KR20110131018A - 이방성 도전 필름용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름 - Google Patents

이방성 도전 필름용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름 Download PDF

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Abstract

이방성 도전 필름용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름을 제공한다. 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름용 도전 입자는 구리(Cu)로 형성된 코아 및 이 코아의 외면에 주석(Sn)과 은(Ag)의 합금으로 형성된 코팅층을 포함한다. 코팅층은 용융점이 180℃ 이하가 되도록 하는 비율로 주석과 은이 혼합된 합금으로 형성될 수 있다. 그리고 이 코팅층은 무전해 주석-은 합금 도금법을 이용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름은 전술한 도전 입자가 열경화성 수지, 열가소성 수지, 및 경제화를 포함하는 절연성 수지층에 분산되어 있다.

Description

이방성 도전 필름용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름{Conductive particle for anisotropic conductive film and anisotropic conductive film including the conductive particle}
본 발명은 전기 접속용 소재에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)에서 도전성 충진제로 사용되는 도전 볼(conductive ball) 또는 도전 입자(conductive particle)와 이를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)에 관한 것이다.
최근 각종 전자기기의 소형화 및 박형화 추세가 확산되고 있다. 이에 따라서 반도체 집적 회로(반도체 칩), 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB), 각종 전자 부품의 사이즈가 작아짐은 물론 반도체 칩 패키지의 단자, 접속 패드, 전극, 및 도전 라인 등과 같은 전기 부품이나 소재들의 크기도 작아지고 이들 사이의 간격(피치)도 점차 줄어들고 있다. 그리고 최근 적용 범위가 확대되고 있는 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)와 같은 투명한 도전성 전극은 투명한 유리 기판 상에 스퍼터법 등을 이용하여 얇게 증착이 되는데, 외부 단자와 전기적인 접속이 필요하다.
이와 같이, 수십 ㎛의 피치를 갖는 미세 단자간의 전기적 접속은 물론 두께가 얇은 전기 부품이나 소재들 사이에서 신뢰성있는 전기적 접속을 확보하기 위하여 이방성 도전 필름(ACF)이 널리 사용되고 있다. 이방성 도전 필름(ACF)은 직경 수 ㎛의 도전 입자 또는 도전 볼이 전기 절연성의 수지(예컨대, 열 경화성 수지 및/또는 열 가소성 수지)에 분산되어 있는 일종의 양면 테이프이다. 전기적으로 접속하고자 하는 두 개의 전기 부품(보다 구체적으로는 이 전기 부품의 전극들) 사이에 이방성 도전 필름(ACF)을 삽입하고서 소정의 시간 동안 가열 및 가압하여 수지를 경화시키면, 도전 입자에 의하여 수직 방향으로는 상하 전극 사이에 전기적 접속이 이루어진다. 이 때, 수평 방향으로는 절연이 유지되어야 하는데, 도전 입자의 밀도가 높거나 국부적인 불균일한 분포 및/또는 인접한 전극(또는 단자) 사이의 피치가 좁은 경우에는 인접한 전극 사이에 단락이 발생할 수가 있다.
도 1a 내지 도 1c는 이방성 도전 필름(ACF)을 이용하여 두 기판을 전기적으로 접속하는 과정을 보여 주는 단면도로서, 도 1a는 가열 및 가압 이전의 상태이고, 도 1b 및 도 1c는 각각 가열 및 가압 이후의 상태이다.
도 1a를 참조하면, 전기적으로 접속하고자 하는 상부 기판(12)과 하부 기판(22) 사이에 이방성 도전 필름(ACF, 30)이 개재되어 있다. 상부 기판(12)에는 전기적 접속 단자인 상부 전극(14)이 소정의 피치로 형성되어 있으며, 하부 기판(22)에도 전기적 접속 단자인 하부 전극(24)이 상부 전극(14)과 동일한 피치로 형성되어 있다. 이방성 도전 필름(30)은 수지로 형성된 절연층(32) 내부에 다수의 도전 입자(34)가 분산되어 있는 형상이다.
도 1a에 도시된 상태에서 소정의 고온을 유지하면서 상측으로부터 상부 기판(12)에 소정의 힘을 가하면, 이방성 도전 필름(30), 특히 수지로 형성된 절연층(32)이 고열 상태에서 압착되어 그 두께가 감소된다. 그 결과, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 상부 전극(14)과 하부 전극(24) 사이에 위치한 도전 입자(34)는 상하부 전극(14, 24)과 접촉 및 밀착되어서, 상하부 전극(14, 24)은 서로 전기적으로 도통하게 된다. 이 경우에, 도전 입자(34)들은 수평 방향으로는 서로 접촉을 하지 않기 때문에, 수평 방향으로는 서로 절연이 유지된다(도 1b 참조). 다만, 전극(14, 24)들 사이의 피치가 좁거나 및/또는 국부적으로 도전 입자(34)의 밀도가 높은 경우에는, 도전 입자(34)들이 서로 뭉쳐서 인접한 전극(14, 24)들 사이에 단락이 생길 수도 있다(도 1c 참조).
종래의 이방성 도전 필름(ACF)은 도전 입자로서 니켈(Ni) 등과 같은 금속 물질로 형성된 니켈 볼을 사용하거나 또는 폴리머로 형성된 볼의 외각에 금(Au)과 같은 금속 물질이 코팅된 금 코팅된 폴리머 볼(Au-Plated Polymer Ball)을 사용하였다. 그리고 한국등록특허 제0241589호, '이방성 도전 필름'에는 입자경이 작고 경도가 큰 금속 분말입자와 입자경이 크고 경도가 낮은 금속 입자 표면에 금속 박막을 피복시킨 금속 피복 금속 입자를 혼합한 것을 도전 입자로 사용하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 한국공개특허 제2009-0107433호, '접속 신뢰성이 우수한 이방도전필름 및 이를 이용한 회로접속구조체'에는 소정의 경화거동지수 및 경화 전후의 탄성 모듈러스비를 갖는 이방성 도전 필름이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2009-0034289호, '도전 입자, 그의 제조 방법 및 절연 피복 도전 입자의 제조방법, 및 이방 도전성 접착제 필름'에는 니켈층상에 소정의 막두께를 갖는 금층이 최외층에 피복되어 있는 도전 입자 등이 개시되어 있다. 이외에도, 많은 수의 특허 문헌에서 도전 입자의 조성이나 이방성 도전 필름(ACF)의 조성 및 제조방법 등에 관한 기술이 개시되어 있다.
하지만, 지금까지 제안된 이러한 기술들은 이방성 도전 필름에 갖추어야 하는 여러 가지 조건을 충족시키는 데는 한계가 있다. 예를 들어, 전극의 크기가 미세화되고 전극간 피치가 감소할 뿐만 아니라 제품의 고성능화로 접속 신뢰성에 대한 요구가 높아짐에 따라서, 기존의 이방성 도전 필름으로는 이러한 요구 조건들을 충분히 충족시킬 수가 없다. 또한, 이방성 도전 필름을 사용하여 패키징 등의 작업을 하는 업계에서는 생산성의 향상이나 수율의 향상, 고온으로 인한 전기 부품이나 본딩기에 대한 열적 변형의 최소화, 신뢰성있는　전기 접속의 달성 등을 충족시킬 수 있도록, 저온에서도 공정이 가능하고 또한 빠른 경화가 가능한 이방성 도전 필름에 대한 요구가 높은데, 현재까지 제안된 이방성 도전 필름 또는 도전 입자의 조성으로는 이러한 요구를 충족시키기가 쉽지 않다.
전술한 바와 같이, 이방성 도전 필름(ACF)은 접착력이 좋아야 하고 우수한 충진 특성을 갖춰야 할 뿐만 아니라 접속되는 전극(또는 기판이나 전기 부품 등)에 손상을 유발해서는 안된다. 그리고 이방성 도전 필름(ACF)은 접속 부위에서 위치에 따른 접속 두께의 편차가 없어야 하는 등 접속 신뢰성도 갖춰야 할 뿐만 아니라, 도전 입자들 사이에 뭉침 현상이 일어나거나 또는 도전 입자들의 밀도가 높아서 인접한 전극들 사이에서 단락이 일어나지 않아야 한다. 또한, 이방성 도전 필름(ACF)은 전기접속저항이 낮아야 할 뿐만 아니라 위치에 따른 전기접속저항의 편차도 적어야 하고, 생산성의 향상을 위하여 경화가 빨리 진행되고 압착 공정 중에 전기 부품에 손상이 발생하지 않도록 저온 공정이 가능해야 한다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 저온 속경화라는 패키징 업체의 요구를 충족시킬 수 있는 이방성 도전 필름(ACF)용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 접속되는 전기 부품(예컨대, 전극)과의 밀착력이 우수할 뿐만 아니라 전기접속저항을 낮추어서 전기 전도도가 우수한 이방성 도전 필름(ACF)용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 하나의 과제는 동일한 전기접속저항에 요구되는 도전 입자의 개수를 최소화함으로써 미세한 피치를 갖는 소자의 접속에서도 단락이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 접속 신뢰성이 우수하여 높은 전류영역에서도 안정적으로 구동할 수 있고, 전극이나 기판 등에 생기는 손상을 최소화할 수 있는 이방성 도전 필름(ACF)용 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)을 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름용 도전 입자는 구리(Cu)로 형성된 코아 및 상기 코아의 외면에 주석(Sn)과 은(Ag)의 합금으로 형성된 코팅층을 포함한다.
상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 코팅층은 용융점이 180℃ 이하가 되도록 하는 비율로 주석과 은이 혼합된 합금으로 형성될 수 있다.
상기 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 코팅층은 무전해 주석-은 합금 도금법을 이용하여 형성될 수 있다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 필름은 열경화성 수지, 열가소성 수지, 및 경제화를 포함하는 절연성 수지층와 도전 입자를 포함하는데, 이 도전 입자는 구리(Cu)로 형성된 코아 및 상기 코아의 외면에 주석(Sn)과 은(Ag)의 합금으로 형성된 코팅층을 포함한다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자를 포함하는 이방성 도전 필름은 경화제를 추가로 포함하면서 또한 코팅층이 낮은 온도에서 용융되어서 도전 부재와 밀착하여 접합된다. 따라서 저온 속경화라는 패키징 업체의 요구를 충족시킬 수 있음은 물론 접속되는 전극이나 범프, 도전 라인 등과의 밀착력이 우수할 뿐만 아니라 전기접속저항을 낮추어서 전기 전도도가 우수한 제품을 제공할 수 있다. 아울러, 접속되는 전기 부품의 손상을 최소화하여 수명을 향상시킬 수가 있으며, 도전 입자의 밀도를 낮추어서 수평 방향으로의 단락에 따른 접속 불량을 최소화할 수 있으므로 미세화된 피치 및 미세 크기의 전극 등에 적합하다.
도 1a 내지 도 1c는 이방성 도전 필름(ACF)을 이용하여 두 기판을 전기적으로 접속하는 과정을 보여 주는 단면도로서, 도 1a는 가열 및 가압 이전의 상태이고, 도 1b 및 도 1c는 각각 가열 및 가압 이후의 상태이다.
도 2a 및 도 2b는 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)이 패키징 분야에 사용되고 있는 예를 보여 주는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 필름(ACF)에 포함되는 도전 입자의 구성을 보여 주는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자(100)를 사용할 경우, 기존의 니켈 볼을 도전 입자로 사용할 경우, 및 기존의 금 도금된 폴리머 볼을 도전 입자로 사용할 경우에 동일한 크기의 상하부 전극 사이의 전기적 접속 상태를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 5는 무전해 합금을 이용하여 구리로 형성된 코아에 주석과 은의 합금으로 형성된 코팅층을 형성하는 과정의 일례를 보여 주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 2a 및 도 2b는 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자 및 이를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)이 패키징 분야에 사용되고 있는 예를 보여 주는 구성도이다. 도 2a 및 도 2b는 모두 이방성 도전 필름(ACF)이 사용될 수 있는 어플리케이션 분야를 예시적으로 보여 주는 것으로서, 본 실시예가 적용될 수 있는 어플리케이션 분야가 여기에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 이방성 도전 필름(ACF)은 각종 전자 기기(예컨대, 모바일 폰이나 PDA(Personal Digital Assistant, PDA), 스마트 폰, MP-3 플레이어, 휴대용 멀티미디어 재생기(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 휴대용 전자 기기나 랩탑 컴퓨터, 넷북, 데스크 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등과 같은 컴퓨팅 기기, 텔레비전 등과 같은 디스플레이 장치 등)에 포함되는 부품, 반도체 칩 등을 조립하는데 사용되거나, 모듈 조립체(Module Assembly), 패널 조립체, 기판 등의 패키징 등에 사용될 수 있다. 이방성 도전 필름(ACF)은 특히, 피접속부재의 재질이 특수하거나 전극(접속 단자나 집적회로 범퍼 등)의 피치가 미세하여 부재와 부재를 솔더링(soldering) 방식으로 부착할 수 없을 경우에 널리 사용되는데, 대표적으로 LCD 모듈이나 PDP 모듈에서 패널, 인쇄회로기판, 및 드라이버 IC 등과 같은 각종 IC 회로 등을 패키징하는데 널리 사용된다.
도 2a를 참조하면, 이방성 도전 필름(ACF)은 두 곳에서 사용되고 있다. 첫 번째의 이방성 도전 필름(ACF1)은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)과 집적 회로(Integrated Circuit, IC)를 전기적으로 접속시키는데 사용되고 있다. 그리고 두 번째의 이방성 도전 필름(ACF2)은 집적 회로(IC)와 인쇄회로기판(PCB)을 전기적으로 접속시키는데 사용되고 있다. 도 2a에서 집적 회로(IC)는 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package, TCP)로 실장된 것으로 도시되어 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이라는 것은 당업자에게 자명하다.
그리고 도 2b를 참조하면, 이방성 도전 필름(ACF)은 모두 세 곳에서 사용되고 있다. 첫 번째와 두 번째의 이방성 도전 필름(ACF3, ACF4)은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP)과 집적 회로(Integrated Circuit, IC)를 전기적으로 접속시키는데 사용되고 있다. 여기서, 집적 회로는 칩온글래스(Chip On Glass, COG)의 형태로 패키징된 소자일 수 있는데, 이것도 단지 예시적인 것이라는 것은 당업자에게 자명하다. 그리고 세 번째의 이방성 도전 필름(ACF5)은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)과 플렉시블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit, FPC)을 전기적으로 접속시키는데 사용되고 있다.
이와 같이, 이방성 도전 필름(ACF)은 주로 외측 리드 본딩(Outer Lead Bonding, OLB)용과 인쇄회로기판(PCB)용의 두 가지 용도로 사용된다. 하지만, 이방성 도전 필름(ACF)은 이외에도 다른 전도성 부재들의 접착에 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. OLB용이든 PCB용이든 ACF는 모두 유사한 조성을 가지는데, 기본적으로 도전 입자(conductive particle)와 절연성 수지로 구성된다. 전술한 바와 같이, 종래에는 도전 입자로 탄소 입자, 솔더 볼(solder ball) 등이 사용되다가 최근에는 니켈 볼 등과 함께 플라스틱 구형 입자에 니켈 및/또는 금을 코팅한 도전 볼, 또는 절연막을 추가로 코팅한 도전 볼이 사용되었다. 이와는 달리, 본 발명의 실시예에서는 도전 입자로서 구리 볼의 외면에 주석과 은의 합금이 코팅된 도전 볼을 사용하는데, 이에 대해서는 후술한다.
절연성 수지는 이방성 도전 필름(ACF)의 물성을 좌우하는데, 열 또는 빛에 따른 분자 구조의 변경 유무 및/또는 변경 방식에 따라서 경화성 수지와 가소성 수지로 나눌 수 있다. 경화성 수지는 또한 경화를 일으키는 에너지원에 따라서 열경화성 수지와 광경화성 수지로 구분할 수 있으며, 광경화성 수지는 광의 종류에 따라서 자외선 경화성 수지와 적외선 경화성 수지로 구분할 수 있다. 이방성 도전 필름(ACF)은 통상적으로 열경화성 수지를 포함하는데, 본 실시예가 여기에만 한정되는 것은 아니며, 이방성 도전 필름(ACF)은 자외선 경화 수지 등과 같은 광경화성 수지를 포함할 수도 있다.
열경화성(열가소성) 수지는 광경화성(광가소성) 수지에 비하여 경화 공정이 용이하고 경화 구조의 관리가 용이하다. 다만, 열경화성(가소성) 수지는 열에너지를 사용함에 따른 다른 부품에의 손상 여부나 상대적으로 긴 공정 시간이 필요하다는 단점이 있다. 열경화성 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노블락형 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 레조시놀 수지 등을 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그리고 열가소성 수지로는 포화 폴리에스테르 수지, 비닐 수지, 아크릴 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리비닐아세테이트(PVA) 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스 수지, 케톤 수지, 스티렌 수지 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이방성 도전 필름(ACF)에 열경화성 수지와 열가소성 수지는 각각 최저 약 10%에서 최대 40%와 50% 정도의 함량이 포함될 수 있다.
그리고 이방성 도전 필름(ACF)은 경화제를 포함한 여러 가지 종류의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 현재 패키징 업체에서는 저온속경화 특성(예컨대, 가압착의 본딩 온도는 80℃ 이하이고, 본압착의 본딩 온도는 약 180℃ 이하)을 갖는 이방성 도전 필름(ACF)을 요구하고 있다. 경화제는 전술한 열경화성 수지 등이 저온에서도 빨리 경화될 수 있도록 하기 위한 물질로서, 약 0.1~10% 정도의 함량이 포함될 수 있다. 열경화성 수지 등의 저온속경화에 도움이 되는 물질이라면 경화제의 종류에는 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 아조계 화합물이나 유기과산화물 등이 사용될 수 있다. 그리고 이방성 도전 필름(ACF)은 커플링 보조제(coupling aid)와 접착 부여제(tackifier) 등을 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 필름(ACF)에 포함되는 도전 입자의 구성을 보여 주는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 도전 입자(100)는 구리(Cu)로 형성된 코아(110)와 이 코아(110)의 외면에 주석(Sn)과 은(Ag)의 합금으로 형성된 코팅층(120)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 코아(110)는 구리로 형성된다. 구리는 금속 물질 중에서 연성을 갖는 물질이다. 따라서 구리로 형성된 코아(110)는 집적회로의 범프나 인쇄회로기판의 도전라인, 기타 패널 등의 전기 접속 부재 등과 같은 도전성 부재와 접촉을 하더라도, 이들 도전성 부재에 손상을 입히지 않을 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)을 이용하여 패키징된 전자 기기는 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 수명이 상대적으로 길지만, 니켈 볼은 자체의 경도로 인하여 전극과 같은 접속 부재에 손상을 유발시키기가 쉽다(후술하는 도 4a 및 도 4b 참조).
구리는 기존에 도전 입자로 사용되던 금속 물질, 예컨대 니켈(Ni)이나 금(Au) 등에 비하여 저항률(ρ)이 낮다. 예를 들어, 상온인 20℃의 온도에서 구리의 저항률은 1.72×10-2(Ω·mm2/m)이지만, 니켈의 저항율은 7.8×10-2(Ω·mm2/m)이고, 금의 저항율은 2.21×10-2(Ω·mm2/m)이다. 즉, 구리로 된 코아(110)를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자(100)의 전기 전도도는 니켈 볼이나 금으로 도금된 폴리머 볼(금 도금의 두께가 얇아서 전기 전도도는 니켈 볼보다 더 낮을 수 있다)에 비하여 상당히 크다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자(100)를 사용하면, 동일한 접속 저항에 필요한 입자의 개수를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 제조 원가를 낮출 수 있는 것은 물론 높은 전류에서도 안정적으로 구동할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자(100)를 사용할 경우, 기존의 니켈 볼을 도전 입자로 사용할 경우, 및 기존의 금 도금된 폴리머 볼을 도전 입자로 사용할 경우에 동일한 크기의 상하부 전극 사이의 전기적 접속 상태를 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 4a 내지 도 4c에서 도시된 도전 입자의 개수는 동일 접속 저항에 필요한 개수를 상대적으로 나타낸 것으로, 정확한 수치는 접속 저항의 크기나 전극의 크기 등에 따라서 달라질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도전 입자(100)를 사용할 경우에는 상대적으로 적은 1개가 필요하지만, 니켈 볼의 경우에는 3개가 필요하고(도 4b 참조), 금 도금된 폴리머 볼의 경우에는 5개가 필요하다는 것을 알 수 있다(도 4c 참조). 특히, 도 4c의 경우에는 낮은 전기 전도도로 인하여 많은 수의 도전 입자가 필요할 수 밖에 없으며, 그 결과 수평 방향으로 단락이 일어날 가능성이 상당히 높다는 것을 알 수 있다.
이러한 구리의 물리적, 및 전기적 특성으로 인하여, 본 발명에 따른 도전 입자(100)는 보다 미세한 피치(fine pitch)의 도전성 부재를 서로 전기적으로 접속시키는데 보다 적합하다. 보다 구체적으로, 미세 피치인 경우에는 도전 입자들이 횡방향으로 서로 연결되어서 전기적으로 단락이 일어날 가능성이 그 만큼 높아진다. 특히, 도전 입자의 개수가 많은 경우(예컨대, 금 도금된 폴리머 볼의 경우)에 이러한 가능성은 더 높아진다. 하지만, 본 발명의 실시예에 의하면, 동일 접속저항을 얻는데 필요한 입자의 개수를 감소시킬 수가 있기 때문에, 서로 이웃한 도전 입자(100)들이 접촉될 가능성은 그 만큼 낮아진다. 또한, 적은 개수의 도전 입자(100)로도 작은 접속 저항을 얻을 수가 있으므로, 미세한 크기의 도전성 부재들을 높은 전기 전도도로 서로 연결시키는데 적합하다. 아울러, 전기 저항이 작기 때문에, 저항 발열에 따른 접속 부위의 손상을 최소화할 수 있다.
이와 같이, 구리로 형성된 코아(110)는 아주 미세한 크기의 입자이다. 코아(110)는 그 직경이 예컨대, 약 1㎛ 내지 20㎛ 정도가 될 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 이방성 도전 필름(ACF)의 용도나 요구 조건 등에 따라서 코아(110)의 크기와 함께 이에 따른 도전성 입자(100)의 크기는 달라질 수 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 코팅층(120)은 주석(Sn)과 은(Ag)의 합금으로 형성된다. 코팅층(120)의 두께는 특별한 제한은 없지만, 예컨대 0.1㎛ 내지 1.5㎛ 정도가 될 수 있다. 그리고 코팅층(120)을 형성하는 주석과 은은 소정의 비율로 혼합되는데, 본 발명의 실시예에 의하면 코팅층(120)이 도전 입자(100)를 포함하는 이방성 도전 필름(ACF)를 이용한 본압착 본딩 온도(예컨대, 180℃)에서 용융이 일어날 수 있는 용융점, 즉 본압착 본딩 온도 이하의 용융점을 갖도록 주석과 은은 적당한 비율로 혼합될 수 있다.
실험 결과에 의하면, 은의 함량이 증가함에 따라서 주석과 은의 합금의 용융점은 낮아지는 것으로 나타났다. 예를 들어, 본 압착 공정과 동일한 압력 조건하에서, 주석 자체의 용융점은 약 232℃이지만, 주석과 은의 함량이 각각 97%와 3%인 합금은 용융점이 약 221℃, 주석과 은의 함량이 각각 90%와 10%인 합금은 용융점이 약 201℃이었다. 그리고 은의 함량이 약 20%(즉, 주석의 함량이 80%)인 경우에 용융점은 178℃이고, 은의 함량이 약 30%인 경우에는 용융점이 161℃로 나타났다. 따라서 현재 패키징 업체에서 요구하고 있는 본 압착 공정의 온도, 예컨대 약 180℃에서 코팅층(120)의 용융이 일어나기 위해서는, 코팅층(120)을 구성하는 은의 함량이 20% 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 압착 공정의 온도가 약 180℃인 경우에, 코팅층(120)을 형성하는 주석과 은의 합금은 그 함량비가 80:20에서 75:25 범위 내가 될 수 있다.
이와 같이, 본압착 본딩 온도에서 코팅층(120)이 전극과의 접속부위에서 용융되어, 주석과 은 합금의 열 리플로우(thermal reflow)로 인한 전극 등과 같은 접속용 부재와 코아(110)와의 밀착력을 향상시켜서 접속 신뢰성을 향상시킬 수가 있다. 아울러, 코팅층(120)이 아닌 코아(110)가 직접 도전성 부재와 접촉을 하게 되므로, 접속 저항을 최소화할 수 있다.
이러한 도전 입자(100)는 무전해 도금(electroless plating) 공정을 이용하여 제조할 수 있다. 무전해 도금이란 전기화학적 산화환원작용에 의하여 금속이나 비금속(도전 입자(100)의 경우에는 구리로 형성된 코아(110))의 표면에 도금할 금속(도전 입자(100)의 경우에는 주석과 은의 합금으로 형성된 코팅층(120))을 석출시키는 과정을 가리킨다. 무전해 도금 공정을 이용하면, 도금 피막, 즉 코팅층(120)의 두께 조절이 용이할 뿐만 아니라 내식성이 양호하며 불순물의 함유를 최소화할 수 있다.
무전해 도금을 이용하여 주석과 은의 합금 도금을 제조하는 과정은 주석과 은의 합금이 석출되는 석출 반응과 구리 착화물이 형성되는 착화물 반응을 포함한다. 화학식 1은 석출 반응에 대한 반응식이며, 화학식 2는 착화물 형성 반응에 대한 반응식이다. 그리고 화학식 3은 화학식 1과 화학식 2를 합친, 즉 석출 반응과 착화물 형성 반응의 전체 반응에 대한 반응식이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
위 화학식 2에서 L은 리간드(ligand)를 나타낸다.
도 5는 무전해 합금을 이용하여 구리로 형성된 코아에 주석과 은의 합금으로 형성된 코팅층을 형성하는 과정의 일례를 보여 주는 흐름도이다. 이하, 도 3을 함께 참조하여 무전해 주석-은 합금 도금 프로세스에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 먼저 구리로 형성된 코아(110)를 준비한 다음, 코아(120)의 표면에 대한 세정 공정을 수행한다(210). 세정 공정은 코아(110)의 표면에 부착되어 있는 이물질을 제거하기 위한 것으로서, 알칼리 용액을 사용하여 수행할 수 있다. 세정 공정의 결과, 유지 성분의 오염이나 코아(110)의 표면에 부착되어 있는 오염 물질을 제거할 수 있다.
계속해서, 알칼리 세정된 코아(110)의 표면에 마이크로 에칭(micro etching) 공정을 수행한다(220). 마이크로 에칭 공정은 코아(110)의 표면에 미량 잔존하는 알칼리 물지를 중화시킬 뿐만 아니라 코아(110)의 표면에 생성된 산화막 제거 및 코아(110)의 표면을 활성화시키기 위한 것이다. 마이크로 에칭 공정의 결과, 코아의 표면에는 작은 요철이 형성되며, 그 결과 후속 공정에서 형성되는 코팅층(120)과의 밀착성을 향상시킬 수가 있다.
계속해서, 표면에 미세 요철이 형성된 코아(110)를 이용하여 예비 담금(pre-dip) 공정을 수행한다(230). 예비 담금 공정은 코아(110)의 표면을 활성화시킴으로써 후속 도금 공정에서 도금 결정의 성장을 향상시키기 위한 것이다. 그리고 예비 침지 공정을 수행함으로써, 도금액의 오염을 방지할 수 있다.
계속해서, 예비 담금 공정이 수행된 코아(110)의 표면 상에 주석-은의 합금으로 형성된 코팅층(120)을 형성하기 위한 무전해 주석-은 도금 공정을 수행한다(240). 무전해 주석-은 도금 공정의 구체적인 진행 과정에서 일어나는 반응에 관해서는 위에서 상세히 설명하였으므로, 이하 이에 관한 구체적인 설명은 생략한다.
마지막으로, 코아(110)의 표면 상에 코팅층(120)이 형성된 도전 입자(100)에 대한 후세정(post-cleaning) 공정을 수행한다(250). 후세정 공정은 도금액의 중화 처리 또는 도금 피막의 변색 방지를 위한 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
12 : 상부 기판 22 : 하부 기판
14 : 상부 전극 24 : 하부 전극
30 : 이방성 도전 필름(ACF) 32 : 절연층
34, 100 : 도전 입자 110 : 코아
120 : 코팅층

Claims (4)

  1. 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)에 포함되는 도전 입자(Conductive Particle)로서,
    구리(Cu)로 형성된 코아; 및
    상기 코아의 외면에 주석(Sn)과 은(Ag)의 합금으로 형성된 코팅층을 포함하는 이방성 도전 필름용 도전 입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 용융점이 180℃ 이하가 되도록 하는 비율로 주석과 은이 혼합된 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름용 도전 입자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 무전해 주석-은 합금 도금법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이방성 도전 필름용 도전 입자.
  4. 열경화성 수지, 열가소성 수지, 및 경제화를 포함하는 절연성 수지층; 및
    제1항 내지 제3항 중에서 어느 하나의 항에 특정되어 있는 도전 입자로서, 상기 절연성 수지층에 분산되어 있는 도전 입자를 포함하는 이방성 도전 필름.
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