KR101557841B1 - 이방 전도성 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름 상에 형성된 도전 입자를 포함하는 접착층을 포함하는 이방 전도성 필름, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 반도체 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

이방 전도성 필름{Anisotropic conductive film}
본 발명은 이방 전도성 필름에 관한 것이다.
디스플레이 산업이 대형화 및 박형화되는 추세에 따라 전극 및 회로들 간의피치(pitch)는 점차 미세화되고 있으며, 이러한 미세 회로 단자들을 접속하기 위한 배선 기구 중의 하나로서 이방 전도성 필름(Anisotropic conductive film, 이하, 'ACF'라 한다)은 중요한 역할을 수행하고 있다.
LCD 및 OLED 모듈 공정에 적용되는 PCB(Printed Circuit Board)/OLB(Outer Lead Bonding) 및 COG(Chip on Glass)/FOG(Film on Glass)용 ACF는 일정한 길이로 커팅 및 안착시키는 가압공정과 COF 및 FPC, Drive IC를 고정시키는 본압공정으로 구분하여 작업된다. 실장 공정에서 가압 공정으로 인한 불량률은 매우 높은 편이며, 이에 대한 주요 원인으로 온도 및 압력에 대한 margin 부족을 들 수 있다. 주된 불량유형으로는 기판상 젖음성(wetting) 불량으로 인한 기포 발생 및 베이스 필름과의 접착력 과다로 인한 탈착 불량, 베이스 필름의 에지(edge) 부분으로 접착층이 올라타는 문제가 있으며, 이는 본압 시 mis-align 및 압착불량, 신뢰성 시 수분 침투로 인한 접착력 약화 및 접속불량들을 발생시킬 수 있다. 그러므로 이에 대한 본질적인 해결이 필요한 상황이다.
본 발명의 목적은 종래 이방 전도성 필름의 가압착 공정에서의 젖음성 불량으로 인한 기포 발생 문제를 개선하기 위한 것이며, 또한 베이스 필름과의 접착력 과다로 인한 탈착 불량, 및 접착층이 베이스 필름의 에지에서 오버-플로우(Edge over-flow)되는 현상을 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 이방 전도성 필름의 좁은 가압착 온도 margin을 개선하여 약 30℃의 낮은 가압착 온도 조건에서도 점착성이 양호하여 가압착이 가능한 이방 전도성 필름을 제공하는 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150 ℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름 상에 형성된 도전 입자를 포함하는 접착층을 포함하는 이방 전도성 필름을 제공한다.
모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50 ppm/℃ 이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름을 사용함으로써 종래 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름에 비해 열에 의한 수축성은 낮추고 탄성력을 높였다. 이로써 이방 전도성 필름의 가압착시 가해지는 압력이 각 범프들마다 균일하게 전달이 되어 가압착성이 개선된 이방 전도성 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 이방 전도성 필름은 가압착시 압력 균등 분배를 달성하여 젖음성이 개선됨으로써 넓은 온도 범위에서 가압착이 가능하다.
또한, 기판에의 젖음성 불량으로 인한 기포 발생 및 베이스 필름과 접착력 과다로 인한 탈착 불량, 베이스 필름의 에지 부분으로 접착층이 올라타는 문제를 해결함으로써 접속 신뢰성을 개선하였다.
본 발명은 실리콘 시트를 따로 사용한 경우보다도 압력 균등 분배를 달성함으로써 실리콘 시트를 따로 사용하여야 하는 번거로움을 해소하였을 뿐 아니라, 박리력이 우수하여 가압착 후 베이스 필름이 벗겨지지 않는 문제가 발생하지 않는다.
도 1은 배선기판(3) 상에 본 발명의 일 양태에 따른 이방 전도성 필름(4)(접착층(2)과 베이스 필름(1)을 포함)을 배치하고 이를 가압착 헤더(5)를 통해 가압착하는 공정을 도시한다.
도 2는 상기 가압착 공정이 끝난 후 본압착 공정을 위해 베이스 필름(1)을 제거하고 반도체 칩(6)을 접착층(2) 상에 배치시킨 상태를 도시한다.
본 발명은 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50 ppm/℃ 이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름 상에 형성된 도전 입자를 포함하는 접착층을 포함하는 이방 전도성 필름을 제공한다. 바람직하게는 상기 모듈러스는 3,000 kgf/cm2 이하이고/이거나 열팽창계수가 30 ppm/℃ 이하일 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 모듈러스는 100 kgf/cm2 이상 2,000 kgf/cm2 이하이고/이거나 열팽창계수가 20 ppm/℃ 이하일 수 있다.
본 발명에 있어서 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하인 베이스 필름을 사용함으로써 필름의 탄성력이 높아 가압착시 압력을 균등하게 분배하여 젖음성 및 가압착성을 개선시킬 수 있다. 또한, 젖음성 개선으로 30℃ 정도의 낮은 가압착 온도에서도 들뜸이나 버블, ACF의 에지 오버-플로우(edge over-flow) 발생 없이 가압착이 가능하다. 따라서, 본 발명은 가압착 온도가 30℃ 내지 100℃인 이방 전도성 필름을 제공할 수 있다. 상기 가압착 온도는 바람직하게 40℃ 내지 100℃의 범위일 수 있다. 본원에서 가압착 온도는 해당 온도에서 1 MPa, 1초 동안 압착후 들뜸, 버블 및 에지 오버-플로우 여부를 현미경으로 관찰했을 때, 들뜸이나 버블 발생 혹은 에지 오버-플로우가 나타나는 불량 발생률이 5% 이하, 바람직하게는 1% 이하, 특히 바람직하게는 0.1% 이하인 것을 의미한다. 통상 가압착 온도는 접착 조성물의 젖음성의 균일성 확보를 위해 조성물의 연화점에 기초해 결정된다. 본원 발명에서는 베이스 필름 자체의 탄성을 높여 젖음성을 개선시킴으로써 연화점 이하의 낮은 온도에서도 조성물의 종류에 상관없이 가압착이 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서 100~150℃에서 열팽창계수가 50 ppm/℃ 이하인 베이스 필름을 사용함으로써 열 수축력이 높은 베이스 필름에서 일반적으로 발생하는 필름의 에지 부분에서 접착층이 오버-플로우되는 문제를 해소할 수 있으며 또한 고른 압력분배가 가능하여 젖음성 개선에 효과적이다.
상기 베이스 필름의 예로 실리콘 중합체, 폴리에틸렌, 또는 SEPS styrene-ethylene/propylene-styrene) 블록 공중합체를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 실리콘 중합체를 사용할 수 있다.
상기 도전 입자를 함유하는 접착층은 금속 입자 등의 도전 입자를 에폭시, 우레탄 및/또는 아크릴 등의 절연성 수지에 분산시킨 접착 조성물이다. 상기 도전 입자를 함유하는 접착층은 바인더 수지, 라디칼 중합 물질, 라디칼 중합 개시제 및 커플링제 등과 같이 이방 전도성 필름 조성물에 통상 사용되는 성분을 포함할 수 있다.
상기 베이스 필름의 두께는 10 μm 내지 250 μm의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 양태는 도 1을 참조하면 금속 및 금속산화막이 최외층에 포함된 배선 기판(3) 위에, 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름(1) 및 상기 베이스 필름 위에 형성된 도전 입자를 포함하는 접착층(2)을 포함하는 이방 전도성 필름(4)을 배치하는 단계; 및 상기 배선 기판(3)에 상기 이방 전도성 필름을 가압수단(5)에 의해 가압착시키는 단계를 포함하며, 상기 가압수단과 상기 이방 전도성 필름이 상기 가압착시 직접 접촉하는, 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 양태에서 직접 접촉은 가압수단과 이방 전도성 필름이 실리콘 시트와 같은 완충 시트 없이 접촉하는 것을 말한다. 상기 반도체 장치의 제조 방법은 도 2를 참조하면 상기 가압착 단계 후, 상기 이방 전도성 필름(4) 중 베이스 필름(1)을 제거하는 단계 및 상기 접착층(2) 상에 반도체 칩(6)을 탑재시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 반도체 장치의 제조 방법은 상기 반도체 칩 탑재 단계 후 본압착시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 모듈러스가 5,000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름 위에 도전 입자를 함유하는 접착층을 형성하는 단계를 포함하는 이방 전도성 필름의 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명에 따른 이방 전도성 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 베이스 필름 상에 도전 입자를 함유하는 접착 층을 형성한 후에 이를 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건 중 하나 이상을 만족하는 베이스 필름에 전사시켜 합지하는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명은,
a) 금속 및 금속산화막이 최외층에 포함된 배선 기판;
b) 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는, 본 발명에 따른이방 전도성 필름 중 베이스 필름을 제외한 접착층; 및
c) 상기 접착층 상에 탑재된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1: 이방 전도성 필름의 제조
하기에 기재된 조성의 고형 중량부 기준으로 부타디엔 수지 10 중량부, 아크릴레이트 변성 우레탄 수지 30 중량부, 아크릴 공중합체 20 중량부, 라디칼 중합 물질 36 중량부, 유기 과산화물 2 중량부, 도전 입자 2 중량부를 배합하고 자전공전식 믹서를 사용해 용해, 분산 후 박리 처리된 250 μm 두께의 실리콘 중합체 필름(모듈러스: 668 kgf/cm2) 위에 코팅해 60℃로 가열한 열풍 순환식 오븐으로 5분간 용제를 건조시켜 실시예 1의 이방 전도성 필름을 제조하였다.
1. 부타디엔 수지: 25 부피%로 톨루엔/메틸 에틸 케톤에 용해된 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체(1072CGX, Zeon Chemical)
2. 아크릴레이트 변성 우레탄 수지: 50 부피%로 메틸 에틸 케톤을 용제로 사용하여 폴리올 함량 60%, 하이드록시 메타아크릴레이트/이소시아네이트 몰비= 0.5로 하여 온도 90 ℃, 압력 1기압, 반응시간 5시간, 다이부틸틴다이라우릴레이트를 촉매로 사용하여 중부가 중합 반응시켜 합성한 폴리우레탄 아크릴레이트(중량평균분자량 25,000)
3. 아크릴 공중합체: 40 부피%로 톨루엔/메틸 에틸 케톤에 용해된 중량평균분자량 90,000 ~ 120,000인 아크릴 수지 (AOF7003, 애경화학)
4. 라디칼 중합성 물질: 에폭시 아크릴레이트 폴리머(SP1509, 쇼와폴리머)
5. 유기 과산화물: 벤조일 퍼옥사이드
6. 도전 입자: 3㎛의 크기인 전도성 입자 (Ni에 AU코팅 입자)
실시예 2: 이방 전도성 필름의 제조
150 μm의 실리콘 중합체 필름(모듈러스: 659 kgf/cm2)을 사용한 것으로 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 실시하여 실시예 2의 이방 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 3: 이방 전도성 필름의 제조
50 μm의 실리콘 중합체 필름(모듈러스: 643 kgf/cm2)을 사용한 것으로 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 실시하여 실시예 3의 이방 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 4: 이방 전도성 필름의 제조
50 μm의 실리콘 중합체 필름(모듈러스: 3000 kgf/cm2)을 사용한 것으로 제외하고는 실시예 1와 동일한 방법으로 실시하여 실시예 4의 이방 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 5: 이방 전도성 필름의 제조
50 μm의 폴리에틸렌 필름(모듈러스: 1500 kgf/cm2)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 실시예 5의 이방 전도성 필름을 제조하였다.
비교예 1-3: 이방 전도성 필름의 제조
베이스 필름으로 PET 이형 필름(제조원: Nippa, 제품명: PET WH film)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 실시하여 비교예 1 내지 3의 이방 전도성 필름을 제조하였다. 다만, 비교예 3은 물성 평가를 위한 가압착시 실리콘 시트를 적용하였다.
실험예 : 이방 전도성 필름의 물성 측정
상기 실시예와 비교예에서 제조한 이방 전도성 필름에 대하여 하기 표 1에 기재된 물성을 측정하고 그 결과를 당해 표에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3
베이스 필름 실리콘 폴리머 실리콘 폴리머 실리콘 폴리머 실리콘폴리머 PE 필름 PET 이형필름 PET 이형필름 PET 이형필름
Nitto Tape 박리력
(gf/in)		 30 20 30 30 20 10 20 20
가압착시 실리콘
중합체 시트 적용		 × × × × × × × O
내열성(℃) 400~500 400~500 400~500 400~500 150~200 200~250 200~250 200~250
필름두께(μm) 250 150 50 50 50 50 20 50
열팽창계수(ppm/℃) 37 35 36 48 50 -117 -108 -112
모듈러스(kgf/cm2) 668 659 643 3000 1500 18518 19012 18654
가압착[30℃] 5/5 5/5 5/5 2/5 0/5 0/5 0/5 0/5
가압착[40℃] 5/5 5/5 5/5 3/5 0/5 0/5 0/5 0/5
가압착[50℃] 5/5 5/5 5/5 4/5 2/5 0/5 0/5 0/5
가압착[60℃] 5/5 5/5 5/5 4/5 3/5 0/5 0/5 0/5
가압착[70℃] 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5 0/5 0/5
가압착[80℃] 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5
가압착[90℃] 5/5 5/5 5/5 5/5 4/5 5/5 5/5 5/5
가압착[100℃] 5/5 5/5 5/5 5/5 4/5 1/5 3/5 2/5
에지 오버-플로우(100℃) 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 발생 발생 발생
80℃가압착 후 기포 발생 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 발생 발생 발생
본압 후 접착력(Mpa) 40 42 42 44 31 34 42 41
신뢰성 후 접착력(Mpa) 41 42 41 42 32 37 42 42
신뢰성 후 접촉저항(Ω) 4.32 3.57 3.47 3.87 4.82 4.21 4.87 4.32
<물성 측정 방법>
(1) 접착력
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 이방 전도성 필름의 회로 접속 성능을 평가하기 위해, IC(제조원: 스미토모, 전극높이: 12㎛)와 글라스 TEG(제조원:제일모직, 패턴형성이 되지 않은 Bare glass TEG) 를 이용하여 압착을 진행하였다.
상기 제조한 이방 전도성 필름을 글래스 패널 회로 형성부에 놓고 80℃, 1초 1MPa로 가압착한 후, 실시예 1 내지 5의 베이스 필름 혹은 비교예 1 내지 3의 이형 필름(비교예 3의 경우 실리콘 중합체 시트 포함)을 제거하고 IC(Integrated Circuit) 를 대치시킨 후, 210℃, 5초 50MPa로 본압착하였다. 이후 압착 부위를 Die shear (DAGE2000)을 이용하여 Chip 부위를 180°로 밀어 가해지는 힘을 측정하였다. 또한, 신뢰성 평가를 위해, 회로 접속물을 85℃, 85%의 항온, 항습 조건에서 500시간 동안 보관한 후 상기한 바와 같은 방법으로 접착력을 측정하였다.
(2) 접속 저항
접속 저항은 상기 (1)의 접착력에 기재된 조건의 가압착 및 본압착 후, 및 신뢰성 평가를 위한 항온 항습 조건에 보관 후 2 point probe 법을 이용하여 측정한다. 2 point probe법은 저항측정기기를 이용할 수 있는데 기기에 연결되어 있는 2개의 probe를 이용하여 2 point 사이에서의 저항을 측정하였다. 저항측정기기는 1mA를 인가하며 이때 측정되는 전압으로 저항을 계산하여 표시하였다.
(3) 열팽창계수
열팽창계수는 각 실시예 및 비교예의 베이스 필름 혹은 기재 필름을 TMA(TA instruments)의 probe에 장착하여 측정하였다. 승온속도는 10℃/min이며 테스트 온도범위는 100 ℃부터 150 ℃까지로 하였다. 열팽창계수는 단위 온도, 단위 길이 당 팽창한 길이로 정의되며, 이는 측정기기에 표시되는 그래프의 기울기로서 측정할 수 있다.
(4) 모듈러스
모듈러스는 각 실시예 및 비교예의 베이스 필름 혹은 기재 필름을 UTM 장비를 사용하여 상온에서 5mm/min의 속도로 180o Peel 하여 측정하였다. 이때, UTM JIG는 500 N짜리 JIG로 하여 측정한다.
(5) Nitto Tape 박리력
Film에 Nitto Tape를 롤러로 밀어 부착시킨 후 1시간 경과후 UTM 장비를 이용하여 180o Peel Test를 하였다.
(6) 가압착성
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 이방 전도성 필름을 글라스 TEG에 40℃ 내지 100℃ 사이의 각각의 온도에서 1 MPa, 1초 동안 가압착후 들뜸, 버블 및 에지 오버-플로우 여부를 현미경으로 관찰했을 때, 들뜸이나 버블 발생 혹은 에지 오버-플로우가 나타나는 불량 발생률이 0인 경우의 개수를 세었다.
(7) 내열성
TGA(Thermo gravimetric Analysis)를 이용열을 가하면서 무게측정을 하여
유기물이 분해되는 온도점을 측정하여 내열성 테스트를 하였다.
(8) 가압 후 기포 발생
가압착 후 글라스 뒷면을 현미경으로 관찰하여 기포발생을 확인하였다.

Claims (9)

  1. 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건을 만족하는 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름 상에 형성된 도전 입자를 포함하는 접착층을 포함하는 이방 전도성 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스 필름이 실리콘 중합체, 폴리에틸렌, 또는 SEPS(styrene-ethylene/propylene-styrene) 블록 공중합체 필름인 이방 전도성 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이방 전도성 필름의 가압착 온도가 30℃ 내지 100℃ 인 이방 전도성 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베이스 필름의 두께가 10 μm 내지 250 μm인 이방 전도성 필름.
  5. 금속 및 금속산화막이 최외층에 포함된 배선 기판 위에, 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건을 만족하는 베이스 필름 및 상기 베이스 필름 상에 형성된 도전 입자를 포함하는 접착층을 포함하는 이방 전도성 필름을 배치하는 단계; 및
    상기 배선 기판에 상기 이방 전도성 필름을 가압수단에 의해 가압착시키는 단계를 포함하며, 상기 가압수단과 상기 이방 전도성 필름이 상기 가압착시 직접 접촉하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 모듈러스가 5000 kgf/cm2 이하 및 100~150℃에서 열팽창계수가 50ppm/℃ 이하의 조건을 만족하는 베이스 필름 위에 도전 입자를 포함하는 접착층을 형성하는 단계를 포함하는 이방 전도성 필름의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 베이스 필름이 실리콘 중합체, 폴리에틸렌, 또는 SEPS(styrene-ethylene/propylene-styrene) 블록 공중합체 필름인 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 베이스 필름의 두께가 10 μm 내지 250 μm인 제조 방법.
  9. a) 금속 및 금속산화막이 최외층에 포함된 배선 기판;
    b) 상기 배선 기판의 칩 탑재면에 부착되어 있는 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 이방 전도성 필름의 접착층; 및
    c) 상기 이방 전도성 필름의 접착층 상에 탑재된 반도체 칩을 포함하는 반도체 장치.
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