KR20010085434A - 이방도전성 접착필름 - Google Patents

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KR20010085434A
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anisotropic conductive
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구마꾸라히로유끼
야마모또사또시
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구리다 히데유키
소니 케미카루 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판에 IC 칩 등의 전자부품을 실장하는 경우에 적합한 이방도전성 접착필름을 제공한다. 이방도전성 접착필름은 제 1 절연성 접착제층, 경화 후의 탄성율이 제 1 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율보다도 낮은 제 2 절연성 접착제층, 및 제 1 절연성 접착제층과 제 2 절연성 접착제층 중 적어도 일방에 분산되어 있는 도전입자로 이루어진다. 이와 같은 이방도전성 접착필름을 사용하면 접착성 및 도통신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

이방도전성 접착필름{ANISOTROPIC CONDUCTIVE ADHESIVE FILM}
본 발명은 반도체칩 등의 전자부품과 회로기판의 전기적 기계적 접속에 사용되는 이방도전성 접착필름에 관한 것이며, 특히, 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판에 반도체칩을 플립칩 실장하는 경우에 적합한 이방도전성 접착필름에 관한 것이다.
종래, 반도체칩 등의 전자부품과 회로기판, 또는 회로기판끼리를 전기적 기계적으로 접속하기 위해 이방도전성 접착필름 (ACF) 이 사용되어 왔지만, 최근에는 특히 휴대전화 또는 IC 카드 등의 분야에서 플렉시블 회로기판 (FPC) 상에 IC 칩을 플립칩 실장 (COF) 하기 위해 이방도전성 접착필름이 널리 사용되고 있다.
이방도전성 접착필름으로는, 일반적으로 에폭시수지계로 된 단층의 절연성 접착제층 내부에 도전입자를 분산시킨 단층구조인 것이 사용되고 있다. 또, 같은 구성의 절연성 접착제를 사용하여 도전입자를 분산시킨 층 및 분산시키지 않은 층의 이층구조로 된 것이나, 도전입자를 분산시킨 절연성 접착제층 및 그 절연성 접착제와 조성의 일부를 변화시킨 절연성 접착제로 된 층의 이층구조인 것도 알려져 있다.
한편, 휴대전화 또는 IC 카드 등의 분야에서는 가격경쟁 때문에 비용절감이 강하게 요구되고 있다. 이로 인해, 이들 분야에서 사용하는 플렉시블 회로기판으로서는 종전의 폴리이미드계인 것보다는 폴리에스테르계인 것을 많이 사용하고 있다.
그러나, 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판은 표면 특성의 영향으로 인해 폴리이미드계인 것에 비하여 접착성이 낮은 한편, 종래의 에폭시수지계의 절연성 접착제를 사용한 이방도전성 접착필름은 탄성율이 높기 때문에, 전자부품을 실장하는 플렉시블 회로기판을 폴리이미드계인 것에서 폴리에스테르계인 것으로 변경하면 전자부품과 회로기판의 접착성이 저하한다는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해, 이방도전성 접착필름의 절연성 접착제로서, 접착성이 높고 탄성율이 낮은 아크릴레이트계인 것을 사용하는 것이 시도되었지만, 그 경우에는 접착성은 향상하는 반면에 도통신뢰성이 저하되는 문제가 발생하였다.
이로 인해, 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판에 IC 칩 등의 전자부품을 실장하는 경우에 종래의 이방도전성 접착필름을 사용하면, 접착성이나 도통신뢰성의 면에서 소정의 스펙을 만족시킬수 없다는 문제가 발생하였다.
본 발명은, 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이방도전성 접착필름을 사용하고, 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판에 IC 칩 등의 전자부품을 실장하는 경우라도, 높은 접착성 및 도통신뢰성을 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명에 의한 접속방법의 설명도이다.
도 2 는 본 발명에 의한 접속방법의 설명도이다.
도 3 은 본 발명에 의한 접속방법의 설명도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1A, 1B, 1C : 이방도전성 접착필름
2 : 제 1 절연성 접착제층 3 : 제 2 절연성 접착제층
4 : 도전입자 10 : IC 칩
20 : 회로기판 21 : 기재필름
22 : 배선회로
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이방도전성 접착필름을 사용하여 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판에 IC 칩 등의 전자부품을 실장하는 경우에, 이방도전성 접착필름을 구성하는 절연성 접착제층을 전자부품측의 층과 플렉시블 회로기판측의 층을 갖는 복층구조로 하고, 플렉시블 회로기판측의 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율을 전자부품측의 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율보다도 낮게 함으로써, 접착성과 도통신뢰성을 모두 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 제 1 절연성 접착제층과 경화 후의 탄성율이 제 1 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율보다도 낮은 제 2 절연성 접착제층과 제 1 절연성 접착제층과 제 2 절연성 접착제층 중 적어도 일방에 분산되어 있는 도전입자로 이루어진 이방도전성 접착필름을 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 이방도전성 접착필름을 사용하여 반도체칩과 회로기판을 전기적 기계적으로 접속하는 방법으로서, 이방도전성 접착필름의 제 1 절연성 접착제층을 반도체칩측에 배치하고 제 2 절연성 접착제층을 회로기판측에 배치하는 접속방법을 제공한다.
이에 더하여, 본 발명은 상술한 이방도전성 접착필름을 사용하여 반도체칩과 회로기판을 전기적 기계적으로 접속시킨 접속구조체로서, 이방도전성 접착필름의 제 1 절연성 접착제층의 경화물이 반도체칩과 접착하고 제 2 절연성 접착제층의 경화물이 회로기판과 접착되어 있는 접속구조체를 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 각 도면 중에서 동일부호는 동일 또는 동등한 구성요소를 나타내고 있다.
도 1 은 본 발명의 이방도전성 접착필름 (1A) 을 사용하여, IC 칩 (10) 과 회로기판 (20) 을 접속하는 방법의 설명도이다.
이방도전성 접착필름 (1A) 은 제 1 절연성 접착제층 (2) 과 제 2 절연성 접착제층 (3) 의 이층구조로 되어 있고, 이들 양측의 절연성 접착제층 (2, 3) 에는 각각 도전입자 (4) 가 분산되어 있다.
본 발명의 이방도전성 접착필름 (1A) 에서는, 제 1 절연성 접착제층 (2) 의 경화 후의 탄성율 c1이 제 2 절연성 접착제층 (3) 의 경화 후의 탄성율 c2보다 더 큰 것을 특징으로 한다. 절연성 접착제층들 (2, 3) 의 경화 후의 탄성율의 비c1/c2는, 바람직하게는 10 이상이다. 이로 인해, IC 칩 (10) 과 회로기판 (20) 을 이방도전성 접착필름 (1A) 을 사용하여 접속시키는 경우, 회로기판 (20) 이 폴리에스테르계의 기재필름 (21) 에 배선회로 (22) 를 형성한 것임에도, 제 1 절연성 접착제층 (2) 측을 IC 칩 (10) 측에 배치하고 제 2 절연성 접착제층 (3) 을 회로기판 (20) 측에 배치하여 접속시킴으로써, 회로기판이 폴리이미드계인 경우에 비해 접착성과 도통신뢰성을 모두 향상시킬 수 있다.
이와 같이 절연성 접착제층 (2, 3) 의 경화 후의 탄성율을 달리하는 방법으로서는, 특별히 제한은 없지만, 동종의 절연성수지를 사용하면 경화제의 종류나 첨가량 등을 조정해도 경화 후의 탄성율을 충분히 달리하는 것이 어렵기 때문에, 이종의 절연성수지를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제 1 절연성 접착제층 (2) 을 열경화성 에폭시계 접착제 등으로 형성하고, 제 2 절연성 접착제층 (3) 을 열경화성 아크릴레이트계 접착제 등으로 형성한다. 특히, 보존성과 속경화성 등의 특성면에서, 제 1 절연성 접착제층 (2) 을 이미다졸계 잠재성 경화제를 사용한 열경화성 에폭시계 접착제로 형성하고, 제 2 절연성 접착제층 (3) 을 페록사이드계 경화제를 사용한 열경화성 아크릴레이트계 접착제로 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 열경화성 에폭시계 접착제는 비스페놀 A 형 에폭시수지, 비스페놀 F 형 에폭시수지 및 테트라브로모비스페놀 A 형 에폭시수지 등의 일반적인 에폭시수지로 구성할 수 있다. 또, 열경화성 아크릴레이트계 접착제는 반응성 이중결합하는 우레탄아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트 및 에폭시아크릴레이트 등으로 구성할 수 있다.
제 1 절연성 접착제층 (2) 의 두께 t1과 제 2 절연성 접착제층 (3) 의 두께 t2의 비 t1/t2는 0.15 이상 7 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 두께 비 t1/t2가 0.15 미만이면 제 1 절연성 접착제층 (2) 의 형성 효과가 충분히 나타나지 않고, 도통신뢰성이 저하된다. 반대로, 두께 비 t1/t2가 7 을 초과하면 제 2 절연성 접착제층 (3) 의 형성 효과가 충분히 나타나지 않고, 접착성이 저하된다.
제 1 절연성 접착제층 (2) 두께 t1과 제 2 절연성 접착제층 (3) 두께 t2를 결합한 두께는, 종래의 단층 이방도전성 접착필름과 동일하게 할 수 있고, 통상 10 ∼ 100 ㎛ 으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 도전입자 (4) 로서는, 예컨대 Ni, Ag, Cu 또는 이들의 합금 등으로 이루어진 금속 가루, 구형 수지입자의 표면에 금속도금을 실시한 것 및 전기적으로 우수한 도체로 이루어진 입자의 표면에 절연성 수지피막을 형성한 것 등의 종래부터 이방도전성 접착체에 사용되고 있는 다양한 도전성입자를 사용할 수 있다. 도전성입자의 입경은 0.2 ∼ 20 ㎛ 으로 하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 절연성 접착제층 (2) 내에 분산시키는 도전입자 (4) 와 제 2 절연성 접착제층 (3) 내에 분산시키는 도전입자 (4) 는 동일한 것을 사용해도 되고 상이한 것을 사용해도 된다.
이방도전성 접착필름 (1A) 의 제조방법으로서는, 제 1 절연성 접착제층 형성용 조성물과 제 2 절연성 접착제층 형성용 조성물 내부에 각각 도전입자 (4) 를 통상적인 방법에 의해 분산시켜 필름화하고, 얻어진 2 장의 필름을 중첩하여 압착함으로써 제조할 수 있다. 또한, 도전입자 (4) 를 분산시킨 제 1 절연성 접착제층 (2) 또는 제 2 절연성 접착제층 (3) 중에서 일방을 형성한 후, 그 위에 다른 일방의 도전입자 (4) 를 분산시킨 절연성 접착제층 형성용 조성물을 도포하고, 필름화함으로써 형성해도 된다. 생산성 면에서는 각각의 필름을 중첩하는 방법이 바람직하다.
본 발명의 이방도전성 접착필름은, 경화 후의 탄성율이 다른 2 층의 절연성 접착제층을 형성하는 한 다양한 양태를 취할 수 있다. 예컨대, 상술한 도 1 의 이방도전성 접착필름 (1A) 에서는 도전입자 (4) 가 제 1 절연성 접착제층 (2) 과 제 2 절연성 접착제층 (3) 양측에 분산되어 있지만, 도 2 의 이방도전성 접착필름 (1B) 과 같이, 도전입자 (4) 를 제 1 절연성 접착제층 (2) 내에는 분산시키지 않고 제 2 절연성 접착제층 (3) 내에만 분산시켜도 된다. 이로 인해, 범프 면적이 작은 미세 패턴인 경우, 패턴이 보다 많은 도전입자를 포착할 수 있게 되어 바람직하다.
또한, 도 3 에 도시된 바와 같이, 도전입자 (4) 를 제 2 절연성 접착제층 (3) 으로는 분산시키지 않고, 제 1 절연성 접착제층 (2) 으로만 분산시켜도 된다.
본 발명의 이방도전성 접착필름에서는, 경화 후의 탄성율이 다른 2 층의 절연성 접착제층 외에도 필요에 따라 다른 절연성 접착제층을 제 1 절연성 접착제층 (2) 과 제 2 절연성 접착제층 (3) 사이에 형성한 3 층 이상의 다층구조로 할 수도 있다.
본 발명의 이방도전성 접착필름은 다양한 전자부품과 회로기판의 접속이나회로기판끼리의 접속 등에 사용할 수 있다. 이 경우, 접속대상으로 하는 회로기판으로서는 폴리에스테르계의 회로기판, 폴리이미드계의 회로기판 등을 들 수 있다.
특히, IC 칩 등의 반도체칩을 폴리에스테르계의 회로기판에 플립칩 실장하는 경우, 본 발명의 이방도전성 접착필름의 제 1 절연성 접착제층을 반도체칩측에 배치하고, 제 2 절연성 접착제층을 회로기판측에 배치하여 접속함으로써, 종래의 이방도전성 접착필름을 사용한 경우에 비해 접착성이나 도통신뢰성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 접속방법이나 이러한 접속방법에 의해 접속된 접속구조체도 포함한다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다.
실시예 1 ∼ 10, 비교예 1 ∼ 3
표 1 의 배합조성을 갖는 필름 1 ∼ 필름 5 를 표 2 또는 표 3 에 나타낸 두께로 제작하고, 얻어진 필름을 표 2 또는 표 3 에 나타낸 조합으로 중첩하고, 압착함으로써 이층구조의 이방도전성 접착필름을 제작하였다. 또, 각 필름 1 ∼ 5 을 열프레스에 의해 두께 50 ㎛ 의 필름형상으로 경화시키고, 경화 후의 탄성율 (℃) 을 동적 점탄성 측정장치 (오리엔테크사) 로 측정했다. 결과를 표 1 에 나타내었다.
평가
PET계의 기재필름 상에 점착제층을 통하여 알루미늄의 배선패턴이 형성되어있는 플렉시블 회로기판과 IC 칩 (4 ×4 ㎜□, IC 칩의 두께 t = 0.15 ㎜) 을 각 실시예 및 비교예의 이방도전성 접착필름을 통하여 가열가압 (200 ℃, 1N/범프, 10 초) 함으로써 접속하였다.
얻어진 접속구조체의 (1) 접착강도, (2) 도통신뢰성, (3) 내충격성을 다음과 같이 평가하였다. 결과를 표 2 및 표 3 에 나타낸다.
(1) 접착강도
IC 칩을 유리 상에 고정하고, 플렉시블 회로기판을 90。 방향으로 50 ㎜/min 의 인장속도로 박리하고, 이때의 박리강도를 측정하였다. 또, 박리강도가 4 N/㎝ 이상이면 충분한 접속신뢰성이 있고, 2 N/㎝ 이상이면 신뢰성은 다소 저하되지만 실용성이 있고, 2 N/㎝ 미만이면 불량인 것으로 평가하였다.
(2) 도통신뢰성
60 ℃ 의 온도 및 95 % 상대습도에서 500 시간 동안 에이징한 후의 저항치가 에이징 전의 초기 저항치의 2 배 미만인 경우를 O, 2 배 이상 5 배 미만인 경우를 △, 5 배 이상인 경우를 ×로 평가하였다.
(3) 내충격성
접속구조체의 IC 칩 주변에, 플라스틱제의 봉으로 1 N 정도의 가벼운 충격을 가한 후의 저항치가 가벼운 충격을 가하기 전의 초기 저항치의 2 배 미만인 경우를 ○, 2 배 이상 5 배 미만인 경우를 △, 5 배 이상인 경우를 ×로 평가하였다.
(단위 : 중량부)
성분 필름1 필름2 필름3 필름4 필름4
고형에폭시수지 (*1) 35
열잠재성 경화제 (*2) 65
아크릴 고무 (*3) 55 ← ← ←
우레탄아크릴레이트 (*4) 30 40 15
다관능아크릴레이트 (*5) 10 25 40
페록사이드 화합물 (*6) 5 ← ← ←
도전입자 (*7) 15 ← ← ← ←
경화 후의 탄성율 (30℃)[GPa] 2 2×10-2 5×10-2 1×10-1 3×10-1
주
(*1) 유카쉘에폭시사, EP1009
(*2) 아사히치바사, HX3941HP
(*3) 테이코쿠카가쿠사, WS-023
(*4) 아라카와카가쿠코교사, 빔세트504H
(*5) 토아고세사, 아로닉스M315
(*6) 니혼유시사, 퍼큐어WO
(*7) Ni 입자, 입경 5㎛ 이하
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
필름1 칩측25㎛ 칩측20㎛ 칩측15㎛ 칩측10㎛ 칩측5㎛ 칩측15㎛ 칩측15㎛
필름2 기판측5㎛ 기판측10㎛ 기판측15㎛ 기판측20㎛ 기판측25㎛ 기판측 기판측
필름3 기판측15㎛
필름4 기판측15㎛
필름5
필름 두께의 비(칩측/기판측)필름경화물 탄성율비(칩측/기판측) 5100 2100 1100 0.5100 0.2100 140 120
접착강도(N/cm)도통신뢰성내충격성 4.200 5.800 8.000 8.200 8.500 8.900 8.400
실시예8 실시예9 실시예10 비교예1 비교예2 비교예3
필름1 칩측27㎛ 칩측3㎛ 칩측15㎛ 기판측15㎛ 30㎛
필름2 기판측3㎛ 기판측27㎛ 칩측15㎛ 30㎛
필름3
필름4
필름5 기판측15㎛
필름 두께의 비(칩측/기판측)필름경화물 탄성율비(칩측/기판측) 9100 0.11100 16.7 10.01 -- --
접착강도(N/cm)도통신뢰성내충격성 3.2OO 8.7△△ 2.9OO 2.5×× 1.2OO 7.8××
표 2 및 표 3 의 결과로부터, 에폭시계의 필름 1 (탄성율 : 2 GPa) 을 단층으로 사용한 비교예 2 에서는 접착성이 낮고, 아크릴레이트계 필름 2 (탄성율 : 2×10-2GPa) 을 단독으로 사용한 비교예 3 에서는 도통신뢰성과 내충격성이 저하됨을 알 수 있다. 또, 필름 1 과 필름 2 의 이층구조로 한 경우에서도, 필름 1 을 기판측에 배치하고 필름 2 를 칩측에 배치하여 접속한 비교예 1 에서는, 접착강도가 비교적 낮고 도통신뢰성이나 내충격성도 저하됨을 알 수 있다.
이에 대해, 에폭시계의 필름 1 (탄성율 : 2 GPa) 을 칩측에 배치하고 아크릴레이트계의 필름 2 ∼ 5 (탄성율 : 2 ×10-2∼ 3 ×10-1GPa) 를 기판측에 배치하여 접속한 실시예 1 ∼ 10 에서는, 접착강도, 도통신뢰성 및 내충격성 모두 우수함을 알 수 있다. 특히, 탄성율의 비가 10 이상이며 두께 비가 0.15 이상 7 이하인 필름 1 과 필름 2 ∼ 5 로 접속한 실시예 1 ∼ 7 에서는, 접착강도, 도통신뢰성 및 내충격성이 좀더 우수함을 알 수 있다.
본 발명의 이방도전성 접착필름에 의하면, 폴리에스테르계의 플렉시블 회로기판에 IC 칩 등의 전자부품을 실장하는 경우에서도, 높은 접착성이나 도통신뢰성을 얻는 것이 가능해진다.

Claims (9)

  1. 제 1 절연성 접착제층;
    경화 후의 탄성율이 상기 제 1 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율보다도 낮은 제 2 절연성 접착제층; 및
    상기 제 1 절연성 접착제층과 상기 제 2 절연성 접착제층 중 적어도 일방에 분산되어 있는 도전입자를 구비하는 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율 c1과 상기 제 2 절연성 접착제층의 경화 후의 탄성율 c2의 비 c1/c2가 10 이상인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착필름.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1절연성 접착제층의 두께 t1과 상기 제 2 절연성 접착제층의 두께 t2의 비 t1/t2가 0.15 이상 7 이하인 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착필름.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 절연성 접착제층이 이미다졸계 잠재성 경화제를 사용한 열경화성에폭시계 접착제로 이루어지고,
    상기 제 2 절연성 접착제층이 페록사이드계 경화제를 사용한 열경화성 아크릴레이트계 접착제로 이루어진 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착필름.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전입자가 상기 제 2 절연성 접착제층에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 이방도전성 접착필름.
  6. 반도체칩과 회로기판을 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 이방도전성 접착필름을 사용하여 전기적 기계적으로 접속하는 방법으로서,
    상기 이방도전성 접착필름의 제 1 절연성 접착제층을 상기 반도체칩측에 배치하고, 제 2 절연성 접착제층을 상기 회로기판측에 배치하는 것을 특징으로 하는 접속방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회로기판이 폴리에스테르계의 회로기판인 것을 특징으로 하는 접속방법.
  8. 반도체칩과 회로기판을 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 이방도전성 접착필름을 사용하여 전기적 기계적으로 접속한 접속구조체로서,
    상기 이방도전성 접착필름의 제 1 절연성 접착제층의 경화물이 상기 반도체칩과 접착되고, 제 2 절연성 접착제층의 경화물이 상기 회로기판과 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 접속구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회로기판이 폴리에스테르계의 회로기판인 것을 특징으로 하는 접속구조체.
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