KR20060041090A - 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름 - Google Patents

이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름 Download PDF

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Abstract

미세 회로 기판의 전기적 접속, 특히 액정 디스플레이(LCD)와 플렉시블 회로기판(FPC)의 접속, 반도체 IC와 IC 탑재용 회로기판의 마이크로 접합, 및 탭(TAB) 등에 이용되는 이방성 도전 접속용 도전입자와 이방성 도전필름이 개시된다. 상기 이방성 도전 접속용 도전입자는 도전성 입자, 상기 도전성 입자의 표면을 피복한 절연성 고분자 수지층, 및 상기 절연성 고분자 수지층위에 부착된 절연성 무기물 입자를 포함한다. 또한 상기 이방성 도전필름은 필름 형상의 절연성 접착제; 및 상기 필름 형상의 절연성 접착제에 균일하게 분산되어 있는 상기 이방성 도전 접속용 도전입자를 포함한다. 본 발명에 따른 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름은 쇼트 발생 및 압력에 의한 반도체소자, 유리기판 등 피접속체의 손상 없이 이방성 도전 접속이 가능하다.

이방성 도전 접속, 도전입자, 도전필름, 접속 구조체

Description

이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름{Particle for Anisotropic Conductive Connection and Anisotropic Conductive Film}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접속용 도전입자의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전필름의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전필름으로 접속시킨 접속 구조체의 단면도.
본 발명은 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 회로기판의 전기적 접속, 특히 액정 디스플레이(LCD)와 플렉시블 회로기판(FPC)의 접속, 반도체 IC와 IC 탑재용 회로기판의 마이크로 접합, 및 탭(TAB) 등에 이용되는 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이를 이용하여 제조한 이방성 도전필름(Anisotropic Conductive Film: ACF)에 관한 것이다.
최근의 전자 기기의 경량화, 소형화, 박형화의 추세에 따라서, 극소형 패키지 부품이 컴퓨터, 정보통신, 이동통신, 고급가전제품 등의 필수 부품으로 사용되고 있으며, 이와 같은 극소형 부품의 패키지에 사용되는 플립칩(Flip Chip) 기술은 스마트 카드(Smart cards), 액정표시장치(LCD) 및 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP) 등의 디스플레이(Display) 패키징, 컴퓨터, 휴대용 전화기, 각종 통신시스템 (Communication system) 등에 폭 넓게 활용되고 있다. 또한 최근 급속히 발전하고 있는 반도체기술은 백만 개 이상의 셀(cell) 집적, 비메모리 소자의 경우 많은 입출력(Input/Output: I/O) 핀 개수, 큰 다이 크기, 많은 열 방출, 고전기적 성능 등을 요구하고 있으나, 반도체 기술의 급속한 발전에도 불구하고 전자 패키지 기술은 이를 뒷받침하지 못하고 있는 실정이다. 전자 패키지 기술은 최종전자 제품의 성능, 크기, 가격, 신뢰성 등을 결정하는 중요한 기술 중의 한 분야로서, 특히 고전기적 성능, 극소형/고밀도, 저전력, 다기능, 초고속 신호 처리, 영구적 신뢰성 등을 필요로 한다.
이러한 패키지 방법으로, 미세한 도전성 입자를 절연성 접착제 중에 분산시켜 제조한 이방성 도전필름을 피접속체 사이에 끼워 넣고 가열 가압하여, 피접속체를 전기적으로 연결시키는 방법이 이용되고 있으나, 최근에는 이방성 도전 접속의 대상인 피접속 전극의 피치가 점점 미세화되고 있기 때문에 이방성 도전 접속시 쇼트의 발생이 우려되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 도전성 입자를 열가소성 또는 열경화성의 전기절연성 고분자 재료로 피복하여 마이크로 캡슐화한 후, 압력을 가하여 피복된 마이크로 캡슐을 깨뜨려 도전성 입자에 의한 도통부를 형성하는 이방성 도전 접속용 재료가 개발 되었지만(일본국특허 특공평 7-99644), 열가소성 수지로 피복한 도전입자의 경우 이방성 도전 접속할 때의 가열 가압에 의하여 도전입자를 절연 피복한 수지 층이 인접한 도전입자와 용융 부착되어, 도전입자들이 연결됨으로써 인접한 패턴 사이에서 쇼트 등의 문제가 발생할 가능성이 있으며, 열경화성 수지로 피복한 도전입자의 경우에는 열가소성 수지로 피복한 도전입자의 사용에 수반된 문제는 발생하지 않지만, 접속할 때 도전입자의 절연피막을 파괴하기 위해 높은 압력을 가해야 하므로, 반도체 소자나 실장용 기판 등 피접속체가 손상되는 문제가 있다. 또한 도전성 입자의 표면을 이방성 도전 접속시의 가열온도보다 높은 연화점을 갖는 절연성 겔상 수지로 피복하는 이방성 도전 접속용 재료가 알려져 있지만(대한민국 공개특허공보 특2001-0060234), 이 경우도 열경화성 수지로 피복한 경우와 마찬가지로, 도전 접속할 때 강한 압력을 가해야만 피복된 절연성 겔상 수지가 벗겨져 통전이 가능하기 때문에, 통상 사용되는 0.7mm 이하의 얇은 유리기판의 경우 가압시 파손될 위험이 크다.
따라서 본 발명의 목적은 쇼트의 발생 없이 이방성 도전 접속이 가능한 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접속압력에 의한 반도체소자, 유리기판 등 피접속체의 손상을 방지할 수 있는 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름을 제 공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도전성 입자, 상기 도전성 입자의 표면에 피복된 절연성 고분자 수지층, 상기 절연성 고분자 수지층 위에 부착된 절연성 무기물 입자로 이루어진 이방성 도전 접속용 도전입자를 제공한다. 여기서, 상기 절연성 고분자 수지층의 두께는 10nm 내지 1.0㎛이고, 절연성 무기물 입자의 크기는 1.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명은 또한 필름 형상의 절연성 접착제; 및 상기 필름 형상의 절연성 접착제에 균일하게 분산되어 있는 상기 이방성 도전 접속용 도전입자를 포함하는 이방성 도전필름 및 상기 이방성 도전필름으로 피접속체를 접속시킨 접속 구조체를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 접속용 도전입자의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이방성 도전 접속용 도전입자는 도전성 입자(4a), 상기 도전성 입자(4a)의 표면에 피복된 절연성 고분자 수지층(4b) 및 상기 절연성 고분자 수지층(4b)위에 부착된 절연성 무기물 입자(4c)를 포함한다.
상기 도전성 입자(4a)는 미세 회로 전극 등 피접속체를 전기적으로 접속하기 위한 것으로서, 융점 및 경도가 높고 도전성이 우수한 입자를 광범위하게 사용할 수 있다. 사용 가능한 도전성 입자의 예로는 금(Au), 은(Ag), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 인듐(In), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd), 플라티늄(Pt), 크로뮴(Cr) 등이 코팅된 폴리스티렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 디비닐벤젠, 벤조구아나민 등의 고분자를 예시할 수 있으며, 은(Ag) 분말 또는 니켈(Ni) 분말을 그대로 사용할 수도 있다. 상기 도전성 입자의 크기는 직경이 3 내지 20㎛인 것이 바람직하고, 입도편차 ±0.1㎛ 이내의 균일한 입도 분포를 가지면 더욱 바람직하다.
상기 도전성 입자(4a)의 표면에 피복되는 절연성 고분자 수지층(4b)은 절연성 열가소성 고분자 수지인 나일론수지, 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리부틸렌, 폴리에스테르수지, 폴리우레탄수지, 폴리아크릴수지, 폴리아크릴로 스티렌수지, 스티렌 부타디엔수지, 비닐수지, 폴리카보네이트수지, 비닐수지, 불소수지, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리비닐부티랄수지, 폴리비닐포르말수지, 폴리비닐아세테이트수지, 폴리스티렌수지, 스티렌 디비닐 벤젠 수지 등으로 이루어질 수 있다. 절연성 고분자 수지층(4b)은 상기 절연성 고분자 수지 분말을 물리적·기계적 방법으로 도전성 입자(4a)의 표면에 고정시킴으로써 형성되는데, 여기서 물리적 기계적 방법이란 건식으로 2종류의 분체를 10,000 ~ 16,000 rpm으로 고속 교반 시키는 장치를 이용하여 물리적, 정전기적, 화학적 상호작용을 일으켜, 하나의 분체를 다른 분체의 표면에 고정시키는 방법이다. 형성된 절연성 고분자 수지층(4b)의 두 께는 10nm 내지 1.0㎛가 바람직하고, 0.5㎛ 이하이면 더욱 바람직하다. 상기 절연성 고분자 수지층(4b)의 두께가 1.0㎛를 초과하면 도통 특성이 열화되고, 반면 10nm 미만이면 절연 특성이 열화되며, 절연성 무기물입자(4c)의 부착이 어렵다.
절연성 고분자 수지층(4b)의 연화온도는 이방성 도전필름(ACF)의 접착온도보다 약 5℃ 낮은 것이 바람직하다. 절연성 고분자 수지층(4b)의 연화온도가 이방성 도전필름의 접착온도보다 높으면, 접속온도에서 절연성 고분자 수지층(4b)이 잘 제거되지 않아 접속저항이 커지며, 이 때문에 높은 압력으로 압착하면 실장용 기판이 손상될 우려가 있다. 반면, 절연성 고분자 수지층(4b)의 연화온도가 100℃ 이하이면, 이방성 도전 접속용 도전입자의 열적 특성이 저하되는 문제가 있다. 사용되는 절연성 접착제의 종류 등에 따라 다르지만, 일반적으로 이방성 도전필름의 접착온도가 150℃ 내지 220℃이므로 절연성 고분자 수지층(4b)의 연화온도는 145℃ 내지 215℃인 것이 바람직하다.
상기 절연성 고분자 수지층(4b) 위에 부착되는 절연성 무기물 입자(4c)로는 이산화규소, 질화규소, 이산화티타늄, 산화알루미늄 등을 사용할 수 있고, 전기 절연성을 가지는 한 이에 특별히 한정되지 않는다. 절연성 무기물 입자(4c)의 직경은 도전성 입자(4a) 직경의 1/5 이하, 바람직하게는 10nm 내지 1.0㎛ 이다. 절연성 무기물 입자(4c)의 크기가 지나치게 크면 절연성 고분자 수지층(4b)의 표면에 균일하게 부착되기 어렵고, 지나치게 작으면 절연성 고분자 수지층(4b)에 매몰되어 인접한 도전성 입자(4a)가 부착되는 것을 방지할 수 없다. 절연성 무기물 입자(4c)의 부착방법은 상기 절연성 고분자 수지층(4b)을 형성시키는 방법과 동일하다. 절연성 무기물 입자의 사용량은 도전성 입자의 크기와 무기물 입자의 크기에 따라 달라지나 도전성 입자(4a) 100중량부에 대하여 5 내지 50중량부가 바람직하고, 10 내지 30 중량부가 더욱 바람직하다. 절연성 무기물 입자의 사용량이 적은 경우 인접한 도전성 입자와 부착하는 것을 방지할 수 없고, 과다하게 많은 경우 이방성 도전 필름의 가열 접착시, 전극사이에 개재된 절연성 도전입자의 표면에 부착된 절연성 무기물 입자(4c)가 도전성 입자(4a)의 표면에서 탈락되지 않아 접속저항이 높아지게 된다. 절연성 무기물 입자(4c)의 부착률은 절연성 고분자 수지층(4b)의 표면에 붙어있는 무기물 입자(4c)의 면적비를 전자현미경으로 관찰하여 측정하였고, 그 값은 60% 이상이 바람직하다. 부착률이 50% 이하인 경우 절연저항이 낮아지게 된다.
본 발명에 따른 이방성 도전필름을 제조하기 위해서는 먼저, 액상의 절연성 접착제 수지 100중량부에 이방성 도전 접속용 도전입자 5 내지 10 중량부를 투입하고 균일하게 혼합한다. 만일 도전 입자의 사용량이 5중량부 미만일 경우에는 접속 회로간의 안정한 도전 통로를 얻기가 어렵고, 10중량부를 초과하면 접속 회로간의 절연 신뢰성을 얻기가 힘들게 된다. 이때 필요에 따라 커플링제를 첨가하거나, 경화제를 첨가할 수 있다. 또한 상기 혼합물을 이용하여 필름을 성형하기 위해서는, 고체 성분이 균일하게 분산되어야 할 뿐 만 아니라, 혼합물이 적절한 점도를 가져야 하므로, 상기 혼합물의 점도 조절 및 고체 성분의 분산을 위하여 유기용제를 더욱 첨가할 수도 있다. 상기 유기용제로는 메틸에틸케톤(MEK), 톨루엔(Toluene), 메 틸이소부틸케톤(MIBK), 에틸아세테이트(Ethyl Acetate) 등을 사용할 수 있으며, 상기 유기용제의 사용량은 사용되는 절연성 접착제 수지, 이방성 도전 접속용 도전입자의 종류 및 사용량에 따라 적절히 선정할 수 있다. 다음으로 상기 혼합물을 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 등의 이형성 필름에 대략 100㎛ 이하, 바람직하게는 15 내지 45㎛의 두께로 코팅하고 건조하여, 본 발명에 따른 이방성 도전필름을 형성한다.
도 2는 이와 같이 제조한 이방성 도전필름(1)의 단면을 나타낸 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이방성 도전필름(1)은 절연성 접착제(2)로서 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 광경화성 수지를 사용하고, 여기에 입자크기 약 3 내지 20㎛의 이방성 도전 접속용 도전입자(4)를 분산시켜 만든 절연성 접착제 수지액을 이형필름(3) 위에 코팅하여 필름화 한 것이다. 이방성 도전필름(1)은 액정 표시기판과 반도체 소자 등의 피접속체를 간단하게 접속하기 위하여 사용하여 왔다. 즉 도 3에 도시한 바와 같이, 이방성 도전필름(1)을 액정 디스플레이의 유리기판(5) 및 반도체 소자(6)의 전극 사이에 끼운 후, 일정 온도에서 일정 시간 동안 가온, 가압하여, 수지 부분인 절연성 접착제(2)를 용융시켜, 유리기판(5) 및 반도체 소자(6) 사이의 공간에 충진 시키고, 동시에 이방성 도전 접속용 도전입자(4)가 유리기판(5)의 전극과 반도체 소자(6)의 전극면에 접촉하도록 함으로서, 유리기판(5)과 반도체 소자(6)를 전기적으로 연결시키도록 되어 있다. 본 발명의 이방성 도전성 필름을 사용하여 액정 디스플레이(LCD)의 유리기판과 전극의 접속을 실시하여 접속 구조체를 형성하는 경우에는, 도 3에서와 같이 이형 필름을 제거한 이방성 도전필름(1)을 유리기판(5)과 반도체 소자(6) 사이에 개재하고, 미세 회로의 간격을 맞춘 후 10 내지 30kgf의 압력으로 유리기판(5)과 반도체 소자(6)를 접속시킨 상태에서, 100 내지 250℃의 온도로 일정시간 가열 압착함으로써 절연성 접착제(2)의 경화가 이루어지며, 미세 회로가 상호 접속된다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 본 발명이 아래에 기술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1-1 내지 1-6, 비교예 1-1 내지 1-3] 이방성 도전 접속용 도전입자 제조
직경 4㎛의 벤조구아나민(Benzoguanamine) 입자의 표면에 니켈/금(Ni/Au) 도금을 실시한 도전성 입자와, 절연성인 열가소성 고분자 수지 분말(폴리비닐포르말 수지, 일본 치소사제, 상품명: 비니렉-K)을 물리적·기계적 방법(하이브리다이저 ０형, 나라기계제작소)으로 10,000 rpm에서 10분간 혼합하여, 절연성 열가소성 수지로 피복된 도전입자를 얻은 후, 상기 절연성 고분자 수지로 피복된 도전입자의 표면에 절연성 무기물인 이산화규소(일본 에어로실사 제품, 90G, 평균입자경 20nm)를 동일한 방법으로 부착시켰다.
실시예 1-1 내지 1-6 및 비교예 1-1 내지 1-3에서 사용한 각각의 도전성 입자의 사용량, 고분자 수지 분말량, 무기물 사용량 및 도전성 입자표면에 피복된 절 연성 고분자 수지층의 평균 막두께(㎛)와 전자현미경을 이용하여 측정한 무기물 입자의 부착률을 표 1에 나타내었다.
Figure 112004051654515-PAT00001
[실시예 2-1 내지 2-6, 비교예 2-1 내지 2-3] 이방성 도전필름 제조
비스페놀Ａ형 액상 에폭시수지(자판에폭시사 제품, 상품명: Epicote 828) 30 중량부, 아크릴고무입자(미쓰비시레이온사 제품, 상품명: 메타블렌 C-132) 10 중량부, 페녹시수지 20 중량부, 잠재성 경화제(아사히카세이사 제품, HX3941HP)40 중량부와 톨루엔 100 중량부로 이루어진 혼합물에 상기 실시예 1-1 내지 1-6 및 비교예 1-1 내지 1-3에서 얻은 이방성 도전 접속용 도전입자를 10 중량％의 농도로 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 이와 같은 방법으로 만든 이방성 도전 접속용 도전입자를 포함하는 절연성 접착제 수지액을 실리콘이 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 이형필름에 25㎛의 두께로 코팅 후 건조하여 이방성 도전필름을 제작하였다.
[실시예 3-1 내지 3-6, 비교예 3-1 내지 3-3] 이방성 도전필름을 이용한 접 속 구조체 제조
상기 실시예 2-1 내지 2-6 및 비교예 2-1 내지 2-3에 따라 제조된 이방성 도전필름을 60㎛ 피치의 반도체소자(범프 사이즈 40×80㎛, 범프간격 20㎛, 범프높이 15㎛, 범프수 296개)와 60㎛ 피치의 ITO(Indium Tin Oxide, 배선폭 40㎛, 배선간격 20㎛)를 형성한 액정 디스플레이용 유리기판의 사이에 끼워넣고, 10kgf의 압력으로 210℃에서 5초간 압착을 하여 접속 구조체를 제조한 후, 접속저항 및 절연저항치를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112004051654515-PAT00002
접속저항은 5옴(Ω)을 판정의 기준으로 하여 그 이하인 경우 "양호"로 하고 초과하면 "불량"으로 하였다. 절연저항은 108옴(Ω)을 판정 기준으로 하여 그 이상인 경우 "양호", 미만인 경우 "불량"으로 판정하였다. 상기 표 2로부터, 절연성 고분자 수지층의 두께가 1.0㎛를 초과하는 비교예 3-2 및 3-3는 접속저항이 기준을 벗어나 불량하였고, 절연성 무기물 입자의 부착률이 50% 이하인 비교예 3-1 및 3-2는 절연저항이 기준에 미치지 못함을 알 수 있다. 따라서 절연성 고분자 수지층의 두께는 1.0㎛ 이하, 절연성 무기물 입자의 부착률은 60% 이상인 경우가 바람직함을 알 수가 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 이방성 도전 접속용 도전성 입자 및 이를 이용하여 제조한 이방성 도전필름은 압력에 의한 반도체소자, 유리기판 등 피접속체의 손상 및 쇼트발생 없이 이방성 도전 접속이 가능하다.

Claims (4)

  1. 도전성 입자;
    상기 도전성 입자의 표면에 피복된 절연성 고분자 수지층; 및
    상기 절연성 고분자 수지층 위에 부착된 절연성 무기물 입자를 포함하는 이방성 도전 접속용 도전 입자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연성 고분자 수지층의 두께는 10nm 내지 1.0㎛ 이고, 상기 절연성 무기물 입자의 크기는 1.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 이방성 도전 접속용 도전성 입자.
  3. 필름 형상의 절연성 접착제; 및
    상기 필름 형상의 절연성 접착제에 균일하게 분산되어 있는 제1항에 따른 이방성 도전 접속용 도전입자를 포함하는 이방성 도전필름.
  4. 제3항에 따른 이방성 도전필름으로 피접속체를 접속시킨 접속 구조체.
KR1020040090566A 2004-11-08 2004-11-08 이방성 도전 접속용 도전입자 및 이방성 도전필름 KR20060041090A (ko)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100722493B1 (ko) * 2005-09-02 2007-05-28 제일모직주식회사 절연 전도성 미립자 및 이를 이용한 이방 전도성 접착필름
KR100819524B1 (ko) * 2007-01-25 2008-04-07 제일모직주식회사 절연 전도성 미립자 및 이를 이용한 이방 전도성 필름
US20100133486A1 (en) * 2006-10-17 2010-06-03 Hitachi Chemical Company, Ltd. Coated particle and method for producing the same, anisotropic conductive adhesive composition using coated particle, and anisotropic conductive adhesive film
CN103730192A (zh) * 2012-10-16 2014-04-16 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 各向异性导电膜及其制备方法

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