KR101628440B1 - 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치 - Google Patents

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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/819—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector with the bump connector not providing any mechanical bonding
    • H01L2224/81901—Pressing the bump connector against the bonding areas by means of another connector
    • H01L2224/81903—Pressing the bump connector against the bonding areas by means of another connector by means of a layer connector
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/831—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
    • H01L2224/83101—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus as prepeg comprising a layer connector, e.g. provided in an insulating plate member
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/832—Applying energy for connecting
    • H01L2224/83201—Compression bonding
    • H01L2224/83203—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
    • H01L2224/83204—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding with a graded temperature profile
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83851—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester being an anisotropic conductive adhesive
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855—Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • H01L2224/83862—Heat curing
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
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Abstract

본 발명은 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 절연층, 도전층 및 제2 절연층을 포함하는 3층 구조이며, 하기의 식 1로 나타나는 응력-변형 곡선의 기울기(A)가 0 초과 및 0.2 kgf/(mm2·%)이하이며, 최대 응력(stress)값이 0.4 kgf/mm2 이상인, 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것이다.
[식 1]
기울기(A, 단위 : kgf/(mm2·%)) = (1/2 Smax - S0) / x
(Smax : 최대응력, x : 최대응력의 1/2 값에서의 변형률(%), S0 : 변형률이 0 일 때의 응력 값)
이는 경화 전 이방성 도전 필름의 초기 물성의 제어가 가능하도록 기울기(A) 및 최대 응력 값을 조절한 것으로, 이를 통해 가압착성이 향상되고 본압착 공정이 용이해 질 수 있다.

Description

이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치{ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM AND THE SEMICONDUCTOR DEVICE USING THEREOF}
본 발명은 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것이다.
이방성 도전 필름 (Anisotropic conductive film, ACF)이란 일반적으로 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 위치시킨 후 일정 조건 하에서 가열 압착 공정을 거치게 되면, 회로 단자들 사이는 도전입자에 의해 전기적으로 접속되고 인접하는 단자 사이에는 절연층이 충진되어 도전입자가 서로 독립하여 존재하게 됨으로써 높은 절연성 및 통전성을 부여하게 된다.
이방성 도전 필름을 이용한 모듈 공정에 있어서 상기 이방성 도전 필름을 글래스 위에 정렬시키고 이를 열 압착 등을 통해 글래스 위에 고정시킨 후 이형 필름을 제거하는 가압착 공정을 거치는데, 이 때 글래스에 고정되는 도전층의 용융 점도가 이형 필름 쪽에 인접한 절연층의 용융 점도보다 더 높기 때문에 글래스에 대한 도전층의 점착력이 낮아, 이형 필름 제거시 이방성 도전 필름이 남아있지 않고 글래스로부터 모두 떨어지는 가압착 공정 불량이 자주 발생하게 된다.
이에 3층 구조가 제안되었으나, 종래 3층 구조의 이방성 도전 필름은 절연층의 가압착성을 위해 절연층의 두께를 두껍게 설정하였다. 이 경우 경화 후 들뜸 현상으로 인해 접속 신뢰성이 불충분하다는 한계가 있다(일본 특허 출원 공개 평7-9821호).
또한, 본압착 시 불량이 발생하게 되면 글래스를 폐기하기보다는 리웍(rework) 공정을 통해 탭을 제거하고 다시 이방성 도전 필름의 수동 가압착 공정을 거치게 되기 때문에 이방성 도전 필름에 있어서, 높은 가압착성이 요구된다.
한편, 가압착시 압력에 의해 필름에 응력이 발생하는데 이 ?, 외부 스트레스에 의해 가해지는 응력이 최대 허용 응력을 초과하는 경우, 내부에서 응력을 해소하지 못함에 따라 균열(crack)이 발생하여 접착력 등의 물성이 저하되고, 필름의 파단 등이 유발될 수 있다. 또한, 가압착 공정의 압력을 줄이게 되는 경우, 필름이 늘어나고 필름의 가압착성을 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 필름의 경화 전 가압착성을 제어할 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있으며, 가압착성의 조절로 가압착 공정 향상뿐만 아니라, 이 후, 본압착 공정을 용이하게 하여 형태 안정성 및 이를 통한 릴 안정성이 개선된 이방성 도전 필름 및 반도체 장치를 제공하는 것이 필요하다.
일본 특허 출원 공개 평7-9821호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가압착성의 제어가 가능하도록, 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)의 기울기 및 최대 응력(stress) 값을 조절하여 가압착성이 개선된 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치를 제공하고자 한다.
또한, 가압착성의 개선을 통해 가압착 후의 본압착을 용이하도록 하여, 필름의 형태 안정성이 보다 향상된 이방성 도전 필름 및 이를 이용한 반도체 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에 따르면, 제1 절연층, 도전층 및 제2 절연층을 포함하고, 하기의 식 1로 나타나는 응력-변형률 곡선의 기울기(A)가 0 초과 및 0.2 kgf/(mm2·%) 이하이며, 최대 응력 값이 0.4 kgf/mm2 이상인, 이방성 도전 필름을 제공한다.
[식 1]
기울기(A, 단위 : kgf/(mm2·%) ) = (1/2 Smax - S0) / x
(Smax : 최대응력, x : 최대응력의 1/2 값에서의 변형률(%), S0 : 변형률이 0 일 때의 응력 값)
본 발명의 또 다른 일 예에 따르면, 본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름에 의해 접속된 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름은 응력-변형률 곡선의 기울기 및 최대 응력 값을 조절하여 가압착성을 개선시킴과 동시에 본압착 공정성을 향상시켜 형태 안정성을 확보할 수 있으며, 경화 후 들뜸 현상이 감소되어 접속 신뢰성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 충분한 도통성 및 기판과의 밀착성이 확보될 수 있다.
또한, 가압착성 및 신뢰성 후 접속저항이 개선된 이방성 도전 필름에 의해 접속된 반도체 장치를 제공하여 고온고습에서도 장기간 사용가능한 반도체 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름을 나타낸 것이다.
도 2는 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 이방성 도전 필름의 응력-변형률 곡선을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름의 기울기(A) 및 최대 응력 값을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 특정 온도에서 제2 절연층의 용융 점도를 ARES 을 이용하여 측정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6는 본 발명의 비교예 3의 가압착 불량 평가에서 일부 가압착되지 않은 것(선이 나타나지 않은 시편 3개)을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1의 가압착 불량 평가에서 모두 양호한 것으로 평가된 것(모든 시편에서 선이 나타남)을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 명세서에 기재되지 않은 내용은 본 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3층 구조의 이방성 도전 필름(4)의 단면도이다.
본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름(4)은 3층 이상의 복층형일 수 있다. 구체적으로, 제1 절연층(1), 도전층(2) 및 제2 절연층(3)을 포함하는 3층 구조일 수 있으며, 보다 구체적으로 도전입자(5)를 함유한 도전층(2)의 한 면에는 제1 절연층(1)이 적층되어 있고, 도전층(2)의 다른 면에는 제2 절연층(3)이 적층되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름(4)은 도전입자(5)를 포함하여 전기적으로 접속되도록 하는 도전층(2)의 양면에 도전입자(5)를 포함하지 않는 절연층들(1, 3)이 각각 분리 및 형성되어 있어, 필름의 압착 공정시 도전입자(5)의 압착을 방해하지 않고 이방성 도전 필름(4)에 절연성을 부여할 수 있다. 또한, 종래 2층 구조에서 절연층이 단일층으로 구성되어 단자 간에 절연층이 충분히 충진되지 못했던 점을 보완할 수 있다.
상기 용어 '적층'은 임의의 층의 일면에 다른 층이 형성되는 것을 의미하며, 코팅 또는 라미네이션과 혼용하여 사용할 수 있다.
상기 제1 절연층(1)의 두께는 2 ㎛ 이하일 수 있고, 도전층(2)의 두께는 2 내지 10 ㎛일 수 있으며, 제2 절연층(3)의 두께는 6 내지 18 ㎛일 수 있고, 구체적으로, 제1 절연층(1)의 두께는 1 ㎛ 이하일 수 있고, 도전층(2)의 두께는 2 내지 8 ㎛일 수 있으며, 제2 절연층(3)의 두께는 6 내지 16 ㎛일 수 있다.
보다 구체적으로, 도전층(2)의 두께는 2.5 내지 6 ㎛ 일 수 있으며, 제2 절연층(3)의 두께는 7 내지 15 ㎛일 수 있다.
본 실시예의 이방성 도전 필름의 제1 절연층(1)의 두께가 2 ㎛ 이하인 경우, 구체적으로 1 ㎛ 이하인 경우, 가압착이 유리하면서도 충분한 도통성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 경화 후 들뜸 현상을 감소시키고 기판과의 밀착성을 확보하여 접속 신뢰성을 개선할 수 있어, 반도체 장치의 신뢰성을 개선할 수 있다.
본 실시예의 이방성 도전 필름을 이용하여 가압착 전의 응력-변형률 곡선을 측정하여, 이방성 도전 필름의 가압착 전의 물성을 예측하여 가압착 공정성 및 가압착 이후 본압착 공정의 용이성을 조절할 수 있다.
상기 용어 "응력-변형률 곡선(stress-strain curve)”은 응력-변형도 선도 또는 응력-왜곡 곡선 등의 용어와 혼용되어 사용될 수 있으며, 응력-변형률 곡선은 재료의 시편에 가한 하중과 변형 정도를 측정하여 얻을 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 응력-변형률 곡선을 설명한다. 응력-변형률 곡선에서 탄성구간은 항복점까지 선형(linear)의 응력-변형률 관계를 보이며, 탄성 구간에의 1차 함수로 나타나는 그래프의 기울기를 탄성 계수(modulus of elasticity, E) 또는 영의 계수(Young's modulus)라고 한다. 변형이 계속되면 변형 경화로 인해 응력이 극한 강도에 이를 때까지 증가하게 된다.
도 2에서 항복점(yield point)은 탄성영역에서 소성영역으로의 전환되는 한계점을 의미하고, 응력-변형률 곡선의 아래 면적은 재료의 인성(toughness)을 나타내며, 곡선의 탄성영역의 삼각형의 면적은 재료의 탄성에너지(resilience)를 나타낸다. 실제의 곡선은 항복점 이전 또는 항복점 부근에 파단점을 갖는 것도 있고 항복치의 높이나 곡선의 형태는 재료에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름의 응력-변형률 곡선을 도 3에 도시하였다.
상기 이방성 도전 필름의 응력-변형률 곡선을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 비제한적으로 다음과 같이 얻을 수 있다. : UTM(Universal Testing Machine, H5KT, Hounsfield)을 이용하여 필름을 일정한 간격(예: 2 mm ×10 mm)으로 핸드 슬리팅(hand slitting)하여 인장강도를 시편 1개당 2회 측정하여 평균값을 구하여 응력-변형률 곡선을 얻는다.
구체적으로, 상기 응력-변형률 곡선은 변형률(%)을 x 축으로, 응력(kgf/mm2)을 y 축으로 그릴 수 있으며, 상기 곡선에서의 임의의 점은 (x, y)의 좌표로 나타낼 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 상기 곡선에서의 기울기(A) 및 최대 응력을 측정하는 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예의 응력-변형률 곡선의 기울기(A, 단위: kgf/(mm2·%))는 최대 응력(Smax)의 50 % 값을 나타내는 좌표(x, 1/2 Smax) 및 변형률이 0 일 때의 좌표 (0, S0)간의 변화율을 나타낸 것으로 하기의 식 1과 같이 계산할 수 있다.
[식 1]
기울기(A, 단위: kgf/(mm2·%)) = (1/2 Smax - S0) / x
(Smax : 최대응력, x : 최대응력의 1/2 값에서의 변형률(%), S0 : 변형률이 0 일 때의 응력 값)
본 실시예의 이방성 도전 필름의 응력-변형률 곡선에서 상기 기울기(A)는 이방성 도전 필름의 경화 전에 측정한 것으로, 상기 기울기가 나타내는 특성은 이방성 도전 필름의 경화전의 가압착성 또는 초기 물성을 나타내기 용이하다.
상기 응력-변형률 곡선에서 최대 응력(Smax) 값은 응력-변형률 곡선에서 응력 값이 가장 높은 값으로, 이 후 변형에 의해 응력이 감소하고 필름이 파단될 수 있는 지점을 의미한다.
본 발명의 일 예에 따른 응력-변형 곡선의 기울기(A) 및 최대 응력 값은 이방성 도전 필름의 경화 전에 측정할 수 있으며, 상기 기울기(A) 및 최대 응력 값은 각 층의 두께, 조성물의 성분 및 이들의 함량 등에 의하여 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 이방성 도전 필름은 하기의 식 1로 나타나는 응력-변형률 곡선의 기울기(A)가 0 초과 및 0.2 kgf/(mm2·%) 이하이며, 최대 응력(stress)값이 0.4 kgf/mm2 이상인, 이방성 도전 필름일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 기울기(A)는 0.05 내지 0.2 kgf/(mm2·%) 일 수 있으며, 응력 값은 0.5 kgf/mm2 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 기울기(A)는 0.1 내지 0.2 kgf/(mm2·%) 일 수 있으며, 응력 값은 0.5 내지 1.0 kgf/mm2 일 수 있다.
[식 1]
기울기(A, 단위: kgf/(mm2·%)) = (1/2 Smax - S0) / x
(Smax : 최대응력, x : 최대응력의 1/2 값에서의 변형률(%), S0 : 변형률이 0 일 때의 응력 값)
상기 범위로 응력-변형률 곡선의 기울기(A) 및 최대 응력 값을 조절함으로써, 이방성 도전 필름의 가압착성을 제어할 수 있다. 특히 상기 기울기(A) 및 응력 값은 가압착 공정에서의 필름의 초기 물성, 예를 들어 응력, 경도, 탄성률 등을 나타낼 수 있으므로, 상기 범위의 기울기(A) 및 응력 값을 통해 가압착성 공정의 불량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가압착시 필름이 늘어나지 않아 신뢰성이 향상될 수 있고, 이후 부서지거나 끊어짐 없이 본압착 공정성을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 상기 범위의 기울기(A) 및 최대 응력 값의 조절을 통해 경화 후, 초기 접속 저항 및 고온 고습에서의 신뢰성 평가 후의 접속저항이 개선되어, 접속 신뢰성이 개선된 이방성 도전 필름을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름은 ARES 측정에 따른 50 내지 60 ℃에서의 용융 점도가 20,000 내지 100,000 Pa·s일 수 있으며, 보다 구체적으로 29,000 내지 80,000 Pa·s일 수 있고, 예를 들어 20,000 내지 60,000 Pa·s일 수 있으며, 20,000 내지 47,000 Pa·s일 수 있다.
본 실시예에서는 50 내지 60 ℃에서 가압착이 수행될 수 있으며, 상기 50 내지 60 ℃에서의 상기 이방성 도전 필름의 용융 점도 범위 내에서 이방성 도전 필름의 흐름성의 제어가 가능하여, 가압착 공정이 용이한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름의 용융 점도는 함유되는 성분 및 함량에 의해 조절될 수 있을 뿐만 아니라, 층의 두께에 의해 조절될 수 있다.
구체적으로, 가장 두꺼운 층인 제 2 절연층에 의해 상기 이방성 도전 필름의 용융 점도가 좌우될 수 있으며, 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름의 제2 절연층의 ARES 측정에 따른 50 내지 60 ℃에서의 용융 점도는 10,000 내지 70,000 Pa·s일 수 있으며, 10,000 내지 60,000 Pa·s일 수 있고, 구체적으로 10,000 내지 40,000 Pa·s일 수 있으며, 보다 구체적으로 22,000 내지 38,000 Pa·s일 수 있다.
상기 범위에서 이방성 도전 필름 전체의 용융 점도를 조절할 수 있고, 충분한 접착력이 발현될 수 있을 뿐만 아니라, 글래스에 고루 압착되어 가압착성이 향상될 수 있고, 필름성이 향상되어 가압착 공정의 불량을 감소시킬 수 있으며, 단자간의 절연층이 충분히 충진되어 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 접착제의 온도를 올리면 초기(A1 구간)에서는 온도 상승에 의해 점도가 점차 감소하게 되며, 어느 순간(T0)에 이르면 접착제는 용융되어 최저의 점도(η0)를 나타내게 된다. 이후 온도를 더 올리게 되면 경화가 진행되어(A2 구간) 점도가 점차 상승하게 되며, 경화가 완료되면(A3 구간) 점도는 대체로 일정하게 유지되게 된다. 본 발명에서의 "ARES 측정에 따른 50 내지 60 ℃에서의 용융 점도"는 제2 절연층의 용융 점도는 각 수지간의 비율 및/또는 함유되는 조성의 비율을 통해 조절될 수 있으며, 무기입자를 추가적으로 포함하여 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름 50 내지 90 ℃, 1 내지 5초, 1.0 내지 5.0 MPa 의 조건에서 가압착 후, 110 내지 190 ℃, 1 내지 7초, 50 내지 90 MPa 의 조건에서 본압착 후 측정한 초기 접속 저항이 0.5 Ω이하일 수 있다. 구체적으로, 0.1 Ω 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로, 0.05 Ω이하일 수 있다.
상기 범위에서 미세 피치 전극의 신호 간섭을 막을 수 있다.
초기 접속 저항을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며, 비제한적인 예는 다음과 같다 : 60 ℃에서 1초, 1.0 MPa의 가압착 조건과, 150 ℃, 5초, 70 MPa의 본압착 조건으로 접속하여 상기 각각의 시편을 10개씩 준비하고, 이들 각각을 히오키 사의 전기저항 측정기를 사용하여 1mA의 전류를 인가하여 초기 접속 저항을 측정하여 평균값을 계산한다.
또한, 본 실시예에 따른 이방성 도전 필름은 상기 조건에서 가압착 및 본압착 후, 온도 85 ℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 측정한 신뢰성 후 접속 저항이 5 Ω이하일 수 있다. 구체적으로, 4 Ω 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 3 Ω이하일 수 있으며, 예를 들어 2 Ω이하일 수 있고, 1 Ω 이하일 수 있다.
상기 범위에서 도전 필름은 고온 고습 조건 하에서도 낮은 접속 저항을 유지할 수 있어 접속 신뢰성을 개선시킬 수 있어, 신뢰성 저항을 안정적으로 유지시킬 수 있어 상기 이방성 도전 필름에 접속된 반도체 장치는 고온 및/또는 고습 조건하에서도 장기간 사용할 수 있는 이점이 있다.
상기 신뢰성 후 접속 저항을 측정하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 비제한적인 예는 다음과 같다 : 상기 초기 접속 저항 측정 조건에서 가압착 및 본압착 수행 후, 온도 85 ℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 접속 저항을 측정하여 평균값을 계산하였다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름의 각 층에 대하여 설명한다. 각 층은 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 무기입자 및 커플링제를 포함할 수 있고, 도전층은 도전입자를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 각 층에 공통적으로 포함되는 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 무기입자 및 커플링제에 대하여 상술한다.
바인더 수지
본 실시예에서 사용되는 바인더 수지는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 수지를 사용할 수 있다.
상기 바인더 수지의 비제한적인 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리아크릴레이트 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.
구체적으로, 바인더가 동종이더라도 필요에 따라 중량 평균 분자량(Mw)이 상이할 수 있고, 2종 이상의 바인더가 포함되더라도 각 바인더의 중량 평균 분자량은 목적에 따라 동일할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 바인더 수지의 유리 전이 온도(Tg)가 상기 제2 바인더보다 높을 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 제1 바인더 수지의 유리 전이 온도는 90 ℃ 이상일 수 있으며, 예를 들어 95℃ 이상일 수 있고, 상기 제2 바인더 수지의 유리 전이 온도는 90℃ 미만일 수 있으며, 예를 들어 60 내지 90 ℃ 미만일 수 있으며, 구체적으로 70 내지 90 ℃ 미만일 수 있다. 유리 전이 온도 값이 높을수록 조성물의 딱딱한 정도(hard type)을 구현시킬 수 있다.
상기 바인더 수지는 제1 절연층 고형분 총 중량에 대하여, 제1 절연층에 10 중량% 내지 60 중량%로 함유될 수 있으며, 구체적으로 20 중량% 내지 50 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 도전층 고형분 총 중량에 대하여, 도전층에 10 중량% 내지 50 중량%로 함유될 수 있으며, 구체적으로 10 중량% 내지 40 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 제2 절연층 고형분 총 중량에 대하여, 제2 절연층에 10 중량% 내지 50 중량%로 함유될 수 있으며, 구체적으로 10 중량% 내지 40 중량%로 함유될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 제2 절연층에 포함되는 제1 바인더가 제2 바인더 보다 동일하거나 많이 포함되는 경우, 제1 바인더 : 제2 바인더를 1: 0.2 내지 1: 1의 중량비로 포함할 수 있고, 본 실시예에 따른 제2 절연층에 포함되는 제1 바인더가 제2 바인더 보다 적게 포함되는 경우, 제1 바인더 : 제2 바인더를 1: 4 내지 1: 10의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 범위에서 해당 층의 흐름성이 향상됨과 동시에 가압착 공정에서 적합한 접착력이 발현될 수 있을 뿐만 아니라, 제2 절연층에서의 바인더 수지간의 함량비에 따라 제2 절연층의 용융 점도를 조절할 수 있다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족 및 지환족으로 이루어진 군으로부터 선택된 에폭시 모노머, 에폭시 올리고머 및 에폭시 폴리머를 하나 이상 포함할 수 있다. 이러한 에폭시 수지로는 종래 알려진 에폭시계 중 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족, 지환족 등의 분자구조 내에서 선택될 수 있는 1종 이상의 결합 구조를 포함하는 물질이면 특별한 제한없이 사용할 수 있다.
상온에서 고상인 에폭시 수지와 상온에서 액상인 에폭시 수지를 병용할 수 있으며, 여기에 추가적으로 가요성 에폭시 수지를 병용할 수 있다. 상온에서 고상인 에폭시 수지로서는 페놀 노볼락(phenol novolac)형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락(cresol novolac)형 에폭시 수지, 디사이클로 펜타디엔(dicyclo pentadiene)을 주골격으로 하는 에폭시 수지, 비스페놀(bisphenol) A형 혹은 F형의 고분자 또는 변성한 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상온에서 액상의 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 혹은 F형 또는 혼합형 에폭시 수지 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가요성 에폭시 수지의 비제한적인 예로는 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지, 프로필렌 글리콜(propylene glycol)을 주골격으로 한 에폭시 수지, 우레탄(urethane) 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
이외에도 방향족 에폭시 수지로 나프탈렌계, 안트라센계, 피렌계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 또한, 하기 화학식 1의 수첨 비스페놀 A형 에폭시 모노머, 또는 하기 화학식 2의 수첨 비스페놀 A형 에폭시 올리고머를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013099217039-pat00001
[화학식 2]
Figure 112013099217039-pat00002
예를 들어, 상기 화학식 2에서, n은 1 내지 50이다.
상기 에폭시 수지는 제1 절연층 고형분 총 중량에 대하여, 제1 절연층에 20 중량% 내지 70 중량%로 함유될 수 있으며, 구체적으로 30 중량% 내지 70 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 도전층 고형분 총 중량에 대하여, 도전층에 1 중량% 내지 30 중량%로 함유될 수 있으며, 구체적으로 1 중량% 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 제2 절연층 고형분 총 중량에 대하여, 제2 절연층에 10 중량% 내지 60 중량%로 함유될 수 있으며, 구체적으로 20 중량% 내지 60 중량%로 함유될 수 있다.
상기 범위 내에서 우수한 필름 형성력 및 접착력을 확보할 수 있고, 가압착에 적합한 용융 점도를 나타낼 수 있어 가압착시 글래스에 고르게 압착할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 절연층의 충진의 한계점을 보완함으로서 절연 신뢰성을 개선할 수 있다.
경화제
경화제는 종래 기술 분야에서 알려진 에폭시 경화용 타입의 경화제이면 특별한 제한없이 사용될 수 있으며, 비제한적인 예로는 산무수물계, 아민계, 이미다졸계, 이소시아네이트계, 아미드계, 히드라지드계, 페놀계, 양이온계 등이 사용될 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
본 실시예 따르면 상기 경화제는 양이온계일 수 있으며, 예를 들어 암모늄/안티몬 헥사플루오라이드 등을 들 수 있다.
상기 경화제는 상온에서 에폭시 수지와 혼합하여 사용되므로, 혼합 후 상온에서 에폭시 수지와 반응성을 갖지 않아야 하고, 일정 온도 이상에서 활성을 가져 에폭시 수지와 반응이 활발하게 이루어져 물성이 발현되어야 한다.
상기 경화제는 열적 활성화 에너지에 의해 양이온을 발생할 수 있는 화합물이라면 통상의 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 양이온 잠재성 경화제를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 양이온 잠재성 경화제로는 방향족 디아조늄염, 방향족 설포늄염, 지방족 설포늄염, 방향족 요오드 알루미늄염, 포스포늄염, 피리디늄염, 세레노니움염 등의 오늄염 화합물; 금속 아렌(arene) 착제, 실라놀/알루미늄 착제 등의 착제화합물; 벤조인토시레토(Benzoin tosylato-), o-니트로벤질토시레토(ortho-Nitrobenzyl tosylato-) 등의 토시레이토기가 포함되어 전자 포획(capture) 작용을 하는 화합물 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 양이온 발생 효율이 높은 방향족 설포늄염 화합물 또는 지방족 설포늄염 화합물 등의 설포늄염 화합물을 사용할 수 있다.
또한 이러한 상기 양이온 잠재성 경화제가 염 구조를 이룰 경우에는, 반응성 측면염을 형성할 시에 카운터(counter) 이온으로서 헥사플루오르안티모네이트, 헥사플루오르포스페이트, 테트라 플루오르 보레이트, 펜타플루오르페닐 보레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 경화제는 제1 절연층의 고형분 총 중량에 대하여 제1 절연층에 0.1 내지 10 중량%로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로는 1 내지 10 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 상기 경화제는 도전층의 고형분 총 중량에 대하여 도전층에 0.5 내지 10 중량%로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로는 1 내지 10 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 상기 경화제는 제2 절연층의 고형분 총 중량에 대하여 제2 절연층에 0.5 내지 10 중량%로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로는 1 내지 10 중량%로 함유될 수 있다.
상기 범위 내에서 전체 경화물이 아크릴레이트 경화 구조를 충분히 형성할 수 있도록 해주며, 경화물의 경도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 계면 박리력 및 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 잔류 경화제에 의한 안정성 저하 및 신뢰성 저하 현상을 방지할 수 있다.
본 실시예의 도전층은 무기입자 및 도전입자를 추가로 포함할 수 있다.
무기입자
본 발명의 일 실시예에 따른 도전층의 유동성을 조절하기 위하여 도전층은 무기입자를 포함할 수 있다. 상기 무기입자의 비제한적인 예로, 실리카(silica, SiO2), Al2O3, TiO2, ZnO, MgO, ZrO2, PbO, Bi2O3, MoO3, V2O5, Nb2O5, Ta2O5, WO3 또는 In2O3 등을 들 수 있다.
구체적으로 실리카를 사용할 수 있다. 상기 실리카는 졸겔법, 침전법 등 액상법에 의한 실리카, 화염산화(flame oxidation)법 등 기상법에 의해 생성된 실리카일 수 있으며, 실리카겔을 미분쇄한 비분말 실리카를 사용할 수도 있고, 건식 실리카(fumed silica), 용융 실리카(fused silica)를 사용할 수도 있으며 그 형상은 구형, 파쇄형, 에지리스(edgeless)형 등일 수 있으며, 단독 또는 2종 이상 혼합되어 사용할 수 있다.
상기 실리카는 제1 절연층의 고형분 총 중량에 대하여 제1 절연층에 1 내지 30 중량%로 함유될 수 있으며 보다 구체적으로는 1 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 도전층 고형분 총 중량에 대하여 상기 도전층에 포함된 실리카의 함량은 1 내지 30 중량%로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로 1 내지 20 중량%일 수 있다.
또한, 제2 절연층의 고형분 총 중량에 대하여 제2 절연층에 5 내지 40 중량%로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로는 10 내지 40 중량%로 함유될 수 있다.
상기 범위의 실리카의 함량을 통해 각 층의 용융 점도를 조절하여 각 층의 유동성을 조절할 수 있다.
또한, 상기 실리카는 도전입자보다 사이즈(평균 입경)가 크면 통전에 문제가 생길 수 있으므로, 구체적으로 도전층 포함된 실리카의 평균 입경은 5 nm 내지 20 nm일 수 있다.
상기 함량 및 평균 입경의 실리카를 각 층에 함유함으로써 용융 점도가 조절되어, 전극 간에 충분히 충진될 수 있는 유동성을 확보할 수 있고, 무기입자의 절연성으로 인해, 절연 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 실시예의 이방성 도전 필름의 도전층은 도전입자를 추가로 포함할 수 있다.
도전입자
도전입자는 단자 간의 통전성을 위하여 도전층에 함유될 수 있고, 본 실시예에서 사용되는 도전입자는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 도전입자를 사용할 수 있다.
상기 도전입자의 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 절연입자를 추가로 코팅한 절연화 처리된 도전입자 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 도전입자의 평균 입경 크기는 적용되는 회로의 피치(pitch)에 의해 다양할 수 있으며, 1 내지 20 ㎛ 범위에서 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 구체적으로 1 내지 10 ㎛ 의 평균 입경을 가지는 도전입자를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름의 도전층은 도전층 총 중량에 대하여 도전입자를 20 내지 70 중량%로 함유할 수 있으며 보다 구체적으로는 30 내지 60 중량%를 포함할 수 있다.
상기 범위에서 도전입자가 단자 간에 용이하게 압착되어 안정적인 접속 신뢰성을 확보할 수 있으며, 통전성 향상으로 접속 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 이방성 도전 필름의 각 층은 무기입자의 표면과 유기 바인더간의 화학적 결합으로 인한 접착력을 증진시키기 위해 추가적으로 실란 커플링제를 포함할 수 있다.
커플링제
상기 커플링제는 당해 기술 분야에서 통상 사용되는 것이면 그 종류가 특별히 제한되지 아니하며, 예를 들어 실란 커플링제를 사용할 수 있으며, 그 비제한적인 예로는, 에폭시가 함유된 2-(3,4 에폭시 사이클로 헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 아민기가 함유된 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 머캅토가 함유된 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 이들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 제1 절연층의 고형분 총 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 함유될 수 있으며 보다 구체적으로는 0.1 내지 5 중량%로 함유될 수 있다.
또한, 도전층 고형분 총 중량에 대하여 상기 도전층에 포함된 실리카의 함량은 0.1 내지 10 중량%로 함유될 수 있으며, 보다 구체적으로 0.1 내지 7 중량%일 수 있다.
또한, 제2 절연층의 고형분 총 중량에 대하여 0.1 내지 10 중량%로 함유될 수 있으며 보다 구체적으로는 0.1 내지 5 중량%로 함유될 수 있다.
상기 범위에서 우수한 접착 신뢰성을 얻을 수 있다.
본 실시예의 도전층, 제1 절연층 및 제2 절연층은 이방성 도전 필름의 기본적인 물성들을 저해하지 않으면서 필름에 부가적인 물성을 추가로 부여하기 위하여, 전술한 성분들 이외에 기타 첨가제를 첨가할 수 있다.
기타 첨가제
기타 첨가제로써 중합 방지제, 점착 부여제, 산화 방지제, 열안정제, 경화 촉진제 등의 기타 첨가제를 추가로 함유할 수 있고, 상기 기타 첨가제의 첨가량은 필름의 용도나 목적하는 효과 등에 따라 다양할 수 있으며, 그 함량은 특별히 제한되지 아니하고 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 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, 이방성 도전 필름을 형성하는 비제한적인 예는 다음과 같다: 바인더 수지를 유기 용제에 용해시켜 액상화한 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 단층 구조를 가지는 이방성 도전 필름을 얻을 수 있다.
이 때, 상기 유기용제로는 통상의 유기용제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 상기의 과정을 2회 이상 반복함으로써 2층 이상의 복층 구조를 갖는 이방성 도전 필름을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 일 예에 따른 이방성 도전 필름에 의해 접속된 반도체 장치일 수 있다.
본 실시예에 따른 반도체 장치를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 기술함으로써 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명의 일 예시에 불과하며, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 및 비교예
하기의 표 1과 같은 조성과 함량으로 제1 절연층, 도전층 및 제2 절연층을 제조하였다. 각 층에 포함된 성분들의 함량 단위는 중량%이다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5
제
1 절연층		 바인더 제1 바인더 30 30 30 30 30 30 30 30
에폭시 제1 에폭시 23 23 23 23 23 23 23 23
제2 에폭시 30 30 30 30 30 30 30 30
경화제 잠재성 경화제 5 5 5 5 5 5 5 5
무기입자 실리카 10 10 10 10 10 10 10 10
커플링제 2 2 2 2 2 2 2 2
도전층 바인더 제1 바인더 30 30 30 30 30 30 30 30
에폭시 제2 에폭시 10 10 10 10 10 10 10 10
경화제 잠재성 경화제 5 5 5 5 5 5 5 5
무기입자 실리카 10 10 10 10 10 10 10 10
도전입자 42 42 42 42 42 42 42 42
커플링제 3 3 3 3 3 3 3 3
제2 절연층 바인더 제1 바인더 20 5 3 24 23 25 4 5
제2 바인더 5 20 27 4 7 0 15 18
에폭시 제1 에폭시 9 8 10 6 6 6 30 18
제2 에폭시 38 34 28 34 34 36 20 23
커플링제 2 2 2 2 2 2 2 2
경화제 잠재성 경화제 3 3 3 3 3 3 3 3
무기입자 실리카 23 28 27 27 25 28 26 31
용융 점도(Pa·s @ 60℃) 36000 23000 22500 106000 100000 128000 6600 5100
ACF 전체의 용융점도(Pa·s @ 60℃) 47000 30600 29000 130000 123000 168200 9000 6800
제1 바인더 수지 : 비스페놀 A계 페녹시 수지(제조원:미츠비시, 제품명: E1256), Tg : 98℃ 중량 평균 분자량(MW): 50,000 g/mol
제2 바인더 수지 : 비스페놀 A/F계 페녹시 수지(제조원:미츠비시, 제품명: E4275), Tg : 75℃, 중량 평균 분자량(MW): 60,000 g/mol
제1 에폭시 수지: 프로필렌 옥사이드계 에폭시 수지(제조원: 아데카, 제품명: EP-4000S)
제2 에폭시 수지 : 프로필렌 옥사이드계 에폭시 수지(제조원: 아데카, 제품명:EP-4010S)
경화제 : 양이온 경화제(제조원: 산신화학, 제품명: SI-60L)
무기입자 : 7nm 나노실리카(제조원:데구사, 제품명:R812)
도전입자 : 3 ㎛의 도전입자 (제조원:세키수이화학, 제품명: AUL704)
커플링제 : 실란 커플링제(제조원: 신에츠, 제품명: KBM403)
실시예 1
제1 절연층 조성물의 제조
제1 바인더 수지(제조원:미츠비시, 제품명: E1256) 30 중량%, 제1 에폭시 수지(제조원: 아데카, 제품명: EP-4000S) 23 중량%, 제2 에폭시 수지(제조원: 아데카, 제품명:EP-4010S) 30 중량%, 배합하여 C-믹서를 이용해 5 분간 교반하고, 이후 양이온 경화제(제조원:산신화학, 제품명: SI-60L)를 5 중량%로 투입한 후 추가로 7 nm의 실리카(제조원:데구사, 제품명:R812) 및 실란 커플링제 (제조원: 신에츠, 제품명: KBM403)를 첨가하여, C-믹서를 이용해 1 분간 교반하여(단, 교반액 내 온도가 60 ℃를 넘지 않도록 한다), 제1 절연층 조성물을 형성하였다
도전층 조성물의 제조
상기 제1 절연층의 제조에서, 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 실리카, 커플링제의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 추가로 3 ㎛의 도전입자(제조원:세키수이화학, 제품명: AUL704)를 첨가하여 상기 제1 절연층의 제조와 동일한 조건 및 방법으로 도전층 조성물을 제조하였다.
제2 절연층 조성물의 제조
상기 제1 절연층의 제조에서, 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 실리카, 커플링제의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 제2 절연층 조성물을 제조하여 상기 제1 절연층의 제조와 동일한 조건 및 방법으로 제2 절연층을 제조하였다.
이방성 도전 필름의 제조
이형 표면처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 일면을 제1 절연층 조성물로 코팅하고 70 ℃에서 5분 동안 열풍 건조시켜 두께 1.0 ㎛인 기재필름 상에 제1 절연층을 형성하였다.
이어서, 상기 제1 절연층 상에 도전층 조성물을 이용하여 4 ㎛ 의 두께가 되도록 도전층을 형성하고, 상기 도전층 상에 제2 절연층 조성물을 이용하여 12 ㎛의 두께가 되도록 제2 절연층을 형성하여 60℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 36,000 Pa·s이고, 60 ℃ 용융 점도가 47,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 23,000 Pa·s 이고, 60 ℃ 용융 점도가 30,600 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 22,500 Pa·s 이고, 60 ℃ 용융 점도가 29,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 106,000 Pa·s 이고, 60 ℃ 용융 점도가 130,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 100,000 Pa·s 이고, 60 ℃ 용융 점도가 123,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 128,000 Pa·s이고, 60 ℃ 용융 점도가 168,200 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 6,600 Pa·s이고, 60 ℃ 용융 점도가 9,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
비교예 5
실시예 1에 있어서, 제2 절연층의 각 성분의 함량을 표 1과 같이 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법을 사용하여, 60 ℃에서 측정한 제2 절연층의 용융 점도가 5,100 Pa·s이고, 60 ℃ 용융 점도가 6,800 Pa·s인, 이방성 도전 필름을 제조하였다.
상기 실시예들 및 비교예들의 제2 절연층의 바인더 수지 간의 비 및 에폭시 수지간의 비를 하기의 표 2에 나타낸다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5
제1 바인더:
제2 바인더		 1:0.25 1:4 1:9 1:0.17 1:0.30 1:0 1:3.75 1:3.6
제1 에폭시:
제2 에폭시		 1:4.2 4:4.25 1:2.8 1:5.67 1:5.67 1:6 1:0.67 1:1.28
실험예 1
응력-변형률 곡선, 기울기(A) 및 최대 응력 값의 측정
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방성 도전 필름의 기울기(A) 및 최대응력 값을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
우선, UTM(Universal Testing Machine, H5KT, Hounsfield)을 이용하여 필름을 일정한 2mm 폭으로 슬리팅 하여 1 cm 간격으로 핸드 슬리팅(hand slitting)하여 인장강도를 시편 1개당 2회 측정하여 평균값을 구하여 응력-변형률 곡선을 얻었다.
상기 응력-변형률 곡선에서 최대 응력(Smax)(kgf/mm2)을 측정하고, 최대응력의 50 % 값을 나타내는 좌표 (x, 1/2 Smax) 및 변형률(%)이 0 일 때의 좌표 (0, S0)간의 변화율을 측정하여 하기의 식 1과 같이 기울기(A)(단위: kgf/(mm2·%))를 계산하였다.
[식 1]
기울기(A, 단위:kgf/mm2) = (1/2 Smax - S0) / x
( Smax : 최대응력, x : 최대응력의 1/2 값에서의 변형률, S0 : 변형률이 0 일 때의 응력 값)
하기 표 2에는 최대응력에서의 (x, y) 좌표 및 상기 최대응력의 50 % 값을 나타내는 좌표 (x, 1/2 Smax) 및 변형률이 0 일 때의 좌표 (0, S0)간의 변화율을 나타낸 기울기 (A) 만을 나타내었다.
실험예 2
가압착 불량 평가
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방성 도전 필름의 가압착 불량 평가를 실시하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
ITO층을 2000 Å 으로 피막한 0.5 T 글래스에 실측온도 60℃, 1 MPa, 1초로 가압착한 후, 선이 나타나지 않은 시편의 경우(도 6 참조), 이를 "불량"으로 평가하였고, 선이 나타난 시편의 경우, "양호"한 것으로 평가하여(도 7 참조) 각 개수를 세어 가압착 불량 여부를 나타내었다.
실험예 3
초기 접속 저항 측정
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방성 도전 필름의 초기 접속저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
피접착자재로 범프 면적 1200 ㎛ IC 칩과 2000Å의 두께를 갖는 인듐틴옥사이드(ITO) 회로가 있는 유리기판을 사용하였다. 실측온도 60℃, 1 MPa 1초로 가압착한 후, 각각의 피착재 사이에 제조된 필름을 위치시켜 150℃, 70 MPa의 조건으로 5초간 가열 가압하여 샘플을 제조하였다.
샘플의 전기저항은 히오키(HIOKI) 사의 전기저항 측정기(HIOKI HITESTER)를 사용하여 1mA의 전류를 인가하여 초기 접속 저항을 측정하였다.
실험예 4
신뢰성 후 접속저항 측정
상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방성 도전 필름의 신뢰성 후 접속저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
실험예 3의 조건에서 가열 압착한 후, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 250 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 후 접속 저항을 실험예 3과 동일한 방법으로 측정하였다.
상기 실험예 1 내지 4의 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.
응력-변형률(stress-strain) 곡선 가압착성
(양호/총계)		 접속 저항(Ω)
Stress(kgf/mm2) Strain(%) 기울기(A)
kgf/(mm2·%)		 초기 신뢰성 후
실시예 1 0.65 28.8 0.16 10/10 0.03 0.39
실시예 2 0.74 115 0.17 10/10 0.04 0.72
실시예 3 0.85 122.85 0.16 10/10 0.04 0.48
비교예 1 1.3 4.93 0.34 5/10 0.12 9.72
비교예 2 1.24 4.8 0.27 5/10 0.13 10.98
비교예 3 0.97 4.01 0.25 7/10 0.11 8.31
비교예 4 0.38 85.85 0.07 3/10 0.09 9.03
비교예 5 0.28 23.55 0.07 4/10 0.11 16.13
상기 표 3을 참조하면, 기울기가 0 초과 0.2 kgf/(mm2·%) 이하이고 최대응력이 0.4 kgf/mm2 이상인 경우(실시예 1 내지 3), 가압착 불량 여부 테스트 중 모두 "양호"한 것으로 나타나, 상기 기울기 및 최대응력 범위에서 가압착성이 우수한 것으로 나타났고, 초기접속 저항이 0.5 Ω이하, 신뢰성 후 접속 저항이 5 Ω 이하로 나타나, 고온 고습에서도 우수한 접속 저항을 나타낼 수 있는 것으로 확인되었다.
반면, 상기 기울기 및 최대응력 중 어느 한 조건을 만족하지 못하는 경우, 가압착 불량 여부 테스트에서 최소 3개에서 최대 6개의 "불량"을 나타내었으며, 초기 및 신뢰성 접속 저항 또한 증가한 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명의 이방성 도전 필름은 가압착성이 우수하면서도, 본압착 후, 고온고습 조건에서 우수한 접속 신뢰성을 나타내어 반도체 장치에 사용되는 경우, 고온고습에서 장기간 사용할 수 있음을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
1 제1 절연층
2 도전층
3 제2 절연층
4 이방성 도전 필름
5 도전입자

Claims (15)

  1. 제1 절연층, 도전층 및 제2 절연층을 포함하고,
    하기의 식 1로 나타나는 응력-변형률 곡선의 기울기(A)가 0 초과 및 0.2 kgf/(mm2·%) 이하이며, 최대 응력 값이 0.4 kgf/mm2 내지 1.0 kgf/mm2 인, 이방성 도전 필름.
    [식 1]
    기울기(A, 단위: kgf/(mm2·%)) = (1/2 Smax - S0) / x
    ( Smax : 최대응력, x : 최대응력의 1/2 값에서의 변형률(%), S0 : 변형률이 0 일 때의 응력 값)
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전층의 일면에 제1 절연층이 적층되고, 상기 도전층의 또 다른 일면에 제2 절연층이 순차로 적층되는, 이방성 도전 필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연층의 두께가 2 ㎛ 이하인, 이방성 도전 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전층의 두께가 2 내지 10 ㎛ 이고, 상기 제2 절연층의 두께가 6 내지 18 ㎛ 인, 이방성 도전 필름.
  5. 제1항에 있어서, 동적유변측정기(Advanced Rheometric Expansion System, ARES) 측정에 따른 상기 이방성 도전 필름의 50 내지 60 ℃에서의 용융 점도가 20,000 내지 100,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름.
  6. 제1항에 있어서, 동적유변측정기(Advanced Rheometric Expansion System, ARES) 측정에 따른 상기 제2 절연층의 50 내지 60 ℃에서의 용융 점도가 10,000 내지 70,000 Pa·s인, 이방성 도전 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 절연층은 바인더 수지, 에폭시 수지, 무기입자, 경화제 및 커플링제를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 절연층 고형분 총 중량에 대하여
    바인더 수지 10 내지 50 중량%;
    에폭시 수지 10 내지 60 중량%;
    무기입자 5 내지 40 중량%;
    경화제 0.5 내지 10 중량%;및
    커플링제 0.1 내지 10 중량%;를 함유하는, 이방성 도전 필름.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바인더 수지는 유리 전이 온도(Tg)가 90 ℃ 내지 350 ℃ 인 제1 바인더 수지 및 유리 전이 온도가 60 ℃ 이상이고 90 ℃ 미만인 제2 바인더 수지를 포함하는, 이방성 도전 필름.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 바인더가 제2 바인더 보다 동일하거나 많이 포함되며, 제1 바인더 : 제2 바인더를 1: 0.2 내지 1: 1의 중량비로 포함하는, 이방성 도전 필름.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 바인더가 제2 바인더 보다 적게 포함되며, 제1 바인더 : 제2 바인더를 1: 4 내지 1: 10의 중량비로 포함하는, 이방성 도전 필름.
  12. 제8항에 있어서, 상기 무기입자의 평균 입경은 5 내지 20 nm인, 이방성 도전 필름.
  13. 제1항에 있어서, 50 내지 90 ℃, 1 내지 5초, 1.0 내지 5.0 MPa 의 조건에서 가압착 후, 110 내지 190 ℃, 1 내지 7초, 50 내지 90 Mpa 의 조건에서 본압착 후 측정한 초기 접속 저항이 0Ω 초과 0.5 Ω이하인, 이방성 도전 필름.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가압착 및 본압착 후, 온도 85 ℃ 및 상대 습도 85%의 조건하에서 500 시간 동안 방치하여 측정한 신뢰성 후 접속 저항이 0Ω 초과 5 Ω이하인, 이방성 도전 필름.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 이방성 도전 필름에 의해 접속된, 반도체 장치.
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