KR101706821B1 - 이방 도전성 필름 및 상기 필름에 의해 접속된 반도체 장치 - Google Patents

이방 도전성 필름 및 상기 필름에 의해 접속된 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 25℃에서 170 시간 보관 후 하기 식 1의 필름의 모듈러스 변화율이 30% 이하이고, 시차 주사 열량계(DSC) 상 개시 온도가 60℃ 내지 85℃인, 이방 도전성 필름에 관한 것이다.
[식 1]
모듈러스 변화율(%) ={(M1-M0)/M0 } X 100
상기 식 1에서, M0는 이방 도전성 필름의 25℃에서 O시간에 측정한 모듈러스 값(kgf/cm2)이고, M1은 상기 이방 도전성 필름을 25℃에서 170시간 방치 후 측정한 25℃에서의 모듈러스 값(kgf/cm2)이다.

Description

이방 도전성 필름 및 상기 필름에 의해 접속된 반도체 장치{An anisotropic conductive film and a semi-conductive device connected by the film}
본 발명은 수소화 에폭시 수지, 설포늄계 양이온 중합 촉매 및 설포늄계 안정제를 포함하는 이방 도전성 필름 및 상기 필름에 의해 접속된 반도체 장치에 관한 것이다.
최근 전자 기기의 소형화, 고기능화에 따른 구성 부품 접속 단자의 협소화가 가속화되고 있기 때문에 전자 패키징(electronic packaging) 분야에서는 그와 같은 단자 사이의 접속을 용이하게 행할 수 있는 여러 가지의 필름 형상 접착제가 IC 칩과 연성 프린트 배선판(FPC), IC 칩과 ITO(Indium-Tin-Oxide) 전극 회로가 형성된 유리 기판 등의 접합에 사용되고 있는 추세이다.
필름 형상 접착제의 하나로 수지 조성물 내에 도전성 입자를 함유하고 있는 이방 도전성 접착제(ACF : Anisotropic Conductive Film)는 가열, 가압에 의해 접착제 내의 수지가 유동하여, 접속 대상상의 서로 대치하는 전극 사이의 간극을 밀봉하는 동시에 도전성 입자의 일부가 대치하는 전극 사이에 채워져 전기적 접속을 가능하게 한다. 양이온 중합성 에폭시 접착제는 전자제품에서 배선 및 LCD 패널을 기판에 실장 또는 부착할 때 널리 이용되고 있다. 특히 ACF에 적용하기 위한 양이온 촉매는 200℃ 이하 경화 온도와 24시간 이상의 저장안정성을 필요로 한다.
에폭시 경화용 양이온 촉매로 술포늄보레이트 촉매(일본 특허 출원 공개 제2010-132614호)가 제안되었으나 상기 촉매는 에폭시 용액 내에서 저장안정성이 1시간 이하로 짧아 저장 안정성의 개선이 필요하다. 나아가, 저장 안정성 개선을 위해 안정제를 첨가하는 것이 공지되어 있으나, 이러한 에폭시 경화용 이방 도전성 필름은 경화 후 구조가 치밀하지 못하여 보다 내습성 및 내열성이 강하고 또한 접속 신뢰성 및 필름성이 개선된 이방 도전성 필름을 제공할 필요가 있다.
일본 특허 출원 공개 제2010-132614호
없음
본 발명의 목적은 열경화를 활용하여 저온 속경화를 달성하면서도 보관 안정성, 내습성, 내열성, 및 필름 형성성이 개선된 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 150℃ 이하의 접속온도에서도 접속이 가능한 한편 우수한 안정성, 접착력 및 신뢰성이 우수한 이방 도전성 필름 및 이의 제조방법, 및 상기 필름에 의해 접속된 반도체 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에서, 수소화 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지, 화학식 1의 양이온 중합 촉매 및 화학식 2의 화합물을 포함하는, 이방 도전성 필름용 조성물 또는 이방 도전성 필름이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112014083369255-pat00001
[화학식 2]
Figure 112014083369255-pat00002
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R5는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이고,
상기 화학식 2에서,
R8 내지 R12는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R13 및 R14는 각각 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이며, X1은 할로겐 원자 또는 알킬황산이다.
본 발명의 다른 예에서,
25℃에서 170 시간 보관 후 하기 식 1의 필름의 모듈러스 변화율이 30% 이하이고, 시차 주사 열량계(DSC) 상 개시 온도가 60℃ 내지 85℃인 이방 도전성 필름이 제공된다.
[식 1]
모듈러스 변화율(%) ={(M1-M0)/M0 } X 100
상기 식 1에서, M0는 이방 도전성 필름의 25℃에서 O시간에 측정한 모듈러스 값(kgf/cm2)이고, M1은 상기 이방 도전성 필름을 25℃에서 170시간 방치 후 측정한 25℃에서의 모듈러스 값(kgf/cm2)이다.
본 발명의 또 다른 예에서는,
제1 전극을 함유하는 제1 피접속부재;
제2 전극을 함유하는 제2 피접속부재; 및
상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 본원에 기재된 이방 도전성 필름을 포함하는 반도체 장치가 제공된다.
본 발명의 일 예들에 따른 이방 도전성 필름은 저온 속경화를 달성하면서도 보관 안정성, 내습성, 내열성, 및 필름성이 개선되어 접착력 및 접속 신뢰성이 우수한 이점이 있다.
도 1은 제1 전극(70)을 함유하는 제1 피접속부재(50)와, 제2 전극(80)을 포함하는 제2 피접속부재(60), 및 상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 본원에 기재된 이방 도전성 필름의 접착층을 포함하는, 본 발명의 일 예에 따른 반도체 장치(30)의 단면도이다.
본 발명의 일 예는, 수소화 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지, 화학식 1의 양이온 중합 촉매 및 화학식 2의 화합물을 포함하는, 이방 도전성 필름용 조성물 또는 이방 도전성 필름에 관한 것이다. 본 발명의 다른 예는 상기 조성 외에 바인더 수지를 추가로 포함하는 이방 도전성 필름용 조성물 또는 이방 도전성 필름에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112014083369255-pat00003
[화학식 2]
Figure 112014083369255-pat00004
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R5는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이고,
상기 화학식 2에서,
R8 내지 R12는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R13 및 R14는 각각 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이며, X1은 할로겐 원자 또는 알킬황산이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 수소화 에폭시 수지는 구체적으로 수소화 비스페놀 A형 에폭시 수지 또는 시클로알리파틱계 등의 지환족 수소화 에폭시 수지가 있다. 시클로알리파틱계 에폭시 수지로는 알리시클릭 다이에폭시 아세탈, 알리시클릭 다이에폭시 아디페이트, 알리시클릭 다이에폭시 카복시에이트, 비닐 시클로헥센 다이 옥사이드 등의 구조를 갖는 수지가 사용될 수 있다.
수소화 비스페놀 A형 에폭시 수지는 일반적으로 수소화 비스페놀 A 유도체와 에피클로로히드린을 사용해서 얻어지며, 비스페놀 A 분자 구조식내 이중결합을 수소 분자로 치환시킨 구조일 수 있다.
수소화 비스페놀 A형 에폭시 수지로 예를 들어, 하기 화학식 3의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 모노머 또는 하기 화학식 4의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 올리고머를 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112014083369255-pat00005
[화학식 4]
Figure 112014083369255-pat00006
상기 화학식 4에서, n은 0.1 내지 13이다.
수소화 에폭시 수지는 구체적으로 에폭시 당량이 150 내지 1,200 g/eq이고, 점도가 900 내지 12,000 cps/25℃인 것을 사용할 수 있다.
수소화 에폭시 수지는 이방 도전성 조성물의 전체 고형 중량을 기준으로 5 내지 25 중량%일 수 있다. 또한 에폭시 수지의 중량부 100을 기준으로 수소화 에폭시 수지는 30 내지 60 중량부일 수 있다. 구체적으로 35 내지 55 중량부일 수 있다. 상기 범위이면 필름성, 내습성, 내열성 및 신뢰성 측면에서 유리할 수 있다. 구체적으로 수소화 에폭시 수지 함량이 에폭시 수지의 중량부 100을 기준으로 60 중량부를 초과하게 되면, 필름성이 저하됨으로써 초기 및 신뢰성 평가 후 접속 저항이 증가될 수 있다.
본원에서 상기 수소화 에폭시 수지 외에 기타 에폭시 수지가 추가로 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 에폭시 수지로는 비스페놀형, 노볼락형, 글리시딜형, 지방족, 지환족 및 방향족 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 다음 화학식 1의 양이온 중합 촉매가 사용될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112014083369255-pat00007
상기 화학식 1에서 R1 내지 R5는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이다. 구체적으로 상기 화학식 1에서 R1 내지 R5는 각각, 수소 원자 또는 알킬기일 수 있고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 화학식 1에서 R1 내지 R5는 각각, 수소 원자일 수 있고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기일 수 있다. 상기 화학식 1의 양이온 중합 촉매는 양이온 중합시 불소 이온의 다량 방출을 방지할 수 있어 금속 배선 또는 접속 패드 등의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 보다 낮은 온도에서 양이온을 발생시켜 저온에서, 예를 들어, 150℃ 이하, 구체적으로, 140℃ 이하, 보다 구체적으로 130℃ 이하에서 이방 도전성 필름의 속경화를 가능하게 할 수 있다.
화학식 1의 양이온 중합 촉매는 수소화 에폭시 수지 100 중량부에 대해 5 내지 30 중량부일 수 있고, 특히 10 내지 25 중량부일 수 있다. 상기 범위이면 저장 안정성 및 저온 속경화 측면에서 유리할 수 있다.
본 발명에서 다음 화학식 2의 화합물이 사용될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112014083369255-pat00008
상기 화학식 2에서, R8 내지 R12는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R13 및 R14는 각각 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이며, X1은 할로겐 원자 또는 알킬황산이다.
구체적으로 상기 화학식 2에서 R8 내지 R12는 각각, 수소 원자 또는 알킬기일 수 있고, R13 및 R14는 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 화학식 2에서 R8 내지 R12는 각각, 수소 원자일 수 있고, R13 및 R14는 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기일 수 있고, X1은 알킬황산일 수 있다. 상기 화학식 1의 중합 촉매로부터 발생한 양이온에 의해 이방 도전성 필름은 상온에서도 경화가 진행되어 보관 안정성 내지 저장 안정성이 저하될 수 있다. 화학식 2의 화합물은 화학식 1의 중합 촉매로부터 발생한 양이온을 포착하여 상온에서 경화가 진행되는 것을 억제하여 이방 도전성 필름의 저장 안정성 개선에 기여한다.
화학식 2의 화합물은 화학식 1의 중합 촉매 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 30 중량부, 구체적으로는 3 내지 10 중량부로 사용될 수 있다. 상기 범위이면 이방 도전성 필름의 저온 속경화를 저해하지 않으면서 보관 안정성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 이방 도전성 조성물 혹은 필름은 화학식 1의 양이온 중합 촉매와 화학식 2의 화합물을 포함함으로써 저온에서 경화시킬 수 있고 저장 안정성 및 접속 신뢰성이 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 예는 상기 조성 외에 바인더 수지를 추가로 포함하는 이방 도전성 필름용 조성물 또는 이방 도전성 필름에 관한 것이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 바인더 수지의 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 에폭시 수지, 폴리 메타크릴레이트 수지, 폴리 아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴레이트 변성 우레탄 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 2 이상을 혼합하여 사용할 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 구체적으로 5,000 내지 150,000 g/mol일 수 있고, 보다 구체적으로는 10,000 내지 80,000 g/mol일 수 있다. 바인더 수지의 중량 평균 분자량이 5,000 g/mol 미만일 경우에는 필름 형성이 저해될 수 있으며, 150,000 g/mol을 초과할 경우에는 다른 성분들과의 상용성이 나빠질 수 있다. 상기 바인더 수지의 함량은, 상기 이방성 도전 필름용 조성물 100 중량부에 대하여 20 내지 60 중량부, 구체적으로는 30 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예에서 상기 조성 외에 도전입자를 추가로 포함하는 이방 도전성 필름용 조성물 또는 이방 도전성 필름이 제공된다. 구체예에서는 Au, Ag, Ni, Cu, Pb을 포함하는 금속 입자; 탄소 입자; 고분자 수지에 금속이 코팅된 입자; 또는 고분자 수지에 금속이 코팅된 입자 표면에 절연화 처리된 입자 등이 사용될 수 있다. 상기 고분자 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스타이렌, 폴리비닐알코올 등이 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고분자 수지를 코팅하는 금속으로는 Au, Ag, Ni, Cu, Pb 등이 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 살펴보면, OLB(Outer Lead Bonding)의 경우에는 피착제가 ITO(Indium Tin Oxide) 글래스면이므로 이방성 도전 필름의 접속공정에서 발생하는 압력에 의해 ITO에 손상을 입히지 않도록 코어 부분이 플라스틱 성분으로 된 도전성 입자를 사용할 수 있으며, PCB 기판을 접속하는 경우에는 Ni 등의 금속 입자를 사용할 수 있고, PDP(Plasma Display Panel)의 경우에는 회로에 가해지는 전압이 매우 높으므로 Ni 등의 금속 입자에 금(Au)이 도금된 도전성 입자를 사용할 수 있고, COG(Chip On Glass) 또는 피치가 좁은 COF(Chip On Film)의 경우에는 도전성 입자 표면에 열가소성 수지가 피복된 절연도전입자를 사용할 수 있다. 일 예에서, 본원의 이방 도전성 필름용 조성물 혹은 이방 도전성 필름은 COG 접착용으로 적합할 수 있다.
상기 도전성 입자의 크기는, 적용되는 회로의 피치(pitch)에 의해 1 내지 30 ㎛, 바람직하게는 3 내지 20 ㎛ 범위에서 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 한편, 상기 도전성 입자는 이방 도전성 필름용 조성물의 전체 고형 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%, 구체적으로 1 내지 15 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 안정적인 접속 신뢰성을 확보할 수 있으며, 열압착시 도전성 입자들이 피치 사이에 뭉쳐서 발생하는 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예에서 이방 도전성 필름용 조성물 또는 이방 도전성 필름은 상기 성분들 외에 실란 커플링제를 추가로 포함할 수 있다.
실란 커플링제의 예로는 비닐 트리메톡시 실란, 비닐 트리에톡시 실란, (메타)아크릴옥시 프로필 트리메톡시실란 등의 중합성 불화기 함유 규소 화합물; 3-글리시드옥시 프로필 트리메톡시실란, 3-글리시드옥시 프로필메틸 디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸 트리메톡실란 등의 에폭시 구조를 갖는 규소 화합물; 3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 메틸 디메톡시실란 등의 아미노기 함유 규소 화합물; 및 3-클로로 프로필 트리메톡시실란 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 실란 커플링제는 이방 도전성 필름용 조성물의 전체 고형 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예에서, 이방 도전성 필름은 기본 물성을 저해하지 않으면서 부가적인 물성을 제공하기 위해, 중합방지제, 산화방지제, 열안정제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제는 특별히 제한되지 않지만, 고형분 기준으로 이방 도전성 필름 조성물 중 0.01-10중량%로 포함될 수 있다.
중합방지제의 예로는 히드로퀴논, 히드로퀴논 모노메틸에테르, p-벤조퀴논, 페노티아진 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 산화방지제는 페놀릭계 또는 히드록시 신나메이트계 물질 등을 사용할 수 있다. 예로 테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-t-부틸-4-히드록신나메이트)메탄, 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-히드록시 벤젠 프로판산 티올 디-2,1-에탄다일 에스테르 등을 사용할 수 있다.
본원에서 이방 도전성 필름은 이방 도전성 필름용 조성물로부터 형성된 이방 도전성 접착층 및 이형 필름을 포함할 수 있다. 상기 이형 필름은 이방 도전성 필름을 제1 피접속부재 혹은 제2 피접속부재와 가압착시 제거될 수 있다. 따라서, 본원에서 이방 도전성 필름은 이방 도전성 접착층과 호환되어 사용될 수 있다.
본원에서 이방 도전성 필름은 하나의 이방 도전성 접착층을 포함하는 단층 구조이거나, 도전입자를 함유하지 않는 비도전성 접착층과 도전입자를 함유하는 도전성 접착층이 순차적으로 적층된 2층 구조이거나, 도전성 접착층을 사이에 두고 비도전성 접착층이 양면에 적층된 3층 구조일 수 있다. 본원에 개시된 이방 도전성 필름용 조성물은 비도전성 접착층, 도전성 접착층 혹은 이 둘 다에 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예는, 25℃에서 170 시간 보관 후 하기 식 1의 필름의 모듈러스 변화율이 30% 이하이고, 시차 주사 열량계(DSC) 상 개시 온도가 60℃ 내지 85℃인 이방 도전성 필름에 관한 것이다.
[식 1]
모듈러스 변화율(%) ={(M1-M0)/M0 } X 100
상기 식 1에서, M0는 이방 도전성 필름의 25℃에서 O시간에 측정한 모듈러스 값(kgf/cm2)이고, M1은 상기 이방 도전성 필름을 25℃에서 170시간 방치 후 측정한 25℃에서의 모듈러스 값(kgf/cm2)이다.
상기 모듈러스 변화율이 30% 이하인 것은 이방 도전성 필름의 저장 안정성 혹은 보관 안정성의 개선과 관련이 있으며, 상기 DSC 상 개시 온도가 60℃ 내지 85℃인 것은 저온 속경화 특성과 관련이 있다. 본원에서 DSC 상 개시 온도는 DSC 를 이용해 온도 변화에 따른 이방 도전성 필름의 발열량을 측정시 발열에 의해 기울기가 최초로 증가하게 되는 시점의 온도를 말한다. 상기 예에 따른 이방 도전성 필름은 M0의 초기 모듈러스가 100 내지 1200 kgf/cm2 범위, 구체적으로, 250 kgf/cm2 내지 750 kgf/cm2 범위일 수 있다. 초기 모듈러스가 상기 범위이면 필름성이 개선될 수 있다.
상기 예에 따른 이방 도전성 필름은 전술한 수소화 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지, 화학식 1의 양이온 중합 촉매 및 화학식 2의 화합물를 포함할 수 있으며, 또한, 바인더 수지 또는 도전 입자를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 수소화 에폭시 수지, 화학식 1의 양이온 중합 촉매 및 화학식 2의 화합물에 대한 상세한 설명, 예를 들어, 함량이나 종류 등은 상기 예에 적용될 수 있다. 상기 예에 따른 이방 도전성 필름은 추가로 하기 식 2의 접속저항 증가율이 10배 내지 60배일 수 있다.
[식 2]
접속저항 증가율 = T1/T0
상기 식 2에서, T0는 이방 도전성 필름을 사용해 150℃에서 70 MPa, 5초간 압착한 후 측정한 접속저항이고, T1은 상기 이방 도전성 필름을 85℃ 및 85% 상대습도 분위기에서 500시간 방치 후 측정한 접속저항 값이다.
본 발명의 또 다른 예는,
제1 전극을 함유하는 제1 피접속부재;
제2 전극을 함유하는 제2 피접속부재; 및
상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 본원에 기재된 이방 도전성 필름을 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
상기 제1 피접속부재 또는 제2 피접속부재는, 전기적 접속을 필요로 하는 전극이 형성되어 있는 것으로, 구체적으로는, 액정 디스플레이에 사용되고 있는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 전극이 형성되어 있는 유리 기판 또는 플라스틱 기판, 프린트 배선판, 세라믹 배선판, 플렉시블 배선판, 반도체 실리콘 칩, IC 칩 또는 드라이버 IC 칩 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는, 제1 피접속부재 및 제2 피접속부재 중 어느 하나가 IC 칩 또는 드라이버 IC 칩이고 다른 하나가 유리 기판일 수 있다.
도 1을 참조하여 반도체 장치(30)를 설명하면, 제1 전극(70)을 함유하는 제1 피접속부재(50)와, 제2 전극(80)을 포함하는 제2 피접속부재(60)는, 상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 본원에 기재된 이방 도전성 접착층을 통해 상호 접착될 수 있다.
본 발명은 이방 도전성 필름 조성물로 형성된 이방 도전성 필름을 제공한다. 이방 도전성 필름을 형성하는 데에는 특별한 장치나 설비가 필요하지 않다. 예를 들면, 본 발명의 이방 도전성 필름 조성물을 톨루엔과 같은 유기 용매에 용해시켜 액상화한 후 도전성 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 일정 시간 동안 교반하고, 이를 이형 필름 위에 일정한 두께 예를 들면 10-50㎛의 두께로 도포한 다음 일정시간 건조시켜 톨루엔 등을 휘발시켜 이방 도전성 접착층 및 이형 필름을 포함하는 이방 도전성 필름을 얻을 수 있다.
상기 이형 필름으로는 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 폴리부텐-1, 에틸렌/초산비닐 공중합체, 폴리에틸렌/스티렌부타디엔 고무의 혼합물, 폴리비닐클로라이드 등의 폴리올레핀계 필름이 주로 사용될 수 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리(메틸메타크릴레이트) 등의 고분자나 폴리우레탄, 폴리아미드-폴리올 공중합체 등의 열가소성 엘라스토머 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이형 필름의 두께는 적절한 범위에서 선택할 수 있는데, 예를 들면 10-50㎛가 될 수 있다.
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 도전성 필름의 제조
바인더 (YP50, 국도화학) 35 중량%, 수소화 에폭시 수지(ST-3000, 국도화학) 20 중량%, 프로필렌 옥사이드계 에폭시 수지(EP-4000S, Adeka) 20.8 중량%, 경화 촉매 4 중량%(SI-B3A, 산신케미컬), 안정제(SI-S, 산신케미컬) 0.2 중량%, 도전성 입자 20 중량%(AUL704F, Sekisui) 및 용제로 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate)를 혼합하였다. 상기 얻은 혼합액을 이형 필름에 도포한 후, 60℃의 건조기에서 건조시켜 용제를 휘발시켜 이방 도전성 필름(두께 10㎛)을 얻었다.
실시예 2: 이방 도전성 필름의 제조
상기 실시예 1에서 경화 촉매를 SI-B3A 대신 SI-B2A (산신케미컬)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 이방 도전성 필름을 제조하였다.
실시예 3: 이방 도전성 필름의 제조
상기 실시예 1에서 안정제를 SI-S 대신 S-ME(산신케미컬)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예 1: 이방 도전성 필름의 제조
상기 실시예 1에서 ST-3000의 수소화 에폭시 수지 대신 비스페놀 A 에폭시 수지(YD-128, 국도화학)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 비교예 1의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예 2: 이방 도전성 필름의 제조
상기 실시예 1에서 ST-3000의 수소화 에폭시 수지 대신 글리시딜 아민형 에폭시 수지(SE-300P, SHINA T&C사)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 비교예 2의 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예 3: 이방 도전성 필름의 제조
상기 실시예 1에서 안정제를 사용하지 않고, 경화 촉매의 양을 4.2 중량%로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 이방 도전성 필름을 제조하였다
비교예 4: 이방 도전성 필름의 제조
상기 실시예 1에서 안정제인 SI-S 대신 Methylenebis(Anline)(국도화학社, MDA-220)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 이방 도전성 필름을 제조하였다
실험예 : 이방 도전성 필름의 물성 평가
상기 제조된 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 이방 도전성 필름에 대해 하기 방법으로 DSC 상 개시 온도, 25℃에서 170시간 경과 후 모듈러스의 변화율, 접속 저항 및 신뢰성 평가 후 접속저항을 측정하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
DSC 상 개시 온도( onset temperature )
이방 도전성 필름의 접착층의 발열량을 DSC(시차주사열량계, TA Instruments Q20)를 이용하여 질소 가스 분위기 하에서 10℃/min의 속도로 0 내지 300℃의 범위에서 측정시 발열에 의해 DSC 그래프의 기울기가 최초로 증가하게 되는 시점의 온도를 말한다.
25℃에서 170시간 경과 후 모듈러스의 변화율
가로 2mm X 세로 10mm X 두께 10um인 이방 도전성 필름의 접착층의 25℃에서의 초기 모듈러스(M0)를 UTM 장비를 사용하여 상온에서 5mm/min의 속도로 180o Peel 하여 측정하였다. 이때, UTM JIG는 100 N짜리 JIG로 하여 측정하였다. 이후 25℃의 온도에서 170시간 경과 후 동일 온도 조건에서 25℃에서의 모듈러스(M1)를 측정하여 초기 모듈러스 대비 170시간 후 모듈러스의 변화량을 백분율로 산출한다.
접속저항 및 신뢰성 평가 후 접속저항
이방 도전성 필름의 접속저항을 평가하기 위해, 범프 면적 1200㎛2, 두께 2000Å의 인듐틴옥사이드(ITO) 회로가 있는 유리 기판, 및 범프 면적 1200㎛2, 두께 1.5mm의 IC를 사용하여, 상기 실시예 및 비교예들에 따라 제조한 각각의 이방성 도전 필름으로 상, 하 계면 간을 압착한 후, 150℃, 70 Mpa, 5초의 조건으로 가압, 가열하여 각 샘플당 5개씩의 시편을 제조하였다. 이와 같이 제조된 시편을 아래 방법으로 접속 저항을 측정하고, 이를 초기 접속 저항(T0)이라 한다.
또한, 신뢰성 평가를 위해 85℃, 85%의 상대습도로 유지되는 고온 고습 챔버에 상기 회로 접속물을 500시간 보관한 후 동일한 방법으로 접속 저항을 측정하고 이를 신뢰성 평가 후의 접속저항(T1)으로 한다.
접속저항 측정은 4 point probe법을 이용하며, 이는 저항측정기기(Keithley사 2000 Multimeter)를 이용할 수 있는데 기기에 연결되어 있는 4개의 probe를 이용하여 4 point 사이에서의 저항을 측정한다(ASTM F43-64T). 저항측정기기는 1mA를 인가하며 이때 측정되는 전압으로 저항을 계산하여 표시한다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예4
DSC 상 개시 온도(℃) 75 67 72 78 88 80 92
초기 모듈러스 (kgf/cm2) 460 650 380 900 1020 480 530
모듈러스 변화율(%) 12 15 20 20 8 80 10
접속저항(Ω) 0.1 0.1 0.1 0.1 2.3 X 10
신뢰성 접속저항(Ω) 1.8 2.3 2.8 8.2 X X X
X는 접속 불량을 나타낸다.
상기 표 1에서 실시예 1 내지 3의 이방 도전성 필름은 DSC 상 개시 온도가 60℃ 내지 85℃의 범위로 낮은 온도에서 경화가 개시될 수 있을 뿐 아니라, 저온 속경화 조건에서 가압착 및 본압착 시 초기 및 신뢰성 평가 후 접속 저항 특성이 우수하고, 25℃에서 170시간 경과 후 모듈러스의 변화율이 30% 미만으로 경화반응이 진행되지 않아 보관 안정성이 우수한 반면, 수소화 에폭시 수지를 사용하지 않은 비교예 1 내지 2는 저온 속경화 조건에서 가압착 및 본압착시 신뢰성 평가 후 접속 저항의 증가율이 크고, 안정제를 함유하지 않은 비교예 3은 보관 안정성이 저하되었으며, 비교예 4의 경우, N 또는 O와 같이 비공유 전자쌍을 갖는 화합물을 첨가시 양이온 중합 촉매와 먼저 반응하여 양이온 중합 촉매에서 루이스 산 발생으로 인한 에폭시 수지의 중합 반응을 지연시키는 것으로 보이며, 이로써 저온 본딩시 초기 및 신뢰성 평가 후 접속 저항이 불량하였다.

Claims (11)

  1. 25℃에서 170 시간 보관 후 하기 식 1의 필름의 모듈러스 변화율이 30% 이하이고, 시차 주사 열량계(DSC) 상 개시 온도가 60℃ 내지 85℃인, 이방 도전성 필름.
    [식 1]
    모듈러스 변화율(%) ={(M1-M0)/M0 } X 100
    상기 식 1에서, M0는 이방 도전성 필름의 25℃에서 O시간에 측정한 모듈러스 값(kgf/cm2)이고, M1은 상기 이방 도전성 필름을 25℃에서 170시간 방치 후 측정한 25℃에서의 모듈러스 값(kgf/cm2)이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름이 수소화 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지, 화학식 1의 양이온 중합 촉매 및 화학식 2의 화합물을 포함하는, 이방 도전성 필름.
    [화학식 1]
    Figure 112014083369255-pat00009

    [화학식 2]
    Figure 112014083369255-pat00010

    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R5는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이고,
    상기 화학식 2에서,
    R8 내지 R12는 각각, 수소 원자, 알킬기, 아세틸기, 알콕시카르보닐기, 벤조일기 또는 벤질옥시카르보닐기이고, R13 및 R14는 각각 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기이며, X1은 할로겐 원자 또는 알킬황산이다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R5는 각각, 수소 원자이고, R6 및 R7은 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기인, 이방 도전성 필름.
  4. 제2항에 있어서, 상기 화학식 2에서 R8 내지 R12는 각각, 수소 원자이고, R13 및 R14는 각각, 알킬기, 벤질기, o-메틸벤질기, m-메틸벤질기, p-메틸벤질기 또는 나프틸메틸기일 수 있고, X1은 알킬황산인, 이방 도전성 필름.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수소화 에폭시 수지가 에폭시 수지의 중량부 100을 기준으로 30 내지 60 중량부인, 이방 도전성 필름.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수소화 에폭시 수지가 화학식 3의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 모노머 또는 화학식 4의 수소화 비스페놀 A형 에폭시 올리고머인, 이방 도전성 필름.
    [화학식 3]
    Figure 112016100578934-pat00011

    [화학식 4]
    Figure 112016100578934-pat00012

    상기 화학식 4에서, n은 0.1 내지 13이다.
  7. 제2항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름이 바인더 수지 및 도전 입자를 추가로 포함하는, 이방 도전성 필름.
  8. 제7항에 있어서, 이방 도전성 필름의 조성물의 전체 고형 중량을 기준으로, 에폭시 수지가 20 내지 50 중량%이고,
    수소화 에폭시 수지가 에폭시 수지의 중량부 100을 기준으로 30 내지 60 중량부이며,
    화학식 1의 중합 촉매가 수소화 에폭시 수지 100 중량부에 대해 5 내지 30 중량부이고,
    화학식 2의 화합물이 화학식 1의 중합 촉매 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 30 중량부이고,
    바인더 수지가 25 내지 60 중량%이고,
    도전 입자가 1 내지 30 중량%인, 이방 도전성 필름.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, M0의 초기 모듈러스가 100 내지 1200 kgf/cm2 범위인, 이방 도전성 필름.
  10. 제1 전극을 함유하는 제1 피접속부재;
    제2 전극을 함유하는 제2 피접속부재; 및
    상기 제1 피접속부재와 상기 제2 피접속부재 사이에 위치하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 접속시키는 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 이방 도전성 필름을 포함하는 반도체 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 피접속부재 및 상기 제2 피접속부재 중 어느 하나가 IC 칩 또는 드라이버 IC 칩이고, 다른 하나가 유리 기판인, 반도체 장치.
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