KR20030050282A - 미세 전극 연결용 엠디씨 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 전극 연결용 MDC(Micro Dimensional Conductor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MDC의 압착시 열과 압력에 의해 도전볼이 깨지면서 내부의 코어 폴리머가 흘러나와 도전볼을 감쌈으로써 도전볼간의 단락을 방지하는 미세 전극 연결용 MDC에 관한 것이다.

본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC는, 적절한 탄성과 강도를 가질 수 있는 도전볼 내부 코어 폴리머의 조성성분 및 비율을 최적화하여 우수한 접촉 신뢰성을 가지고, 그 결과 별도의 최외층 폴리머 피복막이 필요치 않아 제조공정이 단순화되므로 경제적이다.

본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC는, 이러한 우수한 접촉 신뢰성을 바탕으로 미세 전극 뿐만 아니라, LCD 판넬의 접속재료, EL이나 PDP(Plasma Display Panel)등의 대전류고전압을 요구하는 플랫 패널 디스플레이, COB, COF등의 반도체 실장용 재료에의 응용이 가능하다.

Description

미세 전극 연결용 엠디씨{MDC for connecting micro electrode}

본 발명은 미세 전극 연결용 MDC(Micro Dimensional Conductor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MDC의 압착시 열과 압력에 의해 도전볼이 깨지면서 내부의 코어 폴리머가 흘러나와 도전볼을 감쌈으로써 도전볼간의 단락을 방지하는 미세 전극 연결용 MDC에 관한 것이다.

MDC는 도전입자와 절연성 접착제로 구성되는데, 접촉하고자 하는 기판 사이에 위치되어 가열, 가압으로 접착제가 용융되고, 분산되어 있는 도전입자가 대치하는 전극사이에 보호되어 도전성이 얻어진다. 이때, 인접하는 전극사이에는 접착제가 충진되어 도전입자가 서로 독립하여 존재하기 때문에 높은 절연성이 얻어진다. 또한 도전입자와 전극간의 기계적 접융은 접착제의 높은 접착력에 의하여 유지된다. MDC는 도전볼간의 단락이 방지되기 때문에 전극과 전극사이가 좁은 협피치에서도 전극사이에 단락을 피할 수 있다는 장점이 있다.

종래의 일반적인 MDC 제조방법은 다음과 같다.

1) 일정한 크기의 구형폴리머를 분산 중합에 의해 만든다.

2) 상기에서 제작된 구형폴리머에 Ni의 도금층을 무전해 도금한다.

3) Au를 Ni위에 도금하여 부식방지를 하고 도전성을 증가시킨다.

4) 상기 3)에서 제작된 도전볼에 다시 폴리머층을 코팅하여 도전볼끼리 단락을 방지한다.

5) 상기에서 제작된 도전볼을 에폭시와 이미다졸이 섞인 용액에 섞어 교반한 후 일정한 두께로 코팅함으로써 MDC를 제작하게 된다.

도전입자는 보통 5~50㎛ 직경의 입자로 자체 표면처리 등으로 전기적 도통성을 가진 것을 말한다. 전기적 전도 역할을 하는 도전입자로는 초기에 카본 파이버를 사용하였으며 그 후 솔더볼(solder ball)이 쓰였다가 니켈볼(nickel ball)이나 은볼(ball)이 그 뒤를 이어 현재까지 사용되고 있다. 은의 경우 가격이 적당하고 전기전도도가 높으며 화학안정성이 좋아서 도전입자로 사용하기 용이한 점이 있으나, 은의 마이그레이션에 의한 전기적 단락이나 납땜의 침식현상 등 결점이 있으므로 단독으로 사용하지 않으며, 팔라듐이나 백금과 조합하여 침식을 방지하고 있다. 니켈은 낮은 가격과 비교적 좋은 전기전도도를 가지고 있으나, 고온 고습한 상태에 노출될 경우 표면에서 부식이 일어나거나 산화가 되는 등의 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 표면에 금을 코팅(coating)하여 전도입자의 특성을 향상시키기도 하나, 밀도가 상당히 크고 비싸다.

또한, 종래 MDC의 도전볼은, 코어 폴리머로서 디비닐 벤젠만을 사용하여 제조하였으나, 이러한 경우 폴리머는 완전가교된 형태가 되고, 결과적으로 너무 과도한 탄성력과 강도를 가지게 되어 압착시 도전볼이 깨지지 않고, 튐(bounce-up) 현상이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 도전볼 내부 코어 폴리머의 탄성력과 강도를 조절하여 MDC 압착시 압력과 열에 의해 도전볼이 깨지면서 상기 코어 폴리머가 흘러나와 전극사이의 단락을 방지하고, 따라서 별도의 최외층 폴리머 피복막을 필요로 하지 않는 경제적인 미세 전극 연결용 MDC를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 COG용 ACF 도전볼의 모양을 도시한 것이다.

도 2는 일반적으로 사용되는 종래의 COG용 ACF 도전볼의 모양을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 COG용 ACF 도전볼을 포함하는 미세 전극 연결용 MDC의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC를 압착시, 도전볼이 깨지면서 내부의 코어 폴리머가 흘러나와 도전볼을 감쌈으로써 도전볼간의 단락을 방지하는 기작을 나타낸 것이다.

* 도면의 주요용어에 대한 부호의 설명

ITO(Indium tin oxide) : 투명 전도막

ACF(Anisotropic conductive film) : 이방전도성 필름

COG(chip on glass) 방식 : 칩 온 글래스 방식

PCB(printed circuit board) : 인쇄 회로 기판

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC는, 이형 필름과 상기 이형 필름 위에 절연성 접착제와 도전볼을 포함하는 도전층으로 구성되는 MDC로서, 상기 도전볼은 스티렌과 디비닐 벤젠의 공중합체인 구상 폴리머로 이루어진 코어, 상기 코어를 둘러싸는 Ni 코팅층, 상기 Ni 코팅층을 둘러싸는 Au 코팅층으로 구성되되, 별도의 최외층 폴리머 피복막을 형성하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC에 있어서, 상기 MDC는 접착시 압력과 열에 의하여 도전볼이 깨어지면서 내부의 코어 폴리머가 Ni 및 Au 코팅층 밖으로 흘러나와 도전볼간의 단락을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC에 있어서, 상기 도전볼이 접착시 압력과 열에 의하여 깨어지면서 내부의 코어 폴리머가 Ni 및 Au 코팅층 밖으로 흘러나오도록 하기 위한 강도 범위는 50MPa 내지 1GPa 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 도전볼 제작 공정을 개략적으로 정리하면 다음과 같다.

1) 일정 수준으로 탄성력과 강도가 조절된 스티렌과 디비닐벤젠의 공중합체인 구형폴리머를 분산 중합에 의해 만든다.

2) 상기에서 제작된 구형폴리머에 Ni의 도금층을 무전해 도금한다.

3) Au를 상기 2)의 Ni위에 도금하여 부식방지를 하고 도전성을 증가시킨다.

도전볼의 도전성 복합입자로서의 주된 재료적 요건은 금속표면의 야금(metallurgy), 금속의 표면 조도(roughness), 고분자-금속간의 복합성 등이 있으나, 복합입자와 각 층간에 항구적인 접점을 이루기 위해서는 무엇보다 폴리머 입자체의 구조 제어 및 이에 대한 점탄성 조절이 필요하다.

분말이 분산되어 있는 필름이 열과 압력을 받음에 따라 도전입자의 변형에 의하여 접속단자의 표면과 기계적인 접촉이 있게 된다. 도전입자는 여러 가지 형태를 가질 수 있는데 적은 양을 사용하더라도 전극단자와 좋은 접촉을 이루고 접착제와도 좋은 접촉을 이뤄야 한다. 이때의 좋은 접촉이란 접촉저항의 증가를 최대한 억제하고 접촉면적을 넓힐 수 있는 접촉을 말한다. MDC의 접속저항(R)은 도전입자 1개 상당의 저항(ri)과 전극사이에 보호되어진 전도입자수(n)에 의하여 결정되므로, 전도성 입자의 조성성분, 종류, 입경, 첨가량을 최적화함에 따라 접속신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서는 도전볼의 코어 폴리머 제조시 디비닐 벤젠만을 사용하는 기존의 방법 대신 디비닐 벤젠과 스티렌을 공중합하여 폴리머볼의 탄성력과 강도를 조절하였다. 기존의 발명이 디비닐 벤젠만을 사용하여 폴리머볼을 제조하기 때문에 완전가교된 형태가 되고, 결과적으로 너무 과도한 탄성력과 강도를 가지게 되어 MDC로 제조하여 압착하면 도전볼이 깨지지 않는 현상을 나타내게 되는데 반하여, 본 발명에서와 같이 디비닐 벤젠과 스티렌을 공중합하여 폴리머볼을 제조하게 되면 가교도가 조절되어 튐(bounce-up) 현상이 나타나지 않고 적절한 탄성력과 강도를 가지는 폴리머볼의 제조가 가능하게 된다.

상기 코어 폴리머는 다시 Ni로 코팅하고, 그 위에 Au 코팅을 하게 된다. 이 때 Au 코팅은 Ni의 산화를 막아주어 도전볼의 전도성을 높여주게 된다. 이로 인하여 본 발명의 미세 전극용 MDC는 가는 피치의 전극에서도 전극간의 단락이 발생하지 않고 원하는 부분의 통전을 가능하게 한다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 발명효과를 보다 상세하게 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 설명하나, 본 발명의 내용이 여기에 한정되지는 않는다.

<실시예 1: MDC 제작>

1) 먼저 스티렌과 디비닐 벤젠을 적절한 비율로 혼합하여, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 터샤리-부탄올, 세컨더리-부탄올, 펜탄올, 톨루엔 또는 이들의 혼합물 용매에 녹인다.

2) 상기 용액에 하이드록시프로필 셀루로오즈, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴릭 산, 폴리메틸 메타크릴 산, 노닐페닐 폴리에테르 알코올, 폴리비닐 메틸 에테르, 폴리(비닐피롤리돈 비닐아세테이트) 코폴리머, 폴리에틸렌이민, 또는 이들의 혼합물을 안정제로하여 적당량 첨가하여 교반하면 분산이 형성되는데, 이상태에서 그대로 온도를 올려 분산 중합반응을 진행시킨다. 이때 디비닐 벤젠과 스티렌의 비율을 조절하여 폴리머볼의 탄성력과 강도를 조절하고, 단량체의 농도와 안정제의 종류 및 투입량을 조절하여 폴리머 볼의 크기를 조절한다.

3) 상기 시료를 다시 Sn과 Pd이 혼합된 용액에 침적시켜 활성화전처리를 행한다.

4) 전처리 후 Ni 무전해 도금을 실시한다. Ni 무전해 도금시 안정제 투입시간에 따라 Ni 도금의 두께를 조절할 수 있다.

5) 상기 시료를 다시 내식성의 향상을 위하여 최종적으로 Au 치환도금을 실시한다.

위의 과정을 거쳐 최종적으로 평균입도가 5㎛이고, 디비닐벤젠의 함량이 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4몰%인 조성물 입자를 제조한 후 이들 분말을 사용하여 MDC를 제조하였다.

본 실시예에 의한 도전볼 적용시 MDC의 전극 간격은 35㎛, 도전저항은 0.1Ω 이하, 절연저항은 10⁹Ω 이상이었다.

<비교예 1-2>

상기 실시예 1과 같은 방법으로 하여 스티렌(비교예 1)과 디비닐벤젠(비교예 2)을 각각 100몰% 사용하여 MDC를 제조하였다.

상기와 같이 본 발명은 도전볼 제작시에 내부 코어 폴리머의 강도와 탄성을 약하게 하여, MDC 접착시에 압력과 열에 의해 내부의 폴리머가 Ni/Au 코팅층 밖으로 흘러나와 도전볼간의 단락을 방지하게 할 수 있게 하여 기존 제작 방법보다 도전성 폴리머볼 제작시의 공정을 단축할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC는, 적절한 탄성과 강도를 가질 수 있는 도전볼 내부 코어 폴리머의 조성성분 및 비율을 최적화하여 우수한 접촉 신뢰성을 가지고, 그 결과 별도의 최외층 폴리머 피복막이 필요치 않아 제조공정이 단순화되므로 경제적이다.

본 발명에 의한 미세 전극 연결용 MDC는, 이러한 우수한 접촉 신뢰성을 바탕으로 미세 전극 뿐만 아니라, LCD 판넬의 접속재료, EL 이나 PDP(Plasma Display Panel)등의 대전류고전압을 요구하는 플랫 패널 디스플레이, COB, COF등의 반도체 실장용 재료에의 응용이 가능하다.

Claims (3)

1. 이형 필름과 상기 이형 필름 위에 절연성 접착제와 도전볼을 포함하는 도전층으로 구성되는 MDC로서,

   상기 도전볼은 스티렌과 디비닐 벤젠의 공중합체인 구상 폴리머로 이루어진 코어, 상기 코어를 둘러싸는 Ni 코팅층, 상기 Ni 코팅층을 둘러싸는 Au 코팅층으로 구성되되, 별도의 최외층 폴리머 피복막을 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 미세 전극 연결용 MDC.
2. 제1항에 있어서,

   상기 MDC는 접착시 압력과 열에 의하여 도전볼이 깨어지면서 내부의 코어 폴리머가 Ni 및 Au 코팅층 밖으로 흘러나와 도전볼간의 단락을 방지하는 것을 특징으로 하는 미세 전극 연결용 MDC.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 도전볼이 접착시 압력과 열에 의하여 깨어지면서 내부의 코어 폴리머가 Ni 및 Au 코팅층 밖으로 흘러나오도록 하기 위한 강도 범위는 50MPa 내지 1GPa 인 것을 특징으로 하는 미세 전극 연결용 MDC.