제1 도전 입자만을 포함하는 이방성 도전 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 제2 도전 입자를 사용하지 아니하고, 제1 도전 입자를 35 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 2
도전 입자로서 상기 제2 도전 입자만을 포함하는 이방성 도전 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 제1 도전 입자를 사용하지 아니하고, 제2 도전 입자를 35 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 3
제1 도전 입자 및 제2 도전 입자를 함께 포함하되, 상기 제1 및 제2 도전 입 자간의 20% K- value 의 차이가 5,000 N/ mm 2 이상인 이방성 도전 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 제1 도전 입자로서 20% K-value가 10,000 N/mm2인 것을 사용하고, 제2 도전 입자로서 20% K-value가 3,000 N/mm2인 것을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 4
제1 도전 입자 및 제2 도전 입자를 함께 포함하되, 전체 도전 입자에 대하여 제2 도전 입자의 함량이 30 중량부를 초과하는 이방성 도전 필름의 제조
실시예 1에 있어서, 제1 도전 입자를 18 중량부로 사용하고, 제2 도전 입자를 17 중량부로 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이방성 도전 필름을 제조하였다.
하기 표 1은 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따른 이방성 도전 필름의 조성을 중량부로 나타낸 것이다.
조성 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
BPA 계 에폭시 17 17 17 17 17
HP4032D 19 19 19 19 19
나노 실리카 4 4 4 4 4
경화제 35 35 35 35 35
제1 도전 입자 29 35 - 29 18
제2 도전 입자 6 - 35 6 17
총 100 100 100 100 100
실험예 1
초기 및 신뢰성 접속 저항의 측정
상기의 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 이방성 도전 필름의 접속 저항을 측정하기 위하여 범프 면적 2000 ㎛2, 두께 2000Å의 티타늄 회로가 있는 유리 기판과 범프 면적 2000 ㎛2, 두께 1.7 mm의 칩을 사용하여, 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따른 각각의 이방성 도전 필름으로 상, 하 계면 간을 압착한 후, 220℃, 90 MPa, 5sec의 조건으로 가압, 가열하여 4가지 각 샘플당 5개씩의 시편을 제조하였다.
1) 가압착 조건: 70℃, 1초, 1.0 MPa
2) 본압착 조건: 220℃, 5초, 90 MPa
상기의 조건으로 접속시킨 시편을 5개씩 준비하여, 이들 각각을 4 단자 측정 방법으로 초기 접속 저항을 측정(ASTM F43-64T 방법에 준함)하여 평균값을 계산하였다.
또한, 상기 각각의 5개씩의 시편을, 온도 85℃, 상대 습도 85%에서 500 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 접속 저항을 측정(ASTM D117에 준함)하여 평균값을 계산하였다.
하기 표 2는 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따른 이방성 도전 필름의 초기 및 신뢰성 접속 저항을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
초기 접속 저항(Ω) 0.34 0.28 5.1 0.73 0.52
신뢰성 접속 저항(Ω) 2.7 2.4 10.3 4.1 6.2
실험예 2
필름 본딩 후 도전 입자의 시인성 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4의 이방성 도전 필름의 본딩 후 시인성을 평가하기 위하여, 상기 각각의 이방성 도전 필름을 200℃, 4초, 4.0 MPa의 조건으로 압착한 후, 현미경을 이용하여 도전 입자의 변형이 확인 가능한지를 평가하였다.
상기 시인성의 평가 결과는 도 2를 참조한다.
상기 실험예 1 및 2의 결과를 살펴보면, 고경도의 제1 도전 입자의 함량이 증가할수록 접속 저항이 작아져 접속성이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 제1 도전 입자를 가장 많이 함유하고 있는 비교예 1의 이방성 도전 필름의 경우 가장 우수한 접속성을 보였다. 그러나 비교예 1은 제2 도전 입자를 미포함하고 있어 시인성은 나타내지 못한다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 3의 경우, 제1 및 제2 도전 입자를 모두 포함하고 있으나, 상기 두 가지 입자간의 20% K-value의 차이가 7,000 N/mm2으로 지나치게 커서 초기 및 신뢰성 접속 저항이 상당히 떨어지는 것으로 나타났다. 또한 제1 도전 입자의 압착 조건에서 제2 도전 입자가 거의 으스러져 입자의 시인성 조차 떨어지는 문제가 발생할 수 있음을 확인할 수 있었다(도 2 참조).
비교예 4의 경우는 제2 도전 입자의 함량이 제1 도전 입자와 거의 동일하여 시인성은 뛰어난 것으로 보이나, 신뢰성 접속 저항면에 있어서는 상당히 불량한 물성을 나타내는 것으로 확인되었다.

Claims (9)

  1. a) 20% K-value가 7,000 내지 12,000 N/mm2 미만인 제1 도전 입자; 및
    b) 20% K-value가 3,000 내지 7,000 N/mm2인 제2 도전 입자
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 도전 입자의 20% K-value의 차이가 0 초과 내지 5,000 N/mm2 미만이며,
    전체 도전 입자 100 중량부에 대하여 상기 제2 도전 입자의 함량이 0 초과 내지 30 중량부인, 이방성 도전 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전 입자는, 실리카 또는 실리카 복합체가 함유된 핵을 포함하는, 이방성 도전 필름.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전 입자는, 상기 입자 표면의 단위 면적(1 ㎛2)당 10 내지 40 개의 돌기가 형성되어있는, 이방성 도전 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 도전 입자는, 상기 입자 표면의 단위 면적(1 ㎛2)당 0 내지 10 개의 돌기가 형성되어있는, 이방성 도전 필름.
  8. 삭제
  9. a) 금속 및 금속 산화막이 최외층에 포함된 배선 기판;
    b) 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어있는 이방성 도전 필름; 및
    c) 상기 이방성 도전 필름상에 탑재된 반도체 칩
    을 포함하는 반도체 장치로서,
    상기 이방성 도전 필름은 제1항에 기재된 필름인, 반도체 장치.
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