KR20010030336A - Ｃｏｇ 실장품 및 접속재료 - Google Patents

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KR20010030336A
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다케이치모토히데
후지히라히로유키
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구리다 히데유키
소니 케미카루 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 접착강도를 크게 하여도 계면에 대한 응력 집중을 적게 할 수 있고, 얇은 유리 기판을 사용할 경우에도 휨 등의 변형을 작게 할 수 있을 뿐 아니라 우수한 접착강도와 전기적 접속성을 갖는 COG 실장품 및 접속재료를 제공한다. 열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고, 경화 후의 25℃에서의 인장신율이 5% 이상인 접속재료를 개재하여 유리 기판에 반도체 칩을 직접 접속한 COG 실장품을 제공한다.

Description

ＣＯＧ 실장품 및 접속재료 {COG ASSEMBLY AND CONNECTING MATERIAL TO BE USED THEREIN}
본 발명은 유리 기판에 반도체 칩을 직접 접속한 COG(Chip on Glass) 실장품, 특히 액정표시장치 등에 사용되는 COG 실장품 및 실장용 접속재료에 관한 것이다.
종래에 액정표시장치(이하, LCD라 하는 경우가 있음)에 있어서는, 유리 기판에 드라이버 IC와 같은 반도체 패키지를 실장하였으나, 경박단소화의 요구에 따라 유리 기판에 직접 반도체 칩을 실장한 COG 실장품이 사용되게끔 되었다. COG 실장품에는 이방도전성 접속재료(이하, ACF라 하는 경우가 있음)를 사용하여 유리 기판과 반도체 칩에 상대하는 전극을 접속하고 있다.
ACF는 에폭시 수지 등의 열경화성 수지와 도전성 입자를 주성분으로 하고, 이것을 유리 기판과 반도체 칩 사이에 개재시킨 상태에서 양측에서 가압하여 가열함으로써 열경화성 수지를 유동시켜 경화한다. 이로써, 상대하는 다수의 전극은 도전성 입자와 접촉함으로써 전기적 접속이 얻어지고, 전극이 없는 부분에서는 열경화성 수지의 경화에 의해 기계적 고착이 얻어진다.
ACF의 접착강도는 열경화성 수지의 경화수축에 의해 얻어지는데, 이 경화수축에 의해 ACF의 계면에 부분적인 응력의 집중이 발생한다. ACF의 접착강도를 크게 하기 위해서는 탄성률이 높은 수지가 사용되나, 이러한 수지는 경화수축률이 크고, 계면에서의 응력이 커진다. 이 응력은 유리 기판이 두꺼운 경우는 잔류응력으로서 내부에 남지만, 얇은 경우에는 유리 기판에 휨 등의 변형을 일으키게 된다.
경박단수화의 요구에 따라 유리 기판의 박형화의 요구가 있으나, 얇은 유리를 사용하면 COG 실장품이 변형되고, LCD의 경우 표시불량의 원인이 된다.
본 발명의 과제는 첩착강도를 크게 해도 계면에 대한 응력집중을 적게 할 수 있고, 얇은 유리 기판을 사용하는 경우에도 휨 등의 변형을 작게 할 수 있는 동시에 오수한 접착강도와 전기적 접속성을 가지는 COG 실장품을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 상기와 같은 COG 실장품을 얻는 것이 가능한 COG 실장용 접속재료를 제공하는 것이다.
도 1(A)는 실시형태인 COG 실장품이 실장중인 상태를 나타내는 모식적 단면도이고, 도 1(B)는 실장 후의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 유리 기판, 2: ITO 막, 3: 반도체 칩, 4: 범프, 5: 접속재료, 6: 접착제 성분, 7: 도전성 입자. 8: 간극, 10: COG 실장품
본 발명은 다음의 COG 실장품 및 접속재료이다.
(1) COG 실장품에서의 유리 기판에 반도체 칩을 각각의 대응하는 전극이 서로 대향하도록 직접 접속하기 위한 접속재료로서,
열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고, 경화 후의 25℃에서의 인장신율(引張伸率; tensile elongation)이 5% 이상인 COG 실장품용 접속재료.
(2) 접착제 성분이 평균입자직경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 6∼90 중량% 포함하는 상기 (1)에 기재된 접속재료.
(3) 도전성 입자가 접착제 성분에 대해 2∼40 용량% 포함되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 접속재료.
(4) 반도체 칩을 유리 기판에, 각각의 대응하는 전극이 서로 대향하도록 직접 접속한 COG 실장품으로서, 열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고, 경화 후 25℃에서의 인장신율이 5% 이상인 접속재료를 개재하여 유리 기판에 반도체 칩을 직접 접속한 COG 실장품.
(5) 접착제 성분이 평균입자직경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 6∼90 중량% 포함하는 상기 (4)에 기재된 COG 실장품.
(6) 접속재료가 도전성 입자를 접착제 성분에 대해 2∼40 용량% 포함하는 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 COG 실장품.
(7) COG 실장품이 액정표시장치인 상기 (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 COG 실장품.
본 발명의 COG 실장품은 LCD 등의 유리 기판에 접속재료를 개재하여 IC 드라이버 등의 반도체 칩을 접속한 실장품이다. 유리 기판의 두께에 제한은 없으나, 두께가 약 1.2mm 이하, 특히 0.9mm 이하인 유리 기판에 적용하는 데 적합하다. 유리 기판은 투명전극으로서의 ITO(Indium Tin Oxide) 막과 같은 전극을 표면에 형성하고, 반도체 칩은 유리 기판의 전극에 상대하는 위치에 범프 등의 전극을 형성하고, 이들 전극을 대향시킨 상태에서 접속재료에 의해 접속된다. 이와 같은 COG 실장품은 LCD가 전형적이나, 이것에 한정되지 않는다.
본 발명의 접속재료는 열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고, 이 접속재료를 피접속부재 사이에 개재시켜, 양측에서 가압하여 상대하는 전극을 압착하여 도전성 재료와 접촉시키고, 수지를 인접하는 전극 사이에 모으고 이 부분에서는 도전성 입자를 분산시킨 상태에서 경화시켜 접착함으로써, 전기적 접속과 기계적 고착을 행하도록 구성된다. 상기 접속재료는 경화 후 25℃에서의 인장신율이 5% 이상이 되도록 다른 성분을 배합할 수 있다. 다른 성분으로는 평균입자직경이 30∼300nm인 엘라스토머 미립자가 바람직하다.
본 발명의 접속재료인 접착제 성분에 사용하는 열경화성 수지의 주제(主劑) 수지로서는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 수산기 함유 폴리에스테르 수지, 수산기 함유 아크릴 수지 등, 경화제와의 병용에 의해 가열 또는 UV 등의 광 조사에 의해 경화되는 수지가 제한없이 사용될 수 있으나, 특히 경화온도, 경화시간, 보존 안정성 등의 밸런스의 관점에서 에폭시 수지가 바람직하다.
에폭시 수지로서는 비스페놀형 에폭시 수지, 에폭시노볼락 수지 또는 분자 내에 2개 이상의 옥시란(oxirane)기를 가지는 에폭시 화합물 등이 사용될 수 있다. 이들 수지에는 시판품이 그대로 사용될 수 있다.
상기 열경화성 수지의 주제 수지는 일반적으로 경화제와 병용함으로써 경화반응을 행할 수 있으나, 경화반응에 기여하는 작용기가 주제 수지에 결합되어 있는 경우에는 경화제를 생략할 수 있다. 경화제로서는 이미다졸, 아민, 산 무수물, 히드라지드, 디시안디아미드, 이것들의 변성물 등, 가열, 광 조사 등에 의해 주제 수지와 반응하여 경화반응을 일으키는 것이 사용될 수 있고, 시판품일 수도 있다. 이러한 경화제로서는 잠재성 경화제가 바람직하다.
잠재성 경화제는 상온에서의 제조, 보존 및 비교적 저온(40∼100℃)에 의한 건조시에는 경화반응을 일으키지 않고, 경화온도에서의 가열가압(열압착) 또는 UV 등의 광 조사에 의해 경화반응을 일으키는 경화제이다. 이와 같은 잠재성 경화제로서는 이미다졸, 아민 등의 상기 경화제 성분을 마이크로캡슐화한 것 등이 특히 바람직하고, 시판품을 그대로 사용할 수도 있다. 열활성인 경우, 경화 개시온도로는 80∼150℃인 것이 바람직하다.
엘라스토머 미립자로서는 Tg(유리전이온도)가 50℃ 이상, 바람직하게는 30℃ 이하이고, 실온에서 고무 탄성을 가지는 천연 또는 합성고무의 미립자가 사용될 수 있으며, 예를 들면 천연고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(NBR) 등이 포함된다.
이들 고무는 가교고무가 사용되나, Tg가 30℃ 이하이면 열가소성 엘라스토머도 사용될 수 있다. 엘라스토머 미립자의 평균입자직경은 30∼300nm, 바람직하게는 50∼200nm가 적합하다. 이들 엘라스토머 미립자도 시판품이 그대로 사용될 수 있다.
본 발명에서는 접속재료에 도포성 또는 필름 형성성을 부여하는 것을 목적으로 한 열가소성 고분자재료를 접착제 성분에 배합할 수 있다. 이와 같은 열가소성 고분자재료로서는 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지 등이 사용될 수 있다.
이 밖에 본 발명의 접착제 성분에는 계면활성제, 커플링제, 노화방지제 등의 첨가제를 배합할 수 있다.
상기 접착제 성분과 함께 접속재료에 배합되는 도전성 입자로서는 땜납, 니켈 등의 금속입자, 고분자 핵재입자를 도금 등에 의해 도전재(導電材)로 피복한 도전피복입자, 또는 이들 도전성 입자를 절연성 수지로 피복한 절연피복 도전입자 등이 사용될 수 있다. 이들 도전성 입자의 평균입자직경은 1∼20㎛, 바람직하게는 3∼10㎛으로 할 수 있다.
본 발명의 접속재료에 있어서, 접착제 성분은 열경화성 수지를 10∼94 중량%, 바람직하게는 40∼70 중량%, 열가소성 고분자재료를 0∼50 중량%, 바람직하게는 5∼30 중량%, 엘라스토머 미립자를 6∼90 중량%, 바람직하게는 8∼30 중량%, 그 밖의 첨가제를 0∼10 중량%, 바람직하게는 0∼5 중량% 포함할 수 있다. 도전성 입자는 이들 접착제 성분에 대해 2∼40 용량%, 바람직하게는 5∼25 용량%를 배합할 수 있다.
본 발명의 접속재료는 페이스트상 또는 필름상 형태의 제품으로 만들 수 있다. 페이스트상으로 할 경우는 상기 각 성분을 선택함으로써 용매 없이 페이스트상으로 할 수도 있으나, 일반적으로는 각 성분을 용매에 용해 또는 분산시켜 페이스트상으로 할 수 있다. 용매로서는 알콜, 케톤, 에스테르, 에테르, 페놀류, 아세탈, 질소함유 탄화수소와 같은 용매가 사용될 수 있고, 예를 들면 톨루엔, MEK, 아세트산에틸, 세로솔브아세테이트(cellosolve acetate) 등이 포함된다. 용매의 사용량은 수지 성분에 대해 약 20∼40 중량%이다.
필름상으로 할 경우는 상기 페이스트를 박리 시트에 필름상으로 도포하고, 용매를 휘발시킴으로써 성형할 수 있다.
본 발명의 접속재료는 경화 후 25℃에서의 인장신율이 5% 이상, 바람직하게는 6∼20%로 되도록 상기 각 성분의 종류 및 양을 선택함으로써, 얇은 유리 기판을 사용해도 얻어지는 COG 실장품의 휨을 적게 할 수 있어 바람직하다. 또 접속재료가 경화된 후 30℃에서의 탄성율이 0.9∼3GPa, 바람직하게는 0.9∼2GPa, Tg가 100℃ 이상, 바람직하게는 110∼160℃가 되도록 각 성분을 선택함으로써 얻어지는 COG 실장품에서의 접착강도 및 전기적 접속신뢰성을 높일 수 있다.
상기 각 특성의 측정법은 다음과 같다.
인장신율: JIS K7161
탄성율: DMA법
Tg: 탄성율 측정시의 tanδ의 피크 온도를 Tg로 함.
상기 접속재료를 상대하는 피접속부재로서의 유리 기판과 반도체 칩 사이에 개재시킨 상태에서, 피접속부재의 양측에서 가압, 가열하여 수지를 경화시킴으로써 접속을 행한다. 접속재료가 페이스트상일 경우는 유리 기판 또는 반도체 칩의 전극을 포함하는 접속영역에 접속재료를 도포하고, 건조 후 또는 건조하지 않고 다른 유리 기판 또는 반도체 칩을 중첩시키고 압착하여 경화시킨다. 접속재료가 필름상인 경우는 접속재료를 유리 기판과 반도체 칩 사이에 개재시키고 가압, 가열, 경화를 행한다. 경화는 가열 이외에 UV 등의 광 조사에 의해 행할 수도 있다.
상기 접속 공정에서는, 유리 기판과 반도체 칩 사이에 접속재료를 개재시킨 상태에서 가열하여 접속재료의 수지를 용해시켜 가압하면, 접속재료인 수지는 전극의 대향하는 부분에서 전극이 없는 부분으로 흐르고, 도전입자가 전극 사이에 남아 전극 사이에 접촉하여 압착된다. 전극이 없는 부분으로 흐른 접착제 성분은 그 부분에서 경화하여 유리 기판과 반도체 칩 사이를 고착한다. 이로써 전극간의 전기적 접속과 유리 기판과 반도체 칩 사이의 기계적 고착이 이루어진다. 본 발명의 접속재료를 사용함으로써 전극의 피치, 면적 및 간격이 좁은 경우에도 기계적 고착 및 전기적 접속은 양호하게 이루어진다.
상기와 같이 유리 기판에 반도체 칩을 실장한 COG 실장품은 접속재료의 신축성이 크므로 수지의 경화수축에 의한 계면에 대한 응력집중이 없다. 이 때문에 유리의 휨 등의 변형은 발생되지 않고 LCD로서 이용하는 경우에도 화상의 표시불량은 생기지 않는다. 또 우수한 접착성과 전기적 접속신뢰성이 얻어지고, 장기간에 걸쳐 전극 사이의 도통불량은 발생하지 않는다.
[실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.
도 1(A)는 실시형태의 COG 실장품의 실장중인 상태를 나타내는 모식적 단면도이고, 도 1(B)는 실장 후의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 1에 있어서, 1은 LCD에 사용되는 유리 기판이고, 전극으로서의 ITO 막(2)을 갖는다. 3은 드라이버 IC의 반도체 칩이며 전극으로서의 범프(4)를 갖는다. 전극으로서의 ITO 막(2) 및 범프(4)는 마주 대하는 위치에 설치되고, 도 1(A)와 같이 대향한 상태에서 필름상의 접속재료(5)를 끼워 실장한다. 접속재료(5)는 열경화성 수지를 함유하는 수지와 엘라스토머 미립자를 포함하는 접착제 성분(6) 및 도전성 입자(7)로 형성된다. 페이스트상 접속재료를 사용할 때는 유리 기판(1)에 코팅한다.
실장방법은 도 1(A)에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(1)의 반도체 칩(3)의 영역 u보다 큰 영역 v에 접속재료(5)를 위치시키고, 이것을 끼우도록 반도체 칩(3)을 대향시켜 놓고, 접속재료(5)를 가열하면서 화살표 xy 방향으로 가압한다. 이렇게 하여 접속재료(5)의 접착제 성분(6)은 용융되고, 전극(2, 4)이 존재하지 않는 부분의 유리 기판(1)과 반도체 칩(3) 사이의 틈(8)으로 흘러 경화되고, 도 1(B)에 나타낸 바와 같은 COG 실장품(10)이 얻어진다.
COG 실장품(10)은 ITO 막(2)과 범프(4) 사이에 도전성 입자(7)가 잔류하여 접촉하고, 이 상태에서 접착제 성분(6)이 경화수축하여 ITO 막(2)과 범프(4)가 도전성 입자(7)를 압착하여 전기적 접속상태를 유지한다. 접속재료(5)로서 상기 특성을 갖는 것을 사용함으로써, 우수한 접착강도와 전기적 접속 신뢰성을 얻을 수 있는 동시에 경화상태에서 인장신율이 크기 때문에 경화수축에 의한 응력은 접착계면에 생기지 않는다. 이 때문에 유리 기판(1)의 u 내지 v의 영역에 휨 등의 변형이 생기지 않고, LCD로서 사용할 경우에 화상의 표시불량을 일으키지 않는다.
[실시예]
이하 본 발명의 실시예 및 비교예에 관하여 설명한다.
실시예 1∼4, 비교예 1∼3
(접속재료의 조제)
열경화성 수지로서 에폭시 수지 A(다이니폰 잉키 化學工業社제, 상품명 4032 D), 에폭시 수지 B(東都化成社제, 상품명 YD 128), 경화제로서 이미다졸계 경화제(旭化成社제, 상품명 HX-3941 HP), 엘라스토머 미립자로서 폴리부타디엔 고무 미립자(구라레社제, 평균입자직경 80nm), Tg 50℃ 이상인 열가소성 수지로서 아크릴 수지(후지쿠라가세이社제, 상품명 SG 80, Tg: -25℃), Tg 50℃를 초과하는 열가소성 고분자재료로서 페녹시 수지(東都化成社제, 상품명 YP 50, Tg: 80℃), 도전성 입자로서 도전피복입자(日本化學工業社제, 상품명 EH 20GNR, 입자직경 5㎛)를 표 1의 조성으로 사용하고, 용매로서 톨루엔에 용해시켜 페이스트상의 접속재료로 만들었다. 이것을 박리처리가 실시된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 만들어지는 박리 필름 상에 건조막 두께 40㎛가 되도록 코팅하고, 80℃의 열풍순환식 오븐 속에 5분간 방치하여 필름상의 접속재료를 얻었다.
(물성시험)
탄성율의 측정방법은 미경화 접속재료를 6cm x 0.2cm의 크기로 잘라 180℃에서 15분간 경화시킨 후 PET 필름에서 떼어 샘플로 삼았다. 시험기로서 오리엔텍사의 VIBRON DDV 01 FP(상품명)를 사용하여 척과 척 사이의 거리 5cm, 진동주파수 11Hz, 승온속도 3℃/분으로 측정하였다.
이 탄성율 측정시의 tanδ의 피크 온도를 Tg로 하였다.
(인장시험)
인장시험의 측정방법은 미경화 접속재료를 1cm x 15cm의 크기로 컷터나이프를 사용하여 잘라내고, 180℃의 열풍순환식 오븐 속에서 15분간 경화시킨 후 PET 필름에서 떼어 샘플로 삼았다. 인장시험기로서 시마즈사의 오토그래프 AGS-H 및 비디오식 신장계 DVE-200을 사용하고, 인장속도 1mm/분, 척과 척 사이의 거리 10cm, 표준선간 거리 5cm, 측정온도 23℃에서 인장신율을 측정하였다.
(접속시험)
IC 칩(재질: 실리콘, 치수: 2mm x 20mm, 두께: 0.55mm t, 범프: 금 스터드, 범프 두께: 20㎛ t, 피치: 80㎛)을 상기 필름상 접속재료를 개재하여 유리 기판(코닝사제, 상품명 1737F, 50mm x 10mm x 0.7mm)에 접속하였다. 유리 기판은 두께 0.7mm인 유리 기판(코닝상제, 상품명 1737F, 치수: 50mm x 10mm)에 IC 칩의 범프에 대응하여 ITO 막을 형성한 것이다. 상기 유리 기판 상에 도 1(A)에 나타낸 바와 같이 접속재료를 개재하여 IC 칩을 범프와 ITO 막이 대향하도록 중첩하여 200℃ x 10초 x 추력98N(10kgf)의 추력으로 압착 가열하여 접속하고, 도 1(B)의 COG 실장품을 얻었다.
상기 접속체에 관하여 JIS K 6853(접착제의 박리강도 시험)에 준하여 90°박리강도(peeling strength)를 측정하여 접착강도로 하였다.
전기적 접속 신뢰성에 관해서는 4단자법으로 초기 및 85℃ 85%RH 분위기 아헤서 1000시간 방치 후의 접속저항을 측정하고, 측정단자 40개소의 평균치로 나타내었다.
(휨 정도의 측정)
상기 COG 실장품에 관하여, 촉침식 표면조도계(觸針式 表面粗度計)(小阪硏究所사제, 상품명 SE-3H)를 사용하여 도 1(B)의 실장품(10)의 유리 기판(1) 하측에서 도 1(A)의 영역 u의 범위로 스캐닝하고, 칩 압착 후 유리 면의 휨 정도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
*1: 접착제 성분에 대한 용량%
표 1의 결과로부터, 실시예 1∼4의 접속재료는 휨 량이 작을 뿐 아니라 우수한 접착성을 나타내고, 전기적 접속 신뢰성에 관해서도 우수한 결과가 얻어진다. 이에 반해 각 특성이 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 비교예 1∼3은 휨 량이 크고, 접속강도 및 전기적 접속성에 관해서도 뒤떨어짐을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 열경화성 수지와 도전성 입자를 포함하고, 경화 후의 인장신율이 5% 이상이 되도록 하였으므로, 접착강도를 크게 하여도 계면에 대한 응력 집중을 적게 할 수 있고, 얇은 유리 기판을 사용할 경우에도 휨 등의 변형을 작게 할 수 있는 동시에, 우수한 접착강도와 전기적 접속성을 갖는 COG 실장품 및 접속재료가 얻어진다.

Claims (7)

  1. COG 실장품에서의 유리 기판에 반도체 칩을, 각각의 대응하는 전극이 서로 대향하도록 직접 접속하기 위한 COG 실장품용 접속재료로서,
    열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고, 경화 후의 25℃에서의 인장신율(引張伸率; tensile elongation)이 5% 이상인 COG 실장품용 접속재료.
  2. 제1항에 있어서,
    접착제 성분이 평균입자직경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 6∼90 중량% 포함하는 접속재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    도전성 입자가 접착제 성분에 대해 2∼40 용량% 포함되는 접속재료.
  4. 반도체 칩을 유리 기판에, 각각의 대응하는 전극이 서로 대향하도록 직접 접속하는 COG 실장품으로서,
    열경화성 수지를 함유하는 접착제 성분 및 도전성 입자를 포함하고, 경화 후의 25℃에서의 인장신율이 5% 이상인 접속재료를 개재하여 유리 기판에 반도체 칩을 직접 접속하는 COG 실장품.
  5. 제4항에 있어서,
    접착제 성분이 평균입자직경 30∼300nm인 엘라스토머 미립자를 6∼90 중량% 포함하는 COG 실장품.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    접속재료가 도전성 입자를 접착제 성분에 대해 2∼40 용량% 포함하는 COG 실장품.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    COG 실장품이 액정표시장치인 COG 실장품.
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