KR101616080B1 - 접착 대상체에 전도성 접착체를 형성시키는 방법 - Google Patents

Abstract

높은 전기 전도성을 갖고, 접착을 위한 솔더볼 형성률이 높아 접착성이 높은 전도성 접착제를 제조하는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법은, 적어도 일 단면이 고분자 화합물과 전도성 물질로 구성되되, 고분자 화합물과 상기 전도성 물질이 서로 구분되는 패턴을 형성하도록 구성되는 접착 필름체를 제조하는 단계; 접착 필름체를 절단하여 상기 단면이 접촉면이 되도록 하는 필름을 제조하는 단계; 제조된 필름을 접착 대상체 사이의 접합부에 위치시키되 단면이 접합부에 접촉되도록 위치시키는 단계; 및 필름을 열압착 처리함으로써, 접합부에 전도성 물질이 솔더볼을 형성하도록 하여 접착 대상체의 접합부와 접착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

접착 대상체에 전도성 접착체를 형성시키는 방법 {Method for forming a conductive adhesive at bonding object}

본 발명은 기판 및 디바이스를 전기/기계적으로 접착시키기 위하여 사용되는 전도성 접착 필름을 이용한 전도성 접착제의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 높은 전기전도성을 갖고, 접착을 위한 솔더볼 형성률이 높아 접착성이 높은 전도성 접착제를 제조하는 기술에 관한 것이다.

전도성 접착제(Conductive Adhesive)는, 기판 및 디바이스 등의 기기를 전도성을 갖도록 하면서 서로 접착하게 하여, 기판 및 디바이스 등의 기기 사이를 전기/기계적으로 접합시키기 위하여 사용되는 접착 필름 등의 물질을 의미한다.

종래의 도전성 필름을 통한 접착제는, 접착제로서의 고분자 화합물에, 도전성을 갖는 금속 분말을 혼합하여 필름 형태로 제작하고, 이를 접합부에 부착한 후 열을 가하는 방식으로 제조되어 왔다.

고분자 화합물에 금속 분말을 혼합한 필름을 접합부에 위치한 후 접합시킬 디바이스 등을 올려놓은 뒤 열을 가하게 되면, 고분자 화합물이 높으면서 금속 분말이 전극 사이에 고정되어 전류가 통하게 된다. 이때, 전류는 접합되는 양 기기의 접합 방향으로만 흐르게 되고, 그 외의 방향으로는 접합되는 금속 분말이 존재하지 않아, 이를 이방성 도전 필름(ACF, Anisotropic Conductive Film)이라고 한다.

종래의 도전성 접착제는 상기 언급한 바와 같이 고분자 화합물에 전도성 필러의 종류에 따라 등방성 도전성 접착제 (Isotropic Conductive Adhesives : ICAs)와 한 방향 즉 z축 방향으로만 흐를 수 있는 이방성 도전성 접착제 (Anisotropic Conductive Adhesives : ACAs)가 있다. 또한, 도전 필러(금속입자)가 함유되지 않은 비전도성 접착제(Non-Conductive Adhesives)로 구분된다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술에 의하면, 두 전극 사이에 접하게 되는 금속 입자가 일정한 수가 고정되기 어렵고, 접촉면이 매우 작아 접촉 저항이 커지는 문제점이 발생한다. 이와 같은 낮은 전기 전도도는 전도성 필름의 고질적인 문제점으로 지적되어 왔다. 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해, 금속의 표면장력에 의하여 금속들이 뭉치며 솔더볼을 형성하여 접속을 시키는 기술이 시도되었으나, 여전히 접속 수율에 문제점이 지적되어 왔다.

이에 본 발명은, 기판 및 디바이스의 전극을 접속시키도록 하는 전도성 접착제의 제조 방법에 있어서, 솔더볼 형성이 매우 용이하고, 이에 따라서 전도성이 높게 전극 사이를 접속시킬 수 있는 전도성 접착제를 접착 대상체에 형성시키는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법은, 적어도 일 단면이 고분자 화합물과 전도성 물질로 구성되되, 상기 고분자 화합물과 상기 전도성 물질이 서로 구분되는 패턴을 형성하도록 구성되는 접착 필름체를 제조하는 단계; 상기 접착 필름체를 절단하여 상기 단면이 접촉면이 되도록 하는 필름을 제조하는 단계; 상기 제조된 필름을 접착 대상체 사이의 접합부에 위치시키되 상기 단면이 상기 접합부에 접촉되도록 위치시키는 단계; 및 상기 필름을 열압착 처리함으로써, 상기 접합부에 상기 전도성 물질이 솔더볼을 형성하도록 하여 상기 접착 대상체의 접합부와 접착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 각 실시예에 의하면, 기존의 전도성 접착제의 제조 방법에 비하여, 금속 분자가 패터닝을 형성하면서 접합부에 위치되게 된다. 이에 의하여, 접합부 주변에 인위적으로 금속 분자가 밀집하도록 하게 되며, 이에 따라서 솔더볼의 형성이 용이해지게 되며, 결국 고전도성의 접착제를 활용하여 기반 및 디바이스의 전기/기계적 접합이 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 각 실시예에 따른 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.
도 2는 본 발명의 각 실시예에 따라 제조되는 필름의 일 실시예에 대한 평면도.
도 3 내지 5는 본 발명의 각 실시예에 따라 제조되는 접착 필름체의 패터닝 단면도의 일 실시예.
도 6은 본 발명의 각 실시예에 따라 제조되는 접착 필름체의 패터닝 단면도의 다른 실시예.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 각 실시예에 따른접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

본 발명의 설명에 앞서, 전도성 접착제란, 기판과 디바이스 등 서로 전기적 및 기계적으로 연결되어 데이터를 송수신하는 접착 대상체들의 사이에 각 접착 대상체의 접합부끼리의 접합을 위해 제조 및 형성되는 구성을 의미한다. 즉, 접착 대상체들은 노출 전극 등의 접합부를 포함하며, 접합부를 통해 서로 다른 대상체들이 전기적으로 연결되는 동시에 기계적으로도 접촉된다.

전도성 접착제는 이를 위해 접합력이 있고 전도성이 있는 금속 물질로 구성됨을 특징으로 하며, 금속 물질은 상기의 종래의 기술에서 언급한 바와 같이 페이스트 등의 형태로 제공되어 열 등에 의해 솔더볼을 형성하면서 접착 대상체들의 접합부에 접착됨에 따라, 기계적 및 전기적으로 기판 및 디바이스 등의 접착 대상체를 연결하게 된다.

이를 바탕으로 도 1을 참조하면, 본 발명의 각 실시예에 따른 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법에 있어서, 먼저 접착 필름체(10)를 제조하는 단계가 수행된다. 접착 필름체(10)는 고분자 화합물(111)과 전도성 물질(112)로 구성되며, 접착 필름체(10)의 적어도 일 단면(11)은 고분자 화합물(111)과 전도성 물질(112)이 서로 구분되도록 패턴을 형성하면서 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 언급한 종래의 기술에 비하여, 본 발명에서는 고분자 화합물(111)과 전도성 물질(112)이 서로 구분되도록 구성되며, 이에 따라서 양 물질의 구분적인 형성에 의한 패턴이 형성될 것이다.

본 발명에 있어서 고분자 화합물(111)은, 열 가소성 소재인 필름 형태의 에폭시 층, 열 경화성 소재인 접착제 형태 또는 페이스트 형태의 에폭시 물질로 구성될 수 있다.

한편 전도성 물질(112)은, 기존의 솔더 재료로서 SnPb, SAP(SnAgPb), SAC(SnAgCu) 및 저융점 합금으로 SnBi, SnIn 및 상기의 기존 솔더 자료에 Bi, In, Sb 등을 합금한 물질이 사용될 수 있다. 한편, 이하 설명한 전도성 물질(112)에 포함될 수 있는 고 열전도성 물질로는, 절연, 열전도성 필러로서, silica(SiO2), Silicon Carbide(SiC), Aluminum oxide(Al2O3), Aluminum nitride(AlN), Boron nitride(h-BN), Boron nitride(c-BN), Magnesium oxide(MgO) 등의 물질이 사용될 수 있으나, 상기의 재료 및 물질들은 본 발명의 기능을 수행하는 한도 내에서 이에 제한되지는 않을 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에서는 상기의 패턴이, 고분자 화합물(111)로 구성된 레이어와 전도성 물질(112)로 구성된 레이어로 구분되어 차례로 반복 적층되어, 적층된 측면이 단면(11)을 형성하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 대한 다양한 예가 도 3 내지 5에 도시되어 있다.

먼저 도 3을 참조하면, 고분자 화합물로서 에폭시 필름(1110)이 적층되어 있고, 에폭시 필름(1110)의 사이에 전도성 물질(112) 층으로서 열전도성 필러(filler, 113) 및 솔더(solder) 박막(114)이 적층되어 있는 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 3의 실시예에서는 고분자 화합물로서 에폭시 필름(1110), 열전도성 필러(113), 솔더 박막(114) 및 열전도성 필러(113) 순으로 반복 적층되어 도 1과 같은 접착 필름체를 제조할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 고분자 화합물인 에폭시 필름(1110)과 열전도성 필러와 솔더필러를 혼합한 전도성 물질(115) 순으로 반복 적층하여 도 1과 같은 접착 필름을 제조하는 예가 도시되어 있다.

도 3 및 4의 실시예는, 반복 적층된 구조를 통해 접착 필름체를 제조하는 경우 중, 고분자 화합물 층이 열 가소성 소재인 경우에 해당하는 실시예이다. 고분자 화합물 층이 열 가소성 소재인 경우, 상온에서 필름 상태 또는 고체 상태로 존재하기 때문에, 도 3 및 4와 같이 상대적으로 적층하기 용이하다.

한편 도 5의 실시예에서는, 고분자 화합물인 에폭시 페이스트(1111), 전도성 물질(112)로서 열전도성 필러(filler, 113) 및 솔더(solder) 박막(114)이 적층되어 있는 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 5의 실시예에서는 고분자 화합물로서 에폭시 필름(1111), 열전도성 필러(113), 솔더 박막(114) 및 열전도성 필러(113) 순으로 반복 적층되어 도 1과 같은 접착 필름체를 제조할 수 있다.

도 5의 실시예는, 고분자 화합물 층이 열 경화성 소재인 경우에 해당하는 실시예이다. 고분자 화합물 층이 열 경화성 소재인 경우, 상온에서 점성이 있는 페이스트 형태로 존재하기 때문에, 금속 박막(솔더 박막, 114)이 필수적으로 요구되는 점이 도 3 및 4와 다른 기술적 특징이다.

다시 도 1에 대한 설명으로 돌아와서, 첫 번째 단계로서 접착 필름체(10)를 제조하는 단계가 완료되면, 접착 필름체(10)를 절단하여 단면(11)이 접착면이 되도록 하는 필름(20)을 제조하는 단계가 수행된다. 즉, 단면(11)이 상기 언급한 바와 같이 고분자 화합물(111)과 전도성 물질(112)이 서로 구분되는 패턴이 형성되어 있는 면일 때, 해당 단면(11)이 이후의 단계에서 접합부에 접착 시 접착되는 면이 되도록 접착 필름체(10)를 슬라이싱하여 필름(20)을 제조하게 되는 것이다. 이와 같은 단계에 의해 생성된 필름(20)에 대한 예가 도 2에 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 필름(20)은 얇은 박막 형태를 갖고 있는 것을 확인할 수 있으며, 이 중 넓은 면이 접착면으로 작용하게 되며, 고분자 화합물(111)과 전도성 물질(112)이 상기 언급한 바와 같이 서로 반복 적층되는 적층 레이어 패턴을 형성하고 있는 것을 확인할 수 있다.

다시 도 1에 대한 설명으로 돌아와서, 도 1의 두 번째 그림에 도시된 바와 같이 필름(20)이 제조되면, 결과적으로 얇은 필름(20)의 넓은 양 면은 단면(11)의 형상으로서 고분자 화합물(111)과 전도성 물질(112)이 서로 패턴을 형성하면서 구분되도록 형성되어 있는 필름(20)이 제조된다.

이후, 제조된 필름(20)을 접착 대상체(30, 40) 사이의 접합부(미도시)에 위치시키되, 상기 언급한 바와 같이 접촉면이 되는 단면이 접합부에 접촉되도록 위치시키는 단계와, 필름(20)에 대하여 열압착 처리(A)를 수행하여, 결과적으로 접합무에 전도성 물질(112)이 솔더볼(21)을 형성하여 접착 대상체의 접합부와 전기/기계적으로 접착시키는 단계가 수행된다.

이때, 솔더볼(21)의 형성 및 접합부의 한정을 위해 접착 대상체(30, 40)에는 금속 패드(50)가 형성되어 있으며, 이때 필름(20)은 금속 패드(50)에 접촉하도록 위치됨에 따라서 접합부에 접촉된다.

상기 언급한 바와 같이 접합부는 전극 등의 전도성 물질을 포함하면서 접착 대상체(30, 40)에 형성되는 구성으로서, 접착제를 통해 접합되기 위해 금속 패드(50)가 접합부를 한정하는 구성으로 작용할 수 있다.

한편, 접착제의 효율적인 접합을 위하여, 본 발명에서 접착 필름체(10)를 제조하는 단계에서, 도 1에 도시된 바와 달리, 일 단면(11)이 금속 패드(50)의 형상에 대응되는 형상을 갖도록 접착 필름체(10)를 제조할 수 있다. 또는 금속 패드(50)에 한정되지는 않으나, 접합부에 대응되는 형상을 갖도록 제조할 수 있다.

한편, 상기의 열압착 처리(A) 대신, 본 발명의 다른 실시예에서는, 초음파 접합 방식이 사용될 수 있다. 즉, 필름(20)이 부착된 접착 대상체(30, 40) 중 어느 한 접착 대상체, 바람직하게는 상부에 위치한 접착 대상체(30)에 초음파 진동을 가하여 발생된 열을 확보하여 접합하는 방식이 사용될 수 있다. 이는 박막의 분리에 용이한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 도 1 내지 5의 실시예에 따라 제조된 접착제 및 접착 방법에 의하면, 전도성 물질(112)이 인위적으로 일 영역에 패터닝에 따라서 밀집하게 되며, 이에 따라서 열 처리 시 솔더 박막 및 솔더 필러가 표면 장력에 의하여 접합부인 금속 패드 위로 더욱 용이하게 결집되며, 열전도성 필러는 열방출에 용이한 구조로 나열된다.

이러한 결과에 따라서 상기 언급한 바와 같이 종래의 기술에 의해 발생할 수 있는 불규칙한 접착면을 보정하고, 전도성 물질이 분말 형태로 제공됨에 따라서 형성되는 솔더볼을 안정적으로 원하는 위치에 쉽게 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 각 실시예에 따라 제조되는 접착 필름체의 패터닝 단면도의 다른 실시예이다.

상기 도 1 내지 5의 실시예에서는, 고분자 화합물과 도전성 물질이, 각 물질이 층을 이루면서 반복 적층되는 레이어 구조의 단면을 갖는 특징을 포함하고 있다.

그러나 도 6을 참조하면, 접착 필름체(100)의 단면을 슬라이싱하여 제조되는 필름(110)의 상기의 단면에는, 고분자 화합물(101) 사이에 전도성 물질(102)을 삽입함에 따라서, 고분자 화합물(101) 사이에 삽입된 전도성 물질(102)이 도 6과 같이 도트 패턴을 형성하여 노출되는 면이 단면이 되도록 접착 필름체(100) 및 이에 의한 필름(110)이 제조되는 것을 확인할 수 있다.

도 6의 실시예는, 도 1 내지 5의 실시예와 마찬가지로 인위적으로 금속 물질이 밀집되도록 하기 위한 실시예로서, 그 효과는 도 1 내지 5의 실시예와 동일할 것이다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 적어도 일 단면이 고분자 화합물과 주석을 포함한 금속 합금 소재로 이루어진 전도성 물질로 구성되되, 상기 고분자 화합물과 상기 전도성 물질이 서로 구분되는 패턴을 형성하도록 구성되는 접착 필름체를 제조하는 단계; 상기 접착 필름체를 절단하여 상기 단면이 접착면이 되도록 하는 필름을 제조하는 단계; 상기 제조된 필름을 접착 대상체 사이의 접합부에 위치시키되 상기 단면이 상기 접합부에 접촉되도록 위치시키는 단계; 및 상기 필름을 열압착 처리함으로써, 상기 접합부에 상기 전도성 물질이 솔더볼을 형성하도록 하여 상기 접착 대상체의 접합부와 접착시키는 단계;를 포함하되,
   상기 접착 필름체를 제조하는 단계는, 상기 고분자 화합물과 상기 전도성 물질을 차례로 적층하여, 상기 적층된 측면이 상기 단면이 되도록 접착 필름체를 제조하는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 화합물은 열 가소성 소재이며,
   상기 접착 필름체를 제조하는 단계는,
   고분자 화합물 필름, 열전도성 필러, 솔더 박막, 열전도성 필러 순으로 반복 적층하여 상기 접착 필름체를 제조하는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 화합물은 열 가소성 소재이며,
   상기 접착 필름체를 제조하는 단계는,
   고분자 화합물 필름, 열전도성 필러와 솔더필러를 혼합한 전도성 물질 순으로 반복 적층하여 상기 접착 필름체를 제조하는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고분자 화합물은 열 경화성 소재이며,
   상기 접착 필름체를 제조하는 단계는,
   고분자 화합물 페이스트, 열전도성 필러, 솔더 박막, 열전도성 필러 순으로 반복 적층하여 상기 접착 필름체를 제조하는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 접착 필름체를 제조하는 단계는,
   상기 고분자 화합물 사이에 상기 전도성 물질을 삽입하여, 상기 고분자 화합물 사이에 삽입된 상기 전도성 물질이 도트 패턴을 형성하며 노출되는 면이 상기 단면이 되도록 상기 접착 필름체를 제조하는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 접합부에는 금속 패드가 형성되어 있으며,
   상기 접합부에 위치시키는 단계는,
   상기 제조된 필름을 상기 금속 패드와 접촉하도록 위치시키는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 접착 필름체를 제조하는 단계는,
   상기 적어도 일 단면이 상기 금속 패드의 형상에 대응되는 형상을 갖도록 상기 접착 필름체를 제조하는 것을 특징으로 하는 접착 대상체에 전도성 접착제를 형성시키는 방법.
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9. 삭제

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