KR102180143B1 - 이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및／또는 이를 포함하는 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

도전층을 포함하고, 상기 도전층은 도전성 입자를 포함하는 도전층용 조성물로 형성되고, 상기 도전성 입자는 포화 자화값이 10emu/g 내지 20emu/g이고, 비중이 2.8 내지 3.2인 이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및/또는 이를 포함하는 반도체 장치가 제공된다.

Description

이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및／또는 이를 포함하는 반도체 장치{ANISOTROPIC CONDUCTIVE FILM, DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME AND／OR SEMICONDUCTOR DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이방 도전성 필름, 이를 포함하는 디스플레이 장치 및/또는 이를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 압착 전 도전성 입자의 단분산율과 압착 후 도전성 입자의 포착률을 높이고, 이방 도전성 필름의 도전성과 절연성을 양립시킬 수 있는, 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
이방 도전성 필름이란 일반적으로 도전성 입자를 에폭시 등의 수지에 분산시킨 필름 형상의 접착제를 말한다. 이방 도전성 필름의 막 두께 방향으로는 도전성을 띄고 면 방향으로는 절연성을 띄는 전기 이방성 및 접착성을 갖는 고분자 막을 의미한다. 이방 도전성 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.
최근 디스플레이 패널의 박형화, 고해상도화가 진행됨에 따라 최소 접속 면적에 최대의 도전성 입자를 포착시키는 기술이 연구되어 왔다. 도전성 입자의 포착률 향상을 위하여 필름 내에서 도전성 입자의 밀도를 증가시키거나, 비 도전성의 무기 입자를 과량 포함함으로써 유체의 흐름을 억제시키는 방법이 연구되어 왔다. 그러나, 이 경우 유체의 흐름이 없어 쇼트를 대비할 수 없는 단점이 있다.
일반적으로 이방 도전성 필름에서 인접하는 도전성 입자와 붙어 있는 상태의 도전성 입자는 70% 정도이다. 붙어 있는 상태의 도전성 입자는 디스플레이 패널의 박형화, 고해상도화가 진행됨에 따라 최소 접속 면적이 작아지고, 전극 간의 거리가 줄어듦에 따라, 도전성과 절연성을 양립하기 어렵다. 도전성을 확보하기 위해서는 도전성 입자의 투입량을 늘려야 하고, 절연성을 확보하기 위해서는 도전성 입자 투입량을 줄여야 하는 문제로 양립하기 어렵다. 따라서, 도전성 입자의 단 분산율을 높여 도전성 입자의 투입량을 오히려 줄임으로써 도전성과 절연성을 확보하는 방법들이 연구되어 왔다.
본 발명의 목적은 압착 전 도전성 입자의 단 분산율과 압착 후 도전성 입자의 포착률을 높일 수 있는 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 도전성과 절연성을 양립시켜 도전성과 절연성 모두를 좋게 할 수 있는 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 접속 저항의 신뢰성이 우수한 이방 도전성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 이방 도전성 필름은 도전층을 포함하고, 상기 도전층은 도전성 입자를 포함하는 도전층용 조성물로 형성되고, 상기 도전성 입자는 포화 자화값이 10emu/g 내지 20emu/g이고, 비중이 2.8 내지 3.2가 될 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치 및/또는 반도체 장치는 본 발명의 이방 도전성 필름을 포함할 수 있다.
본 발명은 압착 전 도전성 입자의 단분산율과 압착 후 도전성 입자의 포착률을 높일 수 있는 이방 도전성 필름을 제공하였다.
본 발명은 도전성과 절연성을 양립시켜 도전성과 절연성 모두를 좋게 할 수 있는 이방 도전성 필름을 제공하였다.
본 발명은 접속 저항의 신뢰성이 우수한 이방 도전성 필름을 제공하였다.
도 1은 범프가 형성된 기재 미립자의 형상을 나타낸 것이다.
첨부한 실시예를 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성 요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성 요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다.
본 명세서에서 "평균 입경"은 D50을 의미한다. D50은 입자의 입경을 측정하고 입경에 따른 질량의 누적 곡선을 그렸을 때 통과 질량 백분율이 50중량%에 해당되는 입경을 의미한다. 입자의 입경은 입도 분석계를 사용하여 측정할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 이방 도전성 필름은 도전층을 포함하고, 상기 도전층은 매트릭스 및 상기 매트릭스에 포함된 도전성 입자를 포함할 수 있다. 상기 도전성 입자는 포화 자화값이 10emu/g 내지 20emu/g이고, 비중이 2.8 내지 3.2가 될 수 있다. 상기 포화 자화값 및 비중의 범위 내에서 이방 도전성 필름 제조 시 이방 도전성 필름용 조성물에 자기장을 걸었을 때 도전성 입자의 분산을 좋게 하고, 도전성 입자의 배열을 조절함으로써 압착 전에는 도전성 입자의 단 분산율을 높이고, 압착 후에는 도전성 입자의 포착률을 높일 수 있고, 도전성과 절연성을 양립시켜 도전성과 절연성이 모두 우수하도록 할 수 있다.
본 발명의 이방 도전성 필름은 도전성 입자의 단분산율이 90% 이상, 도전성 입자의 포착률이 70% 이상이 될 수 있다.
도전성 입자의 포착률은 압착 전후의 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수를 백분율로 나타낸 것이며, 이를 측정하는 비 제한적인 예는 다음과 같다: 압착 전 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 전 도전성 입자의 개수)를 하기 수학식 1에 의해 산출한다.
[수학식 1]
압착 전 도전성 입자의 개수 = 도전층의 단위 면적당 도전성 입자의 입자 밀도(개/mm2) × 단자의 면적(mm2)
또한, 압착 후 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 후 도전성 입자의 개수)를 측정한 후, 하기의 수학식 2에 의해 도전성 입자의 입자 포착률을 산출한다.
[수학식 2]
도전성 입자의 포착률 = (압착 후 도전성 입자의 개수/압착 전 도전성 입자의 개수) × 100(%)
압착 후 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수는 금속 현미경으로 카운트할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 압착 조건은 하기와 같다:
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
도전성 입자의 단분산율은 이방 도전성 필름 중 도전성 입자가 인접하는 다른 도전성 입자와 붙어 있지 않고 이격된 상태(단분산 상태)로 존재하는 비율이다. 단분산율은 (이방 도전성 필름의 단위 면적 1mm2 상의 단분산 상태의 도전성 입자의 개수)/(이방 도전성 필름의 단위 면적 1mm2 상의 전체 도전성 입자의 개수) × 100(%)로 구할 수 있다.
도전성 입자는 기재 미립자; 상기 기재 미립자 표면의 적어도 일부를 둘러싼 금속 피복층; 및 상기 금속 피복층 표면의 적어도 일부에 형성된 범프를 포함하는 제1도전성 입자, 기재 미립자; 상기 기재 미립자 표면의 적어도 일부에 형성된 범프; 및 상기 기재 미립자 표면과 상기 범프의 적어도 일부를 둘러싼 금속 피복층을 포함하는 제2도전성 입자 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
도 1은 상기 제1도전성 입자 중 기재 미립자(10) 표면에 범프(20)가 직접 형성된 것을 나타낸 것이다. 도 1은 범프(20)가 기재 미립자(10) 표면에 함몰되지 않은 것을 나타낸 것이나, 범프(20) 중 적어도 일부는 기재 미립자(10) 표면에 함몰될 수도 있다.
본 발명의 포화 자화값 10emu/g 내지 20emu/g, 비중이 2.8 내지 3.2인 도전성 미립자는 금속 피복층의 두께, 범프의 밀도, 도전성 입자의 순도, 범프의 크기(또는 높이) 중 하나 이상을 조절함으로써 얻을 수 있다. 바람직하게는, 금속 피복층의 두께, 범프의 밀도, 도전성 입자의 순도를 모두 조절함으로써 본 발명의 포화 자화값 10emu/g 내지 20emu/g, 비중이 2.8 내지 3.2인 도전성 입자를 제조할 수 있고, 이방성 도전 필름에 포함될 수 있다.
금속 피복층의 두께는 1,000Å 내지 2,500Å이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 포화 자화값 10emu/g 내지 20emu/g, 비중이 2.8 내지 3.2인 도전성 입자를 제조할 수 있다. 금속 피복층은 Au, Ag, Ni, Cu, 땜납 등의 금속으로 형성될 수 있다. 이들 금속은 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합되어 금속 피복층에 포함될 수 있다.
범프의 밀도는 70% 이상, 바람직하게는 70% 내지 95%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 포화 자화값 10emu/g 내지 20emu/g, 비중이 2.8 내지 3.2인 도전성 입자를 제조할 수 있다. 상기 '범프의 밀도'는 금속 피복층의 전체 면적에 대하여 금속 피복층 표면에 형성된 범프의 전체 면적의 비율을 의미할 수 있다.
범프의 크기(또는 높이)는 150nm 내지 200nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 포화 자화값 10emu/g 내지 20emu/g, 비중이 2.8 내지 3.2인 도전성 입자를 제조할 수 있다.
도전성 입자의 순도는 80% 내지 100%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 포화 자화값 10emu/g 내지 20emu/g, 비중이 2.8 내지 3.2인 도전성 입자를 제조할 수 있다.
도전성 입자는 평균 입경(D50)이 2.5㎛ 내지 6.0㎛, 바람직하게는 3.0㎛ 내지 5.0㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 필름의 절연성이 저하되지 않고, 도전성 입자의 필름 중 분산성이 좋을 수 있다.
도전성 입자는 도전층 중 20 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 50 중량%, 더 바람직하게는 20 중량% 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 도전성 입자가 피접속 부재 간에 용이하게 압착되어 접속 신뢰성을 확보할 수 있고, 통전성을 높여 접속 저항을 감소시킬 수 있다.
제1도전성 입자는 기재 미립자 표면에 금속 피복층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 피복층 표면에 범프를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 제2도전성 입자는 범프가 형성된 기재 미립자를 형성하는 단계; 범프가 형성된 기재 미립자 상에 금속 피복층을 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 형성될 수 있다.
이하에서는, 제2도전성 입자의 제조 방법을 설명한다. 그러나, 제1도전성 입자도 제2도전성 입자의 제조 방법을 변경하여 용이하게 제조될 수 있다.
범프는 기재 미립자 표면에 직접적으로 형성되어 있다. 기재 및 범프는 유기 단량체의 중합으로 형성될 수 있다.
범프가 형성된 기재 미립자의 제조 방법은 실란기를 가지면서도 중합 가능한 불포화 이중 결합을 갖는 제 1종의 단량체와, 스티렌 및 아크릴과 같은 제 2종의 단량체를 분산 공중합하여 균일한 미립자를 형성시킨 후, 반응이 완료됨과 동시에 졸-겔 반응을 통하여 각 미립자를 구성하는 사슬간 가교 반응을 시키는 방법으로서, 분산 중합 과정 중 실란기와 불포화 탄소를 포함한 단량체를 전체 반응물에 대하여 0.5~80.0 중량%를 사용하고, 반응 라디칼 반응 후반에 0.5 ~ 15.0 중량%의 초순수를 첨가하는 공정인 것을 특징으로 한다.
분산 중합 후 다시 졸-겔 반응을 통하여 범프형 기재 미립자를 합성하는 본 발명의 특징적 합성 방법은, 미립자 내부의 미반응 실란기를 졸-겔 반응하여 체인간 가교 연결(inter-chain crosslinking)을 시키는 동안 발생하는 미립자 내부의 상 분리를 극대화하는 원리를 적용한 것이다. 즉, 고분자 체인끼리의 커플링(coupling)에 의해 상 분리 현상이 현저히 증가할 경우, 도입되는 실란기의 함량에 따라 기재 미립자의 표면에 형성되는 범프의 밀도 및 크기를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 미립자의 가교도를 조절할 수 있으므로, 전도성 미립자의 기재 미립자로서 요구되는 압축 경도 및 회복률을 유지할 수 있다. 아울러, 기재 미립자 자체가 일정 밀도 이상의 요철을 지니고 있으므로, 무전해 도금 시, 미립자 상에 안정한 Ni 피복층을 도입할 수 있다.
본 발명의 수지 기재 미립자의 제조 방법에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 메타크릴로일옥시트리메(에)톡시실란 및 비닐트리메(에)톡시실란 등의 실란기와 라디칼 중합이 가능한 불포화 탄소를 한 분자 내에 동시에 포함한 단량체를 개시제와 함께 스티렌 등의 단량체와 완전히 용해시킨다. 이어서 이 단량체 혼합물을 고분자 분산 안정제와 함께 알코올을 함유하는 밀폐 반응기에 첨가하고 질소 분위기에서 수시간 동안 안정화시킨다. 안정화된 반응물에 소량의 HCl 수용액을 첨가하고 수분 교반한 후 50~80℃의 온도에서 24시간 동안 40~100rpm의 교반 속도로 교반하며 중합한다. 제조된 고분자 입자는 원심분리법에 의하여 알콜로 수차례 세척하고 상온 감압 조건에서 건조하여 미세 분말 형태로 얻는다.
본 발명의 수지 기재 미립자의 단량체로 사용 가능한 실란계 반응기와 불포화 이중결합을 동시에 갖는 단량체로는 메타크릴로일옥시프로필트리메(에)톡시실란 및 비닐트리메(에)톡시실란 등이 있다. 본 발명에 의한 실란계 비닐 단량체의 도입량은 0.5 ~ 80.0 중량%가 바람직하며, 좀 더 바람직하게는 1.5 ~ 50.0 중량%가 바람직하다. 0.5 중량% 미만일 때에는 실란 그룹의 입자 내 밀도가 졸-겔 반응을 일으킬만큼 충분하지 못하여 전도성 미립자로서 적용 가능한 기계적 특성을 나타낼 만큼의 충분한 경도를 확보하지 못하므로 바람직하지 않고, 졸-겔 반응 후의 범프 형성도 발생하지 않는다. 도입되는 범프의 밀도는 중합되는 실란계 비닐 단량체의 함량에 의해 조절 가능하며, 공중합되는 단량체와의 용해도 상수 등을 고려하여 조절 가능하다. 80.0 중량% 초과의 실란계 비닐 단량체의 도입은 분산 중합의 안정성 저하를 초래하여 균일한 크기의 미립자를 얻을 수 없게 된다.
상기 수지 기재 미립자는 평균 입경이 1 ~ 100㎛이며, 본 발명에 의해 수지 미립자 상에 형성되는 범프의 크기는 범프를 제외한 기재 미립자 평균 입경의1/50 ~ 1/5이 바람직하며, 1/25 ~ 1/10의 크기가 좀 더 바람직하다. 본 발명에 의해 수지 미립자 상에 형성되는 범프의 밀도는, 미립자 1개당 10 ~ 50개가 바람직하며, 미립자 1개 당 15 ~ 35개가 좀 더 바람직하다.
본 발명에서 실란계 비닐 단량체와 공중합 가능한 단량체로는 라디칼 중합이 가능한 단량체로, 구체적으로는 스티렌, p- 혹은 m-메틸스티렌, p- 혹은 m-에틸스티렌, p- 혹은 m-클로로스티렌, p- 혹은 m-클로로메틸스티렌, 스티렌설포닉 에시드, p- 혹은 m-t-부톡시스티렌, 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, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 (메타)아크릴레이트, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 (메타)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 (메타)아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트, 비닐 에테르, 알릴 부틸 에테르, 알릴 글리시틸 에테르, (메타)아크릴산, 말레산과 같은 불포화 카복시산, 알킬(메타)아크릴아마이드, (메타)아크릴로니트릴 등을 들 수 있는데 그 양으로는 전체 반응물에 대하여 20.0 ~ 99.5 중량%가 바람직하며, 좀더 바람직하게는 50.0 ~ 98.5 중량%이다.
본 발명에 사용되는 개시제로는 일반적으로 사용되는 개시제로서, 구체적으로는 벤조일 퍼옥시드, 라우릴 퍼옥시드, o-클로로벤조일 퍼옥시드, o-메톡시벤조일 퍼옥시드, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시이소부티레이트, 1,1,3-3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 디옥타노일 퍼옥시드, 디데카노일 퍼옥시드 등과 같은 퍼옥시드계의 화합물과 2,2'-아조비스이오부티로니트릴, 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2,2'-아조비스(2.4-디메틸발레로니트릴) 등과 같은 아조 화합물을 포함한다. 사용에 적절한 양은 전체 중합 단량체에 대하여 1.0% 내외이다.
본 발명에서 사용되는 분산 안정제는 알콜상 혹은 수상에 녹을 수 있는 고분자로서 실란기와 반응하지 않으면서 안정 효과를 보일 수 있는 고분자로 한정한다. 구체적으로는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알킬 에테르, 폴리디메틸실록산/폴리스티렌 블록 공중합체 등이 포함된다. 분산 중합 과정 중에 졸-겔 반응이 일어남으로 인하여 발생할 수 있는 입자의 불균일성과 입자의 엉김 현상을 해결하기 위하여 안정제의 함량은 1~25 중량% 정도가 바람직하다.
본 발명에 연속상은 알콜상으로서, 구체적으로는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, t-부탄올 등을 포함하며, 연속상의 용해력을 조절하기 위하여 벤젠 또는 톨루엔, 크실렌, 메톡시에탄올과 같은 유기물을 상기 알콜과 혼합하여 사용하기도 한다.
본 발명에서 실란과 졸-겔 반응을 유도하기 위하여 첨가되는 물의 양은 전체 반응물에 대하여 0.5 ~ 15.0 중량%가 바람직하며, 좀더 상세하게는 1.0 ~ 10.0 중량%가 바람직하다. 0.5 중량% 미만일 경우 충분한 졸-겔 반응을 일으킬 수 없으므로 바람직하지 않고 15.0 중량% 초과일 때는 입자의 안정성이 저하되므로 응집에 의해 균일한 미립자를 얻기 힘들다.
본 발명의 제2 단계인 무전해 도금 방법으로서는, 통상적인 무전해 도금 방법을 채용한다. 우선 범프형 단분산 고가교 수지 미립자를 알칼리 탈지, SnCl2 용액 내에서의 센시타이징(sensitizing) 및 PdCl2 용액으로의 활성화(Activation)를 행한 후, 무전해 도금으로 금속 피복층을 형성하였다. 금속 피복층 두께를 1,000Å 내지 2,500Å이 되도록 조절한다. 금속 피복층은 니켈로만 형성되거나 또는 니켈 및 보론, 텅스텐, 인 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예의 이방 도전성 필름을 설명한다.
본 실시예의 이방 도전성 필름은 도전층으로만 된 단일층 필름일 수 있다.
도전층은 본 발명의 도전성 입자를 포함하는 도전층용 조성물로 형성될 수 있다. 도전성 입자는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 20 중량% 내지 60 중량%, 바람직하게는 25 중량% 내지 55 중량%, 더 바람직하게는 30 중량% 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 도전성 입자가 피접속 부재 간에 용이하게 압착되어 접속 신뢰성을 확보할 수 있고, 통전성을 높여 접속 저항을 감소시킬 수 있다.
도전층은 두께가 3㎛ 이하, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 3㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 접속 구조체와 도전성 입자의 접속을 좋게 할 수 있다.
본 발명의 도전층용 조성물은 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제를 더 포함할 수 있다.
바인더 수지는 특별히 제한되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 수지를 사용할 수 있다. 바인더 수지의 비 제한적인 예로는 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴레이트 변성 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르우레탄 수지, 폴리비닐부티랄 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. 바인더 수지는 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는 바인더 수지는 페녹시 수지, 더 바람직하게는 바이페닐 플루오렌형 페녹시 수지를 사용할 수 있다.
바인더 수지는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 10 중량% 내지 75 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 막 형성이 잘 되고, 접속 신뢰성이 좋은 효과가 있을 수 있다.
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 분자 구조 내에서 선택될 수 있는 1종 이상의 결합 구조를 포함하는 물질이면 특별한 제한 없이 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 비 제한적인 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 제한되지 않는다.
에폭시 수지는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 1 중량% 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 필름 형성력과 접착력이 우수하고, 절연 신뢰성을 개선할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
경화제는 상기 바인더 수지를 경화시켜 이방 도전 필름을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 경화제의 비 제한적인 예로 산무수물계, 아민계, 암모늄계, 이미다졸계, 이소시아네이트계, 아미드계, 히드라지드계, 페놀계, 양이온계 등을 사용할 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 경화제의 형태는 마이크로 캡슐 형상을 가질 수도 있다.
경화제는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 0.1 중량% 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이방 도전성 필름의 경도가 지나치게 높아져 접착력이 저하되는 것을 방지하고, 잔류 경화제에 의한 안정성 저하와 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
도전층용 조성물은 비 도전성 입자를 더 포함할 수 있다. 비 도전성 입자는 절연성을 제공하는 절연 입자를 포함할 수 있다. 절연 입자로는 무기 입자, 유기 입자 또는 유/무기 혼합형 입자를 사용할 수 있다. 무기 입자의 비 제한적인 예로, 실리카(SiO2), Al2O3, TiO2, ZnO, MgO, ZrO2, PbO, Bi2O3, MoO3, V2O5, Nb2O5, Ta2O5, WO3 또는 In2O3 등을 들 수 있다.
본 발명의 비도전성 입자로는 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, 이에 제한되지 않는다. 비도전성 입자는 평균 입경(D50)이 1nm 내지 20nm, 바람직하게는 1nm 내지 15nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 도전성 입자와 단자 간의 접속을 방해하지 않으면서 접속 저항 증가를 막는 효과가 있을 수 있다.
비도전성 입자는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 1 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 우수한 접착 신뢰성을 얻을 수 있다.
도전층용 조성물은 실란 커플링제를 더 포함할 수 있다. 실란 커플링제는 당해 기술 분야에서 통상 사용되는 것이면 그 종류가 특별히 제한되지 아니한다. 실란 커플링제의 비 제한적인 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-트리에톡시실릴-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.
실란 커플링제는 고형분 기준 도전층용 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 우수한 접착 신뢰성을 얻을 수 있다.
본 발명의 도전층은 이방 도전성 필름의 기본적인 물성을 저해하지 않으면서 필름에 부가적인 물성을 추가로 부여하기 위하여, 전술한 성분들 이외에 중합 방지제, 점착 부여제, 산화 방지제, 열 안정제, 경화 촉진제, 커플링제 등의 기타 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 상기 기타 첨가제의 첨가량은 필름의 용도나 목적하는 효과 등에 따라 다양할 수 있으며, 그 함량은 특별히 제한되지 아니한다.
본 발명의 이방 도전성 필름을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 이방 도전 필름을 형성하는 방법은 특별한 장치나 설비가 필요하지 아니한다. 바인더 수지를 유기 용제에 용해시켜 액상화한 후 나머지 성분을 첨가하여 일정 시간 교반하여 도전층용 조성물을 제공하고, 도전층용 조성물을 이형 필름 위에 소정의 두께로 도포한 다음, 자장을 인가함과 동시에서 건조 및/또는 경화시켜 도전층을 얻을 수 있다. 자장 인가는 1,000Gauss 내지 5,000Gauss 조건에서 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예의 이방 도전성 필름을 설명한다.
이방 도전성 필름은 본 발명의 도전성 입자를 포함하는 도전층; 및 상기 도전층의 적어도 일면에 형성된 절연층을 포함할 수 있다. 도전층의 적어도 일면에 절연층이 더 형성된 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방 도전성 필름과 실질적으로 동일하다.
절연층은 두께가 20㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 내지 20㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 접속 신뢰성과 절연 신뢰성을 개선하는 효과가 있을 수 있다.
절연층은 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 비도전성 입자를 포함하는 절연층용 조성물로 형성될 수 있다. 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제, 비도전성 입자에 대한 상세한 내용은 상기 도전층에서 설명한 바와 같다.
절연층용 조성물은 고형분 기준으로 바인더 수지 30 중량% 내지 60 중량%, 에폭시 수지 30 중량% 내지 60 중량%, 경화제 0.5 중량% 내지 1.0 중량%, 비도전성 입자 1 중량% 내지 10 중량%로 포함할 수 있다.
절연층용 조성물은 상술한 첨가제, 실란 커플링제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이방 도전성 필름을 제1 피접속 부재와 제2 피접속 부재 사이에 위치시키고, 50℃ 내지 70℃, 1 내지 2 초간 및 1 내지 2MPa 압력 조건 하의 가압착; 및 130℃ 내지 170℃, 5 내지 7 초간 및 50 내지 90MPa 압력 조건 하의 본압착 후, 상기 이방 도전성 필름을 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치한 후에 측정한 신뢰성 후의 접속 저항은 1Ω 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서 고온 고습 조건 하에서도 낮은 접속 저항을 유지할 수 있어 접속 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 상기 신뢰성 후의 접속 저항이란, 전술한 가압착 및 본압착 후, 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치한 후의 접속 저항을 말한다. 상기 신뢰성 후의 접속 저항의 측정 방법은 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 방법에 따라 측정될 수 있다. 신뢰성 후의 접속 저항을 측정하는 방법의 비제한적인 예는 다음과 같다: 복수 개의 필름 시편을 가압착 및 본압착시킨 후, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치한 후, 시험 전류 1mA를 인가하여 각각의 접속 저항을 측정(Keithley社, 2000 Multimeter 이용, 4-probe 방식)한 후에 그 평균값을 계산하는 방식으로 측정한다. 상기 범위에서 단자 상에 도전 입자가 충분히 위치하여 통전성이 개선되고 스페이스 부로의 도전 입자 유출을 감소시켜 단자 간 쇼트를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이방 도전성 필름은 제1 피접속 부재가 형성된 제1 기판과 제2 피접속 부재가 형성된 제2 기판 사이에 이방 도전성 필름을 배치시키고, 가열 압착될 수 있다. 제1 기판은 LCD, PD 패널 등의 유리 기판, 플라스틱 기판이고, 전자 부품과 접속하기 위한 단자로서 제1 피접속 부재가 형성되어 있을 수 있다. 제2 피접속 부재는 예를 들어 FPC(flexible printed circuits), COF(chip on film), TCP(tape carrier package), COP(chip on plastic) 등이 될 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 드라이버 회로; 패널; 및 본 발명의 일 예에 따른 이방 도전성 필름을 포함하고, 구체적으로 상기 패널은 액정표시(LCD) 패널인 액정디스플레이(LCD) 장치일 수 있다. 또한, 상기 패널은 유기 발광 다이오드(OLED) 패널인 유기발광다이오드 디스플레이(OLED) 장치일 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 전술한 본 발명의 이방 도전 필름 중 어느 하나로 접속된 반도체 장치를 제공한다. 상기 반도체 장치는, 배선 기판; 반도체 칩을 포함할 수 있으며, 상기 배선 기판, 반도체 칩은 특별히 한정되지 아니하며, 당해 기술 분야에서 알려진 것을 사용할 수 있다. 상기 배선 기판에는 ITO 또는 금속 배선에 의해 회로 또는 전극들이 형성될 수 있으며, 상기 회로 또는 전극들과 대응되는 위치에 본 발명의 실시예들에 따른 이방 도전성 필름을 이용하여 IC 칩 등이 탑재될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
실시예 1
도전층용 조성물의 제조
도전층용 조성물 제조 시 바인더 수지로 페녹시 수지(FX293, 신일철社, 바이페닐 플루오렌형 페녹시 수지), 에폭시 수지(Celloxide2021P, 다이셀社, 지환식 에폭시 수지), 경화제(CXC-1821, King Industry社, 4급 암모늄 화합물), 하기 표 1의 도전성 입자 1, 비도전성 입자로 실리카(아드마나노, 아드마텍社)를 사용하였다. 제조한 도전성 입자의 포화 자화값은 시료 진동형 자력계(VSM, vibrating sample magnetometer)를 사용해서 측정하였다. 도전성 입자의 비중은 고체 비중계로 측정하였다. 도전성 입자의 금속 피복층의 두께는 TEM으로 측정하였다. 도전성 입자의 범프의 밀도는 SEM으로 측정하였다. 도전성 입자의 순도는 질량 분석기로 측정하였다.
고형분 기준으로, 페녹시 수지 30 중량부, 에폭시 수지 20 중량부, 경화제 1 중량부, 도전성 입자 1(하기 표 1 참고) 40 중량부, 실리카 9 중량부를 배합하고, C-믹서를 이용해 교반하여 도전층용 조성물을 제조하였다.
이방 도전성 필름의 제조
상기 제조한 도전층용 조성물을 도전성 입자가 분쇄되지 않는 속도 범위 내에서 상온(25℃)에서 60 분간 교반하였다. 교반한 도전층용 조성물을 실리콘 이형 표면 처리된 폴리에틸렌 베이스 필름에 도막 두께 3㎛로 도포하고, 자기장 3,000 Gauss를 인가하면서 90℃에서 1시간 동안 건조시켜, 이방 도전성 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 실시예 12
실시예 1에서, 도전성 입자의 종류를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 이방 도전성 필름을 제조하였다.
비교예 1 내지 비교예 4
실시예 1에서, 도전성 입자의 종류를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 이방 도전성 필름을 제조하였다.
실시예와 비교예에서 사용한 도전성 입자의 구체적인 사양은 하기 표 1과 같다.
평균 입경(㎛) 포화 자화값(emu/g) 비중 금속 피복층의 두께(Å) 범프 밀도(%) 순도(%)
도전성
입자 1		 3.2 10 2.8 1,500 80 85
도전성
입자 2		 3.2 10 2.8 1,700 80 87
도전성
입자 3		 3.2 10 2.8 2,000 80 86
도전성
입자 4		 3.2 10 2.8 1,900 90 85
도전성
입자 5		 3.2 10 2.8 1,800 95 84
도전성
입자 6		 3.2 10 3.0 1,500 80 92
도전성
입자 7		 3.2 10 3.2 1,700 80 81
도전성
입자 8		 3.2 15 3.2 1,500 80 95
도전성
입자 9		 3.2 20 3.2 1,500 80 90
도전성
입자 10		 3.2 10 2.8 1,800 80 95
도전성
입자 11		 3.2 10 2.8 2,200 80 95
도전성
입자 12		 3.2 10 2.8 1,600 78 85
도전성
입자 13		 3.2 8 2.8 1,500 80 84
도전성
입자 14		 3.2 22 2.8 1,500 80 90
도전성
입자 15		 3.2 10 2.6 1,600 80 90
도전성
입자 16		 3.2 10 3.4 1,700 80 85
실시예와 비교예에서 제조한 이방 도전성 필름에 대하여 하기 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1)단분산율(단위: %): 이방 도전성 필름 중 도전성 입자가 인접하는 다른 도전성 입자와 이격된 상태를 단분산 상태로 정의한다. 이방 도전성 필름 중 (이방 도전성 필름의 단위 면적 1mm2 상의 단분산 상태의 도전성 입자의 개수)/(이방 도전성 필름의 단위 면적 1mm2 상의 도전성 입자의 개수) × 100(%)로 단분산율을 구한다.
(2)경화율(단위: %): 이방 도전성 필름을 1mg 분취하여 DSC(열시차주사열량계, TA instruments, Q20)를 이용하여 질소 가스 분위기 하에서 10℃/min, -50℃ 내지 250℃ 온도 구간에서의 초기 발열량을 곡선 아래 면적으로 측정(H0)하고, 이후 상기 필름을 핫플레이트(hot plate) 상에 130℃에서 5초간 방치한 후 동일한 방법으로 발열량을 측정(H1)하여 이로부터 하기 수학식 3에 따른 경화율을 계산하였다.
[수학식 3]
경화율(%) = [(H0-H1)/H0] × 100
(3)도전성 입자의 포착률(단위: %): 상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방 도전성 필름의 도전성 입자의 포착률을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
이방 도전성 필름 압착 전 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 전 입자 수)를 하기 수학식 1에 의해 산출한다.
[수학식 1]
압착 전 도전성 입자의 개수 = 도전층의 도전성 입자의 입자 밀도(개/mm2) × 단자의 면적(mm2)
또한, 압착 후 단자 상에 있는 도전성 입자의 개수(압착 후 도전성 입자의 개수)를 금속 현미경으로 카운트하여 측정한 후, 하기의 수학식 2에 의해 도전성 입자의 입자 포착률을 산출한다.
[수학식 2]
도전성 입자의 포착률 = (압착 후 도전성 입자의 개수/압착 전 도전성 입자의 개수) × 100(%)
상기 가압착 및 본압착 조건은 하기와 같다.
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
(4)초기 접속 저항(단위: Ω): 상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방 도전성 필름의 초기 접속 저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.
상기 실시예 및 비교예들에서 제조한 이방 도전 필름을 하기 조건에서 가압착 및 본압착 후, 측정기(Keithley社, 2000 Multimeter)를 이용하여 4-probe 방식으로 시험 전류 1mA를 인가하여 초기 접속 저항을 측정하여 그 평균값을 계산하였다.
1) 가압착 조건: 60℃, 1초, 1.0MPa
2) 본압착 조건: 150℃, 5초, 70MPa
(5)신뢰성 후의 접속 저항(단위: Ω): 상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 이방 도전성 필름의 신뢰성 후의 접속 저항을 측정하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다. 초기 접속 저항 측정과 동일한 방법으로, 가압착 및 본압착한 후, 온도 85℃ 및 상대 습도 85%의 조건 하에서 100 시간 동안 방치하여 고온ㆍ고습 신뢰성 평가를 진행한 후, 이들 각각의 신뢰성 후의 접속 저항을 접속 저항과 동일한 방법으로 측정하였다.
도전성 입자 단분산율 경화율 도전성 입자 포착률 초기 접속 저항 신뢰성 후의 접속 저항
실시예 1 도전성 입자 1 95 95 85 0.06 0.15
실시예 2 도전성 입자 2 92 85 85 0.06 0.18
실시예 3 도전성 입자 3 93 86 86 0.06 0.16
실시예 4 도전성 입자 4 96 85 87 0.06 0.16
실시예 5 도전성 입자 5 92 86 81 0.06 0.15
실시예 6 도전성 입자 6 95 85 86 0.06 0.14
실시예 7 도전성 입자 7 93 86 85 0.06 0.18
실시예 8 도전성 입자 8 93 85 85 0.06 0.16
실시예 9 도전성 입자 9 96 84 84 0.06 0.18
실시예 10 도전성 입자 10 92 85 85 0.06 0.17
실시예 11 도전성 입자 11 93 86 80 0.06 0.20
실시예 12 도전성 입자 12 92 85 85 0.06 0.16
비교예 1 도전성 입자 13 55 86 82 0.1 1.25
비교예 2 도전성 입자 14 42 85 81 0.15 1.26
비교예 3 도전성 입자 15 72 87 85 0.19 2.26
비교예 4 도전성 입자 16 65 86 83 0.12 2.58
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 이방 도전성 필름은 도전성 입자의 포착율을 높이면서도 압착전 도전성 입자의 단분산율을 높일 수 있고, 접속 저항의 신뢰성이 우수하였다.
반면에, 본 발명의 포화 자화값 범위를 벗어나는 도전성 입자를 포함하는 비교예 1과 비교예 2, 본 발명의 비중 값을 벗어나는 도전성 입자를 포함하는 비교예 3과 비교예 4는 압착전 도전성 입자의 단분산율이 낮았으며, 접속 저항의 신뢰성이 좋지 않았다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (13)

  1. 도전층을 포함하고,
    상기 도전층은 바인더 수지, 에폭시 수지, 경화제 및 도전성 입자를 포함하는 도전층용 조성물로 형성되고,
    상기 도전성 입자는 포화 자화값이 10emu/g 내지 20emu/g이고, 비중이 2.8 내지 3.2인 것인, 이방 도전성 필름으로서,
    상기 이방 도전성 필름은 상기 도전성 입자의 단분산율이 90% 이상이고,
    상기 도전성 입자는 기재 미립자; 상기 기재 미립자의 표면을 둘러싼 금속 피복층; 및 상기 금속 피복층의 표면에 형성된 범프를 포함하는 제1도전성 입자, 기재 미립자; 상기 기재 미립자의 표면에 형성된 범프; 및 상기 기재 미립자의 표면과 상기 범프를 둘러싼 금속 피복층을 포함하는 제2도전성 입자 중 1종 이상을 포함하고,
    상기 금속 피복층의 두께는 1,000Å 내지 2,500Å이고,
    상기 범프의 밀도는 70% 이상이고,
    상기 도전성 입자의 순도는 80% 내지 100%이고,
    상기 도전성 입자는 상기 도전층 중 20 중량% 내지 60 중량%로 포함되는 것인, 이방 도전성 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 피복층은 니켈로만 형성되거나 또는 니켈 및 보론, 텅스텐, 인 중 하나 이상을 포함하는 것인, 이방 도전성 필름.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도전성 입자는 평균 입경(D50)이 2.5㎛ 내지 6.0㎛인 것인, 이방 도전성 필름.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 이방 도전성 필름은 상기 도전층의 적어도 일면에 절연층이 더 형성된 것인, 이방 도전성 필름.
  12. 제1항, 제7항, 제8항, 제11항 중 어느 한 항의 이방 도전성 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항, 제7항, 제8항, 제11항 중 어느 한 항의 이방 도전성 필름을 포함하는 반도체 장치.

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